法拉第與發電機

一位鐵匠的兒子，訂書匠的學徒，為了堅持從小對科學的興趣，完全靠自己的自修，終於成為聞名的物理大師。他沒有受過正式的教育，所以在他腦中沒有數學，偉大的物理發現來自對物理的直覺與嚴謹的實驗態度。

背景：

• 生於倫敦（1791年..1867年），父親是鐵匠，家境窮困，很少機會受教育（英國當時社會，人們必須守住他生長的社會階級）。五歲時父親患病。
• 法國鬧革命，兩歲時英法發生過戰爭。當時以英國為中心的產業革命，由於機器代替了人力，對於手工的依賴逐漸減少，職工收入一天不如一天。

訂書匠學徒無師自通；

• 在13歲時隨喬治拉鮑(George Riebau)當學徒，學訂書（先試用一年、後因勤勞獲七年合約），因此讀了七年免費的書，開始接觸電學（大英百科全書）。
• 白天邊工作邊看書，下班後作筆記整理。
• 曾讀到馬賽特夫人著的"化學實驗"一書，花錢自行買材料儀器實驗。訓練自己的思想，並發展了一種試驗的技術。
• 父親在法拉第學徒期間去世。

學徒聽科學專業學術講演；

• 向顧客坦斯（Dance 建築家）要求，獲得贊助門票（幾先令）及引進，到皇家學院參加講習，聽德斐先生講演（Humphry David 1778..1829 當1820年厄斯特發現電流 磁作用，德斐成功解釋）。
• 皇家學院是科學界與產業界協力成立的新機構，有一些給民眾的通俗演講，德斐在這一方面天份很高頗受歡迎。

科學大師的助理：

• 毛遂自薦寫信給德斐先生（檢附筆記），1813年獲約在 皇家學院見面，從此開始助理生涯。(至1823年被推薦成為皇家學院止）
• 研製成功礦工安全燈
• 當助理6個月後，以隨僕身份去歐洲，共離開18個月，途中 已受著名科學家注目。
• 30歲那一年取銀匠女兒為妻，感情非常好，55歲還寫情書 給妻子，他們終身無子女。
• 實驗成功電線在磁場中轉動(另一位科學家烏拉史東Wollastone 多次失敗過的實驗）（德斐阻饒）。
• 實驗成功氯氣的液化。後來又製造出苯的化合物。
• 1820年德斐發表電流磁作用時，就曾寫著磁→電。

發電機帶動第二次產業革命：

1730年英國紡織工業開始以機械代替人工，到1769年瓦特成功改進蒸汽機，帶動了第一次產業革命。1870年代內燃機的進步又掀起另一次產業結構的改變。而法拉第的發現將人類帶進了電氣文明。

• 1820年德斐發表電流磁作用時，就曾寫著 磁→電。
• 1831年偶然發現電線和磁鐵相對運動才會產生電流。
• 1852年引進場的觀念。
• 1867年德國西門子成功製造出"自激式直流發電機" （相當瓦特造出蒸汽機）
• 19世紀最後三十年內，世界工業總產值增加兩倍多，鋼鐵增加55倍，石油增加25倍。
• 1860年馬克士威曾經和法拉第會面。
• 1862年馬克士威完成馬克士威方程式，預測電磁波的 存在。
• 1880年貝爾發明了電話。
• 1888年赫玆證明了電磁波的存在。

治學特寫：

• 學徒出家，執著科學，自行訓練。
• 失敗的實驗毫不隱瞞，誠實留下記錄，後來學者由法拉第 寫下來的東西，找到很多寶貴的教訓，因而獲得研究正確 方向及暗示，相繼創造偉大的發明。（愛迪生1869 .. 1910 年輕時讀過他的書，曾說過沒有一本書比他更有趣 且有意義）
• 嚴守一定的計劃，按部就班。實驗室整理有序，即使在黑暗中也可以找到東西，可見他是一位很細心的科學家。
• 一生獻身科學，在虔誠宗教信仰下，滿足樸素簡單的生 活。熱愛科學不重名利，曾讓幾項重要專利白白溜走。
• 晚年疾病纏身，有時無法至實驗室工作，喜歡看賣藝、 雜耍等簡單、非科學性等娛樂。

