法拉第吊诡

法拉第吊诡（Faraday paradox）是一个关于法拉第感应定律的物理实验。于1831年，物理学大师麦可·法拉第推断出法拉第感应定律（简称“法拉第定律”），但是，在应用这定律来解释法拉第吊诡的过程中，他遇到了很多困难。这在本文会有详细相关叙述。

简介法拉第吊诡（Faraday paradox）是一个关于法拉第感应定律的物理实验。于1831年，物理学大师麦可·法拉第推断出法拉第感应定律（简称“法拉第定律”），但是，在应用这定律来解释法拉第吊诡的过程中，他遇到了很多困难。这在本文会有详细相关叙述。

实验组态法拉第吊诡实验只需要一些简单器件：圆柱形永久磁铁、圆盘形导体、金属刷、转轴导体、支撑架导体，检流计。圆柱形永久磁铁与圆盘形导体分别安装于各自的转轴，可以各自自由旋转。将安装于支撑架一端的金属刷与圆盘边缘相接触，又将与圆盘相连接的转轴安装于支撑架另一端，就可以形成完整闭合电路。在这闭合电路中，串联一个检流计来测量电流。

实验程序这实验的进行有三个步骤：

假设磁铁为固定不动，不能旋转，只让圆盘旋转，则检流计会测量到直流。这实验设备的功能类似发电机，因此称为“法拉第发电机”、又称为法拉第圆盘（Faraday disc）、或单极发电机（homopolar generator）。

假设圆盘为固定不动，不能旋转，只让磁铁旋转，则检流计不会测量到直流。

假设让圆盘与磁铁以同角速度旋转，则检流计会测量到直流，如同第一步骤得到的结果。1

为什么吊诡？有些物理学者称这实验为吊诡，因为，猛然一看，这实验似乎违背了法拉第定律，不论是什么部分在旋转，穿过圆盘的磁通量好像都一样，所以，从磁通量观点来看，对于这三个案例，电动势都应该预测为零。这观点错误地选择了用来计算磁通量的曲面，对于这论点，稍后会有更详细解释。

透过铁粉显示出的磁场线。将条状磁铁放在白纸下面，铺洒一堆铁粉在白纸上面，这些铁粉会依著磁场线的方向排列，形成一条条的曲线，在曲线的每一点显示出磁场线的方向。

从磁场线观点来看，这吊诡又有不同的理论结果。在法拉第的电磁感应模型里，磁场是由想像的磁场线组成。若将条状磁铁放在白纸下面，铺洒一堆铁粉在白纸上面，这些铁粉会依著磁场线的方向排列，形成一条条的曲线，在曲线的每一点显示出磁场线的方向。假若电动势与磁场线被电路切割的速率呈正比，则从磁铁的参考系观测，磁场线为固定不动。所以，相对于磁铁，将圆盘旋转，或相对于圆盘，将磁铁旋转，这两种动作应该都会生成电动势，但是若将磁铁与圆盘一同旋转，则电动势为零。1

法拉第的解释在法拉第的“电磁感应模型”里，当闭合电路切割过磁场线时，会有感应电流生成于这闭合电路。按照这模型，当圆盘旋转或磁铁旋转时，应该会有感应电流流动于法拉第圆盘，而当磁铁与圆盘一同旋转时，应该不会出现感应电流。然而，这结果与实验结果迥然不同。法拉第试图解释这差异，他假定当磁铁旋转时，磁铁的整个磁场于其伴随的磁场线固定不动（注意到这是一个完全正确的绘景，虽然也许不太容易从电磁感应模型推理出来）。换句话说，磁场线的参考系与磁铁的参考系不同。在下一个段落，会有详细论述，现代物理学（自从发现电子之后）不需要电磁感应模型，就能够完全解释这吊诡。1

参阅移动中的磁铁与导体问题

经典电磁学与狭义相对论

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学