法拉第与麦克斯韦之比较

【摘要】法拉第和麦克斯韦在物理学方面的伟大贡献，他们的科学奉献精神对后人有着巨大推动力量。

【关键词】法拉第麦克斯韦 比较

19世纪，在物理学中产生了许多革命性的进步，尽管这些进步——无法就其科学内容或思想内容来说——没有哪一个像达尔文革命那样产生过世界性的影响。19世纪物理学所取得的成功包括麦克斯韦与法拉第。他们在电磁学方面做的贡献为电磁学的发展提供了实验和理论基础。

一、法拉第与麦克斯韦的生平及其比较

1．法拉第的生平

法拉第和麦克斯韦都是19世纪英国伟大的物理学家，他们为19世纪物理学中许多革命性的进步都做出了巨大贡献．

法拉第1791年9月22日生于英国伦敦城南萨里郡的纽英顿的一个手工工人家庭，家里的人没有特别的文化，而且颇为贫穷，法拉第的父亲是一个铁匠，法拉第由于家庭原因，受到的学校教育都是很差的．13岁时他就到一家装订和出售书籍兼营文具生意的铺子里当了学徒，但与众不同的是法拉第除了装订书籍外，还经常阅读它们．他的老板里波是个好心肠的人，他经常鼓励法拉第．

书是人类知识的宝库．法拉第正是通过勤奋读书才走上了他的科学之路的．法拉第读的印象最深的俩本书名为《大英百科全书》和玛西特夫人的《化学漫谈》．他不但读书，而且还照着书上的实验一个一个的做．他所有的钱几乎都用来买实验器具了．法拉第后来曾回忆说：“在当学徒的时候，我爱看手边的科学书，其中最爱读的是玛西特夫人的《化学漫谈》和《大英百科全书》中的电学论文．”1810年初，法拉第在哥哥和店主的帮助下，听了塔特姆先生举办的“自然哲学讲演”．从1810年2月到9月，法拉第一共听了塔特姆先生十几次讲演．他把听到的记录精心整理，装订成册……《塔特姆自然哲学讲演录》，后来店主里波把《塔特姆的自然哲学讲演录》给来装订书的皇家学院的当斯先生看，书中祥尽的记录，精美的插图使当斯十分惊讶，临走时，他送给了法拉第皇家学院由戴维主讲的演讲会的四张入场卷．听了戴维的演讲，法拉第被深深的感动了，他决心寻找自己的科学道路．1812年冬季一天，正当拿破仑的军队在俄罗斯平原上遭到溃败的时候，一位2l岁的青年人来到了伦敦皇家学院，他要求和著名的院长戴维见面谈话．作为自荐书的是他听戴维讲演时记下的笔记．戴维正好缺一位助手，不久就雇佣了这位申请者即法拉第．戴维一生中曾有过许多发现，但正如他后来所说：“我一生中最伟大的发现是法拉第．”1821年，法拉第任皇家学院实验室总监和代理实验室主任.1824年，他被推选为皇家学会会员；1 825年他接替戴维任实验室主任，1865年，辞去了皇家学院教授职务，于1867年去世，终年76岁．

如果说法拉第是从贫困中出来，通过自身努力而最终取得非凡成就的代表人物，那么麦克斯韦就是受到良好教育而获得成功的实例．

2．麦克斯韦的生平

麦克斯韦1831年11月13日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育．麦克斯韦的正式教育是在一个私人教师那里开始的，这个教师对于孩子过分严厉，致使麦克斯韦变的有些固执和孤僻．麦克斯韦13岁时进入爱丁堡中学学习，他的数学成绩特别出众，到中学毕业时，他成了班级上公认的优秀学生之一。他14岁时就发表了第一篇论文《论卵形曲线的机械画法》，反映了他在几何和代数方面的丰富知识。1847年，进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年，转入剑桥大学三一学院数学系学习。1854年，以第二名成绩获史密斯奖学金，毕业后留校任职两年。1856年，在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年，到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年，选为伦敦皇家学会会员。1865年春，辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于1873年出版。1871年，受聘为剑桥大学新设立的卡文迪许实验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪许实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。

