Michael Faraday | |
---|---|
engelsk Michael Faraday | |
Födelsedatum | 22 september 1791 [1] [2] [3] […] |
Födelseort | Newington Butts , England , Storbritannien |
Dödsdatum | 25 augusti 1867 [4] [2] [3] […] (75 år) |
En plats för döden | Hampton Court Palace , Middlesex , England, Storbritannien och Irland |
Land | Storbritannien |
Vetenskaplig sfär | fysik , kemi |
Arbetsplats | |
Akademisk examen | honoris causa [1] ( 1832 ) |
Studenter | Charles Joseph Hullmandel |
Utmärkelser och priser |
Baker Lecture (1829, 1832, 1849, 1851, 1857) Copley Medal (1832, 1838) Royal Medal (1835, 1846) Rumfoord Medal (1846) Albert Medal (Royal Society of Arts) (1866) |
Autograf | |
Citat på Wikiquote | |
Jobbar på Wikisource | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Michael Faraday ( född Michael Faraday [ˈfærədeɪ] , 22 september 1791 , London - 25 augusti 1867 , London ) var en engelsk experimentell fysiker och kemist .
Medlem av Royal Society of London (1824) [5] och många andra vetenskapliga organisationer, inklusive en utländsk hedersmedlem i St. Petersburg Academy of Sciences (1830) [6] .
Upptäckte elektromagnetisk induktion , som är grunden för modern industriell elproduktion och många av dess tillämpningar. Skapade den första modellen av elmotorn . Bland hans andra upptäckter är den första transformatorn , den kemiska effekten av ström, lagarna för elektrolys , effekten av ett magnetfält på ljus , diamagnetism . Han var den första som förutspådde elektromagnetiska vågor [7] . Faraday introducerade i vetenskapligt bruk termerna jon , katod , anod , elektrolyt , dielektrikum , diamagnetism , paramagnetism och andra [8] .
Faraday är grundaren av teorin om det elektromagnetiska fältet [7] , som sedan formaliserades matematiskt och utvecklades av Maxwell . Faradays huvudsakliga ideologiska bidrag till fysiken för elektromagnetiska fenomen var förkastandet av den newtonska principen om långdistansverkan och införandet av begreppet ett fysiskt fält - en kontinuerlig region av rymden, helt fylld med kraftlinjer och interagerar med fråga [9] .
Michael Faraday föddes den 22 september 1791 i byn Newington Butts nära London (numera Greater London ), son till en smed. Familjen - pappa James (1761-1810), mamma Margaret (1764-1838), bröderna Robert och Michael, systrarna Elizabeth och Margaret [10] - bodde tillsammans, men i nöd, så vid 13 års ålder, Michael, efter att ha lämnat skolan , började arbeta som budbärare i en bokhandel i London som ägdes av en fransk emigrant, Ribot. Efter en provanställning blev han (ibid.) lärling bokbindare.
Faraday lyckades aldrig skaffa sig en systematisk utbildning, men visade tidigt nyfikenhet och en passion för läsning. Det fanns många vetenskapliga böcker i butiken; i senare memoarer noterade Faraday särskilt böcker om elektricitet och kemi, och under läsningen började han genast genomföra enkla oberoende experiment [11] . Pappa och äldre bror Robert uppmuntrade efter bästa förmåga Michaels kunskapsbehov, stöttade honom ekonomiskt och hjälpte till att göra den enklaste elkällan - Leyden Bank . Broderns stöd fortsatte efter faderns plötsliga död 1810. Faraday tillverkade också ett galvaniskt batteri (" voltpelare "), där han inkluderade en kolonn av kopparpence från sina inkomster [12] .
Ett viktigt skede i Faradays liv var hans besök i City Philosophical Society (1810-1811), där 19-årige Michael lyssnade på populärvetenskapliga föreläsningar om fysik och astronomi på kvällarna, deltog i debatter och lärde sig att rita bra [ 13] . Några forskare som besökte bokhandeln noterade en duktig ung man; 1812 gav en av besökarna, musikern William Dens ( William Dance ), honom en biljett [14] till en cykel av offentliga föreläsningar på Royal Institute av den berömda kemisten och fysikern, upptäckaren av många kemiska grundämnen, Humphrey Davy .
Michael lyssnade inte bara med intresse, utan skrev ner och band i detalj de fyra föreläsningarna som Davy hade hållit honom, tillsammans med ett brev där han bad honom att bli anställd av den kungliga institutionen. Detta, som Faraday själv uttryckte det, "ett djärvt och naivt steg" hade ett avgörande inflytande på hans öde. Professor Davy, som själv gick från att vara en farmaceutlärling, var nöjd med den unge mannens omfattande kunskap, men i det ögonblicket fanns det inga lediga platser vid institutet, och Michaels begäran beviljades bara några månader senare. I början av 1813 bjöd Davy, som var chef för det kemiska laboratoriet vid institutet, en 22-årig yngling till den lediga tjänsten som laboratorieassistent vid Kungliga Institutet [15] .
