作者 高关中（德国汉堡）2026/7/2

我们的时代是电气的时代，从驱动医院急救设备、保障全球数据中心运行，到维系日常交通与家庭照明，社会的方方面面均高度依赖电能。电能本质上是电磁场的能量，依靠电场和磁场的相互作用产生、传输和转换。要驾驭它，离不开电磁学。电磁学是研究电与磁现象、规律及相互作用的物理学重要分支。很多科学家曾为其添砖加瓦，但核心奠基者是英国物理学家法拉第（1791-1867）与麦克斯韦（1831-1879）。他俩堪称是科学史上最完美的“黄金搭档”。法拉第是实验物理之王，凭借惊人的直觉和绝妙的实验天赋发现了电磁感应原理，而麦克斯韦则是理论物理大师，用精湛的数学将法拉第的“力线”思想提升为统一的电磁场理论。两人亦师亦友，共同构建起了经典电磁学的大厦。

实验物理大师法拉第

迈克尔·法拉第（Michael Faraday）1791年9月22日出生于萨里郡纽因顿（Newington），此地今属大伦敦，位于泰晤士河南，接近象堡Elephant and Castle）。这是一个贫苦铁匠家庭。父亲收入微薄，仅能勉强维持温饱。但是他非常注意对孩子们的教育，要他们勤劳朴实，不要贪图金钱地位，要做一个正直的人。这对法拉第的思想和性格产生了很大的影响。

法拉第只上过两年小学。12岁就上街卖报，随后到一家书铺当装订工，兼管售书。7年学徒生涯中，他勤奋好学，积极进取，每天收工后就通过阅读《大英百科全书》等书籍自学，渐渐树立起对科学的兴趣，这其中，又以电学和化学为甚。他努力地将书本知识付诸实践，利用废旧物品，进行简单的化学和物理试验。还与青年朋友们建立了一个学习小组，常常在一起讨论问题，交换思想。重视实践尤其是科学实验的特点，在法拉第一生的科学活动中贯彻始终。

1812年，法拉第开始旁听英国皇家学会会长、化学家戴维（Humphry Davy, 1778-1829）的讲座。戴维早年因发现笑气（一氧化二氮）的麻醉性而备受瞩目。在伏特发明伏打电池后，他将研究方向集中于电化学，并做出了重要的开创性工作。通过电解反应，他发现了碱金属钠和钾，碱土金属镁、钙、锶和钡，共6种元素，成为历史上发现元素最多的科学家之一。被称为电化学之父、无机化学之父。当时英国煤矿工人用明火照明，往往引起煤气爆炸，事故频发，戴维发明了安全灯（第一代矿工灯）拯救了煤矿业，从此井下矿工能够比较安全地从事生产了。由于种种贡献，他被皇家封为爵士，成为贵族。

法拉第对戴维非常敬佩，每次听讲都认真做笔记。有一次，他将自己细心记录，并旁征博引，内容达300多页的笔记拿给戴维过目，戴维很赞赏这个年轻人的好学精神。不久就雇佣他担任实验助手。戴维广博和深邃的知识，给法拉第以重要的影响。

在当时的阶级分明的英国社会中，出身寒微的法拉第并不被看重。1813年，戴维进行一次为时近两年的欧洲考察和讲学。法拉第原本是以助手的身份跟随，却被要求兼作仆人。戴维的妻子为了显示她的高贵和权威，经常蓄意侮辱他，不准他和他们同桌吃饭。但法拉第不计较地位，也毫不自卑，而把这次考察当作学习的好机会。他接触了欧洲许多的科学菁英，包括电学家伏特和安培，刺激出他许多想法。逆境最终没有阻挡住法拉第在科学上的贡献。在旅行过后不几年，法拉第的成果开始不断涌现。成就最终超越了戴维。

1824年，法拉第被选为英国皇家学会院士。戴维曾说过，“我对科学最大的贡献是发现了法拉第”；但随着法拉第成就日增，戴维心生嫉妒，两人关系从师徒走向反目，在评选法拉第为院士时，戴维投出了唯一的反对票。嫉妒是人性的弱点之一。戴维虽然在科学上有许多了不起的贡献，却未能展现宽阔的胸怀，可叹啊。

法拉第的成就引起了英国富翁慈善家富勒（John Fuller，1757-1834）的关注。1833年他捐资在英国皇家研究所（Royal Institution）设一个教授职位，称富勒化学教授，并让法拉第成为首位富勒化学教授。皇家研究所是英国皇家学会（Royal Society）直属的科研机构。法拉第专心于自己的研究工作，一直到退休。这是后话。

1820年丹麦科学家奥斯忒（Hans Christian Oersted，1777-1851，又译奥斯特）发现了电流引起的磁效应（电生磁），即磁针在有电流通过的导线附近偏转。这一发现引起了法拉第的注意，开始转向电磁学的研究。他从中得到了启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，1821年他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过导线，导线就会绕着一块磁铁转动。事实上法拉第发明的是第一台将电能转变为机械能的装置。这是法拉第第一项重大的电发明。虽然装置简陋，但它却是现今世界上使用的所有电动机的老祖宗。

法拉第没有停步，而是继续研究。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电能够产生磁，反过来，磁能否产生电呢？起初，他试图从静止的磁力对导线或线圈的作用中产生电流，但是多次努力都失败了。今天人们知道静止的磁铁不会使附近的静止线路内产生电流。

