Физик фарадей биография. Майкл фарадей - биография, информация, личная жизнь
Майкл Фарадей (1791-1867) – известный британский ученый, прославившийся в области экспериментальной физики. Известен своим открытием электромагнитной индукции, которая позднее легла в основу промышленного производства электричества. Фарадей был членом многочисленных научных организаций, в том числе Лондонского королевского общества и Петербургской академии наук. Его по праву считают крупнейшим в истории науки ученым-экспериментатором.
Майкл Фарадей появился на свет 22 сентября 1791 года в рабочей семье. Его отец и старший брат занимались кузнечным делом. Они жили очень скромно в одном из бедных кварталов британской столицы. Хроническая нищета не позволила мальчику получить полноценного образования и с 13 лет вместо занятий в школе он работает разносчиком газет, а затем устраивается в книжную лавку. Тяжелая жизнь только усилила его тягу к знаниям, и юный Майкл с упоением читал любую книгу, которая попадалась ему под руки.
Особое удовлетворение он испытывал от знакомства с научной литературой, прежде всего по физике и химии, а также статьями об электричестве. Работа переплетчиком книг позволила познакомиться с различными опытами, которые пытливый юноша с завидной регулярностью пытался повторить у себя дома. В результате за 7 лет работы в лавке Фарадей научился больше, чем многие сверстники в стенах учебных заведений. Используя свой небольшой заработок, молодой человек приобретал химические препараты, с которыми проводил различные опыты. Семья разделяла увлечения Майкла и старший брат платил по 1 шиллингу за посещение им лекций в философском обществе.
На пути к мечте
Во время этих занятий будущий ученый проявил недюжинный интерес к науке, о чем узнал один из клиентов мастерской. Он помог попасть увлеченному юноше на лекции известнейшего в то время английского химика Гемфи Дэви, чьи высказывания Фарадей тщательно законспектировал. Впоследствии он переплел эти записи и направил их Дэви вместе с письмом. Это был смелый и отчаянный шаг Майкла, который Дэви не оценил. Однако через несколько дней во время проведения очередного эксперимента Гемфи травмировал глаз и ему срочно понадобился помощник. Тут как раз к месту оказалась просьба Фарадея о принятии на работу. Тем более что в это время он уволился из мастерской, так как работа в ней стала отвлекать от научной деятельности.
Ученый пригласил молодого человека ассистентом в Королевский институт. Вскоре Фарадей вместе со своим наставником отправился в поездку по научным центрам Старого Света. Двухгодичное путешествие было очень полезным – начинающий ученый познакомился со многими светилами науки, среди которых были М. Шеврель, Ж.Л. Гей-Люссак и другие. Они отметили большой талант молодого англичанина.
После возвращения на родину Майкл некоторое время поработал вместе с Дэви, а затем занялся самостоятельными исследованиями. К тому времени он успел стать полноценным ученым, опубликовавшим около 40 работ в области химии. В ходе проведенных экспериментов ему удалось провести сжижение хлора, а также получить бензол и аммиак. Фарадей открыл снотворный эффект паров эфира. В то же время он проводит эксперимент по выплавке стали с добавлением никеля, в результате чего были открыты свойства нержавеющей стали.
В 1820 году датский физик Г. Эрстед описал магнитное действие тока и это вызвало большой интерес Фарадея к изучению связи между электрическими и магнитными полями. Через год он создал прототип электродвигателя, наблюдая за вращением магнита вокруг проводника с током. Вскоре вышла его работа «История успехов электромагнетизма», в которой автор констатировал, что электрический ток способен превращаться в магнетизм.
Отношения с Дэви стали портиться и хотя оба за глаза говорили друг другу комплименты, а Гемфри вообще назвал своим лучшим достижением «открытие Фарадея», отчуждение нарастало. В 1824 году Майкла избрали членом Королевского общества, но против этого высказался именно Дэви.
Научные достижения
Изучая взаимосвязь различных видов энергии, Фарадей решил превратить магнетизм в электричество. И эту задачу он выполнил с блеском. Майкл пытался использовать свойства электромагнита в обратном направлении, чтобы с помощью магнита произвести электрический ток. В августе 1831 года ученому удалось обнаружить явление электромагнитной индукции, что помогло ему создать первый на планете электрогенератор. Современные устройства бытового и промышленного назначения стали сложнее на несколько порядков, но они продолжают работать на основании принципов, заложенных гениальным английским физиком. Так функционируют локомотивы и вырабатывают энергию генераторы на электростанциях.
В поддержку открытого закона электромагнитной индукции ученый создал наглядное устройство для трансформации механической энергии в электрическую, названное диск Фарадея. В силу ряда особенностей оно не получило широкого применения, но сыграло важную роль в дальнейших научных изысканиях.
Диск Фарадея — первый электромагнитный генератор. При вращении диска вырабатывается постоянное напряжение
До Фарадея человечеству были известны два проявления электрической энергии – статическое электричество и гальванический ток. Оба из-за своих особенностей не смогли найти широкое практическое применение, чего не скажешь об индукционном электричестве. Оно имеет значительное напряжение, действует постоянно и проявляется в больших количествах.
В отличие от , Майкла совершенно не интересовали прикладные возможности его открытий – главное для него было как можно глубже изучить природу. Он принципиально не патентовал свои изобретения и отказывался от выгодных коммерческих предложений.
Переворот в электрохимии
В период 1833-1834 годов Майкл провел серию экспериментов, связанных с электрохимией, в рамках которых изучал прохождение электротока через растворы оснований и кислот. В результате были сформулированы законы электролиза (законы Фарадея), сыгравшие ключевую роль в развитии теории дискретных носителей электрического заряда. В последующие годы Майкл провел серию масштабных исследований электрических явлений в диэлектриках. Сегодня без электролиза невозможно представить работу химической и металлургической промышленности.
Согласно первому закону электролиза количество электрохимического действия определяется количеством электричества в цепи. Второй закон гласит, что количество электричества является обратно пропорциональной величиной относительно атомного веса вещества. Это означает, что для разложения одной молекулы необходимо одинаковое количество электрического тока. Ученый внес существенные коррективы в понятийный аппарат электрохимических явлений – вместо полюсов гальванической пары был утвержден новый термин электрод. Вещество, разлагаемое током, было названо электролитом, а сам процесс – электролизом.
Клетка Фарадея
В 1836 году Майкл опубликовал работу, в которой доказал, что заряд электричества способен оказывать воздействие лишь на саму поверхность полностью замкнутой оболочки-проводника, не причиняя вреда всем, кто находится внутри нее. Ему удалось создать устройство, способное экранировать аппаратуру от электромагнитных излучений, названное клеткой Фарадея. Оно было выполнено из металла, имеющего высокую электропроводность, а сама конструкция заземлялась. Принцип действия устройства довольно прост – при внешнем воздействии электрического поля электроны металла начинают приводиться в движение, в результате чегозаряд противоположных сторон клетки полностью компенсирует влияние внешнего электрического поля.
