法拉第的成才给现代教育的启示
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【摘要】本文介绍了法拉第的生平以及发现电磁感应的过程，并对他在电磁学上的其他一些重要贡献及其学术成就对后人的影响进行深入的探讨，以期人们从法拉第的成才过程中吸取对现代教育的改革元素。
【关键词】电磁感应 现代教育 实验物理
迈克尔法拉第是19世纪的物理学家和化学家，也是电磁领域中出色的实验物理学家。他因发现电磁感应定律而载入史册。他还是电动机和发电机的发明者，是场概念提出的先驱者，并在爱因斯坦前60年提出用力线取代和抛弃“以太”观念，还发现了静电感应现象并独立地和亨利同时发现了自感现象，暗示了电磁波的存在。其他物理学家把他的研究成果归纳为四类：电磁感应的发现：电解定律；磁旋光效应；物质磁性的发现。
一、法拉第的成才
迈克尔・法拉第于1791年9月22日出生在英国伦敦南效萨里郡纽英镇的一个铁匠家庭。由于他家里相当穷，上不起学。他被家人送到书店里学习装订技术，法拉第在装订书籍的同时从书店老板那里习得识字。从书中学到很多新的知识。特别是当他接触到有趣的书籍时就贪婪地读起来，尤其是百科全书和有关电的书本，简直使他着了迷。繁重的体力劳动、无知和贫穷，都没有能阻挡法拉第向科学进军。就这样，法拉第走上了自学的道路。法拉第学徒期满，在一家书铺做装订工。1812年，法拉第听完了当时著名的化学家戴维在皇家学院做的一系列化学讲座，并作了详细的笔记。这时法拉第已无法安心自己的工作，他是那样地向往科学。他给皇家学会会长兼皇家学院院长写了一封求职信，却石沉大海。同年12月，法拉第又一次向命运挑战了。他鼓起勇气给戴维写信，并且把装订成册的戴维4次讲座的笔记一起送去。法拉第巨大的热情、超人的记忆和献身科学的精神，感动了这位大化学家。法拉第到皇家学院化学实验室当了戴维的助手。科学圣殿的大门向学陡出身的法拉弟打开了。
法拉第在戴维指导下开始了自己的研究工作。1815年，他参与了煤矿安全灯的研制工作。1816年，法拉第发表了他的第一篇论文“多斯加尼本工生石灰的分析”。到1819年他已经在化学、气体液化、特种钢研究等方面37篇，成了一位小有名气的化学家。1821年10月，法拉第发表了一篇有关电磁学的论文“论某些新的电磁运动兼论磁学的理论”，开始在电磁学领域崭露头角。同年，他发明了电磁旋转器，用实验证实了电磁力是一种旋转力。1824年，被选为皇家研究所的实验室主任。1831年发现了电磁感应现象，这是法拉第在科学上的最高成就，这在物理学上起了重大的作用。1833年到1834年他研究电流通过溶液时产生的化学变化，提出了法拉第电解定律。1834年，他又重新研究了感应现象，这一次发现了静电感应，
并独立地和亨利同时发现了自感现象。1843年法拉第第一个证明了电荷守恒定律。1845年，发现了偏振光在磁场作用下通过重玻璃后偏振面旋转，称为“磁旋光效应”。他还提出了“场”和“力线”的概念，同年又发现了物质的抗磁性。法拉第的最后一个研究课题是探索光束在磁场中分裂效应，在这个课题上他没能取得成功，但后来终于被塞罗发现。1855年法拉第完成了电磁学巨著――《电的实验研究》。1858年，法拉第离开皇家学院，到伦敦度过晚年生活。1867年8月25日，法拉第逝世，终年76岁。从此，尘世上失去了一位伟人，天堂里又多了一位圣人。为了纪念他对电磁学作出的贡献，1881年在巴黎召开的第一届国际电学会议决定，用他的姓氏作为电容的单位。
二、法拉第在电磁领域中的贡献
1 电磁旋转现象
1821年9月3日，法拉第又重复了奥斯特的实验，他将小磁针放在载流导线周围不同地方，发现小磁针有沿着环绕以导线为轴的圆周旋转的倾向。根据这一现象，法拉第设计制作了一种“电磁旋转器”，让载有电流的导线在一个马蹄形磁铁的磁场中转动。法拉第的精彩实验被刊登在《科学季刊》上。
