施郁
(复旦大学物理学系教授)
1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 他在一个铁环的两边分别绕上一段导线,其中一段导线的两端分别连到一个电池的两极,中间当然还有一个开关;另一段导线连到一个电压计的两个输入输出,电压计在没有电压时,指针指着中间的零刻度。
现在先将开关打开着。如果这时将开关关上,也就是让连着电池的线路闭合。在这个瞬间,连着另一段导线的电压计发生偏转,说明有感生电压和感生电流产生了。然后,电压计指针回到零刻度,说明感生电压和感生电流消失。这时,再将开关打开,也就是停止电池给所连导线提供电流,那么连着另一段导线的电压计发生偏转,偏转方向与刚才相反,也就是说,感生电压与刚才的符号相反。
这是什么原理呢?连着电池的导线中有电流,所以就在它形成的线圈中产生磁场,线圈里是铁环,这个磁场沿着铁环也穿过另一段导线形成的线圈。当时法拉第称磁场为力线。当连着电池的导线突然闭合或打开时,电流突然产生或消失,从而磁场也是突然产生或消失,这就导致穿过第二个线圈的磁通量突然变化,从而也就在第二个线圈里产生感生电压和感生电流。
后来法拉第的发现被麦克斯韦总结成一个数学方程,被人们称为电磁感应定律,这也是麦克斯韦方程组的四个方程中的一个。法拉第的力线概念被麦克斯韦抽象为电场的概念。这就是物理学中场的概念的起源。
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