Życie i twórczość Michaela Faradaya. Biografia i odkrycia Michaela Faradaya. Ciekawe fakty Michaela Faradaya

Faraday, Michael

Angielski fizyk Michael Faraday urodził się na obrzeżach Londynu w rodzinie kowala. Po ukończeniu szkoły podstawowej, od dwunastego roku życia pracował jako handlarz gazet, aw 1804 został uczniem introligatora Ribota, francuskiego emigranta, który w każdy możliwy sposób rozbudzał u Faradaya żarliwe pragnienie samokształcenia. Czytając i uczęszczając na publiczne wykłady, młody Faraday starał się uzupełnić swoją wiedzę, a pociągały go głównie nauki przyrodnicze - chemia i fizyka. W 1813 roku jeden z klientów wręczył Faradayowi zaproszenia na wykłady Humphreya Davy'ego w Instytucie Królewskim, które odegrały decydującą rolę w losach młodego człowieka. Pisząc do Davy'ego, Faraday z jego pomocą otrzymał posadę asystenta laboratoryjnego w Instytucie Królewskim.

W latach 1813-1815, podróżując z Davym po Europie, Faraday odwiedził laboratoria we Francji i Włoszech. Po powrocie do Anglii działalność naukowa Faradaya przebiegała w murach Royal Institute, gdzie najpierw pomagał Davy'emu w eksperymentach chemicznych, a następnie rozpoczął samodzielne badania. Faraday przeprowadził skraplanie chloru i niektórych innych gazów, otrzymując benzen. W 1821 roku po raz pierwszy zaobserwował obrót magnesu wokół przewodnika z prądem i przewodnika z prądem wokół magnesu i stworzył pierwszy model silnika elektrycznego. Przez następne 10 lat Faraday badał związek między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi. Kulminacją jego badań było odkrycie w 1831 roku zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Faraday szczegółowo zbadał to zjawisko, wydedukował jego podstawowe prawo, odkrył zależność prądu indukcyjnego od właściwości magnetycznych ośrodka, zbadał zjawisko samoindukcji i dodatkowych prądów zamykania i otwierania. Odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej natychmiast nabrało wielkiego znaczenia naukowego i praktycznego; zjawisko to leży u podstaw np. działania wszystkich generatorów prądu przemiennego i stałego.

Chęć ujawnienia natury prądu elektrycznego doprowadziła Faradaya do eksperymentów nad przepływem prądu przez roztwory kwasów, soli i zasad. Efektem tych badań było odkrycie w 1833 r. praw elektrolizy (praw Faradaya). W 1845 Faraday odkrył zjawisko rotacji płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym (efekt Faradaya). W tym samym roku odkrył diamagnetyzm, w 1847 - paramagnetyzm. Faraday wprowadził do nauki szereg pojęć - katoda, anoda, jony, elektroliza, elektrody; w 1833 wynalazł woltomierz. Korzystając z ogromnego materiału eksperymentalnego, Faraday udowodnił tożsamość znanych wówczas „rodzajów” elektryczności: „zwierzęcej”, „magnetycznej”, termoelektrycznej, galwanicznej itp.

W 1840 roku, jeszcze przed odkryciem prawa zachowania energii, Faraday wyraził ideę jedności „sił” natury (różnych rodzajów energii) i ich wzajemnej transformacji. Wprowadził idee dotyczące linii siły, które uważał za fizycznie istniejące. Idee Faradaya dotyczące pól elektrycznych i magnetycznych miały wielki wpływ na rozwój całej fizyki. W 1832 Faraday zasugerował, że propagacja oddziaływań elektromagnetycznych jest procesem falowym, który zachodzi ze skończoną prędkością; w 1845 po raz pierwszy użył terminu „pole magnetyczne”.

W 1824, pomimo sprzeciwu Davy'ego, który twierdził, że odkrycia jego asystenta, Faraday został wybrany członkiem Towarzystwa Królewskiego, aw 1825 został dyrektorem laboratorium w Instytucie Królewskim. Od 1833 do 1862 Faraday był profesorem chemii w Instytucie Królewskim. Publiczne wykłady Faradaya cieszyły się dużą popularnością; jego popularnonaukowa książka Historia świecy stała się szeroko znana.

Odkrycia Faradaya zdobyły najszersze uznanie w świecie naukowym; prawa, zjawiska, jednostki wielkości fizycznych itp. zostały następnie nazwane jego imieniem. Rosyjski fizyk A. G. Stoletov opisał znaczenie Faradaya w rozwoju nauki w następujący sposób: „Nigdy od czasów Galileusza świat nie widział tak wielu niesamowitych i różnorodnych odkryć, które wyszły z jednej głowy”. Na cześć Michaela Faradaya Brytyjskie Towarzystwo Chemiczne ustanowiło Medal Faradaya, jedną z najbardziej uhonorowanych nagród naukowych.

Odkrycia w fizyce angielskiego naukowca, twórcy teorii pola elektromagnetycznego, wpłynęły na rozwój nauki.

Co wymyślił Michael Faraday?

Naukowiec poświęcił wiele czasu na metodyczną pracę. To znaczy, odkrywając efekt, Michael starał się go jak najgłębiej zbadać, aby poznać wszystkie parametry i cechy.

Ponieważ Michael Faraday dokonał odkrycia indukcji elektromagnetycznej i jest uważany za twórcę doktryny pola elektromagnetycznego, jego odkrycia są ważne:

• Naukowiec stworzył pierwszy model silnika elektrycznego.
• Wynalazł silnik elektryczny i transformator.
• Odkrył chemiczny wpływ prądu oraz wpływ pola magnetycznego na światło.
• Odkrył prawa diamagnetyzmu i elektrolizy.
• przewidywane fale elektromagnetyczne.
• Odkrył rotacje płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym. Zjawisko to zostało później nazwane jego imieniem - efekt Faradaya.
• Odkryto izobutylen i benzen.
• Wprowadził do nauki takie terminy jak katoda, anoda, jon, elektrolit, paramagnetyzm, dielektryk i diamagnetyzm.

Faraday w 1836 r. dowiódł, co następuje - ładunek elektryczny działa wyłącznie na powierzchnię zamkniętej powłoki przewodnika, nie wywierając absolutnie żadnego wpływu na przedmioty wewnątrz powłoki. Odkrycia tego dokonał dzięki eksperymentom przeprowadzonym w wymyślonym przez siebie urządzeniu – w „klatce Faradaya”.

Często rząd angażował fizyka w rozwiązywanie różnych problemów technicznych, na przykład, jak chronić statki przed korozją, rozpatrywanie spraw sądowych, ulepszanie latarni morskich i tym podobne.

22 września 2011 r. minęła 220. rocznica urodzin Michaela Faradaya (1791-1867), angielskiego fizyka eksperymentalnego, który wprowadził do nauki pojęcie „pola” i położył podwaliny pod koncepcję fizycznej rzeczywistości pól elektrycznych i magnetycznych . W dzisiejszych czasach pojęcie pola jest znane każdemu uczniowi szkoły średniej. Wstępne informacje o polach elektrycznych i magnetycznych oraz o tym, jak je opisywać za pomocą linii sił, sił, potencjałów itp., od dawna są zawarte w szkolnych podręcznikach fizyki. W tych samych podręcznikach można przeczytać, że pole to szczególna forma materii, zasadniczo różna od materii. Ale wraz z wyjaśnieniem, na czym dokładnie polega ta „specjalność”, pojawiają się poważne trudności. Oczywiście nie można za to winić autorów podręczników. Przecież jeśli pola nie da się zredukować do jakichś innych, prostszych bytów, to nie ma co tłumaczyć. Wystarczy zaakceptować fizyczną rzeczywistość pola jako eksperymentalnie ustalony fakt i nauczyć się pracować z równaniami opisującymi zachowanie tego obiektu. Na przykład Richard Feynman wzywa do tego w swoich Wykładach, zauważając, że naukowcy od dawna próbowali wyjaśnić pole elektromagnetyczne za pomocą różnych modeli mechanicznych, ale potem porzucili ten pomysł i uznali, że tylko układ słynnych równań Maxwella opisujących pole ma znaczenie fizyczne.