这是科学史上永远值得纪念的日子，那不仅是因为电磁旋转现象是法拉第的一个伟大发现，而且因为这～简单的发现实际上是科学史上最早的一台电动机。
2 电磁感应定律
法拉第对安培的“分子电流”理论提出了不同看法。从1824年到1828年，法拉第多次进行电磁实验。他仔细分析电流的磁效应，认为电流与磁的相互作用除了电流对磁、磁对磁、电流对电流，还应有磁对电流的作用。他想，既然电荷可以感应周围导体使之带电，磁铁可以感应铁质物质使之磁化，为什么电流不可以在周围导体中感应出电流来呢?于是他做了一系列实验，想寻找导体中的感应电流。尽管“磁转化为电”的迹象还未找到，法拉第的信念始终没有动摇，经历了10年的失败、实验、再失败、再实验后，终于在1831年8月取得了突破行进展。
法拉第在1831年11月24日，向英国伦敦皇家学会报告了他的重大发现，归纳出产生感应电流的五种情况：变化着的电流；变化着的磁场；运动的稳恒电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导线。法拉第在报告中，把他所观察的现象正式定名叫“电磁感应”。
3 电场和磁场及力线
法拉第的又一个重要成果，是提出了场的概念和力线的图象。他反对电、磁之间超距作用的说法，设想带电体、磁体或电流周围空间存在一种从电或磁激发出来的物质，它们无所不在，是一种像以太那样的连续介质，起到传递电力、磁力的媒介作用。他把这些物质称作电场、磁场。法拉第还凭借着惊人的想象力，和流体力学中的流场类比，提出电场和磁场是由力的线和力的管子组成的，正是这些力线、力管，把不同的电荷、磁体或电流连接在一起。1852年，他用铁粉显示出磁棒周围磁力线的形状。1855年，法拉第在《论磁哲学的一些观点》一文中，将磁感线的物质性推广到其他力线，并给出了力线的四个基本性质：力线存在与物体无关；物质可以改变力线的分布；力线具有传递力的作用；力线在时间中运动。这就是法拉第场论形成的最后标志。法拉第的这～科学思想遭到了许多人的非议。后来经过迈克斯韦的工作和赫兹的实验，这些光辉思想终于被证实。
4 预言电磁波的存在及旋转光效应的发现
1832年，法拉第还用极深邃的物理洞察力对光和电的关系作出了研究。他给英国伦敦皇家学会写了一封密封信，信上写着：“现在应当收藏在皇家学会的档案馆里的一些新的观点。”这封信在档案馆里躺了一百多年，直到1938年才为后人重新发现，启了封。法拉第在信中预言了磁感应和电感应的传播，暗示了电磁波存在的可能性，还预言了光可能是一种电磁振动的传播。他还发现了光的偏振面在磁场中旋转的旋光效应。磁旋光效应即法拉第效应表述为：在偏振光的传输方向上，对透明磁性材料施加磁场，可以使光的偏振面在这磁性材料中发生旋转，偏振角旋转的大小与外加磁场强度和材料磁性有关，偏振角旋转的方向则只与外加磁场方向有关。
5 在抗磁体和顺磁体上的研究
1845年，法拉第在研究磁旋光效应时，发现磁极对透明的物体具有排斥现象。当他将各种物质在磁场中的磁性作用排队时发现玻璃和金属铋
等有抗磁性，它们的抗磁性表现为：在磁场中先转到磁极之间的横向，然后被排斥出去，这种作用与磁极的性质无关。几经实验，结果证明抗磁体在磁极附近既不感生相同的磁极，也不感生磁性，而是磁感线几乎不通过抗磁体，可是顺磁体却使磁感线完全通过去，因而提出两者的本质区别在于是否能让磁感线通过，也就是磁通量问题。从这些现象出发，他提出磁化率的概念。一般的物质在较强磁场作用下都显示一定程度的磁性。它们可分为两类；一类物质的磁化率是负的，称为抗磁性物质，这些物质在磁场中获得的磁矩方向与磁场方向相反，故在不均匀磁场中被推向磁场减弱的方向，即被磁场排斥；另一类物质的磁化率是正的，在不均匀磁场中被推向磁场增强的方向，即被磁场吸引，法拉第称它们为顺磁性物质。像铁那样强的磁性显然是特殊的，应另属一类，后来称为铁磁性。
