科学史-物理学编年史-58法拉第证明电的同一性

时间：公元1833年。

电的同一性研究状况18世纪末至19世纪初，伴随着各种新电源的发现，关于各种电的研究成为科学界的一个热点问题。至1832年法拉第集中研究电的同一性之前，摩擦电、动物电、伏打电、温差电和磁感应电等五种。

不同来源的电已广为科学界所熟知。各种研究和学说不断提出，关于各种电的本质是否是同一的这一问题，也逐渐成为科学界一个具有重大争议的课题。科学界自18世纪70年代起，就开始了关于各种电的同一性的研究法拉第在研究这一问题时，广泛查阅了前人的研究资料，其中包括卡文迪许(H.Cavendish，1731~1810)、戴维(H.Davy，1778~1829)、安培(A.M.Ampere，1775~1836)、沃拉斯顿(W.H.Wollaston，1766~1828)等15位科学家的研究，时间一直追溯至1773年，这些在《法拉第日记》中有详细记录。前人的研究有的证明一些电的本质是同一的，一些则对此持怀疑态度，这主要表现在各种电的存在形式所体现的一些表面差异。例如，1829年，戴维在其关于电研究的一篇论文中，描述了各种电的差异：普通电(摩擦电)是非导体激发的，而且很容易被导体或不完全导体带走。伏打电是完全导体和不完全导体的结合所激发的，而且只能通过完全导体或最佳不完全导体传输。磁如果是电的一种形式，则只属于完全导体而且磁的其他形式属于一类特殊的导体。动物电只能附着在组成动物活体器官的不完全导体上。诸如此类的争论不绝于耳。1831年电磁感应现象的发现将电的同一性问题推上了争论的又一高度。1832年，戴维(J.Davy，1790~1868)甚至提出了电的组合理论。他认为各种电不是由单纯的一种力所形成，而是与阳光类似，由力的组合而成。各种力可有多种组合，从而形成人们所熟知的各种电形式。可以看出，按照该理论，各种电的本质是不同的

法拉第研究电的同一性的缘起关于电的同一性研究的种种争论和形形色色的各种假说，如果不加以廓清和解决，电学的进一步发展将会面临重重困难。正如法拉第在其论文中所说：我有幸呈现给皇家学会的电学研究，促使我不得不面对这样一个问题，就是对于以不同方式激发的各种电的同一性或

差别性，不应再存在任何疑问，这对我进行进一步的研究至关重要许多研究者凭借这段话来说明法拉第开始电的同一性研究的原因。例如英国学者马丁(T.Martin)认为：在1831年，说明他所得到的感应效应确实是电流是一件十分重要的事情，事实上也就是要证明，所谓的磁电和其他来自于伏打电池或摩擦起电机的电是同一事物。很多人仍对普通电、伏打电以及所已认识的其他形式的电的同一性持怀疑态度。于是在1832年的秋天，法拉第开始了系统的调查研究，试图证明各种不同形式的电都将会产生同样的化学效应、磁效应以及其他效应。绝大多数学者也基本持有类似的观点。比如法拉第的同事廷德尔(Tyndall，1820~1893)就认为法拉第之所以开始电的同一性的研究，是急于证明他所发现的磁感应电和其他形式的电的本质是一样的，如果电的同一性得到证明，将会为其以后的研究扫清道路。上述观点初看上去确实有些道理，因为法拉第在其论文中也的确给出了确凿的证据。但如果我们依据《法拉第日记》而不是其论文来做判断的话，就会发现此观点令人怀疑，是表面化的描述而不能揭示法拉第研究的根本原因。明显的两个疑点就是：1831年8月29日，法拉第发现电磁感应现象，随后几个月进行了大量的实验研究，发现了电磁感应定律，这段研究基本上至1832年3月26日完全结束。在3月26日前后，法拉第已进行过一些研究，试图证明磁电也可以产生其他电形式可以产生的各种效应。比如，2月8日，他证明磁电可以产生电火花效应。3月8日，不能证明磁电可以产生电解效应但可以产生生理效应；6月11日，试图利用磁电产生电解效应，结果失败。法拉第这些零星的研究，重点在于磁电，对于其他形式的电基本没有涉及。这些零散的、不成体系的实验研究说明法拉第在研究电磁感应现象期间及之后一段时间里，虽然可能关注电的同一性问题，但并没有急于研究并加以证明电的同一性的强烈愿望。

与之形成鲜明对比的是，1832年8月25日至12月24日，法拉第对各种电的同一性问题进行了集中重点研究。这些研究构成《法拉第日记》第二卷的起始部分，实验记录也被重新编号。而且该系列的研究不是从研究磁电开始，而是从摩擦电开始。这充分说明该系列研究与之前的零散研究相比，无论在内容还是形式上都完全不同。这巨大的差异充分表明，法拉第关于电的同一性的研究并非其电磁感应现象研究的自然延续，仅凭论文中法拉第的表面陈述来说明研究缘起，所得到的结论可能并不充分，我们须探寻这些差异背后的原因，才能说明法拉第为什么开始电的同一性的研究，以及他研究的真实状况和思想变化情况。如果对《法拉第日记》中的相关内容加以认真解读和仔细分析，并通读《法拉第日记》的前两卷，可以发现一条若隐若现的线索体现并贯穿电的同一性的研究，这条线索就是法拉第关于静电和电流作用机理的思索与研究。

在公开发表的论文中，法拉第如此定义静电(dinaryelectricity)：我所理解的静电是指从摩擦起电机、空气，或通过压力、晶体的分裂以及其他众多方式得到的电。它的典型特征是高强度，以及在相当大距离而不仅是可觉察距离上的引力和斥力作用。

在研究静电磁效应的过程中，法拉第通过实验发现，改变静电放电的强度和放电时间，而不改变总电量，产生的磁效应大致相同。沿着这个线索调查下去，通过逐步地实验研究，法拉第最终初步提出了电解第一定律1832年8月27日，法拉第通过实验发现，将相同数量的静电用不同的放电方式通过电流计，指针的偏转效果大致相同。

法拉第证明电的同一性对电学的发展起到至关重要的作用。

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