PHY-1262-高琨-法拉第电磁学成就解读

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1、西北工业大学电磁学课程学生扩展知识主题学习报告法拉第电磁学成就高琨（西北工业大学理学院11061202班）论文摘要：法拉第在物理学方面的主要贡献是对电磁学进行了比较系统的实验研究，发现了电磁感应现象，总结出电磁感应定律；发明了电磁学史上第一台电动机和发电机；发现了电解定律；提出电场、磁场第重要概念。他是十九世纪电磁域中取伟大的头验豕。关键词：电磁感应定律场理论1. 法拉第简介英国著名物理学家、 化学家。在化学、电化学、电磁学等领域都做出过杰出贡献。 他家境贫寒，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤 奋、探索真理、不计个人名利的典范。1791年9月22日生于萨里郡纽因顿

2、的一个铁匠家庭。13岁就在一家书店当送报和装订书籍的学徒。他有强烈的求知欲，挤出一切休息时间“贪婪”地力图把他装订的 一切书籍内容都从头读一遍。读后还临摹插图，工工整整地作读书笔记；用一些简单 器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。 在这家书店呆了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习。1810年2月至1811年9月听了十几次自然哲学的通俗讲演，每次听后都重新誊 抄笔记，并画下仪器设备图。1812年2月至4月又连续听了戴维 4次讲座，从此燃起了进行科学研究的愿望。他曾致信皇家学院院长求助。失败后，他写信给戴维：“不 管干什么都行，只要是为科学服务”。经过戴维的推荐

3、。1813年3月，24岁的法拉第担任了皇家学院助理实验员。后来戴维曾把他发现法拉第作为自己最重要的功绩而引以为荣。法拉第1813年随同戴维赴欧洲大陆作科学考察旅行，1815年回国后继续在皇家学院工作，长达 50余年。1816年发表第一篇科学论文。他最初从事化学研究工作， 也涉足合金钢、重玻璃的研制。在电磁学领域，倾注了大量心血，取得出色成绩。1824年被选为皇家学会会员，1825年接替戴维任皇家学院实验室主任，1833年任皇家学院化学教授。他最出色的工作是 电磁感应的发现 和场的概念的提出。1821年在读过奥斯特关 于电流磁效应的论文后，为这一新的学科领域深深吸引。他刚刚迈人这个领域，就取 得

4、重大成果发现通电流的导线能绕磁铁旋转，从而跻身著名电学家的行列。因受苏格兰传统科学研究方法影响，通过奥斯特实验，他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁，他坚信磁亦能生电。经过10年探索，历经多次失败后，1831年8月26日终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电的瞬间，在 另一组线圈获得的感生电流，他称之为“伏打电感应”。同年10月17日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为“磁电感应”。经 过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。作为19世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现，还力求探 索现象后面隐藏

5、着的本质；他既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。1837年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的 静电感应理论。不久以后，他又发现了抗磁性。在这些研究工作的基础上，他形成了 “电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了 “场”的场所，场这个概念正是来源于法拉第。正如爱因斯坦所说，引入场的概念， 是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说 法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。 麦克斯韦认

6、为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。法拉第一生热爱真理，热爱人民，真诚质朴，作风严谨，这样的感人事迹很多。 他说：“一件事实，除非亲眼目睹，我决不能认为自己已经掌握。”“我必须使我的 研究具有真正的实验性。”在1855年给化学家申拜因的信中说：“我总是首先对自己采取严厉的批判态度，然后才给别人以这样的机会。”在一次市哲学会的讲演中他 指出：“自然哲学家应当是这样一些人：他愿意倾听每一种意见，却下定决心要自己 作判断；他应当不被表面现象所迷惑，不对某一种假设有偏爱，不属于任何学派，在 学术上不盲从大师；他应

