Michael Faraday | |
---|---|
Angličtina Michael Faraday | |
Datum narození | 22. září 1791 [1] [2] [3] […] |
Místo narození | Newington Butts , Anglie , Království Velké Británie |
Datum úmrtí | 25. srpna 1867 [4] [2] [3] […] (ve věku 75 let) |
Místo smrti | Hampton Court Palace , Middlesex , Anglie, Spojené království Velké Británie a Irska |
Země | Velká Británie |
Vědecká sféra | fyzika , chemie |
Místo výkonu práce | |
Akademický titul | honoris causa [1] ( 1832 ) |
Studenti | Charles Joseph Hullmandel |
Ocenění a ceny |
Baker Lecture (1829, 1832, 1849, 1851, 1857) Copleyova medaile (1832, 1838) Královská medaile (1835, 1846) Rumfoordova medaile (1846) Albertova medaile (Královská společnost umění) (1866) |
Autogram | |
Citace na Wikicitátu | |
Pracuje ve společnosti Wikisource | |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Michael Faraday ( narozen Michael Faraday [ˈfærədeɪ] , 22. září 1791 , Londýn – 25. srpna 1867 , Londýn ) byl anglický experimentální fyzik a chemik .
Člen Královské společnosti v Londýně (1824) [5] a mnoha dalších vědeckých organizací, včetně zahraničního čestného člena Petrohradské akademie věd (1830) [6] .
Objevila elektromagnetickou indukci , která je základem moderní průmyslové výroby elektřiny a mnoha jejích aplikací. Vytvořil první model elektromotoru . Mezi jeho další objevy patří první transformátor , chemický účinek proudu, zákony elektrolýzy , vliv magnetického pole na světlo , diamagnetismus . Jako první předpověděl elektromagnetické vlny [7] . Faraday zavedl do vědeckého použití termíny ion , katoda , anoda , elektrolyt , dielektrikum , diamagnetismus , paramagnetismus a další [8] .
Faraday je zakladatelem teorie elektromagnetického pole [7] , kterou poté matematicky formalizoval a rozvinul Maxwell . Hlavním ideologickým přínosem Faradaye pro fyziku elektromagnetických jevů bylo odmítnutí newtonovského principu působení na velkou vzdálenost a zavedení konceptu fyzikálního pole – souvislé oblasti prostoru, zcela vyplněné siločárami a interagující s záležitost [9] .
Michael Faraday se narodil 22. září 1791 ve vesnici Newington Butts poblíž Londýna (nyní Greater London ), syn kováře. Rodina - otec James (1761-1810), matka Margaret (1764-1838), bratři Robert a Michael, sestry Elizabeth a Margaret [10] - žili společně, ale v nouzi, takže ve 13 letech Michael opustil školu , začal pracovat jako doručovatel v londýnském knihkupectví, které vlastnil francouzský emigrant Ribot. Po zkušební době se stal (tamtéž) vyučeným knihařem.
Faradayovi se nikdy nepodařilo získat systematické vzdělání, ale brzy projevil zvědavost a vášeň pro čtení. V obchodě bylo mnoho vědeckých knih; v pozdějších memoárech si Faraday zvláště všiml knih o elektřině a chemii a v průběhu čtení okamžitě začal provádět jednoduché nezávislé experimenty [11] . Otec a starší bratr Robert podle svých nejlepších schopností povzbuzovali Michaelovu touhu po vědění, podporovali ho finančně a pomáhali vyrábět nejjednodušší zdroj elektřiny - Leyden Bank . Bratrova podpora pokračovala i po náhlé smrti svého otce v roce 1810. Faraday také vyrobil galvanickou baterii („ sloup voltů “), do které zahrnul sloupec měděných pencí ze svých výdělků [12] .
Důležitou etapou ve Faradayově životě byly jeho návštěvy Městské filozofické společnosti (1810-1811), kde 19letý Michael po večerech poslouchal populárně vědecké přednášky o fyzice a astronomii, účastnil se debat a učil se dobře kreslit [ 13] . Někteří učenci, kteří navštívili knihkupectví, zaznamenali schopného mladého muže; v roce 1812 mu jeden z návštěvníků, hudebník William Dens ( William Dance ), daroval vstupenku [14] na cyklus veřejných přednášek v Královském institutu slavného chemika a fyzika, objevitele mnoha chemických prvků Humphreyho . Davy .
Michael nejen se zájmem poslouchal, ale zapsal a podrobně svázal čtyři přednášky, které mu Davy přednesl, spolu s dopisem, v němž ho žádal, aby byl najat Královskou institucí. Tento, jak sám Faraday řekl, „odvážný a naivní krok“ měl rozhodující vliv na jeho osud. Profesor Davy, který sám vyučil lékárníka, byl potěšen rozsáhlými znalostmi mladého muže, ale v tu chvíli nebyla v ústavu žádná volná místa a Michaelova žádost byla splněna až o několik měsíců později. Začátkem roku 1813 pozval Davy, který byl ředitelem chemické laboratoře v Institutu, 22letého mladíka na uvolněné místo laboranta v Královském institutu [15] .
