邁克爾·法拉第(英語:Michael Faraday,1791年9月22日-1867年8月25日),英國物理學家,在電磁學、化學及電化學領域做出了許多重要貢獻。法拉第有着傳奇的一生,他雖然沒有獲得足夠的教育,卻成為了曆史上最有影響力的科學家之一。他的代表性工作是所有中學生都倒背如流的法拉第電磁感應定律,此外,他還最早提出了“場”的概念,用于描述電磁現象,後來發展成為現代物理中的重要概念之一。
法拉第誕生在英國倫敦的一個貧窮家庭,父親是一個鐵匠。14歲時,隻有小學文化的法拉第開始在一個書店做學徒,主要工作是裝訂圖書。利用業餘時間,他閱讀了大量的書籍,尤其對科學書籍特别感興趣。1812年,經常光顧書店的一位顧客給了他一些聽英國皇家學會會長漢弗裡·戴維爵士報告的入場券。聽了一些報告後,法拉第把幾百頁的筆記整理了發給戴維爵士,作為求職的敲門磚。在一次做實驗意外眼睛受傷之後,戴維爵士需要一個助手,他想起了法拉第。此後,在戴維爵士的帶領下,法拉第有了很多機會接觸當時歐洲最頂尖的科學家,他了解到了許多先進的科學實驗和思想。1820年,奧斯特發現通電的導線周圍能夠産生磁場,這給了法拉第巨大的沖擊。法拉第通過查閱圖書和文獻資料,不斷的重複當時的諸多電磁學實驗。在反複實驗過程中,隻掌握了簡單代數的法拉第萌生了“磁力線”的想法,用來完美的刻畫實驗現象,這為後來數學家發展矢量分析奠定了堅實基礎。
條形磁鐵棒的磁力線
變化的磁通産生電動勢的演示實驗
法拉第通過實驗和磁力線的想法,首次提出,磁鐵棒完全可以等效為通電的線圈。現在我們知道,載流線圈貢獻一定的磁矩,而磁鐵棒無非是大量微觀磁矩疊加的結果。1831年,偉大的時刻到來了,法拉第發現,随時間改變的磁通量會創造電動勢,用現在的方程表示為:
法拉第電磁感應定律:電動勢的大小等于磁通量随時間的變化率。這裡的負号表示楞次定律,即“來拒去留”
然而,在法拉第的著作中,他并沒有寫下任何的方程式,他關于電磁場行為的深刻直覺和洞察力,為後人發展電磁學系統理論鋪平了道路。由于堅信電磁現象,以及大自然各種相互作用的統一,他最早提出光線可能是某種電磁場的樸素思想。他有着把實驗現象升華為真知灼見的天才洞察力,他提出的刻畫實驗現象的經驗模型後來成為了産生偉大數學的沃土,獲得了麥克斯韋的高度評價。
法拉第籠子
後來,他發明了最早的發電機,發現了材料的抗磁性,發現了偏振光的磁光效應(法拉第效應),發明了法拉第籠子用于靜電屏蔽,法拉第也是物理上電容的單位。此外,在化學、電化學領域,他最早研究了氣體的擴散,發現了苯,發明了氧化數的概念,發現了電解定律,推廣了諸如陽極,陰極,電極、離子等概念,提出了法拉第定律,建立了宏觀電荷量/電流和化學反應導緻的微觀電子轉移之間的聯系。他甚至在1847年報道了金屬顆粒膠體表現出一些與金屬塊體材料不同的光學性質,現在我們知道那是由于金屬納米離子的量子尺寸效應導緻的。
作為超一流的實驗家,他能夠用清晰簡潔的語言傳達複雜的思想,極大地啟發了麥克斯韋。愛因斯坦在他書房的牆上挂着三幅畫像,分别是:牛頓、法拉第和麥克斯韋。
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