7、当重事不重人，真理应当是他的首要目标。如果有了这些品 质，再加上勤勉，那么他确实可以有希望走进自然的圣殿。”他是这样说的，也确实 是这样做的。1857年，皇家学会学术委员会一致决议聘请他担任皇家学会会长。对这一荣誉 职务他再三拒绝。他说：“我是一个普通人。如果我接受皇家学会希望加在我身上的荣誉，那么我就不能保证自己的诚实和正直，连一年也保证不了。”同样的理由，他 谢绝了皇家学院的院长职务。当英王室准备授予他爵士称号时，他多次婉言谢绝说：“法拉第出身平民，不想变成贵族”。1867年8月25日逝世，墓碑上照他的遗愿只刻有他的名字和出生年月。后世的人们，选择了法拉作为电容的国际单位，以纪念这位物理学

8、大师。在电学 方面，法拉第研究负载直流电的导体与附近磁场之间的关系，在物理学中建立起磁场这个概念。他发现了电磁感应、抗磁性及电解。另外，他也发现磁场能对光线产生影 响，进而发现两者间的基本关系。另外，法拉第还发明了一种依电磁转动的装置，为 电动机的前身。虽然法拉第只受过很少的正式教育，这使得他的数学程度相对有限，但不可否认,法拉第仍是历史上最伟大的科学家之一。2. 法拉第电磁感应定律2.1法拉第电磁感应定律的发现过程法拉第在1831年发现电磁感应现象不是偶然的，同他的坚持不懈是分不开的。从实 验的一次次失败到失败，最终发现了电磁感应现象。1820年奥斯特发现电流的磁效应后，磁与电之间的关系就被

9、人们的广泛的关注着。 我们再追溯到1821年，当时的法拉第正在英国皇家研究院做化学助理实验员。而就在这 个时候英国哲学年鉴的主编约请戴维撰写一篇关于奥斯特的发现以来电磁学的实验理 论发展概况的文章，而戴维就把这项工作交给了当时的法拉第。法拉第在准备文章的过程 中收集整理了大量的电磁学文献资料。正是这个过程使法拉第对电磁现象产生了极大地热 情，并且开始了他的电磁学的研究。法拉第在仔细的分析了电流的磁效应等现象后，认为 既然电能够产生磁，反过来根据自然界的对称性，磁也同样是能够产生电的。正是由于法 拉第坚信这一理念，使他最终发现了电磁感应现象，这一想法也为日后人类利用电能奠定 了基础。在法拉第发现

10、电磁感应现象之前，他也有着许多的错误的指导思想。法拉第就曾经这 样认为：既然磁铁可以使邻居的铁矿感应上磁， 静电荷也可以使临近的导体中感应出电荷， 那么电流也可以使临近的线圈中感应出电流。虽然这种指导思想的错误，但是他本着磁能 生电的信念，在他发现电磁感应现象的六年前的日记中就写下了他伟大光辉的思想：“磁 能转化电”。并且开始使用了“感应”这个词。实验的开始阶段，由于法拉第错误的认为用磁铁靠近导线， 导线就会产生稳定的电流, 或者在一根导线里通以强大的电流，那么在它临近的导线中也会产生稳定的电流。所以实 验没有什么进展。此时我们发现法拉第他只是关注了稳态的条件，没能想到感生电流产生 的暂态条件

11、。进过多次的努力的结果是失败了。没能向他想象的那么产生了感生电流。在1825年1月由于法拉第的错误的指导，致使他的三个实验全都以失败告终。实验一：法拉第将两根直导线扭在一起，其中一根接在电池两极上，另外一根接在电 流计上。本着法拉第自己的想法，在一根直导线中通以电流，那么在它临近的线圈中也会 有感生电流产生，这样在另外的一根导线中就应该能有电流产生，电流计指针就要偏转。 也就是他自己认为的“电流感生电流”的推理，另外一根导线中有电流产生，电流计指针 就要偏转。而实验的结果是电流计指针纹丝不动。实验二：把一空心的螺线管的两端接在电池的两极上， 再把一根直导线引进螺线管中, 直导线的两端联结在电流

