《中外科学家发明家丛书:法拉第》

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中外科学家发明家丛书:法拉第- 第4节


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这时,法拉第猛地把磁棒插入线圈,突然,他朝思暮想的现象出现了——电 

流测量表的指针摆动了一下。法拉第心头一震——把磁转变成电,这多年的 

理想不是实现了吗?他又把磁棒猛地抽出来,指针又摆动了一下,这次是朝 

着相反方向。他把磁棒又转过来,朝里猛插,向外猛拔;再插、再拔……电 

流表的指针来回摆动,法拉第的心也跟着剧烈跳动起来。“成功了!” 

     此刻,他已完全忘记近10年来无数次失败带给他的失望与痛苦,他的身 

心深深地沉浸在成功的巨大喜悦之中。他像一个孩子似的在实验室里狂蹦乱 

跳起来。 

     以后的多次实验也显示了同样的结果,转磁为电的想法终于成了事实。 

但法拉第并没有因此而停步不前,他在思考一个问题:为什么自己多年来反 

复千百次的实验都没能成功,唯独这样做才获得成功了呢?他想寻找到规律 

性的东西。 

     经过仔细地回忆与思索,再加上实验的验证,法拉第终于意识到成功的 

关键所在——运动才能产生电流。在以前的实验中,磁铁相对于导线和线圈 


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是没有运动的,所有实验均是在静止前提下进行的。而通过现在的实验发现, 

只有当磁铁插入线圈或从线圈抽出的一瞬间,才能产生电流 (法拉第把此电 

流称为感生电流——由感应而产生的电流,而把产生感生电流的电动势叫作 

感生电动势)。 

     接着他又发现,不论是将磁铁插入静置的线圈内,还是将线圈套到静置 

的磁铁上,只要两者之中有一个以一定的方式进行运动,就会有感生电流产 

生。因此,他得出:“要将磁转化为电,运动是必要条件”的结论。 

     但为什么运动是产生感生电流的必要条件呢?感生电动势与感生电流的 

大小以及方向,是否与运动方式有关呢?这又是法拉第思考的新问题。在科 

学上往往是这样,实验的成功与新现象的发现和新规律的总结,常常引出更 

多的疑问,从而促进科学技术的进步。 

     在经过了多次紧张的试验与反复的研究之后,法拉第得出了“金属导线 

必须切割磁力线才能产生感生电流”这一规律性的结论。 

     在试验过程中,法拉第还发现,导线切割磁力线的速度越快,导线中产 

生的感生电动势也就越大;切割磁力线的方向不同,产生的感生电动势方向 

 (或感生电流方向)也不同。 

     法拉第将以上的结果与发现总结成定律,这就是著名的 “电磁感应定 

律。”这一定律不仅揭示了电流与磁力之间的相互作用规律,更为重要的是 

定律表明了:只要能持续不断地使线圈在磁场中作切割磁力线的运动,就能 

够产生出源源不断的电能来。这是一项多么重大的发现啊!以后的世界面貌, 

在很大程度上将因这个定律的出现而大为改观。也就是说,法拉第的这一杰 

出发现,预示着电能被人类所用有了可能;而人类文明发展的步伐,也将由 

此定律的创立而大大加快。 

     电磁感应定律是时代的产物。它是从18世纪中后期到19世纪30年代这 

一历史时期内的各种电学现象与规律不断被发现的必然产物。特定的历史时 

期就需要有特定的历史人物。法拉第勤于思考、精于观察,对科学工作有着 

源源不断的热情,在失败面前毫不气馁,能够重整旗鼓,再次向前。他所具 

有的这些特点,正迎合了那个时代科学发展的迫切需要。 

     在10年里,法拉第经历了无数次失败,但正是这一次次的失败,为他奠 

定了不断接近成功的基础。他把每次的失败都当作砖,用它筑梯。随着失败 

的增加,梯子的高度也增高,他也就站得更高,最后终于登上了别人难于登 

上的顶峰。 

     电磁感应定律的创立,使法拉第蜚声国内外。后人为了纪念他的这一功 

绩,把电磁感应定律命名为“法拉第定律”。 



                           六、电解定律的创立 



     发现电磁感应定律后,法拉第又对电现象进行了大量广泛而深入的研 

究。他有一个坚定的信念——大自然是统一的、和谐的。 

     大自然中万物纷呈,变化无穷。电,能生光、生热、生磁,引起各种化 

学反应;反过来化学作用也能产生电,磁也能产生电。法拉第以为,所谓的 

电、光、热、磁,以及化学亲和力、万有吸引力——这些无所不在、千变万 

化的力,实质上是源于大自然的同一的力。它们只不过是名称不同、表现形 

式各异罢了。 


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     根据这个认识,法拉第开始研究电的统一性。到那时候为止,除了雷电 

