雖說科學家對靜電現象有了不少認識,然而,使電作為一種能源而成為人們生產和生活的動力,使人類進入一個電氣化時代,卻是從科學家開始發現和注意到電與磁的相互聯系開始的。
1800年伏打發明電池以后,為揭開電與磁之間的奧秘提供了一把鑰匙,因為電池可以使電流輕而易舉地在銅絲中流動。
一天,在哥本哈根工作的丹麥物理學家奧斯特(1777~1851年)在研究電池和電流之間的關系時.奇跡般地發現了原來電和磁之間還有特別“親密”的關系。當時奧斯特正在做一項實驗,工作臺上擺著電池、銅絲和開關,在銅絲旁還偶然地擺著一個磁針。當他讓電流通過銅絲時,卻發現放在銅絲旁邊的磁針竟哆哆嗦嗦抖動起來。他感到很納悶,這是怎么回事?他又反復實驗了幾次,在銅絲下與銅絲平行放一個磁針,當銅絲中有電流流過時,磁針又抖動起來。有趣的是,如果把磁針放在銅絲的上方并與其平行,銅絲中通過電流時,磁針擺動的方向正好相反。當磁針與銅絲很接近時,磁針擺動的角度差不多有45度,當磁針逐漸離開銅絲時,隨距離的增加,磁針擺動的角度也隨之逐漸減小。
聰明的奧斯特從這些實驗中得出了一個結論:只要導線中有電流通過,在它的周圍就會產生和磁鐵一樣的磁力。1820年,奧斯特把這個重要發現公布后,立即引起了學術界的重視。因為以往只知道磁鐵具有磁力,現在發現電流也能產生磁力,這確是一件新鮮事。這一發現揭示了自然現象中存在著一種以往人們不知道的內在聯系,那就是電能可以轉換成磁能。
奧斯特的發現給年輕的法拉第以極大的啟發,他也開始了電磁感應關系的實驗。
法拉第是倫敦郊區一個貧民的兒子,沒有進過正規學校,少年時在一個裝訂廠當小工,這使他有機會閱讀到大量科學書籍。法拉第不僅善于自學,而且自己動手的能力也非常強,常常設計出相當精彩的試驗方法。他在奧斯特發現電和磁的關系后,于1821年就開始了電磁實驗。
他設計了一種很簡單但卻很能說明問題的實驗裝置:在一個盛水銀的小缸里豎放一根筆直的磁棒,并先用蠟把磁棒的一端固定在小缸底。然后再往缸里注人水銀,只讓磁棒的頂端(北極)露出液面。接著他用一根導線穿過一個軟木塞,把它浮在水銀液面上。因為有這個軟木塞,導線和磁棒之間就不會直接接觸,而處于絕緣狀態。然后,他用另一根導線與電池的一個極連接,并把它越過缸邊插人水銀中,再把穿在軟木塞上的那根導線連接在電池的另一個極上。這樣,就形成了一個可以通過開關而閉合或斷開的電路,因為水銀也是導電的。
法拉第設想,如果電能變成磁力,軟木塞上的那根導線就會繞著磁棒轉動。當他把電池開關合上時,導線果然繞著磁棒轉起來。他又想,如果把磁棒的北極豎放在缸里,導線就有可能繞著磁棒的南極向相反的方向旋轉,一試果真如此。法拉第高興極了,但并不為此滿足。
為了確證電力產生磁力的事實,法拉第又變換了一種實驗方法:即把導線固定,使它不能轉動,而將磁棒漂浮在水銀中(水銀比重大,鐵棒可以浮起來),使磁棒的一端剛好露出水銀液面。當在電路連接好后接通電路時,磁棒果然繞著導線轉了起來。
這個實驗看起來很簡單,但它在能源動力發展史上卻有著劃時代的意義,它不僅說明電力可以變成磁力,而且說明電磁可以變成使物體運動的機械能。他用這個原始方法做成的裝置,實際上是世界上第一個把電磁能轉換成機械能的最原始的電動機。
不過法拉第當時還沒意識到自己的這個簡單的東西將來會成為打敗蒸汽機的“對手”。但他非常清楚,電力可以產生磁力。
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