12、计上。观察导线中的电流的有无，令法拉第失望的是他还是没看 到自己预想的结果，没有看到电流计指针的偏转。直导线中没有感生电流的产生。实验三：这个实验类似于实验二，同样是把一空心螺线管的两端接在了电池的两极， 不同的是这次法拉第把直导线放在了螺线管的外面，直导线的两端也同样两着电流计，还 是很遗憾法拉第还是没看到自己的预想的结果。电流计的指针没有偏转，直导线中还是没 有感生电流。经过十年的实验，失败，再实验，再失败的不断的努力。于1831年，法拉第终于发现，一个通电线圈的磁力虽然不能在另外一个线圈中引起电流。但是当通电线圈的电流刚 接通或者刚中断的时候，另一个线圈中的电流计指针有微小偏转，但是又立

13、刻回到了原来 的位置。法拉第眼前一亮，没有放过这个异常的偏转，紧紧的抓住了它。之后法拉第又经 过多次的反复实验都证实了当磁作用力发生瞬间的改变时，另外的一个线圈就会有感生电 流产生。在1831年8月29日，法拉第在他的实验日记中第一次记载了有关的电磁感应现象： “已经定做一个铁环（软铁），铁环直径为八分之七英寸，铁环外径为六英寸，在环的半 边用铜线绕城许多线圈。线圈之间用麻线或者白布所隔（绕线圈的）的三条长铜线各长二 十四英尺，他们既可以成一条长的，也可以分开使用，用一电池来做实验。每个线圈与其他线圈绝缘。假设环的一边为 A，在另外一边，要空开一个间隔。缠上两根导线，他们的 总长大约六十英尺，

14、其方向同前面的线圈一样，称为B。使一个有十对极板，每板有四平方英寸的电池充电。用铜导线将一个线圈，或者更确切的说把B边的一个线圈的两个端点联结，让铜导线通过一段距离，恰好经过一根磁针的上方（距离铁环三英尺远），然后把电池联结到A边的一个线圈的两端。这个时候立即可以观察到磁针上的效应它振荡起来了。最后又停在了原来的位置上。一旦断开 A端与电池的联系，磁针再次被扰动。”法 拉第把这个实验中产生的现象称为“伏打感应” （Voltaic 一巾ducti。n），意指由伏打电池激 发的电流感应。电磁感应现象终于第一次被详细描述。法拉第电磁感应现象的发现有着他不懈的努力，一次次的试验，一次次的失败。但是 也

15、有着他幸运的一面。假若当时他先把 A便线圈两端接上电池两极，使 A线圈中先通有电 流，那么就没有小磁针的摆动。这也是他能发现电磁感应现象的关键一步。也正是法拉第 的观察细微才能有了电磁感应现象的发现。同瑞士科学家拉顿相比法拉第也算是个幸运 儿。同年，也就是1831年9月24日，法拉第在两条磁棒N,S极中间放上一个绕有线圈的 圆铁棒，线圈与电流计联结，当圆铁棒脱离或者接触两级的瞬间，电流计的指针会偏转。同年10月1日，他把两组间绕的线圈缠在同一个圆柱形木芯上，也同样观察到了 “伏打效应”小磁针的扰动。由此法拉第认识到铁芯的存在不是产生电流感应的本质。10月17日法拉第在一个直径为四分之三英寸，

16、长八英寸的空芯纸筒上绕了八个线圈， 把们并联起来，再与一电流计联结，然后他把磁棒插入纸筒时发现，电流计的指针突然发 生了偏转，然后又很快的回到了平衡位置。当法拉第把磁棒抽出纸筒时，电流计的指针又 偏向了另外的一边，接着又回到了平衡位置。这个现象表明不仅伏打电池在闭合或者断开 的瞬间可以激发电流，磁体相对与线圈的运动也能激发电流，法拉第称这个现象为“磁感 应” (Mag neto - in duct ion )。0月28日，法拉第又做了旋转圆盘的实验，在实验的过程中，拉第发现只有铜盘稳定 的旋转，产生的电流就是稳定的。这个就是我们今天所用的直流发电机的原理。根据自己实验的结果以及实验中观察到的现