3．麦克斯韦与法拉第生平比较

法拉第和麦克斯韦的个人经历有很异同点，不同之处是：法拉第的家庭环境很差，从小所受的教育很差，他靠着自己不懈努力，获得了极大的成功。而麦克斯韦家庭富裕，父母亲的文化修养都较高，给麦克斯韦的教育也相对较好。相同处：法拉第和麦克斯韦两个人持为科学奉献的精神，为物理学的发展做出了很大的贡献，且这两个人一生所获得的成就也有很多的相同之处。

二、法拉第和麦克斯韦的贡献

虽然法拉第和麦克斯韦在生平经历上有很大的差异，但他们两人都为物理学特别是电磁学部分作出了很多杰出的贡献。

1．法拉第的贡献

法拉第不仅是伟大的物理学家，也是伟大的化学家。

1815年3月，法拉第开始独立进行科学研究，发挥了惊人的才干，成果累累。

1816年，他在《科学季刊》上发表了《多斯加尼本生石灰的分析》的论文，这是他的第一篇科学论文。

1817年和1818年，发表了17篇化学分析方面的论文。

1820年，他把化学分析用于社会和生活方面，做了不少工作。

1821年9月，法拉第做了电磁转动效应的实验，并获得了成功。1821年10月21日，他发表了第一篇电磁学论文——《论某些新的电磁运动兼磁学理论》，总结了他的这一发现。

1831年8月29日，法拉第在进行感应电流实验并获得成功，他把这一现象称为“伏打现象”。在这一实验中，法拉第虽然想到了这就是他寻找了近十年的电磁产生电流的现象，但还没有明确的领悟到这一现象的暂态性的本质。1831年10月17日，他又做成了所谓“磁电感应”的实验。10月28日，法拉第把巴罗轮反过来运行，提出了最早的发电机的雏形。至此，法拉第不仅实现了由永久磁体产生电流的设想，而且完全弄明白了这种转化的暂态性。

“把磁转变为电”的理想实现了，但法拉第并没有以此为满足。他又提出一系列新的研究课题，接二连三的作出子许多新的重要发现。

1833年到1834年，他发现了电解定律。

1834年，发现自感现象。

1845年，发现了磁光效应，同年又发现了物质的抗磁性

1851年，发表了《论磁力线》的论文，系统阐述了他所用到的概念，总结了电磁感应定律。

关于感应电流的方向，法拉第只是有过一些零碎的叙述。

1831年11月和1832年1月，法拉第相应于他所发现的“伏打电感应”和“磁电感应”的现象，提出了“电紧张态”和“磁力线”两个新概念。

1832年，法拉第通过对电磁感应过程实验现象的思考，意识到磁力线的传播是需要时间的。

关于电解过程的研究，使他取得了一个有革命意义的发现，即近距作用，法拉第通过研究指出电解产生于电解质内部分子的作用和变化，而不是外部电极超距的作用引起的。

1837年，他在研究介质如何影响电力时发现：用一块绝缘材料隔开的两个导体板组成的电容器，比由真空隔开的电容器能够容纳更多的电荷量；而板间所夹的物质不同，电容器容纳的电量也不同。

1845年9月，法拉第领悟到磁力不能被局限于少数物质，而应该能够被所有物质发生作用。1845年11月，他用强电磁铁进行实验，发现物质对磁力的作用，类似于介质对电力的作用，并提出了“抗磁体”与“顺磁体”的概念。

法拉第之于这些工作，进行大胆设想，提出了作为近距作用的“场”的概念。这样，法拉第就从带电体和磁体周围媒质的作用，也就是从电场和磁场的观点出发，考察一切电磁作用过程。他关于力线和场的概念，对传统的科学概念是一个重大突破，把近距媒递作用观念引进物理学中，对电磁学以及整个物理学的发展，都产生了深远影响，劳厄称法拉第为“正确理解电磁现象的引路人”。

