Faraday的学术成就和物理思想

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1、Faraday的学术成就和物理思想Michael Faraday(1791 1867)是英国伟大的物理学家和化学家，是一位有深刻物理思想的实验物理学家。在电磁学领域，Faraday对电磁现象进行了广泛深入的实验研究，对电磁作用提出了近距作用的物理解释，作出了许多卓越的贡献，其中最重要的是电磁感应的发现、研究和解释。Faraday是电磁场理论的创始者和奠基者，他的工作为Maxwell建立电磁场理论奠定了基础，Faraday和Maxwell一起当之无愧地被誉为19世纪最伟大的物理学家。Fara。day对自然力统一的坚定信念以及彻底的近距作用观点是指引他作出大量发现的思想基础，也是他留给后代的宝贵精

2、神财富。本文着重介绍Faraday的生平、学术成就(与电磁学有关的)和物理思想，以便对这样一位在电磁学史中有重要历史地位的人物有更广泛、更具体、更深切的了解。一、生平Faraday出生于贫困的铁匠家庭，在四个孩子中排行第三，从小生活困难，只读了几年小学。Faraday从13岁起到书店做学徒，主要工作是传送书报、装订书籍，在长达8年的学徒生涯中，利用职务之便，Faraday不加选择地阅读了大量书籍。Faraday后来说：“这些书中有两本对我特别有帮助，一本是大英百科全书，我从它第一次得到电的概念，另一本是Marcet夫人的化学对话，它给了我这门科学的基础。”Faraday甚至省吃俭用，买点器具自

3、己动手做简单的化学和电学实验。1810年，19岁的Faraday经人介绍参加了“市哲学学会”，经常听取涉及电学、力学、光学、化学、天文学、实验等许多内容的讲座，获得了广泛的启蒙知识。1812年10月，Faraday长达8年之久的学徒期满，即将成为一名正式的装订工，但他的愿望是从事科学研究。10月底，著名化学家H。Davy在做化学实验时因爆炸伤了眼晴，Faraday被推荐给Davy做听写员，记录整理Davy的讲演。Davy对Faraday 的工作很满意。1813年2月，适逢皇家研究院空出一个实验室助理的职位，经Davy推荐，Faraday获得了这个职位，成为Davy的助手，从此开始了长达50多年

4、的献身科学的光辉历程。1813年10月到1815年4月，Davy应邀到欧洲大陆各国作学术访问，Faraday随行。一年半的访问，使Faraday有机会听取各种学术报告，并陪同Davy会见了当时很多著名的科学家如Ampere、Volta等。这些活动使Faraday大开眼界，如饥似渴地汲取各种新知识，并了解到科学领域的许多问题。返回伦敦后，在Davy的指导和鼓励下，Faraday专心致志的工作和学习，很快成长起来，独立开展研究。Faraday从研究化学开始，在1816年到1819年期间共发表论文37篇，成为小有名气的化学家。此后，Faraday的研究领域扩展到电学、光学、化学等方面，作出了许多重要

5、贡献。Faraday于1824年当选为英国皇家学会会员。1825年经Davy提名任皇家研究院实验室主任，1829年升为教授，Faraday曾两度获得英国皇家学会的最高奖 copley奖。从1820年9月起到1862年3月止，Faraday对所从事的实验研究工作，都有详细记录，他把这些记录遗赠给皇家研究院，经后人整理出版，共七大卷，三千多页，这就是著名的Faraday日记(FaradaysDiary)，Faraday在实验上的重要发现都可以在其中找到。Faraday发表的关于电磁学的论文，汇成三大卷电学的实验研究，这是电磁学史上著名的鸿篇巨著。此外，还有化学和物理学实验研究一卷。除了科学研究外，

