法拉第的电磁学实验研究—根据《法拉第日记》进行的分析

摘要

法拉第是19世纪最重要的实验物理学家之一,他一生作出了许多重要的科学发现,并在其实验研究基础上提出了力线思想及场思想,对后人的科学研究产生了极其重要的影响。这些科学发现的原始过程以及科学思想的雏形均在其日记中得到详细地描述和记载。目前,虽然有国内外学者对法拉第及其日记作了一些研究(有关前人研究状况及重要的研究文献,详见本文绪论部分),但对《法拉第日记》中的众多史料挖掘得还不够深入和全面,对其科学发现及科学思想的评价还存在争议和分歧,而且迄今为止,还未见有人对英文七卷本《法拉第日记》进行全面系统地研究。本文基于《法拉第日记》、法拉第的论文、书信、档案等原始文献,对法拉第的电磁学实验研究工作进行了系统考察和深入分析,力求对其科学发现作出更为全面、客观的评价,同时也澄清了国内外物理学史界对于法拉第电磁学实验研究工作存在的一些模糊认识,具体内容有以下几个方面。第一,对法拉第发现电磁旋转现象的实验过程及其进行的相关研究进行系统考察,通过与安培及沃拉斯顿的研究进行对比,说明法拉第的研究对两者均有借鉴,但法拉第在其研究过程中又有自己独特的方法和特点,这是他成功的原因所在;此外,笔者还探讨了法拉第研究电磁旋转现象的起因,说明了其发现的原始实验装置和指导思想,在此基础上澄清了前人的一些认识分歧和错误,并对法拉第该阶段的研究方法和科学思想进行了讨论。第二,通过研究《法拉第日记》,并与法拉第公开发表的论文及其他研究料进行对比分析,详细说明了法拉第电磁感应定律的建立过程以及法拉第思想的发展变化情况。本文指出:法拉第在发现电磁感应现象之前已经预见到了感应电流的瞬时性;法拉第发表的论文存在署名日期提前现象,因此不能根据论文的署名时间判定法拉第的科学发现和理论的提出时间;法拉第在研究电磁感应现象期间,思想上存在一个从“电紧张态”向“磁力线”的转变过程,力线思想是在这期间形成和确立的。第三,详细叙述了法拉第对地磁电感应现象的研究过程,并对其该阶段的科学思想变化情况进行了探讨。说明了法拉第研究地磁电感应现象受到了地磁学研究的影响。通过研究地磁电感应现象,法拉第发现了电力、电流和电阻三者之间的相互关系,从而揭示了欧姆定律的内容。第四,阐明了法拉第对阿拉果铜盘实验的研究和解释过程,说明法拉第对阿拉果铜盘实验现象的研究和解释与其同电磁感应现象的研究是相辅相成的。电磁感应现象的发现和研究为解释阿拉果实验提供了途径,同时,阿拉果实验为法拉第研究电磁感应提供了有价值的参考和借鉴之处,促进了其关于电磁感应现象的研究。第五,分析了法拉第研究静电感应现象的指导思想和理论基础,详细介绍了法拉第研究静电感应现象的过程,指出法拉第研究静电感应现象完全是基于粒子的“电紧张态”理论。在此基础上,说明了无论是在理论还是在实验研究方面,法拉第关于电解现象的研究都对其进行的静电想象研究产生了重要的影响。第六,根据《法拉第日记》及其他相关文献资料,对法拉第力线思想的形成与发展过程进行了分析和讨论,阐明了法拉第力线思想的形成与其实验研究活动之间的紧密联系,指出了力线思想的基本内涵及其意义。说明了法拉第的电磁力线思想不仅对麦克斯韦建立电磁场理论具有重要影响,而且是经典电磁学的重要内容之一。在上述研究及论述的基础上,本文最后对法拉第电磁学实验研究的一些特点进行了分析和总结,揭示了其科学发现及科学理论的重要意义。

目录

摘要

Abstract

绪论

第一节 法拉第的生平及其科学探索之路

第二节 国内外关于法拉第的研究状况及本文的研究内容与拟解决的问题

第三节 本文依据的主要文献综述

参考文献

第一章 对电磁旋转现象的研究

第一节 前人研究的代表性观点及分歧

第二节 安培和沃拉斯顿对电磁旋转问题的研究

第三节 法拉第对电磁旋转现象的实验研究

一、实验发现过程

二、电磁旋转相关实验研究

结论

参考文献

第二章 电磁感应定律的建立及法拉第思想的转变

第一节 前人研究的代表性观点及分歧

第二节 发现电磁感应现象前的相关实验研究

第三节 电磁感应现象的发现及感应定律的建立

第四节 法拉第思想的转变

结论

参考文献

第三章 对地磁电感应现象的研究

第一节 关于地磁的研究状况及法拉第研究地磁电感应现象的原因

第二节 利用地磁产生电磁感应现象

第三节 关于地球自转是否产生感应电流问题的研究

第四节 对于电力、电流及电阻三者之间关系的研究

结论

参考文献

第四章 对阿拉果铜盘实验现象的研究和解释

第一节 阿拉果铜盘实验现象的发现及相关研究状况

第二节 法拉第对阿拉果铜盘实验现象的研究和解释

结论

参考文献

第五章 对静电感应现象的研究

第一节 法拉第研究静电感应现象的指导思想和理论基础

第二节 关于静电存在于导体表面还是介质表面问题的研究

第三节 对多种物质的特殊感应能力进行测定

第四节 证明静电力以曲线方式传递

结论

参考文献

第六章 法拉第力线思想的形成过程

第一节 力线思想的萌芽

第二节 力线思想的形成

一、对电磁感应现象的研究

二、对电解现象的研究

三、对静电现象的研究

第三节 力线思想的成熟及场思想的形成

结论

参考文献

结语—法拉第电磁学实验研究的特点

一、卓越的实验能力是法拉第能够作出众多科学发现的根本原因

二、法拉第的实验研究有深刻的宗教及自然哲学思想背景

三、法拉第的实验研究体现了灵活性和坚定性的统一

四、力线思想几乎贯穿法拉第电磁学实验研究生涯的始终

五、法拉第的实验研究体现了其惊人的直觉和抽象思维能力

参考文献

致谢

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