英國的法拉第（ M.Faraday 公元 1791 — 1867 ）是十九世紀(jì)電磁研究領(lǐng)域中最偉大的實驗家。
    法拉第是一個鐵匠的兒子。按他自己的話說：“我所受的教育是最平常的，比在普通的學(xué)校中基本的讀、寫、算多不了多少，我課外的時間還消耗在家里和街道上?！彼?13 歲開始，在離家不遠(yuǎn)的書店和裝訂廠當(dāng)童工，成為一名裝訂學(xué)徒工。法拉第十分喜愛閱讀經(jīng)他手的科學(xué)書籍。工余之后，法拉第還做些簡單的化學(xué)實驗，每周花上幾個便士買些簡單用品。 19 歲時，他在晚上還常抽空夫聽關(guān)于自然哲學(xué)的講座，法拉第的哥哥對他很支持，為他支付入場費用。 21 歲時，法拉第幸運地聽了化學(xué)大師戴維（ H.Davy ，公元 1778 — 1829 ）在皇家研究院的四次演講。這時。法拉第已經(jīng)成為工廠的正式裝訂工，但法拉第渴望到科學(xué)研究部門里工作。在他想象中，科學(xué)部門里的學(xué)者一定是和藹可親心胸寬廣的人。這個想法促使法拉第邁出了人生道路上關(guān)鍵的一步。他大膽地給戴維寫了封信，表示了自己想到戴維門下工作的意愿，并將聽戴維的演講所作的工整的筆記也寄了去。戴維收到法拉第的信和筆記本后，受到感動，給法拉第復(fù)信，接受了他的請求。 1813 年，法拉第 22 歲，在英國皇家研究院當(dāng)了戴維的助手。那年秋天，戴維外出旅行，法拉第作為戴維夫婦的秘書隨同前往。他們游歷了法國、意大利、瑞士等國， 1815 年法拉第回到皇家研究皖。這次長達(dá)兩年的旅游經(jīng)歷，使法拉第長了不少見識?；貒螅ɡ陂_始了自己的獨創(chuàng)性的研究工作。 1821 年， 30 歲的法拉第才結(jié)婚。這期間，法拉第已經(jīng)在化學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)諸方面取得了很多研究成果，大多數(shù)科學(xué)家決定推舉他為皇家學(xué)會會員，而妒忌心卻使學(xué)會主席戴維反對他的學(xué)生當(dāng)選，然而主席職位的權(quán)威未能壓住法拉第， 1824 年法拉第被選為皇家學(xué)會會員。法拉第并不計較恩師的忌妒心，他總是懷著敬慕的心情稱頌戴維的天才，講到在他早期的科學(xué)生涯中，恩師對他的啟迪和教誨。 1825 年，法拉第任皇家研究院院長。
    19 世紀(jì)二十年代，歐洲的科學(xué)雜志已有不少，奧斯特的發(fā)現(xiàn)及其它有關(guān)電的磁方面的實驗及理論研究成果傳播到了歐洲各國。面對他國的科學(xué)成就，英國著名雜志《哲學(xué)年鑒》的主編不甘落后，于 1821 年特意邀請化學(xué)家戴維撰寫文章，綜述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來一年中電磁學(xué)實驗與理論的進(jìn)展概況。戴維把此事交給了法拉第。在收集資料的過程中，激起法拉第對電磁現(xiàn)象要進(jìn)行研究的極大熱情，這樣，法拉第就從其它研究課題逐漸轉(zhuǎn)向電磁學(xué)方面。
    1821 年 9 月 3 日，法拉第重復(fù)了奧斯特的實驗，他將小磁針放在栽流導(dǎo)線周圍的不同地方，發(fā)現(xiàn)小磁針的磁極受到電流作用后，有沿著環(huán)繞導(dǎo)線圓周旋轉(zhuǎn)的傾向，這比奧斯特的實驗前進(jìn)了一步。據(jù)此法拉第還做出了一種磁旋轉(zhuǎn)器。
    法拉第仔細(xì)分析了電流產(chǎn)生磁效應(yīng)的許多現(xiàn)象，他認(rèn)為電流與磁的作用應(yīng)有幾個方面，那就是電流對磁，電流對電流，磁對電流等。在他之前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁的作用，電流對電流的作用。那么反過來，磁對電流有什么作用呢 ? 法拉第認(rèn)為既然磁鐵可以使近旁的鐵塊帶磁，靜電荷可使近旁的導(dǎo)體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)當(dāng)可以在近旁線圈中感應(yīng)出電流。 1822 年法拉第在日記中寫下了他的光輝思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電。”從這一年起，法拉第對此進(jìn)行了系統(tǒng)的探索。開始，他簡單地認(rèn)為用強(qiáng)磁鐵靠近導(dǎo)線，導(dǎo)線中就會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，或者在一根導(dǎo)線里通上電流，在附近的導(dǎo)線中也會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。按照這條思路，他進(jìn)行了下述實驗。

   1825 年，法拉第將一根導(dǎo)線放在另一根導(dǎo)線附近，前一根導(dǎo)線用一個電流計連接起來成為一個閉合回路，后面一個導(dǎo)線中通電流，觀測閉合回路，結(jié)果沒有任何電流顯示。
