闪电的驯服者：电学的历史
** How Faraday Invented the Motor and Irritated his Mentor**

01 法拉第电机

一、前言

法拉第发明的电动机为何惹得别人不高兴？法拉第如何首次发明了电动机？在Kathy老师讲述的故事中包括有奇诡的螺旋电流理论、声称抄袭以及一个毫无用途的电动机。

▲ 图1.1.1 奥斯特的电磁实验

二、电磁现象

在1820年，丹麦人奥斯特有了一个惊人的发现，如果电线用上电流，可以使得周围指南针的方向转向围绕电线的方向。指南针是一个放在支架上的细磁针，由此奥斯特验证了电流与磁场之间的联系。但当时的人对于直线流动的电流为何产生了圆形磁场感到困惑。对此奥斯特给出的解释就是电线中电流实际上是沿着螺旋轨迹流动的。

下面的故事轮到了英国的两位科学家，麦克·法拉第以及他的导师汉弗莱·戴维。汉弗莱·戴维是著名的化学家，也是一氧化二氮，即笑气的狂热爱好者，算得上当时的欧洲是最著名的科学家了。八年前由于一次实验事故，戴维的眼睛受了伤，于是聘请了一位年轻的，没有受过正统教育的法拉第作为他的助手，当时法拉第是一个图书装订实习工。

▲ 图1.2.1 汉弗莱·戴维与麦克·法拉第

在1820年戴维被推选为伦敦皇家学会的主席，此时法拉第是他的助手，可以独立从事一些研究工作。戴维和法拉第以及其他欧洲科学家听说了奥斯特的实验结果，试图对其进行做出解释。

戴维在给他弟弟的信中记录到，他重复了多个奥斯特的结果不明的实验，可以确信电池是一个强大的磁铁，对此我深信不疑。在1821年戴维与他的朋友威廉·沃拉斯顿合作研究这个问题。沃拉斯顿同意奥斯特的关于电流螺旋流动的观点，他们花了好多个小时试图通过实验验证电线中的电流是沿着螺旋轨迹流动，但始终没有任何结果。

▲ 图1.1.2 戴维与沃拉斯顿

三、法拉第实验

在1821年法拉第被杂志约稿综述电的最新研究进展，按照他的方式他试图对读到的实验结果进行复现。通过复现奥斯特实验法拉第确定磁场是围绕着电线，但并不是奥斯特所认为的螺旋线。他断定，看起来的确奇怪，似乎沿着直线流动的电流，但所产生作用在周围磁针上的力则是圆形磁场力。

▲ 图1.1.3 电流与周围的磁场

反过来，法拉第猜测磁场也会对周围通电导线产生圆形作用力。也就是说电线会绕着磁极旋转，磁铁会围绕电线旋转。在1821年9月3日法拉第通过一个简单的实验证实了磁铁对周围通电导线产生围绕磁铁圆形方向作用力。

他的实验装置如图所示。底部是盛有水银的玻璃杯，将一个金属导体悬挂，下端与杯子里水银接触，水银是液态导体。在中间安置一个永磁铁。将电路闭合之后，电线就开始绕着磁铁持续转动。

▲ 图1.1.4 法拉第实验

也许看到此景，法拉第情不自禁的喊出了，它转了！它转了！我们终于成功了。从技术上来看法拉第发明了第一个电动机，是一个将电能转换成机械能的电动机。当然了这种电机并没有实际用处，没法解决实际问题，除非你想使用电流来搅动水银液体。

四、被指责抄袭

还好法拉第并不想使用他的发明去干什么事情，只是用来演示自然界中的电磁作用力。作为电动机这个实验没什么用处，作为展示磁场则非常高效。

法拉第在1821年10月1日发表了他的研究成果，文章广受好评。但一周后人们指责他抄袭了汉弗莱·戴维朋友威廉·沃拉斯顿的成果。法拉第写信给沃拉斯顿，说他急切摆想脱这些针对他没有事实根据的指责。如果我做错了什么，我会为此道歉的。

▲ 图1.1.4 法拉第与沃拉斯顿

沃拉斯顿回信道，他并未对此感到有何冒犯。然后沃拉斯顿并没有公开发表保护法拉第的文章，但汉弗莱·戴维却公开攻击法拉第。

200年之后的我们无从了解为何当时的人所做的事情，他们对此有何看法。很多当代研究者认为当时戴维是对他的门徒的成功感到嫉妒，认为出身底层没有受过教育的法拉第不配独立从事研究工作。从戴维的愤怒中也许可以证实，戴维应该是觉得他将法拉达从困境中发现并提携出来，但法拉达却未将其研究成果归功于他的恩人。

戴维和沃拉斯顿的确也在法拉第之前试图尝试过制作一个旋转设备，只是目标不同。也许戴维实际上并未理解法拉第的实验究竟证实了什么，他弟弟后来写到，戴维之所以反对法拉第主要是想还奥拉斯顿一个公平。很有可能在戴维的后半生中他的确是这么认为的。

▲ 图1.1.5 戴维对法拉第的成果表示嫉妒

也许是过渡使用了笑气，或者在实验室吸入了过量的有毒化学气体，到了1826年汉弗莱·戴维病倒了，并从化学家岗位上退休下来，三年后去世了。

同时，法拉第正兴致勃勃进行他的电学研究。但在当时政府压力下，需要他研制更好的光学玻璃，对于这个研究他认为没有什么成果，说唯一的结果就是他自己感到脑袋疼。

▲ 图1.1.6 实验中的法拉第

五、后记

第一个将法拉第的发现继续发扬光大的是一位退休的士兵，制鞋匠，名叫威廉·斯特金。他在1834年发明了第一个实用的电动机。他第一个注意到法拉第论文中的另外一个事实，通电的螺旋导线作用像一个磁铁。至于威廉·斯特金发明了第一个实用的电动机的故事，我们下次再聊。

▲ 图1.1.7 斯特金的电动机

■ 相关文献链接:

闪电的驯服者：电学的历史
How Faraday Invented the Motor and Irritated his Mentor

● 相关图表链接:

图1.1.1 奥斯特的电磁实验
图1.2.1 汉弗莱·大卫与麦克·法拉第
图1.1.2 大卫与沃拉斯顿
图1.1.3 电流与周围的磁场
图1.1.4 法拉第实验
图1.1.4 法拉第与沃拉斯顿
图1.1.5 大卫对法拉第的成果表示嫉妒
图1.1.6 实验中的法拉第
图1.1.7 斯特金的电动机

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