法拉第 

法拉第發明了全世界第一部發電機, 人類開發了一個永不枯竭的金礦

法拉第,英國科學家,出生在鐵匠的家庭。十三歲時,便失學在書店裡做學徒,閒暇時間就閱讀店中的各種書籍,對科學方面的書 籍很有興趣,其中大英百科全書以及瑪西夫人 (Jane Marcet)的化學對話對法拉第的影響最大,奠定了法拉第的科學基礎。1812年是法拉第一生的轉淚點,法拉第聽了皇家科學院德維爵士(Sir HumphryDavy,1778-1829)的演講,並做了詳細的筆記,而有機會於次年進入皇家科學院工作,他從清洗瓶子做起,經過多年的努力,最後終於成為一代科學巨擘。他對科學的貢獻非常大,1825年發現了化合物「苯」,1833年提出電化學定律,奠定了整個電化學的基礎,後來人們將「96500庫侖」的電量稱作l「法拉第」。1831年法拉第提出他一生中最重要的發現:「電磁感應現象」,他的實驗裝置其實就是一個變壓器,後來導引他建造了第一部發電機。另外,有關電解、電解質、陽離子、陰離子等名詞都是法拉第與一位飽學的牧師惠威爾(William Whewell1794-1866)一起創立的。法拉第也是個傑出的示範實驗表演者,每年歲末時的「耶誕講堂」,吸引大批觀眾觀賞法拉第做科學示範,這個傳統流傳至今。法拉第自十三歲失學,在書店做裝訂工作,利用閒暇時間,自學成功,一生的發現對人類文明的進步,影響至為深遠。

一百多年,前全世界都還沒有發電機、沒有電橙,也沒有馬達,「電」只不過是一個名詞,或者可以說是科學家們在實驗室的一種「玩具」。為什麼稱之為「玩具」?因為在一般人看來,科學家們都是一點神經質,經年累月的坐在臭味撲鼻的實驗室中,玩弄散亂在桌上試管、鐵片、金屬線和骯髒的瓶罐。盡管科學家們知道「電」是自然界最迷人的東西,想盡辦法揭開它神祕的面紗,但是其它人則認為「電」和日常生活絲毫沒有關連,用不著費心思去注意,精明的商人,更不會投資於這一項沒有回報的電氣事業。

然而一件偉大的發明,往往不是在瞬間爆發出來的,而是歷經許多年代,無數的科學家埋頭鑽研、互相切磋、交換心得,一點一滴累積起來,到了時機成熟的時刻,假如有適當的人才出現,便改變了整個世界。科學發展史上經常有這樣的事例,當我們需要怎樣的人才,這種人才便及時出現,「英雄造時勢」「時勢造英雄」是相輔相成的。我們翻開「電磁學」的歷史,美國的富蘭克林、德國的葛利克、法國的法易、英國的瓦特遜在電磁學上,都有不可磨滅的頁獻,集其大成的則當推英國法拉第。

法拉第在一七七一年七月二十二日出生於英國,父親是一位製鐵的工人,健康情形很不好,收入僅夠一家的溫飽。法拉第的雙親是以溫善勤儉聞名鄉里,教子有方,從來不以家中貧困而氣餒。他們很想把法第送進學校讀書,卻又沒有錢供應這一項奢侈的花費。而且,當時英國的階級地位非常明顯,人們一出生就註定了所生長的社會階級;法拉第的父親是做工的人,所以法拉第也必須去做一名學徒。但是法拉第小小的心靈,並不以此自卑,他常常鼓勵自己要力爭上游。

法拉第小的時候,在父親的教導下,學習簡單的加減乘除計算。十三歲就到一家書店學習釘書,成為一名釘書匠。法拉第非常賣力勤快的工作,性情又開朗溫和所以得到主人的歡心,試用期滿之後,主人就和他訂了七年的契約。這一段時間,對他的一生有深遠的影響。因為一位沒有機會進學校的孩子,在這堨i以每天接觸到知識的寶庫、奇異的糧食--書。