    1828 年，法拉第做了另一個實驗。用懸絲將絕緣棒中部拴住，使絕緣棒水平無扭轉(zhuǎn)地懸掛著，棒的一端固定了一個銅質(zhì)閉合線圈，另一端固定一個小的重物配重，用一塊條形強(qiáng)磁鐵的一極放入線圈內(nèi)。法拉第認(rèn)為，如果磁鐵對線圈有作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時若再將第二塊磁鐵靠近線圈，則線圈便會在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。但任何轉(zhuǎn)動也未觀察到。法拉第又用銅質(zhì)開環(huán)（銅環(huán)開個小口），又換鉑、銀材料做的閉環(huán)和開環(huán)重復(fù)做這一實驗，仍然沒有觀察到感生電流的任何跡象。
    法拉第做了近十年的“磁生電”實驗。在工作日記中寫下了大量的毫無結(jié)果的失敗記錄，厚厚的日記冊正是法拉第百折不回、堅持奮斗的見證。他的日記，也記載了科學(xué)預(yù)見的光輝思想。法拉第堅持寫工作日記幾十年，直到生命的終結(jié)，這在科學(xué)史上，也是少見的。
    1831 年 8 月，法拉第再一次回到“磁生電”這一重大課題上來。他以往的失敗，都在于只研究穩(wěn)定狀態(tài)效應(yīng)，思想上還沒有暫態(tài)（持續(xù)時間很短）效應(yīng)的概念，更沒有去創(chuàng)造條件展現(xiàn)暫態(tài)效應(yīng)。這次法拉第在一只軟鐵環(huán)上繞以兩組線圈 A 、 B ，線圈 B 與一電流計連接，當(dāng)線圈 A 與電池組（由 10 只電池組成）相連的瞬間，電流計的指針偏轉(zhuǎn)了一下，然后又回到原來位置。當(dāng)線圈 A 與電池組斷開時，指針又偏轉(zhuǎn)了一下再回到原來指零位置。法拉第并沒有立刻領(lǐng)悟到達(dá)一現(xiàn)象的重要意義，只是開始意識到這是一種暫態(tài)效應(yīng)。
    同年 9 月 24 日，法拉第將兩根條形磁鐵支成三角形，即一端的 N 極和 S 極拼在一起成三角形頂用，下端 S 極和 N 極分開，其間安放繞在鐵質(zhì)因往體上的螺旋線圈，線圈與電流計相連。他觀察到，每當(dāng)線圈跟下端的 N 極或 S 極接觸一下，或脫離一下，電流計指針就偏轉(zhuǎn)一下。這時法拉第覺察到，這效應(yīng)和他 8 月份做的實驗所顯示的效應(yīng)相似，他立即想到這就是尋找了將近十年的“磁生電”現(xiàn)象。
    10 月 1 日，法拉第滿懷信心地再次實驗。為使效應(yīng)更加明顯，他加大電流，加多繞組線圈。法拉策把長約 186 米用紗布包起來的銅導(dǎo)線繞在很寬的木線筒上，再于繞組線圈上絕緣地繞上同樣長度的紗包銅線，將一個繞組和電流計連接，另一個繞組和 100 對金屬極組成的電池組連接。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電鍵 K 接通和斷開與電池的連接時，和另一繞組相連的電流計的指針明顯擺動。法拉第還觀察到，接通和斷開電鍵 K ，電流計指針是作相反的擺動，但最后都回到原來指零位置。至此，法拉第對磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象已確信無疑。
    10 月 7 日，法拉第采用另一種方式進(jìn)行實驗：直接讓磁棒運動看能不能產(chǎn)生電流。仍然將一線圈與電流計相連，手持一永久磁棒迅速插入或抽出線圈，他發(fā)現(xiàn)電流計指針在插入或抽出的瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后回到原來指零位置。接著，法拉第做了幾十個類似的實驗，他最終認(rèn)識了感生電流的暫態(tài)性質(zhì)。
    1831 年 11 月 24 日，法拉第向英國皇家學(xué)會報告了電磁感應(yīng)的第一篇具有劃時代意義的論文。論文中明確地闡述了他解決電磁感應(yīng)問題的關(guān)鍵，概括了均能產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種情況：正在變化的電流；正在變化的磁場；穩(wěn)恒電流的運動；導(dǎo)體在磁場中運動。他將上述現(xiàn)象命名為“電磁感應(yīng)”至此，法拉第作出了科學(xué)史上的偉大貢獻(xiàn)—揭示電磁感應(yīng)規(guī)律。
    電磁感應(yīng)規(guī)律的揭示，也說明英國在電磁學(xué)研究領(lǐng)域里趕上和超過了法國。自牛頓以來，英國對自然科學(xué)的基本規(guī)律和基礎(chǔ)理論的研究一直是很重視的，有成就的科學(xué)家受到社會的普遍尊敬并享有較高的社會地位。因此，并末在學(xué)校受過系統(tǒng)教育的法拉第能在英國取得如此卓著的成就，還是符合情理的事情。
    當(dāng)然，在“磁生電”方面進(jìn)行探索的，并不是只有法拉第一個人。在俄國、法國、瑞士、美國都有人做過這方面的工作。
    上一部分提到，對奧斯特實驗反應(yīng)最快的是法國的安培。他在十九世紀(jì)二十年代做了許多實驗，也曾朦朧地意識到磁會產(chǎn)生電的效應(yīng)，但對此安培的信心并不是十分堅定的。他的精力集中在磁性起源的分子電流說，以及他多年從事的試圖建立一個全面的電動力學(xué)理論上。盡管安培對電磁學(xué)做出了許多貢獻(xiàn)，但在“磁生電”方面，他一直因于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，沒有考慮暫態(tài)效應(yīng)。和法拉第的早期工作一樣，這些實驗均未成功。
