1、電磁感應現象的發現過程對電磁感應現象的探索有著深厚的歷史背景，首先它來自于社會對電力的需求。1800年意大利物理學家伏打(Volta,1745 1827年)發明了伏打電堆，使人們第一次獲得穩定而持續的電流。1809年，戴維把由兩千塊鈾鋅片組成的伏打電堆的兩極接上炭棒，當炭棒接近到一定程度時， 產生了電火花，從而發明了弧光燈。 但是伏打電池所取得的電價太昂貴而且功率太小。如何獲得強大而廉價的電力是當時社會對物理學提出的一個十分緊迫的問題。后來法拉第回憶道“我因為對當時產生電的方法感到不滿意，因此急于想發現電磁與感應電流的關系，覺得電學在這一條路上一定可以有充分的發展。”在法拉第之前的一些物理學家

2、已經開始探索磁產生電的途徑。安培于1821年到1822圖15 1安培所做實驗的裝置年間做了探求感應電流的實驗，但他未能發現電磁感應現象。1825年英國物理學家阿拉果設計了著名的圓盤實驗。他偶然發現金屬可以阻尼磁針的振動，他進一步聯想：既然一個運動著的磁針可以被金屬片吸引，那么一個靜止的磁針了一定可被一個運動著的金屬片帶動。根據這一設想，1825年他設計一個圓盤實驗，在一個可以繞著垂直軸旋轉的銅盤的正上方懸掛一根磁針，當銅盤旋轉時，磁針跟著旋轉。這一實驗好像表明磁是因運動著的導體而產生的，為物理學界提 出了一個多年來懸而未決的問題。1823年，瑞士物理學家科拉頓(Colladon,1802-18

3、92年)曾企圖用磁鐵在線圈中運動獲得電流，他用一個線圈與一個檢流計連成一個閉合回路，為了使磁鐵不至于影響檢流計中的小磁針，特意將檢流計放在隔壁的房間里，他用磁棒在線圈中插入或拔出，然后一次又一次跑到另一房間里去觀察檢流計是否偏轉，當然他觀察不到指針的偏轉，未能發現電磁感應。法拉第發現電磁感應現象并不是一帆風順的，而是經過了十年的艱苦探索。1821年,法拉第開始轉向電磁學研究，他發現了磁極繞著載流導線轉動和載流導線繞磁鐵轉動的現象 這種現象稱為電磁旋轉現象。通過電磁旋轉的實驗，使他想到，既然電對磁有作用，一定有磁對電的反作用；既然電流能產生磁，則磁也一定能產生電流。1822年，他在日記上寫下了他

4、的光輝思想：“磁能產生電流”，并以此作為自己研究的戰略目標。從1824年到1831年他經歷了一系列的失敗 ,在法拉第日記中,明確記載的失敗的實驗就有三次。1824年12月28日，他把強磁鐵放在接有檢流計的電流線圈內期望會改變導線中的電流，結果沒有發現檢流計指針偏轉。1825年11月28日，他將導線回路放在另一通電回路附近，期望在導線回路中能感應出電流 ，但也沒有發現任何效應。 1828年4月22日， 他把磁鐵穿入一個懸掛起來的銅線環內 ，期望環內產生感應電流，但把其它磁鐵靠近導線，卻沒有任何效應產生。實驗沒有得到他預想的結果。雖然經受了這一系列 的失敗，但動搖不了他對自然力的統一性懷有的堅定的

5、信 念。他堅信電與磁的相互轉化 ，磁一定可以轉化為電。他 說：“一方面，各種電流都伴隨有相應強度的磁作用，它的方向與電流的方向呈直角；而另一方面，若將電流良導體放入有磁作用的環境中，在導體內竟然完全不會引起感應 電流，也不產生可覺察的等效于這種電流的作用，這是很 不平常的。” “對這些問題及其后果的考慮 ，再加上想從普通磁中獲得電的希望 ，時時激勵著我從實驗上去探求電流的感應效應。”正在此時，英國物理學家斯特金發明了電磁鐵。他在一塊原來沒有磁性的軟鐵上繞以導線，通電以后，軟鐵就變成具有了強磁性的磁鐵。 這一發明對法拉第的進一步研究有一定的啟發和幫助。1831年8月29日，法拉第在日記中記述了他

