第五期-揭開電和磁的奧秘（3）
法拉第是一位自學成才的科學家，半個多世紀以來，不求名利，在科學之路上辛勤耕耘。 他將自己所做的實驗匯編成《電的實驗研究》一書。 書中收錄了3000多個條目，詳細描述了他所做的實驗和結論。 這是一份珍貴的科學文獻。
法拉第的貢獻一：電動機的誕生
奧斯特發現，當電流流過電路中的線圈時，靠近線圈的磁針會發生偏轉。 法拉第受此啟發，成功發明了一種簡單的裝置。 在設備內，只要有電流流過電線，電線就會繼續圍繞磁鐵旋轉。 事實上，法拉第的發明是第一個使用電流來移動物體的裝置。 盡管該裝置很簡單，但它是當今世界上使用的所有電動機的祖先。
如今的電動機已廣泛應用于我們的日常生活中。 例如，電風扇等通電后會旋轉的機器就是電動機。 你能說出一些日常生活中使用的電動機嗎？ 您家里使用多少臺電動機？ 這就是法拉第的功勞。
貢獻二：電磁感應現象的發現
法拉第一直在進行電磁變換實驗，但一次又一次失敗，沮喪和失望不斷向他襲來。 每次實驗之前想要成功的渴望，在無情的實驗結果面前都破滅了。
法拉第忍受著失敗的痛苦，繼續進行實驗，每次都仔細觀察，不斷總結失敗的教訓及其原因。
1831年，法拉第41歲。 他覺得他的工作應該有一些轉折。 當我們到了轉折的時代，我們應該抓緊時間，做一些真正偉大的哲學探索。
許多新的想法在法拉第的腦海中萌芽、涌動。 與這些偉大的新想法相比，他過去20年的工作算什么？
不幸的是，他過去的大部分時間都被繁瑣的商業技術工作所吞噬，他決定結束這類工作。 7月4日，他寫信給英國皇家學會秘書提出這一請求。
為了實現自己的夢想，法拉第開始在實驗室里日夜緊張地工作，他的電學實驗進入了最關鍵的階段。
法拉第用軟鐵制作了一個厚度小于0.025米、外徑0.152米的環。 他用一根長約7.243米的銅線，在箍的半邊，即A段，將其繞成三圈。 每個線圈有多層，每層之間用絕緣麻布隔開。
這樣，三個線圈可以連接起來組成一個大線圈，也可以相互分開作為三個小線圈使用。 然后法拉第電磁感應定律，法拉第用兩根銅線將箍的另一半（B部分）繞成兩個線圈，總長度為18.108米。 A段線圈和B段線圈之間有一定的間隙，使其不相互接觸。 法拉第將10塊電池連接在一起作為電源。 然后將B段的兩個線圈連接成一個線圈，然后用一根銅線將兩個線圈的兩端連接起來。 銅線下面有一個磁針，它實際上是一個電流表。 如果電流流過銅線，磁針就會偏轉。 然后，他將A部分線圈的兩端連接到電池組上。
一切準備就緒后，法拉第集中精力開始手術。 他小心翼翼地合上A區的開關，線圈中流過一股強大的電流，不一會兒電線就變熱了。 法拉第轉過身來，盯著B區銅線下的檢流計，磁針一動不動，沒有任何反應。
隨后，法拉第更換了A段的線圈，重復了實驗。 結果保持不變。 隨后，他將A段的三個相互絕緣的線圈并聯起來，組成一個線圈進行實驗。 這可能會產生更顯著的效果。
法拉第焦急地合上開關，轉頭盯著檢流計。 指針似乎是固定的，一動不動。
我的心里升起一種失望的感覺。 有信念的科學家不會害怕失敗。 然而，事情就是這么無情。 經過10年的努力，卻沒有任何結果。
這是什么原因呢？ 法拉第看著厚重的實驗桌上散落的線圈、電池組、磁針，就像作家看著自己無法發表的作品一樣，心疼又遺憾。
失望之余，法拉第仍懷著一絲信心，進行了最后的深思熟慮。 他仔細翻閱所有的實驗記錄，反思設計思路和實驗方法，對實驗設備一一檢查，不放過任何一個細節。
在檢查檢流計的位置時，法拉第無意中發現，每次實驗他都是先打開電源，然后轉頭觀察檢流計。
