迈克尔·法拉第

迈克尔·法拉第（Michael Faraday，1791年9月22日～1867年8月25日），英国物理学家、化学家，被誉为“电学之父”和“交流电之父”。

生平

从学徒开始

法拉第的父亲詹姆斯•法拉第（James Faraday）是一名居住在威斯特摩兰郡（Westmorland）的铁匠。随着工业革命带来的城镇化进程，威斯特摩兰郡的贸易下滑，而刚与玛格丽特（Margaret）新婚的詹姆斯也需要钱维持家庭，法拉第一家离开奥特吉尔，来到伦敦桥以南一个叫纽因顿巴特斯（Newington Butts）的贫民区。1791年迈克尔•法拉第作为家里的第三个孩子出生。铁匠生意萧条加上詹姆斯的健康状况下降，他们不得不接受别人的捐助维持生活，并最终搬家至曼彻斯特矿场附近。13岁的法拉第开始在书报店作为学徒为乔治•里博打工，受到里博的欣赏法拉第成为装订学徒，借此他获得了阅读的机会。之后法拉第加入了城市哲学学会（City Philosophical Society），认真学习学会每周举行的演讲，并开始自己做起了实验。里博经常向顾客展示法拉第的笔记，一位英国皇家科学研究所的成员丹斯先生出于对法拉第笔记的深刻印象，送法拉第四张其支付不起又满心渴望的化学家汉弗莱•戴维（Humphry Davy）的讲座门票。对于戴维的讲座，法拉第不仅详细记录、认真誊抄，还尽其所能的利用临时设备还原实验。学徒生涯结束后，法拉第给英国皇家学会会长写信试图获得一个科学岗位，遭到了无视，只得又找到一份前景黯淡的装订工的工作。正在法拉第四处求助的时，丹斯先生将他介绍给了因实验室爆炸暂时失明、需要助手的汉佛莱•戴维，借此一段助手工作法拉第让戴维见识到了他的才华，获得了戴维的认可，并最终得到了英国皇家协会中一个低等工作。1813年10月，法拉第作为戴维的助理兼男仆随他前往法国巴黎。到达巴黎后，法拉第开始学习法语、融入法国，虽然仆人的地位让法拉第感到羞辱，但是与包括约瑟夫•路易斯•盖-吕萨克（Joseph Louis Gay-Lussac）、安德烈•玛丽•安培（Andrea Marie Ampere）等顶尖科学家的会议交流让法拉第找到自我。戴维一行人通过碘元素发现的过程搅乱了巴黎学术界，之后开始了在欧洲范围的游学旅行，先后前往里昂、蒙彼利埃、埃克斯、尼斯、都灵、圭亚那、佛罗伦萨、米兰、日内瓦等地区，行程中法拉第同戴维一样给欧洲的许多科学家留下深刻印象。十八个月的游学旅行拓宽了法拉第的眼界，并在皇家科学研究所获得了适度的加薪。法拉第逐渐成为戴维越来越依赖的助手，例如1815年法拉第就帮助戴维开发了矿工安全灯。戴维对法拉第的进步很高兴，给他科研项目并让他以自己的名义发表论文，自此法拉第加入了实验科学家的行列。随后的几年，法拉第的部分工作是协助威廉•布兰德进行实验室工作和讲座，并且开始练习演讲技巧，同时通过熟练、可靠的化学家身份为商业公司和政府部门提供服务。到1820年时，法拉第已经进入中层英国科学家的行列。1820年10月，汉斯•克里斯蒂安•奥斯特（Hans Christian Oersted）发现磁罗盘在载流电线附近的移动现象的消息传到了英国皇家科学研究所，这使法拉第等人感到震惊和着迷。戴维和法拉第立即重复了奥斯特的实验，但是由于当时法拉第沉浸在钢铁合金的艰苦实验中，并在随后与萨拉坠入爱河，法拉第并没有对电磁现象立即开展研究。法拉第从祖父开始就是桑德曼教会的信徒，通过教会法拉第结识了银匠巴纳德和他的家人，并与他的长子爱德华交往密切。接触中法拉第与爱德华的妹妹萨拉•巴纳德（Sarah Barnard）互生情愫，并于1821年6月12日举行了婚礼。法拉第给萨拉的书信情书也因其独特、真挚广为流传。针对奥斯特的发现，戴维只好转向威廉•海德•沃拉斯顿（William Hyde Wollaston）寻求帮助，他们共同推翻了戴维最初的猜想，沃拉斯顿也开始进行一些有前途的实验。法拉第婚后回去工作时，受邀写一篇电磁学的历史概述。此时安培已经在几个月内创立了电磁学理论并几乎赢得了广泛认同，法拉第按照奥斯特和安培的推理重复实验。法拉第无法理解奥斯特的“电流冲突”模糊理论和波的观点，也因为没有学习过数学无法看懂安培数学理论，这反而成了法拉第的优势——他可以完全从实验观察中得出结论。

