Michael Faraday | |
---|---|
angol Michael Faraday | |
Születési dátum | 1791. szeptember 22. [1] [2] [3] […] |
Születési hely | Newington Butts , Anglia , Nagy- Britannia |
Halál dátuma | 1867. augusztus 25. [4] [2] [3] […] (75 évesen) |
A halál helye | Hampton Court Palace , Middlesex , Anglia, Nagy-Britannia és Írország Egyesült Királysága |
Ország | Nagy-Britannia |
Tudományos szféra | fizika , kémia |
Munkavégzés helye | |
Akadémiai fokozat | honoris causa [1] ( 1832 ) |
Diákok | Charles Joseph Hullmandel |
Díjak és díjak |
Baker-előadás (1829, 1832, 1849, 1851, 1857) Copley-érem (1832, 1838) Királyi érem (1835, 1846) Rumfoord-érem (1846) Albert-érem (Királyi Művészeti Társaság) (1866) |
Autogram | |
Idézetek a Wikiidézetben | |
A Wikiforrásnál dolgozik | |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Michael Faraday ( született Michael Faraday [ˈfærədeɪ] , 1791. szeptember 22., London – 1867. augusztus 25. , London ) angol kísérleti fizikus és kémikus .
Tagja a Londoni Királyi Társaságnak (1824) [5] és számos más tudományos szervezetnek, köztük a Szentpétervári Tudományos Akadémia külföldi tiszteletbeli tagja (1830) [6] .
Felfedezte az elektromágneses indukciót , amely a modern ipari villamosenergia-termelés és számos alkalmazásának alapja. Létrehozta az első villanymotor modellt . További felfedezései közé tartozik az első transzformátor , az áram kémiai hatása, az elektrolízis törvényei , a mágneses mező hatása a fényre , a diamágnesesség . Ő volt az első, aki megjósolta az elektromágneses hullámokat [7] . Faraday bevezette a tudományos használatba az ion , katód , anód , elektrolit , dielektrikum , diamagnetizmus , paramágnesesség és más kifejezéseket [8] .
Faraday az elektromágneses tér elméletének megalapítója [7] , amelyet aztán Maxwell matematikailag formalizált és kidolgozott . Faraday fő ideológiai hozzájárulása az elektromágneses jelenségek fizikájához a nagy hatótávolságú cselekvés newtoni elvének elutasítása és a fizikai mező fogalmának bevezetése volt - egy folytonos térrégió, amely teljesen tele van erővonalakkal és kölcsönhatásba lép ügy [9] .
Michael Faraday 1791. szeptember 22-én született a Londonhoz közeli Newington Butts faluban (ma Nagy-London ), egy kovács fiaként. A család - apa James (1761-1810), anya Margaret (1764-1838), testvérek Robert és Michael, nővérek Elizabeth és Margaret [10] - együtt éltek, de rászorultak, így Michael 13 évesen, miután otthagyta az iskolát , kézbesítőként kezdett dolgozni egy londoni könyvesboltban, amelynek tulajdonosa egy francia emigráns, Ribot. Próbaidő után (uo.) könyvkötő tanonc lett.
Faradaynak soha nem sikerült szisztematikus oktatásban részesülnie, de korán kíváncsiságot és szenvedélyt mutatott az olvasás iránt. Sok tudományos könyv volt a boltban; Faraday későbbi emlékirataiban különösen az elektromosságról és a kémiáról szóló könyveket jegyezte meg, és az olvasás során azonnal elkezdett egyszerű, független kísérleteket végezni [11] . Apa és bátyja, Robert, legjobb tudásuk szerint, ösztönözték Michael tudásvágyát, anyagilag támogatták és segítettek a legegyszerűbb áramforrás – a Leyden Bank – elkészítésében . A testvér támogatása apja 1810-ben bekövetkezett hirtelen halála után is folytatódott. Faraday galvanikus akkumulátort is készített ( voltoszlop ), melybe egy oszlop rézpennyt is beépített a keresetéből [12] .
Faraday életének fontos állomása volt a Városi Filozófiai Társaságban tett látogatása (1810-1811), ahol a 19 éves Michael esténként fizikából és csillagászatból hallgatott népszerű tudományos előadásokat, részt vett a vitákban, és megtanult jól rajzolni [ 13] . Egyes tudósok, akik meglátogatták a könyvesboltot, megjegyeztek egy tehetséges fiatalembert; 1812-ben az egyik látogató, William Dens ( William Dance ) zenész jegyet ajándékozott neki [14] a híres kémikus és fizikus, számos kémiai elem felfedezője, Humphrey nyilvános előadásaira a Királyi Intézetben. Davy .
Michael nemcsak érdeklődve hallgatta, de le is írta és részletesen bekötötte a négy előadást, amelyet Davy tartott neki, valamint egy levelet, amelyben kérték, hogy vegye fel a királyi intézménybe. Ez, ahogy maga Faraday fogalmazott, "merész és naiv lépés" döntően befolyásolta sorsát. Davy professzor, aki maga is gyógyszerész tanoncból lett, elragadtatta a fiatalember széleskörű tudását, de abban a pillanatban nem volt szabad hely az intézetben, és Michael kérésének csak néhány hónap múlva sikerült eleget tenni. 1813 elején Davy, aki az intézet vegyi laboratóriumának igazgatója volt, egy 22 éves fiatalt hívott meg a megüresedett laboratóriumi asszisztensi pozícióra a Királyi Intézetbe [15] .