Czy to oznacza, że ​​powinniśmy całkowicie zrezygnować z prób zrozumienia, czym jest pole? Wydaje się, że znajomość „Experimental Research on Electricity” Michaela Faradaya – wspaniałej, trzytomowej pracy, którą genialny eksperymentator tworzy od ponad 20 lat, może być znaczącą pomocą w odpowiedzi na to pytanie. To tutaj Faraday wprowadza pojęcie pola i krok po kroku rozwija ideę fizycznej rzeczywistości tego obiektu. Jednocześnie należy zauważyć, że Badania eksperymentalne Faradaya – jedna z najwspanialszych książek w historii fizyki – jest napisana doskonałym językiem, nie zawiera ani jednej formuły i jest dość przystępna dla uczniów.

Wprowadzenie do pola. Faraday, Thomson i Maxwell

Termin "pole" (dokładniej: "pole magnetyczne", "pole sił magnetycznych") został wprowadzony przez Faradaya w 1845 r. w trakcie badań nad zjawiskiem diamagnetyzmu (wprowadzono także terminy "diamagnetyzm" i "paramagnetyzm" przez Faradaya) - efekt słabego odpychania przez magnes odkryty przez naukowca szereg substancji. Początkowo pole było uważane przez Faradaya za pojęcie czysto pomocnicze, w rzeczywistości siatka współrzędnych utworzona przez linie sił magnetycznych i używana do opisania natury ruchu ciał w pobliżu magnesów. W ten sposób kawałki substancji diamagnetycznych, takich jak bizmut, przemieszczały się z obszarów pogrubienia linii sił do obszarów ich rozrzedzenia i znajdowały się prostopadle do kierunku linii.

Nieco później, w latach 1851-1852, kiedy matematycznie opisywano wyniki niektórych eksperymentów Faradaya, termin „pole” był czasami używany przez angielskiego fizyka Williama Thomsona (1824-1907). Jeśli chodzi o twórcę teorii pola elektromagnetycznego, Jamesa Clerka Maxwella (1831–1879), w jego pracach termin „pole” również praktycznie nie występuje na początku i jest używany tylko w odniesieniu do tej części przestrzeni, w której pole magnetyczne siły mogą być wykryte. Dopiero w pracy „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego” opublikowanej w latach 1864–1865, w której po raz pierwszy pojawia się układ „równań Maxwella” i możliwość istnienia fal elektromagnetycznych rozchodzących się z prędkością światła, mówi się o polu jako fizyczna rzeczywistość.

Oto w skrócie historia wprowadzenia pojęcia „pola” do fizyki. Widać z niego, że początkowo pojęcie to uważano za pojęcie czysto pomocnicze, oznaczające po prostu tę część przestrzeni (może być nieograniczoną), w której można wykryć siły magnetyczne i zobrazować ich rozkład za pomocą linii sił. (Termin „pole elektryczne” wszedł w życie dopiero po teorii pola elektromagnetycznego Maxwella.)

Należy podkreślić, że ani linie sił znane fizykom przed Faradayem, ani pole „składające się” z nich nie były uważane (i nie mogły być uważane!) przez społeczność naukową XIX wieku za rzeczywistość fizyczną. Próby Faradaya mówienia o materialności linii sił (lub Maxwella - o materialności pola) były postrzegane przez naukowców jako całkowicie nienaukowe. Nawet Thomson, stary przyjaciel Maxwella, który sam wiele zrobił, aby rozwinąć matematyczne podstawy fizyki pola (to Thomson, a nie Maxwell, jako pierwszy pokazał możliwość „przetłumaczenia” języka linii sił Faradaya na język różniczkowości cząstkowej równania), nazwał teorię pola elektromagnetycznego „nihilizmem matematycznym” i długo odmawiał jej uznania. Jasne jest, że Thomson mógł działać w ten sposób tylko wtedy, gdyby miał ku temu bardzo poważne powody. I miał takie powody.

Pole siłowe i siła Newtona

Powód, dla którego Thomson nie mógł rozpoznać rzeczywistości linii sił i pól, jest prosty. Linie sił pól elektrycznych i magnetycznych definiuje się jako linie ciągłe narysowane w przestrzeni tak, że styczne do nich w każdym punkcie wskazują kierunki sił elektrycznych i magnetycznych działających w tym punkcie. Wielkości i kierunki tych sił są obliczane przy użyciu praw Coulomba, Ampera i Biota-Savarta-Laplace'a. Jednak prawa te opierają się na zasadzie działania dalekiego zasięgu, która dopuszcza możliwość natychmiastowego przeniesienia działania jednego ciała na drugie na dowolną odległość, a tym samym wyklucza istnienie jakichkolwiek pośredników materialnych między oddziałującymi ładunkami, magnesami i prądy.

Należy zauważyć, że wielu naukowców podchodziło sceptycznie do zasady, że ciała w jakiś tajemniczy sposób mogą działać tam, gdzie ich nie ma. Nawet Newton, który jako pierwszy zastosował tę zasadę, wyprowadzając prawo powszechnego ciążenia, wierzył, że między oddziałującymi ciałami może istnieć jakiś rodzaj substancji. Ale naukowiec nie chciał budować hipotez na ten temat, woląc rozwijać matematyczne teorie praw oparte na mocno ustalonych faktach. Zwolennicy Newtona zrobili to samo. Według Maxwella dosłownie „wymiotli z fizyki” wszelkiego rodzaju niewidzialne atmosfery i wypływy, które w XVIII wieku otaczały magnesy i ładunki przez zwolenników koncepcji działania bliskiego zasięgu. Niemniej jednak w fizyce XIX wieku stopniowo odradza się zainteresowanie pozornie na zawsze zapomnianymi ideami.

Jednym z najważniejszych warunków tego odrodzenia były problemy, które pojawiły się przy próbie wyjaśnienia nowych zjawisk - przede wszystkim zjawiska elektromagnetyzmu - w oparciu o zasadę działania dalekiego zasięgu. Te wyjaśnienia stawały się coraz bardziej sztuczne. Tak więc w 1845 r. Niemiecki fizyk Wilhelm Weber (1804-1890) uogólnił prawo Coulomba, wprowadzając do niego warunki określające zależność siły oddziaływania ładunków elektrycznych od ich względnych prędkości i przyspieszeń. Fizyczne znaczenie takiej zależności było niezrozumiałe, a dodatki Webera do prawa Coulomba miały wyraźnie charakter hipotezy wprowadzonej w celu wyjaśnienia zjawiska indukcji elektromagnetycznej.

W połowie XIX wieku fizycy byli coraz bardziej świadomi, że badając zjawiska elektryczności i magnetyzmu, eksperyment i teoria zaczęły mówić różnymi językami. W zasadzie naukowcy byli gotowi zaakceptować ideę istnienia substancji, która przenosi oddziaływanie między ładunkami i prądami ze skończoną prędkością, ale nie mogli zaakceptować idei fizycznej rzeczywistości pola. Przede wszystkim z powodu wewnętrznej niespójności tego pomysłu. Faktem jest, że w fizyce Newtona siła jest wprowadzana jako przyczyna przyspieszenia punktu materialnego. Jego wartość (siła) jest równa, jak wiadomo, iloczynowi masy tego punktu i przyspieszenia. Tak więc siła jako wielkość fizyczna jest określana w miejscu i momencie jej działania. „Sam Newton przypomina nam”, pisał Maxwell, „że siła istnieje tylko tak długo, jak długo działa; jego działanie może zostać zachowane, ale sama siła jako taka jest zasadniczo zjawiskiem przejściowym.

Próbując traktować pole nie jako wygodną ilustrację natury rozkładu sił w przestrzeni, ale jako obiekt fizyczny, naukowcy popadli w konflikt z pierwotnym rozumieniem siły, na podstawie której ten obiekt został zbudowany. W każdym punkcie pole jest określane przez wielkość i kierunek siły działającej na ciało testowe (ładunek, biegun magnetyczny, cewka z prądem). W rzeczywistości pole „składa się” tylko z sił, ale siła w każdym punkcie jest obliczana na podstawie praw, zgodnie z którymi nie ma sensu mówić o polu jako stanie fizycznym lub procesie. Pole, rozpatrywane jako rzeczywistość, oznaczałoby rzeczywistość sił, które istnieją poza jakimkolwiek działaniem, co całkowicie przeczy pierwotnej definicji siły. Maxwell pisał, że w przypadkach, gdy mówimy o „zachowaniu siły” itd., lepiej byłoby użyć terminu „energia”. To z pewnością prawda, ale jaka energia jest energią pola? Kiedy Maxwell napisał powyższe wersy, wiedział już, że gęstość energii np. pola elektrycznego jest proporcjonalna do kwadratu natężenia tego pola, czyli znowu siły rozłożonej w przestrzeni.