Mezi Faradayovy povinnosti patřilo především pomáhat profesorům a dalším lektorům Institutu při přípravě přednášek, účtování materiálních hodnot a péči o ně. Sám se ale snažil využít každé příležitosti k doplnění vzdělání a především pečlivě poslouchal všechny přednášky, které si připravil. Ve stejné době Faraday s laskavou pomocí Davyho prováděl své vlastní chemické experimenty v otázkách, které ho zajímaly. Faraday vykonával své úřední povinnosti tak pečlivě a obratně, že se brzy stal Davyho nepostradatelným asistentem [16] .
Na podzim roku 1813 se Faraday spolu s profesorem a jeho manželkou jako asistent a sekretářka vydal na dvouletou cestu do vědeckých center Evropy, která právě porazila Napoleona . Tato cesta měla pro Faradaye velký význam: Davyho, jako světoznámou celebritu, přivítalo mnoho významných vědců té doby, včetně A. Ampèrea , M. Chevrela , J. L. Gay- Lussace a A. Volty . Někteří z nich upozorňovali na brilantní schopnosti mladého Faradaye [17] .
Po návratu do Královského institutu v květnu 1815 začal Faraday intenzivně pracovat na nové pozici asistenta s poměrně vysokým platem na tu dobu 30 šilinků měsíčně. Pokračoval v nezávislém vědeckém výzkumu, kvůli kterému zůstal dlouho vzhůru. Již v té době se objevily charakteristické rysy Faradaye - pečlivost, metodickost, důkladnost při provádění experimentů, touha proniknout do podstaty zkoumaného problému. V první polovině 19. století si vysloužil slávu „krále experimentátorů“ [18] . Celý svůj život si Faraday vedl přesné laboratorní deníky svých experimentů (publikované v roce 1931). Poslední experiment s elektromagnetismem je označen v odpovídajícím deníku číslem 16041 [19] , celkem Faraday za svůj život provedl asi 30 000 experimentů [20] .
V roce 1816 se objevila první Faradayova tištěná práce (o analýze chemického složení toskánského vápence), v dalších 3 letech počet publikací přesáhl 40, především v chemii. Ve stejné době Faraday začal dávat svůj první kurz přednášek ve Filosofické společnosti, ve které byl před šesti lety studentem [21] . Začíná korespondence mezi Faradayem a významnými evropskými chemiky a fyziky. V roce 1820 provedl Faraday několik experimentů na tavení oceli s přísadami niklu. Tato práce je považována za objev nerezové oceli , která v té době metalurgy nezajímala [22] .
V roce 1821 se ve Faradayově životě odehrálo několik důležitých událostí. V červenci se oženil s 20letou Sarah Barnard ( Sarah Barnard , 1800-1879) [comm. 1] , sestra jeho přítele. Podle současníků a podle ujištění samotného Faradaye bylo manželství šťastné, Michael a Sarah spolu žili 46 let. Manželé bydleli v nejvyšším patře Královského institutu, v nepřítomnosti vlastních dětí vychovávali mladou osiřelou neteř Jane; Faraday se také neustále staral o svou matku Margaret (zemřela 1838) [23] [24] . V institutu Faraday získal pozici technického dozorce budovy a laboratoří Královského institutu ( superintendent domu ). Konečně se jeho experimentální výzkum začal plynule přesouvat do sféry fyziky. Několik významných prací ve fyzice, publikovaných v roce 1821, ukázalo, že Faraday byl plně rozvinutý jako hlavní vědec. Hlavní místo mezi nimi zaujal článek o vynálezu elektromotoru, kterým průmyslová elektrotechnika vlastně začíná .
Od roku 1820 byl Faraday extrémně fascinován problémem zkoumání vztahu mezi elektřinou a magnetismem . Do této doby již byla vyvinuta věda o elektrostatice a díky úsilí K. Gausse a J. Greena byla tato věda v podstatě rozvinuta . V roce 1800 objevil A. Volta silný zdroj stejnosměrného proudu („ voltaický sloup “) a začala se rychle rozvíjet nová věda - elektrodynamika . Okamžitě byly učiněny dva vynikající objevy: elektrolýza (1800) a elektrický oblouk (1802).
Ale hlavní události začaly v roce 1820, kdy Oersted na vlastní kůži objevil vychylovací účinek proudu na magnetickou jehlu. První teorie spojující elektřinu a magnetismus byly postaveny ve stejném roce Biotem , Savartem a později Laplaceem (viz Biot-Savart-Laplaceův zákon ). A. Ampère , počínaje rokem 1822, publikoval svou teorii elektromagnetismu, podle níž je primárním jevem interakce vodičů s proudem na velké vzdálenosti . Amperův vzorec pro interakci dvou proudových prvků byl zařazen do učebnic. Ampere mimo jiné objevil elektromagnet ( solenoid ).