Faraday feladatai közé tartozott elsősorban az intézet professzorainak és más oktatóinak segítése az előadások előkészítésében, az anyagi értékek elszámolása és gondozása. De ő maga is igyekezett minden lehetőséget kihasználni, hogy tanulmányait kiegészítse, és mindenekelőtt figyelmesen meghallgatta az összes általa készített előadást. Ugyanakkor Faraday Davy jóindulatú közreműködésével saját kémiai kísérleteket végzett az őt érdeklő kérdésekben. Faraday olyan gondosan és ügyesen végezte hivatalos feladatait, hogy hamarosan Davy nélkülözhetetlen asszisztense lett [16] .
1813 őszén Faraday a professzorral és feleségével, mint asszisztens és titkár kétéves utazásra indult Európa tudományos központjaiba, amelyek éppen legyőzték Napóleont . Ez az út nagy jelentőséggel bírt Faraday számára: Davyt, mint világhírű hírességet, számos akkori prominens tudós üdvözölte, köztük A. Ampère , M. Chevrel , J. L. Gay-Lussac és A. Volta . Néhányan felhívták a figyelmet az ifjú Faraday [17] zseniális képességeire .
Miután 1815 májusában visszatért a Királyi Intézetbe, Faraday intenzív munkát kezdett új beosztásban, mint asszisztens, ekkori fizetése meglehetősen magas, havi 30 shilling . Folytatta az önálló tudományos kutatást, amiért későig is fenn maradt. Már abban az időben megjelentek Faraday jellegzetes vonásai - szorgalom, módszeresség, alaposság a kísérletek végrehajtásában, a vágy, hogy behatoljon a vizsgált probléma lényegébe. A 19. század első felében „a kísérletezők királya” hírnevet vívta ki [18] . Faraday egész életében pontos laboratóriumi naplót vezetett kísérleteiről (1931-ben jelent meg). Az utolsó elektromágneses kísérlet a megfelelő naplóban 16041 [19] szerepel, Faraday összesen mintegy 30 000 kísérletet végzett életében [20] .
1816-ban jelent meg Faraday első nyomtatott munkája (a toszkán mészkő kémiai összetételének elemzéséről), a következő 3 évben a publikációk száma meghaladta a 40-et, főként kémiából. Ugyanebben az időben Faraday elkezdte tartani első előadásait a Filozófiai Társaságban, amelynek hat évvel korábban hallgatója volt [21] . Megkezdődik a levelezés Faraday és a jelentős európai kémikusok és fizikusok között. 1820-ban Faraday számos kísérletet végzett a nikkeladalékokkal végzett acél olvasztására. Ezt a munkát a rozsdamentes acél felfedezésének tekintik , amely akkoriban nem érdekelte a kohászokat [22] .
1821-ben Faraday életében több fontos esemény is történt. Júliusban feleségül vette a 20 éves Sarah Barnard-ot ( Sarah Barnard , 1800-1879) [comm. 1] , barátja nővére. A kortársak szerint és maga Faraday biztosítéka szerint a házasság boldog volt, Michael és Sarah 46 évig éltek együtt. A házaspár a Királyi Intézet legfelső emeletén lakott, saját gyermekeik hiányában fiatal árva unokahúgukat, Jane-t nevelték; Faraday is folyamatosan gondozta anyját, Margaretet (meghalt 1838-ban) [23] [24] . Az Intézetben Faraday a Királyi Intézet épületének és laboratóriumainak műszaki felügyelői pozícióját ( Superintendent of the House ) kapott. Végül kísérleti kutatásai folyamatosan a fizika birodalmába kezdtek elmozdulni. Számos, 1821-ben publikált jelentős fizikai tanulmány kimutatta, hogy Faraday teljes mértékben kifejlődött, mint jelentős tudós. A fő helyet közöttük az elektromos motor feltalálásáról szóló cikk foglalta el, amellyel az ipari elektrotechnika valójában kezdődik .
1820 óta Faradayt rendkívül lenyűgözte az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatának vizsgálata . Ekkorra az elektrosztatika tudománya már kialakult, és K. Gauss és J. Green erőfeszítései révén a tudomány alapvetően kifejlődött . 1800-ban A. Volta felfedezett egy erőteljes egyenáram-forrást („ voltaikus oszlop ”), és egy új tudomány kezdett gyorsan fejlődni - az elektrodinamika . Azonnal két kiemelkedő felfedezés született: az elektrolízis (1800) és az elektromos ív (1802).
A fő események azonban 1820-ban kezdődtek, amikor Oersted tapasztalatból fedezte fel az áram mágneses tűre gyakorolt eltérítő hatását. Az elektromosságot és a mágnesességet összekapcsoló első elméleteket ugyanabban az évben Biot , Savart és később Laplace építette fel (lásd Biot-Savart-Laplace törvény ). A. Ampère 1822-től kezdve publikálta az elektromágnesesség elméletét, amely szerint az elsődleges jelenség a vezetők és az áram közötti hosszú távú kölcsönhatás. A két aktuális elem kölcsönhatására vonatkozó Ampere-képlet bekerült a tankönyvekbe. Ampère többek között felfedezte az elektromágnest ( szolenoidot ).