6、Faraday还热心于科学成果的交流和科学知识的传播、普及工作。1825年Fara。day任实验室主任后，经常接待参观访问，并组织“星期五晚问讲座”，邀请许多科学家讲演。从1826年到1862年，Faraday曾讲演100多次，既介绍他自己的研究成果，也介绍别人的发现以及各种实用技术。Faraday非常关注青少年的教育，多次为青少年讲演。FaradaY最有名的讲演，汇编成著名的科普著作蜡烛的故事(The Chemical History of Candle)，在各国广为流传，中译本1962年由上海少年儿童出版社出版。Faraday为人质朴，待人诚挚，过着简单朴素的生活，多次谢绝升官发财的机会，

7、全心全意地把毕生的精力和聪明才智奉献给科学研究事业。Faraday出身贫寒，没有受过正规教育，完全靠自学奋斗，创造丰功伟绩，登上科学高峰。Faraday是不朽的。二、学术成就在电磁学领域，除电磁感应外，Faraday还有许多重要贡献，下面大致按历史顺序摘要介绍其中的一部分。1、电磁旋转(电动机)1820年0ersted发现的电流磁效应以及尔后建立的B。S。L(BiotSavartLaplace)定律和Ampere定律，使Faraday进入了电磁学的研究领域。1821年9月，Faraday重复了Oersted的实验，当他把磁针放在载流直导线周围不同地方时，发现小磁针有环绕导线作圆运动的倾向。由此

8、，Faraday想到，电流对磁极的横向作用应该可以使磁体作持续的运动。Faraday用如图所示的对称装置实现了通电导线绕磁棒的连续转动以及磁棒绕通电导线的连续转动。Faraday的“电磁旋转”实验，巧妙地利用了电流对磁极作用力的横向力特征，不仅实现了电能向机械能的转化，而且实现了连续的转动，成为人类历史上第一台电动机。Faraday的电磁旋转实验是Med实验后的重要发现，它加深了对电流磁效应的认识，同时具有广泛的应用前景，此后的各类直流电动机就其原理而言与电磁旋转并无二致。2.发电机电流磁效应(包括Oersted实验及电磁旋转实验)的发现引导Faraday进一步寻找其逆效应 电磁感应。经过长达

9、八年之久的艰苦探索，1831年8月29日Faraday终于发现了电磁感应现象，并接着进行了广泛深入的实验研究和理论解释，完成了他毕生最重要的贡献之一。与此同时，1831年10月28日Faraday利用电磁感应现象，发明了人类历史上第一台发电机 圆盘发电机，实现了机械能向电能的转化。Faraday的圆盘发电机如图2所示，在磁铁的两极再绑上两块磁铁，使两极的端面靠得很近。把一个铜圆盘(英寸厚，12英寸直径)装在水平的黄铜轴上，使圆盘的边缘正好在两极的端面之间。当圆盘转动时，用两块铜片(图2中未画出)与圆盘边缘上两个不同部位滑动接触，两铜片经导线相连接，结果发现其中有电流流动。改变两铜片与圆盘接触的

10、位置，效果最好。 Faraday的圆盘发电机结构虽然十分简单，却有说服力地表明，电磁感应是实现机械能向电能转化的有效途径，为制造发电机提供了切实可行的原理。在Faraday之后，很多人投入了发电机的研究，1866年左右出现商用直流发电机，1891年左右出现了三相交流发电机，它们的原理都与Faraday的圆盘发电机相仿。电动机和发电机的发明，表明Faraday善于抓住重要电磁现象(电流磁效应与电磁感应)的本质，既关注物理学各部门之间的了解与转化，又关注可能的技术应用，通过极其简单明了的实验装置实现了电能与机械能的相互转化，其理论意义与应用前景一目了然，无需赘述。3、电的同一性在发现了电磁感应之后