    安培探索“磁生電”的一個有代表性的實驗是： 1821 年，他用末扭轉(zhuǎn)的懸絲，把一個閉合銅質(zhì)圓線圈掛起來，并使它位于另一個稍大的鋼質(zhì)多匝絕緣圓線圈的內(nèi)部梢大的圓線圈固定在一個絕緣支架上。安培讓兩線圈處于同一豎直平面內(nèi)。固定線圈通以大電流，安培認(rèn)為懸掛的線圈自然就會產(chǎn)生某種較弱的電流。這樣，懸掛線圈就相當(dāng)于一塊磁鐵（奧斯特的電流產(chǎn)生磁的效應(yīng)），只要用另外一塊強(qiáng)磁鐵靠近它，懸掛線圈就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，但是安培得到的是否定結(jié)果，他把實驗的失敗歸之于實驗裝置的靈敏度不高，卻沒有從暫態(tài)效應(yīng)方面去考慮。前面說到的 1828 年法拉第的實驗工作，實際上就是重復(fù)了安培作的這個代表性實驗。
    僅在奧斯特宣布他的實驗發(fā)現(xiàn)之后的三個月，法國物理學(xué)家菲涅耳就向法國科學(xué)院報告過，他將磁鐵放入螺旋線圈內(nèi)，使線圈中產(chǎn)生的電流把水分解了，他宣稱已成功地將磁轉(zhuǎn)化為電，但經(jīng)別人重復(fù)實驗后，菲涅耳的結(jié)果并不真實。但菲涅耳的實驗思想，曾使安培、科拉頓等人受到很大啟發(fā)。
    1822 年初，年輕的瑞士物理學(xué)家德拉里夫（ A.dela R — ive ，公元 1801 — 1873 ）也曾利用日內(nèi)瓦的強(qiáng)大得多的磁鐵，幫助特地從法國去日內(nèi)瓦的安培，重復(fù)進(jìn)行了 1821 年安培在法國做的“磁生電”實驗。
    關(guān)于這次合作進(jìn)行的實驗，安培在 1822 年下半年曾寫過一份報告給法國科學(xué)院。安培在報告中宣稱，似乎觀察到“磁生電”：當(dāng)固定線圈中有電流通過時，懸掛線圈中就有感應(yīng)電流，大磁鐵對懸掛線圈的作用力使懸掛線圈偏轉(zhuǎn)，最后這作用力被懸絲的扭力所平衡。當(dāng)固定線圈中的電流斷開后，達(dá)一扭力使懸掛線圈回到它的原始位置。
    按照這種解釋，“磁生電”是在穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生并一直存在著的，這顯然是不可能的，即便安培在日內(nèi)瓦的實驗中觀察到懸掛線圈曾有過偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但他并沒有抓住“暫態(tài)”這一關(guān)健，真理從他手中溜走了。
     有趣的是，德拉里夫的助手科拉頓（ J.D.Colladon ，公元 1802 — 1893 ）幾乎就要得到真理，遺憾的是差了一點而未能得到?？评D對早先菲涅耳的實驗很感興趣，企圖把一塊磁鐵放入螺旋線圈中，在運動中使線圈產(chǎn)生感生電流?？评D和菲涅耳不同，不是用分解水的方法觀測電流（這是觀測不到的），而是正確的用了一只靈敏電流計。為了排除移動磁鐵時操作動作對電流計產(chǎn)生不相干的影響，科拉頓將這只電流計放到了另一間實驗室里，用長導(dǎo)線將電流計和螺旋線圈連接起來?？上У氖牵瑳]有別人幫助，科拉頓獨自一個人從這間房跑到那間房去觀察電流計偏轉(zhuǎn)，當(dāng)然他得不到任何結(jié)果。因為移動磁鐵時電流計指針擺動他沒有看到，等到他走近電流計時，暫態(tài)效應(yīng)已經(jīng)消失，指針早已回到了指零位置。
    美國物理學(xué)家亨利（ J.Henry ，公元 1797 — 1878 ），在不知道安培和法拉第等人的工作的情況下，對電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了獨自的貢獻(xiàn)。 1827 年他用紗包銅線在一鐵芯上繞了兩層，然后在銅線中通電，發(fā)現(xiàn)僅重 3 公斤的鐵芯竟然吸起了 300 公斤重的物體，亨利以此為開端終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。亨利把實驗結(jié)果總結(jié)在《螺旋狀長導(dǎo)線內(nèi)的電氣自感》一文中。后人為了紀(jì)念亨利，以他的名字定義了自感單位。據(jù)說，亨利甚至在法拉第前發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)規(guī)律，但他并沒有公開發(fā)表這個結(jié)果。
    1832 年，在俄國工作的物理學(xué)家楞茨（ H.F.E.Lenz ，公元 1804 — 1865 ），知道了法拉第研究“磁生電”取得了成功，很受鼓舞，也開始進(jìn)行一系列電磁實驗。 1833 年楞茨把他的工作總結(jié)在《論動電感應(yīng)引起的電流的方向》一文中。文中指出感應(yīng)電流的方向是這樣確定的：它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反。這是充實、完善電磁感應(yīng)所做的一大貢獻(xiàn)。這就是后人稱為的楞茨定律。
    楞茨還和焦耳各自獨立地對確定電流熱效應(yīng)的規(guī)律作出了貢獻(xiàn)，這就是有名的焦耳—楞茨定律；流過穩(wěn)定電流的導(dǎo)體所放出的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時間這三項乘積成正比。
