حياة وعمل مايكل فاراداي. سيرة واكتشافات مايكل فاراداي. حقائق مثيرة للاهتمام لمايكل فاراداي

17.07.2022

اخترع مايكل فاراداي ماذا؟

كرس العالم الكثير من الوقت للعمل المنهجي. بمعنى ، عند اكتشاف التأثير ، حاول مايكل دراسته بعمق قدر الإمكان ، لاكتشاف جميع المعلمات والخصائص.

منذ أن قام مايكل فاراداي باكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ، ويعتبر مؤسس عقيدة المجال الكهرومغناطيسي ، فإن اكتشافاته مهمة:

ابتكر العالم النموذج الأول لمحرك كهربائي.
اخترع المحرك الكهربائي والمحول.
اكتشف التأثير الكيميائي للتيار وتأثير المجال المغناطيسي على الضوء.
اكتشف قوانين النفاذية المغناطيسية والتحليل الكهربائي.
الموجات الكهرومغناطيسية المتوقعة.
اكتشف دوران مستوى استقطاب الضوء في مجال مغناطيسي. سميت هذه الظاهرة لاحقًا باسمه - تأثير فاراداي.
اكتشف الايزوبيوتيلين والبنزين.
أدخل المصطلحات في العلم مثل الكاثود والأنود والأيون والكهارل والبارامغناطيسية والعازل الكهربائي والمغناطيسية.

أثبت فاراداي في عام 1836 ما يلي - تعمل الشحنة الكهربائية حصريًا على سطح غلاف موصل من النوع المغلق ، دون أن يكون لها أي تأثير مطلقًا على الأشياء الموجودة داخل الغلاف. لقد حقق هذا الاكتشاف بفضل التجارب التي أجريت في جهاز اخترعه بنفسه - في "قفص فاراداي".

غالبًا ما أشركت الحكومة فيزيائيًا في حل مشكلات فنية مختلفة ، على سبيل المثال ، كيفية حماية السفن من التآكل ، وفحص قضايا المحاكم ، وتحسين المنارات ، وما شابه ذلك.

صادف 22 سبتمبر 2011 الذكرى الـ 220 لميلاد مايكل فاراداي (1791-1867) ، وهو فيزيائي تجريبي إنجليزي قدم مفهوم "المجال" في العلم ووضع الأسس لمفهوم الواقع المادي للمجالات الكهربائية والمغناطيسية . في الوقت الحاضر ، مفهوم المجال معروف لأي طالب في المدرسة الثانوية. لطالما تم تضمين المعلومات الأولية حول المجالات الكهربائية والمغناطيسية وكيفية وصفها باستخدام خطوط القوة ونقاط القوة والإمكانات وما إلى ذلك ، في الكتب المدرسية عن الفيزياء. في نفس الكتب المدرسية ، يمكن للمرء أن يقرأ أن المجال هو شكل خاص من أشكال المادة ، يختلف اختلافًا جوهريًا عن المادة. ولكن مع شرح ما يتكون منه هذا "التخصص" بالضبط ، تنشأ صعوبات خطيرة. بطبيعة الحال ، لا يمكن لوم مؤلفي الكتب المدرسية على ذلك. بعد كل شيء ، إذا لم يكن المجال قابلاً للاختزال إلى كيانات أخرى أبسط ، فلا يوجد شيء يمكن تفسيره. تحتاج فقط إلى قبول الواقع المادي للمجال كحقيقة مثبتة تجريبياً وتعلم كيفية التعامل مع المعادلات التي تصف سلوك هذا الكائن. على سبيل المثال ، دعا ريتشارد فاينمان إلى ذلك في محاضراته ، مشيرًا إلى أن العلماء حاولوا منذ فترة طويلة شرح المجال الكهرومغناطيسي باستخدام نماذج ميكانيكية مختلفة ، لكنهم تخلوا عن هذه الفكرة بعد ذلك واعتبروا أن نظام معادلات ماكسويل الشهيرة فقط التي تصف المجال له معنى فيزيائي.

هل هذا يعني أننا يجب أن نتخلى تمامًا عن محاولة فهم ماهية المجال؟ يبدو أن التعرف على أبحاث مايكل فاراداي التجريبية حول الكهرباء ، وهو عمل ضخم من ثلاثة مجلدات ابتكره المجرب اللامع لأكثر من 20 عامًا ، يمكن أن يوفر مساعدة كبيرة في الإجابة على هذا السؤال. هنا يقدم فاراداي مفهوم المجال ويطور خطوة بخطوة فكرة الواقع المادي لهذا الكائن. في الوقت نفسه ، من المهم ملاحظة أن تحقيقات فاراداي التجريبية - أحد أعظم الكتب في تاريخ الفيزياء - مكتوبة بلغة ممتازة ، ولا تحتوي على صيغة واحدة ويمكن لأطفال المدارس الوصول إليها تمامًا.

مقدمة ميدانية. فاراداي ، طومسون وماكسويل

تم تقديم مصطلح "المجال" (بتعبير أدق: "المجال المغناطيسي" ، "مجال القوى المغناطيسية") بواسطة فاراداي في عام 1845 أثناء البحث في ظاهرة النفاذية المغناطيسية (تم أيضًا إدخال المصطلحين "النفاذية المغناطيسية" و "البارامغناطيسية" بواسطة فاراداي) - تأثير تنافر ضعيف بواسطة مغناطيس اكتشفه العالم عددًا من المواد. في البداية ، اعتبر فاراداي المجال كمفهوم مساعد بحت ، في الواقع شبكة إحداثيات تتكون من خطوط القوة المغناطيسية وتستخدم لوصف طبيعة حركة الأجسام القريبة من المغناطيس. وهكذا ، انتقلت قطع من المواد المغناطيسية ، مثل البزموت ، من مناطق سماكة خطوط القوة إلى مناطق تخلخلها وتم وضعها بشكل عمودي على اتجاه الخطوط.

بعد ذلك بقليل ، في 1851-1852 ، عندما وصف رياضيًا نتائج بعض تجارب فاراداي ، استخدم مصطلح "حقل" أحيانًا من قبل الفيزيائي الإنجليزي ويليام طومسون (1824-1907). أما بالنسبة لمبدع نظرية المجال الكهرومغناطيسي ، جيمس كليرك ماكسويل (1831-1879) ، في أعماله ، فإن مصطلح "حقل" أيضًا لا يحدث عمليًا في البداية ويستخدم فقط للإشارة إلى ذلك الجزء من الفضاء الذي فيه مغناطيسي يمكن الكشف عن القوات. فقط في عمل "النظرية الديناميكية للمجال الكهرومغناطيسي" ، الذي نُشر في 1864-1865 ، والذي ظهر فيه نظام "معادلات ماكسويل" لأول مرة ومن المتوقع أن تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء ، يتم التحدث عن المجال على أنه واقع مادي.

هذا ، باختصار ، هو تاريخ إدخال مفهوم "المجال" في الفيزياء. يمكن أن نرى منه أن هذا المفهوم كان يعتبر في البداية مفهومًا مساعدًا بحتًا ، يشير ببساطة إلى ذلك الجزء من الفضاء (يمكن أن يكون غير محدود) حيث يمكن اكتشاف القوى المغناطيسية ويمكن تصوير توزيعها باستخدام خطوط القوة. (مصطلح "المجال الكهربائي" دخل حيز الاستخدام فقط بعد نظرية ماكسويل في المجال الكهرومغناطيسي.)

من المهم التأكيد على أنه لا خطوط القوة التي كانت معروفة للفيزيائيين قبل فاراداي ، ولا المجال "المكون" منها قد اعتبرها المجتمع العلمي في القرن التاسع عشر (ولا يمكن اعتباره!) حقيقة فيزيائية. محاولات فاراداي للحديث عن مادية خطوط القوة (أو ماكسويل - حول مادية المجال) اعتبرها العلماء غير علمية على الإطلاق. حتى طومسون ، صديق ماكسويل القديم ، الذي قام بنفسه بالكثير لتطوير الأسس الرياضية لفيزياء المجال (كان طومسون ، وليس ماكسويل ، أول من أظهر إمكانية "ترجمة" لغة خطوط قوة فاراداي إلى لغة التفاضل الجزئي المعادلات) ، وتسمى نظرية المجال الكهرومغناطيسي "العدمية الرياضية" ، ورفض الاعتراف بها لفترة طويلة. من الواضح أن طومسون لا يمكنه التصرف بهذه الطريقة إلا إذا كانت لديه أسباب جدية للغاية للقيام بذلك. وكان لديه مثل هذه الأسباب.

