Фізик Фарадей: біографія, відкриття

Фізик Фарадей: біографія, відкриття


Англійський фізик Майкл Фарадей, який виріс у бідній родині, став одним з найбільших вчених в історії людства. Його видатні досягнення були зроблені в той час, коли наука була приділом людей, народжених у привілейованих сімействах. На його честь названа одиниця електричної ємності - фарад.


Фарадей (фізик): коротка біографія

Майкл Фарадей народився 22 вересня 1791 року в столиці Великобританії Лондоні. Він був третьою дитиною в родині Джеймса і Маргарет Фарадеєв. Його батько був ковалом, який мав слабке здоров'я. До шлюбу його мати працювала служницею. Сім'я жила бідно.

До 13 років Майкл відвідував місцеву школу, де отримав початкову освіту. Щоб допомогти родині, він почав працювати посильним у книгарні. Старанність хлопчика вразила його роботодавця. Через рік його підвищили до учня переплітника.

Палітурка і наука

Майкл Фарадей хотів дізнатися більше про світ; він не обмежувався реставрацією книг. Після старанної щоденної праці він проводив весь свій вільний час за читанням книг, які він переплітав.

Поступово він виявив, що захопився наукою. Особливо йому сподобалися дві книги:

  • «Британська енциклопедія» - джерело його пізнань про електрику і про багато іншого.
  • «Бесіди про хімію» - 600 сторінок про хімію в доступному викладі авторства Джейн Марсе.

Він був настільки зачарований, що почав витрачати частину свого мізерного заробітку на хімічні речовини і апаратуру, щоб підтвердити істинність того, про що читав.

Розширюючи свої наукові пізнання, він почув, що відомий вчений Джон Татум збирався дати серію публічних лекцій з натуральної філософії (фізики). Для відвідування лекцій необхідно було внести плату в один шилінг - занадто багато для Майкла Фарадея. Його старший брат, коваль, вражений зростаючою відданістю свого брата науці, дав йому необхідну суму.

Знайомство з Хамфрі Деві

Фарадей зробив ще один крок до науки, коли Вільям Денс, клієнт книгарні, поцікавився у Майкла, чи немає у нього бажання отримати квитки на лекції в Королівському інституті.

Лектор, сер Хамфрі Деві, був одним з найвідоміших у світі вчених того часу. Фарадей вхопився за шанс і відвідав чотири лекції, присвячені одній з новітніх проблем хімії - визначенні кислотності. Він спостерігав за експериментами, які проводив Деві на лекціях.

Це був світ, в якому він хотів би жити. Фарадей вів записи, а потім зробив так багато доповнень у примітках, що зробив 300-сторінковий рукопис, який сам переплив і відправив Деві на знак подяки.

У цей час на задньому дворі книгарні Майкл почав проводити більш складні експерименти зі створення електричної батареї з мідних монет і цинкових дисків, розділених вологим солоним папером. Він використовував її для розкладання хімічних речовин, наприклад таких, як сульфат магнію. У цій галузі хімії Хамфрі Деві був піонером.

У жовтні 1812 року учнівство Фарадея завершилося, і він почав працювати переплетником у іншого роботодавця, якого він знайшов неприємним.

Не було б щастя, та нещастя допомогло

І ось стався щасливий для Фарадея випадок. В результаті невдалого експерименту Хамфрі Деві був поранений: це тимчасово вплинуло на його здатність писати. Майклу вдалося протягом декількох днів вести записи для Деві, враженого книгою, яку той йому послав.

Коли недовгий період роботи помічником закінчився, Фарадей відправив вченому записку з проханням найняти його своїм асистентом. Незабаром після цього один з лаборантів Деві був звільнений за порушення дисципліни, і Хамфрі обізнався у Майкла, чи не хотів би він зайняти вакантне місце.

Чи не хотів він працювати в Королівському інституті з одним з найвідоміших вчених у світі? Це було риторичне питання.

Кар'єра в Королівському інституті

Фарадей приступив до своїх обов'язків 1 березня 1813 року, у віці 21 року.

Йому добре платили і виділили для проживання кімнату на горищі Королівського інституту. Майкл був дуже задоволений, і його зв'язок з цією установою більше не переривався протягом 54 років, за які йому вдалося стати професором хімії.

Робота Фарадея полягала в підготовці апаратури для проведення експериментів і лекцій в Королівському інституті. Спочатку він мав справу з трихлоридом азоту, вибуховою речовиною, яку травмувало Деві. Майкл теж при черговому вибуху ненадовго втратив свідомість, і коли Хамфрі знову отримав травму, досліди з цим з'єднанням були припинені.

