Фізик Фарадей: біографія, відкриття

Англійський фізик Майкл Фарадей, який виріс у бідній родині, став одним з найвидатніших учених в історії людства. Його видатні досягнення були зроблені в той час, коли наука була долею людей, народжених в привілейованих родинах. У 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 Фарадея. Його батько був ковалем, який мав слабке здоров'я. До шлюбу його мати працювала служницею. Сім'я жила бідно.

До 13 років Майкл відвідував місцеву школу, де здобув початкову освіту. Щоб допомогти родині, він почав працювати посильним у книжковому магазині. Старанність хлопчика вразило його роботодавця. Через рік його підвищили до учня палітурника.

Палітурка і наука

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

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

• «Британська енциклопедія» – джерело його знань про електрику і про багато іншого.
• «Бесіди про хімії» – 600 сторінок про хімії в доступному викладі авторства Джейн Марсі.

Він був настільки зачарований, що почав витрачати частину свого убогого 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 – дуже багато для Майкла Фарадея. Його старший брат, коваль, вражений зростаючої відданістю свого брата науці, дав йому необхідну суму.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

Знайомство з Хамфрі Деві

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

Лектор, сер Хемфрі Деві, був одним з найбільш відомих у світі вчених того часу. Фарадей схопився 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 в примітках, що справив 300-сторінковий рукопис, яку сам зшив і відправив Деві в знак подяки.

В цей час на задньому дворі книжкового магазину Майкл почав проводити більш складні експерименти по створенню електричної батареї з мідних монет і цинкових дисків, розділених солоною вологою 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 палітурником 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 кількох 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 поцікавився у Майкла, чи не хотів би він зайняти вакантне місце.

Не хотів він працювати в Королівському інституті з одним з найвідоміших учених 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 переривалася протягом 54 років, за які йому вдалося стати професором хімії.

Робота Фарадея полягала у підготовці апаратури для проведення експериментів і лекцій в Королівському інституті. Спочатку він мав справу з трихлоридом азоту, вибуховою речовиною, яке травмувало Деві. Майкл також 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 узяв з собою Фарадея в турне по Європі, яке тривало 18 місяців. За цей час Майклу вдалося зустріти великих учених, таких як Андре-Марі Ампер в Парижі та Алессандро Вольта в Мілані. У певному сенсі, тур замінив йому університетська освіта – Фарадей багато дізнався за цей час.

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

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

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

В 1821 р. у віці 29 років Фарадей був підвищений до посади завідуючого господарством та лабораторії Королівського інституту. У тому ж році 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 фуллеровским професором хімії в Королівському інституті Великобританії. Фарадей займав цю посаду до кінця свого життя.

В 1848 і 1858 роках йому було запропоновано очолити Королівське суспільство, але він відмовився.

Наукові досягнення

Щоб описати відкриття Фарадея фізики, знадобиться 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, що йшов до відкриттів через експерименти, і він був відомий тим, що ніколи не відмовлявся від ідей, до яких приходив завдяки наукової 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 Фарадей відкрив у фізиці? Ось деякі з його найбільш помітних досягнень.

1821: відкриття електромагнітного обертання

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

1823: скраплення газу та охолодження

У 1802 році Джон Дальтон висловив думку, що всі гази можуть бути зрідже при низьких температурах або високому тиску. Фізик Фарадей довів це дослідним шляхом. Він вперше перетворив хлор і аміак в рідину.

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

Важливість відкриття Фарадея полягала в тому, що механічні насоси могли перетворювати газ в рідину при кімнатній температурі. Потім рідина випарувалася, 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 лондонській Всесвітній виставці Фердинанд Карре продемонстрував першу в світі комерційну машину з виробництва льоду. В машині в якості охолоджуючої рідини використовувався аміак, і вона виробляла лід зі швидкістю 200 кг на годину.

1825: відкриття бензолу

Історично склалося так, що бензол став одним з найбільш важливих речовин у хімії, як в практичному сенсі, тобто він використовується при створенні нових матеріалів, так і в теоретичному – для розуміння хімічного зв'язку. Учений виявив бензол в маслянистих залишки 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 ланцюзі електричний струм, що генерується електрорушійна сила прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Одна з його можливих записів |E|=|dΦ/dt|, де Е – ЕРС, а Ф – магнітний потік.

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

Обертання (кінетична енергія) перетворюється в 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 в вітряних електростанціях.

1834: закони електролізу

Фарадей-фізик вніс основний внесок у створення нової науки електрохімії. Вона пояснює те, що відбувається на межі розділуелектроди з іонізованим речовиною. Завдяки електрохімії ми користуємося літій-іонними батареями і акумуляторами, що виявляють 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, зробленого з металу, додатковий заряд не з'являється. Наприклад, чоловік, одягнений в костюм Фарадея, тобто з металевою підкладкою, не піддається дії зовнішнього електрики. Крім захисту людей, клітка 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 – магнитооптического ефекту

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

1845: відкриття діамагнетизму як властивості всієї матерії

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

Кінець

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

Ще за життя Фарадей було запропоновано поховання у Вестмінстерському абатстві разом з королями і королевами Великобританії і вченими, подібно Ісааку Ньютону. Він відмовився заради більш скромній церемонії. Його могилу, де поховано Сара, можна знайти на цвинтарі Хайгейт в Лондоні.