    以上事實說明，揭示重大物理現(xiàn)象的規(guī)律，不能看作是個別天才的“靈感”所獲，而是人類認(rèn)識發(fā)展的歷史產(chǎn)物，是人類社會生產(chǎn)力和科學(xué)研究水平發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。當(dāng)然，杰出的科學(xué)家所起的帶頭和關(guān)鍵的作用，也是不能忽視的。拿電磁感應(yīng)規(guī)律來說，在法拉第工作的前后或同時，都有不少科學(xué)工作者作了大量的研究，也取得了不少成果。但就其規(guī)模、持續(xù)時間、對現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識及聽取得的成果而言，部不及法拉第。從法拉第同代人安培的態(tài)度變化，也能說明這個問題。
     1831 年底，當(dāng)安培獲悉法拉第的成果但尚未詳細(xì)了解成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容時，他就急切地、不慎重地發(fā)表了一篇論文，企圖用他的所謂“電磁感應(yīng)”來解釋他在 1821 年—— 1822 年的實驗。安培的言下之意，在法拉第之前，他已經(jīng)早就認(rèn)識了電磁感應(yīng)。其實，他的這篇急切之作并不比 1822 年寫給法國科學(xué)院的報告有絲毫進(jìn)步，照舊沒有把握住感生電流是“瞬態(tài)效應(yīng)”這個現(xiàn)象的本質(zhì)。一時間，在兩人長期友好的交往中產(chǎn)生了指責(zé)和誤會。當(dāng)激動平靜下來，安培從頭至尾認(rèn)真研究了法拉第成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容，這才恍然大倍。他隨即寫信給法拉第，承認(rèn)自己并沒有發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，以及失敗的本質(zhì)原因；電磁感應(yīng)是瞬態(tài)效應(yīng)。
    由于電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，后來人們就制造出發(fā)電機(jī)。電動機(jī)、變壓器等電機(jī)電器設(shè)備，使交流電的利用變?yōu)楝F(xiàn)實，逐漸開創(chuàng)了人類社會的電氣化時代。
    不論是當(dāng)時還是后人，把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績歸功于法拉第，這是完全符合歷史事實的。更為重要的是，法拉第比別人具有更深邃的物理直覺洞察力。他提出了“場”的概念，從本質(zhì)上把電磁學(xué)的研究推進(jìn)了一大步，為建立系統(tǒng)、完整的電磁場理論打開了大門。
     萬有引力、靜電作用力都遵從距離的反比平方關(guān)系，從牛頓開始就認(rèn)為引力作用是瞬時作用，不需要什么媒介來傳遞，達(dá)就是超距作用的觀點。這種觀點在電學(xué)和磁學(xué)的研究中又得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，象富蘭克林、庫侖、安培這樣有名的科學(xué)家對此都深信不疑。奧斯特關(guān)于電流的磁效應(yīng)具有橫向性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，是對力的舊概念—力在沿著兩個相互作用物體的連線上—的一次強(qiáng)有力的沖擊，更有甚者，法拉第具有不同尋常的想象力，為了對電、磁現(xiàn)象作出正確的物理解釋，他提出了一種全新的概念和物理圖象，這就是“場”的概念和力線圖象。
    “場”概念的提出，是物理觀念上的一次劃時代的飛躍，極大豐富了人類對客觀世界運動規(guī)律以及物質(zhì)形態(tài)多樣性的認(rèn)識。
   法拉第反對超距作用的概念，認(rèn)為物質(zhì)之間的電力、磁力是需要有媒介傳遞的近距作用力。法拉第在大量的相互作用的實驗中發(fā)現(xiàn)：電作用力與帶電體之間或電流之間的電介質(zhì)有關(guān)；磁作用也一樣，磁作用與作用體之間的磁介質(zhì)有關(guān)。磁介質(zhì)不同，磁作用力也不同。于是法拉第設(shè)想，帶電體、磁體或電流周圍空間存在一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)、它無所不在，是象以太那樣的連續(xù)介質(zhì)，起到傳遞電力、磁力的媒介作用。法拉第把它們稱為電場、磁場。電作用或磁作用正是通過電場或磁場來傳遞的。法拉第類比于流體力學(xué)，提出場是力的線或力的管子所組成的，正是這些力線、力管“把不同的電荷、磁體或電流連接在一起。他用一張撒上了鐵粉的紙，下面用磁棒輕輕顫動，這些鐵粉就清楚地呈現(xiàn)出磁場的力線。法拉第認(rèn)為這些力線、力管具有實在的物理意義。于是他用電力線和磁力線的幾何圖形條形象的表示電場和磁場的狀態(tài)。力線上任一點的切線方向就是場強(qiáng)的方向，力線密的地方，場強(qiáng)就強(qiáng)；力線疏的地方，場強(qiáng)就弱。場源不變時，力線圖不變；場源運動或變化時，力線圖也發(fā)生變化。法拉第用力線的概念成功地描述了電磁感應(yīng)定律。 1851 年他在《論磁力線》一文中，對此作了全面的總結(jié)。針對當(dāng)時傳統(tǒng)的質(zhì)點概念以及質(zhì)點的超距瞬時作用觀念，法拉第的“場”概念和力線模型是一個重大突破，對物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。如今人類已經(jīng)認(rèn)識到“場”是一種重要的物質(zhì)形態(tài)，追根溯源，這應(yīng)當(dāng)首先歸功于法拉第。