Po sérii experimentů Faraday publikoval v roce 1821 článek „ O některých nových elektromagnetických pohybech ao teorii magnetismu “, kde ukázal, jak přimět zmagnetizovanou jehlu nepřetržitě rotovat kolem jednoho z magnetických pólů. V podstatě se jednalo o stále nedokonalý, ale plně funkční elektromotor , který jako první na světě prováděl nepřetržitou přeměnu elektrické energie na mechanickou [25] . Faradayovo jméno se stává světově proslulým.
Konec roku 1821, který byl pro Faradaye obecně triumfální, byl zastíněn pomluvami. Slavný chemik a fyzik William Wollaston si Davymu stěžoval, že Faradayův experiment s rotací šípu je plagiátem jeho Wollastonovy myšlenky (téměř nikdy jím nerealizované). Příběh získal velkou publicitu a přinesl Faradayovi spoustu problémů. Davy se postavil na stranu Wollastona, jeho vztahy s Faradayem se výrazně zhoršily. V říjnu se Faraday osobně setkal s Wollastonem, kde vysvětlil svůj postoj a došlo k usmíření. Nicméně v lednu 1824, kdy byl Faraday zvolen členem Královské společnosti v Londýně , byl Davy, tehdejší prezident Královské společnosti, jediný, kdo hlasoval proti [26] (Wollaston sám hlasoval pro volby) [27 ] . Vztahy mezi Faradayem a Davym se později zlepšily, ale ztratily svou dřívější srdečnost, i když Davy rád opakoval, že ze všech svých objevů byl „Faradayův objev“ nejvýznamnější [28] .
Uznáním Faradayových vědeckých zásluh bylo jeho zvolení členem korespondentem Pařížské akademie věd (1823). V roce 1825 se Davy rozhodl opustit vedení laboratoře Královského institutu a doporučil, aby byl Faraday jmenován ředitelem fyzikálních a chemických laboratoří, což se brzy stalo. Davy zemřel po dlouhé nemoci v roce 1829.
Po prvních úspěších ve Faradayových studiích elektromagnetismu nastala desetiletá pauza a až do roku 1831 téměř nepublikoval práce na toto téma: pokusy nedávaly kýžený výsledek, nové povinnosti ho rozptylovaly, možná i ovlivněné tzv. nepříjemný skandál z roku 1821 [29] .
V roce 1830 získal Faraday profesuru, nejprve na Královské vojenské akademii ( Woolwich ), a od roku 1833 na Royal Institution (v chemii). Přednášel nejen na Královském institutu, ale také v několika dalších vědeckých organizacích a kruzích. Současníci vysoce oceňovali pedagogické kvality Faradaye, který dokázal spojit viditelnost a dostupnost s hloubkou uvážení předmětu [30] . Jeho populárně vědecké mistrovské dílo pro děti, Historie svíčky (populární přednášky, 1861), je stále v tisku.
V roce 1822 zaznamenal Faradayův laboratorní deník záznam: „Přeměňte magnetismus na elektřinu“. Faradayova úvaha byla následující: jestliže v Oerstedově experimentu má elektrický proud magnetickou sílu a podle Faradaye jsou všechny síly vzájemně konvertibilní, pak pohyb magnetu musí vybudit elektrický proud.
Cesta k elektrickému generátoru nebyla jednoduchá – první pokusy byly neúspěšné. Hlavním důvodem poruch byla neznalost skutečnosti, že elektrický proud je generován pouze střídavým magnetickým polem, a to dostatečně silným (jinak by byl proud příliš slabý na to, aby se registroval). Pro zvýšení efektu by se měl magnet (nebo vodič) rychle pohybovat a vodič svinout do cívky [31] . Jen o deset let později, v roce 1831, Faraday konečně našel řešení problému objevením elektromagnetické indukce . Od tohoto objevu začalo nejplodnější období Faradayových výzkumů (1831-1840), které přineslo vědeckému světu jeho slavnou sérii článků „Experimental Investigations in Electricity“ (celkem publikoval 30 čísel v Philosophical Transactions , publikovaném v letech 1831 až 1835 ). Již v roce 1832 byl Faraday oceněn Copleyho medailí za objev indukce .
Oznámení Faradayových experimentů okamžitě vyvolalo senzaci ve vědeckém světě Evropy, velkou pozornost jim věnovaly i masové noviny a časopisy. Mnoho vědeckých organizací zvolilo Faradaye za svého čestného člena (celkem obdržel 97 diplomů) [32] . Jestliže objev elektromotoru ukázal, jak lze využít elektřinu, pak experimenty na indukci ukázaly, jak vytvořit její výkonný zdroj ( elektrický generátor ). Od té chvíle se obtíže v cestě zavádění elektřiny staly čistě technickými. Fyzici a inženýři se aktivně zabývají studiem indukovaných proudů a navrhováním stále pokročilejších elektrických zařízení; první průmyslové modely se objevily již za Faradayova života (alternátor Hippolyte Pixie , 1832) a v roce 1872 Friedrich von Hefner-Alteneck představil vysoce účinný generátor, později vylepšený Edisonem [33] .