Чтобы доказать наличие описанного эффекта сам Фарадей публично садился внутрь конструкции и после разрядов тока выходил оттуда живым и невредимым. Еще имя великого англичанина носит цилиндр, с помощью которого можно определить полноту электрического заряда и интенсивность пучка частиц.
В видео показан опыт с клеткой Фарадея (НИЯУ МИФИ).
Болезнь и новые открытия
Долгое умственное напряжение сказалось на самочувствии ученого, который в 1840 году даже вынужден был сделать паузу в научной работе. Его преследовали провалы в памяти, болезнь долго не отступала и перерыв продлился долгих 5 лет. По другой версии ухудшение здоровья могло быть связано с отравлением парами ртути, которая часто использовалась во время экспериментов. В этот период Фарадей некоторое время жил в приморских районах Англии, а затем по совету друзей переехал в Швейцарию. Это способствовало улучшению здоровья и возвращению к активному труду.
В 1845 году он открыл явление, получившее название «эффект Фарадея». Оно относится к обширному классу магнитооптических явлений, которые возникают вследствие распространения линейно поляризованного света через среду, не обладающую естественной оптической активностью и находящуюся в магнитном поле. Это была первая попытка показать объективную связь между оптикой и электромагнетизмом. Ученый был глубоко убежден в наличии тесного единства многих физических и химических явлений, что стало фундаментальной основой его научного мировоззрения.
В 1862 году он выдвинул предположение, утверждавшее наличие влияния магнитного поля на спектральные линии. Но тогда доказать его на практике с помощью специального оборудования не получилось. Гипотеза ученого была доказана только через 35 лет, за что Питер Зееман получил Нобелевскую премию. Британские власти, зная о покладистом характере ученого, часто привлекали его к решению различных технических вопросов. В частности, Фарадей занимался усовершенствованием маяков, пытался найти лучшие способы защиты морских судов от коррозии, а также исследовал и описывал микрочастицы разнообразных металлов. Проведенные опыты заложили основы современных нанотехнологий.
В почтенном возрасте память стала серьезно подводить Фарадея, здоровье также оставляло желать лучшего. В марте 1862 года в своем лабораторном журнале Майкл сделал последнюю запись описанного им опыта, получившего номер 16041. Оставшиеся пять лет жизни ученый провел в личном имении Хэмптон Корт, которое ему предоставила королева Виктория в пожизненное владение. Незадолго до смерти его посетил один из друзей и поинтересовался самочувствием. Фарадей в ответ остроумно ответил: «Я жду». Великий ученый умер 25 августа 1867 года в своем рабочем кресле и захоронен на Хайгейтском кладбище Лондона.
Характер ученого
Прожив большую часть жизни в бедности, Фарадей остался бессребреником. Он никогда не гнался за высокими гонорарами и званиями, отличаясь человеческой добротой и отзывчивостью. Ученый был всегда доброжелательным и выделялся своим природным обаянием. В работе Майкл был чрезвычайно методичен и, обнаружив признаки нового явления, пытался вникнуть в его суть максимально глубоко. Все проведенные эксперименты тщательно продумывались и детально описывались. Фарадей нередко проявлял внутреннюю гордость и самоуважение, не позволяя манипулировать собой, но эти качества никогда не перерастали в апломб, свойственный многим людям.
- В 1827 году ученый получил профессорскую кафедру в Королевском институте, но по-прежнему ощущал сильную нехватку средств. Друзья помогли Фарадею добиться пожизненного содержания, но министр казначейства назвал расточительством трату денег на него. В ответ Майкл гордо отказался от правительственной пенсии, заставив впоследствии чиновника публично извиняться.
- Альберт Эйнштейн назвал учение об электромагнитном поле Фарадея самым важным достижением науки со времен И. Ньютона.
- Многие биографы ученого отмечали его феноменальную работоспособность и постоянную нацеленность на результат – он буквально жил в лаборатории, будучи готовым в любой момент начать очередной эксперимент.
- За свои заслуги Фарадей был избран почетным членом более 70 научных обществ и академий различных стран мира.
- Британское химическое общество назвало именем Фарадея одну из самых престижных научных наград.
- Широко известна скромность ученого – он отклонил предложение стать президентом Королевского общества и не стал принимать рыцарское достоинство.
- Фарадей ввел в научный оборот ряд широко известных терминов – катод, анод, электролит, ион и другие.
- Майкл Фарадей был одним из самых известных популяризаторов науки. Широко известны его рождественские лекции, которые он регулярно читал, начиная с 1826 года. Одна из наиболее известных под названием «История свечи» впоследствии была издана отдельной книгой, ставшей одной из первых научно-популярных изданий.
- Ученый всю жизнь был глубоко верующим христианином и не изменил вере даже после опубликования теории Дарвина. Он лично проповедовал в одной из лондонских церквей и на его службы собиралось немало почитателей.
- В честь Майкла Фарадея получила название внесистемная единица измерения электроразряда, применяемая в электрохимии.
(1791-1867) английский физик, создатель общего учения об электромагнетизме
Будущий знаменитый английский физик родился в сентябре 1791 года в Лондоне в семье кузнеца Джеймса Фара-дея. Недостаток средств не позволил ему получить хорошее образование. Майкл Фарадей рассказывал, что его образование «было самым заурядным» и включало в себя начальные навыки чтения, письма и арифметики, полученные в обычной дневной школе. С детства в нем воспитывали любовь к труду, честность и гордость.
Когда Майклу исполнилось 12 лет, он поступил в ученики к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской Жоржу Рибо. Здесь он вначале занимался разноской книг и газет, а в дальнейшем в совершенстве овладел переплетным делом. Работая в мастерской, Фарадей много и жадно читал, стремясь восполнить недостатки образования. Особенно его увлекало электричество и химия. Майкл организовал домашнюю химико-физическую лабораторию и начал сам проделывать опыты, описанные в книгах.
Он не был исключительным ребенком. Живой и общительный, он отличался от других мальчиков своего возраста только несколько большей любознательностью, недоверчивостью к словам и упорством самостоятельного характера. Владелец лавки Рибо всячески поощрял страстное стремление Майкла к самообразованию.
В переплетную часто заходил мистер Дэне, член Лондонского королевского общества. Обратив внимание на молодого переплетчика, жадно читающего книги и заканчивающего изучение последнего номера серьезного научного журнала, он предложил ему послушать цикл лекций своего друга, профессора химии сэра Гэмфри Дэви. Эти лекции увлекли Майкла, он тщательно конспектировал их. По совету Дэн-са Фарадей начисто переписал записи, красиво переплел и послал их Дэви, присоединив письмо с просьбой о предоставлении возможности исследовательской работы.