17、象，法拉第总结了电磁感应的发现，把可 以产生感生电流的情况概括为五点：第一种情况是变化的电流可以感生出电流；第二种情况是变化的磁场可以感生出电流；第三种情况是运动的稳恒电流可以感生出电流；第四种情况是运动的磁铁可以感生出电流；第五种情况是在磁场中运动的导体也同样可以感生出电流。在1831年11月24日，法拉第写了一篇论文，向英国皇家学会报告了整个实验情况。 他在论文中把自己总结的五点感应电流的情况做了描述：变化着点电流；变化着的磁场； 运动的稳恒电流；运动的磁铁和在磁场中运动的导体。他正确的指出了感应电流与原电流的变化有关，而与原电流本身无关。并把述现象定 名为“电磁感应现象”至此法拉第划时代

18、的发现电磁感应现象被揭示了，但是电磁感 应定律的确立，却是一直到1851年才被建立的。2.2电磁感应定律2.2.1电磁感应定律的数学表达式法拉第虽然发现了电磁感应现象，并且最终确立了电磁感应定律。但是由于他数学知 识的贫乏法拉第没能提出电磁感应定律的数学表达式，电磁感应定律的数学表达式最后是 由与法拉第同一时代的德国科学家 F.E.诺曼(Franz.E.Neumann )与另一位科学家韦伯(Wilhelm .E.Weber)共同提出的。若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，为磁通量变化 量，单位Wbt为发生变化所用时间，单位为s.；为产生的感应电动势，单位为 V。当穿过回

19、路的磁通量发生变化时，回路中的感生电动势；感的大小和穿过回路的磁通量变化率等成正比，即；感二7 ：t这就是法拉第电磁感应定律。当磁通量增加时，/强0，这时；感为负值，即感生电流产生的磁场和原磁场方向相 向；当磁通量减少时，rut ”，这时；感为正值，即感生电流产生的磁场和原磁场方向 相同。感生电动势和磁通量的变化率成正比，不是和磁通量的多少成正比。例如，有一个线 圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面转到和磁场垂直，即线圈内磁通量达到最大时，它 的变化率却最小，这时感生电动势为零。而当线圈转到和磁场平行，即穿过线圈的磁通量 为零时，磁通量的变化率却达到最大，这时产生的感生电动势达到最大值。2.22

20、感应电动势的大小计算公式E =n 7丄（普适公式）（法拉第电磁感应定律，E:感应电动势（V）， n ：感应线圈匝数，小:磁通量的变化率）。E = BLV sin A（切割磁感线运动）E = BLV中的V和L不可以和磁感线平行，但可以 不和磁感线垂直，其中si nA为V或L与磁感线的夹角。（L :有效长度（m）。Em = nBS（交流发电机最大的感应电动势）（Em：感应电动势峰值）。2E =BL /2 （导体一端固定以旋转切割） ：角速度（rad/s）。2.2.3. 感应电动势的正负极的判断感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定（电源内部的电流方向：由负极流向正 极）。2.2.4. 感应电流产

21、生条件感生电流的产生条件主要有两点：其一电路是闭合且通的；其二穿过闭合电路的磁通量发生变化。2.2.5法拉第电磁感应定律的重要意义法拉第的实验表明，不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电 路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象，所产生的电流称为感应电流。法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律:电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。感应电动势用；表示，即；=n./At，这就是法拉第电磁感应定律。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系。 法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电 机，电

22、能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电 子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。3. 场理论3.1.1. 法拉第场思想的基本观点法拉第发展自己场思想的过程同时就是对牛顿的科学观背离和否定的过程。牛顿的超 距作用的3个基本特征：第一，瞬时性；第二，沿物体中心的连线；第三，不受空间介质 的影响。法拉第场思想的基本观点有两个方面。其一是对力的观点，也是对物质的看法认为自然界各种不同形式的力有其共同的起 源，是统一的并且可以互相转化，以力的守恒和当量值为转化原则。力本身就是自然界的 唯一实体和存在，根据法拉第的“力原子”的观点，物质只是力

23、的“聚敛” （con verge nee ） 因此，除了力之外也就没有别的东西了法拉第的这种力实体思想是 很超前的其二是关于力作用的观点，也是对空间的看法他认为力的作用不是超距作用， 空间中某一点只能通过力线对邻近的点发生作用这样整个空间只能是由力充满的海洋， 力线组成力场这两个方面密切相关、构成了法拉第场理论的主要思想.3.1.2. 早期的观念法拉第从一开始就选择了和牛顿哲学观念相背离的观点，很可能是受其哲学观点 的影响，在1816年他谈道：“物质凝固的聚合力、化学的亲合力、物体的引力及电荷的 引力实际是一致的”.他曾提出力对于物质是否是最基本的，怀疑物体的性质（以力来体 现）真的来自组成它