    還是一件歷史事實說明法拉第具有深邃的科學(xué)洞察力。 1832 年他寫了一封信，密封好后交給英國皇家學(xué)會。信封上寫著：“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會的檔案館里的一些新觀點。”這封信在皇家學(xué)會的檔案館躺了一百多年真可謂是長期保存，直到 1938 年才為后人重新發(fā)現(xiàn)，啟了封。法拉第在這封信里寫道：“磁作用的傳播需要時間，即當(dāng)一個磁鐵作用于另一個遠(yuǎn)處的磁鐵或者一塊鐵時，產(chǎn)生作用的原因（我以為可以稱之為磁）是逐漸地從磁體傳播開去的，這種傳播需要一定的時間，而這個時間顯然是非常短的。”
    “我還認(rèn)為；電感應(yīng)也是這樣傳播的。我以為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動或者空氣粒子的聲振動。也就是說我打算把振動理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就象對聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。類比之下，我認(rèn)為也可以把振動理論運用于電感應(yīng)。 ...... 邁·法拉第 1832 年 3 月 12 日于倫敦皇家學(xué)會。顯然，法拉第在這封信中第一次預(yù)言了磁和電的感應(yīng)傳播，暗示了電磁波存在的可能性，預(yù)言了光可能是一種電磁振動的傳播。
    法拉第的光輝的科學(xué)思想，還表現(xiàn)在他堅持物理力的統(tǒng)一性方面，這和奧斯特的思想是有共同點的。法拉第認(rèn)為“由不同的來源產(chǎn)生的各種形式的電之間存在統(tǒng)一性。”法拉第從伽伐尼電、普通的電、磁生電、溫差電以及動物電都具有許多共同的物理效應(yīng)（使磁針偏轉(zhuǎn)、導(dǎo)體發(fā)熱、化合物分解等）的事實中得出了一個重要結(jié)論：“各種形式的電，不管其來源如何，本質(zhì)上的聯(lián)系、這正是后來愛因斯坦后半生努力探索的重大課題，現(xiàn)代物理學(xué)家提出是相同的。”法拉第直到晚年，甚至還考慮過萬有引力和電力之間是否可能存在著某種方式的大統(tǒng)一理論，就是朝著統(tǒng)一引力和電磁力的目標(biāo)向前邁進(jìn)的一步。

   1825 年，法拉第將一根導(dǎo)線放在另一根導(dǎo)線附近，前一根導(dǎo)線用一個電流計連接起來成為一個閉合回路，后面一個導(dǎo)線中通電流，觀測閉合回路，結(jié)果沒有任何電流顯示。
    1828 年，法拉第做了另一個實驗。用懸絲將絕緣棒中部拴住，使絕緣棒水平無扭轉(zhuǎn)地懸掛著，棒的一端固定了一個銅質(zhì)閉合線圈，另一端固定一個小的重物配重，用一塊條形強(qiáng)磁鐵的一極放入線圈內(nèi)。法拉第認(rèn)為，如果磁鐵對線圈有作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時若再將第二塊磁鐵靠近線圈，則線圈便會在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。但任何轉(zhuǎn)動也未觀察到。法拉第又用銅質(zhì)開環(huán)（銅環(huán)開個小口），又換鉑、銀材料做的閉環(huán)和開環(huán)重復(fù)做這一實驗，仍然沒有觀察到感生電流的任何跡象。
    法拉第做了近十年的“磁生電”實驗。在工作日記中寫下了大量的毫無結(jié)果的失敗記錄，厚厚的日記冊正是法拉第百折不回、堅持奮斗的見證。他的日記，也記載了科學(xué)預(yù)見的光輝思想。法拉第堅持寫工作日記幾十年，直到生命的終結(jié)，這在科學(xué)史上，也是少見的。
    1831 年 8 月，法拉第再一次回到“磁生電”這一重大課題上來。他以往的失敗，都在于只研究穩(wěn)定狀態(tài)效應(yīng)，思想上還沒有暫態(tài)（持續(xù)時間很短）效應(yīng)的概念，更沒有去創(chuàng)造條件展現(xiàn)暫態(tài)效應(yīng)。這次法拉第在一只軟鐵環(huán)上繞以兩組線圈 A 、 B ，線圈 B 與一電流計連接，當(dāng)線圈 A 與電池組（由 10 只電池組成）相連的瞬間，電流計的指針偏轉(zhuǎn)了一下，然后又回到原來位置。當(dāng)線圈 A 與電池組斷開時，指針又偏轉(zhuǎn)了一下再回到原來指零位置。法拉第并沒有立刻領(lǐng)悟到達(dá)一現(xiàn)象的重要意義，只是開始意識到這是一種暫態(tài)效應(yīng)。
    同年 9 月 24 日，法拉第將兩根條形磁鐵支成三角形，即一端的 N 極和 S 極拼在一起成三角形頂用，下端 S 極和 N 極分開，其間安放繞在鐵質(zhì)因往體上的螺旋線圈，線圈與電流計相連。他觀察到，每當(dāng)線圈跟下端的 N 極或 S 極接觸一下，或脫離一下，電流計指針就偏轉(zhuǎn)一下。這時法拉第覺察到，這效應(yīng)和他 8 月份做的實驗所顯示的效應(yīng)相似，他立即想到這就是尋找了將近十年的“磁生電”現(xiàn)象。
