法拉第(18)_应天故事汇

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一八

在实验过程中，他们发现水中通过电流的时候，水被分解成氢气和氧气。其实，早在1784年，英国科学家卡文迪许就已经弄清了水的化学组成。卡文迪许脾气古怪，他把实验的结果仔仔细细记录下来，却很少拿去发表。他的许多研究成果是在去世以后许多年，才在他的文件堆里找到的。幸好，水的组成是两份氢和一份氧，这个实验结果他发表了。然而，他只是用氢气和氧气化合成水；要把水分解成氢气和氧气，必须借助电的力量，也就是必须靠电流来分解。在水的电解成功以后，1807年戴维用600个伏打电池组成的伏打堆做实验，终于电解出钠和钾两种金属。　　第二年，他又用电解的办法提取出镁、钙、锶和钡。　　当时的元素表上总共只有三四十种元素，一下子增加了6种新元素，这无疑是个伟大的成就。　　流电学所取得的第二个伟大成就，是奥斯特发现电流和磁的相互关系。　　吉尔伯特1600年，用拉丁文写了一篇论文，讨论电和磁的性质。因为有这篇论文，有人认为近代电磁学，甚至整个近代物理学的诞辰应该定在1600年。吉尔伯特提出：地球像一块大磁铁，它和普通磁铁一样，也有两个磁极，北磁极在北极附近，南磁极在南极附近；磁针所以能够指示南北方向，就是因为地球的磁极和磁针的磁极同性相斥、异性相吸的缘故。　　一个多世纪以后，库仑在研究电荷之间的相互作用力的时候，也研究了磁极的相互作用力。电有库仑定律，磁也有库仑定律。这两个库仑定律惊人地相似。　　电有正负，磁有北南；电荷之间有一种神秘的相互作用力，磁极之间也有，而且都是同性相斥，异性相吸，都服从库仑库律。它们之间，有某种关系，库仑这样想，卡文迪也这样想，许多人都这么想，但是谁也拿不出实验证据来。也有人认为，电和磁完全不同，毫无关系。他们提出了一条似乎很有力的论据：正电荷和负电荷可以拆开，可以使这个物体带正电荷，那个物体带负电荷；然而磁极却是拆不开的，把一根具有南北极的磁棒折成两半，就成了两根磁棒，两对南北极，不可能得到单独的北极或者南极。　　电和磁之间到底有没有联系，这个问题悬了几十年，直到1820年才解决。第一个发现电和磁之间有联系的是丹麦物理学家、哥本哈根的奥斯特教授。　　奥斯特是康德哲学的信徒。他追随康德，认为自然界的一切作用力，包括电的吸引、排斥作用和磁的吸引、排斥作用，不过是同一个“原生力”的不同表现形式，它们全都是密切有关的。奥斯特为了寻找电和磁之间的关系，已经工作了十几年。起初他总是想用莱顿瓶上的静电来影响磁针。他这样想、这样做是很自然的，因为一般认为，莱顿瓶的静电比伏打堆的流电“强”得多。奥斯特做了许多年实验，全都失败了。他想起了雷雨天磁针摆动的现象。因为闪电的时候有电流。　　1819年至1820年冬季，奥斯特讲授的科目是“电、电流和磁”。那天他在教室里讲课，助手在旁边替他做演示实验，用的是一个大伏打堆。最近这些日子，奥斯特正做实验，寻找电流和磁的关系。　　他的实验很简单，总共只有三样东西：一个伏打堆、一根金属导线和一根磁针。导线沿东西方向架成水平，一头接在伏打堆的正极，另一头接在伏打堆的负极，这样直接接上等于短路，但是只有这样，导线中才会有比较大的电流通过。导线下面放着一根磁针，磁针自然是南北指向，和导线成直角。眼睛盯住磁针，接通电源！没有反应。磁针纹丝不动。电流对磁没有影响，实验又失败了。奥斯特增加导线的长度，把磁针移近导线，想了各种办法，全都不行。　　奥斯特把导线转了90度角，叫它也沿着南北方向，和磁针平行。他叫助手接通电流。突然，奥斯特心里猛的一震。原来磁针轻轻地抖动了几下，转了起来！磁针从南北指向转成东西指向，又轻轻地晃了两下，站住了。奥斯特看着那根指着东西方向的小小的磁针，与其说是高兴，倒不如说是惊讶。因为按照他的设想，如果电流要对磁针发生影响，那么通电流的导线和磁针必须互相垂直。刚才他把导线和磁针改成平行放置，不过是无数次失败以后随便试一下，并没有希望这样会得到成功。然而，在意想不到的时刻，用意想不到的方式，他成功了！　　经过几个月的努力，奥斯特终于弄清楚了。如果电流周围放着一系列的磁针，它们就会受到作用，这种作用使它们围绕电流，沿着圆周指向，整齐地排列起来。要是电流很大，电流的作用就远远超过地磁的作用，磁针指向就几乎由电流决定。奥斯特原来让电流和磁针互相垂直，磁针已经有了应有的指向，当然就不动了。后来改成互相平行，磁针才转动起来，转成和电流垂直。　　戴维爵士没有看到奥斯特这篇报告的原文。直到10月1日，他才从英国的《哲学年报》上读到这篇报告的译文。他当天早晨就勿勿忙忙赶到皇家学院，把法拉第叫过来，让他和自己一起做实验，验证奥斯特的新发现。果真不错，电流确实能使磁针偏转，转成和电流保持互相垂直。重复了奥斯特的实验以后，戴维又急忙赶做别的实验，进一步探索电和磁的关系。　　随后法国阿拉哥比奥和萨伐尔都有新发现。　　其中还获得了比奥——萨伐尔定律。法拉第早就对电感兴趣，十几年前在里波先生铺子的楼上就摆弄起电机、莱顿瓶。到了皇家学院以后，他整天忙着做化学实验，反而把电的研究搁在一边。戴维和沃拉斯顿的讨论，像几粒火星落到一堆干柴上，点燃了一场熊熊烈火，法拉第重新开始研究起电来了。

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