مجال القوة وقوة نيوتن

سبب عدم تمكن طومسون من التعرف على حقيقة خطوط القوة والمجالات بسيط. تُعرَّف خطوط القوة للمجالين الكهربائي والمغناطيسي على أنها خطوط متصلة مرسومة في الفضاء بحيث تشير الظلال إليها عند كل نقطة إلى اتجاهات القوى الكهربائية والمغناطيسية التي تعمل في تلك النقطة. تُحسب مقادير واتجاهات هذه القوى باستخدام قوانين كولوم وأمبير وبيوت سافارت لابلاس. ومع ذلك ، فإن هذه القوانين تستند إلى مبدأ العمل بعيد المدى ، والذي يسمح بإمكانية النقل الفوري لعمل جسم إلى آخر عبر أي مسافة ، وبالتالي استبعاد وجود أي وسطاء ماديين بين الشحنات المتفاعلة والمغناطيسات و التيارات.

تجدر الإشارة إلى أن العديد من العلماء كانوا متشككين في المبدأ القائل بأن الأجسام بطريقة غامضة يمكن أن تتصرف حيث لا توجد. حتى نيوتن ، الذي كان أول من استخدم هذا المبدأ عند اشتقاق قانون الجاذبية الكونية ، اعتقد أن نوعًا ما من الجوهر يمكن أن يوجد بين الأجسام المتفاعلة. لكن العالم لم يرغب في بناء فرضيات حوله ، مفضلاً تطوير نظريات رياضية للقوانين بناءً على حقائق راسخة. فعل أتباع نيوتن الشيء نفسه. ووفقًا لما قاله ماكسويل ، فقد "اجتاحت الفيزياء" حرفياً جميع أنواع الغلاف الجوي غير المرئي والتدفقات الخارجة ، والتي كانت تحيط بالمغناطيسات والشحنات في القرن الثامن عشر بواسطة مؤيدي مفهوم الحركة قصيرة المدى. ومع ذلك ، في فيزياء القرن التاسع عشر ، بدأ الاهتمام بالأفكار التي تبدو منسية إلى الأبد ينتعش تدريجياً.

كانت المشاكل التي نشأت عند محاولة تفسير ظواهر جديدة - في المقام الأول ظاهرة الكهرومغناطيسية - على أساس مبدأ العمل بعيد المدى أحد أهم الشروط المسبقة لهذا الإحياء. أصبحت هذه التفسيرات مصطنعة أكثر فأكثر. لذلك ، في عام 1845 ، عمم الفيزيائي الألماني فيلهلم ويبر (1804-1890) قانون كولوم من خلال إدخال مصطلحات تحدد اعتماد قوة تفاعل الشحنات الكهربائية على سرعاتها وتسارعاتها النسبية. كان المعنى المادي لمثل هذا الاعتماد غير مفهوم ، وكانت إضافات ويبر لقانون كولوم بوضوح في طبيعة الفرضية المقدمة لشرح ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

في منتصف القرن التاسع عشر ، كان الفيزيائيون يدركون بشكل متزايد أنه عند دراسة ظاهرتَي الكهرباء والمغناطيسية ، بدأت التجربة والنظرية في التحدث بلغات مختلفة. من حيث المبدأ ، كان العلماء على استعداد لقبول فكرة وجود مادة تنقل التفاعل بين الشحنات والتيارات بسرعة محدودة ، لكنهم لم يتمكنوا من قبول فكرة الواقع المادي للمجال. بادئ ذي بدء ، بسبب التناقض الداخلي لهذه الفكرة. الحقيقة هي أنه في فيزياء نيوتن ، يتم تقديم القوة كسبب لتسريع نقطة مادية. قيمته (القوة) تساوي ، كما هو معروف ، حاصل ضرب كتلة هذه النقطة والتسارع. وبالتالي ، يتم تحديد القوة ككمية فيزيائية عند نقطة ووقت عملها. كتب ماكسويل: "يذكرنا نيوتن نفسه ، هذه القوة موجودة فقط ما دامت تعمل ؛ يمكن الحفاظ على عملها ، لكن القوة نفسها على هذا النحو هي في الأساس ظاهرة عابرة.

في محاولة لاعتبار المجال ليس توضيحًا مناسبًا لطبيعة توزيع القوى في الفضاء ، ولكن ككائن مادي ، دخل العلماء في تعارض مع الفهم الأصلي للقوة التي تم بناء هذا الكائن على أساسها. في كل نقطة ، يتم تحديد المجال من خلال حجم واتجاه القوة المؤثرة على جسم الاختبار (الشحنة ، القطب المغناطيسي ، الملف مع التيار). في الواقع ، المجال "يتكون" فقط من القوى ، لكن القوة عند كل نقطة تُحسب على أساس القوانين التي بموجبها لا معنى للحديث عن المجال كحالة أو عملية فيزيائية. إن المجال ، الذي يُنظر إليه على أنه واقع ، يعني حقيقة وجود قوى خارج أي عمل ، والتي تتناقض تمامًا مع التعريف الأصلي للقوة. كتب ماكسويل أنه في الحالات التي نتحدث فيها عن "الحفاظ على القوة" وما إلى ذلك ، سيكون من الأفضل استخدام مصطلح "الطاقة". هذا صحيح بالتأكيد ، لكن ما هي طاقة المجال؟ بحلول الوقت الذي كتب فيه ماكسويل السطور أعلاه ، كان يعلم بالفعل أن كثافة الطاقة ، على سبيل المثال ، مجال كهربائي تتناسب مع مربع شدة هذا المجال ، أي القوة الموزعة في الفضاء مرة أخرى.

يرتبط مفهوم الفعل الفوري عن بعد ارتباطًا وثيقًا بالفهم النيوتوني للقوة. بعد كل شيء ، إذا كان أحد الجسد يعمل على الآخر ، بعيدًا ، وليس بشكل فوري (في الواقع ، يدمر المسافة بينهما) ، فسيتعين علينا النظر في القوة التي تتحرك في الفضاء وتحديد أي "جزء" من القوة يسبب التسارع الملحوظ و ما المعنى إذن للمفهوم "قوة". أو يجب أن نعترف بأن حركة القوة (أو المجال) تحدث بطريقة خاصة لا تتناسب مع إطار ميكانيكا نيوتن.

في عام 1920 ، في مقاله "الأثير ونظرية النسبية" ، كتب ألبرت أينشتاين (1879-1955) أنه عند الحديث عن المجال الكهرومغناطيسي كحقيقة ، يجب أن نعترف بوجود كائن مادي خاص ، والذي لا يمكن من حيث المبدأ أن يكون ممثلة على أنها تتكون من جسيمات ، سلوك كل منها يفسح المجال للدراسة بمرور الوقت. وصف أينشتاين لاحقًا إنشاء نظرية المجال الكهرومغناطيسي بأنها أعظم ثورة في وجهات نظرنا حول بنية الواقع المادي منذ عصر نيوتن. بفضل هذه الثورة ، في الفيزياء ، إلى جانب الأفكار حول تفاعل النقاط المادية ، دخلت الأفكار حول الحقول ، كما لو لم تكن قابلة للاختزال في أي شيء آخر.

لكن كيف كان هذا التغيير في ضوء الواقع ممكنًا؟ كيف تمكنت الفيزياء من تجاوز حدودها و "رؤية" ما لها من قبل لأن الواقع لم يكن موجودًا؟

لعبت سنوات فاراداي العديدة من التجارب مع خطوط القوة دورًا مهمًا بشكل استثنائي في التحضير لهذه الثورة. بفضل فاراداي ، تحولت هذه الخطوط ، المعروفة جيدًا للفيزيائيين ، من طريقة لتصوير توزيع القوى الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء إلى نوع من "الجسر" ، تتحرك على طوله تمكنوا من اختراق العالم ، وهو ، لقد كانت ، "وراء القوة" ، في العالم الذي أصبحت فيه القوى مظاهر لمجالات الملكية. من الواضح أن مثل هذا التحول تطلب نوعًا خاصًا جدًا من المواهب ، موهبة يمتلكها مايكل فاراداي.

مجرب عظيم

ولد مايكل فاراداي في 22 سبتمبر 1791 في عائلة حداد بلندن ، والتي بسبب نقص الأموال ، لم تكن قادرة على تعليم أطفالها. مايكل - الطفل الثالث في الأسرة - لم يكمل المدرسة الابتدائية وفي سن الثانية عشرة تم تدريبه في ورشة تجليد الكتب. هناك أتيحت له الفرصة لقراءة العديد من الكتب ، بما في ذلك العلوم الشعبية ، لسد الثغرات في تعليمه. سرعان ما بدأ فاراداي في حضور المحاضرات العامة التي عقدت بانتظام في لندن لنشر المعرفة لعامة الناس.