Faradays uppgifter inkluderade främst att hjälpa professorer och andra föreläsare vid institutet med att förbereda föreläsningar, redogöra för materiella värden och ta hand om dem. Men han försökte själv använda varje tillfälle för att fylla på sin utbildning, och först och främst lyssnade han noga på alla föreläsningar han förberedde. Samtidigt genomförde Faraday, med Davys välvilliga hjälp, sina egna kemiska experiment i frågor av intresse för honom. Faraday utförde sina officiella uppgifter så noggrant och skickligt att han snart blev Davys oumbärliga assistent [16] .
Hösten 1813 reste Faraday tillsammans med professorn och hans hustru, som assistent och sekreterare, på en tvåårig resa till Europas vetenskapliga centra, som just hade besegrat Napoleon . Denna resa var av stor betydelse för Faraday: Davy, som en världsberömd kändis, välkomnades av många framstående vetenskapsmän på den tiden, inklusive A. Ampère , M. Chevrel , J.L. Gay-Lussac och A. Volta . Några av dem uppmärksammade den unge Faradays briljanta förmågor [17] .
Efter att ha återvänt till Kungliga Institutet i maj 1815 började Faraday ett intensivt arbete i en ny tjänst som assistent, med en ganska hög lön för den tiden på 30 shilling i månaden. Han fortsatte oberoende vetenskaplig forskning, för vilken han stannade uppe sent. Redan vid den tiden dök Faradays särdrag upp - flit, metodik, noggrannhet i utförandet av experiment, önskan att tränga in i kärnan av problemet som studeras. Under första hälften av 1800-talet gjorde han sig berömmelse av "experimentörernas kung" [18] . Hela sitt liv förde Faraday noggranna laboratoriedagböcker över sina experiment (publicerad 1931). Det sista experimentet på elektromagnetism är markerat i motsvarande dagboksnummer 16041 [19] , totalt genomförde Faraday cirka 30 000 experiment i sitt liv [20] .
År 1816 dök det första tryckta verket av Faraday upp (vid analys av den kemiska sammansättningen av toskansk kalksten), under de kommande 3 åren översteg antalet publikationer 40, främst inom kemi. Samtidigt började Faraday ge sin första kurs av föreläsningar vid Philosophical Society, där han hade varit student sex år tidigare [21] . Korrespondens mellan Faraday och stora europeiska kemister och fysiker börjar. År 1820 genomförde Faraday flera experiment på stålsmältning med nickeltillsatser. Detta arbete anses vara upptäckten av rostfritt stål , som vid den tiden inte intresserade metallurger [22] .
År 1821 ägde flera viktiga händelser rum i Faradays liv. I juli gifte han sig med 20-åriga Sarah Barnard ( Sarah Barnard , 1800-1879) [komm. 1] , hans väns syster. Enligt samtida och enligt Faradays försäkringar var äktenskapet lyckligt, Michael och Sarah bodde tillsammans i 46 år. Paret bodde på översta våningen i Kungliga Institutet, i brist på sina egna barn uppfostrade de sin unga föräldralösa systerdotter Jane; Faraday tog också ständigt hand om sin mor Margaret (död 1838) [23] [24] . Vid institutet fick Faraday en tjänst som teknisk föreståndare för Kungliga Institutets byggnad och laboratorier ( Superintendent of the House ). Slutligen började hans experimentella forskning stadigt röra sig in i fysikens område. Flera betydande artiklar i fysik, publicerade 1821, visade att Faraday var fullt utvecklad som en stor vetenskapsman. Huvudplatsen bland dem ockuperades av en artikel om uppfinningen av elmotorn, med vilken industriell elektroteknik faktiskt börjar .
Sedan 1820 har Faraday varit extremt fascinerad av problemet med att undersöka sambandet mellan elektricitet och magnetism . Vid denna tidpunkt hade vetenskapen om elektrostatik redan utvecklats, och genom ansträngningar av K. Gauss och J. Green , var vetenskapen i grunden utvecklad . År 1800 upptäckte A. Volta en kraftfull källa för likström (" voltaisk kolumn "), och en ny vetenskap började snabbt utveckla elektrodynamik . Två enastående upptäckter gjordes omedelbart: elektrolys (1800) och ljusbåge (1802).
Men de viktigaste händelserna började 1820, när Oersted upptäckte i erfarenhet den avledande effekten av ström på en magnetisk nål. De första teorierna som kopplar samman elektricitet och magnetism byggdes samma år av Biot , Savart och senare Laplace (se Biot-Savart-Laplace lag ). A. Ampère , med början 1822, publicerade sin teori om elektromagnetism, enligt vilken det primära fenomenet är långdistansinteraktionen mellan ledare och ström. Amperes formel för växelverkan mellan två aktuella element fanns med i läroböcker. Ampère upptäckte bland annat elektromagneten ( solenoid ).