11、，Faraday又对电现象作了广泛深入的研究。当时，19世纪3O年代初，除雷电外，人们已知有五种不同来源的电。Faraday把它们分为：伏打电(电池供应的电)，摩擦产生的电(Faraday称为普通电)，电磁感应产生的电，热电(温差电)和动物电。维普资讯 bbb:/aaacqvipaaa1832年Faradav在不同来源 电的同一性一文中，把电的效应归纳为静电的效应与电流的效应两类，其中电流的效应又可分为发热、磁现象、化学分解、生理现象、电火花等。Faraday分析了其他人的有关工作并结合自己的大量实验研究指出，前三种电具有两类全部效应，动物电显示生理、磁、化学三种效应，温差电只显示生理、磁效应

12、。Faraday认为，它们的差别是因为“电量”和“强度”不同，并无本质差异。动物电和温差电未能显示全部效应，“只是因为那些效应很微弱或微不足道，有待于将它们的强度提高。”由此，Faraday得出结论：“电，不论其来源如何，在性质上都是完全相同的”，论证了各种电具有同一性。今天，电的同一性似乎是无庸置疑，理所当然的。但在当时，由于对电的本质几无所知，因此，Faraday通过电的效应(静电的效应、电流的效应)证各种来源的电具有同一性，这是一项意义重大的基础研究工作。它有助于澄清思想，统一认识，为电磁学的研究提供共同的出发点。同时，这也反映了Faraday寻找了解，提供统一解释的执著追求。另外，Fa

13、raday以电的效应作为鉴别各种电是否具有同一性的根据，这种从效果看本质的研究方法也具有普遍意义。4、电解定律电的同一性的研究导致Faraday发现了电解定律。1832年，在用实验比较普通电和伏打电的电化分解效应时，Faraday就得出结论：“当电化分解发生时，有许多理由使我们相信，分解出来的物质的量，并不和强度成比例，而是和通过的电量成正比。”1833年，Faraday明确指出，电流的化学作用“与通过的绝对电量成正比。”这就是Faraday电解第一定律的最初表述。进一步的定量研究需要解决电量的相对量度或绝对量度方法。由上述电解第一定律，只要准确地测定被分解物或生成物，就可以比较通过的电量。为

14、此，Faraday设计整理了多种装置，用来收集并测定水分解生成的氢气和氧气，以此为标准测量相对电量。经过反复细致的实验，Faraday证明：“不管实验条件和情况有多大变化，当水受到电流作用时，被分解的水的数量，都严格正比通过它的电量。”解决了电量的相对测量之后，Faraday着手测定各种化合物电解时析出的物质，发现各种元素在电解时都以确定的比例析出。Faraday称这一比例为“电化当量”，并先后测定了氢、氧、氯、碘、铅、锡等元素的电化当量，得出“电化当量与普通的化学当量一致，并且是相同的”结论(化学当量指原子量与化合价的比值)。这就是Faraday电解第二定律的原始表述。现代表述为，电化当量与

15、化学当量成正比。两者的差别是由于当时未能解决电量的绝对量度。Faraday在从事电解研究的同时，还创立了许多新的概念和名词，如电极、阳极、阴极、电解、电解液、离子、阳离子、阴离子、电化当量等，一直沿用至今。在Faraday电解定律的启发下，物理学家形成了电荷具有原子性的观念，即认为任意电量总是某种基本电荷的整数倍，这对基本电荷的发现及建立物质的电结构理论具有重大意义。正如Helmholtz指出：“Faraday定律的最令人惊异的结论也许是：如果我们接受元素物质由原子组成的假设，就不可避免地要做出结论：不论正电和负电，都可以分成一定的单元，其行为如同电的原子。”Faraday电解定律揭示了电现象

16、与化学现象的了解，是电化学中的重要定律，在电解和电镀工业中有广泛应用。5、电介质1837年底，Faraday发表了论感应一文，1838年初，又发表了续篇。根据他自己的实验，Faraday认为静电感应作用不是超距作用，而是要通过中介物质传递的近距作用。Faraday提出了在静电感应作用下物质极化的模型，用以说明各种静电现象。Faraday指出：“普通感应在所有情况下都是邻接粒子的作用，而超距的电作用除非经过中介物质的影响，是永远不会发生的。”Faraday在说明绝缘体与导体的区别时，讲得更为仔细：“一个激发的物体对邻近物质的第一个作用，我把它看作是使它们的粒子产生极化状态，这种状态就构成感应；这

