【人物】10个“发明之父”（六）——电动机、​发电机​的鼻祖法拉第 ...

点击关注“有料有趣又专业”的科普期刊《百科知识》 当当代界，无处不“电”——电话、电灯，装有发光二极管（LED）的衣裤鞋帽、童车和童椅，连小小的眼镜也配上了用来验钞的紫光LED和用来照明的白光LED……在这个电气期间，电动机与发电机是两大“明星”。那么，电动机与发电机是怎么发明的呢？ 电动机、发电机的源头—— 奥斯特发现“电生磁” “电”和“磁”，是我们非常认识的字眼。然而，它们之间是否有接洽呢？对于这一题目的研究直到19世纪才有重大希望。 古人发现的“顿牟掇芥”的电征象和“磁石引针”的磁征象，引发了人们的思索：电和磁之间毕竟有没有接洽？曾当过御医的英国著名医生、物理学家吉尔伯特在他1600年出书的巨著《论磁》中断言，电和磁之间没有因果关系。 在1731年7月的一次惊雷闪电之后，英国威克菲尔德的一名贩子偶尔发现他的新刀、叉、钢针竟然有了磁性。意大利一家五金市肆的钢刀也出现过雷同征象。1751年，美国物理学家富兰克林偶尔发现莱顿瓶（一种能贮电的装置）放电之后，附近的缝纫针被磁化了。一艘飞行在大西洋上的商船在一次雷电之后，3个罗盘全部失灵…… “是电生的磁吗？”这些征象，促使德国巴伐利亚电学研究院于1774年专程以《电力和磁力是否存在现实的物理相似性？》为题，举行有奖征文。但是，一直没有人能给出满足的答案。而在此时，法国物理学家库仑等以为：“电就是电，磁就是磁，它们之间不大概有接洽。” 固然，人们对这个题目是要追寻到底的。比方，在1805年，两位法国数学家、物理学家、化学家让·尼古拉斯和查尔斯，就用一根绝缘绳把伏打电池挂起来，观察它是不是也像磁针那样在地球磁场中改变方向，但显然不能得到正确的效果。 丹麦物理学家、化学家奥斯特受19世纪的一种科学思潮的影响，信仰德国哲学家、作家康德的哲学，以为自然界的各种力可以相互转化，也可以同一。比方，他以为：“我们的物理学将不再是运动、热、氛围、光、电、磁和我们所知的任何征象的零星汇总。我们将整个宇宙容纳在一个体系之中。”以是，他也参加了实行探索的队伍。 奥斯特 然而，奥斯特在导线前面放上磁针并给导线通电之后，磁针却木然不动——纵然导线被强盛的电流烧到红热乃至发光。 1812年，奥斯特在发表的论文《关于化学定律的看法》中疑惑地写道：“毕竟电是不是以其最隐蔽的方式对磁体有作用……”于是，找到“雷同的作用”，就成了他的实行内容。 1820年4月21日晚，奥斯特同往常一样，在哥本哈根给一些颇有修养的人讲“伽伐尼电”。在助手的资助下，用伏打电池给白金通电做电学演示实行。快下课了，他偶然识地扳动电源开关的时间，偶尔发现一枚放在细长铂丝导线附近的小磁针稍微地晃动了一下，然后停在与导线垂直的方向上。此时，他既惊又喜——这不正是他多年瞻仰的电流能产生磁场的效应吗？他竟冲动得在讲台上摔了一跤，又一连试验了频频——包罗把小磁针移得稍近或稍远一些，都出现了雷同的征象。 第二天，奥斯特和助手用20个伏打电池给导线通电，产生了更强的电流，对包罗能在平面上自由旋转的磁针、悬挂的能在空间自由旋转的磁针，都举行了雷同的实行研究。效果表明，电流简直能产生磁场——连被玻璃、木料、水、树脂和石头等隔离，也不能阻挡这个磁场吸引小磁针。这就是著名的“电流的磁效应”，简称“电生磁”。厥后，人们把它称为“电磁学第一定律”。 电动机的发明 奥斯特发现“电生磁”之后，有一个遗憾，就是没能以它来发明用电来驱动的、能一连转动的装置——电动机。 1821年9月3日，英国物理学家、化学家法拉第在重复奥斯特“电生磁”实行的时间，制造出了人类史上第一台最原始的电动机的雏形——一种在水银杯中固定的磁铁（或固定的导线）围绕固定的通电导线（或固定的磁铁）一连旋转的装置。 法拉第 接下来就是电动机的诞生、美满和发展。1828年，物理学家阿尼斯·杰德里克展示了他发明的天下上第一台实用的电动机。这台包罗了3个主要组成部门（定子、转子和换向器）的自激式电磁转子旋转直流电动机，接纳水银槽换向器、用永久磁铁产生的固定磁场和旋转绕组。这台仅用于讲授的电动机，厥后存放在布达佩斯应用艺术博物馆，如今仍能运转。匈牙利和斯洛伐克把他誉为电动机和发电机的“幕后之父”。 天下上第一台电动机    发电机的发明 奥斯特发现“电生磁”之后，许多物理学家都在逆向思索：既然电能生磁，那么能不能“磁生电”呢？法拉第就是此中之一。 法拉第的研究始于1822年，潜心计划过许多种类的“磁生电”装置。此中有一个是这样的：“在大的木制线轴上，绕着长203英尺（约62米）铜线的第一个线圈；在它的匝间，绕着同样长度但用棉纱绝缘的第二个线圈。第一个线圈接电池，第二个线圈接电流表。”他试图由第一个线圈通电后产生的磁场来使第二个线圈产生电流——由电流表的指针偏转看出来。但是，无论他实行多少次，也没有看到盼望的电流产生。 通电导线一连旋转的装置 从1822年开始的9年积极都失败了，但是法拉第却没有悲观。 1831年8月29日，法拉第将电池加到100个。他在第一个线圈接通电池的一刹那间，偶尔看到电流表指针动了一下，接着就回到了原位。但电源接通以后，电流表指针一直不偏转。这时，他才名顿开。原来，以前实行时都是接通电池后再去看电流表，此时第一个线圈电路的电流已处于稳固状态，因而第二个线圈内的磁场不再发生变革，因而没有电流产生。而这次实行是接通电池的同时看电流表，这接通的一刹那，第一个线圈电路里的电流处于从无到有的变革，因而它产生的磁场也从无到有，进而引起第二个线圈内磁场发生从无到有的变革，最终产生“感生电流”——一种“电磁感应（征象）”，即“磁生电”。 法拉第在1831年10月17日制成了磁生电的装置—圆筒形线圈和磁棒组成的原始发电机。这个发电机，至今还作为皇家学会的珍贵科学遗物向公众展出。1832年，法国的仪器制造商希波特·皮克西根据法拉第发现的电磁感应原理，研制乐成了一种安装了两个线圈的交换发电机，它是全部发电机的始祖。