二、持之以恒的实验探索

在形成“磁能生电”的研究课题后，法拉弟持之以恒的实验探索为电

磁学的研究铺开了一条广阔的道路．正象他的传记作家克劳塞所形容的那样，法拉弟“他从象庇斯伽山那样的高处，下眺自然界中还没有为人征服的方面拿出预言家的眼光，画出应该遵循的途径．他使后继的人得到一种线索，可以领导他们在那荆棘丛生的知识路途中安全渡过．”

法拉弟在开始电学实验前，在他对电磁学发展进行历史调研过程中， 对电磁学发展中存在哪些未解决的、或可以研究的问题是有较广泛的考虑的．如 1821 年电磁转动研究，9 月 3 日—10 日通电导线绕磁铁转；12 月21 日—25 日通电导线绕地磁转动；1822 年电解水和电流对偏振光的影响的研究；1823 年磁铁绕通电导线转；1824、1825、1828 年对电磁感应的研究；1828 年研究光谱与电流的作用；1831 年 5 月研究热电作用等．这些研究都集中在电、磁、化学、光和热等的关系，遗憾的是结果几乎都是否定的，但是他还是确信自然力的统一性和可转换性，继续坚持实验研究．可以说，深信自然力的统一性，不可破灭性和可转化性的观念是法拉弟一切工作的出发点，他的这一思想不仅指导了他自己已经完成的工作， 同时也引导他自己的研究方向，从而在实验失败面前不动摇．如在《电学实验研究》的第二十四章中，记载了他探索电力和重力关系的计划和设想，并设计了有关实验，但结果没有成功．法拉弟写道：“当我们的实验就此结束时，实验结果还是否定的，虽然如此，我们仍深信在重力和电之间存在着联系而决不因此动摇．”法拉弟在“磁能生电”的研究中也是这样，在失败面前还继续他的实验研究．如《法拉弟日记》中关于电磁感应的几段记载：

“1824 年 12 月 28 日，指望流过一导线的电磁流在向导线靠近的强力磁极的影响下，会在导线的其他部分显示出反作用的某种效应——但未能看到任何这类效应．实验采用的是功率由 2 对至 30 对 4 极板的电池．电

路分别做成长、短的，用中等的铜线或很纯的银线，把磁针放入电流计内， 磁极放入一螺线管内，等等，尽管磁极强的使导线的弯处在它的作用下绕过它，但磁铁对电流却似乎毫无影响，因为若有影响，则电流强度的变动将会通过放在导线较远部分旁边的磁针显示出来．”

“1825 年 11 月 28 日，伏打电池连接导线的感应实验”都无效应．

“1828 年 4 月 22 日，用清洁铜线做一个环，把端点焊死，用线把它同一段导线固定在一起，让一个强力条形磁铁极穿过环，用其他磁铁移近导线，无论放在何处都观察不到什么效应．”

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从 1822 年至 1831 年的十年中，法拉弟为了完成“磁能生电”的设想， 做了无数次实验，在电磁感应现象的探索上常常以失败告终，在他的实验日记中，常记有“失败”“没有结果”“无任何效应”的字样．这些实验的设计与构思常常是很巧妙的，他通过类比方法在传统观念范围内，凡可能影响电磁相互作用的因素他几乎都考虑到了，所以他时而改变电流或磁铁的强度，时而改变导线的材料、粗细、长度、形状和相对位置、耦合关系，以及测量的仪器精确度等等，其设计思想不能说不全面、不严密、不精细了，但为什么仍一再失败呢？今天我们会看到，其失败的主要原因还在于受到已有知识的局限，缺乏正确理论的指导．在法拉弟时代，过去已知的静电感应、磁铁感应以及电流的磁效应，都是一种静态和稳态关系， 如法拉弟在形成“磁能生电”课题时就设想，因为从伏打电池中产生的电

流价格昂贵，如果磁能生电，地球本身就是一个大磁体，就可以源源不断地产生电力了．究竟如何使磁体在导线中产生电流，他当时并不清楚．实际上他认为磁体本身就可以源源不断地产生电，这种想法颇有点象第二类永动机的设计．在这样的一个思想前提下，法拉弟在实验设计和实验观察上一心只注意寻找静态的稳定的感生电流，而忽视了对动态过程的观察， 以致未注意到拉闸、合闸的瞬间电流计的变化．或许即使看到了也不认为是“有用的结果”，而放过去了．当然，客观上还有一个原因，就是为了避免电流磁效应的影响，检测感生电流的电流计一般都用较长导线连接， 离实验装置远些为好，这是当时探索电磁感应实验设计的一个共同特点， 这样就不利于观察动态过程的实验现象，例如在法拉弟同时代有个瑞士物理学家科拉顿，他曾试图用磁铁在线圈中获得电流．为了不使磁铁影响电流计，他特地把电流计放在延长到隔壁房间里的导线旁，他用磁铁棒在线圈内插入、拔出，然后再跑到隔壁房间去观察电流计有无变化．这样每次观察的结果都令他失望．因而他失去了发现电磁感应现象的机会，因为这种实验设计本身就预先排除了对动态过程的观察．

在法拉弟稍前的一些时期，也有许多人试图发现电磁感应现象，如1820 年安培和菲涅耳就进行了与奥斯特发现相反的方向，用通过磁作用想获得电流的尝试．他们认为，电流的磁化作用表明线圈中的电流在铁中引起了分子电流，那么作为它的反作用，可以期待磁铁的分子电流能使磁铁周围的线圈产生电流．他们在作出这种推论后，分别做了一些实验，其中某一实验还产生了实际的感应电流．可是这一尝试，预期的想法和实际的发现的效应不一致，因此安培和菲涅耳既没有正确解释实验中所看到的现象，也没有向确定产生这种现象的条件的方向发展．他们所期待的是由静止的磁铁或稳恒的电流来产生电流．

由于当时电磁学知识中，还没有动态、瞬时效应的概念，虽然起初法拉弟曾自发地感到各种运动形式是可以相互转化的，但还不清楚转化还必须具备一定的条件，还必须遵从能量守恒与转化的规律，所以他没有认真思索过这样的问题：如果静磁本身能源源不断地产生电流，那导线里不断发出的热能又是从哪儿来的呢？因而他怎么也不会想到，从而也不会去注意动态、瞬时效应．这就是法拉弟（还有科拉顿、安培、菲涅耳等）长期研究失败的原因．本来磁铁与线圈就处于相对运动状态，在几分钟内就可获得成功的事情，却花费了多年的精力和宝贵的时光，这说明了理论的指导作用．如果没有正确理论的指导，单靠勤奋，盲目地去探索，往往事倍功半，甚至一事无成．这是在科学史上被反复证明了的一条真理．但是开拓者总带有一定的盲目性，因为他们走的是前人从未走过的道路．如果摆在面前通向目标的道路，清楚平坦，人所共知，那走在这条路上的人也就不成为其开拓者了．

法拉弟执着的追求，不怕失败与挫折，持之以恒地坚持“磁能生电” 的实验研究，真是功夫不负有心人，他终于经过无数次的失败，在确定课题的十年之后成功了．