Дэви вначале отказал Майклу из-за отсутствия вакансии, но несчастный случай помог Фарадею. Во время одного из опытов в лаборатории взрывом колбы Дэви обожгло глаза, и он не мог ни писать, ни читать. Тогда известный ученый пригласил Майкла временно поработать секретарем. Через некоторое время, в марте 1813 года, 22-летний Фарадей становится лаборантом Дэви в Королевском институте в Лондоне. Когда в будущем Дэви спросят о самом главном его достижении, он ответит, что самым важным его открытием было открытие Фарадея.
Осенью того же года Майкл в качестве лаборанта-помощника и камердинера едет с Г. Дэви и его женой в полуторагодичное путешествие по Европе. Эта поездка во многом способствовала формированию его научных взглядов. В Париже, а затем Швейцарии, Италии и Германии он познакомился со многими выдающимися представителями европейской науки, в том числе с Гей-Люссаком и Вольта, и получил прекрасную выучку как экспериментатор. Майкл помогал Дэви в его опытах во время лекций, участвовал в беседах с учеными. Фарадей начинает бегло говорить по-французски и по-немецки, впоследствии переписывается с некоторыми учеными.
Летом 1815 года, вернувшись в Англию, он продолжает работать лаборантом в Королевском институте. Но это уже другой Фарадей, более зрелый, можно сказать, сформировавшийся ученый. Будучи самоучкой, он с 1815 по 1822 год занимался в основном исследованиями по химии. Майкл быстро становится на путь самостоятельного творчества, и самолюбию Дэви приходится часто страдать от успехов ученика. Первая работа Майкла Фарадея появилась в печати в 1816 году.
В августе 1820 года он узнает об открытии Эрстеда, и с этого момента его мысли поглощают электричество и магнетизм. Он начинает свои знаменитые экспериментальные исследования и в дневнике записывает: «Превратить магнетизм в электричество». На решение этой задачи знаменитому ученому потребовалось почти 10 лет.
Летом 1821 года, когда его коллеги разъехались в отпуск, Фарадею удается осуществить опыт с вращением магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создав тем самым лабораторную модель электродвигателя. В 1825 году он назначается директором лаборатории Королевского института, сменив на этом посту Г. Дэви. За год до этого он вошел в английскую научную элиту, став членом Лондонского королевского общества, а в 1830 году его избрали членом Петербургской академии наук. В 1827 году Фарадей получил профессорскую кафедру в Королевском институте, а в 1833-1860 годах был профессором кафедры химии.
Его научная работа всегда была связана с экспериментом. Все свои опыты, в том числе и неудавшиеся, он очень тщательно записывал в особый дневник, последний параграф которого значился под номером 16041. Фарадей не был математиком, и в его дневниках не было ни одной формулы, поскольку он ценил физическую суть, механизм явления, а не математический аппарат. Во время экспериментов Майкл Фарадей не щадил себя. Он не обращал внимания на пролившуюся ртуть, использующуюся в опытах; не обходилось и без взрывов приборов при работе со сжиженными газами. Это все серьезно сократило его жизнь. В одном из писем он писал, что во время опыта случился взрыв, поранивший ему глаза. Из них были вынуты тридцать осколков стекла.
17 октября 1831 года упорный десятилетний труд Фара-дея был вознагражден - было открыто явление электромагнитной индукции. Для объяснения индукции он вводит в дальнейшем чрезвычайно важное для физики понятие поля и дает его наглядное представление с помощью силовых линий.
С ноября 1831 года Майкл Фарадей начинает публиковать свой дневник в виде обширного труда «Экспериментальные исследования по электричеству», составляющего 30 серий более чем из 3000 параграфов. В этих сериях отражена двадцатичетырехлетняя работа ученого, в них его жизнь, мысли и воззрения. Это труд - великолепный памятник научного творчества Фарадея. Последняя, тридцатая серия вышла в свет в 1855 году.
В 1833 году он проводит цикл исследований по электрохимии и устанавливает законы электролиза, получившие название законов Фарадея. Им были введены в физику такие понятия, как катод, анод, ионы, электролиз, электроды, электролиты.
С 1835 года он начинает заниматься проблемами электростатики. В 1837 году Фарадей обнаружил влияние диэлектриков на электрическое взаимодействие, т. е. поляризацию диэлектриков, и ввел понятие диэлектрической проницаемости.
Как полагают, вследствие отравления парами ртути в 1840 году здоровье Фарадея резко ухудшилось, и он вынужден был на четыре года прервать работу. Вернувшись к научной деятельности, он в 1845 году открывает явление диамагнетизма и явление вращения плоскости поляризации света в веществе, помещенном в магнитное поле. Эти открытия наводят его на мысль об электромагнитной природе света. В 1847 году он открывает явление парамагнетизма.
Внешне монотонная жизнь Фарадея поразительна по творческому напряжению. Всего с 1816 по 1860 годы им было опубликовано 220 работ. Более 60 научных обществ и академий избрали его своим членом.
Майклу Фарадею были свойственны доброта, скромность, благожелательность, необыкновенная порядочность и честность. «Фарадей был среднего роста, живой, веселый, движения быстры и уверенны; ловкость в искусстве экспериментирования невероятная. Точен, аккуратен, весь - преданность долгу... Он жил в своей лаборатории, среди своих инструментов; он отправлялся в нее утром и уходил вечером с точностью купца, проводящего день в своей конторе. Всю свою жизнь он посвятил постановке все новых и новых опытов, находя в большинстве случаев, что легче заставить говорить природу, чем ее разгадать.
Моральный тип, явившийся в лице Фарадея, поистине явление редкое. Его живость, веселость напоминают ирландца; его рефлектирующий ум, сила его логики напоминают шотландских философов; его упрямство напоминало англичанина, упорно преследующего свою цель... ».
Напряженная работа надломила душевные силы Фарадея. И он вынужден был отказаться от всех остальных занятий, отдавая себя безраздельно науке. Все чаще он жалуется на ослабление памяти, на то, что «забывает, какими буквами изобразить то или иное слово». В таком состоянии он проводит долгие годы, сужая круг своей деятельности. Блестящий лектор, в 70 лет он покидает институт.
В 1860 году Фарадей практически оставляет научную деятельность из-за болезни и проводит остаток жизни в имении Хэмптон-корт.
25 августа 1867 года в возрасте 75 лет Майкл Фарадей умер. Его прах покоится на Хайгетском кладбище в Лондоне.
Его жизнь была полна глубокого внутреннего содержания, его имя стало обозначением единицы электрической емкости и одной из фундаментальных физических постоянных, его дела - бессмертны.
ФАРАДЕЙ (Faraday ) Майкл (1791-1867), английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле, иностранный почетный член Петербургской АН (1830). Обнаружил химическое действие электрического тока, взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, магнетизмом и светом. Открыл (1831) электромагнитную индукцию - явление, которое легло в основу электротехники. Установил (1833-34) законы электролиза, названные его именем, открыл пара- и диамагнетизм, вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Доказал тождественность различных видов электричества. Ввел понятия электрического и магнитного поля, высказал идею существования электромагнитных волн.
