第六节 “最大的电学家”法拉第
电气现象才是能为人类打开的自然宝库。——法拉第
总而言之，我认为法拉第是世界上有史以来最伟大的实验科学家。——J．廷德尔
奥斯特电流磁效应（电生磁）的发现，以及安培的电流间电磁力作用的发现，极大地启迪了人们的思想，科学家们自然而然地考虑和研究“磁生电”的问题。
法拉第（图2-31）生于英国伦敦郊外一个小镇，家庭贫寒，只上过两年小学。他13岁在印刷铺当学徒，工作之余，勤学不辍，并购置一些简单仪器进行实验。1813年3月，经著名科学家戴维（H．Davy，1778—1829）推荐，到伦敦皇家学院（一个群众团体）担任实验室助理工，工作十分卖力。同年秋天，他陪戴维到欧洲大陆旅行，结识了盖·吕萨克、安培、乔治·居维叶等著名科学家，观看了磁学实验。此次旅行使法拉第大开眼界，回英国后他一边工作，一边从事科学实验。1821年9月3日，法拉第进行了著名的“水银杯实验”，成功地将电力和磁力转换成连续的机械运动。1821年，法拉第产生了“从磁产生电”的设想，从1824年12月28日到1831年8月29日6年之间，他进行了多次实验，但都没有成功。其实验装置示意图如图2-32的（a）、（b）、（c）所示。
图2-31 法拉第（M．Faraday，1791—1869）
图2-32 法拉第实验装置示意图
（a）、（c）、（b）分别为1824.12.28、1825.11.28和1828.4.22采用的装置，没有成功；（d）1831.8.29采用的实验装置；（e）1831.9.24采用的实验装置；（f）1831.10.17采用的实验装置；（g）将磁棒改为螺线管的实验装置
1831年8月29日，法拉第采用图2-32（d）的实验装置。图中圆环是用7/8in铁棍制成，外径为6in；A是由3段各24ft长铜线绕成的线圈（3段可串联）；B是用约60ft铜线绕成的两个线圈；5为检流计；3为电池（10个极板，每片面积约4in2）。法拉第将B边的一个线圈用铜线与检流计5（5在铁环3ft之外）相连，A边的一个线圈与电池3相连。合上开关4时，发现检流计5摆动，以后又停在原有位置；打开4时，又发现检流计5摆动。法拉第实验用螺线环（A和B）见图2-33。这是法拉第首次发现磁生电现象。实际上，法拉第的这个实验装置也是世界上第一只变压器。
图2-33 法拉第实验用过的螺线环
1831年9月24日，法拉第用软铁棒上绕螺管线圈代替检流计［图2-32（e）］，发现当线圈中有电流通过时，两个条形铁片会吸到一起。
1831年10月17日，法拉第进行了有决定意义的一次实验，实验装置示意图见图2-32（f）。图中N、S为一个
in磁棒的两极。当磁棒迅速插入螺管时，发现检流计发生偏转再将磁棒迅速取出时，检流计向相反方向偏转。
法拉第通过多次实验，确认了电磁感应现象，并于1851年在《论磁力线》一书中提出了著名的电磁感应定律：“一个线圈中产生的感应电流，其大小与单位时间中线圈所切割的磁力线数成正比，与线圈电阻成反比。”
1833年，法拉第还用实验证明：静电、动物电、感应电流、伏打电流等，它们的本质都是一样的。另外，1837年，他引入电场、磁场概念；1852年通过实验又引入了电力线、磁力线的概念，将抽象的电场、磁场变得具体、形象起来。
在法拉第进行电磁感应实验的同时，许多科学家也在研究磁生电的问题，有的人离成功仅一步之遥，但终因运气不佳而失之交臂。法国物理学家菲涅耳（A．J．Fresnel，1788—1827）声称他曾经把磁铁放在螺旋线圈里，使导线产生了电流，但未被别人重复所证实；1822年，安培发现一个电流可以感应出另一个电流，但他轻率地认为这与电动力作用的理论无关，未将实验公布，坐失良机；1825年，瑞士科学家科拉顿（J．D．Col-ladon，1802—1892）在研究磁生电问题时，进行用磁铁在线圈中产生感应电流的实验。但是，科拉顿为了避免磁铁对检流计产生的影响，特意将检流计放在隔壁房里，他采用与图2-32（f）类似的实验装置，将磁铁棒在线圈内插入、拔出，然后到隔壁房里看检流计是否发生偏转。虽然实际上产生了电磁感应现象，但他看到的检流计却是纹丝未动，“跑”失良机。后来，当他读到法拉第的实验报告后才恍然大悟，悔恨不已。
最倒霉的当数美国著名科学家亨利（图2-34）。1827年，他用纱包铜线代替裸铜线发明了有实用价值的电磁铁，1829年制成了当时世界上吸引力最大的电磁铁，其最大吸力达9280N（图2-35为亨利的电磁铁实验情况）。1832年他发现自感现象，1834年又发现两个线圈间的互感现象。
图2-34 亨利（J．Henry，1797—1878）
图2-35 亨利的电磁铁实验
1930年8月假期，当时担任奥尔巴尼大学教授的亨利将绝缘导线绕在一块条形软铁上，两端与检流计相连，然后把条形软铁放在外绕线圈的U形电磁铁之间。当U形电磁铁外的线圈通电时，他发现与条形软铁相连的检流计发生摆动；切断U形电磁铁线圈中电流时，检流计又向相反方向摆动。这就是说，他比法拉第早一年发现了电磁感应现象。但亨利没有立即发表这一实验成果，他还想继续实验研究，然而假期已过，教学任务太重，只好暂时搁置一旁。后来他又进行了多次实验，直到1832年才将实验写成论文，发表在American Journal of Science and Arts（《美国科学和艺术杂志》）第7期上。但法拉第已于1831年就宣布发现了电磁感应现象，虽然亨利先于法拉第完成关键性的实验，可是法拉第首先公布，因此电磁感应现象的发明优先权只能归法拉第了。
在法拉第发现电磁感应现象后，1834年，俄国科学家楞次德文名H．F．Lenz，（图2-36）提出了判断电磁感应中电流方向的定律，即楞次定律：“感应电流的方向在于产生一个磁通，以抵抗电流回路中原有磁通的变化。”
图2-36 楞次（З．Х．Ленц，1804—1865）
法拉第电磁感应定律的发现为电能的大规模生产和应用奠定了基础，并成为发明电动机、发电机、变压器的理论基石，它使人类获得了打开电能宝库的钥匙，跨入了辉煌的电气时代。因此，恩格斯在《自然辩证法》一书中，称赞法拉第是“到现在为止最大的电学家”。