法拉第(18)_學達書庫

一八

　　在實驗過程中，他們發現水中通過電流的時候，水被分解成氫氣和氧氣。其實，早在1784年，英國科學家卡文迪許就已經弄清了水的化學組成。卡文迪許脾氣古怪，他把實驗的結果仔仔細細記錄下來，卻很少拿去發表。他的許多研究成果是在去世以後許多年，才在他的文件堆裡找到的。幸好，水的組成是兩份氫和一份氧，這個實驗結果他發表了。然而，他只是用氫氣和氧氣化合成水；要把水分解成氫氣和氧氣，必須借助電的力量，也就是必須靠電流來分解。在水的電解成功以後，1807年戴維用600個伏打電池組成的伏打堆做實驗，終於電解出鈉和鉀兩種金屬。

　　第二年，他又用電解的辦法提取出鎂、鈣、鍶和鋇。

　　當時的元素表上總共只有三四十種元素，一下子增加了6種新元素，這無疑是個偉大的成就。

　　流電學所取得的第二個偉大成就，是奧斯特發現電流和磁的相互關係。

　　吉爾伯特1600年，用拉丁文寫了一篇論文，討論電和磁的性質。因為有這篇論文，有人認為近代電磁學，甚至整個近代物理學的誕辰應該定在1600年。吉爾伯特提出：地球像一塊大磁鐵，它和普通磁鐵一樣，也有兩個磁極，北磁極在北極附近，南磁極在南極附近；磁鍼所以能夠指示南北方向，就是因為地球的磁極和磁鍼的磁極同性相斥、異性相吸的緣故。

　　一個多世紀以後，庫侖在研究電荷之間的相互作用力的時候，也研究了磁極的相互作用力。電有庫侖定律，磁也有庫侖定律。這兩個庫侖定律驚人地相似。

　　電有正負，磁有北南；電荷之間有一種神秘的相互作用力，磁極之間也有，而且都是同性相斥，異性相吸，都服從庫侖庫律。它們之間，有某種關係，庫侖這樣想，卡文迪也這樣想，許多人都這麼想，但是誰也拿不出實驗證據來。也有人認為，電和磁完全不同，毫無關係。他們提出了一條似乎很有力的論據：正電荷和負電荷可以拆開，可以使這個物體帶正電荷，那個物體帶負電荷；然而磁極卻是拆不開的，把一根具有南北極的磁棒折成兩半，就成了兩根磁棒，兩對南北極，不可能得到單獨的北極或者南極。

　　電和磁之間到底有沒有聯繫，這個問題懸了幾十年，直到1820年才解決。第一個發現電和磁之間有聯繫的是丹麥物理學家、哥本哈根的奧斯特教授。

　　奧斯特是康德哲學的信徒。他追隨康德，認為自然界的一切作用力，包括電的吸引、排斥作用和磁的吸引、排斥作用，不過是同一個「原生力」的不同表現形式，它們全都是密切有關的。奧斯特為了尋找電和磁之間的關係，已經工作了十幾年。起初他總是想用萊頓瓶上的靜電來影響磁鍼。他這樣想、這樣做是很自然的，因為一般認為，萊頓瓶的靜電比伏打堆的流電「強」得多。奧斯特做了許多年實驗，全都失敗了。他想起了雷雨天磁鍼擺動的現象。因為閃電的時候有電流。

　　1819年至1820年冬季，奧斯特講授的科目是「電、電流和磁」。那天他在教室裡講課，助手在旁邊替他做演示實驗，用的是一個大伏打堆。最近這些日子，奧斯特正做實驗，尋找電流和磁的關係。

　　他的實驗很簡單，總共只有三樣東西：一個伏打堆、一根金屬導線和一根磁鍼。導線沿東西方向架成水平，一頭接在伏打堆的正極，另一頭接在伏打堆的負極，這樣直接接上等於短路，但是只有這樣，導線中才會有比較大的電流通過。導線下面放著一根磁鍼，磁鍼自然是南北指向，和導線成直角。眼睛盯住磁鍼，接通電源！沒有反應。磁鍼紋絲不動。電流對磁沒有影響，實驗又失敗了。奧斯特增加導線的長度，把磁鍼移近導線，想了各種辦法，全都不行。

　　奧斯特把導線轉了90度角，叫它也沿著南北方向，和磁鍼平行。他叫助手接通電流。突然，奧斯特心裡猛的一震。原來磁鍼輕輕地抖動了幾下，轉了起來！磁鍼從南北指向轉成東西指向，又輕輕地晃了兩下，站住了。奧斯特看著那根指著東西方向的小小的磁鍼，與其說是高興，倒不如說是驚訝。因為按照他的設想，如果電流要對磁鍼發生影響，那麼通電流的導線和磁鍼必須互相垂直。剛才他把導線和磁鍼改成平行放置，不過是無數次失敗以後隨便試一下，並沒有希望這樣會得到成功。然而，在意想不到的時刻，用意想不到的方式，他成功了！

　　經過幾個月的努力，奧斯特終於弄清楚了。如果電流周圍放著一系列的磁鍼，它們就會受到作用，這種作用使它們圍繞電流，沿著圓周指向，整齊地排列起來。要是電流很大，電流的作用就遠遠超過地磁的作用，磁鍼指向就幾乎由電流決定。奧斯特原來讓電流和磁鍼互相垂直，磁鍼已經有了應有的指向，當然就不動了。後來改成互相平行，磁鍼才轉動起來，轉成和電流垂直。

　　戴維爵士沒有看到奧斯特這篇報告的原文。直到10月1日，他才從英國的《哲學年報》上讀到這篇報告的譯文。他當天早晨就勿勿忙忙趕到皇家學院，把法拉第叫過來，讓他和自己一起做實驗，驗證奧斯特的新發現。果真不錯，電流確實能使磁鍼偏轉，轉成和電流保持互相垂直。重複了奧斯特的實驗以後，戴維又急忙趕做別的實驗，進一步探索電和磁的關係。

　　隨後法國阿拉哥比奧和薩伐爾都有新發現。

　　其中還獲得了比奧——薩伐爾定律。法拉第早就對電感興趣，十幾年前在裡波先生鋪子的樓上就擺弄起電機、萊頓瓶。到了皇家學院以後，他整天忙著做化學實驗，反而把電的研究擱在一邊。戴維和沃拉斯頓的討論，像幾粒火星落到一堆乾柴上，點燃了一場熊熊烈火，法拉第重新開始研究起電來了。

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