Pojęcie natychmiastowego działania na odległość jest nierozerwalnie związane z newtonowskim rozumieniem siły. Przecież jeśli jedno ciało działa na drugie, odległe, nie natychmiast (w rzeczywistości niszcząc odległość między nimi), to będziemy musieli wziąć pod uwagę siłę poruszającą się w przestrzeni i zdecydować, jaka „część” siły powoduje obserwowane przyspieszenie i jakie znaczenie ma wtedy pojęcie „siła”. Albo musimy przyznać, że ruch siły (lub pola) zachodzi w jakiś szczególny sposób, który nie mieści się w ramach mechaniki Newtona.

W 1920 roku w artykule „Eter i teoria względności” Albert Einstein (1879-1955) napisał, że mówiąc o polu elektromagnetycznym jako rzeczywistości, musimy przyznać istnienie specjalnego obiektu fizycznego, którego w zasadzie nie można reprezentowane jako składające się z cząstek, z których zachowanie każdej z nich nadaje się do badania w czasie. Einstein opisał później powstanie teorii pola elektromagnetycznego jako największą rewolucję w naszych poglądach na strukturę rzeczywistości fizycznej od czasów Newtona. Dzięki tej rewolucji w fizyce wraz z wyobrażeniami o interakcji punktów materialnych weszły wyobrażenia o polach, jakby nie dawały się zredukować do niczego innego.

Ale jak była możliwa ta zmiana spojrzenia na rzeczywistość? Jak fizyce udało się wyjść poza swoje granice i „zobaczyć” to, czego wcześniej jako rzeczywistość po prostu nie istniała?

Niezwykle ważną rolę w przygotowaniu tej rewolucji odegrały wieloletnie eksperymenty Faradaya z liniami sił. Dzięki Faradayowi dobrze znane fizykom linie przekształciły się ze sposobu przedstawiania rozkładu sił elektrycznych i magnetycznych w przestrzeni w rodzaj „pomostu”, po którym zdołały przeniknąć w świat, czyli jak były "za siłą" w świecie, w którym siły stały się przejawami pól własności. Oczywiste jest, że taka transformacja wymagała bardzo szczególnego rodzaju talentu, talentu, który posiadał Michael Faraday.

Wielki Eksperymentator

Michael Faraday urodził się 22 września 1791 roku w londyńskiej rodzinie kowala, która z powodu braku funduszy nie była w stanie kształcić swoich dzieci. Michael - trzecie dziecko w rodzinie - nie ukończył szkoły podstawowej iw wieku 12 lat został uczniem w pracowni introligatorskiej. Tam dostał możliwość przeczytania wielu książek, w tym popularnonaukowych, wypełniając luki w jego edukacji. Faraday wkrótce zaczął uczęszczać na publiczne wykłady, które odbywały się regularnie w Londynie, aby rozpowszechniać wiedzę wśród ogółu społeczeństwa.

W 1812 r. jeden z członków Royal Society of London, który regularnie korzystał z usług warsztatu introligatorskiego, zaprosił Faradaya na wykłady słynnego fizyka i chemika Humphry'ego Davy'ego (1778–1829). Ten moment stał się punktem zwrotnym w życiu Faradaya. Młody człowiek w końcu został porwany przez naukę, a ponieważ jego semestr studiów w warsztacie dobiegał końca, Faraday odważył się napisać do Davy'ego o swoim pragnieniu prowadzenia badań, dołączając do listu starannie oprawione notatki z wykładów naukowca. Davy, który sam był synem biednego rzeźbiarza, nie tylko odpowiedział na list Faradaya, ale także zaproponował mu posadę asystenta w Instytucie Królewskim w Londynie. Tak rozpoczęła się działalność naukowa Faradaya, która trwała prawie do jego śmierci, która nastąpiła 25 sierpnia 1867 roku.

Historia fizyki zna wielu wybitnych eksperymentatorów, ale być może tylko Faraday został nazwany Eksperymentatorem z dużej litery. I nie chodzi tylko o jego kolosalne osiągnięcia, wśród których są odkrycia praw elektrolizy i zjawiska indukcji elektromagnetycznej, badanie właściwości dielektryków i magnesów i wiele innych. Często ważnych odkryć dokonywano mniej lub bardziej przypadkowo. Nie można powiedzieć tego samego o Faradaya. Jego badania zawsze wyróżniały się niezwykłą regularnością i celowością. Tak więc w 1821 roku Faraday napisał w swoim dzienniku roboczym, że zaczął szukać związku między magnetyzmem, elektrycznością i optyką. Pierwsze połączenie odkrył 10 lat później (odkrycie indukcji elektromagnetycznej), a drugie - 23 lata później (odkrycie rotacji płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym).

Experimental Investigations in Electricity Faradaya zawiera około 3500 akapitów, z których wiele zawiera opisy jego eksperymentów. I to właśnie Faraday uznał za stosowne opublikować. W wielotomowych „Dziennikach” Faradaya, które prowadził od 1821 roku, opisano około 10 tysięcy eksperymentów, a naukowiec wykonał wiele z nich bez niczyjej pomocy. Co ciekawe, w 1991 roku, kiedy świat naukowy obchodził 200. rocznicę urodzin Faradaya, angielscy historycy fizyki postanowili powtórzyć niektóre z jego najsłynniejszych eksperymentów. Ale nawet na proste odtworzenie każdego z tych eksperymentów zespół nowoczesnych specjalistów zabrał co najmniej dzień pracy.

Mówiąc o zasługach Faradaya, można powiedzieć, że jego głównym osiągnięciem było przekształcenie fizyki eksperymentalnej w samodzielną dziedzinę badań, której wyniki często wyprzedzają rozwój teorii o wiele lat. Faraday uważał, że pragnienie wielu naukowców, aby jak najszybciej przejść od danych uzyskanych w eksperymentach do ich teoretycznego uogólnienia, było wyjątkowo bezproduktywne. Bardziej owocne dla Faradaya było utrzymywanie długofalowego związku z badanymi zjawiskami, aby móc szczegółowo przeanalizować wszystkie ich cechy, niezależnie od tego, czy cechy te odpowiadają przyjętym teoriom, czy nie.

Faraday rozszerzył to podejście do analizy danych eksperymentalnych o dobrze znane eksperymenty dotyczące ułożenia opiłków żelaza wzdłuż linii pola magnetycznego. Oczywiście naukowiec doskonale wiedział, że wzory, z których powstają opiłki żelaza, można łatwo wytłumaczyć w oparciu o zasadę działania dalekiego zasięgu. Mimo to Faraday uważał, że w tym przypadku eksperymentatorzy powinni wychodzić nie od koncepcji wymyślonych przez teoretyków, ale od zjawisk, które jego zdaniem świadczą o istnieniu w przestrzeni otaczającej magnesy i prądy niektórych stanów gotowych do działania. Innymi słowy, linie siły, według Faradaya, wskazywały, że o sile należy myśleć nie tylko jako o działaniu (w punkcie materialnym), ale także jako o zdolności do działania.

Należy podkreślić, że Faraday, kierując się swoją metodologią, nie próbował stawiać żadnych hipotez na temat natury tej zdolności do działania, woląc stopniowo gromadzić doświadczenie w toku pracy z liniami sił. Początek tej pracy położył w swoich badaniach nad zjawiskami indukcji elektromagnetycznej.