這可能是問題所在嗎？ 想到這里，他立即重新布置了實驗臺，決定徹底檢查一下。 這次法拉第特意將線圈鐵環和檢流計放置在電池開關旁邊，以便在操作過程中始終能看到指針。
法拉第目不轉睛地盯著檢流計，然后用手合上了電源開關。 線路一接通，檢流計的小磁針就跳動了！
這個時間很短，一不留神就會錯過。 法拉第在過去的許多實驗中都忽略了這個細節，但這一次他終于捕捉到了轉瞬即逝的“瞬間”。
“啊，電流！” 法拉第欣喜若狂，忍不住大喊起來。 為了驗證他的新發現，他連續進行了多次實驗，每次都得到了相同的結果。 因此法拉第相信勝利就在眼前。 他在實驗日記中寫下了這個難忘的日子：1831年8月29日。
法拉第有一種預感：他已經到達了真理的邊緣，只要他再向前邁出一步，成功就是他的了。
為了得到最終的結果，法拉第繼續進行實驗。 他斷開B部分的電池，并在鐵環旁邊放置一塊磁鐵，希望在A部分感應出電流，但磁鐵并沒有移動檢流計指針。
法拉第用其他金屬制成的環代替了鐵環，并想盡辦法改變了許多接線方法，但檢流計的指針仍然沒有絲毫動靜。 磁鐵不產生電流。
隨后，法拉第再次進行了8月29日的實驗。他發現，如果改變B段線圈和A段線圈的位置，或者改變B段線圈中的電流大小，電流指針會擺動，說明A段線圈中有感應電流！
這時，法拉第突然意識到，一定是B段線圈中電流產生的磁變化，導致A段線圈感應出電流。
為了證實自己的判斷，10月17日，法拉第用紙板制作了一個空心圓柱體，并用銅線在紙圓柱體上層層纏繞了8個線圈。 然后他把八個線圈并聯起來，形成一個線圈，線圈的兩個端點分別連接到檢流計的兩個極上。
當法拉第將磁棒插入紙板管時，檢流計上的指針仍然沒有反應。 他想知道，這是什么原因呢？ 也許是插得太慢了？
法拉第屏住呼吸，突然將磁棒插入紙管中。 果然，檢流計上的指針動了！ 法拉第心中一震。 這一運動表明了電流的產生。 最后，磁力轉化為電。 這不正是我近十年來一直夢想的時刻嗎？
短暫的一瞬間，指針又回到了原來的位置。 當他突然將磁棒從圓筒中拔出時，指針向相反的方向跳動，然后又回到原來的位置。
法拉第又轉動磁棒，插進去，拔出來，再插進去，再拔出來……電流表的指針來回擺動，法拉第的心臟開始劇烈跳動。
隨后的許多實驗也顯示了相同的結果，將磁轉化為電的想法終于成為了現實。
但法拉第并沒有因此而停下來。 他在思考一個問題：為什么這些年來他重復實驗了上千次卻沒有成功？ 為什么他只有這么做才能成功呢？ 他想找一些有規律的東西。
經過仔細回憶和思考，再加上實驗驗證，法拉第終于悟出了成功的關鍵。 只有運動才能產生電流。
這個謎團最終被法拉第揭開了。 事實證明，線圈中磁通量的變化引起了感應電流。 換句話說，移動的磁力產生了電流。
在之前的實驗中，磁鐵相對于電線和線圈并沒有移動，所有實驗都是在靜止的前提下進行的。 通過目前的實驗發現，只有將磁鐵插入線圈或從線圈中抽出時，才能產生電流。
法拉第將這種電流稱為感應電流，即感應產生的電流，產生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。
隨后法拉第發現，無論是在靜止的線圈中插入一塊磁鐵，還是在靜止的磁鐵上放置一個線圈，只要兩者之一以某種方式運動，就會產生感應電流。 因此，他得出結論：“要將磁轉化為電，運動是必要條件”。
但為什么需要運動才能產生感應電流呢？ 感應電動勢和感應電流的大小和方向與運動方式有關嗎？ 這是法拉第思考的又一個新問題。