Efter en serie experiment publicerade Faraday 1821 en artikel " Om några nya elektromagnetiska rörelser och om teorin om magnetism ", där han visade hur man får en magnetiserad nål att rotera kontinuerligt runt en av de magnetiska polerna. I huvudsak var denna design fortfarande en ofullkomlig, men fullt fungerande elmotor , som för första gången i världen genomförde den kontinuerliga omvandlingen av elektrisk energi till mekanisk energi [25] . Faradays namn blir världsberömt.
Slutet av 1821, som i allmänhet var triumferande för Faraday, överskuggades av förtal. Den berömda kemisten och fysikern William Wollaston klagade för Davy över att Faradays experiment med pilens rotation var ett plagiat av hans, Wollastons idé (nästan aldrig förverkligats av honom). Berättelsen fick mycket publicitet och gav Faraday mycket problem. Davy tog parti för Wollaston, hans relationer med Faraday försämrades markant. I oktober fick Faraday ett personligt möte med Wollaston, där han förklarade sin ståndpunkt, och en försoning ägde rum. Men i januari 1824, när Faraday valdes till Fellow i Royal Society of London , var Davy, dåvarande president för Royal Society, den ende som röstade emot [26] (Wollaston själv röstade för valet) [27 ] . Relationerna mellan Faraday och Davy förbättrades senare, men förlorade sin tidigare hjärtlighet, även om Davy gillade att upprepa att av alla sina upptäckter var "Faradays upptäckt" den mest betydande [28] .
Erkännandet av Faradays vetenskapliga meriter var hans val till motsvarande medlem av Paris vetenskapsakademi (1823). År 1825 beslutade Davy att lämna ledningen för laboratoriet vid Royal Institute och rekommenderade att Faraday skulle utses till chef för de fysiska och kemiska laboratorierna, vilket snart gjordes. Davy dog efter en lång tids sjukdom 1829.
Efter de första framgångarna i Faradays studier av elektromagnetism blev det en tioårig paus, och fram till 1831 publicerade han nästan inga verk om detta ämne: experimenten gav inte det önskade resultatet, nya uppgifter distraherade honom, kanske också påverkad av obehaglig skandal 1821 [29] .
År 1830 fick Faraday en professur, först vid Royal Military Academy ( Woolwich ), och från 1833 vid Royal Institution (i kemi). Han föreläste inte bara vid Kungliga Institutet, utan även i flera andra vetenskapliga organisationer och kretsar. Samtida uppskattade mycket undervisningskvaliteterna hos Faraday, som kunde kombinera synlighet och tillgänglighet med ett djupt övervägande av ämnet [30] . Hans populärvetenskapliga mästerverk för barn, The History of the Candle (populära föreläsningar, 1861), finns fortfarande i tryck.
År 1822 skrev Faradays laboratoriedagbok ett inlägg: "Vänd magnetism till elektricitet." Faradays resonemang var följande: om den elektriska strömmen i Oersteds experiment har en magnetisk kraft, och enligt Faraday är alla krafter interkonvertibla, då måste magnetens rörelse excitera den elektriska strömmen.
Vägen till den elektriska generatorn var inte lätt - de första experimenten misslyckades. Den främsta orsaken till misslyckandena var okunnighet om att den elektriska strömmen genereras endast av ett växlande magnetfält, och ett tillräckligt starkt (annars skulle strömmen vara för svag för att registreras). För att förstärka effekten bör magneten (eller ledaren) flyttas snabbt och ledaren rullas till en spole [31] . Bara tio år senare, 1831, hittade Faraday äntligen en lösning på problemet genom att upptäcka elektromagnetisk induktion . Från denna upptäckt började den mest fruktbara perioden av Faradays forskning (1831-1840), som gav den vetenskapliga världen hans berömda serie artiklar "Experimental Investigations in Electricity" (totalt publicerade han 30 nummer i Philosophical Transactions , publicerade från 1831 till 1835 ). Redan 1832 tilldelades Faraday Copley-medaljen för upptäckten av induktion .
Tillkännagivandet av Faradays experiment väckte omedelbart en sensation i den vetenskapliga världen i Europa, masstidningar och tidskrifter ägnade dem också mycket uppmärksamhet. Många vetenskapliga organisationer valde Faraday till sin hedersmedlem (totalt fick han 97 diplom) [32] . Om upptäckten av elmotorn visade hur elektricitet kan användas, visade experiment på induktion hur man skapar sin kraftfulla källa ( elektrisk generator ). Sedan det ögonblicket har svårigheterna i vägen för det utbredda införandet av elektricitet blivit rent tekniska. Fysiker och ingenjörer har varit aktivt engagerade i studiet av inducerade strömmar och utformningen av allt mer avancerade elektriska apparater; de första industriella modellerna dök upp under Faradays livstid (generatorn Hippolyte Pixie , 1832), och 1872 introducerade Friedrich von Hefner-Alteneck en högeffektiv generator, senare förbättrad av Edison [33] .