Фарадей (Faraday ) Майкл (22 сентября 1791, Лондон - 25 августа 1867, там же), английский физик, основоположник современной концепции поля в электродинамике, автор ряда фундаментальных открытий, в том числе закона электромагнитной индукции, законов электролиза, явления вращения плоскости поляризации света в магнитном поле, один из первых исследователей воздействия магнитного поля на среды.
Детство и юность
Фарадей родился в семье кузнеца. Кузнецом был и его старший брат Роберт, всячески поощрявший тягу Майкла к знаниям и на первых порах поддерживавший его материально. Мать Фарадея, трудолюбивая, мудрая, хотя и необразованная женщина, дожила до времени, когда ее сын добился успехов и признания, и по праву гордилась им.
Скромные доходы семьи не позволили Майклу окончить даже среднюю школу, и тринадцати лет он поступил учеником к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской, где ему предстояло пробыть 10 лет. Все это время Фарадей упорно занимался самообразованием - прочитал всю доступную ему литературу по физике и химии, повторял в устроенной им домашней лаборатории опыты, описанные в книгах, посещал по вечерам и воскресеньям частные лекции по физике и астрономии. Деньги (по шиллингу на оплату каждой лекции) он получал от брата. На лекциях у Фарадея появились новые знакомые, которым он писал много писем, чтобы выработать ясный и лаконичный стиль изложения; он также старался овладеть приемами ораторского искусства.
Начало работы в Королевском институте
Один из клиентов переплетной мастерской, член Лондонского королевского общества Дено, заметив интерес Фарадея к науке, помог ему попасть на лекции выдающегося физика и химика Г. Дэви в Королевском институте. Фарадей тщательно записал и переплел четыре лекции и вместе с письмом послал их лектору. Этот "смелый и наивный шаг", по словам самого Фарадея, оказал на его судьбу решающее влияние. В 1813 Дэви (не без некоторого колебания) пригласил Фарадея на освободившееся место ассистента в Королевский институт, а осенью того же года взял его в двухгодичную поездку по научным центрам Европы. Это путешествие имело для Фарадея большое значение: он вместе с Дэви посетил ряд лабораторий, познакомился с такими учеными, как А. Ампер, М. Шеврель, Ж. Л. Гей-Люссак, которые в свою очередь обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина.
Первые самостоятельные исследования. Научные публикации
После возвращения в 1815 в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе, в которой все большее место занимали самостоятельные научные исследования. В 1816 он начал читать публичный курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. В этом же году появляется и его первая печатная работа.
В 1821 в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место надзирателя за зданием и лабораториями Королевского института (т. е. технического смотрителя) и опубликовал две значительные научные работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора). В том же году он женился и, как показала вся его дальнейшая жизнь, был весьма счастлив в браке.
В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. Постепенно его экспериментальные исследования все более переключались в область электромагнетизма. После открытия в 1820 Х. Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: "Превратить магнетизм в электричество". Однако Фарадей продолжал и другие исследования, в том числе в области химии. Так, в 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии.
Избрание в Королевское общество. Профессура
В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, несмотря на активное противодействие Дэви, отношения с которым стали у Фарадея к тому времени довольно сложными, хотя Дэви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было "открытие Фарадея". Последний также воздавал должное Дэви, называя его "великим человеком".
Спустя год после избрания в Королевское общество Фарадея назначают директором лаборатории Королевского института, а в 1827 он получает в этом институте профессорскую кафедру.
Закон электромагнитной индукции. Электролиз
В 1830, несмотря на стесненное материальное положение, Фарадей решительно отказывается от всех побочных занятий, выполнения любых научно-технических исследований и других работ (кроме чтения лекций по химии), чтобы целиком посвятить себя научным изысканиям. Вскоре он добивается блестящего успеха: 29 августа 1831 открывает явление электромагнитной индукции - явление порождения электрического поля переменным магнитным полем. Десять дней напряженнейшей работы позволили Фарадею всесторонне и полностью исследовать это явление, которое без преувеличения можно назвать фундаментом, в частности, всей современной электротехники. Но сам Фарадей не интересовался прикладными возможностями своих открытий, он стремился к главному - исследованию законов Природы. Открытие электромагнитной индукции принесло Фарадею известность. Но он по-прежнему был очень стеснен в средствах, так что его друзья были вынуждены хлопотать о предоставлении ему пожизненной правительственной пенсии. Эти хлопоты увенчались успехом лишь в 1835. Когда же у Фарадея возникло впечатление, что министр казначейства относится к этой пенсии как к подачке ученому, он направил министру письмо, в котором с достоинством отказался от всякой пенсии. Министру пришлось просить извинения у Фарадея.
В 1833-34 Фарадей изучал прохождение электрических токов через растворы кислот, солей и щелочей, что привело его к открытию законов электролиза. Эти законы (Фарадея законы) впоследствии сыграли важную роль в становлении представлений о дискретных носителях электрического заряда. До конца 1830-х гг. Фарадей выполнил обширные исследования электрических явлений в диэлектриках.
Болезнь Фарадея. Последние экспериментальные работы
Постоянное огромное умственное напряжение подорвало здоровье Фарадея и вынудило его в 1840 прервать на пять лет научную работу. Вернувшись к ней вновь, Фарадей в 1848 открыл явление вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в прозрачных веществах вдоль линий напряженности магнитного поля (Фарадея эффект). По-видимому, сам Фарадей (взволнованно написавший, что он "намагнитил свет и осветил магнитную силовую линию") придавал этому открытию большое значение. И действительно, оно явилось первым указанием на существование связи между оптикой и электромагнетизмом. Убежденность в глубокой взаимосвязи электрических, магнитных, оптических и других физических и химических явлений стала основой всего научного миропонимания Фарадея.
Другие экспериментальные работы Фарадея этого времени посвящены исследованиям магнитных свойств различных сред. В частности, в 1845 им были открыты явления диамагнетизма и парамагнетизма.
В 1855 болезнь вновь заставила Фарадея прервать работу. Он значительно ослабел, стал катастрофически терять память. Ему приходилось записывать в лабораторный журнал все, вплоть до того, куда и что он положил перед уходом из лаборатории, что он уже сделал и что собирался делать далее. Чтобы продолжать работать, он должен был отказаться от многого, в том числе и от посещения друзей; последнее, от чего он отказался, были лекции для детей.
