Angielski fizyk Michael Faraday, który dorastał w biednej rodzinie, stał się jednym z największych naukowców w historii ludzkości. Jego wybitne osiągnięcia zostały dokonane w czasach, gdy nauka była udziałem ludzi urodzonych w uprzywilejowanych rodzinach. Jednostka pojemności elektrycznej, farad, została nazwana jego imieniem.
Faraday (fizyk): krótka biografia
Michael Faraday urodził się 22 września 1791 roku w brytyjskiej stolicy Londynu. Był trzecim dzieckiem w rodzinie Jamesa i Małgorzaty Faradayów. Jego ojciec był kowalem, który był w złym stanie zdrowia. Przed ślubem jego matka pracowała jako służąca. Rodzina żyła w biedzie.
Do 13 roku życia Michael uczęszczał do lokalnej szkoły, w której otrzymał wykształcenie podstawowe. Aby pomóc rodzinie, zaczął pracować jako posłaniec w księgarni. Pracodawca zaimponował pracowitością chłopca. Rok później awansował na praktykanta introligatora.
Introligatorstwo i nauka
Michael Faraday chciał wiedzieć więcej o świecie; nie ograniczał się do restauracji książek. Po ciężkiej codziennej pracy cały wolny czas spędzał na czytaniu oprawianych książek.
Powoli odkrył, że interesuje się nauką. Szczególnie podobały mu się dwie książki:
- Encyklopedia Britannica jest źródłem jego wiedzy o elektryczności i nie tylko.
- Pogadanki o chemii - 600 stron przystępnej chemii autorstwa Jane Marset.
Był tak zakochany, że zaczął wydawać część swoich skromnych dochodów na chemikalia i aparaturę, aby potwierdzić prawdziwość tego, co czytał.
Poszerzając swoją wiedzę naukową, usłyszał, że znany naukowiec John Tatum miał wygłosić serię publicznych wykładów na temat filozofii przyrody (fizyki). Za udział w wykładach trzeba było uiścić opłatę w wysokości jednego szylinga - za dużo jak na Michaela Faradaya. Jego starszy brat, kowal, pod wrażeniem rosnącego oddania brata nauce, dał mu niezbędną ilość.
Poznaj Humphreya Davy'ego
Faraday zrobił kolejny krok w kierunku nauki, kiedy William Dance, klient księgarni, zapytał Michaela, czy chciałby kupić bilety na wykłady w Royal Institution.
Wykładowca, Sir Humphry Davy, był jednym z najbardziej znanych naukowców tamtych czasów. Faraday skorzystał z okazji i wziął udział w czterech wykładach dotyczących jednego z najnowszych problemów w chemii - oznaczania kwasowości. Obserwował eksperymenty, które Davy przeprowadzał na wykładach.
To był świat, w którym chciał żyć. Faraday trzymał notatki, a następnie dokonał tak wielu uzupełnień do notatek, że stworzył 300-stronicowy rękopis, który sam związał i wysłał do Davy'ego jako znakdzięki.
W tym czasie, na podwórku księgarni, Michael zaczął przeprowadzać bardziej złożone eksperymenty, aby stworzyć baterię elektryczną z miedzianych monet i dysków cynkowych oddzielonych mokrym papierem solnym. Używał go do rozkładania chemikaliów, takich jak siarczan magnezu. Humphry Davy był pionierem w tej dziedzinie chemii.
W październiku 1812 skończył się terminowanie Faradaya i zaczął on pracować jako introligator dla innego pracodawcy, którego uważał za niesmacznego.
Nie byłoby szczęścia, ale nieszczęście pomogło
A potem nastąpiło szczęśliwe wydarzenie dla Faradaya. W wyniku nieudanego eksperymentu Humphry Davy został ranny: tymczasowo wpłynęło to na jego zdolność pisania. Michaelowi udało się zachować notatki przez kilka dni dla Davy'ego, który był pod wrażeniem książki, którą mu wysłał.
Kiedy krótki okres pracy jako asystent dobiegł końca, Faraday wysłał notatkę do naukowca, prosząc go o zatrudnienie go jako asystenta. Wkrótce potem jeden z asystentów laboratoryjnych Davy'ego został zwolniony za niewłaściwe postępowanie, a Humphrey zapytał Michaela, czy chciałby wypełnić wakat.
Czy chciałby pracować w Instytucie Królewskim z jednym z najsłynniejszych naukowców na świecie? To było pytanie retoryczne.
Kariera w Królewskiej Instytucji
Faraday objął urząd 1 marca 1813 roku w wieku 21 lat.
Dobrze mu płacono i dano mu pokój na strychu Królewskiego Instytutu. Michał był bardzo zadowolony i jego związek z tą instytucją już nie istniejeprzerwane na 54 lata, podczas których udało mu się zostać profesorem chemii.
Zadaniem Faradaya było przygotowanie sprzętu do eksperymentów i wykładów w Royal Institution. Początkowo zajmował się trójchlorkiem azotu, materiałem wybuchowym, który zranił Davy'ego. Michael również na krótko stracił przytomność podczas następnej eksplozji, a kiedy Humphrey został ponownie ranny, eksperymenty z tym związkiem zostały wstrzymane.
