中外科学家发明家丛书:法拉第_2-第4节
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六、电解定律的创立
发现电磁感应定律后，法拉第又对电现象进行了大量广泛而深入的研
究。他有一个坚定的信念——大自然是统一的、和谐的。
大自然中万物纷呈，变化无穷。电，能生光、生热、生磁，引起各种化
学反应；反过来化学作用也能产生电，磁也能产生电。法拉第以为，所谓的
电、光、热、磁，以及化学亲和力、万有吸引力——这些无所不在、千变万
化的力，实质上是源于大自然的同一的力。它们只不过是名称不同、表现形
式各异罢了。
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根据这个认识，法拉第开始研究电的统一性。到那时候为止，除了雷电
之外，已经发现的有五种不同来源的电——摩擦电、伏打电、热电、动物电
和磁感应电。这五种电有相同的地方，也有不相同的地方。有人认为它们是
同一种东西，有人则认为不是。众说纷纭，莫衷一是。法拉第对这五种电进
行了全面的考察。将电的效应归纳为静电的与电流的两大类；电流的效应又
分为发热、磁、化学分解、生理效应、电火花五种。法拉第根据自己的实验
结果，证明了前三种电有静电与电流的全部效应；动物电显示了生理、磁、
化学等三种效应；热电只显示生理效应和磁效应。他把这几种电间的差别归
因于“电量”和“强度”的不同，而不是本质的不同。于是，法拉第得出了
结论“不论电的来源如何，它们的本性都是相同的。”法拉第用电的同一性
为他的信念——“自然是统一的”提供了有力的论据。
电的同一性研究直接导致法拉第发现了电解定律。
今天我们都知道，物质都是由分子组成的，而分子则由原子组成 （也有
一些单原子分子）。分子是保持物质化学性质的最小颗粒。原子是由带正电
的原子核与带负电的电子组成的，原子间之所以能够化合，就是靠着电的引
力。以上的结论，现在听起来很简单，但却是几代科学家（法拉第就是其中
的一员）耗尽心血，研究、实验、探索，最终才认识到的。
19世纪初，人类对电的研究还很粗浅，对于物质结构与电的关系，更是
茫然无知。电是什么？物质是什么？电、物质结构与化学变化之间又有何关
系？对于这些问题，各国科学家争论不休。有人认为，电就是一种微粒，构
成了物质；有人认为，电是物质微粒的一种振动，就像热那样；有人则提出：
电是流体。德国科学家格罗图斯提出一种假说，认为产生伏打电的伏打电池
实际上是块电磁铁。戴维则主张，电是与分子不可分离的一部分。安培提出
有分子电流存在，并用分子电流来解释了磁铁的磁性，但认为分子电流的电
量是“组成分子的原子分解以后的产物”。德拉里弗却又主张：电和物质是
两种不同的东西，是可以各自独立存在的……
电、分子、化学变化的内部机制，这些都是微观现象，是无法直接观察
到的，要从人们能够观察的宏观现象去推断微观的结构，是相当困难的事，
难免会出现种种混乱与错误。
1832年，法拉第开始从事电化学研究的时候，面临的正是这样的各种理
论纠缠在一起、难以分辨真理与谬误的局面。针对这种情况，法拉第首先了
解各种意见，进行鉴别比较。对每家的理论学说，分别实验，检验其正确与
否和实用价值。对于自己的种种设想，法拉第也是用实验来验证。
走过了许多的弯路、碰了一次又一次的钉子后，法拉第最后终于找到了
研究电化学规律的办法——称量出电极上析出的物质重量，把它与流过电极
的电量进行比较。于是，法拉第试图发明一种能够测量“电”量的大小的仪
器，以确定各种电之间量的关系。但用什么方法来制造这样一种仪器呢？
才思敏捷的法拉第想到了电解方法。电解现象早已发现了，并已被科学