17、产生于该物体对紧接着的粒子的作用，而这些粒子又对与它们邻接的粒子发生作用，力就是这样传到远处的。如果感应保持不减弱，其结果就是完全绝缘的情况；粒子能获得或保持极化状态的程度越高，则给予作用力的强度就越大。反之，如果粒子在获得极化状态时有能力传递它们的力，则传导便出现，张力便降低，传导就是邻接粒子之间独特的放电作用。物体的粒子之间发生这种放电所处的张力状态越低，该物体就越是好导体。按这种观点，绝缘体可以说是其粒子能保持极化状态的物体；而导体则是其粒子不能永久地极化的物体。”Faraday把绝缘媒质叫做“电介质”，他说：“我用电介质这个词表示这样的物质，电力通过它们起作用。”Faraday发现，把

18、电介质放入电容器极板之间，可以增大电容。Faraday把放人电介质后的电容与未放人时的电容之比，叫做该电介质的电容率，亦称介电常量。阅读完上述大段引文之后，或许会因其晦涩、含混而感到费解。的确，由于当时对物质的微观结构尚无所知，无法按能否宏观移动严格区分自由电荷与极化电荷(束缚电荷)，从而也难以严格区分导体与绝缘体(电介质)，静电感应与极化。尽管如此，Faraday通过实验研究，已经认识到物质对静电作用的影响，注意到导体与绝缘体的区别(Faraday的“感应”实际上泛指静电感应与极化，未予区分)，并对此作出了近距作用的解释。物理学的研究往往从发现新的现象、引入新的概念人手，逐步寻找了解、注意区

19、别、发现规律、提供解释，通常要经历漫长的过程。没有当年的晦涩、含混，何来今天的清晰、准确，Faraday奠基性工作的开创意义正在于此，大段引述原文的目的也在于此。6、电荷守恒 冰桶实验1843年Faraday做了著名的冰桶实验，它被认为是电荷守恒定律第一个令人满意的实验证明。Faraday把白铁皮做的冰桶(高10、5英寸，直径7英寸)放在绝缘物上，用导线把冰桶外面接到一个金叶验电器上。用一根3。4英尺长的丝线把带电的小黄铜球吊进冰桶内，验电器张开。当带电黄铜球进入冰桶内约3英寸深后，验电器的张开达到最大并不再变化。即使黄铜球与冰桶接触，电荷全部跑到冰桶上，验电器的张开程度也不发生变化。Fara

20、day进一步实验得出，不论冰桶内是空的还是放有其他物质，也不论带电的黄铜球是否与冰桶内任何东西接触，即不论黄铜球上的电荷在冰桶内发生任何变化，验电器的张开程度都不变。冰桶实验表明，其中的电荷可以转移，但不能无中生有，也不能变有为无，电荷的总量是守恒的，这就是电荷守恒定律。迄今为止，作为物理学最基本规律之一的电荷守恒定律已为大量实验证实，它适用于一切宏观和微观的过程，没有发现任何例外。电荷守恒定律已经成为研究各种物理问题的基本准则，意义重大。早在1843年，Faraday就提出电荷是否守恒的问题，并通过简单而有说服力的冰桶实验证实电荷守恒，Faraday的高瞻远瞩和质朴平易确实令人赞叹不已。7、

21、磁致旋光效应1845年8月6日W 。Thomson写信给Faraday，提到玻璃内的应变对偏振光有作用，如果应变是由电产生的，似乎也能观察到相似的作用。Thomson建议Faraday检验电对穿过绝缘介质的线偏振光的作用。Faraday在19世纪20年代曾寻找过电对光的作用，但是没有成功。收到Thomson的信后，Faraday重新做实验，让线偏振光沿电场方向透过玻璃棒，还是不成功。Faraday认为，失败的原因可能是电力产生的效应太小，决定改用磁场代替电场，再做实验。1845年9月，Faraday把自己制造的高折射率铅玻璃放在两强磁极之间，让一束线偏振光沿磁场方向通过这块玻璃。Faraday

