1731年7月的一次驚雷閃電之後,英國威克菲爾德的一名商人偶然發現他的新刀、叉、鋼針竟然有了磁性。
1751年,美國物理學家富蘭克林偶然發現萊頓瓶(一種能貯電的裝置)放電之後,附近的縫紉針被磁化了。
電究竟能生磁嗎?彼時的學界普遍認為:“電就是電,磁就是磁,它們之間不可能有聯絡。”
但是,人們對未知世界的探索是是永無止境的。
丹麥物理學家、化學家奧斯特受19世紀科學思潮的影響,認為自然界的各種力可以相互轉化,也可以統一。他認為:“我們的物理學將不再是運動、熱、空氣、光、電、磁和我們所知的任何現象的零散彙總。我們將整個宇宙容納在一個體系之中。”所以,他也加入了實驗探索的隊伍。
1820年4月的某個晚上,奧斯特同往常一樣,在哥本哈根給一些頗有教養的人講“伽伐尼電”。在助手的幫助下,用伏打電池給白金通電做電學演示實驗。快下課時,他無意識地扳動電源開關的時候,偶然發現一枚放在細長鉑絲導線附近的小磁針輕微地晃動了一下,然後停在與導線垂直的方向上。此時,他既驚又喜——這不正是他多年企盼的電流能產生磁場的效應嗎?他竟激動得在講臺上摔了一跤,又連續試驗了幾次——包括把小磁針移得稍近或稍遠一些,都出現了類似的現象。
第二天,奧斯特和助手用20個伏打電池給導線通電,產生了更強的電流,對包括能在平面上自由旋轉的磁針、懸掛的能在空間自由旋轉的磁針,都進行了類似的實驗研究。結果表明,電流的確能產生磁場——這就是著名的“電流的磁效應”,後來,人們把它稱為“電磁學第一定律”。
遺憾的是,奧斯特發現“電生磁”現象之後,沒能以它來發明用電來驅動的、能連續轉動的裝置。他沒能做到的事,將被一個後來為全世界所熟知的天才所達成。
他就是英國科學家邁克爾·法拉第。
法拉第出生於1791年,只在家鄉薩里紐因頓村(現屬倫敦南部的一部分)的教堂學校裡接受過準系統教育。14歲時,他在一家裝訂商處當學徒,並藉此機會閱讀了大量親手裝訂的書籍。1812年,勤奮好學的法拉第結束了自己的學徒生涯,而他的一位裝訂客戶則送給他一張參加漢弗萊·戴維在英國皇家學院舉辦的系列告別講座的門票。
法拉第詳細記錄了講座內容,之後把副本寄給戴維並希望在他那裡找份工作。當時皇家學會的化學助理職位正好空缺,於是戴維決定向法拉第伸出橄欖枝。
戴維指導法拉第並向他傳授化學原理。懷著永不滿足的好奇心,法拉第在皇家學會的名氣也越來越大。此時,奧斯特的電磁理論讓認為電和磁是兩種截然不同的現象的自然哲學界陷入恐慌,《哲學年鑑》的編輯希望法拉第他撰寫一篇關於電磁學的綜述,實驗主義者法拉第為了寫出完整的綜述,他重建了奧斯特的實驗。
事實上,奧斯特實驗之後,許多人認為,既然電流能夠使磁針暫時偏轉,如果可以將這個“暫時偏轉” 持續下去,那麼就可以實現電動機。法拉第發現當合理地擺放通電導線與磁鐵的位置時,電線會被磁極週期性吸引及排斥,進而形成圓周旋轉狀態。他在筆記本上勾勒出磁體繞南極順時針旋轉、繞北極逆時針旋轉的現象。他在當天的實驗筆記中寫道,“非常令人滿意,但還需要製造出更合理的裝置。”
不久,他就完成了這個小目標。他選擇一個很深的玻璃容器,用蠟把一塊磁鐵豎著固定在裡面,之後在容器中裝滿了水銀,直到磁極剛好處於汞面上方。他在水銀中設定了一根堅硬的漂浮電線,並將裝置連線到電池上。當電流透過電路時,它就會在電線周圍產生圓形磁場。而當電線中的電流與固定在容器底部的永磁體相互作用時,電線就會順時針旋轉。在裝置的另一側, 電線則是固定的以確保磁鐵能夠自由移動,實驗證明磁鐵會繞著電線做圓周運動。
這一天是1821年9月3日,英國物理學家、化學家法拉第製造出了人類史上第一臺最原始的電動機的雛形。他站在前行者的肩膀上,運用自己的天才和智慧完成了這一項具有劃時代意義的偉大創造。
接下來就是電動機的不斷完善和發展,1828年,物理學家阿尼斯·傑德里克展示了他發明的世界上第一臺實用的電動機。這臺包含了3個主要組成部分(定子、轉子和換向器)的自激式電磁轉子旋轉直流電動機,採用水銀槽換向器、用永久磁鐵產生的固定磁場和旋轉繞組。這臺僅用於教學的電動機,後來存放在布達佩斯應用藝術博物館,現在仍能運轉。匈牙利和斯洛伐克把他譽為電動機和發電機的“幕後之父”。
1870年比利時工程師格拉姆發明了直流發電機, 1888年美國發明家特斯拉發明了交流電動機……
時至今日,經過一代又一代人不斷地發展和完善,大大小小、種類繁多的電機早已成為工業生產和日常生活中必不可少的動力裝置。