6、第一次成功的實驗。他在軟鐵環的 A邊繞了三個線圈，可以串聯起來使用，也可以分開使用。在 B邊以同樣的方向繞兩個線圈。他把B邊的線圈接到檢流計上，把A邊的線圈接到電池組上（見圖）。當電路接通時，法拉第看到檢流 計的指針立即發生明顯的偏轉、振蕩，然后停止在原來的位置上。這表明線圈B中出現了感應電流。當電路 A斷開時，他又看到指針向相反方向偏轉。把A邊的三個線圈串聯成一個線圈重做以上實驗，對磁針產生的效應比以前更加強烈。他看到B邊的感應電流是明顯的，又是瞬時的，只在A邊斷開和接上電源時的瞬間產生。在第一次發現之后，法拉第繼續進行了大量的實驗 ，探討電磁感應產生的條件。他提出這樣的問題：是否可以用其它

7、方法產生同樣的效應？鐵環是必需的嗎？線圈A是必需的嗎？9月24日，法拉第在兩條磁棒的 Z S極之間放上一條帶有線圈的圓鐵棒 ，線圈與一檢流計連接見下左圖。他發現當圓鐵棒接觸N S極和脫離N、S極時，檢流計的指針就會偏轉。他指出.這一效應不是永恒的而是瞬時的，“因此，在這里磁轉化為電是清楚的。”圖15 4圓鐵棒接觸或脫離現S出七的生髓感府現聿10月1日，他把兩條長203英寸的絲包銅線繞在木筒上。其中一個線圈和檢流計相連接，另一個線圈和電池相連接（見上右圖）。他發現當電流接通和斷開的瞬間，“對電流計 的指針有影響，但是如此之小，以至于很難感覺到。因此在沒有鐵心的情形下也有感應效 應。10月17日，

8、法拉第用另一種方式得到了感應效應。他在直徑為0.75 英寸長為8.5 英寸的空心紙筒上繞了 8層螺旋線，把8層線圈并聯后再接到檢流計上（見下左圖）。當圖15 5無鐵心的戰圈在 電流搔通或撕開時的感應期座是從磁鐵的接近而不是磁鐵停止在那里產生的。圖15. &插入或技出也 鐵時的電硝，博應現球他把磁鐵棒迅速地插入螺線管時，檢流計的指針就偏轉了 ，然后又迅速地拉出來，指針在相反 的方向上發生了偏轉。 他說：“每次把磁棒插進或拉出時，這效應都會重復，因此電的波動只10月28日，他把一個空心螺線管迅速送入一對大的磁極之間（見上右圖）,檢流計的磁針受到強烈的影響，然后又迅速的取出，磁針同樣受到強烈影響。這

9、是在磁鐵與線圈有相對運動時所產生的一種效應。1831年10月24日，法拉第在提交給皇家學會的一篇論文中，把產生感應電流的情況概括成5類：變化著的電流，變化著的磁場，運動的穩恒電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體。他在電學的實驗研究第19節中還講到感應電流的方向。他寫道：“當一條載流導線與另一條與之平行的導線相互接近時，感應電流方向與施感電流的方向相反，它們彼此排斥，反抗互相接近；當兩線離開時 ，感應電流的方向與施感電流的方向相同 ，它們彼此吸引， 反抗互相分離。”但這只是確定感應電流方向的一個特例，還沒有提出確定感應電流方向的普遍法則。他在電學的實驗研究 第119節中指出：當一塊金屬通過磁極前

10、面或兩極之間時，所產生的電流與運動方向成直角。據此理由他解釋了阿拉果實驗 ，當圓盤在磁場中旋轉時感應電流的方向近似沿半徑方向，在盤內形成閉合的感應電流 ，即渦電流，這個電流趨向于阻止磁針和圓盤的相對運動，因此磁針就隨著圓盤轉動起來。國15,7我圈在磁場中運朗時的電磁懣應現就從10月底到11月初，法拉第進行了他著名的圓盤實驗。 他在 一個銅軸上安裝了扁平的銅盤，把它放在磁鐵的兩極間，用一根導 線從銅軸上引出，另一根導線與銅盤邊緣接觸，然后把這兩根導線 與電流計相連接，當銅盤轉動時，指針就發生了偏轉（見圖）。當反方 向轉動時，指針的偏轉方向相反。在銅盤繼續轉動時，指針持續地偏 轉。這就是一臺原始的發電機，通過銅盤的機械轉動而產生了電流。與此同時，法拉第還用磁感應線概念來解釋電磁感應現象。他在電學的實驗研究 第231節中指出：“相對于磁鐵運動的金屬中存在的感應電流取