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为美国科学大厦奠基的人:约瑟夫·亨利

为美国科学大厦奠基的人——[美国]约瑟夫•亨利(1797~1878)

  在英国皇家研究院的实验室里,几位英国第一流的科学家法拉第、惠斯通、丹聂尔正在进行一次非常有意义的实验,他们试图从一端插在冰里、一端放在火炉上的温差电堆中引出电火花。丹聂尔首先走上前去,拿起与温差电堆连接的两根导线,将导线的两端不停地摩擦,然而导线末端并没有产生火花。惠斯通和法拉第也接着做了实验,结果同样未如人意,于是他们泄气了,认为是电堆产生的电流太小,不足以引起火花。而此时另外一位物理学教授不慌不忙地把一根长导线绕在手指上,形成螺旋状,并在其中插进一根软铁棒,然后把它们连接到电堆的线路中去。当他摩擦两根导线的端部时,明亮的火花产生了。他的成功实验博得了在场人士的赞赏,法拉第兴奋地拍着手说:“美国式的实验真了不起!”而这位了不起的美国科学家便是约瑟夫•亨利。

  从戏剧演员到大学教授

  约瑟夫•亨利(Joseph Henry)是美国著名的物理学家。他是移居美国的苏格兰清教徒的后裔,1797年12月17日出生于美国纽约州的奥尔巴尼市,父亲威廉•亨利是个穷苦的车夫。亨利小时候就被送到乡下同他的外祖母生活在一起,就读于哥尔韦乡村小学。为减轻家里的负担,他一边学习一边在附近的小商店里干零活儿。10岁时,一次偶然的机会他来到了教堂的藏书室,那里的传奇小说和戏剧脚本使他爱上了文学艺术。于是一到晚上,那家小商店里便会聚集许多人听他津津有味地讲故事,他成了村里公认的“有学问”的人。14岁时,父亲去世,亨利便回到奥尔巴尼市,为了生活,他中断了学业。不久,他参加了一个由年轻人组成的戏剧表演团体。亨利身材修长,面目清秀,适合扮演许多角色。他在舞台上那绝妙的演技征服了众多观众,很快他便在奥尔巴尼小有名气。有人感慨地说,如果亨利不是对科学产生了兴趣,他一定会成为著名的艺术家。而这段经历使他日后作为实验物理学家所需要的实验技巧和科学领导人所需要的组织、演讲才能得到了良好的锻炼。

  18岁那年,亨利第一次接触到了科普读物,那是英格兰的乔治•格雷戈里神学博士写的《经验哲学、天文学、化学普通讲义》。引起亨利注意的是书中开头提出的几个问题:“你向空中扔一块石头或者射出一支箭,为什么它不沿着直线,也就是你所给与的方向一直向前运动呢?……反之,火焰和烟为什么总是向上升,虽然没有使它们沿着那个方向运动的力?当你把蜡烛倒过来的时候……为什么它的火焰不落向地板呢?……再者,你窥视清澈的井水,看见自己的脸庞和形象,仿佛在那里,为什么会如此?你被告知这是由于光的反射而形成的,但什么是光的反射呢?”这一连串的问题和对它们的回答,使亨利对科学产生了兴趣。一口气读完整本书后,亨利决定辞去他在剧团担任的职务,献身于神圣的科学事业。多年以后,亨利自己也在书中提到这段难忘的经历,他写道:“虽然这不是一本深奥的书,但上帝保佑,它对我的一生产生了巨大的影响。那年,它偶然落在我的手上。……它把我的思想凝聚在对自然的研究上,使我在读它的时候就决定立刻献身于对科学知识的追求。”

  1819年,22岁的亨利通过自学作为超龄学生被奥尔巴尼学院破格录取。在那里,他系统地学习了数学、化学、物理学、生物学和解剖学,还自修了许多其他课程。3年后,亨利以优异的成绩从学院毕业。1824年,亨利被接纳为奥尔巴尼学会的会员,同年向学会递交了第一篇论文,题为《蒸汽的化学和机械效能》,虽然其中他并没有什么新的发现,但他的实践装置表演却十分成功,这显示了他作为一个实验物理学家的才能。1826年,亨利被聘为奥尔巴尼学院的数学和物理学教授;1832年,亨利迁居普林斯顿,担任新泽西学院的物理学教授。

  接过“富兰克林的披风”

  在美国物理学家富兰克林进行了轰动欧洲的电磁方面的研究之后的70年间,电磁学研究在美国几乎无人问津。由于当时电磁学方面的研究并没有任何实质应用的迹象,因而一向注重实用的美国人对此不感兴趣也在情理之中。然而亨利却独具慧眼,他认为“抽象科学”是技术进步的基础,任何一项重大的技术突破都是以科学的重大发展为前提的。

  于是,亨利开始致力于电磁学方面的研究,在安培理论的启发和直接指导下,他改进了当时的电磁铁,即将一组线圈紧密地绕在软铁棒的整个表面,如此一来,绝缘的就是导线本身,而不是被磁化的铁棒。一方面,经绝缘的导线可以在软铁上绕得很密,并可以缠上多层,这样就增加了线圈的匝数,磁力也自然增强了。另一方面,导线绕得越密,每一个电流环流和软铁棒的轴就越接近垂直。按照安培的理论,所有电流环流产生的磁力方向也就与软铁棒的方向趋于一致了。1828年,亨利用这种方法制作了第一块电磁铁。与天然磁铁相比,改进后的电磁铁的电流的磁效应表现得更为充分,能够产生强大的磁力,同时电磁铁能在瞬间改变它的极性,并能根据需要使磁力加大、减少或者消除,演示实验的效果十分令人满意。1831年,亨利为耶鲁大学制作了一台大型电磁铁,由于没有现成的绝缘导线,亨利就用好几个晚上来绕制。最后,用尽了手头所有的丝线和绸布也没有缠绕完,只得扯掉了妻子心爱的裙子,才使最后一段导线绝缘。这块电磁铁能吸持重达947千克的铁块,在当时是世界纪录。应该说,改进电磁铁是电磁学研究能够取得成功的第一步。电磁铁的改进对于电磁感应现象的发现和电磁电报的发明有决定意义,它大大增加了感应电流的强度,使人们有可能觉察到感应电流的存在。法拉第就是在亨利改进的电磁铁的基础上,用绝缘导线制成了有名的感应圈。

  关于电磁感应现象的发现,以及人们对法拉第的工作(1831年发现电磁感应现象)的了解已经够多了。亨利也是这一现象的独立发现者,然而人们对他的工作却知之甚少。实际上,亨利比法拉第早一年,也就是在1830年观察到了这一现象,然而由于当时的科学中心在欧洲,亨利无法了解电磁学的最新进展和研究成果,同时由于沉重的教学负担,以及设备不足

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来源:中国哲士网

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