År 1832 undersökte Faraday ett annat viktigt problem under dessa år. Vid den tiden var flera källor till elektricitet kända: friktion, voltaisk pelare, vissa djur (till exempel elektrisk ramp ), Faraday-induktion, termoelement (upptäckt 1821, se Seebeck-effekten ). Vissa forskare uttryckte tvivel om att alla dessa effekter är av samma karaktär och använde till och med olika termer: "galvanism", "animalisk elektricitet", etc. Faraday genomförde hundratals experiment och stängde problemet genom att visa att alla manifestationer av elektricitet (termisk , ljus, kemisk, fysiologisk, magnetisk och mekanisk) är exakt desamma, oavsett källan till dess mottagande [34] [35] .
År 1835 ledde Faradays överarbete till hans första sjukdomsanfall, vilket hindrade honom från att arbeta fram till 1837.
Trots världsomspännande berömmelse förblev Faraday en blygsam, godhjärtad person till slutet av sitt liv [23] . Han tackade nej till erbjudandet att höja honom, som tidigare Newton och Davy, till riddarskapets värdighet, två gånger vägrade han att bli president i Royal Society (1848 och 1858) [36] . Under Krimkriget bjöd den brittiska regeringen in honom att delta i utvecklingen av kemiska vapen mot den ryska armén, men Faraday avvisade indignerat detta erbjudande som omoraliskt [37] . Faraday ledde en anspråkslös livsstil och tackade ofta nej till lukrativa erbjudanden om de störde hans passion.
1840 blev Faraday allvarligt sjuk igen (en kraftig nedgång i styrka, försämring och delvis minnesförlust) och kunde återgå till aktivt arbete endast 4 år senare, under en kort period. Det finns en version att sjukdomen var resultatet av förgiftning med kvicksilverånga, vilket ofta användes i hans experiment [38] . En resa till Europa som rekommenderas av läkare (1841) hjälpte inte mycket. Vänner började tjafsa om att utse en statlig pension till den världsberömda fysikern. Storbritanniens premiärminister ( William Lam, Lord Melbourne ) ogillade först detta, men tvingades under påtryckningar från den allmänna opinionen ge sitt samtycke. Faradays biograf och vän John Tyndall uppskattade att Faraday efter 1839 levde i akut nöd (mindre än £22 per år), och efter 1845 blev en pension (£300 per år [28] ) hans enda inkomstkälla. Tyndale tillägger bittert: "Han dog en fattig man, men hade äran att behålla Englands vetenskapliga glans i fyrtio år på en hedersplats" [39] .
År 1845 återvände Faraday kort till aktivt arbete och gjorde flera enastående upptäckter [40] , inklusive: rotation av ljusets polariseringsplan i en substans placerad i ett magnetfält ( Faraday-effekten ) och diamagnetism .
Detta var hans sista upptäckter. I slutet av året kom sjukdomen tillbaka. Men Faraday lyckades skapa en annan offentlig sensation. 1853 undersökte han med all sedvanlig noggrannhet modet med "bordvändning" under dessa år och förklarade med tillförsikt att bordet inte rördes av de dödas andar utan av deltagarnas omedvetna rörelser. Detta resultat orsakade en lavin av indignerade brev från ockultisterna [41] , men Faraday svarade att han bara skulle acceptera anspråk från andarna själva [42] .
År 1848 beviljade drottning Victoria , som höll Faraday högt (hon hade tidigare bjudit honom på lunch), Faraday ett hus för livet, som var en del av Hampton Court- palatskomplexet [43] [44] . Alla hushållskostnader och skatter tog drottningen över. År 1858 drog Faraday tillbaka från de flesta av sina tjänster och bosatte sig i Hampton Court, där han tillbringade de sista 9 åren av sitt liv.
Då och då tillät hälsotillståndet Faraday att återgå till aktivt arbete under en kort tid. År 1862 antog han att ett magnetfält kunde förskjuta spektrallinjer . Utrustningen från dessa år var dock inte tillräckligt känslig för att upptäcka denna effekt. Först 1897 bekräftade Peter Zeeman Faradays hypotes (och citerade honom som författare) och fick Nobelpriset 1902 för denna upptäckt [45] .
Michael Faraday dog den 25 augusti 1867 vid sitt skrivbord, lite kort innan han fyllde 76 år. Drottning Victoria erbjöd sig att begrava vetenskapsmannen i Westminster Abbey , men Faradays egen vilja genomfördes: en blygsam begravning och en enkel gravsten på den vanliga platsen. Forskarens grav ligger på Highgate Cemetery , en plats för icke-anglikaner. Men drottningens testamente genomfördes också - i Westminster Abbey, bredvid Newtons grav , installerades en minnestavla över Michael Faraday [46] .