2．麦克斯韦的贡献

法拉第为电磁学作出了巨大的贡献，不过法拉第从根本上说是非定量的和非数学的系统表达，并没有产生他所说的传导时间的一个数值。麦克斯韦极力赞颂法拉第的含蓄思想，法拉第“用自然的非技术的语言”表述了他的思想，麦克斯韦说“我写作这篇论文(《论法拉第的力线》)主要是期望使这些思想成为一种数学方法的基础。”

麦克斯韦抱着给法拉第的这些概念“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数字形式表达出来。

麦克斯韦的研究范围很广泛，他的颜色的生理学说、热力学统计物理、电磁场理论以及筹建卡文迪许实验室等方面都作出了重大贡献。但他最杰出的成就是他建立了电磁场的理论。

1855年——1856年，麦克斯韦发表了电磁学的第一篇论文《论法拉第里线》。麦克斯韦把法拉第的力线、力管和电场强度与流体力学中的流线、流管和流速进行类比，引入一种新的矢量函数来描述电磁场，把法拉第的思想用数学语言来表达，导出了电磁场中的力和通量之间的关系，其中包括线性关系和积分方程。

1861年，他在电磁以态力学模型的基础上，对变化的磁场能产生感应电动势的现象，进行了深入的分析，认为即使不存在导体回路，变化的磁场通过媒介也会激发出一种场，他称这种场为感应电场或涡旋电场。感应电池和位移电流的概念是麦克斯韦的一大创造。1862年，麦克斯韦发表了第二篇论文《论物理力线》。在这篇论文中，他给出了电磁场的运动学方程和动力学方程。

1864年，麦克斯韦向皇家学会提交了他的第三篇论文——《电磁场的动力学理论》。他在这篇论文中系统地总结了从库仑、安培到法拉第以及他自己的研究成果，建立了电磁场方程。在这篇论文中，他共列出了20个方程式，并由此导出了电磁的波动方程，推出了波的传播速度等于光速。

1865年到1870年间，麦克斯韦由于健康受到损害，回到自己的庄园休息。可就是这段时间，他仍然继续进行他的实验和理论研究工作，系统地总结了近百年来电磁学研究的成果，完成了《电学和磁学专论巨著》。这是电磁学的经典著作，于1873年正式出版。

1871年，麦克斯韦应聘负责筹建卡文迪许实验室，卡文迪许实验室经过麦克斯韦的辛勤筹建和建设于1874年竣工，被任命为实验室第一任主任。

3．法拉第与麦克斯韦的贡献的比较

从上面的叙述中我们可以看出法拉第和麦克斯韦都为物理学特别是电磁学的发展作出了巨大的贡献。毫无疑问，法拉第的贡献是极为重要的，其中包括他关于磁场是由力线组成的重要概念以及关于电磁感应的传导并不是瞬间完成的，而是需要时间的非凡的见识。不过法拉第从根本上说是实验为主，他的很多见解都未能以简洁明了的数学形式表达出来。而麦克斯韦就以非凡的数学功底创立一种数学理论。可以说，如果麦克斯韦在创立一种数学理论的过程中没有对

法拉第的思想进行深刻改造，法拉第的那些论文可能永远不会让世人如此明白的理解。麦克斯韦除了在研究方面作出了重要贡献，他所筹建的卡文迪许实验室也成为当今物理学的殿堂，为物理学的发展培养了许多杰出人才。

三、结论

法拉第和麦克斯韦虽然所受教育程度不同，但是他们对物理学都作出了巨大的贡献，为科学事业贡献了毕生的精力。法拉第的一生之所以能对科学作出如此巨大的贡献，除了他的刻苦耐劳和刻苦创造的精神外，更主要的是他具有唯物主义的物理观和辨证法的思想。而麦克斯韦以严谨的科学态度和科学研究方法给人类留下了极其宝贵的财富。他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是l9世纪物理发展的最辉煌的成果，是科学史上最伟大的综合之一。

法拉第和麦克斯韦他们那为科学奉献的精神是一致的，他们的名字将永远被世人铭记。

[参考文献]

[1]李艳平，申先甲。物理学史教程[M]科学出版社。

[2]申先甲。从法拉第到麦克斯韦[M]高等教育出版社