Kísérletsorozat után Faraday 1821-ben publikált egy cikket " Néhány új elektromágneses mozgásról és a mágnesesség elméletéről ", amelyben bemutatta, hogyan kell egy mágnesezett tűt folyamatosan forogni az egyik mágneses pólus körül. Lényegében ez a konstrukció még egy tökéletlen, de teljesen működőképes villanymotor volt, amely a világon először valósította meg az elektromos energia folyamatos átalakítását mechanikai energiává [25] . Faraday neve világhírűvé válik.
1821 végét, amely Faraday számára általában diadalmas volt, rágalmazás árnyékolta be. A híres kémikus és fizikus, William Wollaston panaszkodott Davynek, hogy Faraday kísérlete a nyíl elforgatásával az ő, Wollaston ötletének plágiumja volt (ezt szinte soha nem valósította meg). A történet nagy nyilvánosságot kapott, és sok bajt hozott Faradaynak. Davy Wollaston oldalára állt, kapcsolatai Faradayval jelentősen megromlottak. Októberben Faraday személyes találkozót kapott Wollastonnal, ahol kifejtette álláspontját, és megtörtént a megbékélés. Azonban 1824 januárjában, amikor Faradayt a Londoni Királyi Társaság tagjává választották , Davy, a Royal Society akkori elnöke volt az egyetlen, aki nemmel szavazott [26] (maga Wollaston is a választás mellett szavazott) [27 ] ] . Faraday és Davy kapcsolata később javult, de elvesztette korábbi szívélyességét, bár Davy szerette megismételni, hogy felfedezései közül „Faraday felfedezése” volt a legjelentősebb [28] .
Faraday tudományos érdemeinek elismerése a Párizsi Tudományos Akadémia levelező tagjává választotta (1823). 1825-ben Davy úgy döntött, hogy elhagyja a Királyi Intézet laboratóriumának vezetését, és azt javasolta, hogy Faradayt nevezzék ki a fizikai és kémiai laboratóriumok igazgatójává, ami hamarosan meg is történt. Davy hosszan tartó betegség után 1829-ben halt meg.
Faraday elektromágneses tanulmányainak első sikerei után tíz év szünet következett, és 1831-ig szinte nem is publikált ebben a témában: a kísérletek nem hozták meg a kívánt eredményt, az új feladatok elvonták a figyelmét, talán a 1821 kellemetlen botránya [29] .
1830-ban Faraday professzori címet kapott, először a Királyi Katonai Akadémián ( Woolwich ), majd 1833-tól a Királyi Intézetben (kémia). Nemcsak a Királyi Intézetben tartott előadást, hanem több más tudományos szervezetben és körben is. A kortársak nagyra értékelték Faraday tanári kvalitásait, aki képes volt a láthatóságot és a hozzáférhetőséget a téma mélyreható megfontolásával ötvözni [30] . A gyertya története (népszerű előadások, 1861) még mindig nyomtatásban van gyermekeknek szóló népszerű tudományos remeke.
1822-ben Faraday laboratóriumi naplója ezt a bejegyzést tette: "A mágnesességet elektromossággá alakítsa". Faraday érvelése a következő volt: ha Oersted kísérletében az elektromos áramnak mágneses ereje van, és Faraday szerint minden erő átváltható, akkor a mágnes mozgásának gerjesztenie kell az elektromos áramot.
Az elektromos generátorhoz vezető út nem volt könnyű - az első kísérletek sikertelenek voltak. A meghibásodások fő oka annak a tudatlansága volt, hogy az elektromos áramot csak váltakozó mágneses tér generálja, és kellően erős (különben az áramerősség túl gyenge lenne a regisztráláshoz). A hatás fokozása érdekében a mágnest (vagy vezetőt) gyorsan kell mozgatni, és a vezetőt tekercsbe kell tekerni [31] . Csak tíz évvel később, 1831-ben Faraday végül megtalálta a megoldást a problémára az elektromágneses indukció felfedezésével . Ebből a felfedezésből indult ki Faraday kutatásának legtermékenyebb korszaka (1831-1840), amely a tudományos világ elé tárta híres cikksorozatát "Experimental Investigations in Electricity" (összesen 30 számot publikált az 1831 és 1835 között megjelent Philosophical Transactions c. ). Faraday már 1832-ben megkapta a Copley-érmet az indukció felfedezéséért .
Faraday kísérleteinek bejelentése azonnal szenzációt keltett Európa tudományos világában, a tömegújságok, folyóiratok is nagy figyelmet fordítottak rájuk. Számos tudományos szervezet választotta Faradayt tiszteletbeli tagjának (összesen 97 oklevelet kapott) [32] . Ha az elektromos motor felfedezése megmutatta, hogyan használható fel az elektromosság, akkor az indukciós kísérletek megmutatták, hogyan lehet létrehozni az erős forrást ( elektromos generátort ). Ettől a pillanattól kezdve a villamos energia széles körű bevezetésének útjában álló nehézségek pusztán technikai jellegűekké váltak. Fizikusok és mérnökök aktívan részt vettek az indukált áramok tanulmányozásában és az egyre fejlettebb elektromos eszközök tervezésében; az első ipari modellek Faraday életében jelentek meg ( Hippolyte Pixie generátor , 1832), 1872-ben pedig Friedrich von Hefner-Alteneck egy rendkívül hatékony generátort mutatott be, amelyet később Edison továbbfejlesztett [33] .