När en solenoid rör sig med ström inuti en trådspole genereras en ström i den
"Faraday transformator": när strömmen slås på eller av i en lindning, registreras strömmen i den andra
De huvudsakliga experimenten ägde rum under perioden 29 augusti - 4 november 1831, de viktigaste var två [47] :
Den 17 oktober 1831 kom Faraday till slutsatsen: "en elektrisk våg uppstår endast när en magnet rör sig, och inte på grund av de egenskaper som är inneboende i den i vila." Han satte upp ett avgörande experiment [19] :
Jag tog en cylindrisk magnetstång (3/4" i diameter och 8 1/4" lång) och satte in ena änden av den i en spole av koppartråd (220 fot lång) ansluten till en galvanometer. Sedan, med en snabb rörelse, tryckte jag in magneten i hela spiralens längd, och galvanometerns nål fick en stöt. Sedan drog jag lika snabbt ut magneten ur spiralen, och nålen svängde igen, fast i motsatt riktning. Dessa svängningar av nålen upprepades varje gång magneten trycktes in eller ut.
Ännu tidigare, den 29 augusti, genomförde Faraday ett liknande experiment med en elektromagnet [48] :
Tvåhundra och tre fot koppartråd i ett stycke lindades på en stor trätrumma; ytterligare två hundra och tre fot av samma tråd lades i en spiral mellan varven på den första lindningen, varvid den metalliska kontakten överallt avlägsnades med hjälp av en sladd. Den ena av dessa spolar var kopplad till en galvanometer och den andra till ett välladdat batteri av hundra par fyra-tums fyrkantiga plattor med dubbla kopparplåtar. När kontakten stängdes skedde en plötslig men mycket lätt verkan på galvanometern och en liknande svag verkan ägde rum när kontakten med batteriet öppnades.
Således genererar en magnet som rör sig nära en ledare (eller slår på/stänger av strömmen i en angränsande ledare) en elektrisk ström i denna ledare. Faraday kallade detta fenomen för elektromagnetisk induktion .
Den 28 oktober satte han ihop den första fullfjädrade DC-generatorn (" Faraday-skivan "): när en kopparskiva roterar nära en magnet, genereras en elektrisk potential på skivan , som tas bort av en intilliggande tråd. Faraday visade hur man omvandlar den mekaniska rotationsenergin till elektrisk energi. Drivkraften för denna uppfinning var experimentet från Arago (1824): en snurrande magnet drog en kopparskiva som fanns nedanför i sin rotation, även om koppar inte kan magnetiseras [49] . Och vice versa, om du roterar en kopparskiva nära en magnet som är upphängd på ett sådant sätt att den kan rotera i ett plan parallellt med skivans plan, då när skivan roterar följer magneten dess rörelse. Arago diskuterade denna effekt med Ampere, Poisson och andra kända fysiker, men de misslyckades med att förklara den.
I rapporten om de erhållna resultaten, publicerad av Faraday den 24 november 1831 inför Royal Society, använde han först nyckeltermen "magnetiska kraftlinjer ". Detta innebar en övergång från den diskreta bilden av "laddningar/magneter" av de gamla teorierna, modellerad på Newtonsk gravitation på lång räckvidd , till ett helt nytt kontinuerligt och kortdistans fysiskt objekt, som vi nu kallar fältet . Något senare introducerade Faraday på liknande sätt elektriska kraftlinjer.
Efter Faradays upptäckter stod det klart att de gamla modellerna för elektromagnetism ( Ampère , Poisson , etc.) var ofullständiga och måste revideras väsentligt. Faraday själv förklarade elektromagnetisk induktion enligt följande. Närheten till vilken laddad kropp som helst är genomsyrad av elektriska kraftlinjer som överför "kraft" (i modern terminologi, energi), och på liknande sätt strömmar energin i ett magnetfält längs magnetiska kraftlinjer. Dessa linjer bör inte betraktas som villkorliga abstraktioner, de representerar en fysisk verklighet [50] . Vart i:
Den exakta formuleringen av dessa lagar och den kompletta matematiska modellen av elektromagnetism gavs 30 år senare av James Maxwell , som föddes året då induktionen upptäcktes (1831).
Under induktion, påpekade Faraday, är storleken på strömmen som uppstår i ledaren desto större, ju fler magnetiska kraftlinjer per tidsenhet, under tillståndsändringen, korsar denna ledare [51] . I ljuset av dessa lagar blev orsaken till rörelsen i Arago-experimentet som beskrivs ovan tydlig: när skivmaterialet korsade de magnetiska kraftlinjerna skapades induktionsströmmar i det, vars magnetfält interagerade med det ursprungliga. Senare upprepade Faraday experimentet med " Faraday-skivan ", med hjälp av jordmagnetism istället för en laboratoriemagnet [35] .