重要貢獻：

• 受厄斯特與安培發現的影響，1821年開始研究電流與磁鐵 的相互作用，發現馬達原理，確立現在製造馬達的基礎。
• 1831年對於電磁感應有了重大發現，奠下發電機的基礎。
• 1833年提出電解法則。
• 1844年發現光在磁場中的偏極現象，稱為法拉第效應。
• 想出電力線、磁力線等正確方法，並利用磁屑在磁場中的 分佈驗證，首先引進"場"的觀念，他認為超距力係以場交互作用，藉著波的形式傳遞，傳遞需要介質（以太）， 也需要時。
• 最先提出「光和電波性質相同」的理論。
• 其他化學及熱學方面的發現（水汽量電壓計、碳氫化合物的石油精、光學玻璃）
• 法拉第的最後一個研究課題，是關於光束如何在磁場中的 分裂，可惜未能完成，後來由塞曼（Zeeman 1865..1943)提出這個發現，稱為塞曼效應，離法拉第過世的時間足足晚了30年。

場的觀念：

　　萬有引力和庫倫靜電力都是平方反比關係，除此之外，它們還有一個共同點，那就它們也都是現在所謂的超距力。牛頓發現萬有引力後把普通的施力、摩擦力叫做接觸力，但是對於超距力如何作用並沒有進一步認真思考過。法拉第發現電磁之間的密切關係，他必須想辦法知道，這是如何發生的。

　　法拉第引進場的觀念來解釋這個問題；他認為電磁力的作用必須透過場的媒介、首先帶電體Ａ在周圍建立場，另一個帶電體Ｂ浸在它的場中，場對它產生了作用力，這就是Ａ對Ｂ的作用力。反之Ｂ對Ａ的作用力亦然，對於磁與磁、電與磁之間的作用也是相同的機制。

　　同時他也認為場的建立需要時間，不可能瞬間在所有空間同時建立場，帶電體本身發生變化，場也隨之跟著改變。

　　場的建立和改變藉著類似水波的振動，靠著某種介質（以太？)逐一傳遞到遠方，傳遞所需時間非常短暫，平常我們感覺不出來。他採用力線具體描述場的作用，也運用磁屑在磁體周圍排列的實驗驗證之。至於存在電磁波的想法，法拉第也想深入實驗證明之，1832年他留在皇家學院一封密封的信，先保留他的這個想法，等證明足夠時再公佈，一百多年1932後人們才發現這封信，以下是這封信的內容，字裡行間我們可以感受到當時的觀點想法；

封面；

「現在應當收藏在皇家學會檔案裏的一些新觀念」

內容；

「前不久在皇家學會上宣讀了為題"對電做的實驗工作"的兩篇論文，文中所介紹的一些研究成果，以及由於其他觀點與實驗而產生的一些問題，使我得出結論：磁作用的傳播需要時間，即當一個磁鐵作用於另一個遠處的磁鐵或者一塊鐵時，產生作用的原因（我以為可以稱為磁）是逐漸地從磁體傳播開去的，這種傳播需要一定時間，而這個時間顯然是非常短的。
我還認為，電感應也是這樣傳播的。我認為磁力從磁極出發的傳播類似於水面上波紋的振動，或者空氣粒子的聲振動，也就是說，我打算把振動理論應用於磁現象，就像對聲所做的那樣，而且這也是光現象最可能的解釋。
類比之下，我認為也可以把振動理論應用於電感應，我想用實驗來證實這些觀點，然而，我的時間要用於履行職責，這可能會拖長實驗的時間，而實驗的本身也可能成為觀察的對象。因此，我把這封信遞交皇家學會收藏時，要以一個確定的日期來為自己保留這個發現，這樣，當從實驗上得到證實時，我就有權利宣佈這個日期是我的發現的日期。就我所知，現在除我之外，科學家中還沒有人持有類似的觀點」

邁‧法拉第
1832年3月12日於皇家學會