Przedłużone otwarcie

W wielu podręcznikach i leksykonach można przeczytać, że 29 sierpnia 1831 Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Historycy nauki doskonale zdają sobie sprawę, że datowanie odkryć jest złożone i często bardzo mylące. Odkrycie indukcji elektromagnetycznej nie jest wyjątkiem. Z Dzienników Faradaya wiadomo, że zaobserwował to zjawisko już w 1822 roku podczas eksperymentów z dwoma obwodami przewodzącymi nałożonymi na rdzeń z miękkiego żelaza. Pierwszy obwód był podłączony do źródła prądu, a drugi do galwanometru, który rejestrował występowanie prądów krótkotrwałych przy włączaniu lub wyłączaniu prądu w pierwszym obwodzie. Później okazało się, że podobne zjawiska zaobserwowali inni naukowcy, ale podobnie jak na początku Faraday, uznali je za błąd eksperymentalny.

Faktem jest, że w poszukiwaniu zjawiska generowania elektryczności przez magnetyzm naukowcy dążyli do odkrycia stabilnych efektów, podobnych na przykład do zjawiska magnetycznego działania prądu odkrytego przez Oersteda w 1818 roku. Faraday został uratowany od tej uniwersalnej „ślepoty” przez dwie okoliczności. Po pierwsze, zwróć szczególną uwagę na wszelkie zjawiska naturalne. W swoich artykułach Faraday relacjonował zarówno udane, jak i nieudane eksperymenty, uważając, że nieudany (nie ujawniający pożądanego efektu), ale sensownie zainscenizowany eksperyment zawiera również informacje o prawach natury. Po drugie, na krótko przed odkryciem Faraday dużo eksperymentował z wyładowaniami kondensatorów, co niewątpliwie zwróciło jego uwagę na efekty krótkotrwałe. Regularnie przeglądając swoje pamiętniki (dla Faradaya była to stała część badań), naukowiec najwyraźniej ponownie przyjrzał się eksperymentom z 1822 roku i po ich odtworzeniu zdał sobie sprawę, że nie ma do czynienia z ingerencją, ale z pożądanym zjawisko. Data realizacji to 29 sierpnia 1831 r.

Następnie rozpoczęły się intensywne badania, podczas których Faraday odkrył i opisał główne zjawiska indukcji elektromagnetycznej, w tym występowanie prądów indukcyjnych podczas względnego ruchu przewodników i magnesów. Na podstawie tych badań Faraday doszedł do wniosku, że decydującym warunkiem wystąpienia prądów indukcyjnych jest właśnie skrzyżowanie przewodnik linii siły magnetycznej, a nie przejście do obszarów o większych lub mniejszych siłach. W tym samym czasie, na przykład występowanie prądu w jednym przewodniku, gdy prąd jest włączony w innym, znajdującym się w pobliżu, Faraday wyjaśnił również w wyniku przekroczenia linii sił przez przewodnik: „krzywe magnetyczne wydają się poruszać ( że tak powiem) w poprzek indukowanego drutu, począwszy od momentu, w którym zaczynają się rozwijać, aż do momentu, gdy siła magnetyczna prądu osiąga największą wartość; wydają się rozchodzić na boki drutu i dlatego znajdują się w stosunku do stałego drutu w tej samej pozycji, jakby poruszał się w poprzek nich w przeciwnym kierunku.

Zwróćmy uwagę, ile razy Faraday używa w powyższym fragmencie słów „jak gdyby”, a także, że nie ma jeszcze znanego nam ilościowego sformułowania prawa indukcji elektromagnetycznej: siły prądu w obwód przewodzący jest proporcjonalny do szybkości zmian liczby linii pola magnetycznego przechodzących przez tę pętlę. Zbliżone do tego sformułowanie pojawia się u Faradaya dopiero w 1851 roku i odnosi się tylko do przypadku przewodnika poruszającego się w statycznym polu magnetycznym. Według Faradaya, jeśli przewodnik porusza się w takim polu ze stałą prędkością, to siła powstającego w nim prądu jest proporcjonalna do tej prędkości, a ilość wprawianej w ruch elektryczności jest proporcjonalna do liczby linii pola magnetycznego przekroczony przez dyrygenta.

Ostrożność Faradaya w formułowaniu prawa indukcji elektromagnetycznej wynika przede wszystkim z tego, że mógł on poprawnie posługiwać się pojęciem linii siły tylko w odniesieniu do pól statycznych. W przypadku pól zmiennych pojęcie to nabrało jednak charakteru metaforycznego, a ciągłe zastrzeżenia „jak gdyby”, mówiąc o poruszających się liniach sił, pokazują, że Faraday bardzo dobrze to rozumiał. Nie mógł też zignorować krytyki tych naukowców, którzy wskazywali mu, że linia siły jest, ściśle mówiąc, obiektem geometrycznym i po prostu nie ma sensu mówić o jej ruchu. Ponadto w eksperymentach mamy do czynienia z ciałami naładowanymi, przewodnikami z prądem itp., a nie z abstrakcjami, takimi jak linie sił. Dlatego Faraday musiał wykazać, że badając przynajmniej niektóre klasy zjawisk, nie można ograniczyć się do rozważania przewodników przewodzących prąd i nie brać pod uwagę otaczającej ich przestrzeni. Tak więc w pracy poświęconej badaniu zjawisk samoindukcji, nie wspominając o liniach sił, Faraday buduje opowieść o swoich eksperymentach w taki sposób, że sam czytelnik stopniowo dochodzi do wniosku, że prawdziwa przyczyna obserwowane zjawiska to nie przewodniki z prądem, ale coś znajdującego się w przestrzeni wokół nich.

Pole jest jak przeczucie. Badania nad zjawiskami samoindukcji

W 1834 roku Faraday opublikował dziewiątą część „Badań eksperymentalnych”, zatytułowaną „O indukcyjnym działaniu prądu elektrycznego na siebie i ogólnie o indukcyjnym działaniu prądów”. W tej pracy Faraday badał zjawiska samoindukcji, odkryte w 1832 r. przez amerykańskiego fizyka Josepha Henry'ego (1797-1878), i wykazał, że stanowią one szczególny przypadek zjawisk indukcji elektromagnetycznej, które wcześniej badał.

Faraday rozpoczyna swoją pracę od opisu szeregu zjawisk, polegających na tym, że gdy obwód elektryczny zawierający długie przewody lub uzwojenie elektromagnesu zostanie otwarty, w miejscu przerwania styku pojawia się iskra lub porażenie prądem elektrycznym, jeśli styk jest odłączony ręcznie. Jednocześnie Faraday wskazuje, że jeśli przewodnik jest krótki, nie można uzyskać iskry ani porażenia prądem za pomocą żadnych sztuczek. Okazało się więc, że wystąpienie iskry (lub uderzenia) zależy nie tyle od siły prądu płynącego przez przewodnik przed zerwaniem styku, ile od długości i konfiguracji tego przewodnika. Dlatego Faraday przede wszystkim stara się wykazać, że chociaż początkową przyczyną iskry jest prąd (jeśli w obwodzie nie ma iskry, to oczywiście nie będzie iskry), siła prąd nie ma decydującego znaczenia. Aby to zrobić, Faraday opisuje sekwencję eksperymentów, w których najpierw zwiększa się długość przewodnika, co powoduje wzmocnienie iskry, pomimo osłabienia prądu w obwodzie z powodu wzrostu rezystancji. Następnie ten przewodnik jest skręcony tak, że prąd przepływa tylko przez niewielką jego część. W tym samym czasie siła prądu gwałtownie wzrasta, ale iskra znika po otwarciu obwodu. Tak więc ani sam przewodnik, ani siła prądu w nim nie mogą być uważane za przyczynę iskry, której wielkość, jak się okazuje, zależy nie tylko od długości przewodnika, ale także od jego konfiguracji. Tak więc, kiedy przewodnik jest zwinięty w spiralę, a także gdy żelazny rdzeń jest wprowadzany do tej spirali, siła iskry również wzrasta.

Kontynuując badanie tych zjawisk, Faraday podłączył pomocniczy krótki przewodnik równolegle do miejsca otwarcia styku, którego rezystancja jest znacznie większa niż w przypadku głównego przewodnika, ale mniejsza niż w przypadku iskiernika lub korpusu osoby otwierającej kontakt. W rezultacie po otwarciu styku iskra zniknęła, aw przewodzie pomocniczym powstał silny prąd krótkotrwały (Faraday nazywa to prądem dodatkowym), którego kierunek okazał się przeciwny do kierunku prądu, który byłby przepływać przez nią ze źródła. „Te eksperymenty”, pisze Faraday, „ustalają znaczącą różnicę między pierwotnym lub ekscytującym prądem a dodatkowym pod względem ilości, intensywności, a nawet kierunku; doprowadziły mnie do wniosku, że dodatkowy prąd jest identyczny z prądem indukowanym, który opisałem wcześniej.