V roce 1832 Faraday zkoumal další důležitý problém v těchto letech. V té době bylo známo několik zdrojů elektřiny: tření, voltaický sloup, některá zvířata (například elektrická rampa ), Faradayova indukce, termoelement (objevený v roce 1821, viz Seebeckův efekt ). Někteří vědci vyjádřili pochybnost, že všechny tyto účinky jsou stejné povahy, a dokonce použili různé termíny: „galvanismus“, „živočišná elektřina“ atd. Faraday provedl stovky experimentů a uzavřel problém tím, že ukázal, že všechny projevy elektřiny (tepelné , světelné, chemické, fyziologické, magnetické a mechanické) jsou naprosto stejné, bez ohledu na zdroj jeho příjmu [34] [35] .
V roce 1835 Faradayova přepracování vedla k jeho prvnímu záchvatu nemoci, která mu zabránila pracovat až do roku 1837.
Navzdory celosvětové slávě zůstal Faraday až do konce svého života skromným, dobrosrdečným člověkem [23] . Odmítl nabídku povýšit jej, stejně jako předtím Newtona a Davyho, na rytířskou důstojnost, dvakrát se odmítl stát prezidentem Královské společnosti (v letech 1848 a 1858) [36] . Během krymské války ho britská vláda pozvala k účasti na vývoji chemických zbraní proti ruské armádě, ale Faraday tuto nabídku rozhořčeně odmítl jako nemorální [37] . Faraday vedl nenáročný životní styl a často odmítal lukrativní nabídky, pokud překážely jeho vášni.
V roce 1840 Faraday znovu vážně onemocněl (prudký pokles síly, zhoršení a částečná ztráta paměti) a mohl se vrátit k aktivní práci až o 4 roky později, na krátkou dobu. Existuje verze, že nemoc byla důsledkem otravy rtuťovými parami, která byla často používána v jeho experimentech [38] . Cesta do Evropy doporučená lékaři (1841) moc nepomohla. Přátelé se začali hádat o jmenování státní penze světoznámému fyzikovi. Premiér Velké Británie ( William Lam, Lord Melbourne ) s tím nejprve nesouhlasil, ale pod tlakem veřejného mínění byl nucen dát svůj souhlas. Faradayův životopisec a přítel John Tyndall odhadoval, že po roce 1839 Faraday žil v krajní nouzi (méně než 22 liber ročně) a po roce 1845 se důchod (300 liber ročně [28] ) stal jeho jediným zdrojem příjmu. Tyndale hořce dodává: „Zemřel jako chudý muž, ale měl tu čest udržovat vědeckou slávu Anglie po čtyřicet let na čestném místě“ [39] .
V roce 1845 se Faraday krátce vrátil k aktivní práci a učinil několik vynikajících objevů [40] , včetně: rotace roviny polarizace světla v látce umístěné v magnetickém poli ( Faradayův efekt ) a diamagnetismu .
To byly jeho poslední objevy. Na konci roku se nemoc vrátila. Faradayovi se ale podařilo vyvolat další veřejnou senzaci. V roce 1853 se vší obvyklou důkladností prozkoumal tehdejší módu „obracení stolů“ a sebevědomě prohlásil, že stolem nehýbali duchové mrtvých, ale nevědomé pohyby prstů účastníků. Tento výsledek způsobil lavinu rozhořčených dopisů od okultistů [41] , ale Faraday odpověděl, že bude akceptovat nároky pouze od samotných duchů [42] .
V roce 1848 královna Viktorie , která si Faradaye velmi vážila (předtím ho pozvala na oběd), udělila Faradayovi doživotní dům, který byl součástí palácového komplexu Hampton Court [43] [44] . Všechny výdaje na domácnost a daně převzala královna. V roce 1858 Faraday odešel z většiny svých funkcí a usadil se v Hampton Court, kde strávil posledních 9 let svého života.
Zdravotní stav čas od času umožnil Faradayovi vrátit se na krátkou dobu do aktivní práce. V roce 1862 předpokládal, že magnetické pole může posouvat spektrální čáry . Zařízení oněch let však nebylo dostatečně citlivé, aby tento efekt detekovalo. Teprve v roce 1897 Peter Zeeman potvrdil Faradayovu hypotézu (uvedl jej jako autora) a dostal za tento objev v roce 1902 Nobelovu cenu [45] .
Michael Faraday zemřel 25. srpna 1867 u svého stolu, o něco málo do svých 76. narozenin. Královna Viktorie nabídla, že vědce pohřbí ve Westminsterském opatství , ale vůle samotného Faradaye byla provedena: skromný pohřeb a jednoduchý náhrobek na obvyklém místě. Hrob vědce se nachází na hřbitově Highgate Cemetery , místě pro neanglikány. Královnina závěť však byla také splněna - ve Westminsterském opatství byla vedle Newtonova hrobu instalována pamětní deska Michaelu Faradayovi [46] .