1832-ben Faraday egy másik fontos problémát vizsgált azokban az években. Abban az időben több áramforrást ismertek: súrlódás, voltaikus oszlop, néhány állat (például elektromos rámpa ), Faraday-indukció, termoelem (1821-ben fedezték fel, lásd Seebeck-effektus ). Egyes tudósok kétségeiket fejezték ki afelől, hogy ezek a hatások azonos természetűek, sőt különböző kifejezéseket használtak: „galvanizmus”, „állati elektromosság”, stb. Faraday kísérletek százait végzett, és a problémát azzal zárta, hogy kimutatta, hogy az elektromosság minden megnyilvánulása (termikus, fény, kémiai, fiziológiai, mágneses és mechanikai) teljesen azonosak, függetlenül a vétel forrásától [34] [35] .
1835-ben Faraday túlmunka első betegségéhez vezetett, ami miatt 1837-ig nem dolgozott.
A világhír ellenére Faraday szerény, jószívű ember maradt élete végéig [23] . Elutasította az ajánlatot, hogy Newtonhoz és Davyhez hasonlóan a lovagi méltóságra emelje, kétszer (1848-ban és 1858-ban) megtagadta, hogy a Royal Society elnöke legyen [36] . A krími háború alatt a brit kormány felkérte, hogy vegyen részt az orosz hadsereg elleni vegyi fegyverek kifejlesztésében, de Faraday felháborodottan elutasította ezt az ajánlatot, mint erkölcstelent [37] . Faraday szerény életmódot folytatott, és gyakran visszautasította a jövedelmező ajánlatokat, ha azok megzavarták szenvedélyét.
1840-ben Faraday ismét súlyosan megbetegedett (erős csökkenés, romlás és részleges memóriavesztés), és csak 4 évvel később, rövid időre tudott visszatérni az aktív munkához. Van egy olyan verzió, amely szerint a betegség a higanygőzzel való mérgezés eredménye volt, amelyet gyakran használt kísérleteiben [38] . Az orvosok által ajánlott európai utazás (1841) nem sokat segített. A barátok a világhírű fizikus állami nyugdíj kinevezése miatt kezdtek lázadozni. Nagy-Britannia miniszterelnöke ( William Lam, Lord Melbourne ) ezt először helytelenítette, de a közvélemény nyomására kénytelen volt beleegyezését adni. Faraday életrajzírója és barátja , John Tyndall úgy becsülte, hogy 1839 után Faraday égető szükségben élt (kevesebb, mint évi 22 font), 1845 után pedig a nyugdíj (évi 300 font [28] ) lett az egyetlen bevételi forrása. Tyndale keserűen hozzáteszi: "Szegény emberként halt meg, de abban a megtiszteltetésben volt része, hogy Anglia tudományos dicsőségét negyven éven át tiszteletbeli helyen őrizte" [39] .
1845-ben Faraday rövid időre visszatért az aktív munkához, és számos kiemelkedő felfedezést tett [40] , többek között: a fény polarizációs síkjának elfordulását egy mágneses térbe helyezett anyagban ( Faraday-effektus ) és a diamagnetizmust .
Ezek voltak az utolsó felfedezései. Az év végén a betegség visszatért. Faradaynak azonban sikerült újabb közszenzációt okoznia. 1853-ban a szokásos alapossággal vizsgálta az akkoriban divatos „asztalforgatást”, és magabiztosan kijelentette, hogy az asztalt nem a halottak szelleme mozgatja, hanem a résztvevők ujjainak öntudatlan mozgása. Ez az eredmény felháborodott levelek lavináját váltotta ki az okkultistáktól [41] , de Faraday azt válaszolta, hogy csak maguktól a szellemektől fogad el követeléseket [42] .
1848-ban a Faradayt nagyra becsülő Viktória királynő (korábban ebédelni is meghívta) egy életre szóló házat adományozott Faradaynak, amely a Hampton Court palotakomplexum része volt [43] [44] . Minden háztartási kiadást és adót a királynő átvállalt. 1858-ban Faraday visszavonult posztjainak többségétől, és Hampton Courtban telepedett le, ahol élete utolsó 9 évét töltötte.
Időről időre az egészségi állapot lehetővé tette Faraday számára, hogy rövid időre visszatérjen az aktív munkához. 1862-ben azt feltételezte, hogy a mágneses tér eltolhatja a spektrumvonalakat . Az akkori berendezések azonban nem voltak elég érzékenyek ennek a hatásnak a kimutatására. Peter Zeeman csak 1897-ben erősítette meg Faraday hipotézisét (őt idézte szerzőként), és 1902-ben Nobel-díjat kapott ezért a felfedezésért [45] .
Michael Faraday 1867. augusztus 25-én halt meg az íróasztalánál, kevéssel a 76. születésnapja előtt. Viktória királynő felajánlotta, hogy eltemeti a tudóst a Westminster Abbey -ben, azonban Faraday végrendelete teljesült: szerény temetés és egyszerű sírkő a megszokott helyen. A tudós sírja a Highgate temetőben található , amely a nem anglikánok helye. A királynő végrendelete azonban megvalósult – a Westminster Abbey-ben, Newton sírja mellett Michael Faraday emléktábláját helyezték el [46] .
