华丽的弯道超越
上期我们说到，电与磁的关系早在十七世纪吉尔伯特时期就已经被研究过一次，吉尔伯特认为这二者之间没有什么联系。而到了十八世纪，著名的物理学家库仑经过一番详细的研究，也没有发现电与磁之间究竟有何关系。就这样，时间到了十九世纪二十年代，终于在奥斯特的不经意的一瞬间，他发现了通电导体能够让附近的磁针发生偏转！至此，他经过系统地研究，得出重要的结论，那就是通电导体能显出磁性。而之前不相信电与磁之间有任何联系的法国科学家安培，在读到了奥斯特的论文之后非常震惊，他毅然抛弃了之前电与磁无任何联系的观念，在奥斯特的工作基础上继续细化研究，明确地把电流和磁场的方向统一起来，提出了“安培定则”，并且基于通电导体带有磁性的特点，安培发明了能够测定电流大小的电流表。至此，安培使人们对电和磁的认识十分明晰起来。
如果把整个电和磁之间关系的研究历史比作是一场接力赛，那么奥斯特算是跑完了第一棒，安培也完美地完成了自己的历史使命，跑完了这第二棒。那么，电和磁研究的第三棒的任务，就落在了另外一个人的身上，他就是著名的英国科学家——法拉第。
历时著名的欧洲工业革命
法拉第生于年，出身为小资产阶级，他的父亲是个贫苦的铁匠。在法拉第出生的年代，以瓦特蒸汽机代替传统手工制作为标志的工业革命浪潮正在席卷欧洲，这种工业革命促进了社会生产力的极大提升，但也同时对法拉第家庭这样的传统手工业的冲击也是极大的。因此，法拉第的父亲收入很少，勉强能维持生计，但是没有富余钱供他读书。因此，法拉第只读了两年小学，就不得不在他12岁的时候辍学回家打工，上街当报童、在书店里当学徒，以此减轻家里的经济负担。但是，在打工的同时，法拉第依然没有放弃继续学习，他自学了许多当时最新的知识。年，伏特的伏打电堆问世，从而带动了诸多化学方向的研究，尤其是在元素发现方面，人们发现了之前用加热办法得不到的元素。法拉第虽然没有在学校里学习，但当报童的他完全能够从报纸上读到这些最新的研究成果，他被这些知识深深的吸引，并且把一些废旧物品制成一些简单的实验设备，用于模仿和重复他所读到的这些科学研究成果。不仅如此，他和他同样贫穷的小伙伴们组成了一个学习兴趣小组，共同讨论，一起交换思想。
法拉第的伯乐——戴维
法拉第非常的好学，虽然没有上过中学，但他自学了物理、化学、天文、地理等知识，因此谈吐之间不像没有接受过文化教育的粗鄙的人，也正是因为法拉第的如此好学精神，这才感动了一位书店的老主顾。这位老主顾就把他带到大学里，听一些教授的演讲。和别的孩子不一样，法拉第在听这些教授的演讲的时候，他一直不停地在做记录，而且回到家里还反复研究，并整理出一套思路清晰的笔录。但是，年这一年，法拉第可怜的父亲——那个贫穷一生的老铁匠去世了，那年法拉第才19岁，他深陷痛苦。但是，书店的老板因为法拉第的勤快与好学，所以非常照顾法拉第，并且扮演着父亲的角色，法拉第也很快从痛苦的阴影中走了出来。
幸运女神眷顾了法拉第，在这些做报告的教授中，他认识了著名的化学家戴维——就是那个在元素发现大爆炸时期发现了最多元素的戴维——他深深地被这位学识渊博的教授所折服，于是和往常一样，他把戴维的讲话认真记录并且整理成册。他把他整理好的戴维讲话记录寄给戴维，并且还附了一封长信。在信中，法拉第赞美了戴维的研究成果，并且表示，他愿意跟随戴维，从事科学研究。
戴维看到法拉第所记录的自己的讲话，并且整理得思路清晰、字迹工整，自然被这个勤快好学的青年所感动，自己身边确实也需要如此的人给自己当秘书、助手。于是，戴维就同意了法拉第的请求，接受了法拉第做自己的实验室助手。至此，法拉第真正地踏上了科研之路。这一年是年，法拉第20岁。
在戴维实验室里，法拉第虽然工资不多，但勤奋好学，工作十分努力，因此不断地受到戴维的赏识，因此戴维也是走哪都带着法拉第。年，戴维就带着法拉第周游欧洲列国。但这个时候，戴维的仆人突然辞职了，因此法拉第就不得不兼顾秘书和仆人的职责，一路照顾导师戴维和师娘的生活起居。据说，法拉第的师娘是十分瞧不起贫苦出身的法拉第的。而且，戴维到处开会，他的妻子又不是搞科研的，因此对这些会议、交流等毫无兴趣，所以戴维的周游列国对她来说是一次绝好的旅游，因此扛行李、订船票、订酒店等事情都落在法拉第头上，所以法拉第一直都是处在忙忙碌碌的生活中，就这样还得受到师娘的责备。但法拉第丝毫不在意这些，他把这次跟随戴维的旅行看作是学习的机会。他见到了当时诸多著名的科学家，像贝采里乌斯、道尔顿、吕萨克、安培等那个年代的科学界的风云人物。在学术交流中，他努力刻苦学习，学会了法语、意大利语，这对他此后的成长奠定了良好基础。