    10 月 1 日，法拉第滿懷信心地再次實驗。為使效應(yīng)更加明顯，他加大電流，加多繞組線圈。法拉策把長約 186 米用紗布包起來的銅導(dǎo)線繞在很寬的木線筒上，再于繞組線圈上絕緣地繞上同樣長度的紗包銅線，將一個繞組和電流計連接，另一個繞組和 100 對金屬極組成的電池組連接。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電鍵 K 接通和斷開與電池的連接時，和另一繞組相連的電流計的指針明顯擺動。法拉第還觀察到，接通和斷開電鍵 K ，電流計指針是作相反的擺動，但最后都回到原來指零位置。至此，法拉第對磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象已確信無疑。
    10 月 7 日，法拉第采用另一種方式進(jìn)行實驗：直接讓磁棒運動看能不能產(chǎn)生電流。仍然將一線圈與電流計相連，手持一永久磁棒迅速插入或抽出線圈，他發(fā)現(xiàn)電流計指針在插入或抽出的瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后回到原來指零位置。接著，法拉第做了幾十個類似的實驗，他最終認(rèn)識了感生電流的暫態(tài)性質(zhì)。
    1831 年 11 月 24 日，法拉第向英國皇家學(xué)會報告了電磁感應(yīng)的第一篇具有劃時代意義的論文。論文中明確地闡述了他解決電磁感應(yīng)問題的關(guān)鍵，概括了均能產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種情況：正在變化的電流；正在變化的磁場；穩(wěn)恒電流的運動；導(dǎo)體在磁場中運動。他將上述現(xiàn)象命名為“電磁感應(yīng)”至此，法拉第作出了科學(xué)史上的偉大貢獻(xiàn)—揭示電磁感應(yīng)規(guī)律。
    電磁感應(yīng)規(guī)律的揭示，也說明英國在電磁學(xué)研究領(lǐng)域里趕上和超過了法國。自牛頓以來，英國對自然科學(xué)的基本規(guī)律和基礎(chǔ)理論的研究一直是很重視的，有成就的科學(xué)家受到社會的普遍尊敬并享有較高的社會地位。因此，并末在學(xué)校受過系統(tǒng)教育的法拉第能在英國取得如此卓著的成就，還是符合情理的事情。

    當(dāng)然，在“磁生電”方面進(jìn)行探索的，并不是只有法拉第一個人。在俄國、法國、瑞士、美國都有人做過這方面的工作。
    上一部分提到，對奧斯特實驗反應(yīng)最快的是法國的安培。他在十九世紀(jì)二十年代做了許多實驗，也曾朦朧地意識到磁會產(chǎn)生電的效應(yīng)，但對此安培的信心并不是十分堅定的。他的精力集中在磁性起源的分子電流說，以及他多年從事的試圖建立一個全面的電動力學(xué)理論上。盡管安培對電磁學(xué)做出了許多貢獻(xiàn)，但在“磁生電”方面，他一直因于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，沒有考慮暫態(tài)效應(yīng)。和法拉第的早期工作一樣，這些實驗均未成功。
    安培探索“磁生電”的一個有代表性的實驗是： 1821 年，他用末扭轉(zhuǎn)的懸絲，把一個閉合銅質(zhì)圓線圈掛起來，并使它位于另一個稍大的鋼質(zhì)多匝絕緣圓線圈的內(nèi)部梢大的圓線圈固定在一個絕緣支架上。安培讓兩線圈處于同一豎直平面內(nèi)。固定線圈通以大電流，安培認(rèn)為懸掛的線圈自然就會產(chǎn)生某種較弱的電流。這樣，懸掛線圈就相當(dāng)于一塊磁鐵（奧斯特的電流產(chǎn)生磁的效應(yīng)），只要用另外一塊強(qiáng)磁鐵靠近它，懸掛線圈就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，但是安培得到的是否定結(jié)果，他把實驗的失敗歸之于實驗裝置的靈敏度不高，卻沒有從暫態(tài)效應(yīng)方面去考慮。前面說到的 1828 年法拉第的實驗工作，實際上就是重復(fù)了安培作的這個代表性實驗。
    僅在奧斯特宣布他的實驗發(fā)現(xiàn)之后的三個月，法國物理學(xué)家菲涅耳就向法國科學(xué)院報告過，他將磁鐵放入螺旋線圈內(nèi)，使線圈中產(chǎn)生的電流把水分解了，他宣稱已成功地將磁轉(zhuǎn)化為電，但經(jīng)別人重復(fù)實驗后，菲涅耳的結(jié)果并不真實。但菲涅耳的實驗思想，曾使安培、科拉頓等人受到很大啟發(fā)。
    1822 年初，年輕的瑞士物理學(xué)家德拉里夫（ A.dela R — ive ，公元 1801 — 1873 ）也曾利用日內(nèi)瓦的強(qiáng)大得多的磁鐵，幫助特地從法國去日內(nèi)瓦的安培，重復(fù)進(jìn)行了 1821 年安培在法國做的“磁生電”實驗。
    關(guān)于這次合作進(jìn)行的實驗，安培在 1822 年下半年曾寫過一份報告給法國科學(xué)院。安培在報告中宣稱，似乎觀察到“磁生電”：當(dāng)固定線圈中有電流通過時，懸掛線圈中就有感應(yīng)電流，大磁鐵對懸掛線圈的作用力使懸掛線圈偏轉(zhuǎn)，最后這作用力被懸絲的扭力所平衡。當(dāng)固定線圈中的電流斷開后，達(dá)一扭力使懸掛線圈回到它的原始位置。
    按照這種解釋，“磁生電”是在穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生并一直存在著的，這顯然是不可能的，即便安培在日內(nèi)瓦的實驗中觀察到懸掛線圈曾有過偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但他并沒有抓住“暫態(tài)”這一關(guān)健，真理從他手中溜走了。