Amikor egy mágnesszelep árammal mozog a huzaltekercs belsejében, áram keletkezik benne
"Faraday transzformátor": amikor az áramot be- vagy kikapcsolják az egyik tekercsben, az áramot a másik tekercsben rögzítik
A fő kísérletek 1831. augusztus 29. és november 4. között zajlottak, a fő kísérletek két [47] :
1831. október 17-én Faraday arra a következtetésre jutott: "elektromos hullám csak akkor keletkezik, amikor egy mágnes mozog, és nem a benne rejlő tulajdonságok miatt nyugalmi állapotban." Döntő kísérletet állított fel [19] :
Vettem egy hengeres mágnesrudat (3/4" átmérőjű és 8,5" hosszú), és az egyik végét bedugtam egy galvanométerhez csatlakoztatott (220 láb hosszú) rézhuzal tekercsébe. Ezután egy gyors mozdulattal a mágnest a spirál teljes hosszában belenyomtam, és a galvanométer tűje ütést kapott. Aztán ugyanolyan gyorsan kihúztam a mágnest a spirálból, és a tű ismét lendült, de az ellenkező irányba. A tű ezen kilengései megismétlődnek minden alkalommal, amikor a mágnest be- vagy kinyomták.
Faraday még korábban, augusztus 29-én végzett hasonló kísérletet egy elektromágnessel [48] :
Kétszázhárom láb rézhuzal egy darabban volt feltekerve egy nagy fadobra; ugyanabból a drótból további kétszázhárom lábnyit spirálban fektettek le az első tekercs menetei között, a fémes érintkezőt mindenhol egy zsinór segítségével távolították el. Az egyik tekercs egy galvanométerhez volt csatlakoztatva, a másik pedig egy jól feltöltött akkumulátorhoz, amely száz pár négy hüvelykes négyzet alakú lemezből állt, dupla rézlemezekkel. Az érintkező zárásakor a galvanométeren hirtelen, de nagyon enyhe hatás volt tapasztalható, és hasonló gyenge hatás ment végbe az akkumulátor érintkezésének kinyitásakor is.
Így egy vezető közelében mozgó mágnes (vagy a szomszédos vezető áramának bekapcsolása/kikapcsolása) elektromos áramot hoz létre ebben a vezetőben. Faraday ezt a jelenséget elektromágneses indukciónak nevezte .
Október 28-án összeállította az első teljes értékű egyenáramú generátort (a " Faraday-lemezt "): amint egy rézkorong a mágnes közelében forog, a lemezen elektromos potenciál keletkezik , amelyet egy szomszédos vezeték eltávolít. Faraday megmutatta, hogyan lehet a forgás mechanikai energiáját elektromos energiává alakítani. A találmány ösztönzését Arago (1824) kísérlete adta: egy forgó mágnes az alatta elhelyezkedő rézkorongot vonzotta forgásába, bár a réz nem mágnesezhető [49] . És fordítva, ha egy rézkorongot egy felfüggesztett mágnes közelében úgy forgatunk, hogy az a korong síkjával párhuzamos síkban tudjon forogni, akkor a korong forgásakor a mágnes követi a mozgását. Arago megvitatta ezt a hatást Ampere-rel, Poissonnal és más híres fizikusokkal, de nem sikerült megmagyarázniuk.
Az eredményekről szóló jelentésében, amelyet Faraday 1831. november 24-én tett közzé a Royal Society előtt, először használta a „mágneses erővonalak ” kulcskifejezést . Ez átmenetet jelentett a régi elméletek diszkrét „töltések/mágnesek” képe, a nagy hatótávolságú newtoni gravitáció mintájára , egy teljesen új folytonos és rövid hatótávolságú fizikai objektum felé, amelyet ma mezőnek nevezünk . Valamivel később Faraday hasonlóképpen bevezette az elektromos erővonalakat.
Faraday felfedezései után világossá vált, hogy az elektromágnesesség régi modelljei ( Ampère , Poisson stb.) hiányosak, és lényegesen felül kell őket vizsgálni. Faraday maga a következőképpen magyarázta az elektromágneses indukciót. Bármilyen töltött test környezetét elektromos erővonalak hatják át, amelyek "erőt" (a mai terminológiával élve energiát) közvetítenek, és ehhez hasonlóan a mágneses mező energiája is mágneses erővonalak mentén áramlik. Ezeket a vonalakat nem szabad feltételes absztrakcióknak tekinteni, fizikai valóságot képviselnek [50] . Ahol:
E törvények pontos megfogalmazását és az elektromágnesesség teljes matematikai modelljét 30 évvel később James Maxwell adta meg , aki az indukció felfedezésének évében (1831) született.
Faraday rámutatott, hogy az indukció során annál nagyobb a vezetőben fellépő áram nagysága, minél több mágneses erővonal haladja át egységnyi idő alatt, az állapotváltozás során ezt a vezetőt [51] . E törvényszerűségek fényében világossá vált a fent leírt Arago-kísérletben a mozgás oka: amikor a korong anyaga átlépte a mágneses erővonalakat, indukciós áramok jöttek létre benne, amelyek mágneses tere kölcsönhatásba került az eredetivel. Később Faraday megismételte a kísérletet a „ Faraday-koronggal ”, laboratóriumi mágnes helyett földi mágnesességet használva [35] .
Az elektromágneses tér Faraday-modelljeAz elektromágneses jelenségek világa, ahogyan Faraday elképzelte és leírta, döntően különbözött mindentől, ami korábban a fizikában volt. 1845. november 7-én kelt naplóbejegyzésében Faraday először használta az " elektromágneses mező " ( angolul field ) [52] kifejezést, ezt a kifejezést később Maxwell is átvette és széles körben használta . A mező a tér olyan tartománya, amelyet teljesen áthat az erővonal . Az Ampere által bevezetett áramok kölcsönhatási erőit nagy hatótávolságúnak tekintették; Faraday határozottan vitatta ezt az álláspontot, és úgy fogalmazta meg (szóban) az elektromágneses tér tulajdonságait, hogy lényegében rövid hatótávolságúak, azaz minden pontból véges sebességgel folyamatosan továbbítódnak a szomszédos pontokba [9] [53] .