两年之后，年，法拉第回国，并且继续在戴维的指导下搞研究，并且在有机化学领域，他获得了成功——他合成了六氯乙烷和四氯乙烯（笔者猜想，当时还没有取代学说，取代学说是年之后法国的杜马提出的。法拉第这时大概想把乙烷或者含氯乙烷等化合物在氯气中燃烧，看一看能分解出什么产物。但他如此做的结果，没有得到完全分解的产物，这才得到了六氯乙烷等物质）。但是，术业有专攻，法拉第并没有深究下去。另一方面，法拉第在之后的研究中甚至第一次发现了苯。笔者认为，法拉第确实没有化学天赋（或者说是哲学理论层面上的深入思考），因此所有这些有机化学的理论，都是在他发现这些有机物之后几十年才被杜马、凯库勒等人做出更加深刻的理论解释。但这些研究和发现倒帮助了法拉第在英国皇家科学院晋升职称，并且在年的时候，导师戴维因健康缘故不得不去治病，法拉第就接替了戴维任皇家研究所实验室主任。
时间回到年，奥斯特和安培的发现震惊世界。在读完这两位学者的论文之后，法拉第重复了他们的实验，确认是正确的。他的考虑就比奥斯特和安培更加深入一层：既然通电导体能使磁针偏转，那么就在通电的一瞬间，导体带上了磁性，在断电的时刻，磁性消失。那么能不能利用这个性质，让磁铁或者导线连续地转起来呢？于是，他把磁铁放到通电的线圈旁边，线圈转动一下，但马上就停止了——因为这时的电磁铁磁场方向和永磁铁方向一致了。但是，就在断电的一瞬间，线圈就又因重力的作用掉回原来的位置。看来，如果想保持通电线圈维持转动，就必须使线圈重复通电/断电的这种状态。怎么做呢？
法拉第的电动机原理示意图
于是，法拉第就仔细设计，在动手制作，终于做成了能让线圈在永磁体的环绕下不断转动的线圈，这也是人类历史上第一个电动机。法拉第就制成带有缺口的金属圆环，套在导体的两端，然后与电源相连。当电源通电的时候，导体产生电流，因此产生了磁性，这时导体就发生偏转，使其磁场的磁极顺应永磁铁的磁极。但是，当通电导体线圈转过度的时候，金属圆环刚好脱离导线，因此线圈失去了电流，从而磁性消失。但是，由于惯性的作用，导体还是要继续向既定方向转动，那么之前金属圆环刚好接到了和反向的电极相连的导线，因此这时再通电则电流方向相反，从而导体的磁场方向也相反了，于是为了保持顺应永磁铁的磁极，线圈不得不又顺着既定方向再转动度，结果就又把磁极颠倒过来。就这样，线圈在通电的作用下，周而复始地转同，人类历史上第一台电动机，就在年，也就是在奥斯特和安培发表了各自的研究成果的下一年，诞生了！于是，法拉第就撰写论文，报道了他的研究成果。
然而，精明谨慎的法拉第这时候办了一件糊涂事，那就是他发表论文这件事并没有和导师戴维商量，导致他和戴维反目，因此戴维开始阻挠法拉第的一切事情，包括法拉第被当选皇家科学院会员以及在电磁感应的继续研究的问题上。就这样，法拉第不得不中止了电和磁方面的研究，直到戴维年去世之后，他才继续了他停止了长达8年之久的电和磁关系方面的研究。
时隔8年，法拉第重新拾起了电磁研究。这个时候，他就发现了一个电磁感应现象——他把两条导线相互靠近，其中一条闭合，另一条接电。他就发现，在通电和闭电的瞬间另一条闭合的线路也出现有电流产生的现象！但是，通过电流表的显示，通电和闭电时那条闭合电路的电流方向是相反的。
法拉第设计的验证电磁感应的实验设备
根据十多年前自己的研究结果，法拉第知道，通电的导体是有磁场产生的，断电时磁场消失。那么，这种现象是否说明，只要改变磁场的强度就会有电流产生呢？那么，倒是可以试一试导线在磁铁的周围，通过远离或靠近磁场的方法来验证是否有电流产生吧。于是，法拉第就设计了一段闭合导线，导线连接了一个电流表，再把导线的一部分伸入一块U型磁铁中。法拉第把导线进行运动，他先进行前后的往复运动，结果没有电流产生。他又进行垂直于磁铁的前后摆动运动，结果电流表显示有电流产生了！而在他的这种运动过程中，导线向里、向外的运动所产生的电流方向相反，这一下就证实了他的想法：磁场强度的变化导致感应电动势的产生！于是，法拉第就按照他之前的发电机的制作，制成了人类历史上第一个发电机。
法拉第发明的第一台发电机
或许法拉第自己并没有意识到，他所发明的电动机和发电机即将意味着什么，但他出色地完成了历史赋予他的任务。在奥斯特和安培的研究基础上，法拉第出色地完成了这接力赛的第三棒，完美地实现了弯道超越。就在他发明了电动机和发电机之后，人类历史即将迎来第二次生产设备方面的变革。
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