Значение научных трудов
Даже далеко не полный перечень того, что внес в науку Фарадей, дает представление об исключительном значении его трудов. В этом перечне, однако, отсутствует то главное, что составляет громадную научную заслугу Фарадея: он первым создал полевую концепцию в учении об электричестве и магнетизме. Если до него господствовало представление о прямом и мгновенном взаимодействии зарядов и токов через пустое пространство, то Фарадей последовательно развивал идею о том, что активным материальным переносчиком этого взаимодействия является электромагнитное поле. Об этом прекрасно написал Д. К. Максвелл, ставший его последователем, развивший далее его учение и облекший представления об электромагнитном поле в четкую математическую форму: "Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, принизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде".
Точка зрения на электродинамику с позиций концепции поля, основоположником которой был Фарадей, стала неотъемлемой частью современной науки. Труды Фарадея ознаменовали наступление новой эры в физике.
Имя: Майкл Фарадей (Michael Faraday)
Возраст: 75 лет
Деятельность: физик-экспериментатор, химик
Семейное положение: был женат
Майкл Фарадей: биография
«До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея», - сказал Герман Гельмгольц.
Майкл Фарадей - английский физик-экспериментатор, химик, создатель учения об электромагнитном поле. Он открыл электромагнитную индукцию, являющуюся основой промышленного производства электричества и применения в современных условиях.
Детство и юность
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в Ньюингтон-Баттс, недалеко от Лондона. Отец - Джеймс Фарадей (1761-1810), кузнец. Мама - Маргарет (1764-1838). Кроме Майкла, в семье росли брат Роберт и сестры Элизабет и Маргарет. Жили бедно, поэтому Майкл не доучился в школе и в 13 лет пошел работать в книжный магазин рассыльным.
Образование закончить не удалось. Тягу к знаниям удовлетворяло чтение книг по физике и химии - в книжной лавке таких было в избытке. Юноша осваивал первые эксперименты. Соорудил источник тока - «Лейденскую банку». Отец и брат поддерживали Майкла в тяге к экспериментам.
В 1810 году 19-летний юноша стал членом философского клуба, в котором читали лекции по физике и астрономии. Майкл участвовал в научной полемике. Одаренный молодой человек привлекал внимание ученого сообщества. Покупатель книжного магазина Уильям Денс вручил Майклу подарок - билет на посещение ряда лекций по химии и физике Гемфри Дэви (основателя электрохимии, первооткрывателя химических элементов Калия, Кальция, Натрия, Бария, Бора).
Будущий ученый, застенографировав лекции Гемфри Дэви, сделал переплет и отправил профессору, сопроводив письмом с просьбой найти какую-нибудь работу в Королевском институте. Дэви принял участие в судьбе юноши, и через некоторое время 22-летний Фарадей получил работу лаборанта в химической лаборатории.
Наука
Выполняя обязанности лаборанта, Фарадей не упускал возможности прослушивать лекции, в подготовке которых участвовал. Также с благословения профессора Дэви молодой человек проводил свои химические опыты. Добросовестность и искусность выполнения работы лаборантом сделала его неизменным помощником Дэви.
В 1813 году Дэви взял Фарадея секретарем в двухлетнее европейское путешествие. Во время поездки молодой ученый познакомился со светилами мировой науки: Андре-Мари Ампером, Жозефом Луи Гей-Люссаком, Алессандро Вольта.
По возвращении в Лондон в 1815 году Фарадей получил должность ассистента. Параллельно продолжал любимое дело - ставил собственные опыты. За жизнь Фарадей провел 30 000 экспериментов. В научных кругах за педантичность и трудолюбие получил звание «короля экспериментаторов». Описание каждого опыта аккуратно заносил в дневники. Позже, в 1931 году, эти дневники были изданы.
Первое печатное издание Фарадея вышло в 1816 году. К 1819 году напечатали 40 работ. Труды посвящены химии. В 1820 году из ряда экспериментов со сплавами, молодой ученый обнаружил, что сплав стали с добавлением никеля не дает окисления. Но результаты опытов прошли мимо металлургов. Открытие нержавеющей стали было запатентовано гораздо позже.
В 1820 году Фарадей стал техническим смотрителем Королевского института. К 1821 году от химии он перешел к физике. Фарадей выступал как сложившийся ученый, приобрел вес в научном сообществе. Вышла статья о принципе работы электродвигателя, положившая начало промышленной электротехники.
Электромагнитное поле
В 1820 году Фарадей увлекся опытами по взаимодействию электричества и магнитного поля. К этому моменту открыли понятия «источник постоянного тока» (А. Вольт), «электролиз», «электрическая дуга», «электромагнит». В этот период развивались электростатика и электродинамика, публиковались опыты Био, Савара, Лапласа по работе с электричеством и магнетизмом. Вышла работа А. Ампера по электромагнетизму.
В 1821 году свет увидела работа Фарадея «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма». В ней ученый представил опыты с магнитной стрелкой, вращающейся вокруг одного полюса, т. е. осуществил превращение электрической энергии в механическую. Фактически он представил первый в мире, пусть и примитивный, электрический двигатель.
Радость открытия испортила жалоба Уильяма Волластона (открыл Палладий, Родий, сконструировал рефрактометр и гониометр). В жалобе к профессору Дэви ученый обвинял Фарадея в краже идеи с вращающейся магнитной стрелкой. История приняла скандальный характер. Дэви принял позицию Волластона. Только личная встреча двух ученых и разъяснение своей позиции Фарадеем смогла уладить конфликт. Волластон отказался от притязаний. Отношения Дэви и Фарадея утратили прежнюю доверительность. Хотя первый до последних дней не уставал повторять, что Фарадей - главное сделанное им открытие.
В январе 1824 года Фарадея избрали членом Лондонского королевского общества. Профессор Дэви голосовал против.
В 1823 году стал членом-корреспондентом Парижской Академии наук.
В 1825 году Майкл Фарадей занял место Дэви в должности директора лаборатории физики и химии Королевского института.
После открытия 1821 года десять лет ученый не издавал трудов. В 1831 году он стал профессором Вулиджа (военная академия), в 1833 году - профессором химии Королевского института. Проводил научные диспуты, читал лекции в научных собраниях.
Еще в 1820 году Фарадея заинтересовал опыт Ганса Эрстеда: движение по цепи электрического тока вызывало движение магнитной стрелки. Электрический ток стал причиной возникновения магнетизма. Фарадей предположил, что, соответственно, магнетизм может быть причиной возникновения электрического тока. Первое упоминание теории появилось в дневнике ученого в 1822 году. Десять лет опытов ушло на разгадку тайны электромагнитной индукции.
Победа пришла 29 августа 1831 года. Устройство, позволившее Фарадею сделать гениальное открытие, состояло из железного кольца и множества витков проволоки из меди, намотанной на две его половины. В цепи одной половины кольца, замкнутой проволокой, находилась магнитная стрелка. Вторая обмотка подключалась к батарее питания. При включении тока магнитная стрелка совершала колебания в одну сторону, а при выключении - в другую. Фарадей заключил, что магнит способен преобразовывать магнетизм в электрическую энергию.