他曾經仔細研讀傳教士華滋所著的「思想的改造」一書,這本書告訴對於一件事情的判定,需要自己親身嘗試及試驗觀察後,才可以提出一種可能的解釋,避免做一個過早論斷的人。

七年的學徒生涯,使得法拉第研讀了許多關於「電學」方面的知識,拾取書中所提到的幾位科學家所遺留下來的啟示;同時他對化學實驗也深感興趣。他曾讀到馬西特的論著「談論化學」,這本書把化學反應、電性關係、熱光現象囊括在一起,給初入化學之門的人很清楚的概念。他並且節省零用錢,去買一些簡單價廉的儀器,照著書中的說明去做實驗,沒有一本關於科學的書能逃過他的注意,他要為貧窮和沒有進過學校念書的自己,開闢出一條嶄新的道路。

這時英國皇家學會最負盛名的科學家戴維,將做連續四場的演講,講題是「自然哲學」,也就是現在所謂的「科學」,當時法拉第也想去聽演講,但是入場券卻需要花錢購買。這堿y傳了兩個說法,一種說法是法拉第厚著臉皮向一位顧客提及他的願望,這項要求是不合情理的,但是這位顧客卻意外的給了他買票的錢;另一種說法是法拉第找他長兄商量,他的長兄承襲父業做鐵匠,收入較多,答應了他的要求。無論如何,法拉第是如願以償的去聽那四場演講,並且做了完整的筆記。

一 生 的 轉 捩 點

法拉第漸漸的厭倦了他的職業,他冒昧的寫了一封信給戴維,內容不外是對戴維的崇敬,以及希望獲得他的幫助,並且希望幫他介紹工作。同時他還附上筆記,做為他專心聽講的證據。大部分的都認為世上最偉大的科學家,怎麼會肯花時間為一個窮苦的釘書匠回信呢?但是戴維卻回信了。隔了一段時間,戴維又寫了一封信,詢問他是否願意擔任實驗室的助手,法拉第迫不及待的答應了,薪水是每星期二十五先令。起初,法拉第的工作僅是保管實驗用的儀器。沒多久,由於法拉第傑出的表現,就正式成為戴維的實驗助理。

戴維這時準備到歐洲去考察科學,戴維的夫人也一同前往,她是一位高貴的婦人,需要一個僕人侍候,法拉第被要求隨行侍候,當戴維的繕寫員和料理瑣事的雜務員,並兼作戴維和他夫人的僕人。這位夫人為了顯示她的高貴和權威,經常蓄意侮辱他,不准他和他們同桌吃飯,這位十七世紀最敏銳的電學家,只得逆來順受,委屈求全。

法拉第幼時曾立志終身不娶,二十七歲的那一年,遇到一位銀匠的女兒撒拉;巴納德,一見鍾情,繼而結為夫婦。她可以說是一位十全十美的賢妻,對法拉第一生淡泊,從事科學研究,從不懷疑。在她的腦中,沒有嫉妒、沒有貪心。法拉第拒絕了許多次致富的機會,她都表示贊同,法拉第收入微薄,卻很慷慨,她沒有任何怨這。她曾經說:

「雖然科學對他來說,是如此的扣人心弦和興奮,而且時常剝奪了他的睡眠,但是我卻滿足於做他思想的枕頭。」

這個時候有人請戴維發明一種礦工用的安全燈,這是一項艱鉅重要的工作,因為這關係到數千人的生命,法拉第立即研究這個問題,並且提供戴維許多聰明的建議。第二年,安全燈就在地層底下亮起光明,這使得戴維不得不對法拉第另眼相看,可是法拉第卻宣稱這種安全燈並非「絕對安全」,愛慕虛榮和名譽的戴維大為惱火,造成二人交惡的開端。

法拉第不僅從事電學方面的研究,也做化學實驗,相信氣體也可以變為液體。他寫了篇論文給皇家學會,戴維看到那篇文章,並加上一些註解,表示這個論文的實驗有某些部分,他曾經參加過意見。法拉第當然沒有異議,於是這篇論文便在會中宣讀了,但是戴維卻無法容忍,一個釘書匠又是男僕的法拉第,居然會得到那麼大的榮耀,戴維一直認為自己是英國最偉大的科學家,他不願意有人搶了他的風釆。

因此,當有人提議讓法拉第成為皇家學會會員的時候,戴維便堅決反對。而投票的結果,僅只一票反對,其他人都贊成,於是法拉第順利的成為皇家會會員,使他有更多的機會和科學家們研究。
 