     有趣的是，德拉里夫的助手科拉頓（ J.D.Colladon ，公元 1802 — 1893 ）幾乎就要得到真理，遺憾的是差了一點而未能得到?？评D對早先菲涅耳的實驗很感興趣，企圖把一塊磁鐵放入螺旋線圈中，在運動中使線圈產(chǎn)生感生電流?？评D和菲涅耳不同，不是用分解水的方法觀測電流（這是觀測不到的），而是正確的用了一只靈敏電流計。為了排除移動磁鐵時操作動作對電流計產(chǎn)生不相干的影響，科拉頓將這只電流計放到了另一間實驗室里，用長導(dǎo)線將電流計和螺旋線圈連接起來?？上У氖?，沒有別人幫助，科拉頓獨自一個人從這間房跑到那間房去觀察電流計偏轉(zhuǎn)，當(dāng)然他得不到任何結(jié)果。因為移動磁鐵時電流計指針擺動他沒有看到，等到他走近電流計時，暫態(tài)效應(yīng)已經(jīng)消失，指針早已回到了指零位置。
    美國物理學(xué)家亨利（ J.Henry ，公元 1797 — 1878 ），在不知道安培和法拉第等人的工作的情況下，對電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了獨自的貢獻(xiàn)。 1827 年他用紗包銅線在一鐵芯上繞了兩層，然后在銅線中通電，發(fā)現(xiàn)僅重 3 公斤的鐵芯竟然吸起了 300 公斤重的物體，亨利以此為開端終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。亨利把實驗結(jié)果總結(jié)在《螺旋狀長導(dǎo)線內(nèi)的電氣自感》一文中。后人為了紀(jì)念亨利，以他的名字定義了自感單位。據(jù)說，亨利甚至在法拉第前發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)規(guī)律，但他并沒有公開發(fā)表這個結(jié)果。

    1832 年，在俄國工作的物理學(xué)家楞茨（ H.F.E.Lenz ，公元 1804 — 1865 ），知道了法拉第研究“磁生電”取得了成功，很受鼓舞，也開始進(jìn)行一系列電磁實驗。 1833 年楞茨把他的工作總結(jié)在《論動電感應(yīng)引起的電流的方向》一文中。文中指出感應(yīng)電流的方向是這樣確定的：它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反。這是充實、完善電磁感應(yīng)所做的一大貢獻(xiàn)。這就是后人稱為的楞茨定律。
    楞茨還和焦耳各自獨立地對確定電流熱效應(yīng)的規(guī)律作出了貢獻(xiàn)，這就是有名的焦耳—楞茨定律；流過穩(wěn)定電流的導(dǎo)體所放出的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時間這三項乘積成正比。
    以上事實說明，揭示重大物理現(xiàn)象的規(guī)律，不能看作是個別天才的“靈感”所獲，而是人類認(rèn)識發(fā)展的歷史產(chǎn)物，是人類社會生產(chǎn)力和科學(xué)研究水平發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。當(dāng)然，杰出的科學(xué)家所起的帶頭和關(guān)鍵的作用，也是不能忽視的。拿電磁感應(yīng)規(guī)律來說，在法拉第工作的前后或同時，都有不少科學(xué)工作者作了大量的研究，也取得了不少成果。但就其規(guī)模、持續(xù)時間、對現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識及聽取得的成果而言，部不及法拉第。從法拉第同代人安培的態(tài)度變化，也能說明這個問題。
     1831 年底，當(dāng)安培獲悉法拉第的成果但尚未詳細(xì)了解成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容時，他就急切地、不慎重地發(fā)表了一篇論文，企圖用他的所謂“電磁感應(yīng)”來解釋他在 1821 年—— 1822 年的實驗。安培的言下之意，在法拉第之前，他已經(jīng)早就認(rèn)識了電磁感應(yīng)。其實，他的這篇急切之作并不比 1822 年寫給法國科學(xué)院的報告有絲毫進(jìn)步，照舊沒有把握住感生電流是“瞬態(tài)效應(yīng)”這個現(xiàn)象的本質(zhì)。一時間，在兩人長期友好的交往中產(chǎn)生了指責(zé)和誤會。當(dāng)激動平靜下來，安培從頭至尾認(rèn)真研究了法拉第成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容，這才恍然大倍。他隨即寫信給法拉第，承認(rèn)自己并沒有發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，以及失敗的本質(zhì)原因；電磁感應(yīng)是瞬態(tài)效應(yīng)。
    由于電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，后來人們就制造出發(fā)電機(jī)。電動機(jī)、變壓器等電機(jī)電器設(shè)備，使交流電的利用變?yōu)楝F(xiàn)實，逐漸開創(chuàng)了人類社會的電氣化時代。
    不論是當(dāng)時還是后人，把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績歸功于法拉第，這是完全符合歷史事實的。更為重要的是，法拉第比別人具有更深邃的物理直覺洞察力。他提出了“場”的概念，從本質(zhì)上把電磁學(xué)的研究推進(jìn)了一大步，為建立系統(tǒng)、完整的電磁場理論打開了大門。
