试论电磁感应定律的建立及法拉第思想的转变

摘要：法律第电磁感应定律是物理学领域的重要定律。在电磁感应定律的研究阶段，法拉第的研究思想的转变过程为由电紧张态思想向“磁力线”思想的转变。本文主要对电磁感应定律的建立过程和法拉第在电磁感应定律建立过程中的思想转变问题进行了分析。

关键词：法拉第；电磁感应；电紧张态

前言：电磁感应现象的发现，在人类文明史的发展进程中具有着跨时代的意义。自电磁感应定律问世以后，电磁感应现象的过程和相关科学思想的研究，始终是与物理学领域的一大热点问题。从物理学界对法拉第思想的研究现状来看，学者在电磁感应现象的形成过程和法拉第在研究电磁感应现象期间的思想变化方面还存在着一定的分析，对法拉第研究电磁感应的现象进行全面化系统化的考察，可以起到澄清学界流行的一些错误认识的作用。

1、电磁感应定律的建立

法拉第出生于英国伦敦的一个家境贫困的铁匠家庭，1804年至1811年，法拉第为谋生计，成为了G·黎堡书店中的一名装订学徒，学徒期间，他在书店阅读了《意识的改善》等多部著作，并在参与装订《大英百科全书》电学条目的过程中，表现出了对科学研究的兴趣。1813年，法拉第在学者戴维的推荐下，成为皇家研究院助理，由此开始了其一生中长达数十年的科学研究历程。

1.1发现电磁感应现象前的相关实验研究

1820年，英国皇家研究院收到了奥斯特发现电童导线让其附近的磁针转动的消息。为确定电与磁之间的关系，学者戴维带领自己的助手将通电金属丝缠绕于软铁之上，发现软铁表现出来了磁性特点，参与实验的法拉第在对实验过程中产生的现象进行分析以后，利用铜丝等材料进行了磁生电实验[1]。1821年9月，法拉第在一次实验过程中发现了电磁旋转现象。在1822年的平面偏振光电解实验中，法拉第发现电流并没有对偏振光产生任何作用，平面偏振光电解法并不能应用于粒子特定排列研究过程之中。1825年，法拉第利用伏打电池和金属螺管等材料进行了两次感应实验，实验过程中采用了电池两极与一根丝线缠裹螺线管连接，一根直导线穿过螺线管，导线末端与电流计连接和电机与指导线连接，螺线管放置于上方、两端连接电流计等试验措施，但是法拉第本人在这些实验开展过程中，并没有获得任何较为明显的感应效应。从上述实验的特点来看，法拉第采用的实验思路为利用距离较近的导线或螺线管的轴心（此部位磁力最强），对导线的特定状态进行强化，以便获得一种具有稳恒特征的感应电流，在上述实验失败以后，法拉第开始产生了这样的认识：电磁感应实验中的感应是一种短暂的瞬时效应。在此以后，由其本人组织的声学振动图象研究与美国科学家亨利、荷兰科学家摩尔等人的电磁铁试验研究的开展，为电磁感应的发现提供了一定的理论基础。

1.2电磁感应现象的发现

1831年8月，法拉第里利用圆环实验验证了电磁感应现象的存在。在实验进行过程中，法拉第首先在一个软铁圆环中缠绕了两个彼此绝缘的线圈（假设两个线圈分别为线圈A和线圈B），并利用导线在线圈B的两端构建了闭合回路，，在导线下方放置了一个小磁针，磁针方向与导线方向平行线圈A和一个电池组连接在开关处，电路构建完成以后，法拉第在开元闭合瞬间发现磁针在电流通过线圈以后出现了偏转，在开关断开切开电流以后，磁针再一次发生偏转。根据其在1831年向英国皇家学会递交的研究报告，在对与磁生电现象有关的各项试验进行总结以后，法拉第提出了这样的观点，产生感应电流的情况包含了变化中的电流、磁场；运动的稳恒电流、磁铁和导线，并在提交研究报告以后不就研制出了世界上第一台感应发电机。

感应电动势是电磁感应现象所涉及到的重要元素。在电磁感应现象发现以后，法拉第将电磁感应公式定义为E=ΔΦΔt。通过对法拉第电磁感应定律公式进行分析，我们可以发现，在这一公式之中，楞次定律可以被看作是感应电动势的方向的影响因素。这一公式中的磁通量变化取绝对值，感应电动势亦为绝对值。

2、法拉第思想的转变

从电磁感应现象的研究过程来看，为了对这一现象的产生机理进行分析，法拉第也在研究过程中确定了一些新的物理词汇，例如在电磁感应现象的研究初期，法拉第用“物质的电紧张态”一次对感应现象的发生机理进行了描述，在这一阶段，其围绕“电紧张态”所作出的推测预感到了子安现象的存在，但是从具体的实验过程来看，法拉第根据自己所剔除的“电紧张态”作出的其他猜想并没有得到实验的证实，因而在实验进行过程中，法拉第本人只能暂时对这一理论进行搁置。随着研究工作的不断深入，法拉第开始让较为形象的“磁力线”概念替代自己先前所提出的“电紧张态”概念，利用“磁力线”概念解释电磁感应效应的构想，使其电学思想的首次转变。

根据前文论述，法拉第在1825年的几次失败的实验以后，已经开始将感应电流列入到瞬时电流之中，电磁感应现象的发现，让他的这一构想得到了验证。在对这一现象的产生原因进行分析以后，法拉第提出了这样的观点，电磁感应现象所具有的瞬时感应特征是物质粒子的特定状态的改变的产物，这种感应效应是动态效应，而不是静态效应。在电磁感应发现以后，法拉第也开始利用声学振动类比电磁感应。根据法拉第日记中的相关信息，1831年12月5日的电学实验以后，法拉第在日记中并没有对其提出的“电紧张态”一词进行说明，随着电磁感应后续研究工作的不断深入，法拉第对自己所提出的“电紧张态”的认识开始逐渐深化，并在此基础上，根据自己所提出的“电紧张态”理论，进行了检验自感现象的实验。实验过程中，法拉第让电流通过一根同时连接两根导线的铜棒，但是在电流消失以后，铜棒中没有回返电流，根据法拉第这一实验思路，美国学者亨利在1832年利用法拉第的实验思路再次开展实验，并在将铜棒换成线圈以后发现了自感现象[2] 。在“电紧张态”研究搁置以后，法拉第又在日记中提出了“电力线”的概念，这一概念对物理学的发展有着重要的推动作用。

结论：从电磁感应定律的发现历程来看，在电磁感应现象发现以前，法拉第已经对感应电流的瞬时性特征有所了解，声学振动图象研究工作的开展和电磁铁极性改变功能的发现，让其在环状软铁电磁铁的应用过程中对电磁感应现象有所了解。电磁感应研究工作的开展，让法拉第在电学领域的研究中确立了力线思想和电紧张态理论，随着其科学思想的转变，安培理论对其电学研究工作的影响仅仅作用于点此之间的相互作用的验证过程之中。法拉第自身的实验能力和其在电磁感应现象研究过程中所表现出来的卓越才能也是其坚持自己的研究，提出不同于牛顿理论的电学思想的保障。从法拉第的思想转变过程来看，在强调科学化的数理逻辑的现代物理学研究领域，人们还需要对不同的科学发展方式进行关注。