电动机和发电机都是法拉第发明的(法拉第发明电动机的过程)

当今世界，到处都有3354部装有发光二极管(led)的电话、电灯、衣服、鞋子、帽子、婴儿车和儿童座椅。即使是小玻璃杯也配有用于验钞的紫色led和用于照明的白色led.在这个电气时代，电动机和发电机是两颗“明星”。那么，电动机和发电机是怎么发明的呢？

电动机、发电机的源头——

奥斯特发现“电生磁”

“电”和“磁”是我们非常熟悉的词。但是，它们之间有联系吗？对这个问题的研究直到19世纪才取得重大进展。

古人发现的“止芥”电现象和“磁铁引针”磁现象，引起了人们的思考：电和磁有什么联系吗？吉尔伯特，英国著名的医生和物理学家，曾经是皇家医师，他在1600年出版的巨著《论磁》中断言，电和磁之间没有因果关系。

1731年7月的一次雷电过后，英国韦克菲尔德的一位商人意外地发现他的新刀叉和钢针具有磁性。意大利一家五金店的钢刀也出现了类似的现象。1751年，美国物理学家富兰克林偶然发现莱顿瓶(一种可以储存电能的装置)放电后，附近的缝衣针被磁化。一艘在大西洋上航行的商船在一次雷击后失去了所有三个指南针.

"这是电产生的磁力吗？"这些现象促使德国巴伐利亚电力学院在1774年征集一篇题为《电力和磁力是否存在实际的物理相似性？》的论文。然而，没有人能够给出一个满意的答案。这时，法国物理学家库仑等人认为：“电就是电，磁就是磁，两者之间不可能有联系。”

当然，人们应该把这个问题追究到底。例如，1805年，两位法国数学家、物理学家和化学家让尼古拉斯和查尔斯用绝缘绳挂上伏打电池，看看它是否也像磁针一样在地球磁场中改变方向，但显然他们无法得到正确的结果。

丹麦物理学家、化学家奥斯特受19世纪一股科学思潮的影响，信奉德国哲学家、作家康德的哲学，认为自然力可以相互转化或统一。例如，他认为：“我们的物理学将不再是运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的任何现象的分散概括。我们将整个宇宙包含在一个系统中。”因此，他也加入了实验探索的队伍。

奥斯特

然而，在奥斯特将一根磁针放在导线前面并给导线通电后，磁针仍然保持不动，即使导线被强电流加热甚至发光。

1812年，奥斯特在他发表的论文《关于化学定律的见解》中疑惑地写道：“电是不是以它最隐蔽的方式作用于磁铁……”于是，寻找一种“类似的功能”成了他实验的内容。

1820年4月21日晚上，奥斯特像往常一样，给哥本哈根一些受过教育的人做了一个关于“伽伐尼电”的讲座。在助手的帮助下，白金用伏打电池通电，做电学演示实验。快下课了，当他不自觉地扳动电源开关时，意外地发现一根放置在细长的铂丝附近的小磁针微微晃动了一下，然后停在了与金属丝垂直的方向。这时，他既惊讶又高兴。这不就是他多年来一直希望的电流能产生磁场的效果吗？他激动得倒在平台上，连续试了几次3354，包括把小磁针移近或移远，都出现了类似的现象。

第二天，奥斯特和他的助手用20个伏打电池给电线通电，产生了更强的电流。对能在平面上自由旋转的磁针和能在空间自由旋转的悬浮磁针进行了类似的实验研究。结果表明，电流确实可以产生磁场3354，被玻璃、木头、水、树脂、石头隔离，无法阻止这个磁场吸引小磁针。这就是著名的“电流磁效应”，简称“电感磁”。后来人们称之为“电磁第一定律”。

电动机的发明

奥斯特发现“电产生磁”后，很遗憾没能利用它发明出由电驱动、能连续转动的装置——电机。

1821年9月3日，英国物理学家、化学家法拉第重复奥斯特的“电磁学”实验时，做出了人类历史上最原始的电动机的第一个原型——3354，这是一种装置，水银杯中的固定磁铁(或固定导线)绕着固定的通电导线(或固定磁铁)连续旋转。

法拉第

下一步是电动机的诞生、改进和发展。1828年，物理学家阿尼斯耶德里克展示了他发明的世界上第一台实用电机。这种自激式电磁转子旋转DC电机由三个主要部件(定子、转子和换向器)组成，采用水银槽换向器，永磁体产生固定磁场，旋转绕组。这台只用于教学的电动机，后来被存放在布达佩斯应用艺术博物馆，现在还能运转。匈牙利和斯洛伐克称赞他是马达和发电机的“幕后之父”。

世界上第一台电动机

发电机的发明

奥斯特发现“电产生磁”后，很多物理学家都在逆向思考：既然电能产生磁，那么它能通过磁产生电吗？法拉第就是其中之一。

法拉第的研究始于1822年，致力于设计多种“磁力发电”装置。其中一个是这样的：“在一个大的木制线轴上，缠绕着第一卷203英尺(约62米)长的铜线；在其匝间，缠绕具有相同长度但由棉纱绝缘的第二线圈。第一个线圈接电池，第二个线圈接电流表。”他试图通过第一个线圈通电后产生的磁场使第二个线圈产生电流——，这可以通过电流表指针的偏转看出。然而，无论他做了多少次实验，都没有看到预期的现在这一代。

通电导线连续旋转的装置

从1822年开始的9年努力失败了，但法拉第并没有灰心。

1831年8月29日，法拉第将电池数量增加到100个。在第一个线圈接在电池上的瞬间，他无意中看到电流表指针动了一下，然后又回到了原来的位置。但是，接通电源后，电流表指针不偏转。这时，他恍然大悟。原来之前的实验都是先打开电池再去电流表。此时第一个线圈回路中的电流处于稳定状态，所以第二个线圈中的磁场不再发生变化，所以没有电流产生。在这个实验中，打开电池，观察电流表。在接通的瞬间，第一个线圈回路中的电流从零开始变化，因此它产生的磁场也从零开始变化，从而导致第二个线圈中磁场的变化，最终产生“感应电流”3354，一种电磁感应(现象)，即“磁发电”。

1831年10月17日，法拉第制成了一种磁能发电装置——由圆柱形线圈和磁棒组成的原始发电机。这台发电机仍作为皇家学会的珍贵科学文物向公众展出。1832年，法国仪器制造商Hibert Pixii根据法拉第发现的电磁感应原理，成功研制出双线圈交流发电机，是所有发电机的始祖。

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