法拉第

第二节 不断创造科学辉煌

　　发现电磁感应定律后，法拉第又对电现象进行了大量广泛而深入的研究。他有一个坚定的信念，大自然是统一的、和谐的。

　　大自然中万物纷呈，变化无穷。电，能生光、生热、生磁，引起各种化学反应；反过来化学作用也能产生电，磁也能产生电。

　　法拉第以为，所谓的电、光、热、磁，以及化学亲和力、万有吸引力，这些无所不在、千变万化的力，实质上是源于大自然的同一的力。它们只不过是名称不同、表现形式各异罢了。

　　根据这个认识，法拉第开始研究电的统一性。到那时候为止，除了雷电之外，已经发现的有五种不同来源的电，摩擦电、伏打电、热电、动物电和磁感应电。

　　这五种电有相同的地方，也有不相同的地方。有人认为它们是同一种东西，有人则认为不是。众说纷纭，莫衷一是。

　　法拉第对这五种电进行了全面的考察，他将电的效应归纳为静电的与电流的两大类，电流的效应又分为发热、磁、化学分解、生理效应、电火花五种。

　　法拉第根据自己的实验结果，证明了前三种电有静电与电流的全部效应，动物电显示了生理、磁、化学等三种效应，热电只显示生理效应和磁效应。

　　法拉第把这几种电间的差别归因于“电量”和“强度”的不同，而不是本质的不同。

　　于是，法拉第得出了结论：“不论电的来源如何，它们的本性都是相同的。”法拉第用电的同一性，为他的信念“自然是统一的”提供了有力的论据。

　　电的同一性研究直接导致法拉第发现了电解定律。19世纪初，人类对电的研究还很粗浅，对于物质结构与电的关系，更是茫然无知。

　　电是什么？物质是什么？电、物质结构与化学变化之间又有何关系？对于这些问题，各国科学家争论不休。

　　有人认为，电就是一种微粒，构成了物质；有人认为，电是物质微粒的一种振动，就像热那样；有人则提出：电是流体。

　　德国科学家格罗图斯提出一种假说，认为产生伏打电的伏打电池实际上是块电磁铁。

　　戴维则主张，电是与分子不可分离的一部分。安培提出有分子电流存在，并用分子电流来解释磁铁的磁性，但认为分子电流的电量是“组成分子的原子分解以后的产物”。

　　德拉里弗却又主张：电和物质是两种不同的东西，是可以各自独立存在的。

　　电、分子、化学变化的内部机制，这些都是微观现象，是无法直接观察到的，要从人们能够观察的宏观现象去推断微观的结构，是相当困难的事，难免会出现种种混乱与错误。

　　1832年，法拉第开始从事电化学研究的时候，面临的正是这样的各种理论纠缠在一起、难以分辨真理与谬误的局面。

　　针对这种情况，法拉第首先了解各种意见，进行鉴别比较。对每家的理论学说，分别实验，检验其正确与否和实用价值。

　　对于自己的种种设想，法拉第也是用实验来验证。

　　在走过了许多的弯路、碰了一次又一次的钉子后，法拉第最后终于找到了研究电化学规律的办法，就是称量出电极上析出的物质重量，把它与流过电极的电量进行比较。

　　于是，法拉第试图发明一种能够测量“电”量的大小的仪器，以确定各种电之间量的关系。但用什么方法来制造这样一种仪器呢？

　　才思敏捷的法拉第想到了电解方法。电解现象早已发现了，并已被科学家们用来获取或提炼某些化学元素。

　　法拉第想，电解时分离出来的物质的量一定是与通电量的多少有关，比如水电解时产生了氢和氧两种气体，那么能否根据电解时从电极上逸出的气体量的多少，来计算出通过水的电量呢？

　　想到这些，法拉第又进行了大量的实验。经过大量实验证实了他的想法：电解时分离出来的物质数量与通电量两者之间存在着严格的量的关系。

　　于是，电量计创制出来了。同时，一个远比电量计更为重要的规律也随之问世了，这就是著名的“法拉第电解定律”。

　　电解定律是法拉第在研究与发明电量计过程中的意外收获，也可以说是电量计的副产品，但其重要性却是电量计的千百倍。

　　这如同一个进行潜水锻炼的爱好者，在进行锻炼，达到了强健体魄目的的同时，在水中发现了古代装满贵重物品的沉船。

　　生物进化论奠基者达尔文说过：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”法拉第电解定律的创立过程，非常清楚地印证了达尔文的这句名言。

