法拉第电磁感应定律的建立

法拉第电磁感应定律的建立 1821年，安培根据通电闭合回路的作用与磁铁相同，提出磁铁内存在一个大的环形电流，后经菲涅耳提示，提出分子电流假说安培与菲涅耳分析了钢、铁中的分子电流能在外界磁力或电力作用下规则排列，接着想到磁铁中的分子电流能否使绕在磁铁上的线圈产生电流呢？他们分别进行了尝试性研究，不能否认，他们所做的一些实验中曾出现过感生电流，但由于期待的是由静止磁铁与稳定电流产生电流，他们都没能在研究中发现已经产生了的感生电流 1822年，阿拉果和洪堡在格林尼治小山上测量地磁场强度时，发现了金属可以阻尼磁针的振荡但解释不了它在1824阿拉果又做了圆盘实验，发现在悬吊的磁针下置一圆盘，当转动圆盘时，磁针会随之转动，但稍有滞后反之，转动磁针，铜盘也随之转动这个实验在科学界引起震动，但也无法圆满解释奥斯特发现电流磁效应后，为了解释一系列电、磁现象（包括阿拉果圆盘实验）形成了激烈的争论安培认为把磁约化为电的“电动力”是基本力，毕奥则认为电和磁不可分，即电磁力是基本力这场争论使法拉第倾向于电和磁是一种和谐、对称的现象，都属于自然力的一种形式从1821年开始，法拉第做了许多实验，到1831年才获得成功在这一年8月29日的日记中，记述了他首次获得的成功如图2-1-17所示，用一根直径7/8英寸的软铁棒弯成一个外径为英寸的圆环，环上的边绕有三股各长24英尺的纱布绝缘铜线图2-1-17 法拉第发现感应电流的线圈示意图线圈，另一边绕有两股总长60英尺的纱布绝缘铜线线圈用10对英寸见方的金属电极组成电堆把边的两线圈用一导线连通，在该导线下方放一小磁针这时，把电堆接通边的一个线圈，“立即对磁针产生了可以观察到的作用”断开电堆时，“磁针又一次受到扰动”把侧的三个线圈接通当作一个线圈使用，通电后，磁针所受的作用显著增加盼望已久的感生电流终于出现了他认为这是由于电源开闭引起的感应，所以称之为“伏打感应”但是，他认为自己“还只是抓住了一些好东西”，“还不能说明白”后来，他将软铁棒去掉，发现电键通、断的瞬间也有感生电流出现；在接通以后，通电线圈变热，接电流计的线圈却没有电流同年月24日，他又做了一个如图2-1-18所示的电磁感应仪，在两个条形磁铁、极之间夹一绕有线圈的铁棒，该线圈与电流计相连在铁棒脱离或接触磁铁两极时，电流计均偏转直到这时，他才领悟到感生电流的产生是一种暂态效应10月 17日他完成了一项新的实验，把一个线圈与电流计相连，再用一个直径为3/4英寸，长英寸的条形磁铁，迅速插入线圈，此时指针偏转抽出磁铁时，指针再次偏转，但方向相反如将磁铁往复插入与抽出，指针就会不停地来回摆动他发现磁铁运动也能激发出 图 2-1-18 图 2-1-19电流，他称之为“磁感应”11天后，他完成了“旋转铜盘”实验（如图2-1-19）一个直径 122英寸厚1/5英寸的铜盘，边缘伸入磁铁两极之间电流计的两端分别连接圆盘的中心轴和边缘转动铜盘时，指针偏转；加大转速，指针偏转角度加大铜盘向相反方向旋转时，指针向相反方向偏转由此获得了稳定的感生电流他将导线端改为两个电刷，分别放在圆盘不同部位以测定感生电流的最佳方向这是现代直流发电机的雏型当他向朋友们演示这一实验时，在场的一个贵妇人以嘲笑的口吻问道：“先生，你发明的这个玩艺儿有什么用呢？”法拉第反问道：“夫人，新生的婴儿又有什么用呢？” 1831年11月24 日，法拉第向皇家学会提交的论文中，将感生电流产生条件概括成五类：（）变化的电流；（）变化着的磁场；（）运动的稳恒电流；（）运动的磁铁；（）磁场中运动的导体他把这些现象统称为“电磁感应”在这一现象的基础上，他提出“电紧张态”及力线的概念他指出，当通过回路的磁力线数发生变化时，回路就会有电流产生，从而揭示出感生电动势产生的原因1851年，他在论磁力线一文中总结说：“导线的运动不论是垂直的还是倾斜的，也不论是从哪一个方向跨过力线，它总是把所跨过的线所代表的总力加在一起”因此：“普遍说来，被推入电流的电量直接与被切割的磁力线的总数成正比”这为电磁感应定律提供了鲜明的物理图象 在瑞士、美国、俄国也都进行了同一内容的研究瑞士物理学家科来顿（J.D.Colla-don,18021892）就曾做过类似实验他把一个线圈接在电流计上，并把电流计放在另一个房间他用磁铁在线圈中插入、拔出，然后再跑到另一个房间去观察电流计当然，每次他都看不到电流计的偏转 美国物理学家亨利于1830年月，将一个线圈与40英尺外的电流计相连，线圈被置于一个电磁铁的两极之间在电磁铁接通与断开的瞬间，都观察到了电流计指针的偏转1832年，他从法拉第的工作认识到，自己在电磁铁实验中开关断开时产生大的电火花，是由于电流切断时发生了感应因此，他获得了发现“自感”现象的荣誉法拉第在1834年也独立地发现了自感曾任彼得堡大学物理学教授的楞次在得知法拉第实验后，进行了一系列研究工作1834年在物理化学年鉴上发表论如何确定由电动力感应所引起的伽伐尼电流的方向一文，提出了著名的“楞次定律”在该文中，他这样叙述感生电流的方向：“如果金属导体接近一电流或磁体，那么在这导体中就会产生伽伐尼电流，这电流的方向是这样的，它倾向于使导体发生与实际的位移方向相反的移动”电磁感应定律的数学表达式最后由诺埃曼（F.E.Neumann,17981895）和韦伯完成1845年，诺埃曼在引入矢势概念的基础上，首先给