في عام 1812 ، دعا أحد أعضاء الجمعية الملكية في لندن ، الذي استخدم خدمات ورشة تجليد الكتب بانتظام ، فاراداي للاستماع إلى محاضرات ألقاها الفيزيائي والكيميائي الشهير همفري ديفي (1778-1829). أصبحت هذه اللحظة نقطة تحول في حياة فاراداي. أخيرًا دفع العلم الشاب بعيدًا ، ومنذ أن كانت فترة دراسته في ورشة العمل قد انتهت ، غامر فاراداي بالكتابة إلى ديفي عن رغبته في إجراء بحث ، مع إرفاق ملاحظات مُلزمة بعناية من محاضرات العالم بالحرف. لم يرد ديفي ، الذي كان هو نفسه ابن حفار خشب فقير ، على رسالة فاراداي فحسب ، بل عرض عليه أيضًا منصبًا مساعدًا في المعهد الملكي في لندن. وهكذا بدأ النشاط العلمي لفراداي ، والذي استمر حتى وفاته تقريبًا ، والذي حدث في 25 أغسطس 1867.

يعرف تاريخ الفيزياء العديد من المجربين البارزين ، ولكن ربما كان فاراداي هو الوحيد الذي أطلق عليه اسم المجرب بحرف كبير. ولا تكمن النقطة فقط في إنجازاته الهائلة ، ومن بينها اكتشافات قوانين التحليل الكهربائي وظواهر الحث الكهرومغناطيسي ، ودراسة خصائص المواد العازلة والمغناطيسية ، وأكثر من ذلك بكثير. غالبًا ما تم إجراء اكتشافات مهمة بشكل أو بآخر عن طريق الصدفة. من المستحيل قول الشيء نفسه عن فاراداي. لطالما كانت أبحاثه رائعة بسبب انتظامها المذهل وهادفها. لذلك ، في عام 1821 ، كتب فاراداي في مذكراته العملية أنه بدأ في البحث عن علاقة بين المغناطيسية والكهرباء والبصريات. اكتشف أول اتصال بعد 10 سنوات (اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي) ، والثاني - بعد 23 عامًا (اكتشاف دوران مستوي استقطاب الضوء في مجال مغناطيسي).

تحقيقات فاراداي التجريبية في الكهرباء تتكون من حوالي 3500 فقرة ، كثير منها يحتوي على أوصاف لتجاربه. وهذا بالضبط ما رأى فاراداي أنه مناسب للنشر. في "مذكرات" فاراداي متعددة المجلدات ، والتي احتفظ بها منذ عام 1821 ، تم وصف حوالي 10 آلاف تجربة ، وأجرى العالم العديد منها دون مساعدة أحد. من المثير للاهتمام أنه في عام 1991 ، عندما احتفل العالم العلمي بالذكرى المئوية الثانية لميلاد فاراداي ، قرر مؤرخو الفيزياء الإنجليز تكرار بعض من أشهر تجاربه. ولكن حتى بالنسبة لاستنساخ بسيط لكل من هذه التجارب ، فقد أخذ فريق من المتخصصين المعاصرين يومًا واحدًا على الأقل من العمل.

بالحديث عن مزايا فاراداي ، يمكننا القول إن إنجازه الرئيسي كان تحويل الفيزياء التجريبية إلى مجال بحثي مستقل ، يمكن أن تكون نتائجه في كثير من الأحيان قبل تطوير النظرية بسنوات عديدة. اعتبر فاراداي رغبة العديد من العلماء في الانتقال بأسرع ما يمكن من البيانات التي تم الحصول عليها في التجارب إلى التعميم النظري غير مثمر للغاية. بدا الأمر أكثر فائدة لفاراداي في الحفاظ على علاقة طويلة الأمد مع الظواهر قيد الدراسة حتى يتمكن من تحليل جميع ميزاتها بالتفصيل ، بغض النظر عما إذا كانت هذه الميزات تتوافق مع النظريات المقبولة أم لا.

وسع فاراداي هذا النهج لتحليل البيانات التجريبية للتجارب المعروفة على محاذاة برادة الحديد على طول خطوط المجال المغناطيسي. بالطبع ، كان العالم يعلم جيدًا أن الأنماط التي تشكل برادة الحديد يمكن تفسيرها بسهولة على أساس مبدأ العمل بعيد المدى. ومع ذلك ، يعتقد فاراداي أنه في هذه الحالة ، يجب أن ينطلق المجربون ليس من المفاهيم التي اخترعها المنظرون ، ولكن من الظواهر التي ، في رأيه ، تشهد على وجود في الفضاء المحيط بالمغناطيس والتيارات لبعض الحالات الجاهزة للعمل. بعبارة أخرى ، تشير خطوط القوة ، وفقًا لفاراداي ، إلى أنه يجب التفكير في القوة ليس فقط كعمل (على نقطة مادية) ، ولكن أيضًا على أنها القدرة على الفعل.

من المهم التأكيد على أن فاراداي ، باتباع منهجيته ، لم يحاول طرح أي فرضيات حول طبيعة هذه القدرة على الفعل ، مفضلاً تراكم الخبرة تدريجياً في سياق العمل بخطوط القوة. تم وضع بداية هذا العمل في دراساته لظواهر الحث الكهرومغناطيسي.

فتح مطول

في العديد من الكتب المدرسية والكتب المرجعية ، يمكنك أن تقرأ أنه في 29 أغسطس 1831 ، اكتشف فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. يدرك مؤرخو العلوم جيدًا أن تأريخ الاكتشافات أمر معقد وغالبًا ما يكون محيرًا للغاية. اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ليس استثناء. من المعروف من يوميات فاراداي أنه لاحظ هذه الظاهرة في وقت مبكر من عام 1822 أثناء التجارب التي أجريت على دائرتين موصلتين على قلب حديدي ناعم. تم توصيل الدائرة الأولى بمصدر حالي ، والثانية - بجلفانومتر ، والتي سجلت حدوث تيارات قصيرة المدى عند تشغيل التيار أو إيقاف تشغيله في الدائرة الأولى. اتضح لاحقًا أن علماء آخرين لاحظوا ظواهر مماثلة ، لكنهم ، مثل فاراداي في البداية ، اعتبروها خطأ تجريبيًا.

الحقيقة هي أنه بحثًا عن ظاهرة توليد الكهرباء بالمغناطيسية ، كان العلماء يهدفون إلى اكتشاف تأثيرات مستقرة ، على سبيل المثال ، لظاهرة الفعل المغناطيسي للتيار التي اكتشفها أورستد في عام 1818. تم إنقاذ فاراداي من هذا "العمى" الكوني بظروفين. أولا ، الانتباه إلى أي ظواهر طبيعية. في مقالاته ، تحدث فاراداي عن كل من التجارب الناجحة وغير الناجحة ، معتقدًا أن التجربة غير الناجحة (لا تكشف عن التأثير المطلوب) ، ولكن التجربة التي تم تنظيمها بشكل هادف تحتوي أيضًا على بعض المعلومات حول قوانين الطبيعة. ثانيًا ، قبل الاكتشاف بفترة وجيزة ، أجرى فاراداي تجارب كثيرة على تصريفات المكثفات ، مما شحذ انتباهه بلا شك للتأثيرات قصيرة المدى. بالنظر بانتظام في مذكراته (بالنسبة إلى فاراداي كان هذا جزءًا ثابتًا من البحث) ، يبدو أن العالم ألقى نظرة جديدة على تجارب عام 1822 ، وبعد استنساخها ، أدرك أنه لا يتعامل مع التدخل ، ولكن مع المطلوب ظاهرة. كان تاريخ هذا الإدراك 29 أغسطس 1831.

ثم بدأ بحث مكثف ، اكتشف خلاله فاراداي ووصف الظواهر الرئيسية للحث الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك حدوث التيارات الحثية أثناء الحركة النسبية للموصلات والمغناطيس. بناءً على هذه الدراسات ، توصل فاراداي إلى استنتاج مفاده أن الشرط الحاسم لحدوث التيارات الحثية هو بالضبط تداخلموصل لخطوط القوة المغناطيسية ، وليس انتقالًا إلى مناطق ذات قوى أكبر أو أقل. في الوقت نفسه ، على سبيل المثال ، حدوث تيار في أحد الموصلات عند تشغيل التيار في موصل آخر قريب ، أوضح فاراداي أيضًا نتيجة عبور الموصل لخطوط القوة: "يبدو أن المنحنيات المغناطيسية تتحرك ( إذا جاز التعبير) عبر السلك المستحث ، بدءًا من اللحظة التي يبدأون فيها في التطور ، وحتى اللحظة التي تصل فيها القوة المغناطيسية للتيار إلى أعلى قيمة لها ؛ يبدو أنها تنتشر على جانبي السلك ، وبالتالي فهي مرتبطة بالسلك الثابت في نفس الموضع ، كما لو كان يتحرك في الاتجاه المعاكس عبرها.

