Angleški fizik Michael Faraday, ki je odraščal v revni družini, je postal eden največjih znanstvenikov v zgodovini človeštva. Njegovi izjemni dosežki so bili doseženi v času, ko je bila znanost usoda ljudi, rojenih v privilegiranih družinah. Enota električne kapacitivnosti, farad, je poimenovana po njem.
Faraday (fizik): kratka biografija
Michael Faraday se je rodil 22. septembra 1791 v britanski prestolnici London. Bil je tretji otrok v družini Jamesa in Margaret Faraday. Njegov oče je bil kovač, ki je bil slabega zdravja. Pred poroko je njegova mati delala kot služkinja. Družina je živela v revščini.
Do 13. leta je Michael obiskoval lokalno šolo, kjer je dobil osnovnošolsko izobrazbo. Da bi pomagal družini, je začel delati kot sel v knjigarni. Dečkova pridnost je navdušila njegovega delodajalca. Leto pozneje je napredoval v knjigoveškega vajenca.
Knjigoveževanje in znanost
Michael Faraday je želel izvedeti več o svetu; ni bil omejen le na restavriranje knjig. Po pridnem vsakodnevnem delu je ves prosti čas prebiral knjige, ki jih je vezal.
Počasi je odkril, da ga zanima znanost. Še posebej sta mu bili všeč dve knjigi:
- Enciklopedija Britannica je vir njegovega znanja o elektriki in še marsičem.
- Chemistry Talks - 600 strani dostopne kemije avtorice Jane Marset.
Bil je tako navdušen, da je začel zapravljati del svojega skromnega dohodka za kemikalije in aparate, da bi potrdil resničnost tega, kar je prebral.
Med širitvijo svojega znanstvenega znanja je slišal, da bo priznani znanstvenik John Tatum imel serijo javnih predavanj o naravni filozofiji (fiziki). Za udeležbo na predavanjih je bilo treba plačati en šiling - preveč za Michaela Faradayja. Njegov starejši brat, kovač, navdušen nad bratovo vse večjo predanostjo znanosti, mu je dal potrebno količino.
Spoznajte Humphreyja Davyja
Faraday je naredil še en korak proti znanosti, ko je William Dance, kupec knjigarne, Michaela vprašal, ali bi rad dobil vstopnice za predavanja na Kraljevi instituciji.
Predavatelj, Sir Humphry Davy, je bil eden najbolj znanih svetovnih znanstvenikov tistega časa. Faraday je izkoristil priložnost in se udeležil štirih predavanj o enem najnovejših problemov v kemiji – določanju kislosti. Gledal je poskuse, ki jih je Davy izvajal na predavanjih.
To je bil svet, v katerem je želel živeti. Faraday je vodil zapiske, nato pa je zapisal toliko dodatkov, da je izdelal 300 strani dolg rokopis, ki ga je sam vezal in poslal Davyju v znakhvala.
V tem času je Michael na dvorišču knjigarne začel izvajati bolj zapletene poskuse, da bi ustvaril električno baterijo iz bakrenih kovancev in cinkovih diskov, ločenih z mokrim slanim papirjem. Uporabil ga je za razgradnjo kemikalij, kot je magnezijev sulfat. Humphry Davy je bil pionir na tem področju kemije.
Oktobra 1812 se je Faradayjevo vajeništvo končalo in začel je delati kot knjigovež pri drugem delodajalcu, ki se mu je zdel neokusen.
Sreče ne bi bilo, a nesreča je pomagala
In potem se je zgodil srečen dogodek za Faradayja. Zaradi neuspešnega eksperimenta se je Humphry Davy poškodoval: to je začasno vplivalo na njegovo sposobnost pisanja. Michael je uspel nekaj dni voditi zapiske za Davyja, ki je bil navdušen nad knjigo, ki mu jo je poslal.
Ko se je končalo kratko obdobje dela asistenta, je Faraday poslal znanstveniku sporočilo, v katerem ga je prosil, naj ga najame kot svojega pomočnika. Kmalu zatem so enega od Davyjevih laboratorijskih asistentov odpustili zaradi neprimernega vedenja in Humphrey je Michaela vprašal, ali bi rad zapolnil prosto delovno mesto.
Bi želel delati na Kraljevem inštitutu z enim najbolj znanih znanstvenikov na svetu? To je bilo retorično vprašanje.
Kariera v kraljevi ustanovi
Faraday je prevzel funkcijo 1. marca 1813, ko je bil star 21 let.
Bil je dobro plačan in dobil sobo za bivanje na podstrešju Kraljevega inštituta. Michael je bil zelo zadovoljen in njegova povezanost s to institucijo ni večprekinjen za 54 let, med katerimi je uspel postati profesor kemije.
Faradayeva naloga je bila priprava opreme za eksperimente in predavanja na Kraljevi ustanovi. Sprva se je ukvarjal z dušikovim trikloridom, eksplozivom, ki je poškodoval Davyja. Michael je tudi med naslednjo eksplozijo na kratko izgubil zavest in ko je bil Humphrey ponovno poškodovan, so bili poskusi s to spojino ustavljeni.
