法國物理學家安培在得知這一消息後又重複了奧斯特的實驗,結果,提出了右手定律。不久,他又指出兩條平行導線通上同向電流時,兩者之間會互相吸引;通上反向電流時,便會互相排斥。1821年,安培進一步提出了分子電流假說,即物體內每個分子都帶有一個環形電流,從而表現為一個微型電磁體。當這些微型電磁體整齊排列時,整個物體就呈現出磁性;當這些微型電磁體排列雜亂時,物體就不顯磁性。70多年後,當這一假說被證實後,安培的天才假說就更為世人所刮目相看了。
當歐洲各國科學界為電磁學研究投入了眾多關注的目光時,英國科學界對此卻非常冷漠,毫不理會。隻有這位戴維博士的老友沃拉斯頓看到了它的深遠意義,他認為奧斯特實驗中表現出來的磁力有可能使載流導體繞自己的軸旋轉。1821年4月,他邀請戴維博士共同做了一個他所設想的實驗:在兩個金屬碗中間夾一根直導線,通上電流,然後拿一根磁棒移近導線,導線就會繞著自己的軸轉起來。儀器安裝好了,導線卻沒有轉。他們不斷地總結可能失敗的原因,並接著實驗,可是結果還是沒有成功。
當兩人正在討論失敗的原因時,法拉第從外麵回來了,他仔細聽了兩位博士的討論,這件看似尋常的事情卻對勤於思考的法拉第帶來了不小的觸動。
當時法拉第應《哲學年刊》之邀準備寫一篇係統地介紹和評論有關電磁學的文章,所以他仔細研讀了19世紀以來各種有關的電磁學文獻,並重複了一係列重要的實驗。之後,法拉第寫了一篇《電磁學的曆史概要》,發表在《哲學年刊》上。這樣一次係統的研究也激發了他對電磁學的濃厚興趣。
法拉第在沃拉斯頓博士的實驗啟發下,開始著手設計自己的實驗。他認為在磁力作用下的通電導線將會繞磁棒旋轉,而並非像沃拉斯頓博士設想的那樣自轉。
1821年9月的一天,法拉第設計了這樣一套裝置:把一根磁鐵棒豎直固定在一個裝有水銀的容器裏,讓磁棒的一端露出表麵,在磁棒附近懸掛一根導線,並使其與水銀及容器底部形成一個閉合回路。當法拉第給這根導線接上電源時,令人激動的事情發生了,導線繞著磁棒歡快地轉了起來。
此後,法拉第又找到了新的實驗方法改進他的實驗。他設計了一套對稱的實驗裝置。
如左圖所示,在這套裝置中,右邊是和前一次實驗類似的設計,左邊則恰恰相反,在裝水銀的容器的底部裝上一個可自由活動的磁棒,讓其上端露出水銀麵。在水平支架上垂直固定一根導線,使它的下端正對著容器中央固定磁棒的位置,並浸入水銀之中,從而與水銀及容器底部形成一個閉合回路。
這次實驗非常成功,實際上他不僅僅實現了通電導線繞磁棒的轉動,而且實現了磁棒繞通電導線的轉動。
雖然在此之前,奧斯特與安培等人的實驗都已證明了製造電動機的科學原理,但實際上,讓載流導線在磁場的作用下能夠做連續的運動,這卻是人類曆史上的第一次。盡管在當時,這種裝置還無法使工廠的機器運轉起來,但根據其原理,電動機的出現成了一種簡單而必然的事情。
液化氯氣
戴維博士從歐洲旅行回國之後便辭去了皇家學院化學教授的職務,就這樣,曾風靡一時的化學講座也停辦了,皇家學院又一次麵臨著嚴重的經濟危機。為此法拉第接受了大量的商業性化學分析工作,為皇家學院籌集資金。這花去了他太多的精力和時間,但也為他本人贏得了很高的聲望,尤其是在1820年的一次法律糾紛之後。
當時一家糖廠發生了火災,糖廠要求保險公司賠償損失,法拉第應邀擔任了保險公司的科學顧問。然而令他感到尷尬的是,戴維博士正是這家糖廠的科學顧問。富於科學精神的法拉第沒有顧及老師的麵子,他以精確的實驗數據為保險公司贏得了這場官司。這樣的結果完全出乎意料,一邊是當時最光彩照人的著名化學家,一邊是名不見經傳的實驗室助手。輿論和傳媒的大肆宣揚,使戴維博士非常難堪,從此便埋下了師徒不和的種子。
1821年10月21日,《科學雜誌季刊》上發表了法拉第一篇題為《論某些新的電磁運動及電磁理論》的論文,文中介紹了他的電磁旋轉實驗。然而這篇論文的發表,給他引來了一場不愉快的風波。
因為,在英國科學界,幾乎人人都知道沃拉斯頓博士一直在致力於這項實驗的研究,然而忽然間皇家學院的實驗室助手--法拉第的相關論文卻發表了,人人都懷疑是法拉第剽竊了沃拉斯頓博士的成果。尤其是戴維博士,也開始懷疑起自己學生的品格是否高尚誠實。
在法拉第的多次努力下,事情最終得以明了,但他與戴維博士10年來的師生情誼卻已出現了無法愈合的裂痕。
物質都存在固、液、氣三種狀態,這是現在中學生都懂得的事情,然而在100多年前,人們還完全不懂得這個原理。盡管人們對固態的冰、液態的水、氣態的氣非常熟悉,但由於很少看到其他物質的三態變化,因而仍然堅信存在永久性的氣體。甚至當時流行的拉瓦錫理論對此也存在一種錯誤的認識。