家们用来获取或提炼某些化学元素。法拉第想：电解时分离出来的物质的量
一定是与通电量的多少有关，比如水电解时产生了氢和氧两种气体，那么能
否根据电解时从电极上逸出的气体量的多少，来计算出通过水的电量呢？想
到这些，法拉第又进行了大量的实验。
经过大量实验证实了他的想法：电解时分离出来的物质数量与通电量两
者之间存在着严格的量的关系。于是，电量计创制出来了。同时，一个远比
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电量计更为重要的规律也随之问世了，这就是著名的“法拉第电解定律”。
电解定律是法拉第在研究与发明电量计过程中的意外收获，也可以说是
电量计的副产品，但其重要性却是电量计的千百倍。这如同一个进行潜水锻
炼的爱好者，在进行锻炼，达到了强健体魄目的同时，在水中发现了古代装
满贵重物品的沉船。
电解定律有两条：
一、电解的时候，在电极上析出的物质重量，与通过电极的电量成正比；
二、如果在同时间内通过的电量相同，那么析出的不同物质的化学“克
当量”数相等。（电解一个克当量物质的用电量，叫一个“法拉第”，等于
96484库仑。）
下面，我们就用法拉第实验最多的“水的电解”为例，来说明这两条定
律。
把两片铂做的电极插在水中，通上电流，负极上就会有氢气析出，正极
上则有氧气析出。根据第一定律，两个电极间通过的电流量越大，时间越长，
电极上所析出的氢气与氧气就越多。
为了理解第二定律，先要知道什么叫做当量、克当量、克当量数。再以
水为例。我们知道，每一个水分子是由两个氢原子与一个氧原子组成的，用
结构式表示，就是：H…O…H。而氢（H）的化合价是1，氧（O）的化合价为2；
那么，元素的原子量被化合价除，就是这个元素的当量。如：氢的原子量是
1、化合价也是1，那它的当量就是1；氧的原子量是16、化合价是2，那它
的当量就是8。1克氢称为1个克当量氢，它的克当量数是1；2克氢称为2
个克当量氢，它的克当量数是2；……元素化合成化合物或化合物分解成元
素时，每一元素的重量比等于当量比，所以它们的克当量数就相等。比如电
解9克水，一定得到1克氢与8克氧，氢与氧的克当量数都是1，是相等的。
有了这些关于当量的知识，我们就可以说明法拉第的第二电解定律了。
根据这条定律，要电解出1克当量的氢气（重1克）与1克当量的氧气（重
8克），两片铂电极之间就需要通过一个“法拉第”的电量，也就是96484
库仑。同样，比如铜的当量是31。8，氯的当量是35。5，那么电解氯化铜水溶
液的时候，要得到31。8克铜和35。5克氯气，也需要一个“法拉第”的电量。
生物进化论奠基者达尔文说过：“科学就是整理事实，以便从中得出普
遍的规律或结论。”法拉第电解定律的创立过程，非常清楚地印证了达尔文
的这句名言。电解定律完全是从大量的实验与浩如烟海的实验数据中发现
的，是通过实验数据的汇集、分析、整理和总结得出的规律。法拉第之所以
能够发现这个规律，除了他的坚韧毅力与极为细致、负责的工作态度外，还
缘于他的敏锐观察能力和他对电学与化学两门学科兼通的本领；而他在青少
年时期，在里博的订书铺，通过刻苦自学所打下的坚实的实验能力与电学、
化学知识的基础，无疑也是一个重要的成功因素。
在创立电解定律的过程中，法拉第还制订了一系列新的电化学术语——
电极、阳极、阴极、电解、电离、离子、电化当量……这些术语一直沿用到
今天。法拉第在电化学学科中取得了如此大的成绩，被公认为电化学的先驱。
两条电解定律是电化学的基础，直到今天仍在电解与电镀工业上广泛应用。
另外，法拉第电解定律还有更深一层的意义：它的光芒照亮了半世纪后