Явление «возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него» было названо электромагнитной индукцией. Обнаружение электромагнитной индукции открыло дорогу созданию источника тока - электрогенератора.
Открытие положило начало новому плодотворному витку экспериментов ученого, давших миру «Экспериментальные исследования по электричеству». Фарадей опытным путем доказал единую природу возникновения электрической энергии, независимую от способа, при помощи которого вызван электрический ток.
В 1832 году физика наградили медалью Копли.
Фарадей стал автором первого трансформатора. Ему принадлежит понятие «диэлектрической проницаемости». В 1836 году путем ряда экспериментов он доказал, что заряд тока оказывает воздействие только на оболочку проводника, оставляя объекты внутри нее нетронутыми. В прикладной науке устройство, сделанное на принципе этого явления, называется «клетка Фарадея».
Открытия и труды
Открытия Майкла Фарадея посвящены не только физике. В 1824 году им открыт бензол и изобутилен. Ученый вывел жидкую форму хлора, сероводорода, диоксида углерода, аммиака, этилена, диоксида азота, получил синтез гексахлорана.
В 1835 году Фарадей из-за болезни был вынужден сделать двухлетний перерыв в работе. Причиной заболевания подозревали контакт ученого во время опытов с парами ртути. Недолго проработав после выздоровления, в 1840 году профессор вновь почувствовал себя плохо. Преследовала слабость, была временная потеря памяти. Период выздоровления затянулся на 4 года. В 1841 году, по настоянию врачей, ученый отправился в путешествие по Европе.
Семья жила почти в бедности. По свидетельству биографа Фарадея Джона Тиндаля, ученый получал пенсию 22 фунта в год. В 1841 году премьер-министр Уильям Лэм, лорд Мельбурн, под нажимом общественности подписал указ о назначении Фарадею государственной пенсии в размере 300 фунтов в год.
В 1845 году великому ученому удалось привлечь внимание мировой общественности еще некоторыми открытиями: открытие изменения плоскости поляризованного света в магнитном поле («эффект Фарадея») и диамагнетизма (намагничивания вещества к внешнему магнитному полю, действующему на него).
Правительство Англии не единожды просило Майкла Фарадея о помощи в решении проблем, связанных с техническими вопросами. Ученый разрабатывал программу оснащения маяков, методы борьбы с коррозией кораблей, выступал судебным экспертом. Будучи по природе человеком добродушным и миролюбивым, наотрез отказался участвовать в создании химического оружия для войны с Россией в Крымской войне.
В 1848 году подарила Фарадею дом на левом берегу Темзы, Хэмптон-Корт. Британская королева оплачивала расходы и налоги по дому. Ученый с семьей перебрались в него, оставив дела в 1858 году.
Личная жизнь
Майкл Фарадей был женат на Саре Барнард (1800-1879). Сара - сестра друга Фарадея. Предложение руки и сердца 20-летняя девушка приняла не сразу - молодому ученому пришлось поволноваться. Тихая свадьба состоялась 12 июня 1821 года. Много лет спустя Фарадей писал:
«Я женился - событие, которое больше всяких других содействовало моему счастью на земле и моему здоровому состоянию духа».
Семья Фарадея, как и семья жены, члены протестантской общины «сандеманиан». Фарадей выполнял работу диакона лондонской общины, неоднократно выбирался старейшиной.
Смерть
Майкл Фарадей болел. В краткие моменты, когда болезнь отступала, он работал. В 1862 году выдвинул гипотезу о движении спектральных линий в магнитном поле. Подтвердить теорию смог в 1897 году Питер Зееман, за что в 1902 году получил «Нобелевскую премию». Фарадея Зееман назвал автором идеи.
Майкл Фарадей скончался за рабочим столом 25 августа 1867 года в возрасте 75 лет. Похоронен рядом с женой на Хайгейтском кладбище в Лондоне. Ученый просил перед смертью о скромных похоронах, поэтому пришли только родственники. На могильной плите высечено имя ученого и годы жизни.
- В работе ученый-физик не забывал о детях. Лекции для детей «История свечи» (1961 год) переиздают по сей день.
- Портрет Фарадея помещен на английскую купюру в 20 фунтов выпуска 1991-1999 годов.
- Ходили слухи, что Дэви не отвечал Фарадею на просьбу о работе. Однажды, временно потеряв зрение во время химического эксперимента, профессор вспомнил о настойчивом юноше. Поработав секретарем ученого, юноша так потряс Дэви своей эрудицией, что тот предложил Майклу работу в лаборатории.
- После возвращения из Европейского турне с семьей Дэви Фарадей в ожидании места ассистента в Королевском институте поработал там посудомойщиком.
Бейкеровская лекция (1829, 1832, 1849, 1851, 1857)
Медаль Копли (1832, 1838)
Королевская медаль (1835, 1846)
Медаль Румфорда (1846)
Медаль Альберта (Королевское общество искусств) (1866)
Фарадей - основоположник учения об электромагнитном поле , которое затем математически оформил и развил Максвелл . Основной идейный вклад Фарадея в физику электромагнитных явлений заключался в отказе от ньютонова принципа дальнодействия и во введении понятия физического поля - непрерывной области пространства, сплошь заполненной силовыми линиями и взаимодействующей с веществом .
Энциклопедичный YouTube
- Опыты Фарадея по индукции
- При движении магнитного сердечника внутри проволочной катушки в последней возникал электрический ток.
- Включение или выключение тока в проволочной катушке приводило к появлению тока во вторичной катушке, чьи витки чередуются с витками первой.
17 октября 1831 года Фарадей пришёл к выводу: «электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое». Он поставил решающий эксперимент :
Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8 1/4 дюйма длиной) и ввёл один его конец внутрь спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался.
Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая - с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинками. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей.
Таким образом, перемещающийся возле проводника магнит (или включение/выключение тока в соседнем проводнике) порождают в данном проводнике электрический ток. Это явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией .
28 октября он собрал первый полноценный генератор постоянного тока («диск Фарадея »): при вращении медного диска рядом с магнитом на диске возникает электрический потенциал , который снимается прилегающим проводом. Фарадей показал, как механическую энергию вращения преобразовать в электрическую. Толчком к этому изобретению послужил опыт Араго (1824 год): крутящийся магнит увлекал в своё вращение расположенный ниже медный диск, хотя медь неспособна намагничиваться . И обратно, если вращать медный диск вблизи магнита, подвешенного таким образом, что он может вращаться в плоскости, параллельной плоскости диска, то при вращении диска магнит следует за его движением. Араго обсуждал этот эффект с Ампером, Пуассоном и другими знаменитыми физиками, но объяснить его им не удалось.