Faraday előtt az elektromos erőket a töltések távolsági kölcsönhatásaként értelmezték - ahol nincsenek töltések, ott nincsenek erők. Faraday megváltoztatta ezt a sémát: a töltés kiterjesztett elektromos mezőt hoz létre, és egy másik töltés lép kölcsönhatásba vele, távolról nincs nagy hatótávolságú kölcsönhatás. Mágneses térrel a helyzet bonyolultabbnak bizonyult - nem központi , és Faraday bevezette az erővonalak fogalmát az egyes pontokban a mágneses erők irányának meghatározására [54] . A távoli cselekvés megtagadásának nyomós oka Faraday dielektrikumokkal és diamágnesekkel végzett kísérletei voltak – ezek egyértelműen kimutatták, hogy a töltések közötti közeg aktívan részt vesz az elektromágneses folyamatokban [55] . Sőt, Faraday meggyőzően kimutatta, hogy számos szituációban az elektromos erővonalak meghajlanak, hasonlóan a mágnesesekhez – például ha két egymástól elszigetelt golyót árnyékolunk, és az egyiket feltöltjük, a második golyón induktív töltések figyelhetők meg. [35] . A kapott eredményekből Faraday arra a következtetésre jutott, hogy "maga a közönséges indukció minden esetben a szomszédos részecskék hatása, és hogy a távolsági elektromos hatás (vagyis a közönséges induktív hatás) csak a köztes anyag hatására jön létre" [56] .
James Clerk Maxwell "Treatise on Electricity and Magnetism" című művében rámutatott Faraday elektromágnesességről alkotott elképzeléseinek lényegére [57] :
Faraday lelki szemével erővonalakat látott behatolni minden térbe, ahol a matematikusok távolról vonzzák az erők középpontját. Faraday látta a közeget, ahol nem láttak mást, csak a távolságot. Faraday a környezetben végbemenő valós folyamatokban látta a jelenségek helyét, és megelégedtek azzal, hogy azt a távoli cselekvés erejében találták meg, amelyet az elektromos folyadékokra alkalmaznak.
...A matematikusok által felfedezett legtermékenyebb vizsgálati módszerek közül néhányat Faradaytól kölcsönzött reprezentációkkal lehetne kifejezni, sokkal jobban, mint eredeti formájukban.
A "Kísérleti kutatás az elektromosságról" sorozat 11. számától kezdve Faraday lehetségesnek tartotta általánosítani és elméletileg megérteni a hatalmas mennyiségű felhalmozott anyagot. Faraday világrendszerét nagy eredetiség jellemezte. Nem ismerte fel az üresség létezését a természetben, még éterrel sem . A világ teljesen tele van áteresztő anyaggal, és az egyes anyagrészecskék hatása rövid hatótávolságú, vagyis véges sebességgel terjed az egész térre [58] . A megfigyelő ezt a befolyást másfajta erőként érzékeli, de ahogy Faraday írta, nem lehet azt mondani, hogy az egyik erő elsődleges, és a többiek okozója, „mind kölcsönösen függenek egymástól, és közös a természetük” [59] ] . Általánosságban elmondható, hogy Faraday világának dinamikája meglehetősen közel áll az elektromágneses térről alkotott elképzelésekhez, ahogyan a kvantumelmélet megjelenése előtt is voltak .
1832-ben Faraday elvitte a lezárt borítékot a Királyi Társaságba. Száz évvel később (1938) felnyitották a burkot, és ott találták meg a hipotézis megfogalmazását: az induktív jelenségek bizonyos véges sebességgel terjednek a térben, ráadásul hullámok formájában. Ezek a hullámok „a fényjelenségek legvalószínűbb magyarázatai” is [53] [60] . Ezt a következtetést végül Maxwell támasztotta alá az 1860-as években.
Faraday elméleti érvelése eleinte kevés támogatóra talált. Faraday nem sajátította el a magasabb matematikát (műveiben szinte nincsenek képletek) [32] , és kivételes fizikai intuícióját használta tudományos modelljei megalkotásához. Megvédte az általa bevezetett erővonalak fizikai valóságát; az akkori tudósok azonban, akik már megszokták a newtoni vonzás hosszú távú hatását , most bizalmatlanok voltak a rövid távú cselekvésekkel szemben [61] .
Az 1860-as években Maxwell matematikailag fejtette ki Faraday gondolatait ; ahogy Robert Millikan fogalmazott , Maxwell Faraday elméletét „kiváló matematikai ruhába” öltöztette [62] . A még ismeretlen, 26 éves Maxwell első cikke erről a témáról a „Faraday erővonalain” címet viselte (1857). Faraday azonnal barátságos és bátorító levelet írt a szerzőnek [63] :
Kedves uram, megkaptam cikkét, és nagyon hálás vagyok érte. Nem akarom azt mondani, hogy köszönöm, amit az "erővonalakról" mondott, mert tudom, hogy ezt a filozófiai igazság érdekében tette; de azt is fel kell tételeznie, hogy ez a munka nemcsak örömet okoz, hanem további gondolkodásra is ösztönöz. Eleinte megijedtem, amikor láttam, hogy a matematika milyen hatalmas erőt alkalmaz a témában, aztán meglepődtem, hogy a tantárgy milyen jól bírja... Mindig a tiéd M. Faraday.