迈克尔·法拉第

法拉第做实验

法拉第通过磁铁、蜡、汞及电池和电线制造出了第一个电动机装置，随后他匆忙的写了题为“关于一些新的电磁运动和电磁学理论”的论文并发表在下一期的《科学季刊》。由于仓促，法拉第既没有致谢戴维，也没有提及沃拉斯顿的工作，于是法拉第遭到了包括戴维在内的其他人的剽窃指控。法拉第努力澄清自己并对剽窃指控反驳，虽然他仍不受英国科学界元老们的待见，但他的发现却展现出旺盛的生命力，电磁学成了热门话题。与此同时法拉第在《哲学年鉴》上化名为“M”发表的系列文章也使其声名大噪。

皇家科学学会的分析化学家

虽然包括沃拉斯顿在内的一批会员都支持法拉第竞选英国皇家学会会员，戴维为领导的一个小团体却对此表示反对，经过法拉第的努力呼吁，1824年1月法拉第在仅一票反对的情况下入选英国皇家科学学会会员。1825年，法拉第晋升为英国皇家科学研究所所长，面对岌岌可危的财务状况，法拉第创了延续至今的英国皇家科学研究所星期五晚间演讲及圣诞节特别讲座（面向孩子的）。得益于法拉第的演讲魅力，讲座观众增多，皇家科学研究所摆脱了财务困境。在19世纪20年代，英国的光学仪器用玻璃制造逐渐落后于法、德两国。1825年英国皇家学会成立了光学玻璃质量改进委员会并要求法拉第加入。经过艰苦的实验，1830年法拉第交付了使用硅硼酸铅盐的玻璃样品，尺寸适中且在望远镜中有良好的使用效果。为了避免余生大部分时间都陷在玻璃改进委员会，1831年法拉第打包了6卷实验笔记送给皇家学会，从玻璃质量改进委员会辞职。在玻璃项目中法拉第获得了安德森这名好助手，安德森担任法拉第助手直至1866年去世。

电磁学研究先驱

通过声音和波的思考，法拉第开始认为电和磁也可能是由波来传播的。通过一系列巧妙的实验，法拉第发现了电磁感应，又通过改进阿拉戈的实验，法拉第制造出了世界上第一台发电机。1831年11月法拉第向英国皇家学会报告了他的电磁感应发现，同时寄信到巴黎，J•N•P哈歇特在12月法国科学院的会议上宣读了他的信。由于发表关于会议的文章的杂志的含糊，和随后两位意大利科学家重复实验结果的文章日期错误（错误的早于法拉第论文发布），法拉第再次被卷入剽窃争议，后来相关的人员都公开、私下道歉或公开认可法拉第先前的成果，但这成为了法拉第最后一次在发表论文前公开自己的研究成果。法拉第确定6种不同类型的电效应，随后通过一系列实验证明了各种电的来源都是一样的。虽然对法拉第而言电究竟是一种或两种流体还是其他仍是不可知，原子、电子也未被证明存在，法拉第还是通过实验确立了两个电解基本定律。同时，在撰写电化学实验报告过程中，法拉第追求使用精确的词来描述新发现的物理过程，在他人的帮助下创造了几乎全部的电解中使用的常用术语。到1838年，法拉第在电力方面的一系列实验研究已经完成了14个系列，除了作为英国皇家科学研究所的所长以外，法拉第还在皇家军事学院开设讲堂、在周末皇家科学研究所剧院表演，接受担任三一学院科学顾问等分析和咨询工作。持续的工作对法拉第的健康造成负面影响，记忆力也开始变差，法拉第甚至不得不开始持续远离实验室的休假。1845年6月，法拉第参加英国科学促进会的年会时，结识了威廉•汤姆孙（开尔文勋爵）。之后，汤姆孙就通过偏振光探测电力线的实验写信询问法拉第，这鼓舞了法拉第重新踏上探索之路。通过多次实验并借助更大的磁铁，法拉第证明了光合磁在某种程度上是相互关联的，也证明了玻璃和其他各种当时被认为非磁性的透明介质也受到磁性的影响。为了证实是不是所有物质都具有某种磁性，法拉第制造了巨大的电磁铁，经过一系列验证，一部分物质与磁力线成垂直排列，另一部分则成平行排列。对此重大发现，法拉第使用了“磁场”一词，并在他人帮助下将垂直磁力线和平行磁力线的材料分别用“抗磁性”和“顺磁性”命名。在此实验基础下，法拉第开始考虑电、磁、引力的联系。1946年4月3日例行的英国皇家科学研究所周五演讲上，由于法拉第邀请的查尔斯•惠斯通因紧张离场，法拉第只得选择自己登场并临时发表了自己对物质、力量和光线的思考，他对光的电磁理论进行了有先见之明的概述，但是当时却不能被人理解，为此法拉第发表了题为《关于光线振动的思考》的文章，但这并没有被接受，甚至在早期法拉第的传记作者都不能认同。对于抗磁性，包括汉斯•克里斯蒂安•奥斯特、爱德蒙•贝克勒尔、安培、威廉•韦伯在内的众多科学家都结合实验做出了理论猜想。1847年，在米歇尔班卡拉里磁性影响火焰的实验启发下，法拉第实验证明了气体的磁性并发现不同气体中的差别，随后又对真空开展研究。缺少数学知识的法拉第无法用理论说明他的发现，但是他相信实验结果，他的力线的观点经受住了每一次考验，并最终通过实验总结出了法拉第电磁感应定律。1855年法拉第完成了最后一卷《电学实验研究》。1857年，法拉第收到了詹姆斯•克拉克•麦克斯韦撰写的题为《法拉第的力线》的论文——麦克斯韦带着他的数学知识表达出了与法拉第在电磁学方面的合作，并对法拉第关于万有引力线的论文表达了认同。从此麦克斯韦成为法拉第电磁学的接班人。

