法拉第

人物词条：迈克尔·法拉第 (Michael Faraday)

英文名称	Michael Faraday
核心身份	英国物理学家、化学家，“电学之父”与“交流电之父”
生卒年份	1791年9月22日 — 1867年8月25日
关键成就	发现电磁感应、提出场的概念、发明电动机与发电机原型
代表著作	《电学实验研究》

概述

迈克尔·法拉第（Michael Faraday）是世界著名的自学成才的科学家。他出生于英国萨里郡纽因顿的一个贫苦铁匠家庭，仅接受过两年小学教育。13岁时在书店当学徒期间，他通过如饥似渴地阅读《大英百科全书》等书籍自学了大量自然科学知识。

1813年，法拉第成为著名化学家汉弗里·戴维（Humphry Davy）的实验助手，并由此正式踏入科学殿堂。他一生淡泊名利，曾拒绝接受英国皇室授予的爵士封号，甘愿以平民身份终身在皇家学院实验室工作。爱因斯坦曾称赞他为“颠覆性的思想家，一位致力于实现科学统一的自然哲学家”。

物理学领域的划时代贡献

1. 电磁感应与发电机的发明

1820年奥斯特发现电流的磁效应后，法拉第坚信自然界的对称性，推测“磁也一定能生电”。经过长达十年的艰苦探索，他终于在1831年取得了突破性进展：

• 电磁感应现象：1831年8月29日，法拉第通过实验首次证明，当通过铁环介质的电流接通或断开（即磁场发生变化）时，次级线圈中会产生感生电流。
• 法拉第电磁感应定律：他进一步发现，感生电流的产生与磁场的变化率有关。这一划时代的发现使人类掌握了将机械能转化为电能的方法，成为现代发电机、变压器技术的基石。
• 圆盘发电机：1831年10月28日，法拉第发明了人类历史上第一台发电机原型——圆盘发电机，首次实现了持续的电磁发电。

2. “场”与“力线”思想的提出

法拉第打破了当时物理学界主流的“超距作用”观点，极具创造性地引入了电场线和磁力线的概念。

• 他认为电荷和磁体周围存在着一种看不见但客观存在的物质——“场”（Field）。
• 电场线和磁力线的疏密程度代表了场的强弱，切线方向代表了场的方向。

这一革命性的思想为后来麦克斯韦建立完整的经典电磁场理论（麦克斯韦方程组）奠定了坚实的物理基础。

3. 电动机的实验室模型

早在1821年，法拉第就发现了通电导线能绕磁铁旋转，以及磁体绕载流导体运动的现象。他通过两个精巧的实验装置，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了世界上第一个电动机的实验室模型。

4. 磁光效应（法拉第效应）

1845年，法拉第发现当线偏振光通过置于磁场中的透明介质（如重玻璃）时，其偏振面会发生旋转。这一现象（后被称为法拉第效应）首次揭示了光与电磁现象之间存在某种深刻的内在联系。

化学与电化学领域的成就

1. 电解定律与电化学奠基

1833年至1834年间，法拉第通过大量实验总结了法拉第电解定律，为现代电化学工业奠定了基础。

• 第一定律：电解时，电极上析出或溶解的物质的质量 $m$ 与通过的电量 $Q$ 成正比，即 $m=kQ$。
• 第二定律：当相同的电量通过不同的电解质溶液时，析出物质的质量与该物质的化学当量成正比。

为了准确描述实验事实，他还推广和创造了许多沿用至今的专业术语，如阳极（Anode）、阴极（Cathode）、电极（Electrode）和离子（Ion）等。

2. 发现苯与气体液化

• 1825年，法拉第从生产煤气的油状液体残留物中，通过蒸馏分离出了一种新的碳氢化合物——苯（当时他称之为“氢的重碳化合物”）。
• 他采用低温加压法，成功液化了氯气、硫化氢、二氧化硫等多种气体，为气体的液化研究做出了重要贡献。

以法拉第命名的物理量与常数

为了纪念法拉第在科学上的卓越贡献，多个物理学术语和常数以他的名字命名：

命名项目	符号/单位	物理意义
电容单位	法拉（$\text{F}$）	国际单位制中电容的单位。
法拉第常数	$F$	1摩尔电子所携带的电荷量，约等于 $96485\text{ C/mol}$。
法拉第电磁感应定律	$ℰ=-\frac{d{\Phi }_B}{dt}$	描述磁通量变化产生感应电动势的定律。
法拉第笼	-	由金属网或金属板构成的屏蔽罩，用于屏蔽外部静电场。

科学普及与晚年生活

法拉第非常热心于科学普及工作。他在英国皇家研究院发起了著名的“星期五晚间讨论会”和“圣诞节少年科学讲座”。其中，名为“蜡烛的化学史”的系列演讲成为了科学普及史上的经典。

1858年，法拉第退休并定居于汉普顿宫。1867年8月25日，他在书房安详离世，享年76岁。他的墓碑上只刻有简单的姓名和生卒年月，但他为人类文明留下的科学宝藏却是无价的。

参见

• 电磁感应
• 电场线
• 麦克斯韦方程组
• 电解定律
• 亨利·戴维