经过近10年的不断探索和实验，1831年法拉第终于做出了突破。他将一根棒形磁铁在一只螺旋线圈内作上下运动，成功地在线圈中产生了电流。这个效应叫电磁感应，产生的电流叫感应电流。成功的关键在于运动，在于能量的供给，由此他总结出了“运动的磁才能生电”的电磁感应原理。法拉第的这个发现扫清了探索电磁本质道路上的拦路虎，开通了在电池之外大量产生电流的新道路。使电能的大规模生产和远距离输送成为可能。从而奠定了电气工业的基础。

根据这个原理，法拉第发明了圆盘发电机，它的基本构造包括一个电导性圆盘和与其平面垂直的永久磁铁，圆盘中央装个轴连接导线。用力转动摇柄，圆盘也随之转动，并源源不断地输出电流。这个圆盘发电机，结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一台发电机。发电机是法拉第的第二项重大电发明，拉开了世界电气化的序幕。现代发电机，无论功率多大，主要由定子和转子组成。定子是固定不动的部分，内部嵌有线圈绕组，主要负责切割磁感线输出电能；转子是旋转部件，通过产生强磁场并在定子中旋转，为电磁感应提供必要的条件。靠什么转动转子呢，机械能、水力、太阳能、风能、甚至原子能都行，都能转换为电力。此外，法拉第还研究出变压器的雏形。

法拉第作为一名天才的电学大师，在电磁学的新领域中树立起了前进的路标。他归纳出电磁感应定律，成为现代电工学的基础，这是他最伟大的贡献。1837年他引入了电场和磁场的概念，指出电和磁的周围都有场的存在，打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。后来，他又提出了电力线和磁力线的概念，场就是充满力线的空间，并做了实验用铁屑显示力线，来进一步解释电、磁现象，这是物理学理论上迈出的一大步，从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础。

为了证实用各种不同办法产生的电在本质上都是一样的，法拉第仔细研究了电解液中的化学现象，1834年总结出法拉第电解定律：电解释放出来的物质总量和通过的电流总量成正比，和那种物质的化学当量成正比。这条定律成为联系物理学和化学的桥梁，也是通向发现电子道路的桥梁。1843年，法拉第用冰桶实验验证了电荷守恒定律。他还有一个重要发现就是电介质的作用，创立了相对电容率（即介电常数）概念，后来电容的单位法拉就以他的姓氏命名。

 1846年，法拉第发现如果有偏振光通过磁场，其偏振作用就会发生变化。这一发现具有特殊意义，首次表明了光与磁之间存在某种关系。这就是磁光效应或称法拉第效应。法拉第用实验证实了光和磁的相互作用，为电、磁和光的统一理论奠定了基础。

法拉第一生发现了电磁感应、电动机、发电机，并突破性地提出了场的概念和“力线”概念。这不仅孕育了麦克斯韦用数学表达的电磁学理论，也为人类的电气时代铺平了道路。从法拉第的身上，我们看到了一生求学、一手技艺、一代巨匠，一个屡建奇功的科研英雄。

在化学领域，法拉第也有建树。他于1825年发现了苯，为芳香族化合物的研究和应用开辟了道路。发明了多种气体的液化方法。法拉第还是电化学的开创人。1833年，法拉第发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时，能够获得氯气。此外，他还首创了金相分析方法，也是早期合金钢研究的先驱。

虽然法拉第没有得到足够的正式教育，却成为历史上最具有影响力的科学家之一。他常被认为是科学史上最优秀的实验家，被誉为“实验电磁学之父”。其著作《电学实验研究》是科学史上重要的文献。

为了专心从事科学研究，法拉第屡屡放弃报酬丰厚的商业性工作，终身在皇家研究所从事科学实验，甘当一名平凡之人。他淡泊名利，谢绝了爵士的头衔和皇家学会会长的职务，他一生清贫，发明无数却从来没有申请任何一项专利。

法拉第不但在科学上卓有建树，而且非常注意培养青年人。他每星期都在皇家研究所公开讲课，经常给青少年作通俗科普讲座，并且把讲稿编成一本著名的科普读物《蜡烛的故事》。该书在英国至今已再版近200次。我国也有多家出版社（如少年儿童出版社、北京大学出版社等）发行过优秀译本。

1848年，法拉第受到王夫艾伯特引见，受维多利亚女王特赐萨里汉普顿宫的恩典公寓（Grace-and-Favour Apartments）。汉普顿宫自18世纪乔治二世驾崩后便不再作为皇家官邸。乔治三世开始将宫殿内的房间分割成独立的公寓，开创了将其作为“恩典公寓”赐予有功臣民的传统，这被称为“高级救济院”。但法拉第仍然住在皇家研究所不大的屋子里，便于就近工作。

1858年，法拉第退休了，清贫的他没有自己的房子，应女王之邀搬到恩典公寓，度过人生的最后几年。此屋两层带阁楼，又称为法拉第之屋（Faraday House），位于汉普顿宫道37号（No.37 Hampton Court Road）。在建筑外墙上可看到由英国遗产委员会（English Heritage）设立的蓝色纪念牌匾。

1867年8月25日，法拉第坐在椅子上安静地与世长辞，享年76岁。他生前表示不愿葬在名人荟萃的威斯敏斯特教堂，而是长眠在伦敦市北的海格特公墓（Highgate Cemetery）。这里绿树环绕，芳草萋萋，也是马克思安葬的地方。

伦敦的皇家研究所地下室，已辟为法拉第博物馆（The Faraday Museum）。这是为纪念法拉第而设立的科学博物馆，位于皮卡迪利大街路北的Albemarle Street 21号。在此你可以亲眼看到法拉第当年的原始实验室、手工制作的科学仪器，以及他从装订工学徒成长为科学巨匠的传奇故事。

支持单位：