دعونا ننتبه إلى عدد المرات التي يستخدم فيها فاراداي الكلمات "كما لو" في المقطع أعلاه ، وكذلك إلى حقيقة أنه لا يمتلك حتى الآن الصيغة الكمية لقانون الحث الكهرومغناطيسي المألوف لدينا: القوة الحالية في تتناسب الدائرة الموصلة مع معدل التغيير في عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تمر عبر هذه الحلقة. تظهر صيغة قريبة من هذا في فاراداي فقط في عام 1851 ، وهي تشير فقط إلى حالة موصل يتحرك في مجال مغناطيسي ثابت. وفقًا لفاراداي ، إذا تحرك موصل في مثل هذا المجال بسرعة ثابتة ، فإن قوة التيار الكهربائي الناتج فيه تتناسب مع هذه السرعة ، وتتناسب كمية الكهرباء التي يتم ضبطها مع عدد خطوط المجال المغناطيسي عبرت من قبل موصل.

يرجع تحذير فاراداي في صياغة قانون الحث الكهرومغناطيسي في المقام الأول إلى حقيقة أنه يمكنه استخدام مفهوم خط القوة بشكل صحيح فقط فيما يتعلق بالمجالات الساكنة. ومع ذلك ، في حالة الحقول المتغيرة ، اكتسب هذا المفهوم طابعًا مجازيًا ، والتحفظات المستمرة "كما لو" ، عند الحديث عن خطوط القوة المتحركة ، تُظهر أن فاراداي فهم هذا جيدًا. كما أنه لا يستطيع أن يتجاهل انتقادات هؤلاء العلماء الذين أوضحوا له أن خط القوة هو ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، كائنًا هندسيًا ، ولا معنى للحديث عن حركته. بالإضافة إلى ذلك ، في التجارب نتعامل مع أجسام مشحونة وموصلات ذات تيار وما إلى ذلك ، وليس مع تجريدات مثل خطوط القوة. لذلك ، كان على فاراداي أن يُظهر أنه عند دراسة بعض فئات الظواهر على الأقل ، لا يمكن للمرء أن يقتصر على النظر في الموصلات الحاملة للتيار ولا يأخذ في الاعتبار المساحة المحيطة بها. لذلك ، في عمل مكرس لدراسة ظاهرة الاستقراء الذاتي ، دون ذكر خطوط القوة على الإطلاق ، يبني فاراداي قصة عن تجاربه بطريقة تجعل القارئ نفسه يتوصل تدريجياً إلى استنتاج مفاده أن السبب الحقيقي وراء الظواهر المرصودة ليست موصلات ذات تيار ، ولكنها شيء يقع في الفراغ المحيط بها.

الميدان مثل هاجس. بحث في ظاهرة الاستقراء الذاتي

في عام 1834 ، نشر فاراداي الجزء التاسع من "التحقيقات التجريبية" ، والذي كان يسمى "حول التأثير الاستقرائي للتيار الكهربائي على نفسه وعلى التأثير الاستقرائي للتيارات بشكل عام". في هذا العمل ، حقق فاراداي في ظاهرة الحث الذاتي ، التي اكتشفها الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري (1797-1878) عام 1832 ، وأظهر أنها تمثل حالة خاصة من ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي التي سبق أن درسها.

يبدأ فاراداي عمله بوصف لعدد من الظواهر ، والتي تتمثل في حقيقة أنه عند فتح دائرة كهربائية تحتوي على موصلات طويلة أو لفائف مغناطيسية كهربائية ، تحدث شرارة عند نقطة انقطاع التلامس أو الشعور بصدمة كهربائية إذا كان التلامس قطع باليد. في الوقت نفسه ، يشير فاراداي ، إذا كان الموصل قصيرًا ، فلا يمكن أن تحدث شرارة أو صدمة كهربائية بأي حيل. وهكذا ، اتضح أن حدوث شرارة (أو تأثير) لا يعتمد كثيرًا على قوة التيار المتدفق عبر الموصل قبل كسر التلامس ، ولكن على طول هذا الموصل وتكوينه. لذلك ، يسعى فاراداي ، أولاً وقبل كل شيء ، إلى إظهار أنه على الرغم من أن السبب الأولي للشرارة هو التيار (إذا لم يكن هناك شرارة على الإطلاق في الدائرة ، فلن يكون هناك بالطبع شرارة) ، فإن قوة التيار ليس له أهمية حاسمة. للقيام بذلك ، يصف فاراداي سلسلة من التجارب التي تم فيها زيادة طول الموصل أولاً ، مما أدى إلى تضخيم الشرارة ، على الرغم من ضعف التيار في الدائرة بسبب زيادة المقاومة. ثم يتم لف هذا الموصل بحيث يتدفق التيار عبر جزء صغير منه فقط. في الوقت نفسه ، تزداد القوة الحالية بشكل حاد ، لكن الشرارة تختفي عند فتح الدائرة. وبالتالي ، لا يمكن اعتبار الموصل نفسه ولا قوة التيار فيه سببًا للشرارة ، حيث لا يعتمد حجمها ، كما اتضح ، على طول الموصل فحسب ، بل أيضًا على تكوينه. لذلك ، عندما يتم لف الموصل في لولب ، وكذلك عندما يتم إدخال قلب حديدي في هذا اللولب ، يزداد حجم الشرارة أيضًا.

استمرارًا لدراسة هذه الظواهر ، قام فاراداي بتوصيل موصل قصير مساعد موازٍ لفتحة التلامس ، ومقاومته أكبر بكثير من تلك الخاصة بالموصل الرئيسي ، ولكنها أقل من تلك الموجودة في فجوة الشرارة أو جسم الشخص الذي يفتح الاتصال. نتيجة لذلك ، اختفت الشرارة عندما تم فتح التلامس ، وظهر تيار قوي قصير المدى في الموصل الإضافي (يطلق عليه فاراداي تيارًا إضافيًا) ، واتضح أن اتجاهه عكس اتجاه التيار الذي من شأنه أن تتدفق من خلاله من المصدر. كتب فاراداي: "هذه التجارب تؤسس فرقًا مهمًا بين التيار الأولي أو المثير ، والتيار الإضافي من حيث الكمية ، والشدة ، وحتى الاتجاه ؛ لقد قادوني إلى استنتاج مفاده أن التيار الإضافي مطابق للتيار المستحث الذي وصفته سابقًا.

بعد طرح فكرة ارتباط الظواهر المدروسة بظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، أعد فاراداي أيضًا عددًا من التجارب البارعة التي تؤكد هذه الفكرة. في إحدى هذه التجارب ، تم وضع ملف مفتوح آخر بجوار ملف متصل بمصدر حالي. عند فصله عن المصدر الحالي ، أعطى الملف الأول شرارة قوية. ومع ذلك ، إذا أغلقت أطراف اللولب الآخر ، اختفت الشرارة عمليًا ، وظهر تيار قصير المدى في اللولب الثاني ، والذي يتزامن اتجاهه مع اتجاه التيار في اللولب الأول إذا تم فتح الدائرة ، و كان عكسها إذا كانت الدائرة مغلقة.

بعد أن أنشأ العلاقة بين فئتي الظواهر ، كان فاراداي قادرًا على شرح التجارب التي أجريت سابقًا بسهولة ، أي تضخيم الشرارة عند إطالة الموصل ، أو لفه في دوامة ، أو إدخال قلب حديدي فيه ، إلخ. : "إذا لاحظنا أن الفعل الاستقرائي لسلك طوله قدم واحدة بالقرب من السلك يبلغ أيضًا قدمًا واحدة ، ثم يتبين أنه ضعيف جدًا ؛ ولكن إذا تم تمرير نفس التيار عبر سلك يبلغ طوله خمسين قدمًا ، فسوف يحث السلك المجاور الذي يبلغ طوله خمسين قدمًا ، في لحظة صنع أو كسر التلامس ، على تيار أقوى بكثير ، كما لو أن كل قدم إضافية من السلك أضافت شيئًا إلى العمل الكلي ؛ عن طريق القياس ، نستنتج أن نفس الظاهرة يجب أن تحدث أيضًا عندما يعمل الموصل الموصل في نفس الوقت كموصل يتشكل فيه تيار مستحث. لذلك ، يخلص فاراداي إلى أن زيادة طول الموصل ، وطيها في شكل حلزوني ، وإدخال جوهر فيه يقوي الشرارة. إلى عمل منعطف واحد من اللولب على آخر ، تتم إضافة عمل نواة إزالة المغناطيسية. في الوقت نفسه ، يمكن لمجمل هذه الإجراءات تعويض بعضها البعض. على سبيل المثال ، إذا تم طي سلك طويل معزول إلى نصفين ، فبسبب الإجراء الاستقرائي المعاكس لنصفيه ، ستختفي الشرارة ، على الرغم من أن هذا السلك يعطي شرارة قوية في الحالة المستقيمة. كما أدى استبدال القلب الحديدي بنواة فولاذية ، والذي يتم إزالة المغناطيسية ببطء شديد ، إلى إضعاف الشرارة بشكل كبير.