电子论的发展道路，为发现原子的内部结构奠定了初步的理论基础。
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七、物理学的革命——场论
物理学中的场论思想也是起源于法拉第。1831年，法拉第作出了他最伟
大的发现——电磁感应。10年研究的愿望一旦实现，他固然感到极度兴奋，
但同时也感到了震惊。因为用当时在物理学界占绝对统治地位的牛顿力学，
已经无法解释电磁感应这个新现象了。
牛顿认为，宇宙空间除了粒子以外什么也没有，而没有粒子的地方则是
一无所有的真空。
“真是一无所有吗？”法拉第对牛顿的说法感到了怀疑。
直觉告诉法拉第，空间不可能真的像牛顿所说的那样，除了以超距作用
相互作用着的粒子以外，什么东西也没有。比如在一根磁棒周围撒一把铁屑，
铁屑就会描画出了一条条曲线。这是因为铁屑在磁棒周围被磁化，变成了无
数个小磁针。它们所指示的方向就是磁棒对小磁针作用力的方向，因为各点
方向不同，所以形成了曲线。法拉第把这些曲线叫做“力线”。他认为：磁
棒周围的空间存在着这种从宏观无法观测到的力线。
古希腊哲学家亚里士多德等人，在讨论磁铁的磁性时就使用过“力线”
这个名称。他们用力线解释磁力，但是并不把它当做实有的东西，也没有给
它下一个确切的定义。而法拉第给力线下了明确的定义，它不仅表示磁力的
方向，还可以表示磁力的大小。他把力线当作实实在在的东西，用力线来思
考问题、解决问题。
在实验中，法拉第使导线在两个磁极中间运动，由于电磁感应的存在，
导线所形成的闭合电路中就产生了感生电流。法拉第认为：如果两个磁极间
的空间真的是“一无所有”的真空，那么导线中的感生电流又是从何而来的
呢？显然，空间并不“空”。两个磁极之间的空间内充满了力线；它们是实
际存在，可以被切割的线。导线的运动如果切割了力线，导线所形成的闭合
电路中就会有感生电流出现；切割的导线越多、速度越快，感生电流就越大；
导线的运动如果不切割力线，电路中也就不会有感生电流产生。
所以，法拉第认识到，不仅磁铁周围的空间有力线，电流周围空间也存
在着力线。磁铁与电流周围的力线指示磁针的受力方向，所以应叫磁力线；
而充满了磁力线的空间应叫磁场。
就这样，法拉第的场论思想诞生了。他突破了牛顿力学的势框，开创了
一项完全不同于以往思想的新的分支学科。牛顿认为，宇宙空间就是一无所
有的真空；法拉第却认为，宇宙空间内充满了场，其中有磁力线、电力线，
如果再考虑到光、热、引力……那场的性质就更加丰富了。牛顿认为，物质
只有一种形态——实物，而实物则是由无数个弹性小球式的粒子构成的；法
拉第则认为，所谓的实物粒子就是力场的中心奇点。牛顿认为，空间与物质
无关；法拉第却“把物质化为‘力的中心’，又把物质有运动倾向的方向性
质化为 ‘物理上实有的力线’。”牛顿学派认为，万有引力、电力、磁力都
是超距作用；法拉第则认为，这些力量以物场为中介，像波一般传递的。牛
顿学派认为，有一种力的存在，就会对应着一种物质，各种力之间没有关系；
法拉第却认为，各种力是统一的，电、磁、光、热、引力都相互联系，可以
在场中相互作用，相互转化。
如果把苍茫的宇宙比做一场戏，那么牛顿所描述的宇宙就是一场古代戏
剧，表演是在空荡荡的广场上进行的，物质在空间运动就如同演员在广场上
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表演，演员与广场彼此间不发生任何关系；而法拉第所描述的宇宙却是一场
近代戏剧，表演是在有背景与道具的舞台上进行的，物质在空间运动就像演
员在舞台上表演，演员的各种表演要与场景的变化交相呼应、融为一�
