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第17章 自感现象

约瑟夫·亨利是美国物理学家。他出生在纽约的奥尔巴尼。虽然他的志趣在于从事剧本的创作,但由于环境所迫他不得不到钟表修理店当学徒,也许这就是他改变了原来志向的一个原因。后来,一个偶然的机会他读到了一本《实验哲学讲义》,使他对自然科学发生了兴趣。于是,他进了奥巴尔学院学习,1826年成了这个学院的数学教授,1832年他受聘于普林斯顿学院做自然哲学教授,在1846年担任新成立的华盛顿斯密森学院的院长。他是继富兰克林之后,美国第一个从事电磁学研究并获得重要成就的人,他的科学研究与富兰克林一样是在繁忙的社会工作中进行的。他的科学研究是从改进别人已经发明的电磁铁开始的。

《电学杂志》月刊的创刊人斯特金制造了一个电磁铁能提起9磅重的物体,这个重量是它本身重量的20倍。他把软铁弯成马蹄形,在铁上涂以清漆,在它的上面绕了18圈的铜线,电源是内阻较小的铜锌电池。当亨利得知电磁铁的发现之后,很感兴趣,并且作了重大的改进。他用包上丝绸的铜线代替涂漆的铜线,这样他可以在铁芯上绕400圈铜线。于是,这块电磁铁就可以提起几百磅的重物,1829年3月他展出了这块新产品并做了表演。

就在他反复实验如何提高电磁铁的吸引力的过程中,在他不断增加导线圈数,不断变化各种条件的几十次、几百次的电磁铁实验中,突然发现意想不到的现象:当切断电源的一瞬间产生了一个电火花。这个电火花很具有引诱力,他立刻改变了研究方向,探讨电火花产生的条件和原因。并在1832年发表了关于这个问题的论文,题目是《在长螺旋线中的电自感》。他认为,电火花说明在切断电源时,产生一个比原电流大许多倍的感应电流。他并把这种现象称为电的自感。

此外,1832年亨利在《美国科学杂志》上,发表了一篇关于电磁感应现象的文章。1842年他提出莱顿瓶的放电并不是简单的恢复平衡,而是一种复杂的过程。他是继富兰克林之后的美国电磁学的大师。国际电学会议决定以他的名字作为电感系数的单位。

1834年法拉第在不知道亨利发现的情况下,独立的发现了自感现象,并把这个现象详细记载在《电学实验研究》一书中:“詹金先生曾向我讲到这样一个现象,通常用导线连接两个极板时,无论实验者怎样做,都不会有触电的感觉,但是,如果是连接电磁铁的导线时,就会有比较明显的电击感觉。”他又写道:“此外,还有一个明显的现象,就像大家很早以前已经看到的一样,在切断电磁铁的电源时,发生明亮的火花。”

法拉第在做了各式各样的实验之后,认为,这种火花是电磁铁电路中,感应出二次电流的结果,开始他把这二次电流叫做:“额外电流”,并且他认识到它是一种电流对它自身的感应,而且在断路时和原电流同方向并加强原电流;当接通电路时它向相反方面流出,并减弱了原电流,当时这种“额外电流”的理论受到强烈的反对,但最后还是被其他研究者所证实。

英国物理学家丁铎尔曾对法拉第的工作有过高度的评价,他曾指出:关于电磁感应的发现是迄今所获得的最伟大的实验成果。这是法拉第研究的新的高峰。

亨利和法拉第的科学实践说明,任何一项新的重大发现,都离不开原来的工作基础。许多新的发现,常常是在多次重复前人的实验中诞生的。这种科学研究中的继承和创新的关系,反映了客观物理现象之间的内部联系。如果要不是电磁铁的出现,也就很难这样快地发现自感现象。

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