圖1 顯示載流導(dǎo)線和磁鐵之間的作用力的法拉第實(shí)驗(yàn)：在圖的右邊 ， 磁鐵垂直固定 ， 載流導(dǎo)線繞垂直軸旋轉(zhuǎn)；在圖的左邊 ， 載流導(dǎo)線垂直固定 ， 磁鐵繞導(dǎo)線旋轉(zhuǎn) 。這是人們制造的第一個(gè)電動機(jī)第一個(gè)電動機(jī)（英國皇家學(xué)會提供）
這些實(shí)驗(yàn)致使法拉第有了磁力線這一關(guān)鍵性的概念 ， 這是在他觀察鐵屑圍繞磁鐵的分布情況（圖2）時(shí)突然浮現(xiàn)出來的 。磁力線或磁場線磁力線或磁場線 ， 代表把磁極放置在一個(gè)磁場中時(shí)作用在磁極上的力的方向 。在垂直于磁力線的平面上 ， 通過單位面積的磁力線愈多 ， 作用在磁極上的力愈大 。法拉第非常重視將磁力線作為觀測靜止磁場效應(yīng)及時(shí)變磁場效應(yīng)的一個(gè)直觀手段 。
圖2 法拉第的條形磁鐵的磁力線
兩個(gè)磁極之間的磁力線沿著兩極之間的連線 ， 載流導(dǎo)線的環(huán)形力線怎么能與此相一致呢？法拉第的照片面臨一個(gè)難題 。法拉第展示（圖3） ， 把載流導(dǎo)線彎曲成一個(gè)環(huán)路可以模擬磁鐵產(chǎn)生的所有效應(yīng) 。他認(rèn)為 ， 磁力線在環(huán)路內(nèi)會被壓縮 ， 結(jié)果是環(huán)路的一側(cè)有一個(gè)極性 ， 另一側(cè)有相反的極性 。他用實(shí)驗(yàn)證明：所有與導(dǎo)線中的電流相關(guān)的力都可以按磁力線理解 。磁偶極子與環(huán)路電流完全等效磁偶極子與環(huán)路電流完全等效是法拉第的深刻見解 。事實(shí)上 ， 如附錄A5.7所證明的 ， 從這一見解出發(fā) ， 可以導(dǎo)出關(guān)于靜止磁鐵和電流之間的作用力的所有定律 。
圖3 法拉第說明電流磁場和條形磁鐵等價(jià)的理由：左側(cè)的長直導(dǎo)線被彎曲成右側(cè)的環(huán)路時(shí) ， 磁力線被壓入環(huán)路內(nèi)
重大的進(jìn)步發(fā)生在1831年 。法拉第堅(jiān)信自然界的對稱性對稱性 ， 他推測 ， 既然電流產(chǎn)生磁場 ， 磁場產(chǎn)生電流也必定是可能的 。1831年 ， 他獲悉亨利（Joseph Henry）在紐約奧爾巴尼（Albany）做的實(shí)驗(yàn) 。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中 ， 亨利使用了電磁力非常強(qiáng)的電磁鐵 。法拉第立即有了觀測力線使電磁材料產(chǎn)生應(yīng)變的想法 。他把絕緣導(dǎo)線纏繞在粗鐵環(huán)上 ， 從而能在鐵環(huán)內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)磁場 。應(yīng)變效應(yīng)能用另一個(gè)纏繞在環(huán)上的線圈探測到 ， 這個(gè)繞組與一個(gè)電流計(jì)連接以測量產(chǎn)生的電流 。法拉第裝置的原照片如圖4所示 。
圖4 法拉第首次證明電磁感應(yīng)的儀器（感謝英國皇家協(xié)會）
實(shí)驗(yàn)在1831年8月29日進(jìn)行 ， 這在法拉第的實(shí)驗(yàn)室筆記本上有精心記載 。結(jié)果完全不是法拉第所預(yù)期的那樣 。當(dāng)初級繞組閉合的時(shí)候 ， 在次級繞組中的電流計(jì)的指針有一個(gè)偏轉(zhuǎn)——纏繞在鐵環(huán)介質(zhì)上的次級電路中有感生電流 。但只在電磁鐵內(nèi)接通或斷開電流時(shí)觀察到電流計(jì)的指針有偏轉(zhuǎn) ， 流過電磁鐵的穩(wěn)定電流對電流計(jì)沒有作用 。換句話說 ， 作用似乎只與變化的電流有關(guān) ， 因而只與變化的磁場有關(guān) 。至此 ， 法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng) 。
在接下來的幾周 ， 隨之而來的是 ， 在一系列確切的實(shí)驗(yàn)中 ， 電磁感應(yīng)的性質(zhì)都成立 。法拉第在改進(jìn)裝置的靈敏度后 ， 還觀測到 ， 在電流接通和斷開時(shí) ， 在次級電路中所產(chǎn)生的電流是在相反方向流動的 。下一步 ， 他在線圈具有不同形狀和大小的實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn) ， 產(chǎn)生這種效應(yīng)不需要有鐵棒 。1831年10月17日 ， 他進(jìn)行了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)：向一個(gè)連接有電流計(jì)的長線圈（或螺線管）移動圓柱形磁鐵時(shí) ， 在線圈中產(chǎn)生了電流 。然后 ， 1831年10月28日 ， 他在倫敦皇家學(xué)會做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn) ， 證明在社會上購買的“大馬蹄形磁鐵”的磁極之間旋轉(zhuǎn)一個(gè)銅圓盤時(shí) ， 可以產(chǎn)生持續(xù)電流 。銅圓盤的軸和邊緣與電流計(jì)滑動接觸 ， 銅圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí) ， 指針偏轉(zhuǎn) 。1831年11月4日 ， 法拉第發(fā)現(xiàn)在磁鐵兩極之間簡單移動銅導(dǎo)線時(shí)可以產(chǎn)生電流 。這樣 ， 在4個(gè)月內(nèi) ， 他發(fā)明了變壓器與發(fā)電機(jī)變壓器與發(fā)電機(jī) 。

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