Když se solenoid pohybuje proudem uvnitř drátové cívky, generuje se v ní proud
"Faradayův transformátor": když je proud zapnutý nebo vypnutý v jednom vinutí, proud je zaznamenán ve druhém
Hlavní experimenty probíhaly v období 29. srpna - 4. listopadu 1831, hlavní byly dva [47] :
17. října 1831 došel Faraday k závěru: „elektrická vlna vzniká pouze tehdy, když se magnet pohybuje, a ne kvůli vlastnostem, které jsou mu vlastní v klidu“. Uspořádal rozhodující experiment [19] :
Vzal jsem válcovou magnetickou tyč (3/4" v průměru a 8 1/4" na délku) a vložil jeden její konec do cívky měděného drátu (220 stop dlouhé) připojené ke galvanometru. Pak jsem rychlým pohybem zatlačil magnet do celé délky spirálky a jehla galvanometru zažila šok. Pak jsem stejně rychle vytáhl magnet ze spirálky a jehla se znovu rozhoupala, ale v opačném směru. Tyto výkyvy jehly se opakovaly pokaždé, když byl magnet zatlačen dovnitř nebo ven.
Ještě dříve, 29. srpna, provedl Faraday podobný experiment s elektromagnetem [48] :
Dvě stě tři stop měděného drátu z jednoho kusu bylo navinuto na velký dřevěný buben; dalších dvě stě tři stop téhož drátu bylo položeno ve spirále mezi závity prvního vinutí, přičemž kovový kontakt byl všude odstraněn pomocí šňůry. Jedna z těchto cívek byla připojena ke galvanometru a druhá k dobře nabité baterii o stovkách párů čtyřpalcových čtvercových desek s dvojitými měděnými deskami. Když byl kontakt sepnut, došlo k náhlé, ale velmi slabé akci na galvanometru a podobná slabá akce proběhla při otevření kontaktu s baterií.
Magnet pohybující se v blízkosti vodiče (nebo zapínání/vypínání proudu v sousedním vodiči) tedy generuje elektrický proud v tomto vodiči. Faraday nazval tento jev elektromagnetická indukce .
28. října sestavil první plnohodnotný stejnosměrný generátor („ Faradayův disk “): když se měděný kotouč otáčí blízko magnetu, na disku se generuje elektrický potenciál , který je odstraněn přilehlým drátem. Faraday ukázal, jak přeměnit mechanickou energii rotace na elektrickou energii. Impulsem pro tento vynález byl experiment Araga (1824): rotující magnet vlekl do své rotace měděný disk umístěný níže, ačkoli měď není možné zmagnetizovat [49] . A naopak, pokud otáčíte měděným diskem poblíž magnetu zavěšeného tak, že se může otáčet v rovině rovnoběžné s rovinou disku, pak když se disk otáčí, magnet následuje jeho pohyb. Arago diskutoval o tomto efektu s Amperem, Poissonem a dalšími slavnými fyziky, ale nedokázali jej vysvětlit.
Ve zprávě o získaných výsledcích, kterou publikoval Faraday 24. listopadu 1831 před Královskou společností, poprvé použil klíčový termín „magnetické siločáry “. To znamenalo přechod od diskrétního obrazu „náboje/magnety“ ze starých teorií, modelovaného na základě newtonovské gravitace s dlouhým dosahem , ke zcela novému spojitému fyzickému objektu s krátkým dosahem, kterému nyní říkáme pole . O něco později Faraday podobně zavedl elektrické siločáry.
Po Faradayových objevech vyšlo najevo, že staré modely elektromagnetismu ( Ampère , Poisson atd.) byly neúplné a musely být podstatně revidovány. Faraday sám vysvětlil elektromagnetickou indukci následovně. Okolí každého nabitého tělesa je prostoupeno elektrickými siločárami, které přenášejí „sílu“ (v moderní terminologii energii), a podobně i energie magnetického pole proudí podél magnetických siločar. Tyto linie by neměly být považovány za podmíněné abstrakce, představují fyzickou realitu [50] . kde:
Přesnou formulaci těchto zákonů a úplný matematický model elektromagnetismu podal o 30 let později James Maxwell , který se narodil v roce objevu indukce (1831).
Při indukci, upozornil Faraday, je velikost proudu vznikajícího ve vodiči tím větší, čím více magnetických siločar za jednotku času při změně skupenství protíná tento vodič [51] . Ve světle těchto zákonitostí vyšel najevo důvod pohybu ve výše popsaném Arago experimentu: když materiál disku překročil magnetické siločáry, vytvořily se v něm indukční proudy, jejichž magnetické pole interagovalo s tím původním. Později Faraday zopakoval experiment s „ Faradayovým diskem “ s použitím zemského magnetismu místo laboratorního magnetu [35] .