Hertz (1887-1888) kísérletei után a Faraday-Maxwell-féle terepi modell általánosan elismertté válik [64] .
"Kísérleti kutatás az elektromosságban"Faraday rendkívül módszeresen dolgozott - miután felfedezte a hatást, a lehető legmélyebben tanulmányozta azt - például kiderítette, milyen paraméterektől és hogyan függ (anyag, hőmérséklet stb.). Ezért olyan nagy a kísérletek száma (és ennek megfelelően az Experimental Investigations in Electricity című kiadvány kiadásainak száma). A témakörök alábbi rövid listája képet ad Faraday kutatásának terjedelméről és mélységéről [65] .
Faraday összeszerelte az első transzformátort [66] , tanulmányozta az önindukciót , amelyet 1832 -ben fedezett fel J. Henry amerikai tudós , a kisüléseket gázokban stb. A dielektrikumok tulajdonságainak tanulmányozásakor bevezette a permittivitás fogalmát (amit "induktívnak" nevezett). kapacitás") [67] .
1836-ban, miközben a statikus elektromosság problémáin dolgozott, Faraday kísérletet végzett, amely kimutatta, hogy az elektromos töltés csak a zárt vezetőhéj felületén hat, anélkül, hogy bármilyen hatással lenne a benne lévő tárgyakra. Ez a hatás annak a ténynek köszönhető, hogy a vezető ellentétes oldalai töltéseket szereznek, amelyek mezője kompenzálja a külső mezőt. A ma már Faraday-ketrecként ismert eszköz megfelelő védőtulajdonságokat alkalmaz .
Faraday felfedezte a fény polarizációs síkjának forgását mágneses térben ( Faraday-effektus ). Ez azt jelentette, hogy a fény és az elektromágnesesség szorosan összefüggenek. Faraday meggyõzõdése a természet összes erõjének egységérõl újabb megerõsítést kapott. Maxwell később szigorúan bebizonyította a fény elektromágneses természetét.
Faraday sok felfedezést tett a kémia területén. 1825-ben felfedezte a benzolt és az izobutilént , az egyik elsők között, amelyből folyékony klórt , hidrogén-szulfidot , szén-dioxidot , ammóniát , etilént és nitrogén-dioxidot nyert [68] . 1825-ben először szintetizált hexakloránt , egy olyan anyagot, amely alapján a XX. században különféle rovarölő szereket állítottak elő [18] . Vizsgált katalitikus reakciókat [68] .
1825-1829-ben Faraday a Royal Society bizottságának tagjaként részletesen tanulmányozta, hogyan befolyásolja az üveg kémiai összetétele annak fizikai tulajdonságait [69] . A Faraday-szemüvegek túl drágák voltak a gyakorlati használatra, de a megszerzett gyakorlati tapasztalatok később hasznosak voltak a mágnes fényre gyakorolt hatásával kapcsolatos kísérletekben [70] , valamint a világítótornyok fejlesztésével kapcsolatos kormányzati feladat teljesítésében [71] .
Ahogy fentebb említettük, Faraday hitt a természetben lévő összes erő egységében, ezért természetes volt, hogy elvárjuk, hogy a kémiai tulajdonságok és törvények összefüggenek az elektromosakkal. Ezt a feltevést 1832-ben erősítette meg, miután felfedezte az elektrolízis alapvető törvényeit . Ezek a törvények képezték az alapját a tudomány egy új ágának, az elektrokémiának , amely ma már rengeteg technológiai alkalmazással rendelkezik [72] . Faraday törvényeinek formája a lehető legkisebb töltéssel rendelkező „elektromos atomok” létezését sugallta; Valójában a 19-20. század fordulóján ezt a részecskét ( elektront ) fedezték fel, és a Faraday-törvények segítettek megbecsülni a töltését [72] . A Faraday által javasolt ion , katód , anód , elektrolit kifejezések gyökeret vertek a tudományban [comm. 2] [8] .
Az elektrokémiai kísérletek újabb bizonyítékot adtak az elektromágnesesség rövid hatótávolságára. Sok tudós akkoriban úgy vélte, hogy az elektrolízist a távoli vonzás okozza (ionok az elektródákhoz). Faraday egy egyszerű kísérletet végzett: két légréssel leválasztotta az elektródákat a sóoldattal megnedvesített papírról, majd megállapította, hogy a szikrakisülés hatására az oldat lebomlott. Ebből az következett, hogy az elektrolízist nem nagy hatótávolságú vonzás, hanem helyi áram okozza, és csak azokon a helyeken megy végbe, ahol az áram áthalad. Az ionok mozgása az elektródák felé már a molekulák lebomlása után (és annak eredményeként) megtörténik [73] .
1846-ban Faraday felfedezte a diamágnesességet – egyes anyagok (például kvarc , bizmut , ezüst ) mágnesezésének hatása ellentétes a rá ható külső mágneses tér irányával, vagyis taszítja őket a mágnes mindkét pólusától. Faraday ezek és más kísérletei megalapozták a magnetokémiát [74] .