Wysuwając ideę powiązania badanych zjawisk ze zjawiskami indukcji elektromagnetycznej, Faraday przeprowadził następnie szereg pomysłowych eksperymentów potwierdzających tę ideę. W jednym z tych eksperymentów kolejna otwarta cewka została umieszczona obok cewki podłączonej do źródła prądu. Po odłączeniu od źródła prądu pierwsza cewka dała silną iskrę. Jeśli jednak końce drugiej spirali zamknęły się, iskra praktycznie zniknęła, a w drugiej spirali powstał prąd krótkotrwały, którego kierunek pokrywał się z kierunkiem prądu w pierwszej spirali, jeśli obwód był otwarty, oraz był przeciwny do tego, jeśli obwód był zamknięty.

Po ustaleniu związku między dwiema klasami zjawisk Faraday był w stanie łatwo wyjaśnić przeprowadzone wcześniej eksperymenty, a mianowicie wzmocnienie iskry, gdy przewodnik jest wydłużany, zwijany w spiralę, wprowadzany jest do niego żelazny rdzeń itp. : „Jeśli zaobserwujemy indukcyjne działanie drutu o długości jednej stopy na drucie o długości jednej stopy, to okazuje się, że jest on bardzo słaby; ale jeśli ten sam prąd przepływa przez drut o długości pięćdziesięciu stóp, to w momencie nawiązania lub zerwania styku indukuje on w sąsiednim, piętnastometrowym przewodzie o wiele silniejszy prąd, tak jakby każdy dodatkowy metr drutu dodawał coś do całkowity efekt; przez analogię dochodzimy do wniosku, że to samo zjawisko musi mieć również miejsce, gdy przewód łączący służy jednocześnie jako przewód, w którym powstaje prąd indukowany. Dlatego, konkluduje Faraday, zwiększenie długości przewodnika, zwinięcie go w spiralę i wprowadzenie do niego rdzenia wzmacnia iskrę. Do działania jednego obrotu spirali na drugim dodaje się działanie rdzenia demagnetyzującego. Jednocześnie całość takich działań może się nawzajem kompensować. Na przykład, jeśli długi izolowany drut jest złożony na pół, to z powodu przeciwnego działania indukcyjnego jego dwóch połówek iskra zniknie, chociaż w stanie wyprostowanym ten drut daje silną iskrę. Zastąpienie rdzenia żelaznego rdzeniem stalowym, który bardzo powoli demagnetyzuje się, również doprowadziło do znacznego osłabienia iskry.

Prowadząc więc czytelnika przez szczegółowe opisy zestawów przeprowadzonych eksperymentów, Faraday, nie mówiąc ani słowa o polu, ukształtował w nim czytelnika przekonanie, że decydująca rola w badanych zjawiskach nie należy do przewodników z prądem, ale do pewnego rodzaju stworzonego przez nich w otaczającej przestrzeni, to stan namagnesowania, a dokładniej tempo zmian tego stanu. Otwarte pozostaje jednak pytanie, czy stan ten rzeczywiście istnieje i czy może być przedmiotem badań eksperymentalnych.

Problem fizycznej rzeczywistości linii sił

Faradayowi udało się zrobić znaczący krok w udowodnieniu realności linii siły w 1851 roku, kiedy wpadł na pomysł uogólnienia pojęcia linii siły. „Magnetyczną linię siły”, napisał Faraday, „można zdefiniować jako linię, którą opisuje mała igła magnetyczna, gdy porusza się w jednym lub drugim kierunku zgodnie z kierunkiem jej długości, tak że strzałka pozostaje styczna do ruchu. czas; lub inaczej mówiąc jest to linia, po której drut poprzeczny może się poruszać w dowolnym kierunku, a w tym drugim nie będzie chęci generowania żadnego prądu, natomiast gdy zostanie przesunięty w innym kierunku, takie pragnienie istnieje .

Linia siły została więc zdefiniowana przez Faradaya na podstawie dwóch różnych praw (i rozumienia) działania siły magnetycznej: jej mechanicznego działania na igłę magnetyczną oraz jej zdolności (zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej) do generowania siła elektryczna. Ta podwójna definicja linii siły niejako ją „zmaterializowała”, nadała jej znaczenie specjalnych, eksperymentalnie wykrytych kierunków w przestrzeni. Dlatego Faraday nazwał takie linie sił „fizycznymi”, wierząc, że teraz będzie mógł w końcu udowodnić ich prawdziwość. Przewodnik w tak podwójnej definicji można by przedstawić jako zamknięty i ślizgający się wzdłuż linii siły, tak że będąc stale odkształcanym, nie przekraczałby linii. Ten przewodnik wyróżniłby pewną warunkową „liczbę” linii, które są zachowywane, gdy są „pogrubione” lub „rozrzedzone”. Takie przesuwanie się przewodnika w polu sił magnetycznych bez pojawienia się w nim prądu elektrycznego można by uznać za eksperymentalny dowód zachowania liczby linii siły podczas ich "rozprzestrzeniania się", np. od bieguna magnes, a więc jako dowód prawdziwości tych linii.

Oczywiście, prawdziwy przewodnik jest praktycznie niemożliwy do poruszenia, aby nie przekraczał linii sił. Dlatego Faraday inaczej uzasadnił hipotezę o zachowaniu ich liczby. Niech magnes z biegunem N i przewodem abcd umieszczone tak, że mogą się obracać względem siebie wokół osi ogłoszenie(ryc. 1; rysunek wykonał autor artykułu na podstawie rysunków Faradaya). W tym przypadku część przewodnika ogłoszenie przechodzi przez otwór w magnesie i ma swobodny kontakt w punkcie d. Bezpłatny kontakt jest nawiązywany i na miejscu c, więc fabuła pne może obracać się wokół magnesu bez przerywania obwodu elektrycznego podłączonego w punktach a oraz b(również za pomocą styków przesuwnych) do galwanometru. Konduktor pne z pełnym obrotem wokół osi ogłoszenie przecina wszystkie linie siły emanujące z bieguna magnesu N. Teraz pozwól przewodnikowi obracać się ze stałą prędkością. Następnie porównując odczyty galwanometru w różnych pozycjach wirującego przewodu, np. w pozycji abcd oraz w ciąży ab”c”d, gdy przewodnik o pełny obrót ponownie przecina wszystkie linie sił, ale już w miejscach ich większego rozrzedzenia, można stwierdzić, że odczyty galwanometru są takie same. Według Faradaya wskazuje to na zachowanie pewnej warunkowej liczby linii siły, które mogą charakteryzować biegun północny magnesu (im większa ta „liczba”, tym silniejszy magnes).

Obracając się w swojej instalacji (ryc. 2; rysunek Faradaya) nie przewodnikiem, lecz magnesem, Faraday dochodzi do wniosku, że liczba linii siły w wewnętrznej części magnesu jest zachowana. Jednocześnie jego rozumowanie opiera się na założeniu, że linie sił nie są porywane przez obracający się magnes. Linie te pozostają „na miejscu”, podczas gdy magnes obraca się między nimi. W takim przypadku prąd w wielkości jest taki sam, jak podczas obracania się zewnętrznego przewodnika. Faraday wyjaśnia ten wynik mówiąc, że chociaż zewnętrzna część przewodnika nie przecina linii, to jej wewnętrzna część ( płyta CD), obracając się z magnesem, przecina wszystkie linie przechodzące wewnątrz magnesu. Jeśli zewnętrzna część przewodnika jest nieruchoma i obracana razem z magnesem, prąd nie występuje. Można to również wyjaśnić. Rzeczywiście, wewnętrzna i zewnętrzna część przewodnika przecinają tę samą liczbę linii siły skierowanych w tym samym kierunku, więc prądy indukowane w obu częściach przewodnika znoszą się nawzajem.