Faradays modell av det elektromagnetiska fältetDe elektromagnetiska fenomenens värld, som Faraday föreställde sig och beskrev den, skilde sig avgörande från allt som tidigare varit inom fysiken. I sin dagboksanteckning daterad den 7 november 1845 använde Faraday först termen " elektromagnetiskt fält " ( engelsk fält ) [52] , denna term antogs senare och användes i stor utsträckning av Maxwell . Ett fält är ett område i rymden som är helt genomsyrat av kraftlinjer . De krafter av växelverkan av strömmar som introducerades av Ampere ansågs vara långväga; Faraday bestred resolut denna ståndpunkt och formulerade (verbalt) egenskaperna hos det elektromagnetiska fältet som väsentligen kort räckvidd, det vill säga kontinuerligt sänds från varje punkt till angränsande punkter med en ändlig hastighet [9] [53] .
Före Faraday förstod man elektriska krafter som samverkan mellan laddningar på avstånd - där det inte finns några laddningar finns det inga krafter. Faraday ändrade detta schema: laddningen skapar ett utökat elektriskt fält, och en annan laddning interagerar med det, det finns ingen långvägsinteraktion på avstånd. Med ett magnetfält visade sig situationen vara mer komplicerad - den är inte central , och det var för att bestämma riktningen för magnetiska krafter vid varje punkt som Faraday introducerade begreppet kraftlinjer [54] . En stark anledning till att vägra agera på distans var Faradays experiment med dielektrikum och diamagneter – de visade tydligt att mediet mellan laddningarna aktivt deltar i elektromagnetiska processer [55] . Dessutom visade Faraday på ett övertygande sätt att i ett antal situationer böjs elektriska kraftlinjer, liknande magnetiska - till exempel genom att skärma två isolerade bollar från varandra och ladda en av dem kan man observera induktiva laddningar på den andra kulan [35] . Från de erhållna resultaten drog Faraday slutsatsen "att vanlig induktion i sig i alla fall är verkan av intilliggande partiklar och att elektrisk verkan på avstånd (det vill säga vanlig induktiv verkan) endast inträffar på grund av påverkan av mellanliggande materia" [56] .
James Clerk Maxwell påpekade i sin "Treatise on Electricity and Magnetism" kärnan i Faradays idéer om elektromagnetism [57] :
Faraday såg med sitt sinnesöga kraftlinjer tränga igenom hela rymden där matematiker såg kraftcentra attrahera på avstånd. Faraday såg mediet där de inte såg något annat än avstånd. Faraday såg platsen för fenomen i de verkliga processer som äger rum i miljön, och de nöjde sig med att finna det i kraften av verkan på avstånd, som appliceras på elektriska vätskor.
...Några av de mest fruktbara undersökningsmetoder som upptäckts av matematiker kunde uttryckas i termer av representationer lånade från Faraday, mycket bättre än de uttrycktes i sin ursprungliga form.
Från och med det 11:e numret av serien "Experimentell forskning om elektricitet" ansåg Faraday att det var möjligt att generalisera och teoretiskt förstå den stora mängden ackumulerat material. Faradays världssystem kännetecknades av stor originalitet. Han kände inte igen existensen av tomhet i naturen, ens fylld med eter . Världen är helt fylld av genomsläpplig materia, och varje materialpartikels inflytande är av kort räckvidd, det vill säga den sprider sig till hela rymden med en begränsad hastighet [58] . Observatören uppfattar detta inflytande som en annan slags kraft, men, som Faraday skrev, kan man inte säga att en av krafterna är primär och är orsaken till de andra, "de är alla ömsesidigt beroende och har en gemensam natur" [59 ] . Generellt sett ligger dynamiken i Faradays värld ganska nära idéerna om det elektromagnetiska fältet, som de var innan kvantteorin kom .
År 1832 tog Faraday det förseglade kuvertet till Royal Society. Hundra år senare (1938) öppnades höljet och där fann man formuleringen av hypotesen: induktiva fenomen fortplantar sig i rymden med en viss ändlig hastighet, dessutom i form av vågor. Dessa vågor "är också den mest troliga förklaringen till ljusfenomen" [53] [60] . Denna slutsats underbyggdes slutligen av Maxwell på 1860-talet.
Faradays teoretiska resonemang hittade till en början få anhängare. Faraday behärskade inte högre matematik (det finns nästan inga formler i hans verk) [32] och använde sin exceptionella fysiska intuition för att skapa sina vetenskapliga modeller. Han försvarade den fysiska verkligheten av de kraftlinjer han införde; Men forskare från den tiden, som redan hade vant sig vid den långväga effekten av Newtonsk attraktion , var nu misstroende mot kortdistansåtgärder [61] .
På 1860 -talet förklarade Maxwell Faradays idéer matematiskt ; som Robert Millikan uttryckte det , klädde Maxwell Faradays teori "i utsökt matematisk dräkt" [62] . Den första artikeln om detta ämne av den fortfarande okände 26-årige Maxwell hette "On Faradays lines of force" (1857). Faraday skrev omedelbart ett vänligt och uppmuntrande brev till författaren [63] :
Min käre herre, jag har tagit emot din artikel och är dig mycket tacksam för den. Jag vill inte säga att jag tackar dig för det du sa om "kraftlinjer", för jag vet att du gjorde det i den filosofiska sanningens intresse; men du måste också anta att detta arbete inte bara gläder mig, utan också ger mig ett incitament till ytterligare reflektion. Först blev jag rädd när jag såg vilken kraftfull matematik som applicerades på ämnet, och sedan blev jag förvånad över hur väl ämnet klarade det... Alltid verkligen din M. Faraday.