Через 7 місяців роботи в Королівському інституті Деві взяв з собою Фарадея в турне по Європі, що тривало 18 місяців. За цей час Майклу вдалося зустріти великих вчених, таких як Андре-Марі Ампер в Парижі і Алессандро Вольта в Мілані. У певному сенсі, тур замінив йому університетську освіту - Фарадей багато чого дізнався за цей час.

Більшу частину туру він, однак, був нещасливий, оскільки на додаток до наукової і секретарської роботи повинен був прислужувати Деві і його дружині. Дружина вченого не вважала Фарадея рівним собі через його походження.

Після повернення в Лондон все стало на свої місця. Королівський інститут відновив контракт Майкла і збільшив його винагороду. Деві навіть почав згадувати про його допомогу в наукових роботах.

У 1816 р. у віці 24 років Фарадей прочитав свою першу лекцію про властивості матерії. Проходила вона в Міському філософському товаристві. Тоді ж у «Щоквартальному науковому журналі» він опублікував свою першу наукову статтю про аналіз гідроксиду кальцію.

У 1821 р. у віці 29 років Фарадей був підвищений до посади завідувача господарством і лабораторією Королівського інституту. Того ж року він одружився на Сарі Барнард. Майкл зі своєю дружиною прожили в інституті більшу частину наступних 46 років, вже не на горищі, а в зручному приміщенні, яке колись займав Хамфрі Деві.

У 1824 р. біографія Фарадея (фізика) ознаменувалася його обранням у члени Королівського товариства. Це було визнанням того, що він став помітним вченим.

У 1825 р. фізик Фарадей став директором лабораторії.

У 1833 р. він став фуллерівським професором хімії в Королівському інституті Великобританії. Фарадей обіймав цю посаду до кінця свого життя.

У 1848 і 1858 роках йому було запропоновано очолити Королівське товариство, але він відмовився.

Наукові досягнення

Щоб описати відкриття Фарадея у фізиці, потрібно не одна книга. Не випадково Альберт Ейнштейн у своєму кабінеті зберігав фотографії тільки трьох вчених: Ісаака Ньютона, Джеймса Максвелла і Майкла Фарадея.

Як не дивно, хоча ще за життя вченого почали використовувати слово «фізик», йому самому воно не подобалося, і він завжди називав себе філософом. Фарадей був людиною, яка йшла до відкриттів через експерименти, і він був відомий тим, що ніколи не відмовлявся від ідей, до яких приходив завдяки науковій інтуїції.

Якщо він вважав, що ідея варта того, він продовжував експерименти, незважаючи на безліч невдач, поки не досягав очікуваного або поки не переконувався в тому, що мати-природа довела його неправоту, що траплялося вкрай рідко.

Так що відкрив Фарадей у фізиці? Ось деякі з його найпомітніших досягнень.

1821: відкриття електромагнітного обертання

Воно стало передвісником того, що, зрештою, призвело до створення електричного двигуна. Відкриття базувалося на теорії Ерстеда про магнітні властивості проводу, по якому проходить електричний струм.

1823: зрідження газу та охолодження

У 1802 році Джон Далтон висловив думку, що всі гази можуть бути зріджені при низьких температурах або високому тиску. Фізик Фарадей довів це досвідченим шляхом. Він вперше перетворив хлор і аміак на рідину.

Рідкий аміак був ще цікавий тим, що, як зауважив Майкл Фарадей, фізика процесу його випаровування викликала охолодження. Принцип охолодження за допомогою штучного випаровування був публічно продемонстрований Вільямом Калленом в Единбурзі в 1756 р. Вчений за допомогою насоса знизив тиск в колбі з ефіром, в результаті чого відбулося його швидке випаровування. Це викликало охолодження, і на зовнішньому боці колби з вологи повітря утворився лід.

Важливість відкриття Фарадея полягала в тому, що механічні насоси могли перетворювати газ на рідину при кімнатній температурі. Потім рідина випаровувалася, охолоджуючи все навколо, отриманий газ міг бути зібраний і за допомогою насоса стиснутий в рідину знову, повторюючи цикл. Саме так працюють сучасні холодильники і морозильники.

У 1862 році на Всесвітній лондонській виставці Фердинанд Карре продемонстрував першу в світі комерційну машину з виробництва льоду. У машині в якості охолоджувальної рідини використовувався аміак, і вона виробляла лід зі швидкістю 200 кг на годину.