Z eksperymentów wynikało, że wewnątrz magnesu linie siły nie biegną z bieguna północnego na południe, lecz odwrotnie, tworząc zamknięte krzywe z zewnętrznymi liniami siły, co pozwoliło Faradayowi sformułować prawo zachowania liczby magnetyczne linie sił w przestrzeniach zewnętrznych i wewnętrznych magnesu trwałego: „Ta niesamowita dystrybucja siły, która ujawnia się za pomocą poruszającego się przewodnika, magnes jest dokładnie jak cewka elektromagnetyczna, zarówno w tym, że linie siły płyną w postaci zamkniętych kręgów i równości ich sumy wewnątrz i na zewnątrz. W ten sposób pojęcie „liczby linii siły” otrzymało prawa obywatelstwa, dzięki czemu sformułowanie prawa proporcjonalności siły elektromotorycznej indukcji do liczby linii siły przecinanych przez przewodnik w jednostce czasu nabytego fizycznego oznaczający.

Faraday przyznał jednak, że jego wyniki nie są ostatecznym dowodem na prawdziwość linii sił. Dla takiego dowodu, pisał, konieczne jest „ustalenie stosunku linii siły do ​​czasu”, czyli wykazanie, że linie te mogą poruszać się w przestrzeni ze skończoną prędkością, a zatem mogą być wykryte dowolnymi metodami fizycznymi .

Należy podkreślić, że problem „fizycznych linii siły” nie miał nic wspólnego z próbami Faradaya bezpośredniego wykrywania zwykłych linii siły. Od czasu odkrycia indukcji elektromagnetycznej Faraday wierzył, że zarówno zwykłe linie siły, jak i prawa elektromagnetyzmu są przejawami pewnych szczególnych właściwości materii, jej szczególnego stanu, który naukowiec nazwał elektrotonicznym. Równocześnie pytanie o istotę tego stanu i jego związek ze znanymi formami materii było, zdaniem Faradaya, otwarte: „Czym jest ten stan i od czego on zależy, teraz nie możemy powiedzieć. Może to za sprawą eteru, jak wiązka światła... Może jest to stan napięcia, stan wibracji lub inny stan analogiczny do prądu elektrycznego, z którym tak ściśle związane są siły magnetyczne. To, czy obecność materii jest konieczna do utrzymania tego stanu, zależy od tego, co oznacza słowo „materia”. Jeśli pojęcie materii ogranicza się do substancji ważkich lub grawitujących, to obecność materii jest równie mało istotna dla fizycznych linii sił magnetycznych, jak dla promieni światła i ciepła. Ale jeśli, przyjmując eter, przyjmiemy, że jest to rodzaj materii, to linie sił mogą zależeć od dowolnego jego działania.

Tak baczna uwaga, jaką Faraday poświęcił liniom sił, wynikała przede wszystkim z tego, że widział je jako pomost prowadzący do zupełnie nowego świata. Jednak nawet tak błyskotliwemu eksperymentatorowi jak Faraday trudno było przejść przez ten most. Właściwie ten problem w ogóle nie pozwalał na rozwiązanie czysto eksperymentalne. Można jednak spróbować matematycznie wniknąć w przestrzeń między liniami sił. To właśnie zrobił Maxwell. Jego słynne równania stały się narzędziem, które umożliwiło wniknięcie w nieistniejące luki między liniami sił Faradaya iw efekcie odkrycie tam nowej rzeczywistości fizycznej. Ale to już inna historia – historia Wielkiego Teoretyka.

Odnosi się to do książki R. Feynmana, R. Leightona i M. Sandsa „Feynman Lectures on Physics” (M.: Mir, 1967) ( Notatka. wyd.)
W tłumaczeniu rosyjskim pierwszy tom tej książki został opublikowany w 1947 roku, drugi - w 1951 roku, a trzeci - w 1959 roku w serii Classics of Science (Moskwa: Izdatelstvo AN SSSR). ( Notatka. wyd.)
W 1892 roku William Thomson otrzymał szlachetny tytuł „Lord Kelvin” za fundamentalną pracę w różnych dziedzinach fizyki, w szczególności za układanie kabla transatlantyckiego łączącego Anglię i Stany Zjednoczone.

Michael Faraday to angielski naukowiec, który zasłynął swoimi badaniami w dziedzinie magnetyzmu i prądu elektrycznego. Każde z jego odkryć posuwało naukę o krok dalej i ostatecznie doprowadziło do elektryczności, komputera i wielu podstawowych elementów współczesnego życia.

Życie Michaela Faradaya rozpoczęło się w jednej z najbiedniejszych dzielnic Londynu 22 września 1791 roku. Jego ojciec i brat pracowali jako kowale, ale ich zarobki ledwo wystarczały na utrzymanie rodziny. W wyniku trudnej sytuacji chłopiec nie otrzymał nawet średniego wykształcenia, ograniczając się jedynie do miejscowej szkoły podstawowej. Od momentu ukończenia studiów Michael zajmował się samodzielnymi studiami, uwielbiał czytać książki, lubił nauki przyrodnicze, w szczególności chemię i fizykę.

Aby złagodzić sytuację rodziny, od 13 roku życia młody Faraday sam zaczyna zarabiać pieniądze. Początkowo pracował jako handlarz książek i gazet, a rok później w samej księgarni. Tutaj uczy się oprawić książki, a właścicielka sklepu pozwala Michaelowi je czytać. Chłopiec z wielkim entuzjazmem podejmuje naukę wszelkich dostępnych materiałów, starając się zastosować wiedzę teoretyczną w praktyce. Miał więc w swoim domu całe prowizoryczne laboratorium, w którym Faraday przeprowadzał różne eksperymenty naukowe.

Jego starszy brat również miał swój wkład w edukację Michaela - niejednokrotnie płacił chłopcu za uczęszczanie na wykłady z fizyki, chemii i astronomii. Jednak Faraday dostał się do głównego wykładu w swoim życiu zupełnie przez przypadek. Jeden z kupujących w księgarni zauważył zainteresowanie Michaela nauką i dał mu zaproszenia na wykład Humphreya Davy'ego. Po jej wizycie młody człowiek osobiście związał swój abstrakt i zebrawszy się na odwagę, wysłał go do nauczycielki. On z kolei aprobował wiedzę chłopca z fizyki i po krótkim namyśle zaprosił Faradaya do pracy jako jego asystent na Queen's University.

Począwszy od 1813 roku Davy wraz ze swoim asystentem dużo podróżował po Europie. Tak więc Faradayowi udało się odwiedzić najlepsze laboratoria we Francji i Włoszech, a także zapoznać się z wielkimi naukowcami tamtych czasów: M. Chevrelem, J. L. Gay-Lussac, A. Ampère. Cała podróż trwała ponad dwa lata i jeszcze bardziej rozpaliła w młodym naukowcu pragnienie nauki.

W 1815 roku, wracając na uniwersytet, Michael Faraday rzucił się do pracy. Coraz więcej czasu poświęca na własne badania, jednak udaje mu się prowadzić bezpłatne wykłady dla tych, którzy tak jak on zmuszeni są do samodzielnego kształcenia. W ten sposób naukowiec przyczynia się do popularyzacji nauki i rozwija swój talent oratorski.

W 1820 r. w ręce Faradaya wpadły prace Oersteda, które zajmowały się magnetycznym efektem prądu elektrycznego. Od tego momentu naukowiec poważnie bada ten problem i po 10 latach żmudnej pracy dochodzi do koncepcji indukcji elektromagnetycznej (interakcji magnetyzmu i prądu elektrycznego). Cewka Henry'ego pomogła mu dokonać wielkiego odkrycia.

Rok później Michael Faraday zostaje kierownikiem technicznym na Queen's University. Do jego obowiązków należy nadzorowanie wszystkich swoich laboratoriów. Rok 1821 był również znaczący w życiu osobistym Faradaya - ożenił się i według współczesnych było to bardzo udane i szczęśliwe małżeństwo.

W tym samym roku opublikował dwie swoje słynne prace: o upłynnianiu chloru io ruchach elektromagnetycznych. Pierwsza doprowadziła go do przekształcenia chloru w płynną substancję (1824), a druga dotyczyła prototypu silnika elektrycznego. Opisuje eksperyment z namagnesowaną igłą, którą Faraday zmusił do obracania się wokół bieguna magnetycznego. Za to doświadczenie Michael został bezpodstawnie oskarżony o plagiat przez W. Wollastona. W tym samym czasie mentor Faradaya - G. Davy - nie wspierał swojego ucznia i stanął po stronie słynnego naukowca.