A brit kormány többször is bevonta Faradayt, mint az alkalmazott fizika területén elismert szaktekintélyt a sürgős műszaki problémák megoldásába - világítótornyok javításába [75] , hajók fenekének korrózió elleni védelmébe [76] , bírósági ügyekben való szakértelembe stb. [77 ] ]
Faraday fém nanorészecskéket tanulmányozott aranykolloidban , és leírta optikai és egyéb tulajdonságaikat a nagyobb részecskékkel összehasonlítva. Ez a tapasztalat tekinthető az első hozzájárulásnak a nanotechnológiához [78] . A megfigyelt hatások magyarázatát a XX. században a kvantumelmélet adta meg .
A személyes kommunikáció során Faraday ismerősei mindig, egészen a tudós élete végéig felfigyeltek szerénységére, jóindulatára és magával ragadó emberi varázsára [79] [23] .
Jean Baptiste Dumas , híres vegyész és politikus [42] :
Mindenki, aki ismerte őt - szilárdan meg vagyok győződve - csak megközelíteni akarná azt az erkölcsi tökéletességet, amely, úgy tűnik, Faraday születésétől fogva adott. Egyedül rászállt valamiféle kegyelem, amelyben erőt merített buzgó tevékenységéhez, lévén egyben az igazság lelkes hirdetője, fáradhatatlan művész, szívélyességgel és vidámsággal teli, rendkívül emberséges és szelíd ember. a magánéletben... Nem ismertem olyan embert, aki méltóbb lett volna a szeretetre és tiszteletre, mint ő, és akinek elvesztése őszintébb megbánást érne.
Az a mód, ahogyan Faraday az erővonalakról alkotott elképzelését az elektromágneses indukció jelenségeinek koordinálására használta, azt bizonyítja, hogy a legmagasabb rendű matematikus volt, akiből a jövő matematikusai értékes és gyümölcsöző módszereket meríthetnek.
Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz [81] :
Amíg az emberek élvezik az elektromosság előnyeit, mindig hálával emlékeznek Faraday nevére.
William Thomson (Lord Kelvin) [82] :
Szokatlan gyorsaság és élénkség jellemezte. Zseniális tükre valami különleges, sugárzó aurával vette körül. Határozottan mindenki érezte ezt a varázst – akár mély filozófus, akár egyszerű gyerek.
Galilei ideje óta soha nem látott a világ ennyi csodálatos és változatos felfedezést egyetlen fejből.
Az elméleti fizika Newton általi megalapítása óta a legnagyobb változásokat annak elméleti alapjaiban, más szóval a valóság szerkezetének megértésében Faraday és Maxwell elektromágneses jelenségek kutatásának köszönhetjük.
Einstein történetesen sok országban és városban élt, de három portré mindig az irodájában lógott: Newton, Faraday és Maxwell [84] .Faraday szüleihez (valamint feleségéhez hasonlóan) a protestáns közösség tagja volt , amelyet alapítóinak neve után "glasitáknak" vagy "sandemánoknak" ( eng. Glasites, Sandemanians ) neveznek. Ez a felekezet 1730 körül jelent meg Skóciában, elszakadva a skót presbiteriánus egyháztól [85] . Faraday hűségesen látta el feladatait a londoni gyülekezet tagjaként, többször megválasztották a gyülekezet vénévé és diakónussá . Kijelentéseiből ítélve Faraday őszinte hívő volt, de egyik levelében tagadta, hogy kutatásai során bármilyen vallási filozófia vezérelte volna [42] :
Bár Isten teremtményei természetükből adódóan soha nem kerülhetnek összeütközésbe a jövő életünkkel kapcsolatos legmagasabb dolgokkal, és bár ezeknek a teremtményeknek, mint minden másnak, az Ő felmagasztosulását és dicséretét kell szolgálniuk, mégsem tartom szükségesnek, hogy összekapcsoljam a természettudományok vallással való tanulmányozása és a vallást és a tudományt mindig is teljesen más dolgoknak tekintette.
Michael Faraday nevéhez fűződik:
Faradayről elnevezett tudományos fogalmak:
Faraday emlékműve Londonban, a Savoy téren
Faraday mellszobra a Királyi Társaságnál
Faraday Memorial Room, Royal Society
Londonban, a Savoy Square-en (a Waterloo híd közelében ) emlékművet állítottak a tudósnak (1886) [88] . A Faraday nevet kapta a London Institute of Electrical Engineering egyik épülete, az Edinburghi Egyetem egyik épülete, számos iskola, főiskola, városi utcák. Az Antarktiszon található brit sarkállomást 1977-től 1996-ig Faraday-nek hívták, majd az állomást Ukrajnába helyezték át, és a nevét " Akademik Vernadsky "-ra változtatta [89] .
1931 októberében a Westminster Abbeyben, Isaac Newton sírja mögött két emléktáblát állítottak egymás mellé - Michael Faraday és James Clerk Maxwell [90] tiszteletére . Faraday szülőhelyétől nem messze egy " Faraday-emlékművet " nyitottak meg, a közelben pedig egy kis Faraday Park ( Faraday Gardens ) található .
Faraday portréja az 1991-1999-ben kibocsátott brit 20 fontos bankjegyre került [91] .
Faraday nevéhez számos díj tartozik:
A mintegy 450 folyóiratcikk mellett Faraday több könyvet is publikált.
Fotó, videó és hang | ||||
---|---|---|---|---|
Tematikus oldalak | ||||
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
Genealógia és nekropolisz | ||||
|