3.7?法拉第發覺電磁感應?1820年起，電磁熱風靡亞洲，研究結果大量發表，眾說紛紜，真假難辨。1821年德國哲學學報（Annalof）刊物編輯約法拉第寫一篇關于電磁問題的述評，這件事造成法拉第開始了電磁學的研究。法拉第當時正在德國皇家研究所做物理研究工作。他原先是文具店學徒工，從小熱愛科學，奮發自學。因為物理家戴維的幫助，進到皇家研究所的實驗室當了戴維的助手，1821年受任為皇家研究所實驗室處長。法拉第在整理電磁學文獻時，為了判定各類學說的真假，親自做了許多實驗，其中包括奧斯特和安培的實驗。在實驗過程中他發覺了一個新現象：假如在載流導線附近只有吸鐵石的一個極，吸鐵石都會圍繞導線旋轉：反之，假如在磁體周圍有載流導線，這導線也會繞磁體旋轉，如圖3－9。這就是電磁旋轉現象。與此同時，法拉第對安培的“分子電壓”理論提出不同見解。他設計了一個演出。取一支玻璃管，在里面纏以絕緣導線，弄成螺線管，水平地半浸于水底。之后在海面上懸浮一只長n極。根據安培的觀點，載流螺線管對應于長條吸鐵石，螺線管的一端相當于北極，另一端相當南極。n極假如是北極指著螺線管的南極，應當會吸向螺線管的南極并停于南極的一端。
法拉第強調，這與實驗結果不符。他做的實驗是n極的北極繼續穿過螺線管，直到n極的北極接近螺線管的北極。法拉第論證說，假如n極是單極的，它還會沿磁力線無休止地運動下去，如同電磁旋轉器那樣。法拉第覺得，和載流螺線管對應的不是實心磁極，而應是圓筒形吸鐵石。?安培則指責說，圓筒形吸鐵石和螺線管并不一樣。根據他的分子電壓假定，圓筒形吸鐵石中的電壓是一小圈一小圈，而線圈中的電壓是順著大圈的（如圖3－10）。為了證明圓筒形吸鐵石中的電壓是相互抵消的，他當街作了一個演出：把絕緣導線繞許多圈，弄成線圈，在線圈內部放一個用薄銅片弄成的圓環，取一磁棒放在圓環近旁，假如銅環里有宏觀電壓，磁棒都會驅使銅環偏轉。否則，只可能有分子電壓。安培的實驗表明銅環里只有分子電壓。這是1822年的事。假如安培悉心做下去，肯定會發覺，在線圈通斷電的頓時，銅環里會出現宏觀電壓。遺憾的是安培一心只是想證明他的分子電壓學說，竟錯過了發覺電磁感應的機會。?據文獻記載①，法拉第在曉得安培的答辯后，也重復了這個實驗。可惜他所根據的資料把安培的圓環誤畫為圓盤，所以法拉第重復了多次沒有得到結果。其實，法拉第發覺電磁感應并不是碰巧的機遇，而是他一貫追求科學真理的結果。
他和奧斯特一樣，信奉自然力的統一，早就在找尋“磁生電”的征兆了。從1824年到1828年，法拉第多次進行電磁學實驗。他仔細剖析電壓的磁效應，覺得電壓與磁的互相作用不僅電壓對磁、磁對磁、電流對電壓，還應有磁對電壓的作用。他想，既然電荷可以感應周圍的導體使之帶電，吸鐵石可以感應鐵質物體使之磁化，為何電壓不可以在周圍導體中感應出電壓來呢？于是他做了一系列實驗，想找尋導體中的感應電壓，其中有：線圈接電瓶通電，一根導線放在線圈近旁，導線兩端接電壓計構成回路。結果在電壓計中未發覺感應電壓。令導線穿載流線圈而過，再接于電壓計，也未發覺感應電壓。再將導線繞成線圈放在載流線圈內，尚未發覺感應電壓……。雖然“磁轉化為電”的征兆還未找到，法拉第的信念仍然沒有動搖。他在實驗日記里多次記錄了不成功的嘗試法拉第發現電磁感應，頑強的意志躍于紙上。1831年8月29日，法拉第總算取得突破性進展。此次他是用一個軟鐵圓環，環上繞兩個相互絕緣的線圈A和B，如圖3－11。法拉第在日記中寫道①：?“使一個有10對極板，每燴面積為4平方英寸的電瓶充電。用一根銅導線將一個線圈，或更準確地說把B邊的線圈的兩個端點連接，讓鋁線通過一個距離，正好經過一根n極的上方（距鐵圈3公尺遠）。
之后把電瓶連接在A邊線圈的兩端；這時立刻觀察到n極的效應，它振蕩上去，最后又停在原來的位置上，一旦斷掉A邊與電瓶的連結，n極再度被擾動。”法拉第繼續試驗，注意到假如維持通電狀態，n極毫無反應。法拉第這才猛省，原先這類感應現象有特殊性，是和頓時變化的過程聯系在一起的。接著，法拉第又做了一個實驗。他取來一根木棍，在木棍上繞以線圈，再和電壓計相接。木棍兩端各放一根磁棒，如圖3－12。當磁棒張合之際法拉第發現電磁感應，電壓計的n極也不斷擺動。?一個月后，法拉第對各項試驗作了總結，向法國皇家學會報告說：形成感應電壓的情況可以分為五類：1.變化中的電壓；2.變化中的磁場；3.運動的穩恒電壓；4.運動中的吸鐵石；5.運動中的導線。法拉第只是定性地用文字敘述了電磁感應現象。1833年楞茨（Lenz）進一步發覺楞茨定則，說明感應電壓的方向。1845年才由紐曼（F.E.，1798—1895）以定理的方式提出電磁感應的定量規律，即感應電動勢為：法拉第對電磁學的貢獻除了是發覺了電磁感應，他還發覺了光磁效應（也別稱拉第效應）、電解定理和物質的抗磁性。他在大量實驗的基礎上創建了力線思想和場的概念，為麥克斯韋電磁場理論奠定了基礎。?①L.P.，Am.J.Phys.54（1986），p.306.①′，Bell，（1932）Vol.1，p.279