磁感应强度公式（电磁感应定律）

本节要讲的是改变世界的法拉第定律，也叫电磁感应定律。法拉第定律最简单的演示过程是这样的：拿一个磁铁穿过一个电线线圈，电线线圈中就会产生电流，这就叫作电磁感应现象。就这样，电和磁联系了起来。在此之前，人们知道电流会产生磁场，但还不知道反过来的现象：变化的磁场也会产生电流。也就是说，电磁互相感应，电磁互生，这也是我们在“电磁现象”中将电和磁并列的原因。

为什么说这个定律改变了世界？因为在此基础上，法国人很快就发明了发电机，有了发电机，人类才进入了电气时代。在这里，我们要分清电动机和发电机的区别，发电机比电动机更重要，有了发电机，我们就可以将机械能、化学能、水能和风能甚至核能变成电能，然后将其保存起来，输送出去。而电动机是法拉第于1821年发明的，比他发现电磁感应现象还要早10年。当然，电动机也十分重要，它的工作原理基于另一个电磁现象，也就是电流产生磁场。

当磁铁穿过一个电线线圈时，电线线圈中就会产生电流

我们在上一节里讲过电荷之间存在排斥力和吸引力。既然有电荷，那么有没有磁荷呢？答案是，没有。可以说，不仅在地球上找不到磁荷，甚至在银河系里也找不到磁荷。大家可能会问，那磁铁是怎么回事？没错，磁铁的南北极之间会产生排斥力和吸引力，但磁铁没有磁荷。

我们已经知道，电流会产生磁场，其实，磁铁也会产生磁场。我们现在很熟悉且用起来很方便的电场和磁场这些概念，也是法拉第提出的，而且是他在发现电磁感应现象之后提出的。

如何理解磁场？其实很简单，拿一张纸，在上面撒满铁屑，然后将一个磁铁放在纸下面，纸上的铁屑就会排起队来，这支队伍的方向就是磁场的方向。当年法拉第提出“场”的概念时，用的也是类似的方法。

磁铁产生的磁场方向

我们知道，电荷之间产生的力的方向是两个电荷连线的方向，用法拉第电场的概念来表达就是，一个电荷在某个位置上产生的电场，其方向在这个位置与电荷的连线上。库仑定律认为，一个电荷产生的电场强度，随着距离的增加而衰减。

现在我们可以解释一下为何磁铁不是磁荷了，因为一个磁铁产生的磁场，完全不像一个电荷产生的电场，反而像一个正电荷加一个负电荷产生的电场。

接下来，我们再看看电流产生的磁场是什么样的。再来做一个小实验：我们在一条有电流通过的电线附近放一个指南针就会发现，指南针指的方向在与电线垂直的平面上，而且，这个方向本身也与电线垂直。

也可以拿一根电线穿过一张纸，使电线和纸垂直，这样磁场就可以用在纸上画出的一个个同心圆来表示。

电流能够产生磁场，是丹麦物理学家奥斯特发现的。在历史上丹麦诞生了两个大物理学家，一个是大家耳熟能详的玻尔，另一个就是奥斯特了。在1819年奥斯特发现电流可以产生磁场后，不过两年时间，法拉第就利用这个现象发明了电动机。

那么，电磁感应现象又是怎么回事呢？还用我们刚才做的那个小实验：先把电线做成线圈，再拿一个磁铁穿过这个线圈，这时就会发现，线圈会短暂地出现电流。

通电导线产生的磁场方向

为什么这个线圈会出现电流？因为出现了电场，从而推动了线圈中的电子，当磁铁穿过线圈时，线圈附近的磁场就发生了变化。

法拉第定律是当磁场发生变化时，电场就会产生。这样我们就能理解“电磁感应现象”了，也就是磁场电场互相感应。

在法拉第发现电磁感应一年后，就有人发明了发电机。发电机的原理是，用机械力推动磁铁转起来，转动的磁铁使固定的电线线圈产生电流。我们日常所用的电灯中的电流就属于这种电流。

法拉第定律认为，磁场变化会导致电场出现。而楞次定律指出了新出现的电场的方向。

法拉第1831年的这个发现，彻底改变了世界。从那时开始，人类进入了电气时代。当然，法拉第在1821年发明的电动机，在电气时代是不可或缺的。

我们经常会说，18世纪中叶出现了第一次工业革命。第一次工业革命的代表作瓦特蒸汽机和珍妮纺织机其实都是在牛顿力学的基础上制造出来的。

而发生在19世纪中叶的第二次工业革命，则受惠于电磁学的发展，法拉第在电磁学发展中起到的作用超过了其他的所有人。

至于法拉第的个人故事，可以说是一个经典的穷小子逆袭的故事。

1791年，法拉第出生于英国的一个铁匠家庭。因为家里穷，法拉第几乎没有受过什么正规教育，只上过两年小学。为了生计，法拉第12岁就当了报童，13岁就到一个书商家里当学徒。在书商家里做事，正好给了他读书的机会。他在《大英百科全书》里偶然看到了关于电学的部分，从此就喜欢上了电学，还自己动手制作了静电起电机。法拉第的这个经历为他后来发明电动机打下了基础。

后来，法拉第参加不同科学家举办的演讲活动，在这些活动中，他遇到了他的贵人——英国物理学家、化学家戴维（戴维尽管是法拉第的贵人，但同时也给法拉第带来了不少波折）。戴维是一位了不起的科学家，比如钠、钾、镁、钙等很多化学元素都是他发现和提纯的。20岁的法拉第成了戴维的助手。

法拉第

1813年，戴维带着22岁的法拉第从英国出发去欧洲大陆旅行。这时的法拉第不像是戴维的学生，更像是他的仆人。但是法拉第不在乎这些，他好好地利用了这次旅行，向很多大科学家学习，还学会了法语和意大利语。

慢慢地，戴维发现法拉第将来的科学成就有可能超过他，不免产生了嫉妒心。于是，他对法拉第说，你得去跟一个人学习如何制造高纯度的玻璃，好用来制造望远镜。法拉第比较老实，就真的去学习如何制造玻璃了。学了很久，他也无法制造出那种玻璃。要知道，制造望远镜需要的玻璃不仅是一门技术，更是一门艺术。至今，世界上也只有极少数的几家公司能够制造大型望远镜所需的玻璃。

尽管法拉第在制造玻璃上浪费了不少时间，但他还是很快就回到了正轨，他在30岁时发明了电动机，40岁时发现了电磁感应现象。当然，他在其他物理领域和化学领域也有不少发现。法拉第在英国物理学界的地位处于牛顿和麦克斯韦之间，是英国最伟大的物理学家之一。

法拉第不喜欢荣誉，拒绝了女王授予他的爵位，也拒绝了很多其他荣誉。

那么，是不是可以说电磁学是法拉第一个人建立起来的呢？当然不是，除了法拉第，还有下堂课里我们要讲到的麦克斯韦；在法拉第之前，还有丹麦的奥斯特，他发现了电流能产生磁场；还有安培，他发现了磁场的方向是如何确定的，也就是安培定律，当然，安培还发现了楞次定律。

牛顿力学启动了第一次工业革命，电磁学启动了第二次工业革命。在我看来，量子力学启动了第三次工业革命。如果说牛顿几乎以一人之力建立了牛顿力学，那么，在电磁学建立的过程中，法拉第就是在实验方面贡献最大的人。

我们还发现，无论是牛顿还是法拉第，他们出身都很普通，法拉第甚至是一个逆袭的偶像。同时，他们都是英国人，这也奠定了英国在西班牙之后称霸世界的科学基础。