لذلك ، يقود القارئ من خلال الأوصاف التفصيلية لمجموعات التجارب التي تم إجراؤها ، فاراداي ، دون أن ينبس ببنت شفة عن المجال ، تشكل فيه ، القارئ ، فكرة أن الدور الحاسم في الظواهر قيد الدراسة لا ينتمي إلى الموصلات مع التيار ، ولكن إلى نوع تم إنشاؤه من قبلهم في الفضاء المحيط.ثم حالة المغنطة ، وبصورة أدق ، معدل تغير هذه الحالة. ومع ذلك ، فإن مسألة ما إذا كانت هذه الحالة موجودة بالفعل وما إذا كان يمكن أن تكون موضوعًا للدراسات التجريبية ظلت مفتوحة.

مشكلة الواقع المادي لخطوط القوة

تمكن فاراداي من اتخاذ خطوة مهمة في إثبات حقيقة خطوط القوة في عام 1851 ، عندما جاء بفكرة تعميم مفهوم خط القوة. كتب فاراداي: "يمكن تعريف خط القوة المغناطيسية على أنه الخط الذي تصفه إبرة مغناطيسية صغيرة عند تحريكها في اتجاه أو آخر في اتجاه طولها ، بحيث يظل السهم مماسًا للحركة الوقت؛ أو بعبارة أخرى ، هذا هو الخط الذي يمكن أن يتحرك على طوله السلك العرضي في أي اتجاه ، وفي الأخير لن تكون هناك رغبة في توليد أي تيار ، بينما عندما يتحرك في أي اتجاه آخر ، توجد مثل هذه الرغبة .

وهكذا تم تحديد خط القوة من قبل فاراداي على أساس قانونين مختلفين (وتفاهمات) لعمل القوة المغناطيسية: تأثيرها الميكانيكي على إبرة مغناطيسية وقدرتها (وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي) على توليد قوة كهربائية. هذا التعريف المزدوج لخط القوة ، كما هو ، "تجسيده" ، أعطاه معنى الاتجاهات الخاصة المكتشفة تجريبياً في الفضاء. لذلك ، أطلق فاراداي على خطوط القوة هذه "مادية" ، معتقدًا أنه سيكون قادرًا الآن على إثبات واقعها في النهاية. يمكن تمثيل الموصل في مثل هذا التعريف المزدوج على أنه مغلق ومنزلق على طول خطوط القوة بحيث لا يتخطى الخطوط ، كونه مشوهًا باستمرار. هذا الموصل سوف يفرد "عدد" معين من الخطوط التي يتم الاحتفاظ بها عندما تكون "سميكة" أو "مخلخلة". يمكن اعتبار مثل هذا الانزلاق للموصل في مجال القوى المغناطيسية دون ظهور تيار كهربائي فيه دليلاً تجريبيًا على الحفاظ على عدد خطوط القوة أثناء "انتشارها" ، على سبيل المثال ، من قطب المغناطيس ، وبالتالي ، كدليل على حقيقة هذه الخطوط.

بالطبع ، من المستحيل عمليا تحريك موصل حقيقي بحيث لا يعبر خطوط القوة. لذلك ، أثبت فاراداي الفرضية حول الحفاظ على عددهم بشكل مختلف. دع المغناطيس مع القطب N والموصل ا ب ت ثتقع بحيث يمكن تدويرها بالنسبة لبعضها البعض حول المحور ميلادي(الشكل 1 ؛ رسم مؤلف المقال بناءً على رسومات فاراداي). في هذه الحالة ، جزء من الموصل ميلادييمر عبر الفتحة الموجودة في المغناطيس ولديه اتصال مجاني عند النقطة د. يتم إجراء اتصال مجاني وعند هذه النقطة ج، لذلك المؤامرة قبل الميلاديمكن أن تدور حول المغناطيس دون كسر الدائرة الكهربائية المتصلة في النقاط أو ب(أيضًا عن طريق انزلاق الملامسات) إلى الجلفانومتر. موصل قبل الميلادمع دوران كامل حول المحور ميلادييتقاطع مع جميع خطوط القوة المنبعثة من قطب المغناطيس N. والآن دع الموصل يدور بسرعة ثابتة. ثم مقارنة قراءات الجلفانومتر في مواضع مختلفة للموصل الدوار ، على سبيل المثال ، في الموضع ا ب ت ثو حامل ا ب ت ث، عندما يعبر الموصل لدورة كاملة مرة أخرى جميع خطوط القوة ، ولكن بالفعل في أماكن تخلخلها الأكبر ، يمكن العثور على أن قراءات الجلفانومتر هي نفسها. وفقًا لفاراداي ، يشير هذا إلى الحفاظ على عدد شرطي معين من خطوط القوة ، والتي يمكن أن تميز القطب الشمالي للمغناطيس (كلما كان هذا "الرقم" أكبر ، كان المغناطيس أقوى).

بالتناوب في تركيبته (الشكل 2 ؛ رسم فاراداي) ليس موصلًا ، بل مغناطيسًا ، توصل فاراداي إلى استنتاج مفاده أن عدد خطوط القوة في المنطقة الداخلية للمغناطيس محفوظ. في الوقت نفسه ، يعتمد تفكيره على افتراض أن خطوط القوة ليست مغروسة بمغناطيس دوار. تظل هذه الخطوط "في مكانها" بينما يدور المغناطيس بينها. في هذه الحالة ، يكون التيار في المقدار هو نفسه عندما يدور الموصل الخارجي. يشرح فاراداي هذه النتيجة بالقول إنه على الرغم من أن الجزء الخارجي للموصل لا يعبر الخطوط ، إلا أن الجزء الداخلي منه ( قرص مضغوط) ، بالتناوب مع المغناطيس ، يتقاطع مع جميع الخطوط التي تمر داخل المغناطيس. إذا تم إصلاح الجزء الخارجي للموصل وتدويره مع المغناطيس ، فلن يحدث أي تيار. هذا يمكن ايضا ان يفسر في الواقع ، يتقاطع الجزءان الداخلي والخارجي من الموصل مع نفس عدد خطوط القوة الموجهة في نفس الاتجاه ، وبالتالي فإن التيارات المستحثة في كلا الجزأين من الموصل تلغي بعضها البعض.

تبع ذلك من التجارب أن خطوط القوة داخل المغناطيس لا تنتقل من القطب الشمالي إلى الجنوب ، بل بالعكس ، وتشكل منحنيات مغلقة بخطوط قوة خارجية ، مما سمح لفارادي بصياغة قانون الحفاظ على عدد خطوط القوة المغناطيسية في الفراغات الخارجية والداخلية للمغناطيس الدائم: "قوة التوزيع المذهلة هذه ، والتي يتم الكشف عنها بواسطة موصل متحرك ، المغناطيس هو تمامًا مثل الملف الكهرومغناطيسي ، سواء في حقيقة أن خطوط القوة تتدفق في شكل دوائر مغلقة ، وفي تساوي مجموعها في الداخل والخارج. وبالتالي ، فإن مفهوم "عدد خطوط القوة" قد حصل على حقوق المواطنة ، والتي بسببها صياغة قانون تناسب القوة الدافعة الكهربائية للتحريض مع عدد خطوط القوة التي يعبرها الموصل لكل وحدة زمنية مكتسبة جسديًا. المعنى.

ومع ذلك ، اعترف فاراداي بأن نتائجه ليست الدليل النهائي على حقيقة خطوط القوة. بالنسبة لمثل هذا الدليل ، كتب ، من الضروري "تحديد نسبة خطوط القوة إلى الوقت" ، أي إظهار أن هذه الخطوط يمكن أن تتحرك في الفضاء بسرعة محدودة ، وبالتالي يمكن اكتشافها بأي طرق فيزيائية .