В отчёте о полученных результатах, обнародованном Фарадеем 24 ноября 1831 года перед Королевским обществом, он впервые употребил ключевой термин «магнитные силовые линии ». Это означало переход от дискретной картины «заряды/магниты» прежних теорий, построенных по образцу дальнодействующего ньютоновского тяготения , к совершенно новому непрерывному и близкодейственному физическому объекту, которое мы теперь называем полем . Несколько позже Фарадей аналогично ввёл электрические силовые линии.
После открытий Фарадея стало ясно, что старые модели электромагнетизма (Ампер , Пуассон и др.) неполны и должны быть существенно переработаны. Сам Фарадей объяснял электромагнитную индукцию следующим образом. Окрестность всякого заряженного тела пронизано электрическими силовыми линиями, которые передают «силу» (по современной терминологии, энергию), и аналогично энергия магнитного поля течёт вдоль магнитных силовых линий. Эти линии не следует рассматривать как условные абстракции, они представляют собой физическую реальность . При этом:
Точную формулировку этих законов и полную математическую модель электромагнетизма дал спустя 30 лет Джеймс Максвелл , родившийся в год открытия индукции (1831).
При индукции, указал Фарадей, величина возникающего в проводнике тока тем больше, чем больше магнитных силовых линий за единицу времени, в ходе изменения состояния, пересекает этот проводник . В свете этих законов причина движения в описанном выше опыте Араго стала понятна: когда материал диска пересекал магнитные силовые линии, в нём создавались индукционные токи, магнитное поле которых взаимодействовало с исходным. Позднее Фарадей повторил опыт с «диском Фарадея », используя вместо лабораторного магнита земной магнетизм .
Фарадеевская модель электромагнитного поля
Мир электромагнитных явлений, каким его представлял и описывал Фарадей, решительно отличался от всего, что было в физике прежде. В записи своего дневника от 7 ноября 1845 года Фарадей впервые употребил термин «электромагнитное поле » (англ. field ) , этот термин позднее перенял и ввёл в широкое употребление Максвелл . Поле - это область пространства, сплошь пронизанная силовыми линиями . Силы взаимодействия токов, введённые Ампером, считались дальнодействующими; Фарадей решительно оспорил это положение и сформулировал (словесно) свойства электромагнитного поля как существенно близкодейственные, то есть непрерывно передающиеся от каждой точки к соседним точкам с конечной скоростью .
До Фарадея электрические силы понимались как взаимодействие зарядов на расстоянии - где нет зарядов, нет и сил. Фарадей изменил эту схему: заряд создаёт протяжённое электрическое поле, и уже с ним взаимодействует другой заряд, дальнодействия на расстоянии нет. С магнитным полем положение оказалось более сложным - оно не является центральным , и именно для определения направления магнитных сил в каждой точке Фарадей ввёл понятие силовых линий . Веским основанием для отказа от действия на расстоянии были опыты Фарадея с диэлектриками и диамагнетиками - они ясно показали, что среда между зарядами активно участвует в электромагнитных процессах . Более того, Фарадей убедительно показал, что в ряде ситуаций электрические силовые линии искривляются, подобно магнитным - например, экранировав два изолированных шара друг от друга и зарядив один из них, можно наблюдать индуктивные заряды на втором шаре . Из полученных результатов Фарадей сделал вывод, «что сама обычная индукция во всех случаях является действием смежных частиц и что электрическое действие на расстоянии (то есть обыкновенное индуктивное действие) происходит только благодаря влиянию промежуточной материи» .
Фарадей своим мысленным взором видел пронизывающие всё пространство силовые линии там, где математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей усматривал местонахождение явлений в тех реальных процессах, которые происходят в среде, а они довольствовались тем, что нашли его в силе действия на расстоянии, которая прикладывается к электрическим жидкостям.
…Некоторые из наиболее плодотворных методов исследования, открытых математиками, могли бы быть выражены в терминах представлений, заимствованных у Фарадея, значительно лучше, чем они выражались в их оригинальной форме.
Начиная с 11-го выпуска серии «Экспериментальных исследования по электричеству», Фарадей посчитал возможным обобщить и теоретически осмыслить огромный накопленный материал. Система мира Фарадея отличалась большой оригинальностью. Он не признавал существования в природе пустоты, даже заполненной эфиром . Мир полностью заполнен проницаемой материей, и влияние каждой материальной частицы близкодейственно, то есть распространяется на всё пространство с конечной скоростью . Наблюдатель воспринимает это влияние как разного рода силы, но, как писал Фарадей, нельзя сказать, что одна из сил первична и является причиной других, «все они находятся во взаимной между собой зависимости и имеют общую природу» . В целом динамика мира Фарадея достаточно близка к представлениям об электромагнитном поле, какими они были до появления квантовой теории .
В 1832 году Фарадей отвёз запечатанный конверт в Королевское общество. Сто лет спустя (1938 год) конверт вскрыли и обнаружили там формулировку гипотезы: индуктивные явления распространяются в пространстве с некоторой конечной скоростью, причём в виде волн. Эти волны также «являются наиболее вероятным объяснением световых явлений» . Окончательно этот вывод обосновал Максвелл в 1860-е годы.
Теоретические рассуждения Фарадея нашли вначале мало сторонников. Фарадей не владел высшей математикой (в его трудах почти нет формул) и для создания своих научных моделей использовал свою исключительную физическую интуицию. Он отстаивал физическую реальность введённых им силовых линий; однако учёные того времени, уже свыкшиеся с дальнодействием ньютонового притяжения , теперь уже к близкодействию относились с недоверием .
Мой дорогой сэр, я получил Вашу статью и очень благодарен Вам за неё. Не хочу сказать, что благодарю Вас за то, что Вами сказано относительно «силовых линий», поскольку я знаю, что Вы сделали это в интересах философской правды; но Вы должны также предполагать, что эта работа не только приятна мне, но и даёт мне стимул к дальнейшим размышлениям. Я поначалу испугался, увидев, какая мощная сила математики приложена к предмету, а затем удивился тому, насколько хорошо предмет её выдержал… Всегда истинно Ваш М. Фарадей.
«Экспериментальные исследования по электричеству»
Фарадей работал чрезвычайно методично - обнаружив эффект, он изучал его максимально глубоко - например, выяснял, от каких параметров и как он зависит (материал, температура и т. п.). Поэтому число опытов (и соответственно - число выпусков «Опытных исследований по электричеству») так велико. Нижеследующий краткий перечень тематики выпусков даёт представление о размахе и глубине исследований Фарадея .
- Индукция электрических токов. Образование электричества из магнетизма .
- Земная магнито-электрическая индукция .
- Тождество отдельных видов электричества, происходящих от различных источников (в то время многие физики считали, что разные способы получения генерируют принципиально «разное электричество»).
- О новом законе электрической проводимости .
- Об электрохимическом разложении. Влияние воды на электрохимическое разложение. Теория электрохимического разложения .
- О способности металлов и других твёрдых тел вызывать соединение газообразных тел .