戴維博士是一位有著敏銳洞察力的科學家,他對物質的三態提出了一種合理的看法:他認為物質都有固、液、氣三態,如果分子間的吸引力大於排斥力,物質就呈現為固體;如果分子間的吸引力等於排斥力,物質就呈現為液體;如果分子間的吸引力小於排斥力,物質就呈現為氣體。
法拉第憑著長期以來在化學研究中形成的一種直覺,毫不遲疑地站在了戴維博士的一邊。他堅信:在適當條件下,物質的三態是可以互相轉化的。
1823年春天,法拉第在一次實驗中成功地將氯氣液化了,這對當時人們關於物質狀態的理論無疑是一次很強的衝擊。一天,法拉第正在實驗室中研究氯的水合物成分,並且得到了一些結果,戴維博士從外麵回來,知道了法拉第的研究進展,便建議法拉第把氯的水合物放在密閉試管裏加熱試試看,說完就走了。
法拉第照著戴維說的做了。他找來一個大試管,裏麵裝上氯的水合物晶體,用火焰把試管口上的玻璃燒化封了口,然後,把試管下端放在一個裝滿水的大燒杯裏,燒杯下用火加熱。漸漸地,試管裏的晶體開始融化,分解成兩種流質,占3/4的部分是淡黃色的,有點像水,餘下的1/4是凝重的深黃色,沉在試管的底部。
正在這時,教授帕雷斯路過實驗室,看見法拉第正在做實驗,就走了進來,他見到試管底部沾著黃色的油跡,就責備法拉第使用了不幹淨的試管。於是當著帕雷斯教授的麵,法拉第又取了一根幹淨的試管重複了這個實驗,結果油跡又一次出現了。帕雷斯教授無法解釋這種現象。教授走了之後,法拉第繼續著他的實驗。
第二天一早,帕雷斯收到了法拉第寫給他的便條:
親愛的先生:
昨天您注意到的油跡原來是液態的氯。
您忠實的邁克爾·法拉第
法拉第的實驗證明了在恰當的條件下,物質可以變成三態中的任何一種狀態,這徹底糾正了人們長久以來形成的錯誤觀念。
皇家學會的新成員
1823年5月1日,沃拉斯頓博士同其他幾位學會會員共同簽名舉薦法拉第入選英國皇家學會。此時的法拉第已完全具備了入選的資格,但作為皇家學會會長的戴維對他的學生仍耿耿於懷,他堅決反對法拉第加入皇家學會。他甚至怒氣衝衝地找到法拉第,要求法拉第主動撤回他的皇家學會會員候選人的資格證書。結果,法拉第堅決地回答說他並沒有什麼可以撤回的,因為他自己並沒有提名自己當皇家學會會員的候選人,而且據他所知,推薦他的那些朋友也同樣不會撤回這次提名的。戴維惱羞成怒,說他作為皇家學會會長,將親自撤銷法拉第的候選人資格。
戴維的想法並沒有成功,但在他的阻撓下,入選資格審查一直拖延到第二年的1月8日才得以舉行。
時間總會衝淡一切的。事情過去之後,師徒雙方都有些後悔他們在這場衝突中的舉動。法拉第多次在公開場合盛讚戴維的貢獻,而戴維在第二年,即1825年2月7日提議法拉第接替他的職務,擔任皇家學院實驗室主任。
戴維是一位富有獻身精神的科學家。他在實驗中多次受傷,致使他疾病纏身。1829年,身患重病的戴維在日內瓦療養。當有人問他一生中最偉大的發現是什麼時,他沒有提那幾種使他名揚天下的元素,而是說發現了一個人,那就是法拉第!1829年5月,年僅51歲的戴維離開了人世。
法拉第成為皇家學院新任的實驗室主任,經濟問題再一次擺在了法拉第這位新任實驗室主任的麵前。1825年,法拉第創辦了星期五晚間討論會,這個討論會後來成為維多利亞時代最負盛名的討論會。在這兒,各種職業的科學家或業餘的科學愛好者都可以登台宣布他們的某些看法或發現,氣氛活躍,討論熱烈,因此,吸引了很多人。
然而最受歡迎的還是法拉第本人的講演。他討論的話題非常廣泛,包括熱、電、磁、化學、動物、植物等等。
從1825年到1862年退休,法拉第主講了100多次星期五晚間討論會。
電磁感應
從1821年開始,法拉第的電磁旋轉實驗成功之後,法拉第曾多次試圖用實驗來實現那個縈繞於他腦海中的夢想--磁生電。
1831年8月29日,他設計了一套新的實驗裝置。他用軟鐵做了一個直徑6英寸(1英寸=2.54厘米)的鐵環,然後在鐵環的兩邊繞成兩組線圈:A組和B組。將B組線圈與一個電流計相連,這時給A組線圈通電。在電源接通的瞬間,法拉第發現電流計的指針迅速地擺動了一下。這瞬間的指針擺動令法拉第異常興奮,這不正是他10年來想要看到的嗎?然而令他疑惑的是,為什麼在B組線圈中感生出來的電流是如此短暫,隻有在電源被接通或斷開時才會產生?
9月24日,法拉第又重新設計了一個新的實驗:在一根鐵棒上繞上一個線圈,線圈兩端與一個電流計相連,把兩根磁棒安置成倒置的V形,使一根磁棒的N極與另一根磁棒的S極相觸。當他把繞有線圈的鐵棒夾入或抽出兩根磁棒的夾角時,電流計都有短暫的擺動,這個實驗更清楚地表明了:磁能夠生電,盡管非常短暫。