من المهم التأكيد على أن مشكلة "خطوط القوة المادية" لا علاقة لها بمحاولات فاراداي للكشف المباشر عن خطوط القوة العادية. منذ اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ، اعتقد فاراداي أن كلاً من خطوط القوة العادية وقوانين الكهرومغناطيسية هي مظاهر لبعض الخصائص الخاصة للمادة ، حالتها الخاصة ، والتي أطلق عليها العالم اسم Electrotonic. في الوقت نفسه ، كان السؤال عن جوهر هذه الحالة وعلاقته بأشكال المادة المعروفة مفتوحًا ، كما اعتبر فاراداي: "ما هي هذه الحالة وما الذي تعتمد عليه ، لا يمكننا أن نقول الآن. ربما يرجع ذلك إلى الأثير ، مثل شعاع من الضوء ... ربما تكون حالة توتر ، أو حالة اهتزاز ، أو حالة أخرى مماثلة للتيار الكهربائي ، والتي ترتبط بها القوى المغناطيسية ارتباطًا وثيقًا. ما إذا كان وجود المادة ضروريًا للحفاظ على هذه الحالة يعتمد على المقصود بكلمة "مادة". إذا كان مفهوم المادة مقصورًا على المواد الثقيلة أو الجاذبة ، فإن وجود المادة لا يقل أهمية عن الخطوط الفيزيائية للقوة المغناطيسية كما هو الحال بالنسبة لأشعة الضوء والحرارة. ولكن إذا قبلنا ، بالاعتراف بالأثير ، أن هذا نوع من المادة ، فقد تعتمد خطوط القوة على أي من أفعاله.

هذا الاهتمام الوثيق ، الذي أولاه فاراداي لخطوط القوة ، كان يرجع في المقام الأول إلى حقيقة أنه رآها كجسر يؤدي إلى عالم جديد تمامًا. ومع ذلك ، كان من الصعب حتى على مجرب لامع مثل فاراداي عبور هذا الجسر. في الواقع ، لم تسمح هذه المشكلة بحل تجريبي بحت على الإطلاق. ومع ذلك ، يمكن للمرء أن يحاول الاختراق رياضيًا في الفراغ بين خطوط القوة. هذا بالضبط ما فعله ماكسويل. أصبحت معادلاته الشهيرة الأداة التي جعلت من الممكن اختراق الفجوات غير الموجودة بين خطوط قوة فاراداي ، ونتيجة لذلك ، اكتشاف واقع مادي جديد هناك. لكن هذه قصة أخرى - قصة المنظر العظيم.

يشير هذا إلى كتاب R. Feynman و R.Lighton و M. Sands "Feynman Lectures on Physics" (M: Mir ، 1967) ( ملحوظة. إد.)
نُشر المجلد الأول من هذا الكتاب بالترجمة الروسية عام 1947 ، والثاني عام 1951 ، والثالث عام 1959 في سلسلة كلاسيكيات العلوم (موسكو: Izdatelstvo AN SSSR). ( ملحوظة. إد.)
في عام 1892 ، مُنح ويليام طومسون اللقب النبيل "لورد كيلفن" لعمله الأساسي في مجالات الفيزياء المختلفة ، ولا سيما مد كابل عبر المحيط الأطلسي يربط بين إنجلترا والولايات المتحدة.

مايكل فاراداي عالم إنجليزي اشتهر بأبحاثه في مجال المغناطيسية والتيار الكهربائي. أخذ كل من اكتشافاته العلم خطوة أخرى إلى الأمام وأدى في النهاية إلى توليد الكهرباء والكمبيوتر والعديد من أساسيات الحياة الحديثة.

بدأت حياة مايكل فاراداي في أحد أفقر مناطق لندن في 22 سبتمبر 1791. كان والده وشقيقه يعملان حدادًا ، لكن دخلهما كان بالكاد يكفي لإعالة الأسرة. نتيجة لهذه المحنة ، لم يتلق الصبي حتى التعليم الثانوي ، واقتصر على المدرسة الابتدائية المحلية فقط. منذ لحظة تخرجها ، انخرط مايكل في دراسته بمفرده ، وأحب قراءة الكتب ، وكان مولعًا بالعلوم الطبيعية ، ولا سيما الكيمياء والفيزياء.

للتخفيف من حالة الأسرة ، من سن 13 عامًا ، يبدأ الشاب فاراداي نفسه في كسب المال. في البداية عمل بائع متجول للكتب والصحف ، وبعد عام في المكتبة نفسها. هنا يتعلم تجليد الكتب ، بينما يسمح صاحب المحل لمايكل بقراءتها. يتولى الصبي ذو الحماس الكبير دراسة جميع المواد المتاحة ، في محاولة لتطبيق المعرفة النظرية في الممارسة. لذلك كان لديه مختبر مؤقت كامل في منزله ، حيث أجرى فاراداي العديد من التجارب العلمية.

قدم شقيقه الأكبر أيضًا مساهمته في تعليم مايكل - فقد دفع للصبي أكثر من مرة لحضور محاضرات في الفيزياء والكيمياء وعلم الفلك. ومع ذلك ، حصل فاراداي على المحاضرة الرئيسية في حياته عن طريق الصدفة على الإطلاق. لاحظ أحد المشترين في المكتبة اهتمام مايكل بالعلوم وأعطاه بطاقات دعوة إلى محاضرة ألقاها همفري ديفي. بعد زيارتها ، قام الشاب شخصيًا بتقييد مجرّده وجمع شجاعته وأرسله إلى المعلم. وافق بدوره على معرفة الصبي بالفيزياء ، وبعد قليل من التفكير ، دعا فاراداي للعمل كمساعد له في جامعة كوينز.

ابتداء من عام 1813 ، سافر ديفي مع مساعده على نطاق واسع في أوروبا. لذلك تمكن فاراداي من زيارة أفضل المختبرات في فرنسا وإيطاليا ، وكذلك التعرف على كبار العلماء في ذلك الوقت: إم. شيفريل ، جيه إل جاي لوساك ، إيه أمبير. استغرقت الرحلة بأكملها أكثر من عامين وأثارت المزيد من الرغبة في العلم لدى العالم الشاب.

في عام 1815 ، عاد مايكل فاراداي إلى الجامعة ، وألقى بنفسه في العمل. يكرس المزيد والمزيد من الوقت لأبحاثه الخاصة ، ومع ذلك ، فقد تمكن من إلقاء محاضرات مجانية لأولئك الذين ، مثله ، مجبرون على تثقيف أنفسهم. وهكذا ، يساهم العالم في تعميم العلم وتطوير موهبته الخطابية.

في عام 1820 ، وقعت أعمال أورستيد في أيدي فاراداي ، والتي تعاملت مع التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي. من تلك اللحظة فصاعدًا ، يدرس العالم هذه المسألة بجدية ، وبعد 10 سنوات من العمل الشاق ، توصل إلى مفهوم الحث الكهرومغناطيسي (تفاعل المغناطيسية والتيار الكهربائي). ساعده ملف هنري في اكتشاف عظيم.

بعد عام ، أصبح مايكل فاراداي مشرفًا تقنيًا في جامعة كوينز. تشمل مسؤولياته الإشراف على جميع مختبراته. كان عام 1821 مهمًا أيضًا في حياة فاراداي الشخصية - فقد تزوج ، ووفقًا لمعاصريه ، كان زواجًا ناجحًا وسعيدًا للغاية.

في نفس العام نشر اثنين من أعماله الشهيرة: حول تسييل الكلور والحركات الكهرومغناطيسية. قاده الأول إلى تحويل الكلور إلى مادة سائلة (1824) ، وتناول الثاني النموذج الأولي لمحرك كهربائي. وصفت تجربة باستخدام إبرة ممغنطة ، أجبر فاراداي على تدويرها حول قطب مغناطيسي. لهذه التجربة ، اتهم مايكل و. في الوقت نفسه ، لم يدعم معلم فاراداي - جي ديفي - تلميذه ، وانحاز إلى جانب العالم الشهير.

كما أنه لم ينحاز إلى جانب فاراداي في عام 1824. عندما تم قبول العالم في الجمعية الملكية في لندن ، كان ديفي هو الوحيد الذي صوت ضد عضويته. ومع ذلك ، فإن هذا لم يمنع ديفي من وصف فاراداي بأنه أهم اكتشافاته.

في عام 1825 ، أصبح فاراداي مديرًا للمختبر في الجامعة الملكية ، وفي عام 1827 - أستاذًا ورئيسًا لقسم الكيمياء.

في عام 1832 ، واصل البحث المتعلق بالتيار الكهربائي ، توصل فاراداي إلى مفهوم التحليل الكهربائي. هذه الظاهرة تجعل من الممكن تمرير التيار من خلال حلول مختلفة ، وفصل المكونات القيمة عنها. يتم استخدامه حتى يومنا هذا في الصناعة الكيميائية وعلم المعادن. في نفس الفترة ، قام فاراداي باكتشاف مهم آخر - فقد تمكن من إثبات هوية جميع مظاهر الكهرباء.