22、发现，线偏振光穿过玻璃后，其振动面旋转了一个角度。这就是磁致旋光效应，也称Faraday效应。Faraday进一步发现，“不仅是重玻璃，而且固体和液体，酸和碱，油、水、酒精、乙醚，所有这些物质都具有这种能力。Faraday还由实验得出，线偏振光振动面旋转角度的大小，与光通过的物质的厚度成正比，与磁力线的密度成正比；振动面旋转的方向与磁力线成右旋关系(即振动面旋转的方向是产生磁力线的电流的方向)，而与光线的进行方向无关。Faraday的磁致旋光效应与以前发现的自然旋光效应不同。在自然旋光效应中，线偏振光往返通过旋光晶体两次后，其振动面恢复到最初的方位。而在Faraday磁致旋光效应中，线偏振光往

23、返通过介质两次后，其振动面转过的角度是单程转角的两倍。在激光技术中，Faraday磁致旋光效应可用来整理光隔离器和红外调制器。Faraday磁致旋光效应是历史上第一次发现光与磁现象之间的了解，具有重要的开创意义。前面提到的Faraday多次实验均未成功的电光效应，终于在1875年由J。Kerr发现了，即当线偏振光垂直于电场方向通过介质后，其振动面旋转，这就是Kerr效应。又，1862年Faraday试图探索磁场对火焰光谱的影响，也未成功。直到1896年P。Zeeman发现了磁场使光谱线分裂的现象，这就是Zeeman效应。8。抗磁性和顺磁性1778年Brugmans以及1827年Baillif就

24、先后发现铋被磁极排斥的现象，但并未引起人们的重视。1845年Faraday发现，所有的物质或多或少都有一些磁性。Faraday发现，在磁场中，有些物质如铁、镍、钴、锰等往磁场较强的方向运动，他称这些物质为“顺磁的”；而绝大多数物质如铋、磷、锑、重玻璃、锡、水银、金、水、乙醚， 以至木头，牛肉，苹果等则都往磁场较弱的方向运动，他称这些物质为“抗磁的”。Faraday引入的这些术语一直沿用至今。Faraday在1851年发表的论物体的磁传导和抗磁传导及随后发表的磁的传导能力等论文中，阐述了他对物质磁性的看法。Faraday认为，不同物质传导磁力线的能力不同，顺磁体能让磁力线较多地通过自身，因而被磁

25、极吸引；抗磁体则阻止一部分磁力线通过自身，因而被磁极排斥。Faraday关于静电场、静磁场对物质的作用，和物质对静电场、静磁场影响的实验研究，以及他提出的导体与绝缘体(电介质)的区分，抗磁体与顺磁体的区分等，是具有开创意义的重要发现。从此，开拓了电磁场与物质相互影响，物质微观电磁结构(这是物质能对电磁场有所响应或影响的内在根据)，以及物质电磁性质等等广阔的研究领域。不仅如此，上述实验研究，还使Faraday认识到电磁作用与其间的物质有关，从而更加坚定了他对电磁作用的近距作用观点。三、Faraday的物理思想Faraday是l9世纪最伟大的实验物理学家，也是一位杰出的自然哲学家。纵观Farada

26、y毕生的广泛实验研究及其在许多领域的卓越贡献，不难看出，除了个人的非凡才能外，造就他深邃的洞察力、丰富的直觉和巧妙的物理构思的基本科学信念，是关于自然力统一的思想以及近距作用观点的场论思想。关于各种自然力具有统一性、不可毁灭性和可转化性(可变换性)的学说产生于l8世纪末的德国哲学。它首先由Kant(康德)提出，后经Schelig(谢林)发展。Faraday深受这种哲学思想的影响，达到了坚信不移的程度。Faraday通过大量的、内容十分广泛的实验研究，执著地寻找了解，追求统一解释，试图描绘出一幅统一的物理世界的图画。前面提到的Faraday关于电磁感应、电解、偏振光振动面的磁致旋转、电的同一性、