24、们的物质，认为物质只是一种属性.1818年法拉第对波斯柯维奇的理论所加的注中这样写道：“（力）粒子只是力的中心，一种力或多种力组成，所以（力.） 原子和物质粒子是一样的，彼此之间设有空间.”这一切都说明，在发现转动现象之前， 他就开始了对物质和力的思想从哲学的角度进行着形而上学的思考，有着很深的哲学印 痕.3.1.3.对奥斯特效应的思考对法拉第最初思想产生重要影响的事件是奥斯特效应和电磁转动效应最有影响 的解释是安培依据牛顿力学的形式而创立的电动力学在1821年给友人的信中，法拉第把安培按照牛顿的模式建立起来的中心力和超距作用的理论看成是一种思辨，认为需要实 验的证据，法拉第经过研究后写道：“

25、我发现通常小磁针被导线的排斥和吸引是一种假象， 磁针的运动不是吸引也不是排斥，也不是任何引力移斥力的结果，而是由于导线中力的结 果这种力并不是把磁极吸引和排斥，而是能磁极绕着一个无头无尾的圆周运动”“圆周力也是非常简单和优美的，圆周运动是真正的运动” 所以，说电磁旋转现象 使法拉第否定了中心力的直线作用.3.2场理论的提出321.对电磁感应定律的研究1831年法拉第发现了电磁感应现象，这个发现对他思想发展具有非常重要的意 义从此开始的关于电和磁现象的研究，彻底地改变了他在科学思想上的动摇和徘徊，开 始了力线和场思想的发展，电磁感应现象是一个全新的实验现象，对法拉第的影响至少有 两个方面：(I)

26、感应现象不是超距作用，而是一种新的作用形式；(2)需进一步研究，以便 给电力和磁力作用以新的解释紧接着，法拉第就在1831年II月和1832年1月就提出了“电致紧张态” (the electrotnic state)和“磁力线”(the line of magneticforce )的概念可以说这两个概念是法拉第有意识地建立场思想，尽管“电致紧状态”在 法拉第进一步把“力线”的涵义丰富之后，他很快便将物质的电致紧张态这个概念束之高 阁了，因为力线本身的侧向张力也可以表示这种意义，也只有力线的概念才是和法拉第的 场思想吻合的.3.2.2.新观念的思索在宣读了电学实验研究第二辑以后，法拉第开始了一

27、段紧张的对新观念的思 索阶段.这一段思考和他以前提出的概念相比有明显的不同.以前他总是用小心翼翼提出 的概念对所发现的实验现象进行解释，而这一段则是法拉第大刀阔斧地对自己的思想进行 发挥的阶段，之后的工作，则是他要用实验来解释和验证自己的思想和新的观念了.这在 法拉第的科学生涯中确实是一个很明显的转折.，也可以说是一个实质性.的变化，然而很多 人却忽视了这一点.1832 年1月7日法拉第在实验日记中记下了两则关于感生电流的产生是瞬时 还是需要时间的想法，这不是对实验的描述，而是纯粹的猜想，当时法拉第曾设想如果感生电源持续时间很多，即使电流很强到可以使铁针磁化，也不能在使电流计指针偏转女口 果感

28、生电流不是瞬时的，它引起的力线的运动又需要多长时间呢？法拉第认为从导线向四 周发散出来的磁力线也是“慢慢”地向空间弥漫的法拉第对电流磁力线以一定速度向空 间传播的设想否定了牛顿的超距作用我们知道，安培建立的电动力学并没有考虑到这一 点法拉第通过这一系列的思索和对实验现象的探索，认为磁力线传播不是超距作用，而 是需要时间的，同时磁力线也不是中心力线的直线传播，而是一种波动传递方式.1832年3月12日给英国皇家学会的一封信里，法拉第系统地提出了这些观点，在此之后不久，法 拉第又引入了电力线的概念磁力线，电力线以及它们非瞬时传播的性质，无疑是法拉第力场的显著标志.3.3法拉第场思想的确立和发展对法