之外,已经发现的有五种不同来源的电——摩擦电、伏打电、热电、动物电 

和磁感应电。这五种电有相同的地方,也有不相同的地方。有人认为它们是 

同一种东西,有人则认为不是。众说纷纭,莫衷一是。法拉第对这五种电进 

行了全面的考察。将电的效应归纳为静电的与电流的两大类;电流的效应又 

分为发热、磁、化学分解、生理效应、电火花五种。法拉第根据自己的实验 

结果,证明了前三种电有静电与电流的全部效应;动物电显示了生理、磁、 

化学等三种效应;热电只显示生理效应和磁效应。他把这几种电间的差别归 

因于“电量”和“强度”的不同,而不是本质的不同。于是,法拉第得出了 

结论“不论电的来源如何,它们的本性都是相同的。”法拉第用电的同一性 

为他的信念——“自然是统一的”提供了有力的论据。 

     电的同一性研究直接导致法拉第发现了电解定律。 

     今天我们都知道,物质都是由分子组成的,而分子则由原子组成 (也有 

一些单原子分子)。分子是保持物质化学性质的最小颗粒。原子是由带正电 

的原子核与带负电的电子组成的,原子间之所以能够化合,就是靠着电的引 

力。以上的结论,现在听起来很简单,但却是几代科学家(法拉第就是其中 

的一员)耗尽心血,研究、实验、探索,最终才认识到的。 

     19世纪初,人类对电的研究还很粗浅,对于物质结构与电的关系,更是 

茫然无知。电是什么?物质是什么?电、物质结构与化学变化之间又有何关 

系?对于这些问题,各国科学家争论不休。有人认为,电就是一种微粒,构 

成了物质;有人认为,电是物质微粒的一种振动,就像热那样;有人则提出: 

电是流体。德国科学家格罗图斯提出一种假说,认为产生伏打电的伏打电池 

实际上是块电磁铁。戴维则主张,电是与分子不可分离的一部分。安培提出 

有分子电流存在,并用分子电流来解释了磁铁的磁性,但认为分子电流的电 

量是“组成分子的原子分解以后的产物”。德拉里弗却又主张:电和物质是 

两种不同的东西,是可以各自独立存在的…… 

     电、分子、化学变化的内部机制,这些都是微观现象,是无法直接观察 

到的,要从人们能够观察的宏观现象去推断微观的结构,是相当困难的事, 

难免会出现种种混乱与错误。 

     1832年,法拉第开始从事电化学研究的时候,面临的正是这样的各种理 

论纠缠在一起、难以分辨真理与谬误的局面。针对这种情况,法拉第首先了 

解各种意见,进行鉴别比较。对每家的理论学说,分别实验,检验其正确与 

否和实用价值。对于自己的种种设想,法拉第也是用实验来验证。 

     走过了许多的弯路、碰了一次又一次的钉子后,法拉第最后终于找到了 

研究电化学规律的办法——称量出电极上析出的物质重量,把它与流过电极 

的电量进行比较。于是,法拉第试图发明一种能够测量“电”量的大小的仪 

器,以确定各种电之间量的关系。但用什么方法来制造这样一种仪器呢? 

     才思敏捷的法拉第想到了电解方法。电解现象早已发现了,并已被科学 

家们用来获取或提炼某些化学元素。法拉第想:电解时分离出来的物质的量 

一定是与通电量的多少有关,比如水电解时产生了氢和氧两种气体,那么能 

否根据电解时从电极上逸出的气体量的多少,来计算出通过水的电量呢?想 

到这些,法拉第又进行了大量的实验。 

     经过大量实验证实了他的想法:电解时分离出来的物质数量与通电量两 

者之间存在着严格的量的关系。于是,电量计创制出来了。同时,一个远比 


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电量计更为重要的规律也随之问世了,这就是著名的“法拉第电解定律”。 

     电解定律是法拉第在研究与发明电量计过程中的意外收获,也可以说是 

电量计的副产品,但其重要性却是电量计的千百倍。这如同一个进行潜水锻 

炼的爱好者,在进行锻炼,达到了强健体魄目的同时,在水中发现了古代装 

满贵重物品的沉船。 

     电解定律有两条: 

    一、电解的时候,在电极上析出的物质重量,与通过电极的电量成正比; 

    二、如果在同时间内通过的电量相同,那么析出的不同物质的化学“克 

当量”数相等。(电解一个克当量物质的用电量,叫一个“法拉第”,等于 

96484库仑。) 

    下面,我们就用法拉第实验最多的“水的电解”为例,来说明这两条定 

律。 

    把两片铂做的电极插在水中,通上电流,负极上就会有氢气析出,正极 

上则有氧气析出。根据第一定律,两个电极间通过的电流量越大,时间越长, 

电极上所析出的氢气与氧气就越多。 

    为了理解第二定律,先要知道什么叫做当量、克当量、克当量数。再以 

水为例。我们知道,每一个水分子是由两个氢原子与一个氧原子组成的,用 

结构式表示,就是:H…O…H。而氢(H)的化合价是1,氧(O)的化合价为2; 

那么,元素的原子量被化合价除,就是这个元素的当量。如:氢的原子量是 

1、化合价也是1,那它的当量就是1;氧的原子量是16、化合价是2,那它 

的当量就是8。1克氢称为1个克当量氢,它的克当量数是1;2克氢称为2 

个克当量氢,它的克当量数是2;……元素化合成化合物或化合物分解成元 

素时,每一元素的重量比等于当量比,所以它们的克当量数就相等。比如电 

解9克水,一定得到1克氢与8克氧,氢与氧的克当量数都是1,是相等的。 

    有了这些关于当量的知识,我们就可以说明法拉第的第二电解定律了。 

根据这条定律,要电解出1克当量的氢气(重1克)与1克当量的氧气(重 

8克),两片铂电极之间就需要通过一个“法拉第”的电量,也就是96484 

库仑。同样,比如铜的当量是31。8,氯的当量是35。5,那么电解氯化铜水溶 

液的时候,要得到31。8克�
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