Nie stanął też po stronie Faradaya w 1824 roku. Kiedy naukowiec został przyjęty do Royal Society of London, Davy był jedynym, który głosował przeciwko jego członkostwu. To jednak nie powstrzymało Davy'ego przed nazwaniem Faradaya jego najważniejszym odkryciem.

W 1825 Faraday został dyrektorem laboratorium na Uniwersytecie Królewskim, aw 1827 profesorem i kierownikiem katedry chemii.

W 1832 roku kontynuując badania związane z prądem elektrycznym, Faraday doszedł do koncepcji elektrolizy. Zjawisko to umożliwia przepływ prądu przez różne rozwiązania, oddzielając od nich cenne elementy. Stosowany jest do dziś w przemyśle chemicznym i metalurgicznym. W tym samym okresie Faraday dokonał kolejnego ważnego odkrycia - był w stanie udowodnić tożsamość wszystkich przejawów elektryczności.

W 1835 r. przyjaciele Faradaya uzyskali od Ministra Skarbu dożywotnią emeryturę dla naukowca za jego odkrycia naukowe. Pomimo trudnej sytuacji Faraday nie przyjął „ulotki”, zgadzając się na płatności dopiero po przeprosinach ministra i szczerym uznaniu jego zasług.

W 1840 Faraday wyraził teorię jedności wszystkich istniejących energii. Twierdził, że wszyscy mogą się w siebie przemienić. W ten sposób doszedł do koncepcji linii siły. W tym momencie naukowiec poniósł nieszczęście - poważnie zachorował i na pięć lat porzucił działalność naukową. Dlatego termin „pole magnetyczne” pojawił się dopiero w 1845 roku. W tym samym czasie Faraday odkrył dia- i paramagnetyzm.

W 1848 roku odkryto tzw. efekt Faradaya, który łączył magnetyzm i optykę. W rzeczywistości była to polaryzacja światła, jego interakcja z liniami pola magnetycznego. Sam naukowiec opisał swoje odkrycie następującymi słowami: „Namagnesowałem światło”.

Choroba, która na chwilę ustąpiła, powróciła ponownie w 1855 roku. Faraday coraz bardziej cierpi na bóle głowy, zaczyna tracić pamięć. Jednocześnie nadal angażuje się w naukę do końca, starannie opisując swoje przemyślenia w dzienniku laboratoryjnym.

Michael Faraday zmarł 25 sierpnia 1867 roku w Hampton Court, ale jego odkrycia są nadal żywe. Bez niego nie istniałyby tak integralne rzeczy współczesnego życia, jak elektryczność, komputer, aluminiowe łyżki, druty miedziane, stal nierdzewna, silnik elektryczny itp. Jedną z najbardziej prestiżowych nagród za osiągnięcia w nauce jest medal Faradaya nazwany po nim.

„Dopóki ludzie będą czerpać korzyści z elektryczności, zawsze będą pamiętać imię Faradaya z wdzięcznością” – powiedział Hermann Helmholtz.

Michael Faraday - angielski fizyk doświadczalny, chemik, twórca teorii pola elektromagnetycznego. Odkrył indukcję elektromagnetyczną, która jest podstawą przemysłowej produkcji energii elektrycznej i zastosowań w nowoczesnych warunkach.

Dzieciństwo i młodość

Michael Faraday urodził się 22 września 1791 roku w Newington Butts pod Londynem. Ojciec - James Faraday (1761-1810), kowal. Mama - Margaret (1764-1838). Oprócz Michaela w rodzinie dorastał brat Robert oraz siostry Elizabeth i Margaret. Żyli w biedzie, więc Michael nie skończył nauki w szkole iw wieku 13 lat poszedł do pracy w księgarni jako posłaniec.

Edukacja nie została ukończona. Głód wiedzy zaspokajał czytanie książek z dziedziny fizyki i chemii – takich książek w księgarni nie brakowało. Młody człowiek opanował pierwsze eksperymenty. Zbudował aktualne źródło - „słój Lejdy”. Ojciec i brat wspierali Michaela w jego pragnieniu eksperymentów.

W 1810 roku 19-letni młodzieniec został członkiem Klubu Filozoficznego, w którym wygłaszano wykłady z fizyki i astronomii. Michael brał udział w kontrowersji naukowej. Utalentowany młody człowiek przyciągnął uwagę środowiska naukowego. Kupiec księgarni William Dens dał Michaelowi prezent - bilet na serię wykładów z chemii i fizyki Humphry'ego Davy'ego (twórcy elektrochemii, odkrywcy pierwiastków chemicznych Potas, Wapń, Sód, Bar, Bor).

Przyszły naukowiec, po zapoznaniu się z wykładami Humphry'ego Davy'ego, sporządził oprawę i wysłał ją profesorowi wraz z listem z prośbą o znalezienie pracy w Instytucie Królewskim. Davy brał udział w losie młodego człowieka, a po chwili 22-letni Faraday dostał pracę jako asystent laboratoryjny w laboratorium chemicznym.

Nauka

Pełniąc obowiązki asystenta laboratoryjnego Faraday nie przegapił okazji wysłuchania wykładów, w przygotowaniu których brał udział. Ponadto, z błogosławieństwem profesora Davy'ego, młody człowiek przeprowadził eksperymenty chemiczne. Sumienność i umiejętność wykonywania pracy jako asystent laboratoryjny uczyniły go stałym asystentem Davy'ego.

W 1813 r. Davy zabrał Faradaya jako swojego sekretarza w dwuletnią podróż po Europie. Podczas podróży młody naukowiec poznał luminarzy światowej nauki: Andre-Marie Ampère, Josepha Louisa Gay-Lussaca, Alessandro Voltę.

Po powrocie do Londynu w 1815 Faraday otrzymał posadę asystenta. Równolegle kontynuował swój ulubiony biznes - zakładał własne eksperymenty. W swoim życiu Faraday przeprowadził 30 000 eksperymentów. W kręgach naukowych za swoją pedanterię i pracowitość otrzymał tytuł „króla eksperymentatorów”. Opis każdego doświadczenia został starannie zapisany w pamiętnikach. Później, w 1931 roku, pamiętniki te zostały opublikowane.

Pierwsze drukowane wydanie Faradaya ukazało się w 1816 roku. Do 1819 roku wydrukowano 40 prac. Prace poświęcone są chemii. W 1820 roku, po serii eksperymentów ze stopami, młody naukowiec odkrył, że stop stali z dodatkiem niklu nie daje utleniania. Ale wyniki eksperymentów przeszły przez metalurgów. Odkrycie stali nierdzewnej zostało opatentowane znacznie później.

W 1820 Faraday został kierownikiem technicznym Królewskiego Instytutu. W 1821 przeszedł z chemii do fizyki. Faraday działał jako uznany naukowiec, zyskał na wadze w środowisku naukowym. Opublikowano artykuł o zasadzie działania silnika elektrycznego, który zapoczątkował elektrotechnikę przemysłową.

Pole elektromagnetyczne

W 1820 Faraday zainteresował się eksperymentami dotyczącymi interakcji elektryczności i pola magnetycznego. Do tego czasu odkryto koncepcje „źródła prądu stałego” (A. Volt), „elektrolizy”, „łuku elektrycznego”, „elektromagnesu”. W tym okresie rozwinęła się elektrostatyka i elektrodynamika, opublikowano eksperymenty Biota, Savarta, Laplace'a dotyczące pracy z elektrycznością i magnetyzmem. Opublikowano pracę A. Ampere na temat elektromagnetyzmu.

W 1821 roku światło dzienne ujrzała praca Faradaya „O niektórych nowych ruchach elektromagnetycznych i teorii magnetyzmu”. Naukowiec przedstawił w nim eksperymenty z igłą magnetyczną obracającą się wokół jednego bieguna, czyli zamieniał energię elektryczną na energię mechaniczną. W rzeczywistości wprowadził pierwszy na świecie, choć prymitywny silnik elektryczny.