29、拉第力场思想的研究脉络和过程可以这样概括一下，1821-1831年法拉第对当时物质和力的观念很不满意，尤其是把力看作是物质一种基本属性的思想不能满意这 个时期就提出了模糊的力可以在空间存在的想法，在发现电磁感应定律以后.1832年左右 的场理论和新观点则勇敢地提出了磁力帮电力在空间的传播是一个过程，因此是需要 时间的，并提出了力线的概念，预言电力和磁力一样都通过力线来传播力的作用而以后 则是法拉第从实验上验证自己提出的理论，从而确立自己的场思想，其中对电现象的进 一步研究是法拉第从实验中彻底否定了超距作用，而磁现象和导磁原理使场的实体性质得 到证实这两个方面显然是法拉第实验的核心.3.3.1.

30、关于静电感应的研究法拉第在1837年11月向皇家学会宣读的 电学实验研究第幻辑论感应(OnIn duction)开始研究了他所做的冰块感应实验他写道：“当我发现固体的电解质不能发生电解而液体电解质则很容易发生时，我感觉我已发现了说明感应作用的窗口，可 以看到，电流的产生依赖于粒子的特殊状态，感应现象不论电解质是固态还是液态总会 存在，而电解则只有当电解质是液态时才能发生，由于电感应现象不论通过什么方法，例 如通过空气、玻璃或石蜡等基本质都是一样的。这样电解的整个效应好像是粒子转变成特 殊或极化状态的过程，这使得我理解普遍感应在任何情况下都是一种邻接粒子作用(anaction of con ti

31、guous particles).从这里很清楚地看到，法拉第对感应现象研究 的出发点和直接目的是建立以“邻接作用”为基础的感应理论，过程是这样的：处于高极 化状态的粒子使围绕它们周围的一层介质极化，结果极化力从一个粒子邻接地传到下一个 粒子，以至形成一条极化的粒子曲线，这条极化曲线就是感应力线，它一直伸向远方，直 到遇到另一金属为止因此，由力来维持，以“邻接作用”为基础的电感应理论，实际上 就是一种传播方式为非瞬时性的力场另一方面，法拉第对介质电容率的测定和电感应沿 曲线传播的研究，同样有力地否定了超距作用.3.32磁力线和电力线的实体性对于磁力线的概念，法拉第早就提出了，但是对磁力线的实体性

32、却一直没有被证 实尽管法拉第有时也在实体意义上来使用磁力线，比如对电磁感应定律的描述，但直到 1845年，由于对磁致旋光效应现象的解释，法拉第才找到了磁力线实体的证据.在发表的 论文中，法拉第写到：磁力线被照明，已被我理解为磁力线发光的意思，使用一束光，就 能够用肉眼辨明物体磁力线的方向，通过改变光线和它对眼睛的光学效应，我们就可以看 见磁力线的纹路，正如我们能够看见被光照得可鉴的玻璃丝或其它透明物质丝线的纹路一 样.这样磁力线成为一张布满空间的力网，成为客观存在的实体，接着法拉第又发现通电 螺线管电流也可引起偏振光面的旋转的现象，并称之为“电力被照明”.这样也就同样认 可了电力线的物理实体性

33、，对力线实体性的证实是法拉第为完成自己的场理论所迈出的可 喜的一步.3.3.3.法拉第场思想的完成磁致旋光现象的发现为法拉第研究磁现象打开了一个缺口，使人们重新认识了一 个磁的新世界，同样，法拉第在自己的物理思想方面，也有了很大的收获，这就是对力线 的深入认识.在1848年12月法拉第宣读的论铋（和其它物体）的晶体的极性兼论与力 的磁形式的关系中写道：“我不能不提出关于这些现象的另一种观点，宦它可能是真实 的.磁力线也许假设在某种程度上与光线、热线等力类似；磁力线可能在通过物体时遇到因难，而且会因此受到物体的影响，正如光受到影响一样”法拉第很早就认为光辐 射是物质的第四种状态，他在这里把磁力线