　　电解定律完全是从大量的实验与浩如烟海的实验数据中发现的，是通过实验数据的汇集、分析、整理和总结得出的规律。

　　法拉第之所以能够发现这个规律，除了他的坚韧毅力与极为细致、负责的工作态度外，还缘于他的敏锐观察能力和他对电学与化学两门学科兼通的本领。

　　而法拉第在青少年时期，在利博的订书店，通过刻苦自学所打下的坚实的实验能力与电学、化学知识的基础，无疑也是一个重要的成功因素。

　　电解定律找出了电解的时候物理现象和化学现象定量的联系，成为化学的基本定律。电化学的开创人是戴维，法拉第却把它向前推进了一大步，将老师的学说发扬光大了。

　　法拉第在电化学学科中取得了如此大的成绩，被公认为电化学的先驱。两条电解定律是电化学的基础，直到今天仍在电解与电镀工业上广泛应用。

　　另外，法拉第电解定律还有更深一层的意义：它的光芒照亮了半世纪后电子论的发展道路，为发现原子的内部结构奠定了初步的理论基础。

　　此外，法拉第对电介质和导体进行了深入的研究。通过大量细致的实验，他认为当时电学中所使用的旧名称十分混乱，不但词不达意，而且常有谬误。

　　法拉第认为随着新的电学理论的出现，对旧的名称来一次更换清理十分有必要。

　　于是，法拉第断然地废除了一些过时的旧名称，更换了新名。如电极、阳极、阴极、电解质、电解、离子等，就是他首创的，直到今天，人们仍在使用。

　　法拉第不知疲倦地探索着。1836年，他又发现了静电屏蔽现象。他把一个金属同笼子放在绝缘板上，在笼子的里面和外面各放一个金箔验电器，同时，用金属链分别把验电器的金属球和笼子连接起来。

　　当金属同笼子带电的时候，笼外验电器的金箔便会张大，笼里验电器的金箔依旧下垂，丝毫没有带电的现象。

　　它表明电荷只分布在导体的表面，金属同笼子能够对内部物体起到电的屏蔽作用，这便是静电屏蔽现象。

　　由此法拉第确信，如果有金属网的屏蔽作用，即使人站在闪电中，也不会被击伤。

　　此时法拉第想起了富兰克林的风筝实验。富兰克林冒着生命危险，从空中攫取了闪电。勇气固然可嘉，但却十分冒险。他决定做一个同样惊心动魄的实验，然而却十分安全。

　　1836年1月，法拉第表演了一次令观众们大惊失色的实验。他建造了一个巨大的金属框架，长、宽、高各为3.622米，之后他用一层铜网把金属框架罩住，同时把一部巨大的起电机同铜网相接。

　　这部起电机能产生很高的电压，足以把人击毙。他安然地走进框架，站于金属网的中央，然后吩咐助手准备实验。

　　起电机开动了，只见伴着“噼噼啪啪”的巨响，电火花在铜网上飞溅。法拉第泰然自若地站在网中央，面带平静的微笑。

　　由于“闪电”只是发生在铜网的外面，法拉第安然无恙，连一根毫毛都没受到损伤。他用自己的身体，富有戏剧性地证明了静电屏蔽的真理。

　　同时，法拉第还发现了储存电荷的方法。他发现，如果正负电荷之间隔一层绝缘体，比如玻璃或者空气，一个导体上的电荷就不会跳到另一个导体上去。

　　除非连接两个导体，让电荷释放出来，否则电荷将储存在两个导体上，它们之间不会发生什么关系。

　　依据这个原理，法拉第制成了储存电荷的电容器。人们为了纪念法拉第的发现，后世用他的名字来命名电容的单位，简称“法拉”。

　　经过几年的潜心研究与实验，可以说法拉第的研究已硕果累累。

　　直到今天，法拉第的理论仍然在中学物理课本的电学内容中占据着重要位置。法拉第的名字已是人人皆知，家喻户晓。