Po 7 mesecih v Royal Institution je Davy vzel Faradayja s seboj na 18-mesečno turnejo po Evropi. V tem času je Michaelu uspelo spoznati velike znanstvenike, kot sta Andre-Marie Ampère v Parizu in Alessandro Volta v Milanu. Na nek način je turneja nadomestila njegovo univerzitetno izobrazbo - Faraday se je v tem času veliko naučil.
Večino turneje pa je bil nezadovoljen, saj je moral poleg znanstvenega in tajniškega dela čakati na Davyja in njegovo ženo. Znanstvenikova žena ni imela Faradayja za enakega zaradi njegovega porekla.
Po vrnitvi v London se je vse postavilo na svoje mesto. Kraljevi inštitut je Michaelu podaljšal pogodbo in mu zvišal plačilo. Davy je celo začel omenjati svojo pomoč v znanstvenih člankih.
Leta 1816, pri 24 letih, je Faraday imel svoje prvo predavanje o lastnostih snovi. Potekalo je v Mestnem filozofskem društvu. Hkrati je v Science Quarterly objavil svoj prvi znanstveni članek o analizi kalcijevega hidroksida.
Leta 1821 je bil Faraday pri 29 letih povišan v vodjo gospodinjstva in laboratorija Kraljevega inštituta. V istemporočil se je s Sarah Barnard. Michael in njegova žena sta večino naslednjih 46 let živela na inštitutu, ne več na podstrešju, ampak v udobnem prostoru, ki ga je nekoč zasedal Humphry Davy.
Leta 1824 je biografijo Faradayja (fizika) zaznamovala njegova izvolitev v Kraljevo družbo. To je bilo priznanje, da je postal pomemben znanstvenik.
Leta 1825 je fizik Faraday postal direktor laboratorija.
Leta 1833 je postal Fullerjev profesor kemije na Kraljevi ustanovi Velike Britanije. Faraday je bil ta položaj do konca življenja.
Leta 1848 in 1858 so ga prosili za vodjo kraljeve družbe, vendar je zavrnil.
Znanstveni dosežki
Za opis Faradayevih odkritij v fiziki bi potrebovali več kot eno knjigo. Ni naključje, da je Albert Einstein v svoji pisarni hranil fotografije le treh znanstvenikov: Isaaca Newtona, Jamesa Maxwella in Michaela Faradayja.
Nenavadno je, čeprav se je beseda "fizik" začela uporabljati v času znanstvenikovega življenja, samemu to ni bilo všeč in vedno se je imenoval filozof. Faraday je bil človek, ki je odkrival s poskusi, in je bil znan po tem, da nikoli ni obupal nad idejami, do katerih je prišel z znanstveno intuicijo.
Če je mislil, da je ideja vredna, je kljub številnim neuspehom eksperimentiral, dokler ni dosegel, kar je pričakoval, oziroma dokler ni bil prepričan, da je mati narava dokazala, da se moti, kar je bilo izjemno redko.
Kaj je torej Faraday odkril v fiziki? Tukaj je nekaj njegovih najbolj opaznihdosežki.
1821: odkritje elektromagnetne rotacije
Bil je znanilec tega, kar bo na koncu pripeljalo do nastanka elektromotorja. Odkritje je temeljilo na Oerstedovi teoriji magnetnih lastnosti žice, ki teče električni tok.
1823: Utekočinjanje in hlajenje plina
Leta 1802 je John D alton predlagal, da bi lahko vse pline utekočinili pri nizkih temperaturah ali visokih tlakih. Fizik Faraday je to empirično dokazal. Najprej je klor in amoniak spremenil v tekočino.
Tekoči amoniak je bil zanimiv tudi zato, ker je, kot je zapisal Michael Faraday, fizika njegovega procesa izhlapevanja povzročila hlajenje. Princip hlajenja s pomočjo umetnega izhlapevanja je leta 1756 v Edinburghu javno demonstriral William Cullen. Znanstvenik je s črpalko znižal tlak v bučki z etrom, zaradi česar je ta hitro izhlapela. To je povzročilo hlajenje in na zunanji strani bučke je nastal led zaradi vlage v zraku.
Pomen Faradayevega odkritja je bil, da lahko mehanske črpalke spremenijo plin v tekočino pri sobni temperaturi. Nato je tekočina izhlapela in ohladila vse okoli, nastali plin je bilo mogoče zbrati in ponovno stisniti v tekočino s pomočjo črpalke, pri čemer se cikel ponovi. Tako delujejo sodobni hladilniki in zamrzovalniki.
Leta 1862 je na svetovni razstavi v Londonu Ferdinand Carré demonstriral prvi komercialni stroj za izdelavo ledu na svetu. Avto je kot hladilno tekočino uporabljal amoniak in toproizvaja led s hitrostjo 200 kg na uro.