第 一 部 發 電 機

科學家們都知道,用電流環繞一塊鋼鐵,能使它成為磁石,既然電能變為磁,磁能不能夠產生電呢?法拉第時常想著這個問題。有一天,他得到一塊圓柱形的長條磁石,厚為四分之三吋,長為八吋半,他以二百二十尺長的銅絲,繞成一個中空的圓柱形,他把這銅絲附於電流計上,結果發現銅絲中沒有電流。幸運往往跟隨一個不怕失敗的人,法拉第突然的把整塊的磁石,快速插八入中空的銅卷中,電流計上針就移動了;他又趕快把磁石抽出,指針仍然在移動。

於是一種電流以感應的方法產生出來了,這是法拉第一生中最重大的發現。

這一次成功的實驗,和以往的實驗有什麼不同?以往的實驗,磁石和金屬線都是靜止的,要產生電流,必須讓磁石和金屬線作快速的相對運動。他又做了幾次實驗,證明指針的移動不是偶然的,也不是由於外來的影響,而是實實在在的。

這一次實驗鼓舞法拉第再向前邁進,終至發明了全世界第一部發電機。當然,這一部發電機是很簡陋的,卻是日後複雜發電機的始祖。他把一塊銅製平面板的邊,放於一塊有永久性磁石的兩端之間,又把一片狹長的銅和一片狹長的鉛,放在平面板的邊上,做為收電之用,然後又裝上一個電流計,當平面板旋轉時,電流計上的指針也隨著移動,這樣,一種有變化的電流,就在磁石中產生出來了。

法拉第把這一項發明公諸於世,為人類開發了一個永不枯竭的金礦,但是他卻放棄任何金錢的報酬,再度回到實驗室工作。

法拉第的研究成就除了在電的性質方面外,對溶液的電解研究也有卓越的貢獻。後來的科學家為紀念他在物理學上偉大的貢獻,就以的的姓「法拉第」做為占計算電容量的單位名稱。

耶 誕 節 的 演 溝

法拉第和他的妻子巴納德結褵四十年,但是卻沒有一子一女承歡膝下,所以當他們想出去散心的時候,便向鄰居借幾個小孩子,來與他們共享旅行的樂趣。在旅遊途中,法拉第很熱心的為孩子們講解自然景物的奧祕,例如天空中為什麼有雲?雷聲為什麼總是在閃電之後出現?河水為何總是向下流...,這一類令小孩子感到奇妙的事。當時英國學術界流行一種風氣,反對在學校中教授自然科學的課程,令法拉第覺得十分驚奇與不解。他研擬了兩個計畫,第一個計是舉辦講座,名為「星期五晚上的演講」,講座和討論的活動都是非正式的,其中有聽眾親自參與的實驗,也有大家在一起提出問題試著解答的討論,使得青年人對科學產生很大的興趣。第二個計畫是比較正式的活動,就是和另外一些熱心的科學家朋友,帶領一群經過選擇的小男孩和小女孩,研討一系列事先安排好的演講,內容有大家參與的實驗,以引導孩子們的科學思維。由於施行日期訂在每年的最後一週和第二年的第一週,所以被稱為「耶誕節的演講」,效果非常良好,受到大眾的喜愛。這個時候法拉第已經是六十九歲的高齡,但是對於科學的熱忱依然不減,令人敬佩。

法拉第一生安貧好學,不願意庸庸碌碌做金錢的奴隸,拒絕了多次致富的機會。他曾經說:

「報國是我的本分,我的能力尚未衰退,對能力範圍內的事情應該責無旁貸。」

全世界的人都對他十分尊敬,爭先恐後的致贈他學位,但是他拒絕了這些榮譽的標誌,也拒絕了皇家學會會長之職和爵士的封位。

一八六二年,因為體力漸漸衰退,記憶力也幾乎喪失,法拉第才不得不停止對孩子們的演講,到了一八六七年這位偉大的物理學家與世長辭了。

法拉第從小受宗教的薰陶,認為宇宙是統一和諧的;神是無比仁慈的關愛人類,因為人類本來就是純真無邪的。終其一生,法拉第完成了他的工作,使全世界享受到電氣化的便利,以後的世世代代、子子孫孫,也將繼續享受這一項福祉,這一切,我們應該歸功於法拉第的天才和他的勤奮。