Faradayův model elektromagnetického poleSvět elektromagnetických jevů, jak si ho Faraday představoval a popsal, se rozhodně lišil od všeho, co bylo ve fyzice předtím. Faraday ve svém deníkovém záznamu ze 7. listopadu 1845 poprvé použil termín „ elektromagnetické pole “ ( anglicky field ) [52] , tento termín později převzal a široce používal Maxwell . Pole je oblast prostoru zcela prostoupená siločárami . Síly vzájemného ovlivňování proudů zavedené Amperem byly považovány za dalekonosné; Faraday toto stanovisko rezolutně zpochybnil a formuloval (slovně) vlastnosti elektromagnetického pole jako v podstatě krátkodosahové, tedy plynule přenášené z každého bodu do sousedních bodů konečnou rychlostí [9] [53] .
Před Faradayem byly elektrické síly chápány jako interakce nábojů na dálku – kde nejsou náboje, tam nejsou síly. Faraday změnil toto schéma: náboj vytváří rozšířené elektrické pole a další náboj s ním interaguje, na dálku nedochází k žádné interakci na velké vzdálenosti. S magnetickým polem se situace ukázala být složitější - není centrální a právě pro určení směru magnetických sil v každém bodě Faraday zavedl pojem siločáry [54] . Silným důvodem pro odmítnutí působení na dálku byly Faradayovy experimenty s dielektrikem a diamagnety – ty jednoznačně ukázaly, že se prostředí mezi náboji aktivně účastní elektromagnetických procesů [55] . Faraday navíc přesvědčivě ukázal, že v řadě situací se elektrické siločáry ohýbají, podobně jako magnetické - například tím, že odcloníte dvě izolované koule od sebe a jednu z nich nabijete, lze pozorovat indukční náboje na druhé kouli. [35] . Ze získaných výsledků Faraday usoudil, „že samotná obyčejná indukce je ve všech případech působením sousedních částic a že k elektrickému působení na dálku (tedy běžnému indukčnímu působení) dochází pouze vlivem intermediární hmoty“ [56] .
James Clerk Maxwell ve svém „Pojednání o elektřině a magnetismu“ poukázal na podstatu Faradayových myšlenek o elektromagnetismu [57] :
Faraday okem své mysli viděl siločáry pronikající celým prostorem tam, kde matematici viděli centra sil přitahujících se na dálku. Faraday viděl médium, kde neviděli nic než vzdálenost. Faraday viděl umístění jevů v těch skutečných procesech, které probíhají v prostředí, a spokojili se s tím, že je našli v síle působení na dálku, která se aplikuje na elektrické tekutiny.
...Některé z nejplodnějších metod zkoumání, které objevili matematici, by mohly být vyjádřeny pomocí reprezentací vypůjčených od Faradaye, mnohem lépe, než byly vyjádřeny ve své původní podobě.
Počínaje 11. číslem série "Experimentální výzkum elektřiny" Faraday považoval za možné zobecnit a teoreticky pochopit obrovské množství nashromážděného materiálu. Faradayův světový systém se vyznačoval velkou originalitou. Nepoznal existenci prázdnoty v přírodě, dokonce i naplněné éterem . Svět je zcela naplněn propustnou hmotou a vliv každé hmotné částice je krátkodosahový, to znamená, že se šíří do celého prostoru konečnou rychlostí [58] . Pozorovatel vnímá tento vliv jako jiný druh síly, ale jak napsal Faraday, nelze říci, že jedna ze sil je primární a je příčinou ostatních, „všechny jsou na sobě závislé a mají společnou povahu“ [59 ] . Obecně platí, že dynamika Faradayova světa je docela blízká představám o elektromagnetickém poli, jak tomu bylo před příchodem kvantové teorie .
V roce 1832 Faraday vzal zapečetěnou obálku do Royal Society. O sto let později (1938) byla obálka otevřena a tam byla nalezena formulace hypotézy: indukční jevy se šíří v prostoru určitou konečnou rychlostí, navíc ve formě vlnění. Tyto vlny také „jsou nejpravděpodobnějším vysvětlením světelných jevů“ [53] [60] . Tento závěr nakonec Maxwell v 60. letech 19. století doložil.
Faradayova teoretická úvaha nacházela zpočátku jen málo příznivců. Faraday neovládal vyšší matematiku (v jeho dílech nejsou téměř žádné vzorce) [32] a při vytváření svých vědeckých modelů využíval svou výjimečnou fyzikální intuici. Hájil fyzickou realitu siločar, které zavedl; nicméně, vědci té doby, kdo už stal se zvyklý na dalekonosnou akci Newtonian přitažlivosti , byl nyní nedůvěřivý akce krátkého dosahu [61] .
V 60. letech 19. století Maxwell vyložil Faradayovy myšlenky matematicky ; jak to vyjádřil Robert Millikan , Maxwell oblékl Faradayovu teorii „do nádherného matematického hávu“ [62] . První článek na toto téma od dosud neznámého 26letého Maxwella se jmenoval „O Faradayových silových liniích“ (1857). Faraday okamžitě napsal přátelský a povzbuzující dopis autorovi [63] :
Vážený pane, obdržel jsem váš článek a jsem vám za něj velmi vděčný. Nechci říkat, že vám děkuji za to, co jste řekl o „siločárách“, protože vím, že jste to udělal v zájmu filozofické pravdy; ale musíte také předpokládat, že mě tato práce nejen těší, ale také mi dává podnět k další reflexi. Nejprve jsem se vyděsil, když jsem viděl, jak mocná síla matematiky byla na předmět aplikována, a pak mě překvapilo, jak dobře to předmět vydržel... Vždy opravdu váš M. Faraday.