34、同光相提而论，进一步说明了他对磁力线的实 体性深信不疑，但最后可能促使法拉第把磁力线同空间联系起来的是法拉第对导磁机制的 认识.1850 年，威廉汤姆逊在给法拉第的信上月图示的方法阐明顺磁体和抗磁体的区 别，他在均匀磁场中画了一个顺磁体球糯一个抗磁体球，磁力线密集地穿过顺磁体球，但 是通过抗磁体球的磁力线较为稀疏（如附图）.法拉第通过对汤姆逊图示方法的分析，认为磁力线不为物质所固有，物体不能产 生磁力线，只能改变空间磁力线的方向和密度. 在1851年提出了空间具有磁性的观点.他 指出：“似乎说明磁力线能够穿过纯空间；因此空间具有它自己的磁关系，和一种我们今 后也许会发现在自然现象中占有最重要的

35、东西”紧接着法拉第又提出了导磁性原理，把 顺磁体和抗磁体统一起来在 论磁力线中，法拉第又进一步指出磁力线是真实存在的 实体，而且不论它们传播多远都不会消失、减损、破坏或变成潜在形式，至此，我们可以 看出法拉第的磁力线已经完全成了脱离磁体的独立存在了.我们认为法拉第在1855年所发表的论磁哲学的一些观点和 1857年所发表的论力的守恒是法拉第对自己的场思想完成的标志，在论磁哲学的一些观点中，法 拉第对力线的实体性进行了这样的论述，他认为实体的力线：力线的分布可以因物质而改 变；力线的存在与物体无关；力线具有传力的能力；在时间中传播在论力的守恒中 法拉第提出了重力线的概念，认为重力线也是一种非极性

36、力线，它沿直线在空间和时间中 传递质量引力，并且把热力线、光线、重力线、电力线和磁力线都列入了空间力场的范围， 力或场是独立于物体的另一种物质形态物体的运动（除碰撞外）都是场作用的结果，我 们可以看出法拉第这时已经全面彻底地否定了牛顿的超距论和中心力假设，确立了自己场 思想的世界观.3.4法拉第场思想法拉第自己对于场思想的运用表现在这样 3个基本的方面.（1）他企望能够从实 验上证实力线的存在和力线相互作用时的互相转化.（2）当他对力线进行讨论时他使用类 似描述物体状态的语言，如“扩张”“碰撞”“弯曲” “张紧”“振动”“被切割”等， 而不再是一种形而上学的语言.（3）赋予力线非常丰富的直观形

37、象，去进行实验分析，这 一点使力线更加具体力线是法拉第场思想实质内容认为力是一种特质实体，并且是唯 一的物质，所有的力通过力线的运动和作用可以互相转化，但是泫拉第并没有把这些观念 贯彻到底在对力线的使用上，常常表现出两重性，一是力线只是作为对力的形象描述， 不是有任何二睦质，只是一种矢量线另一个方面作为物理力线，即实体性质的力线。不 慢作为传递的路径，也作为力的载体.总的说来，我们认为法拉第的场思想已具备现代场思想的丰富内容参考文献 郭奕玲沈慧君，物理学史M,清华大学出版社，1993.12 谭树杰 王华,物理上的重大实验M,科学技术文献出版社,1987 孙铁，影响世界历史的事件M,线装书局2003 麦克哈特，影响人类历史进程的100名人排行榜M,海南出版社,1997 董春雨，物理基本概念德演变M,山西出版社，1998 王玉仓，科学技术史M,中国人民大学出版社,1997 泰克诚，邮票上的物理学史（19）-法拉第和电磁感应，大学物理M,2000.（1） 陈秉乾，舒幼生胡望雨，电磁学专题研究M,高等教育出版社 谢处方 饶克谨，电磁场与电磁波M，高等教育出版社 焦其详，电磁场与电磁波M，科学出版社?胡详发沈俊鑫，划时代的发现-法拉第电磁感应现象，物理与工程期刊J，2005年第一期