27、电介质、抗磁体与顺磁体、电磁旋转(电动机)与发电机等实验研究，无非都是在寻找电与磁、电与化学、光与磁、各种不同来源的电、电磁场与物质、电磁能与机械能之间的可能了解和相互影响，并试图提供统一的解释。甚至Faraday未能获得成功的关于电光效应、磁场对光谱的影响等。实验研究，也还是在寻找电与光、磁与光之间的种种了解。Faraday曾经明确宣布：“我长期以来坚持一种观点，几乎达到认定这种思想的程度，我与其他许多自然知识爱好者相信，物质的力赖以表示的各种形式有一个共同的起源；或者说，它们是如此直接相关，以致可以互相转化 ”不妨再举一个前面没有涉及的例子。在1837年，Faraday就曾提出重力、电磁力

28、与化学亲和力等各种力等当的思想，并于1847年和1859年先后几次试图从实验上发现重力与电、重力与热之间可能存在的具体关系，但均未成功。(时至今日，引力与电磁作用的统一仍是物理学尚待探索的重大课题之一。Faraday指出：“有一个古老而不可改变的信念，即自然界的一切力都彼此有关，有共同的起源，或者是同一基本力的不同表现形式。这种信念常常使我想到在实验上证明重力和电力之间了解的可能性。”由此可见，Faraday的一生，是在自然力统一思想指引下探索自然奥秘的一生。的确，从某种意义上说，物理学的历史就是一部寻找了解，追求统一解释的历史。Newt0n找到了天上的星星与地面上物体机械运动的了解，并用万有

29、引力定律给予统一解释；Faraday和Maxwell找到电与磁、电磁与光现象之间的了解，建立起统一的电磁场理论；Einstein的狭义相对论揭示了时间、空间与物质运动之间的了解，广义相对论则更把引力囊括进来； 诸如此类，形成了一条绵延不断的长河。,-vn Einstein所说：“要是不相信我们的理论构造能够掌握实在，要是不相信我们世界的内在和谐，那就不可能有科学。这种信念永远是一切科学创造的根本动力。”物理学中近距作用观点的场论思想起源于Faraday。1820年，Oersted为了解释他发现的电流磁效应，提出了“电冲突”的概念，并指出这种“冲突”是沿环绕导线的圆形分布的。1821年，Fara

30、day在电磁学的历史概要一文中，提出了电流会引起一种特殊状态的观点。在随后所做的“电磁旋转”实验中，Faraday清楚地看到磁棒或导线的端点沿圆形线转动。Faraday直观地想像，如果载流导线绕成螺线管，这种圆形线会被集中于回路内，磁针将会沿着这种集中了的线从一端穿过螺线管到达另一端。按照这种设想所做的第二种“电磁旋转”实验获得了预期的成功。这使Faraday相信这种特殊状态不仅存在于电流通过时的导体内，而且传播到离导线一定距离处。1822年未获成功的电光效应实验，正是araday为了探测这种特殊状态所作的尝试。由此可见，Faraday刚进入电磁学研究领域，就持着一种与大多数同时代人坚持的超距

31、作用观点颇为不同的独特想法。在1831年11月关于电磁感应的题为物质的新的电状态或情况的论文中，Faraday正式将这种特殊状态称为“电紧张状态”(electrotonic state)，电紧张状态是电流或磁体产生的一种特殊状态，“一旦导线受到伏打电流或磁的电感应，它就显出一种特殊的状态”，这种状态就是电紧张状态。Faraday用它来解释电磁感应现象。螺线管或导线在磁铁附近动产生感应电流，是因为运动过程中“电紧张状态升到较高或降到较低的程度，这种变化伴随着电流的产生”。对于自感现象，Faraday认为，“能在根邻近导线中产生电紧张状态的电流，同样能在它自身的导线中感应那种状态”，因而产生自感现