Efter experimenten av Hertz (1887-1888) blir den Faraday-Maxwellianska fältmodellen allmänt erkänd [64] .
"Experimentell forskning inom elektricitet"Faraday arbetade extremt metodiskt - efter att ha upptäckt effekten studerade han den så djupt som möjligt - han tog till exempel reda på vilka parametrar och hur det beror på (material, temperatur, etc.). Det är därför antalet experiment (och följaktligen antalet upplagor av Experimental Investigations in Electricity) är så stort. Följande korta lista över ämnen ger en uppfattning om omfattningen och djupet av Faradays forskning [65] .
Faraday satte ihop den första transformatorn [66] , studerade självinduktion , upptäckt 1832 av den amerikanske vetenskapsmannen J. Henry , urladdningar i gaser, etc. När han studerade egenskaperna hos dielektrikum introducerade han konceptet permittivitet (som han kallade "induktivt). kapacitet") [67] .
1836, medan han arbetade med problemen med statisk elektricitet, genomförde Faraday ett experiment som visade att en elektrisk laddning endast verkar på ytan av ett slutet ledarskal, utan att utöva någon effekt på föremålen inuti det. Denna effekt beror på det faktum att de motsatta sidorna av ledaren får laddningar, vars fält kompenserar för det yttre fältet. Lämpliga skyddsegenskaper används i enheten som nu kallas Faraday-buren .
Faraday upptäckte rotationen av ljusets polarisationsplan i ett magnetfält ( Faraday-effekten ). Detta innebar att ljus och elektromagnetism var nära besläktade. Faradays övertygelse om alla naturens krafters enhet fick en annan bekräftelse. Maxwell bevisade senare rigoröst ljusets elektromagnetiska natur.
Faraday gjorde många upptäckter inom kemiområdet. 1825 upptäckte han bensen och isobuten , en av de första som fick flytande klor , vätesulfid , koldioxid , ammoniak , eten och kvävedioxid [68] . År 1825 syntetiserade han för första gången hexakloran , ett ämne på grundval av vilket olika insekticider framställdes på 1900-talet [18] . Studerade katalytiska reaktioner [68] .
Åren 1825-1829 studerade Faraday, som medlem av Royal Societys kommission, i detalj hur glasets kemiska sammansättning påverkar dess fysikaliska egenskaper [69] . Faraday-glasögonen var för dyra för praktiskt bruk, men den praktiska erfarenheten var användbar senare i experiment med en magnets verkan på ljus [70] och för att fullgöra en statlig uppgift att förbättra fyrar [71] .
Som nämnts ovan trodde Faraday på enheten av alla krafter i naturen, så det var naturligt att förvänta sig att kemiska egenskaper och lagar är kopplade till elektriska. Han fick bekräftelse på detta antagande 1832, efter att ha upptäckt elektrolysens grundläggande lagar . Dessa lagar utgjorde grunden för en ny gren av vetenskap - elektrokemi , som idag har ett stort antal tekniska tillämpningar [72] . Formen av Faradays lagar antydde existensen av "elektriska atomer" med minsta möjliga laddning; Faktum är att vid sekelskiftet 1800- och 1900-talet upptäcktes denna partikel ( elektron ) och Faradays lagar hjälpte till att uppskatta dess laddning [72] . Termerna jon , katod , anod , elektrolyt som föreslagits av Faraday har slagit rot i vetenskapen [komm. 2] [8] .
Experiment inom elektrokemi gav ytterligare ett bevis på kortdistansverkan av elektromagnetism. Många forskare trodde då att elektrolys orsakas av attraktion på avstånd (joner till elektroder). Faraday genomförde ett enkelt experiment: han separerade elektroderna från papperet fuktat med koksaltlösning med två luftspalter, varefter han noterade att gnistanladdningen fick lösningen att sönderdelas. Det följde av detta att elektrolys inte orsakas av långväga attraktion, utan av en lokal ström, och den inträffar endast på de platser där strömmen passerar. Förflyttningen av joner till elektroderna sker redan efter (och som ett resultat av) sönderdelningen av molekyler [73] .
År 1846 upptäckte Faraday diamagnetism - effekten av att magnetisera vissa ämnen (till exempel kvarts , vismut , silver ) är motsatt riktningen för det externa magnetfältet som verkar på det, det vill säga stöter bort dem från magnetens båda poler. Dessa och andra experiment av Faraday lade grunden för magnetokemi [74] .