晚年

法拉第最后的10年里的大部分工作灵感来源于公共责任感，例如在三一学院关于灯塔的工作，他不但发表了二十多篇报告，1858年还在南福兰德安装了一套完成的操作系统，甚至在各种天气情况下出海测试。1858年，在法拉第放弃英国皇家科学研究所的各种职责后，他的公寓也被收回。在法拉第的崇拜者阿尔伯特亲王请求下，维多利亚女王在汉普顿宫建了一所房子供法拉第使用并承诺支付维修费用，法拉第和萨拉搬进了这所房子。从1862年开始，法拉第的健康状况逐渐恶化，1867年8月，法拉第在椅子上平静的离世，按照遗愿，墓碑上仅写着姓名和生卒日期。法拉第与萨拉的婚姻幸福、美满，只是他们没有子女。

成就影响和评价

成就影响

化学方面，法拉第的成就包括：发现和制备了一系列氯和氮的化合物；从石油中发现了苯这一有机化学和染料化学工业的基础；通过液化氯气、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢等一系列气体为气体液化开辟了道路；发现了点解定律，同挚友制定了一系列沿用至今的专用名词，如电解、电解质、阴极、阳极、阴离子、阳离子等。电磁学方面，法拉第发现了电磁感应现象、法拉第效应，也发现了物质的抗磁性、顺磁性、磁晶介质、磁的偶极性等。同时法拉第的研究为电磁场理论铺平了道路，在此基础上完成了法拉第-麦克斯韦电磁场理论。

评价

汉弗莱•戴维曾说：“我最伟大的发现是发现法拉第。”法国作家大仲马（Alexandre Dumas）评价法拉第：留下许多令人惬意的成就赠与后辈而不自满，为人异常质朴，爱慕真理异常热烈，具有勇往直前的美德。爱因斯坦（Albert Einstein）认为法拉第在电学中的地位相当于伽利略在力学中的地位，科学史家丹皮尔（W•C•Dampier）也指出，法拉第奠定了实用电学的三大部门（电化学、电磁感应和电磁波）的基础。

著作

Chemical Manipulation, Being Instructions to Students in Chemistry (1827)：法拉第出版的唯一著作（其他著作都是论文或演讲的收集整理）。《蜡烛的化学史》（Chemical History of a Candle，1861）：皇家科学院每年为青少年听众举办一系列的圣诞科普讲座，法拉第于1860年至1861年间进行了六次圣诞科学讲座，包含大量的实验和例证，后由他的朋友威廉·克鲁克斯（William Crookes）编辑出版。《电学实验研究》（Experimental Researches in Electricity）：从1839年至1855年，汇集了法拉第实验报告出版了三卷《电学实验研究》，详尽的记录了法拉第16041个成功或失败的实验，对之后的几代物理学家都影响深远。

荣誉

1832年/1838年，法拉第获得科普利奖（Copley Medal）。1846年，法拉第获得伦福德奖章（Rumford Medal）和皇家勋章（ Royal Medal）。英国银行将法拉第头像印在流通于1993年-2001年的20元英镑。

迈克尔·法拉第

法拉第20£

法拉第被用来命名每摩尔电子所携带的电荷为法拉第常数（阿伏伽德罗常数乘以基本电荷，96485.3383±0.0083C/mol），以及电容的标准单位法拉，法拉（farad，符号为F）简称“法”，常用单位为微法（μF），皮法（pF）等。1F=1 C/V（库仑/伏特）。众多发现以法拉第命名，例如：法拉第圆筒、法拉第笼、法拉第暗区、法拉第放电、法拉第旋转、法拉第-廷德尔效应、法拉第-麦克斯韦电磁场理论等。

迈克尔·法拉第

法拉第效应

以法拉第命名了诸多奖项，包括：英国皇家化学学会设立的法拉第讲师奖（Faraday Lectureship Prize）、英国物理学会为物理实验方向设立的迈克尔•法拉第奖（Michael Faraday Medal and Prize）、英国皇家科学会为在通俗传播科学思想方面设立的迈克尔•法拉第奖和演讲（Michael Faraday Prize and Lecture）、国际束流测量会议设置的法拉第杯奖（The Faraday Cup Award）等。