32、象。在关于电磁感应的论文中，Faraday使用了“磁曲线”一词。磁曲线就是磁力线，它代表磁力的作用。Faraday指出，磁曲线的形状可以用铁屑模拟出来，一个非常小的磁针也可标志出一条磁曲线的切线。Faraday还用导线切割磁曲线的方式来确定感应电流的方向。力线一词早就有人用过，但Faraday赋予它新的物理意义。Faraday还指出，“磁力或电力轴能激起一种环形的感应电流，如同电流能产生和显示一种环形的磁作用一样”。力线概念和电紧张状态概念是Faraday近距作用观点场论思想的最初形式，它贯穿在随后展开的电化学研究中。1832年3月，Faraday又提出了电力线概念。1833年研究电解理论时，

33、提出了电流线概念，并指出电化分解的原因，是因为电流通过溶液时，电解质粒子内部的化学亲和力发生变化，因此粒子处于极化状态，极化粒子沿着电流的路径连锁传递这种状态，同时进行分解和再合化，最后在电极析出生成物。这表明，Faraday是从粒子所在处的电流作用中去寻找电解的原因，而没有从当时流行的电极是超距的引力和斥力中心的观念去解释电解过程。Faraday把“极化粒子连锁传递”的思想发展到用来解释静电感应现象，于1837年提出了他的电感应理论。Faraday在论感应及论感应(续)(1838)等论文中指出，通常的感应本身总是邻接粒子的作用。这种作用是相邻粒子间张力的传递过程，极化粒子将这种作用“邻接地”

34、传递到下一个粒子，形成极化或电感应力线，最后终止于界面。电解是第一阶段产生极化，第二阶段粒子发生分解，而绝缘粒子只停留在第一阶段。Faraday用实验证明了中介物质(电介质)对这种作用力的影响，因而测定了介质的电容率(介电常量)。Faraday还指出，超距的电作用(即通常的感应作用)除了通过中介物质的影响之外，是决不会发生的。Faraday还用实验巧妙地证明，感应作用与超距作用观点相反，是沿曲线传递的。Faraday将这种曲线类比为一系列小磁针形成的力线。Faraday指出，力线在纵向有收缩趋势，在横向有扩张趋势，他认为具有这种性质的力线充满了电荷之间的空间，并以此为出发点说明一切静电现象。F

35、araday的一系列实验研究以及借助于力线表术的近距作用解释，向当时占统治地位的超距作用观点发起了认真的挑战，并在确立场论思想的道路上迈出了极为重要的一步。Faraday场论思想的发展曾受到J。R。Boskovic理论的启发，Boskovic1758年发表的自然哲学理论认为，组成物质的原子只不过是力的中心，离中心最近处原子力表现为巨大的斥力，随着距离的增加则交替表现为引力和斥力，较远处表现为引力并与距离平方成反比。1844年，Faraday把电感应研究建立的概念向磁作用推广时，曾明确表明Boskovic的原子概念比通常的概念具有更大的优越性，认为物质将是完全连续的，中心周围的力与作为中心的原子

36、是结合在一起的，物质粒子通过联合力结成一块，粒子通过这些力与相邻的其他粒子发生接触作用。Faraday最终完全摒弃了超距作用观点而建立了近距作用观点的明确的场概念。1845年11月7日，Faraday在日记中首次使用了“磁场”一词，以后经常使用，并于1848年正式出现在他的论文中。抗磁性机制的研究推动Faraday沿着已经开辟的方向进一步探索磁和磁作用的本质，导致近距作用观点场论思想的最终确立。Faraday在论物体的磁传导和抗磁传导(1851)、论磁力线(1851)、论磁哲学的一些观点(1855)、论力的守恒(1857)等论文中，集中表达了他近距作用观点的场论思想。概括起来，Faraday的