法拉第用了六年的时间进行这项研究，导磁性原理由此诞生了。这个原理指出：不同的物质有不同的磁导率，顺磁体能让空间磁感线更多地通过，且易向磁感线密的地方运动；而抗磁体则会排斥空间的磁感线。
三、法拉第的学术成就对后人的影响
1 发电机原理及电动机原理对后人的影响
1858年，由法拉第亲自督导，在英国沿海的两座灯塔内安装了发电机，由电弧探照灯的光束第一次照射到海面上。
自此以后，电力的生产和应用得到了大规模的发展。随着电动机、变压器、电灯等各种电工仪表的发明，电力的应用渗透到生产、科研和日常生活的各个领域。19世纪70～80年代，首先在城市中迅速发展了电力网，最初只是为了提供街道照明和工业用电，20世纪最后十年电力网又伸进了各个家庭，为家庭照明及民用电器设备提供电力。现代社会如果没有电是不堪设想的。所以有人说19世纪后半叶工业的迅速发展在很大程度上应归功于法拉第的各种电学发现。
2 电磁场论的发现对后人的影响
法拉第是场概念的提出者，并且为电磁场理论的形成提供几乎所有的实验依据和基本素材，而且还有磁场强度、分子极化等。
法拉第表达出了初步的电磁场理论，从理论上予以解释、概括和表述电磁场理论的则是麦克斯韦，他将电磁场理论公里化成理论体系。赫兹在法拉第和麦克斯韦的理论基础上，继续做了一系列实验，证实了法拉第对电磁波的存在和麦克斯韦的光是一种电磁波的预言。此后，实现了无线电远距离传播，并很快投入到实际应用。其他无线电技术也如雨后春笋般地涌现了出来，无线电报、无线电广播、导航、短波通讯、传真、微波通讯等。
3 顺磁性和抗磁性机理的发现对后人的影响
顺磁性虽是一种弱磁性，但也有其重要的应用，例如在顺磁性和顺磁共振基础上发展起来的顺磁微波量子放大器，不但是早期研制和应用的一种超低噪声的微波放大器，而且也促进了激光器的研究和发明；在生命科学方面，如血红蛋白和肌红蛋白在未同氧结合时为顺磁性，但在同氧结合后便转变为抗磁性，这两种弱磁性的相互转变就反映了生物体内的氧化和还原过程，因而其磁性研究成为这种重要生命现象的一种研究方法；医学上有着重要应用的核磁共振成像技术发展到电子顺磁共振成像技术，可以预料利用这一技术便可显示生物体内顺磁物质的分布和变化，这会在生命科学和医学上得到重要应用。
近年来，人们应用法拉第导磁性原理，利用氧的顺磁性和氮的抗磁性原理，制造了以聚氧器和螺旋磁化器为核心的多项技术，如气体磁性分离器等。它们被广泛应用于各种污水处理和中水回用工程的充氧曝气以及江、河、湖泊的充氧复氧工程和水产养殖等领域的充氧。
四、结束语
法拉第成名以后，世界各国赠给他的荣誉头衔有94个，但是他说：“我承认这些荣誉很有价值，不过我从来没有为追求这些荣誉而工作。”法拉第对这些奖章并不在意，只把它们丢在旧盒子里，但他对学位证书却很珍惜，小心地保存起来，因为他受的教育是最初等的，以这样低的文化水平能够做出如此高水平的研究工作，法拉第是很自豪的。他以自己的努力向人们证明：科学的殿堂照样欢迎他这样没有机会接受高等教育的穷孩子。这就鼓励了大多数没有富裕家庭的穷学生们：不要因为现在的贫穷和自卑，将来的我们可能会像法拉第一样成为一朵独冠群芳的天才之花。
法拉第一生为人质朴。他淡泊名利，无私奉献。他多次拒绝了制造商的高价聘请，谢绝了大家提名他为皇家学会会长和维多利亚女皇准备授与他的爵位，终身在皇家学院实验室工作，甘愿当个平民迈克尔・法拉第。这也反映出法拉第把追求科学真理和献身科学事业作为毕生的追求。这种高尚的品德和洁身自爱的情操永远是我们学习的楷模。