     萬有引力、靜電作用力都遵從距離的反比平方關(guān)系，從牛頓開始就認(rèn)為引力作用是瞬時作用，不需要什么媒介來傳遞，達(dá)就是超距作用的觀點。這種觀點在電學(xué)和磁學(xué)的研究中又得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，象富蘭克林、庫侖、安培這樣有名的科學(xué)家對此都深信不疑。奧斯特關(guān)于電流的磁效應(yīng)具有橫向性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，是對力的舊概念—力在沿著兩個相互作用物體的連線上—的一次強(qiáng)有力的沖擊，更有甚者，法拉第具有不同尋常的想象力，為了對電、磁現(xiàn)象作出正確的物理解釋，他提出了一種全新的概念和物理圖象，這就是“場”的概念和力線圖象。
    “場”概念的提出，是物理觀念上的一次劃時代的飛躍，極大豐富了人類對客觀世界運動規(guī)律以及物質(zhì)形態(tài)多樣性的認(rèn)識。

   法拉第反對超距作用的概念，認(rèn)為物質(zhì)之間的電力、磁力是需要有媒介傳遞的近距作用力。法拉第在大量的相互作用的實驗中發(fā)現(xiàn)：電作用力與帶電體之間或電流之間的電介質(zhì)有關(guān)；磁作用也一樣，磁作用與作用體之間的磁介質(zhì)有關(guān)。磁介質(zhì)不同，磁作用力也不同。于是法拉第設(shè)想，帶電體、磁體或電流周圍空間存在一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)、它無所不在，是象以太那樣的連續(xù)介質(zhì)，起到傳遞電力、磁力的媒介作用。法拉第把它們稱為電場、磁場。電作用或磁作用正是通過電場或磁場來傳遞的。法拉第類比于流體力學(xué)，提出場是力的線或力的管子所組成的，正是這些力線、力管“把不同的電荷、磁體或電流連接在一起。他用一張撒上了鐵粉的紙，下面用磁棒輕輕顫動，這些鐵粉就清楚地呈現(xiàn)出磁場的力線。法拉第認(rèn)為這些力線、力管具有實在的物理意義。于是他用電力線和磁力線的幾何圖形條形象的表示電場和磁場的狀態(tài)。力線上任一點的切線方向就是場強(qiáng)的方向，力線密的地方，場強(qiáng)就強(qiáng)；力線疏的地方，場強(qiáng)就弱。場源不變時，力線圖不變；場源運動或變化時，力線圖也發(fā)生變化。法拉第用力線的概念成功地描述了電磁感應(yīng)定律。 1851 年他在《論磁力線》一文中，對此作了全面的總結(jié)。針對當(dāng)時傳統(tǒng)的質(zhì)點概念以及質(zhì)點的超距瞬時作用觀念，法拉第的“場”概念和力線模型是一個重大突破，對物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。如今人類已經(jīng)認(rèn)識到“場”是一種重要的物質(zhì)形態(tài)，追根溯源，這應(yīng)當(dāng)首先歸功于法拉第。
    還是一件歷史事實說明法拉第具有深邃的科學(xué)洞察力。 1832 年他寫了一封信，密封好后交給英國皇家學(xué)會。信封上寫著：“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會的檔案館里的一些新觀點?！边@封信在皇家學(xué)會的檔案館躺了一百多年真可謂是長期保存，直到 1938 年才為后人重新發(fā)現(xiàn)，啟了封。法拉第在這封信里寫道：“磁作用的傳播需要時間，即當(dāng)一個磁鐵作用于另一個遠(yuǎn)處的磁鐵或者一塊鐵時，產(chǎn)生作用的原因（我以為可以稱之為磁）是逐漸地從磁體傳播開去的，這種傳播需要一定的時間，而這個時間顯然是非常短的。”
    “我還認(rèn)為；電感應(yīng)也是這樣傳播的。我以為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動或者空氣粒子的聲振動。也就是說我打算把振動理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就象對聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。類比之下，我認(rèn)為也可以把振動理論運用于電感應(yīng)。 ...... 邁·法拉第 1832 年 3 月 12 日于倫敦皇家學(xué)會。顯然，法拉第在這封信中第一次預(yù)言了磁和電的感應(yīng)傳播，暗示了電磁波存在的可能性，預(yù)言了光可能是一種電磁振動的傳播。
    法拉第的光輝的科學(xué)思想，還表現(xiàn)在他堅持物理力的統(tǒng)一性方面，這和奧斯特的思想是有共同點的。法拉第認(rèn)為“由不同的來源產(chǎn)生的各種形式的電之間存在統(tǒng)一性?！狈ɡ趶馁しツ犭?、普通的電、磁生電、溫差電以及動物電都具有許多共同的物理效應(yīng)（使磁針偏轉(zhuǎn)、導(dǎo)體發(fā)熱、化合物分解等）的事實中得出了一個重要結(jié)論：  “各種形式的電，不管其來源如何，本質(zhì)上是相同的?！狈ɡ谥钡酵砟?，甚至還考慮過萬有引力和電力之間是否可能存在著某種方式的聯(lián)系、這正是后來愛因斯坦后半生努力探索的重大課題，現(xiàn)代物理學(xué)家提出的大統(tǒng)一理論，就是朝著統(tǒng)一引力和電磁力的目標(biāo)向前邁進(jìn)的一步。