1825: відкриття бензолу

Історично склалося так, що бензол став однією з найбільш важливих речовин у хімії, як у практичному сенсі, тобто він використовується при створенні нових матеріалів, так і в теоретичному - для розуміння хімічного зв'язку. Вчений виявив бензол в маслянистих залишках виробництва газу для освітлення в Лондоні.

1831: закон Фарадея, формула, фізика електромагнітної індукції

Це було надзвичайно важливим відкриттям для майбутнього науки і техніки. Закон Фарадея (фізика) свідчить, що змінне магнітне поле викликає в ланцюгу електричний струм, і електродвижущая сила прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Один з його можливих записів |E|=|dΦ/dt|, де Е - ЕДС, а Ф - магнітний потік.

Наприклад, переміщення підковоподібного магніту вздовж дроту виробляє електричний струм, оскільки рух магніту викликає змінне магнітне поле. До цього єдиним джерелом струму була батарея. Майкл Фарадей, відкриття у фізиці якого показали, що рух може бути перетворено на електрику, або, більш науковою мовою, кінетична енергія може бути перетворена в електричну, таким чином, причетний до того, що велика частина енергії в наших будинках сьогодні виробляється саме за цим принципом.

Обертання (кінетична енергія) перетворюється на електрику за допомогою електромагнітної індукції. А обертання, в свою чергу, отримують при дії на турбіни пара високого тиску, створюваного енергією вугілля, газу або атома, або напором води в гідроелектростанціях, або тиском повітря у вітряних електростанціях.

1834: закони електролізу

Фарадей-фізик зробив основний внесок у створення нової науки електрохімії. Вона пояснює те, що відбувається на кордоні розділу електрода з іонізованою речовиною. Завдяки електрохімії ми користуємося літій-іонними батареями і акумуляторами, що живлять сучасну мобільну техніку. Закони Фарадея важливі для нашого розуміння електродних реакцій.

1836: винахід екранованої камери

Фізик Фарадей виявив, що, коли електричний провідник заряджений, весь зайвий заряд накопичується на зовнішній його стороні. Це означає, що всередині кімнати або клітини, зробленої з металу, додатковий заряд не з'являється. Наприклад, людина, одягнена в костюм Фарадея, тобто з металевою підкладкою, не піддається дії зовнішньої електрики. Крім захисту людей, клітина Фарадея може використовуватися для проведення електричних або електрохімічних експериментів, чутливих до зовнішніх перешкод. Екрановані камери також можуть створювати мертві зони для мобільного зв'язку.

1845: відкриття ефекту Фарадея - магнітооптичного ефекту

Ще одним важливим експериментом в історії науки був досвід, який вперше довів зв'язок електромагнетизму і світла, що в 1864 році було повністю описано рівняннями Джеймса Клерка Максвелла. Фізик Фарадей встановив, що світло являє собою електромагнітну хвилю: "Коли протилежні магнітні полюси знаходилися з того ж боку, це чинило дію на поляризований промінь, що, таким чином, доводить зв'язок магнітної сили і світла...

1845: відкриття діамагнетизму як властивості всієї матерії

Більшість людей знайомі з ферромагнетизмом на прикладі звичайних магнітів. Фарадей (фізик) виявив, що всі речовини діамагнітні - здебільшого слабо, але зустрічаються і сильні. Діамагнетизм протилежний напрямку доданого магнітного поля. Наприклад, якщо помістити північний полюс у сильно діамагнітної речовини, то вона буде відштовхуватися. Діамагнетизм в матеріалах, індукований дуже сильними сучасними магнітами, може бути використаний для досягнення левітації. Навіть живі істоти, такі як жаби, діамагнітні і можуть парити в сильному магнітному полі.

Кінець

Майкл Фарадей, відкриття у фізиці якого зробили переворот в науці, помер 25 серпня 1867 р. в Лондоні у віці 75 років. Його дружина Сара жила довше. У чоти не було дітей. Усе своє життя він був побожним християнином і належав до маленької протестантської секти сандеманіанців.

Ще за життя Фарадею було запропоновано поховання у Вестмінстерському абатстві разом з королями і королевами Великобританії і вченими, подібно Ісааку Ньютону. Він відмовився заради більш скромної церемонії. Його могилу, де також похована Сара, можна знайти на кладовищі Хайгейт у Лондоні.