Po experimentech Hertze (1887-1888) se Faraday-Maxwellův model pole stal obecně uznávaným [64] .
"Experimentální výzkum elektřiny"Faraday pracoval extrémně metodicky - když objevil účinek, studoval jej co nejhlouběji - například zjišťoval, na jakých parametrech a jak závisí (materiál, teplota atd.). To je důvod, proč je počet experimentů (a tedy i počet vydání Experimental Investigations in Electricity) tak velký. Následující krátký seznam témat problémů dává představu o rozsahu a hloubce Faradayova výzkumu [65] .
Faraday sestavil první transformátor [66] , studoval samoindukci , objevil v roce 1832 americký vědec J. Henry , výboje v plynech atd. Při studiu vlastností dielektrik zavedl pojem permitivita (který nazval „indukční kapacita") [67] .
V roce 1836, při práci na problémech statické elektřiny, provedl Faraday experiment, který ukázal, že elektrický náboj působí pouze na povrch uzavřeného pláště vodiče, aniž by měl jakýkoli vliv na předměty uvnitř. Tento efekt je způsoben tím, že opačné strany vodiče získávají náboje, jejichž pole kompenzuje vnější pole. Zařízení nyní známé jako Faradayova klec využívá vhodných ochranných vlastností .
Faraday objevil rotaci roviny polarizace světla v magnetickém poli ( Faradayův efekt ). To znamenalo, že světlo a elektromagnetismus spolu úzce souvisí. Faradayovo přesvědčení o jednotě všech přírodních sil našlo další potvrzení. Maxwell později důsledně prokázal elektromagnetickou povahu světla.
Faraday učinil mnoho objevů v oblasti chemie. V roce 1825 objevil benzen a isobutylen , jeden z prvních, který získal kapalný chlór , sirovodík , oxid uhličitý , čpavek , ethylen a oxid dusičitý [68] . V roce 1825 poprvé syntetizoval hexachloran , látku, na jejímž základě se ve 20. století vyráběly různé insekticidy [18] . Studované katalytické reakce [68] .
V letech 1825-1829 Faraday jako člen komise Královské společnosti podrobně studoval, jak chemické složení skla ovlivňuje jeho fyzikální vlastnosti [69] . Faradayovy brýle byly pro praktické použití příliš drahé, ale získané praktické zkušenosti se později hodily při experimentech s působením magnetu na světlo [70] a pro splnění vládního úkolu na vylepšení majáků [71] .
Jak již bylo zmíněno výše, Faraday věřil v jednotu všech sil v přírodě, takže bylo přirozené očekávat, že chemické vlastnosti a zákony jsou spojeny s těmi elektrickými. Potvrzení tohoto předpokladu se mu dostalo v roce 1832, když objevil základní zákony elektrolýzy . Tyto zákony vytvořily základ nového vědního oboru – elektrochemie , který má dnes obrovské množství technologických aplikací [72] . Forma Faradayových zákonů naznačovala existenci „elektrických atomů“ s nejmenším možným nábojem; Na přelomu 19. a 20. století byla tato částice ( elektron ) objevena a Faradayovy zákony pomohly odhadnout její náboj [72] . Termíny ion , katoda , anoda , elektrolyt navržené Faradayem zakořenily ve vědě [comm. 2] [8] .
Experimenty v elektrochemii poskytly další důkaz o působení elektromagnetismu na krátkou vzdálenost. Mnoho vědců pak věřilo, že elektrolýza je způsobena přitažlivostí na dálku (ionty k elektrodám). Faraday provedl jednoduchý experiment: oddělil elektrody od papíru navlhčeného solným roztokem dvěma vzduchovými mezerami, načež si všiml, že jiskrový výboj způsobil rozklad roztoku. Z toho vyplynulo, že elektrolýza není způsobena přitažlivostí na velkou vzdálenost, ale lokálním proudem a probíhá pouze v místech, kudy proud prochází. K pohybu iontů k elektrodám dochází již po (a v důsledku) rozkladu molekul [73] .
V roce 1846 Faraday objevil diamagnetismus - účinek magnetizace některých látek (například křemene , vizmutu , stříbra ) je opačný než směr vnějšího magnetického pole, které na něj působí, to znamená, že je odpuzuje od obou pólů magnetu. Tyto a další Faradayovy experimenty položily základ magnetochemie [74] .
