电磁感应现象

法拉第选择了“磁产生电”的研究方向，除了他确信客观事物本身的结构应该是对称的以外，还有另外一个考虑，就是他认为伏打电池造价昂贵且电力不足，能否制造一个新式的产生电的装置呢？这就是他坚持十年的实验研究的出发点。

法拉第的研究工作是在奥斯特、安培等人的工作基础之上进行的。最初，他试图从一根临近通电导体或一块静止的磁铁的导线中获得电流，结果却接连遭到了失败。然而，法拉第并没有被失败所吓倒。失败、试验，再失败、再试验，终于于 1831 年 8 月 29 日获得首次成功。

法拉第发现电磁感应现象也还具有偶然性，因为当时他的实验目的，还是想要从一根通电导线的磁场作用下，使另一根导线中产生电流。但他为了加强电流的作用，把两根直导线绕成螺旋线；为了加强电流的磁场作用，让两根螺旋导线，绕在一个铁环上。在实验过程中，他偶然发现每当通电线圈的电源接通或断开时，另一个线圈中才会产生瞬间电流，而且发现一旦通电线圈中的电流达到稳定之后，另一线圈中的电流就消失了。法拉第在他的 29 日的日记中对这个实验现象有详细的记载：“用 7/8 英寸的圆软铁棒，制成一个外径为 6 英寸的圆环。在圆环的一边（B 边），用三段纱包铜线（每段24 英寸长）缠绕在圆环上，每绕一段后用白布包裹好。使用时，这三段铜线还可以连成一段，最后要检查各段铜线之间是否绝缘好。我们将铁环的左边称为 A 边，在铁环的 A 边，用两段总长为 60 英寸的铜线，绕上与 B 边完全相同的线圈，两线圈之间留有空隙。”接着他又写到：“用一根长导线把 B 边线圈的两端连接起来，并把直导线的一段架置于离线圈 3 英尺远处的一个磁针的正上方。当将电池与 A 边线圈接通时，小磁针立即产生明显摆动，最后又稳定在原来的位置上。当切断 A 边与电池的连接时，小磁针再一次出现暂时性的扰动。”同时，法拉第通过实验又进一步发现感生电流的方向在接通和切断电源这两种情况下是不一样的。他写道：“当接通电池时，小磁针的转动方向，好像 B 边线圈是 A 边线圈的一部分，即两者中的电流具有相同的方向；然而当切断与电池的连接时，从小磁针的转动方向来看，好像那瞬间A 与 B 两线圈中的电流方向相反。”

法拉第并未满足已发现的现象，他又进一步提出新的实验要求：

铁环是产生感应所必须的吗？
线圈 A 是必须的吗？
用什么样的方法，能够产生持续的电流，使它能产生电池的效果？

于是，他又进一步通过实验来寻求这些问题的答案。

第一个问题，他是这样回答的：“把长为 203 码（约 186 米）用纱布包起来的铜导线绕在很宽的木棒上，再在原绕线圈外层绕上同样长度的纱包铜线，将一个绕组和电流计连接，另一个绕组和 100 对金属板组成的电池组连接。发现当电键 K 接通和切断的瞬间，电流计指针摆动起来。”在回答第二个问题时，法拉第用两个条形磁铁代替了通电线圈，结果同样看到了感应效应。他写道：“用普通的磁铁也产生了同样的效果⋯⋯把线圈的两端用 5 英

尺长的两条铜线与检流计连接，并把软铁棒插入线圈中。取两条长 24 英寸的磁铁，并把它们按异性磁极并在一起。然后，把一端分开（如马蹄形磁铁），让带线圈的软铁棒夹在其间。”接着他做了这样的实验：“当软铁棒与磁极

接触时，指针立即发生摆动，然而继续接触时，指针仍回到原来的位置。当脱离接触时，指针又一次发生摆动，但指针的摆动方向与前次相反。如果调换磁铁两极时，指针摆动方向与前次相反。”为了回答第三个问题，法拉第“用厚纸制成一个圆筒，筒外缠绕 8 段总长为 220 英尺长的铜线。把线圈的两端与检流计连接。再取直径 3/4 英寸、长 8.5 英寸的棒磁铁⋯⋯插入线圈时，检流计的指针向某一方向摆动⋯⋯再拔出时，指针则向前次摆动的相反方向摆动⋯⋯如果磁铁插入又拔出时，指针向一方摆动后停止，然后再向相反方向摆动。”

最后，法拉第在 1831 年 11 月 24 日写了一篇论文，向英国皇家学会报告了实验结果，并把产生感应现象的条件概括如下：（1）变化的电流；（2）变化的磁场；（3）运动的稳恒电流；（4）运动的磁铁；（5）在磁场中运动的导体。并把上述现象称为“电磁感应”。

法拉第在上述产生感生电流的 5 种方式的基础上，进一步找到了引起感生现象发生的一个基本条件，就是二次电路——B 线圈中磁力线数量的变化。这个结论，被称为法拉第电磁感应定律。这个定律的数学表现形式，是由麦克斯韦完成的。

电磁感应现象的发现是具有划时代的意义的，他把电与破长期分立的两种现象最后联结在一起，揭露出电与磁的本质的联系，找到了机械能与电能之间的转化方法。在实践上，开创了电气化时代的新纪元；在理论上，为建立电磁场的理论体系打下了基础。