Den brittiska regeringen involverade upprepade gånger Faraday, som en erkänd auktoritet inom området tillämpad fysik, i att lösa akuta tekniska problem - förbättra fyrar [75] , skydda bottnar på fartyg från korrosion [76] , expertis i rättsfall, etc. [77 ]
Faraday studerade metallnanopartiklar i en guldkolloid och beskrev deras optiska och andra egenskaper jämfört med större partiklar. Denna erfarenhet kan betraktas som det första bidraget till nanoteknik [78] . Förklaringen till de observerade effekterna gavs på 1900-talet av kvantteorin .
I personlig kommunikation noterade Faradays bekanta alltid, fram till slutet av vetenskapsmannens liv, hans blygsamhet, välvilja och fängslande mänskliga charm [79] [23] .
Jean Baptiste Dumas , berömd kemist och politiker [42] :
Alla som kände honom - jag är fast övertygad om - skulle bara vilja närma sig den där moraliska perfektion, som tydligen gavs till Faraday från födseln. Det var någon slags nåd som ensam sänkte sig över honom, i vilken han hämtade kraft för sin sprudlande verksamhet, samtidigt som han var en ivrig sanningspredikant, en outtröttlig konstnär, en person full av hjärtlighet och munterhet, ytterst human och mild. i privatlivet ... Jag Jag kände inte en person som skulle vara mer värd kärlek och respekt än han, och vars förlust skulle vara värd mer uppriktig ånger.
Det sätt på vilket Faraday använde sin idé om kraftlinjer för att koordinera fenomenen med elektromagnetisk induktion bevisar att han var en matematiker av högsta klass, en från vilken framtidens matematiker kan dra värdefulla och fruktbara metoder.
Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz [81] :
Så länge människor åtnjuter fördelarna med elektricitet kommer de alltid att minnas Faradays namn med tacksamhet.
William Thomson (Lord Kelvin) [82] :
Ovanlig snabbhet och livlighet utmärkte honom. Reflexionen av hans geni omgav honom med någon speciell, strålande aura. Definitivt alla kände denna charm - oavsett om en djup filosof eller ett enkelt barn.
Aldrig sedan Galileos tid har världen sett så många fantastiska och varierande upptäckter komma ur ett och samma huvud.
Sedan grundandet av teoretisk fysik av Newton har de största förändringarna i dess teoretiska grunder, med andra ord, i vår förståelse av verklighetens struktur, uppnåtts tack vare Faradays och Maxwells forskning om elektromagnetiska fenomen.
Einstein råkade bo i många länder och städer, men tre porträtt hängde undantagslöst på hans kontor: Newton, Faraday och Maxwell [84] .Faraday, liksom sina föräldrar (liksom sin fru), var medlem av den protestantiska gemenskapen , som, efter namnen på dess grundare, kallas "Glasites" eller "Sandemanians" ( eng. Glasites, Sandemanians ). Denna valör dök upp i Skottland omkring 1730, och bröt sig loss från den presbyterianska kyrkan i Skottland [85] . Faraday utförde troget sina plikter som medlem av församlingen i London och valdes flera gånger till äldste i församlingen och diakon . Att döma av hans uttalanden var Faraday en uppriktig troende, men i ett av sina brev förnekade han att han vägleddes av någon religiös filosofi i sin forskning [42] :
Även om det i Guds skapelsers natur aldrig kan stå i konflikt med de högsta ting som har att göra med vårt framtida liv, och även om dessa skapelser borde tjäna, liksom allt annat, till hans upphöjelse och lov, men jag finner det inte nödvändigt att kombinera studiet av naturvetenskap med religion och har alltid ansett religion och vetenskap vara helt olika saker.
Uppkallad efter Michael Faraday:
Vetenskapliga begrepp uppkallade efter Faraday:
Monument till Faraday i London, Savoy Square
Byst av Faraday på Royal Society
Faraday Memorial Room, Royal Society
I London, på Savoy Square (nära Waterloo Bridge ) restes ett monument över vetenskapsmannen (1886) [88] . Namnet Faraday gavs till en av byggnaderna vid London Institute of Electrical Engineering, en av byggnaderna vid University of Edinburgh, ett antal skolor, högskolor, stadsgator. Den brittiska polarstationen i Antarktis kallades "Faraday" från 1977 till 1996, varefter stationen överfördes till Ukraina och bytte namn till " Akademik Vernadsky " [89] .
I oktober 1931, i Westminster Abbey, bakom Isaac Newtons grav , restes två minnesplattor sida vid sida - för att hedra Michael Faraday och James Clerk Maxwell [90] . Inte långt från Faradays födelseplats öppnades ett " Faraday-minnesmärke ", och en liten Faraday Park ( Faraday Gardens ) ligger i närheten .
Faradays porträtt placerades på den brittiska £20-sedeln som utfärdades 1991-1999 [91] .
Flera utmärkelser är uppkallade efter Faraday:
Förutom cirka 450 tidskriftsartiklar publicerade Faraday flera böcker.
Foto, video och ljud | ||||
---|---|---|---|---|
Tematiska platser | ||||
Ordböcker och uppslagsverk |
| |||
Släktforskning och nekropol | ||||
|