1825: odkritje benzena
V preteklosti je benzen postal ena najpomembnejših snovi v kemiji, tako v praktičnem smislu, torej uporablja se za ustvarjanje novih materialov, kot v teoretičnem smislu za razumevanje kemične vezi. Znanstvenik je odkril benzen v oljnem ostanku londonskega obrata za proizvodnjo plina za razsvetljavo.
1831: Faradayev zakon, formula, fizika elektromagnetne indukcije
To je bilo izjemno pomembno odkritje za prihodnost znanosti in tehnologije. Faradayev zakon (fizika) pravi, da izmenično magnetno polje inducira električni tok v vezju, ustvarjena elektromotorna sila pa je neposredno sorazmerna s hitrostjo spremembe magnetnega toka. Eden od njegovih možnih vnosov je |E|=|dΦ/dt|, kjer je E EMF in Ф magnetni pretok.
Na primer premikanje podkvastega magneta vzdolž žice povzroči električni tok, saj gibanje magneta povzroči izmenično magnetno polje. Pred tem je bil edini vir toka baterija. Michael Faraday, čigar odkritja v fiziki so pokazala, da je mogoče gibanje pretvoriti v elektriko ali, bolj znanstveno rečeno, kinetično energijo pretvoriti v električno energijo, je tako odgovoren za dejstvo, da se večina energije v naših domovih danes proizvaja iz to načelo.
Rotacija (kinetična energija) se z elektromagnetno indukcijo pretvori v električno energijo. Vrtenje pa se doseže z delovanjem visoke pare na turbine.tlak, ki ga ustvari energija premoga, plina ali atoma, ali tlak vode v hidroelektrarnah, ali zračni tlak v vetrnih elektrarnah.
1834: zakoni elektrolize
Fizik Faraday je veliko prispeval k ustvarjanju nove znanosti o elektrokemiji. Pojasnjuje, kaj se zgodi na vmesniku med elektrodo in ionizirano snovjo. Zahvaljujoč elektrokemiji uporabljamo litij-ionske baterije in akumulatorje, ki napajajo sodobno mobilno tehnologijo. Faradayjevi zakoni so pomembni za naše razumevanje elektrodnih reakcij.
1836: izum zaščitene kamere
Fizik Faraday je odkril, da se, ko je električni prevodnik napolnjen, ves presežek naboja kopiči na njegovi zunanji strani. To pomeni, da se znotraj prostora ali kovinske kletke ne pojavi doplačilo. Na primer, oseba, oblečena v obleko Faraday, torej s kovinsko podlogo, ni izpostavljena zunanji elektriki. Poleg zaščite ljudi se lahko Faradayeva kletka uporablja za izvajanje električnih ali elektrokemičnih poskusov, ki so občutljivi na zunanje motnje. Zaščitene kamere lahko ustvarijo tudi mrtve cone za mobilno komunikacijo.
1845: odkritje Faradayevega učinka - magnetno-optični učinek
Še en pomemben eksperiment v zgodovini znanosti je bil prvi, ki je dokazal povezavo med elektromagnetizmom in svetlobo, ki so jo leta 1864 v celoti opisali enačbe Jamesa Clerka Maxwella. Fizik Faraday je ugotovil, da je svetloba elektromagnetno valovanje: »Kdajnasprotna magnetna pola sta bila na isti strani, to je vplivalo na polarizirani žarek, kar dokazuje povezavo med magnetno silo in svetlobo…
1845: odkritje diamagnetizma kot lastnosti vse snovi
Večina ljudi pozna feromagnetizem z uporabo navadnih magnetov kot primera. Faraday (fizik) je odkril, da so vse snovi diamagnetne - večinoma šibke, obstajajo pa tudi močne. Diamagnetizem je nasproten smeri uporabljenega magnetnega polja. Na primer, če postavite severni pol blizu močno diamagnetne snovi, se bo ta odbijal. Diamagnetizem v materialih, ki ga povzročajo zelo močni sodobni magneti, se lahko uporabi za doseganje levitacije. Tudi živa bitja, kot so žabe, so diamagnetna in lahko lebdijo v močnem magnetnem polju.
Konec
Michael Faraday, čigar odkritja v fiziki so revolucionirala znanost, je umrl 25. avgusta 1867 v Londonu v starosti 75 let. Njegova žena Sarah je živela dlje. Par ni imel otrok. Vse življenje je bil pobožni kristjan in je pripadal majhni protestantski sekti, imenovani Sandemanci.
Še v času njegovega življenja so Faradayju ponudili pokop v Westminstrski opatiji, skupaj s kralji in kraljicami Velike Britanije ter znanstveniki, kot je Isaac Newton. Odklonil je skromnejšo slovesnost. Njegov grob, kjer je Sarah tudi pokopana, je mogoče najti na pokopališču Highgate v Londonu.
