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法拉第怎么發現電磁感應的？ 法拉第電磁感應定律( 二 )

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1812年，漢姆特里·戴維(1770-1845)在皇家學院做了一次演講 。波利先生的一個客戶給了法拉第一張去聽講座的票 。事后，法拉第將自己的課堂筆記整理裝訂后寄給了大衛，說空如果有空缺，他可以填補，但之后就沒有了消息 。然而，同年10月，大衛因氯氣的危險化學品硝酸鹽爆炸而暫時失明，需要有人記錄他的想法 。法拉第被推薦承擔這項任務 。然后，在1813年3月1日，他得到了一個永久的職位——大衛在皇家學院的助手 。他在那里一直工作到晚年 。
法拉第上任后不久，大衛決定訪問歐洲大陸的科學機構，法拉第作為科學助理陪同 。在接下來的18個月里，他們在巴黎會見了當時最著名的科學家——安培、洪堡、格雷-呂薩克、阿拉戈和許多其他人 。在意大利，他們遇到了伏特；在熱那亞，我們還看了魚雷實驗，可以電擊魚 。
1820年，奧斯特發現了電和磁之間的聯系，由此引發了一系列相關的科學活動 ?？茖W雜志收到了許多描述電磁效應并試圖解釋它們的文章 。哲學期刊的編輯請法拉第來評論 。面對如此大規模的實驗現象和推論，法拉第開始系統地研究電磁現象 。
然后，法拉第重復了文獻中報道的所有實驗 。特別是，他研究了載流導線附近小磁鐵的磁極運動 。安培發現，作用在磁極上的力似乎使它繞著載流導線做圓周運動 。另外，如果磁鐵是固定的，載流導線會感受到一個力，使其繞磁鐵做圓周運動 。法拉第用兩個漂亮的實驗證實了這些現象(圖1) 。圖1展示了右邊的第一個實驗:一塊磁鐵被豎直放置在一個水銀盤上，磁極在水銀表面上方 。金屬絲的一端連接著一個漂浮在水銀表面的小軟木塞，另一端固定在磁鐵的一端 。當電流流過導線時，導線就像法拉第所預料的那樣，繞著磁鐵的軸旋轉 。圖1左邊是第二個實驗:載流導線固定，磁鐵繞導線自由旋轉 。這是人類制造的第一臺電動機 。

圖1法拉第實驗顯示載流導線與磁鐵之間的力:圖的右側，磁鐵垂直固定，載流導線繞垂直軸旋轉；圖的左側，載流導線垂直固定，磁鐵繞導線旋轉 。這是人類制造的第一臺電動機 。第一臺電動機(由皇家學會提供) 。
這些實驗讓法拉第有了磁力線這個關鍵概念，這個概念是他在觀察磁鐵周圍鐵屑的分布時突然冒出來的(圖2) 。磁力線或磁場線或磁場線表示磁極置于磁場中時，作用在磁極上的力的方向 。在垂直于磁力線的平面上，通過單位面積的磁力線越多，作用在磁極上的力就越大 。法拉第非常重視磁力線作為觀察靜態磁場效應和時變磁場效應的直觀手段 。

圖2法拉第磁棒的磁力線
兩個磁極之間的磁力線沿著兩個磁極之間的連線 。載流導線的環形力線怎么會和這個一致？法拉第的照片面臨一個難題 。法拉第表明(圖3)將載流導線彎曲成回路可以模擬磁鐵產生的所有效應 。他認為磁力線會在環中被壓縮，導致環的一邊是一個極性，另一邊是相反的極性 。他通過實驗證明，所有與導線中的電流有關的力，都可以根據磁力線來理解 。磁偶極子完全等效于回路電流，這是法拉第的深刻見解 。事實上，正如附錄A5.7中所證明的，從這一見解中，可以推導出關于靜止磁體和電流之間的力的所有定律 。

圖3法拉第說明了電流磁場等效于條形磁鐵的原因:當左側的長直導線彎曲成右側的回路時，磁力線被壓入回路 。
1831年發生了巨大的進步 。法拉第堅信自然界的對稱性，他推測既然電流產生磁場，那么磁場產生電流一定是可能的 。1831年，他了解到約瑟夫·亨利在紐約州奧爾巴尼進行的實驗 。在這個實驗中，亨利使用了一個具有很強電磁力的電磁鐵 。法拉第立即有了觀察磁力線使電磁材料變形的想法 。他把絕緣線纏繞在厚厚的鐵環上，這樣鐵環里就能產生強大的磁場 ?？梢酝ㄟ^纏繞在環上的另一個線圈來檢測應變效應 。這個繞組連接到一個檢流計來測量產生的電流 。法拉第裝置的原始照片如圖4所示 。

圖4法拉第是第一個證明電磁感應的儀器(感謝英國皇家學會)
實驗是在1831年8月29日進行的，法拉第的實驗室筆記本上對此做了仔細的記錄 。結果完全不是法拉第所期待的 。當初級繞組閉合時，次級繞組中檢流計的指針在纏繞在鐵環介質上的次級電路中有偏轉感應電流 。但在電磁鐵中接通或斷開電流時，觀察到檢流計的指針發生偏轉，流過電磁鐵的穩定電流對檢流計沒有影響 。換句話說，這種效應似乎只與變化的電流有關，因此只與變化的磁場有關 。至此，法拉第發現了電磁感應 。

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