Britská vláda opakovaně zapojila Faradaye jako uznávanou autoritu v oblasti aplikované fyziky do řešení naléhavých technických problémů – vylepšování majáků [75] , ochrana dna lodí před korozí [76] , expertizy v soudních sporech atd. [77 ]
Faraday studoval kovové nanočástice ve zlatém koloidu a popsal jejich optické a další vlastnosti ve srovnání s většími částicemi. Tuto zkušenost lze považovat za první příspěvek k nanotechnologii [78] . Vysvětlení pozorovaných efektů poskytla ve 20. století kvantová teorie .
V osobní komunikaci Faradayovi známí vždy až do konce vědcova života zaznamenali jeho skromnost, dobromyslnost a podmanivý lidský šarm [79] [23] .
Jean Baptiste Dumas , slavný chemik a politik [42] :
Každý, kdo ho znal – jsem pevně přesvědčen – by se chtěl pouze přiblížit té mravní dokonalosti, která byla Faradayovi zjevně dána od narození. Byla to jakási milost, která se na něj sestoupila, v níž čerpal sílu pro svou bujnou činnost, byl zároveň horlivým hlasatelem pravdy, neúnavným umělcem, člověkem plným srdečnosti a veselosti, nesmírně lidský a jemný. v soukromém životě... Nepoznal jsem člověka, který by byl hodnější lásky a úcty než on a jehož ztráta by stála za upřímnější lítost.
Způsob, jakým Faraday použil svou myšlenku siločar ke koordinaci jevů elektromagnetické indukce, dokazuje, že byl matematikem nejvyššího řádu, z něhož mohou matematici budoucnosti čerpat cenné a plodné metody.
Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz [81] :
Dokud budou lidé využívat výhod elektřiny, budou si Faradayovo jméno vždy s vděčností pamatovat.
William Thomson (Lord Kelvin) [82] :
Vyznačovala se neobvyklou rychlostí a živostí. Odraz jeho génia ho obklopoval zvláštní, zářivou aurou. Rozhodně toto kouzlo pocítil každý – ať už hluboký filozof nebo prosté dítě.
Nikdy od dob Galilea svět neviděl tolik úžasných a rozmanitých objevů, které by vyšly z jedné hlavy.
Od založení teoretické fyziky Newtonem došlo k největším změnám v jejích teoretických základech, jinými slovy v našem chápání struktury reality, díky výzkumu elektromagnetických jevů Faradayem a Maxwellem.
Einstein náhodou žil v mnoha zemích a městech, ale v jeho kanceláři vždy visely tři portréty: Newton, Faraday a Maxwell [84] .Faraday byl stejně jako jeho rodiče (stejně jako jeho manželka) členem protestantské komunity , která se podle jmen svých zakladatelů nazývá „Glasites“ nebo „Sandemaniani“ ( angl. Glasites, Sandemanians ). Toto označení se objevilo ve Skotsku kolem roku 1730, když se odtrhlo od presbyteriánské církve ve Skotsku [85] . Faraday věrně vykonával své povinnosti člena londýnského sboru a byl několikrát zvolen starším sboru a jáhnem . Soudě podle jeho výroků byl Faraday upřímně věřící, ale v jednom ze svých dopisů popřel, že by se ve svém výzkumu řídil nějakou náboženskou filozofií [42] :
Ačkoli přirozenost Božích stvoření nemůže být nikdy v rozporu s nejvyššími věcmi souvisejícími s naším budoucím životem, a přestože by tato stvoření měla sloužit, jako všechno ostatní, k Jeho oslavě a chvále, přesto nepovažuji za nutné spojovat studium přírodních věd s náboženstvím a vždy považoval náboženství a vědu za zcela odlišné věci.
Pojmenováno po Michaelu Faradayovi:
Vědecké koncepty pojmenované po Faradayovi:
Památník Faradaye v Londýně, Savoy Square
Busta Faradaye v Královské společnosti
Faradayova pamětní místnost, Royal Society
V Londýně na Savoy Square (poblíž Waterloo Bridge ) byl vědci postaven pomník (1886) [88] . Jméno Faraday dostala jedna z budov Londýnského institutu elektrotechniky, jedna z budov University of Edinburgh, řada škol, kolejí, městských ulic. Britská polární stanice v Antarktidě se v letech 1977 až 1996 jmenovala „Faraday“, poté byla stanice převedena na Ukrajinu a změnila svůj název na „ Akademik Vernadsky “ [89] .
V říjnu 1931 byly ve Westminsterském opatství za hrobem Isaaca Newtona vedle sebe vztyčeny dvě pamětní desky – na počest Michaela Faradaya a Jamese Clerka Maxwella [90] . Nedaleko Faradayova rodiště byl otevřen „ Faradayův památník “ a nedaleko se nachází malý Faradayův park ( Faradayovy zahrady ) .
Faradayův portrét byl umístěn na britské 20£ bankovkě vydané v letech 1991-1999 [91] .
Několik ocenění je pojmenováno po Faraday:
Kromě asi 450 článků v časopisech Faraday publikoval několik knih.
Foto, video a zvuk | ||||
---|---|---|---|---|
Tematické stránky | ||||
Slovníky a encyklopedie |
| |||
Genealogie a nekropole | ||||
|