Radość z odkrycia zepsuła skarga Williama Wollastona (odkrył Palladium, Rod, zaprojektował refraktometr i goniometr). W skardze do profesora Davy'ego naukowiec oskarżył Faradaya o kradzież pomysłu z wirującą magnetyczną igłą. Historia nabrała skandalicznego charakteru. Davy zaakceptował stanowisko Wollastona. Tylko osobiste spotkanie dwóch naukowców i wyjaśnienie jego stanowiska przez Faradaya były w stanie rozwiązać konflikt. Wollaston wycofał swoje roszczenia. Relacja Davy'ego i Faradaya straciła dawne zaufanie. Chociaż pierwszy nie męczył się powtarzaniem do ostatnich dni, że Faraday był głównym odkryciem, którego dokonał.

W styczniu 1824 Faraday został wybrany członkiem Royal Society of London. Profesor Davy głosował przeciw.

W 1823 został członkiem korespondentem Paryskiej Akademii Nauk.

W 1825 roku Michael Faraday zajął miejsce Davy'ego jako dyrektor laboratorium fizyki i chemii w Royal Institution.

Po odkryciu z 1821 r. naukowiec przez dziesięć lat nie publikował prac. W 1831 został profesorem w Woolwich (akademii wojskowej), w 1833 profesorem chemii w Royal Institution. Prowadził debaty naukowe, wykładał na spotkaniach naukowych.

Już w 1820 roku Faraday interesował się doświadczeniem Hansa Oersteda: ruch wzdłuż obwodu prądu elektrycznego powodował ruch igły magnetycznej. Prąd elektryczny był przyczyną magnetyzmu. Faraday zasugerował, że w związku z tym magnetyzm może być przyczyną prądu elektrycznego. Pierwsza wzmianka o teorii pojawiła się w dzienniku naukowca w 1822 roku. Zajęło dziesięć lat eksperymentów, aby rozwikłać tajemnicę indukcji elektromagnetycznej.

Zwycięstwo przyszło 29 sierpnia 1831 roku. Urządzenie, które pozwoliło Faradayowi dokonać genialnego odkrycia, składało się z żelaznego pierścienia i wielu zwojów miedzianego drutu owiniętych wokół jego dwóch połówek. W obwodzie jednej połowy pierścienia, zamkniętego drutem, znajdowała się igła magnetyczna. Drugie uzwojenie zostało podłączone do akumulatora. Gdy prąd jest włączony, igła magnetyczna oscyluje w jednym kierunku, a po wyłączeniu oscyluje w drugim kierunku. Faraday doszedł do wniosku, że magnes jest w stanie przekształcić magnetyzm w energię elektryczną.

Zjawisko „pojawienia się prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym ze zmianą przechodzącego przez niego strumienia magnetycznego” nazwano indukcją elektromagnetyczną. Odkrycie indukcji elektromagnetycznej otworzyło drogę do powstania źródła prądu – generatora elektrycznego.

Odkrycie zapoczątkowało nową owocną rundę eksperymentów naukowca, która dała światu „Eksperymentalne badania nad elektrycznością”. Faraday udowodnił empirycznie jednolity charakter występowania energii elektrycznej, niezależnie od sposobu wywołania prądu elektrycznego.

W 1832 roku fizyk został odznaczony medalem Copleya.

Faraday został autorem pierwszego transformatora. Jest właścicielem koncepcji „przenikalności dielektrycznej”. W 1836 roku poprzez serię eksperymentów udowodnił, że ładunek prądu wpływa tylko na powłokę przewodnika, pozostawiając nienaruszone znajdujące się w niej obiekty. W nauce stosowanej urządzenie oparte na zasadzie tego zjawiska nazywa się „klatką Faradaya”.

Odkrycia i prace

Odkrycia Michaela Faradaya dotyczą nie tylko fizyki. W 1824 odkrył benzen i izobutylen. Naukowiec wydedukował płynną postać chloru, siarkowodoru, dwutlenku węgla, amoniaku, etylenu, dwutlenku azotu, uzyskał syntezę heksachloranu.

W 1835 roku z powodu choroby Faraday został zmuszony do dwuletniej przerwy w pracy. Podejrzewano, że przyczyną choroby był kontakt naukowca podczas eksperymentów z parami rtęci. Po krótkim czasie pracy po wyzdrowieniu, w 1840 r. profesor ponownie poczuł się źle. Prześladowała mnie słabość, chwilowa utrata pamięci. Okres rekonwalescencji został opóźniony o 4 lata. W 1841 r., za namową lekarzy, naukowiec udał się w podróż do Europy.

Rodzina żyła prawie w biedzie. Według biografa Faradaya, Johna Tyndalla, naukowiec otrzymywał emeryturę w wysokości 22 funtów rocznie. W 1841 roku premier William Lamb, Lord Melbourne, pod naciskiem opinii publicznej, podpisał dekret przyznający Faradayowi emeryturę państwową w wysokości 300 funtów rocznie.

W 1845 roku wielkiemu naukowcowi udało się przyciągnąć uwagę światowej społeczności kolejnymi odkryciami: odkryciem zmiany płaszczyzny spolaryzowanego światła w polu magnetycznym („efekt Faradaya”) i diamagnetyzmem (namagnesowanie substancji do działające na nią zewnętrzne pole magnetyczne).

Brytyjski rząd wielokrotnie zwracał się do Michaela Faradaya o pomoc w rozwiązaniu problemów związanych z kwestiami technicznymi. Naukowiec opracował program wyposażenia latarni morskich, metody walki z korozją statków oraz pełnił funkcję eksperta kryminalistyki. Będąc z natury osobą dobroduszną i spokojną, kategorycznie odmówił udziału w tworzeniu broni chemicznej na wojnę z Rosją w wojnie krymskiej.

W 1848 roku podarowała Faradayowi dom na lewym brzegu Tamizy, Hampton Court. Brytyjska królowa opłacała wydatki i podatki wokół domu. Naukowiec i jego rodzina przenieśli się do niego, opuszczając biznes w 1858 roku.

Życie osobiste

Michael Faraday był żonaty z Sarah Barnard (1800-1879). Sarah jest siostrą przyjaciela Faradaya. 20-letnia dziewczyna nie od razu zaakceptowała propozycję małżeństwa - młody naukowiec musiał się martwić. Cichy ślub odbył się 12 czerwca 1821 roku. Wiele lat później Faraday pisał:

„Wyszłam za mąż – wydarzenie, które bardziej niż jakiekolwiek inne przyczyniło się do mojego szczęścia na ziemi i zdrowego stanu umysłu”.

Rodzina Faradaya, podobnie jak rodzina jego żony, jest członkami społeczności protestanckiej Sandemanian. Faraday pełnił funkcję diakona wspólnoty londyńskiej, był wielokrotnie wybierany na starszego.

Śmierć

Michael Faraday był chory. W krótkich chwilach, gdy choroba ustąpiła, pracował. W 1862 postawił hipotezę o ruchu linii widmowych w polu magnetycznym. Peterowi Zeemanowi udało się potwierdzić teorię w 1897 roku, za co otrzymał Nagrodę Nobla w 1902 roku. Faraday Zeeman nazwał autora pomysłu.

Michael Faraday zmarł przy swoim biurku 25 sierpnia 1867 roku w wieku 75 lat. Został pochowany obok swojej żony na cmentarzu Highgate w Londynie. Naukowiec przed śmiercią poprosił o skromny pogrzeb, więc przybyli tylko krewni. Na nagrobku wyryte jest nazwisko naukowca i lata jego życia.

• W swojej pracy fizyk nie zapomniał o dzieciach. Do dziś wznawiane są wykłady dla dzieci „Historia świecy” (1961).
• Portret Faradaya znajduje się na 20-funtowym banknocie brytyjskim z lat 1991-1999.
• Krążyły pogłoski, że Davy nie odpowiedział na prośbę Faradaya o pracę. Pewnego razu, chwilowo tracąc wzrok podczas eksperymentu chemicznego, profesor przypomniał sobie upartego młodzieńca. Po pracy jako sekretarka naukowca, młody człowiek tak zaszokował Davy'ego swoją erudycją, że zaproponował Michaelowi pracę w laboratorium.
• Po powrocie z europejskiej trasy z rodziną Davy'ego Faraday pracował tam jako pomywacz, czekając na stanowisko asystenta w Royal Institution.