Po 7 miesiącach w Royal Institution, Davy zabrał Faradaya na 18-miesięczne tournée po Europie. W tym czasie Michaelowi udało się spotkać wielkich naukowców, takich jak Andre-Marie Ampère w Paryżu i Alessandro Volta w Mediolanie. W pewnym sensie wycieczka zastąpiła jego edukację uniwersytecką - Faraday wiele się w tym czasie nauczył.
Przez większość trasy był jednak nieszczęśliwy, ponieważ oprócz pracy naukowej i sekretarskiej musiał czekać na Davy'ego i jego żonę. Żona naukowca nie uważała Faradaya za równego sobie ze względu na jego pochodzenie.
Po powrocie do Londynu wszystko ułożyło się na swoim miejscu. Royal Institute odnowił kontrakt Michaela i podwyższył jego wynagrodzenie. Davy zaczął nawet wspominać o swojej pomocy w artykułach naukowych.
W 1816, w wieku 24 lat, Faraday wygłosił swój pierwszy wykład na temat właściwości materii. Miało to miejsce w Miejskim Towarzystwie Filozoficznym. W tym samym czasie opublikował swój pierwszy artykuł naukowy na temat analizy wodorotlenku wapnia w Kwartalniku Naukowym.
W 1821 roku, w wieku 29 lat, Faraday został awansowany na szefa gospodarstwa domowego i laboratorium Królewskiego Instytutu. W tym samympoślubił Sarę Barnard. Michael i jego żona mieszkali w instytucie przez większość następnych 46 lat, już nie na strychu, ale w wygodnej przestrzeni zajmowanej niegdyś przez Humphry'ego Davy'ego.
W 1824 roku biografia Faradaya (fizyka) została naznaczona jego wyborem do Towarzystwa Królewskiego. To było potwierdzenie, że stał się wybitnym naukowcem.
W 1825 r. fizyk Faraday został dyrektorem laboratorium.
W 1833 został profesorem chemii Fullera w Królewskim Instytucie Wielkiej Brytanii. Faraday piastował to stanowisko do końca życia.
W 1848 i 1858 został poproszony o kierowanie Towarzystwem Królewskim, ale odmówił.
Osiągnięcia naukowe
Do opisania odkryć Faradaya w fizyce potrzeba więcej niż jednej książki. To nie przypadek, że Albert Einstein trzymał w swoim biurze zdjęcia tylko trzech naukowców: Isaaca Newtona, Jamesa Maxwella i Michaela Faradaya.
Co dziwne, chociaż słowo „fizyk” zaczęło być używane za życia naukowca, on sam tego nie lubił i zawsze nazywał siebie filozofem. Faraday był człowiekiem, który dokonywał odkryć poprzez eksperymenty i był znany z tego, że nigdy nie rezygnował z pomysłów, które wymyślił dzięki naukowej intuicji.
Jeżeli uważał, że pomysł jest tego wart, eksperymentował pomimo wielu niepowodzeń, aż osiągnął to, czego oczekiwał, lub dopóki nie był przekonany, że Matka Natura udowodniła mu, że się mylił, co było niezwykle rzadkie.
Więc co Faraday odkrył w fizyce? Oto niektóre z jego najbardziej znanychosiągnięcia.
1821: odkrycie rotacji elektromagnetycznej
To był zwiastun tego, co ostatecznie doprowadziło do powstania silnika elektrycznego. Odkrycie oparto na teorii Oersteda dotyczącej właściwości magnetycznych drutu przewodzącego prąd elektryczny.
1823: Skraplanie gazu i chłodzenie
W 1802 r. John D alton zasugerował, że wszystkie gazy można skraplać w niskich temperaturach lub pod wysokim ciśnieniem. Fizyk Faraday udowodnił to empirycznie. Najpierw zamienił chlor i amoniak w ciecz.
Płynny amoniak był również interesujący, ponieważ, jak zauważył Michael Faraday, fizyka procesu parowania powodowała chłodzenie. Zasadę chłodzenia za pomocą sztucznego parowania publicznie zademonstrował William Cullen w Edynburgu w 1756 roku. Naukowiec za pomocą pompy obniżył ciśnienie w kolbie za pomocą eteru, w wyniku czego szybko odparował. Spowodowało to ochłodzenie, a na zewnątrz kolby powstał lód z wilgoci zawartej w powietrzu.
Ważność odkrycia Faradaya polegała na tym, że mechaniczne pompy mogą zamieniać gaz w ciecz w temperaturze pokojowej. Następnie ciecz odparowała, schładzając wszystko dookoła, powstały gaz można było zebrać i ponownie skompresować do cieczy za pomocą pompy, powtarzając cykl. Tak działają nowoczesne lodówki i zamrażarki.
W 1862 roku na Wystawie Światowej w Londynie Ferdinand Carré zademonstrował pierwszą na świecie komercyjną maszynę do robienia lodu. Samochód używał amoniaku jako płynu chłodzącego, i towytwarzał lód z szybkością 200 kg na godzinę.