科學界經常出現這種情況。 實驗的成功、新現象的發現和新規律的總結往往會引發更多的問題，從而推動科學技術的進步。
作為一個小測試，要求學生確定A和B中哪種方法可以產生感應電流？ （答案在底部）
電流終于可以連續產生了……1831年10月28日，法拉第發明了盤式發電機。 這是人類發明的第一臺發電機。 發電機終于誕生了！
法拉第首次發現了劃時代的電磁感應現象，從而導致了電磁學的迅速發展。 隨后，科學家們開發出了產生交流電的方法。 今天我們家庭使用的電力是交流電。
電磁感應現象是電磁學中最重要的發現之一。 它展示了電現象和磁現象之間的相互聯系和轉化，對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重要意義。
由于法拉第對電磁學的偉大貢獻，他被稱為“電之父”和“交流電之父”。 為了紀念他，人們將電容的單位定為法拉。 愛因斯坦在自己的書房墻上貼了一張法拉第的照片，并與牛頓、麥克斯韋放在一起，可見法拉第在電學方面的巨大貢獻。
法拉第一生做出了許多發明，如電磁感應、電動機、發電機、交流電等。然而，他在探索的過程中遇到了各種困難。 他向《科學季刊》提交了電磁旋轉的研究成果，遭到批評。 有人嘲笑他抄襲，這只是運氣好。 有人對這一研究結果表示懷疑。 面對外界的各種批評、各種言語攻擊、導師大衛的冷漠以及著名教授奧勒斯頓不愿澄清自己的恩怨，都讓法拉第心灰意冷，一度想放棄科學。 這是他一生中最黑暗的時期。
但法拉第的妻子、法拉第最忠實的崇拜者薩拉鼓勵法拉第不要因為別人的因素而放棄。 一天晚上，法拉第非常悲傷地說：“親愛的莎拉，我真的很尷尬。” 莎拉堅定地回答：“我寧愿你像個孩子一樣，因為你的純真而受到傷害，也不愿你像一個惡棍一樣，因為被傷害而受到傷害。” 他總是提防著別人。”法拉第驚訝于妻子的堅強，在她的鼓勵下他堅持了下來。兩個月后，法拉第發表了他著名的關于帶電導線在地磁影響下旋轉的實驗。場上，給他最大掌聲的人是奧勒斯頓教授！所以，只要堅持，就會有結果。當你得到肯定的時候，誰還會在乎流言蜚語呢？
盡管在此后的四十六年里，兩人共同經歷了貧困、不孕、失憶的危機，但這一切都讓他們的愛情更加深厚。 在法拉第晚年的最后一次演講中，他在會場大聲宣講：“她是我生命中的初戀，也是最后的戀人。她讓我年輕時最燦爛的夢想成真；她讓我意識到，我仍然有安慰。”我老了，我們相處的每一天都是淡淡的喜悅，每時每刻，她都還在我的腦海里，有了她，我的人生就沒有遺憾了，我唯一在意的是，我離開之后，還能怎樣？我親愛的一生照顧我的伴侶承受著折斷翅膀的痛苦嗎？我只能用純粹的信仰向永恒的神訴說：我沒有給她留下任何東西，但我不害怕。我知道你我會的一定會照顧她，你一定會照顧她的……”
1867年8月25日，法拉第在薩里的漢普頓宮平靜地去世。他對妻子說：“我的父親是鐵匠的助手，我的兄弟是工匠。從前，為了學習讀書，我成了一名“在書店當學徒法拉第電磁感應定律，我叫邁克爾·法拉第，以后我的墓碑上刻的也將是……就這個名字！”
一代科學巨星，在譜寫了他非凡的一生后，給人們留下了寶貴的科學財富。 法拉第第一個提出電場和電場線的概念。 總結了兩條以他的名字命名的電解定律，構成了電化學的基礎。 他給化學中的許多重要術語起了通俗的名字，如陽極、陰極、電極、離子等。法拉第的貢獻造福了所有人，將人類文明提升到了前所未有的高度，將文明進程推進了數十、數百年。 這位自學成才的偉大科學家注定會永垂不朽。
讓我們通過一分鐘的視頻，重新認識法拉第的傳奇一生！
注：本題答案為D
供稿人：蘇嘉林
評論：辦公室