في عام 1835 ، حصل أصدقاء فاراداي على معاش تقاعدي مدى الحياة من وزير الخزانة للعالم مقابل اكتشافاته العلمية. على الرغم من المحنة ، لم يقبل فاراداي "الصدقة" ، ووافق على الدفع فقط بعد اعتذار الوزير والاعتراف الصادق بمزاياه.

في عام 1840 ، أعرب فاراداي عن نظرية وحدة جميع الطاقات الموجودة. ادعى أن كل منهم يمكن أن يتحول إلى بعضهم البعض. وهكذا توصل إلى مفهوم خطوط القوة. في تلك اللحظة ، عانى العالم من محنة - فقد أصيب بمرض خطير وترك نشاطه العلمي لمدة خمس سنوات. لذلك ، ظهر مصطلح "المجال المغناطيسي" فقط في عام 1845. في نفس الوقت ، اكتشف فاراداي ضياء و بارامغناطيسية.

في عام 1848 ، تم اكتشاف ما يسمى بتأثير فاراداي ، والذي ربط المغناطيسية والبصريات. في الواقع ، كان هذا هو استقطاب الضوء وتفاعله مع خطوط المجال المغناطيسي. وصف العالم نفسه اكتشافه بالكلمات التالية: "لقد جذبت الضوء".

عاد المرض ، الذي انحسر لفترة من الوقت ، مرة أخرى في عام 1855. فاراداي يعاني بشكل متزايد من الصداع ، ويبدأ في فقدان ذاكرته. في الوقت نفسه ، يواصل الانخراط في العلوم حتى النهاية ، ويحدد أفكاره بعناية في مجلة معملية.

توفي مايكل فاراداي في 25 أغسطس 1867 في هامبتون كورت ، لكن اكتشافاته لا تزال قائمة حتى اليوم. بدونه ، لن تكون هناك أشياء متكاملة في الحياة الحديثة مثل الكهرباء ، أو الكمبيوتر ، أو ملاعق الألومنيوم ، أو الأسلاك النحاسية ، أو الفولاذ المقاوم للصدأ ، أو المحرك الكهربائي ، وما إلى ذلك. اسمه من بعده.

قال هيرمان هيلمهولتز: "طالما أن الناس يتمتعون بفوائد الكهرباء ، فسوف يتذكرون دائمًا اسم فاراداي بامتنان".

مايكل فاراداي - عالم فيزياء تجريبي إنجليزي ، كيميائي ، مبتكر نظرية المجال الكهرومغناطيسي. اكتشف الحث الكهرومغناطيسي ، وهو أساس الإنتاج الصناعي للكهرباء وتطبيقاتها في الظروف الحديثة.

الطفولة والشباب

ولد مايكل فاراداي في 22 سبتمبر 1791 في نيوينجتون بوتس بالقرب من لندن. الأب - جيمس فاراداي (1761-1810) ، حداد. أمي - مارجريت (1764-1838). بالإضافة إلى مايكل ، نشأ الأخ روبرت والأخوات إليزابيث ومارجريت في العائلة. كانوا يعيشون في فقر ، لذلك لم يكمل مايكل دراسته في المدرسة وفي سن الثالثة عشرة ذهب للعمل في محل لبيع الكتب كرسول.

التعليم لم يكتمل. تم إشباع الرغبة في المعرفة من خلال قراءة كتب في الفيزياء والكيمياء - كان هناك الكثير من هذه الكتب في المكتبة. الشاب أتقن التجارب الأولى. قام ببناء مصدر حالي - "Leiden jar". دعم الأب والأخ مايكل في شغفه بالتجارب.

في عام 1810 ، أصبح الشاب البالغ من العمر 19 عامًا عضوًا في النادي الفلسفي ، حيث ألقيت محاضرات في الفيزياء وعلم الفلك. شارك مايكل في الجدل العلمي. جذب الشاب الموهوب انتباه المجتمع العلمي. قدم ويليام دينز ، مشتري المكتبة ، هدية لمايكل - تذكرة لحضور سلسلة من المحاضرات في الكيمياء والفيزياء من قبل همفري ديفي (مؤسس الكيمياء الكهربائية ، مكتشف العناصر الكيميائية البوتاسيوم ، الكالسيوم ، الصوديوم ، الباريوم ، البورون).

قام عالم المستقبل ، بعد اختزال محاضرات همفري ديفي ، بعمل ملزم وأرسله إلى الأستاذ ، مصحوبًا برسالة يطلب منه العثور على بعض الأعمال في المعهد الملكي. شارك ديفي في مصير الشاب ، وبعد فترة حصل فاراداي البالغ من العمر 22 عامًا على وظيفة كمساعد مختبر في مختبر كيميائي.

العلم

أثناء أداء واجبات مساعد مختبر ، لم يفوت فاراداي فرصة الاستماع إلى المحاضرات التي شارك في إعدادها. كما أجرى الشاب بمباركة البروفيسور ديفي تجاربه الكيميائية. جعل الضمير والبراعة في أداء العمل كمساعد مختبر له مساعد ديفي المستمر.

في عام 1813 ، تولى ديفي منصب سكرتيرته في رحلة أوروبية استمرت عامين. خلال الرحلة ، التقى العالم الشاب بنجوم علوم العالم: أندريه ماري أمبير ، جوزيف لويس جاي لوساك ، أليساندرو فولتا.

عند عودته إلى لندن في عام 1815 ، حصل فاراداي على منصب مساعد. في موازاة ذلك ، واصل عمله المفضل - أجرى تجاربه الخاصة. خلال حياته ، أجرى فاراداي 30 ألف تجربة. في الأوساط العلمية ، من أجل تحذفه واجتهاده ، حصل على لقب "ملك المجربين". تم تسجيل وصف كل تجربة بعناية في اليوميات. في وقت لاحق ، في عام 1931 ، تم نشر هذه اليوميات.

ظهرت أول نسخة مطبوعة من فاراداي في عام 1816. بحلول عام 1819 ، تم طباعة 40 عملاً. الأعمال مكرسة للكيمياء. في عام 1820 ، من خلال سلسلة من التجارب على السبائك ، اكتشف عالم شاب أن سبيكة من الفولاذ مع إضافة النيكل لا تسبب الأكسدة. لكن نتائج التجارب مرت من قبل علماء المعادن. تم تسجيل براءة اختراع اكتشاف الفولاذ المقاوم للصدأ في وقت لاحق.

في عام 1820 أصبح فاراداي المشرف التقني للمعهد الملكي. بحلول عام 1821 كان قد انتقل من الكيمياء إلى الفيزياء. عمل فاراداي كعالم راسخ ، واكتسب وزنًا في المجتمع العلمي. تم نشر مقال حول مبدأ تشغيل المحرك الكهربائي ، والذي يمثل بداية الهندسة الكهربائية الصناعية.

حقل كهرومغناطيسي

في عام 1820 ، أصبح فاراداي مهتمًا بتجارب حول تفاعل الكهرباء والمجال المغناطيسي. بحلول هذا الوقت ، تم اكتشاف مفاهيم "مصدر التيار المباشر" (أ. فولت) ، "التحليل الكهربائي" ، "القوس الكهربائي" ، "المغناطيس الكهربائي". خلال هذه الفترة ، تطورت الكهرباء الساكنة والديناميكا الكهربائية ، وتم نشر تجارب Biot و Savart و Laplace على العمل بالكهرباء والمغناطيسية. تم نشر عمل A. Ampere على الكهرومغناطيسية.

في عام 1821 ، رأى عمل فاراداي "حول بعض الحركات الكهرومغناطيسية الجديدة ونظرية المغناطيسية" ضوء النهار. في ذلك ، قدم العالم تجارب بإبرة مغناطيسية تدور حول قطب واحد ، أي أنه حول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. في الواقع ، قدم أول محرك كهربائي في العالم ، وإن كان بدائيًا.

أفسدت فرحة الاكتشاف شكوى ويليام ولاستون (اكتشف البلاديوم ، الروديوم ، وصمم مقياس الانكسار ومقياس الزوايا). في شكوى للبروفيسور ديفي ، اتهم العالم فاراداي بسرقة فكرة الإبرة المغناطيسية الدوارة. أخذت القصة شخصية فاضحة. قبل ديفي موقف ولاستون. فقط اجتماع شخصي بين اثنين من العلماء وشرح فاراداي لموقفه كان قادرًا على حل النزاع. تراجع ولاستون عن ادعاءاته. فقدت العلاقة بين ديفي وفاراداي ثقتها السابقة. على الرغم من أن الأول لم يمل من التكرار حتى الأيام الأخيرة ، إلا أن فاراداي كان الاكتشاف الرئيسي الذي قام به.