1825: Odkrycie benzenu
Historycznie benzen stał się jedną z najważniejszych substancji w chemii, zarówno w sensie praktycznym, to znaczy wykorzystywanym do tworzenia nowych materiałów, jak i w sensie teoretycznym do zrozumienia wiązania chemicznego. Naukowiec odkrył benzen w oleistej pozostałości po londyńskiej fabryce gazu oświetleniowego.
1831: Prawo Faradaya, wzór, fizyka indukcji elektromagnetycznej
To było niezwykle ważne odkrycie dla przyszłości nauki i technologii. Prawo Faradaya (fizyka) mówi, że zmienne pole magnetyczne indukuje w obwodzie prąd elektryczny, a generowana siła elektromotoryczna jest wprost proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego. Jednym z jego możliwych wpisów jest |E|=|dΦ/dt|, gdzie E to pole elektromagnetyczne, a Ф to strumień magnetyczny.
Na przykład przesuwanie magnesu podkowiastego wzdłuż drutu wytwarza prąd elektryczny, ponieważ ruch magnesu powoduje przemienne pole magnetyczne. Wcześniej jedynym źródłem prądu była bateria. Michael Faraday, którego odkrycia w fizyce pokazały, że ruch można zamienić w elektryczność lub, mówiąc bardziej naukowo, energię kinetyczną można zamienić na energię elektryczną, jest zatem odpowiedzialny za to, że większość energii w naszych dzisiejszych domach jest wytwarzana z ta zasada.
Obrót (energia kinetyczna) jest przekształcana w energię elektryczną przez indukcję elektromagnetyczną. Z kolei obrót jest uzyskiwany przez działanie dużej pary na turbiny.ciśnienie wytwarzane przez energię węgla, gazu lub atomu, ciśnienie wody w elektrowniach wodnych lub ciśnienie powietrza w elektrowniach wiatrowych.
1834: Prawa elektrolizy
Faraday fizyk wniósł duży wkład w powstanie nowej nauki elektrochemii. Wyjaśnia, co dzieje się na granicy między elektrodą a zjonizowaną substancją. Dzięki elektrochemii wykorzystujemy baterie i akumulatory litowo-jonowe, które zasilają nowoczesną technologię mobilną. Prawa Faradaya są ważne dla naszego zrozumienia reakcji elektrod.
1836: wynalezienie osłoniętej kamery
Fizyk Faraday odkrył, że kiedy przewodnik elektryczny jest naładowany, cały nadmiar ładunku gromadzi się na jego zewnętrznej stronie. Oznacza to, że wewnątrz pomieszczenia lub klatki wykonanej z metalu nie pojawia się dopłata. Na przykład osoba ubrana w garnitur Faradaya, czyli z metalową podszewką, nie jest narażona na działanie elektryczności zewnętrznej. Oprócz ochrony ludzi klatka Faradaya może służyć do przeprowadzania eksperymentów elektrycznych lub elektrochemicznych, które są wrażliwe na zakłócenia zewnętrzne. Osłonięte kamery mogą również tworzyć martwe strefy dla komunikacji mobilnej.
1845: odkrycie efektu Faradaya – efektu magnetooptycznego
Kolejnym ważnym eksperymentem w historii nauki był pierwszy, który udowodnił związek między elektromagnetyzmem a światłem, który w 1864 roku został w pełni opisany równaniami Jamesa Clerka Maxwella. Fizyk Faraday ustalił, że światło jest falą elektromagnetyczną: „Kiedyprzeciwne bieguny magnetyczne znajdowały się po tej samej stronie, co miało wpływ na spolaryzowaną wiązkę, co dowodzi w ten sposób związku między siłą magnetyczną a światłem…
1845: odkrycie diamagnetyzmu jako właściwości całej materii
Większość ludzi zna ferromagnetyzm na przykładzie zwykłych magnesów. Faraday (fizyk) odkrył, że wszystkie substancje są diamagnetyczne – w większości słabo, ale są też silne. Diamagnetyzm jest przeciwny do kierunku przyłożonego pola magnetycznego. Na przykład, jeśli umieścisz biegun północny w pobliżu silnie diamagnetycznej substancji, odepchnie się. Diamagnetyzm w materiałach, indukowany przez bardzo silne, nowoczesne magnesy, może być wykorzystany do osiągnięcia lewitacji. Nawet żywe stworzenia, takie jak żaby, są diamagnetyczne i mogą unosić się w silnym polu magnetycznym.
Koniec
Michael Faraday, którego odkrycia w fizyce zrewolucjonizowały naukę, zmarł 25 sierpnia 1867 roku w Londynie w wieku 75 lat. Jego żona Sarah żyła dłużej. Para nie miała dzieci. Przez całe życie był pobożnym chrześcijaninem i należał do małej protestanckiej sekty zwanej Sandemanian.
Nawet za swojego życia, Faradayowi zaproponowano pochówek w Opactwie Westminsterskim wraz z królami i królowymi Wielkiej Brytanii oraz naukowcami takimi jak Isaac Newton. Odmówił przyjęcia skromniejszej ceremonii. Jego grób, w którym pochowana jest również Sarah, znajduje się na cmentarzu Highgate w Londynie.