37、结论主要是：l、力线或场是独立于物体的另一种物质 物体的运动是力线传递的力作用的结果。物体可以改变力线的分布；2、力线在纵向有收缩的趋势。在横向有扩张的趋势；3、磁力线是闭合的、没有起点和终点的力线电力线是不闭合的、有起 点和终点的力线；4、电磁感直是由于导线切害47磁力线或磁力线切割7导线而引起的；5、力线的传播需要时间。早在1832年，Faraday在给英国皇家学会的封存的信中就已指出，磁作用和电感应的传播需要一定的、显然是非常短的时间，这种传播类似于水波和声振动，而且这也是光现象最可能的解释。1846年，Faraday在关于光线振动的思想一文中指出，他把辐射视为力线的一种高级振动，在力线

38、一端的变化容易使人想到在另一端引起的变化；光的传播需要时间，因而或许所有的辐射作用也需要时间；由于力线的振动是辐射的原因，因而辐射也需要时间。这是关于光的电磁性质的极有价值的思想。Faraday在1857 1858年间曾试图用实验来测定电磁扰动的传播速度，但未获成功。Faraday的这些想法，后来在Maxwell的电磁场理论及尔后的实验证实中得到了确认。Faraday近距作用观点的场论思想更多地是用力线语言表达的，因此也称为力线思想。它具有鲜明的实践来源。场概念的许多重要观点，如磁力线是真实存在的、是闭合的等结论，都有独特的实验证明。近距作用观点场论思想的确立开始了Newton以来物理学最伟大

39、的变革，因而受到许多物理学家的重视。W 。Thomson指出：“在Faraday的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。我想，借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，最简单而又极富启发性地表示出来。”Thomson在自己研究的基础上建议Maxwell研究Faraday 的力线思想。Maxwell在Faraday的基础上发展了近距作用观点的场论思想，建立了Maxwell方程，奠定了经典电动力学的理论基础。Maxwell曾经把Faraday与Ampere作过精辟的比较，深刻地阐明了Faraday研究工作的特点。在本节的最后，让我们引用Maxwell的论述来结束对Faraday的介绍。Maxwell

40、写道：“Ampere借以建立电流之间机械作用定律的实验研究，是科学上最辉煌的成就之一。整个的理论和实验看来似乎是从这位电学中的Newton的头脑中跳出来的，并且已经成熟和完全装备完了的。它在形式上是完整的，在准确性方面是无懈可击的，并且它汇总成为一个必将永远是电动力学的基本公式的关系式，由此可以导出一切现象。然而，Ampere的方法(虽然整理成为一种归纳的形式)使我们无法找出指导着他的概念的形成过程。我们很难相信Ampere真是借助于他所描述的那些实验而发现这种作用的规律。使我们怀疑(事实上他自己也这样说)他是通过某些他没有指给我们的过程发现这一规律的。并且后来他在确立一个完整的证明时，拆除了

41、借以树立它的脚手架的一切痕迹。”“在他(Faraday)发表了的研究报告中，我们发现这些观念是以一种更适合于一门正在形成中的科学的语言表述的，因为他和那些(像Ampere那样的)习惯于建立思想的数学形式的物理学家们的风格是颇为不同的。”“Faraday虽然透彻地了解空间、时间和力的基本形式，却不是一个专门的数学家，这对科学或许倒是有益的。他并不试图深入到许多有趣的纯数学研究， 他既不感到有必要强使他的结果采取符合当时的数学口味的形式，也不想把它们表示为数学家们会着手去研究的形式。”“Faraday既告诉我们他的成功的经验，也告诉我们他的不成功的经验；既告诉我们。他的租糙的想法，也告诉我们那些成熟的想法 在归纳能力方面远不及他的读者。感到的共鸣甚至多于钦佩。并且会起这样一种信念：如果自己有这样的机会。那么也将会或为一个发现者。”友情提示：部分文档来自网络整理，供您参考！文档可复制、编制，期待您的好评与关注！9 / 9