في يناير 1824 ، انتخب فاراداي عضوا في الجمعية الملكية في لندن. صوت البروفيسور ديفي ضد.

في عام 1823 أصبح عضوا مناظرا في أكاديمية باريس للعلوم.

في عام 1825 ، تولى مايكل فاراداي منصب ديفي كمدير لمختبر الفيزياء والكيمياء في المعهد الملكي.

بعد اكتشاف عام 1821 ، لم ينشر العالم أعماله لمدة عشر سنوات. في عام 1831 أصبح أستاذاً في ولويتش (الأكاديمية العسكرية) ، وفي عام 1833 أصبح أستاذاً للكيمياء في المعهد الملكي. أجرى مناقشات علمية ، وحاضر في اجتماعات علمية.

في عام 1820 ، كان فاراداي مهتمًا بتجربة هانز أورستيد: الحركة على طول دائرة التيار الكهربائي تسببت في حركة إبرة مغناطيسية. كان التيار الكهربائي هو سبب المغناطيسية. اقترح فاراداي ، وفقًا لذلك ، أن المغناطيسية يمكن أن تكون سبب التيار الكهربائي. ظهر أول ذكر للنظرية في يوميات أحد العلماء عام 1822. استغرق الأمر عشر سنوات من التجارب لكشف لغز الحث الكهرومغناطيسي.

جاء النصر في 29 أغسطس 1831. يتكون الجهاز الذي سمح لفاراداي من تحقيق اكتشاف رائع من حلقة حديدية والعديد من لفات الأسلاك النحاسية الملتفة حول نصفيها. في دائرة نصف الحلقة ، مغلقة بسلك ، كانت هناك إبرة مغناطيسية. تم توصيل الملف الثاني بالبطارية. عندما يتم تشغيل التيار ، تتذبذب الإبرة المغناطيسية في اتجاه واحد ، وعندما يتم إيقاف تشغيلها ، فإنها تتأرجح في الاتجاه الآخر. استنتج فاراداي أن المغناطيس قادر على تحويل المغناطيسية إلى طاقة كهربائية.

تسمى ظاهرة "ظهور تيار كهربائي في دائرة مغلقة مع تغير في التدفق المغناطيسي الذي يمر عبرها" بالحث الكهرومغناطيسي. فتح اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي الطريق لإنشاء مصدر تيار - مولد كهربائي.

يمثل هذا الاكتشاف بداية جولة جديدة مثمرة من تجارب العلماء ، والتي أعطت للعالم "بحثًا تجريبيًا حول الكهرباء". أثبت فاراداي تجريبياً الطبيعة الموحدة لحدوث الطاقة الكهربائية ، بغض النظر عن الطريقة التي يحدث بها التيار الكهربائي.

في عام 1832 ، حصل الفيزيائي على ميدالية كوبلي.

أصبح فاراداي مؤلف أول محول. يمتلك مفهوم "سماحية العزل". في عام 1836 ، من خلال سلسلة من التجارب ، أثبت أن شحنة التيار تؤثر فقط على غلاف الموصل ، تاركة الأشياء الموجودة بداخلها سليمة. في العلوم التطبيقية ، يُطلق على الجهاز القائم على مبدأ هذه الظاهرة اسم "قفص فاراداي".

الاكتشافات والأعمال

لا تتعلق اكتشافات مايكل فاراداي بالفيزياء فقط. في عام 1824 اكتشف البنزين والأيزوبيوتيلين. استنتج العالم الشكل السائل من الكلور وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والأمونيا والإيثيلين وثاني أكسيد النيتروجين ، وحصل على تخليق سداسي كلوران.

في عام 1835 ، بسبب المرض ، اضطر فاراداي إلى أخذ استراحة لمدة عامين من العمل. يُشتبه في أن سبب المرض هو اتصال بعالم أثناء تجارب بخار الزئبق. بعد العمل لفترة قصيرة بعد شفائه ، في عام 1840 شعر الأستاذ مرة أخرى بتوعك. كان الضعف يطاردني ، وكان هناك فقدان مؤقت للذاكرة. تأخرت فترة الاسترداد لمدة 4 سنوات. في عام 1841 ، بإصرار من الأطباء ، ذهب العالم في رحلة إلى أوروبا.

عاشت الأسرة في فقر تقريبًا. وفقًا لكاتب سيرة فاراداي جون تيندال ، تلقى العالم معاشًا تقاعديًا قدره 22 جنيهاً في السنة. في عام 1841 ، وقع رئيس الوزراء وليام لامب ، اللورد ملبورن ، تحت ضغط شعبي ، مرسوماً بمنح فاراداي معاشًا تقاعديًا حكوميًا قدره 300 جنيه إسترليني سنويًا.

في عام 1845 ، نجح العالم العظيم في جذب انتباه المجتمع العالمي ببعض الاكتشافات الأخرى: اكتشاف تغيير في مستوى الضوء المستقطب في مجال مغناطيسي ("تأثير فاراداي") ومغناطيسية مادة ما إلى المجال المغناطيسي الخارجي الذي يعمل عليه).

طلبت الحكومة البريطانية مرارًا وتكرارًا من مايكل فاراداي المساعدة في حل المشكلات المتعلقة بالمسائل الفنية. طور العالم برنامجًا لتجهيز المنارات وطرق مكافحة تآكل السفن وعمل خبيرًا في الطب الشرعي. نظرًا لكونه بطبيعته شخصًا لطيفًا ومسالمًا ، فقد رفض رفضًا قاطعًا المشاركة في إنشاء أسلحة كيميائية للحرب مع روسيا في حرب القرم.

في عام 1848 ، أعطت فاراداي منزلاً على الضفة اليسرى لنهر التايمز ، هامبتون كورت. دفعت الملكة البريطانية المصاريف والضرائب حول المنزل. انتقل العالم وعائلته إليها ، وتركوا العمل في عام 1858.

الحياة الشخصية

كان مايكل فاراداي متزوجًا من سارة بارنارد (1800-1879). سارة هي أخت صديق فاراداي. لم تقبل الفتاة البالغة من العمر 20 عامًا على الفور عرض الزواج - كان على العالم الشاب أن يقلق. أقيم حفل الزفاف الصامت في 12 يونيو 1821. بعد سنوات عديدة كتب فاراداي:

"لقد تزوجت - وهو حدث ساهم ، أكثر من أي حدث آخر ، في سعادتي على الأرض وحالتي الذهنية السليمة."

عائلة فاراداي ، مثل عائلة زوجته ، هم أعضاء في مجتمع Sandemanian البروتستانتي. قام فاراداي بعمل شماس مجتمع لندن ، وانتخب مرارًا وتكرارًا شيخًا.

الموت

كان مايكل فاراداي مريضًا. في اللحظات القصيرة التي انحسر فيها المرض ، عمل. في عام 1862 ، طرح فرضية حول حركة الخطوط الطيفية في المجال المغناطيسي. تمكن بيتر زيمان من تأكيد النظرية في عام 1897 ، والتي نال عنها جائزة نوبل عام 1902. اتصل فاراداي زيمان بمؤلف الفكرة.

توفي مايكل فاراداي في مكتبه في 25 أغسطس 1867 عن عمر يناهز 75 عامًا. تم دفنه بجانب زوجته في مقبرة هاي جيت في لندن. سأل العالم قبل وفاته عن جنازة متواضعة ، لذلك جاء الأقارب فقط. تم نحت اسم العالم وسنوات حياته على شاهد القبر.

لم ينس الفيزيائي في عمله الأطفال. يتم إعادة نشر محاضرات للأطفال "تاريخ الشمعة" (1961) حتى يومنا هذا.
ظهرت صورة فاراداي على الورقة النقدية البريطانية التي تبلغ قيمتها 20 جنيهًا إسترلينيًا لعام 1991-1999.
ترددت شائعات بأن ديفي لم يستجب لطلب فاراداي للحصول على وظيفة. ذات مرة ، بعد أن فقد بصره مؤقتًا أثناء تجربة كيميائية ، تذكر الأستاذ الشاب المثابر. بعد العمل كسكرتير عالِم ، صدم الشاب ديفي بسعة الاطلاع لدرجة أنه عرض على مايكل وظيفة في المختبر.
بعد عودته من جولة أوروبية مع عائلة ديفي ، عمل فاراداي هناك كغسالة أطباق أثناء انتظار منصب مساعد في المعهد الملكي.