- Об электрохимическом разложении (продолжение). О некоторых общих условиях электрохимического разложения. О новом приборе для измерения гальванического электричества. О первичном или вторичном характере выделяющихся у электродов химических веществ. Об определённой природе и о размерах электрохимического разложения .
- Об электричестве гальванического элемента; его источник, количество, напряжение и основные свойства его. О напряжении, необходимом для электролиза .
- Об индуктивном влиянии электрического тока на самого себя и об индуктивном действии электрических токов вообще .
- О гальванической батарее усовершенствованного типа. Некоторые практические указания .
- Теория индукции. Общие выводы относительно природы индукции .
- Об индукции (продолжение). Проводимость, или кондуктивный разряд. Электролитический разряд. Разрывной разряд и изоляция .
- Об индукции (продолжение). Разрывной разряд (продолжение) .
- Природа электрической силы или сил. Связь между электрической и магнитной силами. Замечания об электрическом возбуждении .
- Заключение о характере направления электрической силы у электрического угря .
- Об источнике мощности гальванического элемента .
- Об источнике мощности гальванического элемента (продолжение). Действие температуры. Действие разведения. Изменения порядка металлических элементов в гальванических цепях. Неправдоподобность предположения о контактной природе силы .
- Об электричестве, развивающемся при трении воды и пара о другие тела .
- Действие магнитов на свет. Действие электрических токов на свет .
- О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякого вещества. Действие магнитов на тяжёлое стекло. Действие магнитов на другие вещества, оказывающие магнитное действие на свет. Действие магнитов на металлы вообще .
- О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякого вещества (продолжение). Действие магнитов на магнитные металлы и их соединения. Действие магнитов на воздух и газы .
- О кристаллической полярности висмута и других тел и её отношении к магнитной форме силы. Кристаллическая полярность висмута, сурьмы, мышьяка. Кристаллическое состояние различных тел. О природе магнекристаллической силы и общие соображения. О положении кристалла сульфата железа в магнитном поле .
- О полярном или ином состоянии диамагнитных тел .
- О возможной связи между тяготением и электричеством .
- О магнитном и диамагнитном состоянии тел. Газообразные тела под влиянием магнитной силы не расширяются. Разностное магнитное действие. Магнитные свойства кислорода, азота и пустоты .
- Способность проводить магнетизм. Магнитная проводимость. Полярность проводимости. Магнекристаллическая проводимость. Атмосферный магнетизм .
- Об атмосферном магнетизме (продолжение). Экспериментальное исследование законов магнитного действия атмосферы и их применение к отдельным случаям. Доклад об атмосферном магнетизме .
- О магнитных силовых линиях, определённость их характера и их распределение в магните и в окружающем пространстве .
- О применении индукционного магнитоэлектрического тока для обнаружения и измерения магнитной силы .
Другие работы по электромагнетизму
В 1836 году, работая над проблемами статического электричества, Фарадей провёл эксперимент, показавший, что электрический заряд воздействует только на поверхность замкнутой оболочки-проводника, не оказывая никакого воздействия на находящиеся внутри неё объекты. Данный эффект связан с тем, что противоположные стороны проводника приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле. Соответствующие защитные свойства используются в устройстве, известном ныне как клетка Фарадея .
Фарадей обнаружил поворот плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Это означало, что свет и электромагнетизм тесно связаны. Убеждённость Фарадея в единстве всех сил природы нашла ещё одно подтверждение. Позже Максвелл строго доказал электромагнитную природу света.
Химия
Фарадей сделал немало открытий в области химии. В 1824 году он открыл бензол и изобутилен , одним из первых получил в жидком состоянии хлор , сероводород , диоксид углерода , аммиак , этилен и диоксид азота . В 1825 году впервые синтезировал гексахлоран - вещество, на основе которого в XX веке изготовлялись различные инсектициды . Изучал каталитические реакции .
В 1825-1829 годах Фарадей, в составе комиссии Королевского общества, детально исследовал, как химический состав стекла влияет на его физические свойства . Стёкла Фарадея были слишком дороги для практического применения, но полученный практический опыт пригодился позже при экспериментах с действием магнита на свет и для выполнения правительственного задания по усовершенствованию маяков .
Электрохимия и магнитохимия
Как уже говорилось выше, Фарадей верил в единство всех сил в природе, поэтому естественно было ожидать, что химические свойства и законы связаны с электрическими. Подтверждение этому предположению он получил в 1832 году, открыв фундаментальные законы электролиза . Эти законы легли в основу нового раздела науки - электрохимии , имеющего сегодня огромное количество технологических приложений . Вид законов Фарадея наводил на мысль о существовании «электрических атомов» с наименьшим возможным зарядом; действительно, на рубеже XIX-XX веков эта частица (электрон) была обнаружена, и законы Фарадея помогли оценить её заряд . Предложенные Фарадеем термины ион , катод , анод , электролит укоренились в науке .
Опыты по электрохимии дали ещё одно доказательство близкодействия электромагнетизма. Многие учёные считали тогда, что электролиз вызывается притяжением на расстоянии (ионов к электродам). Фарадей провёл простой опыт: отделил электроды от смоченной соляным раствором бумаги двумя воздушными промежутками, после чего отметил, что искровой разряд вызвал разложение раствора. Отсюда вытекало, что электролиз вызывается не дальним притяжением, а местным током, и происходит он только в местах прохождения тока. Движение ионов к электродам происходит уже после (и вследствие) разложения молекул .
Другие исследования
Британское правительство неоднократно привлекало Фарадея, как признанного авторитета в области прикладной физики, к решению насущных технических задач - усовершенствование маяков , защита днищ кораблей от коррозии , экспертиза в судебных делах и др.
Личные качества и оценки
В личном общении знакомые Фарадея всегда, до конца жизни учёного отмечали его скромность, доброжелательность и покоряющее человеческое обаяние .
Жан Батист Дюма , известный химик и политик
1 / 5
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в посёлке Ньюингтон-Баттс близ Лондона (ныне Большой Лондон), в семье кузнеца. Семья - отец Джеймс (1761-1810), мать Маргарет (1764-1838), братья Роберт и Майкл, сестры Элизабет и Маргарет - жила дружно, но в нужде, поэтому уже в 13 лет Майкл, оставив школу, начал работать рассыльным в лондонском книжном магазине, принадлежащем французу-эмигранту Рибо. После испытательного срока он стал (там же) учеником переплётчика.
Фарадей так и не сумел получить систематическое образование, но рано проявил любознательность и страсть к чтению. В магазине было немало научных книг; в позднейших воспоминаниях Фарадей особо отметил книги по электричеству и химии, причём по ходу чтения он сразу начал проводить простые самостоятельные опыты . Отец и старший брат Роберт в меру своих возможностей поощряли тягу Майкла к знаниям, поддерживали его материально и помогли изготовить простейший источник электричества - «Лейденскую банку ». Поддержка брата продолжалась и после скоропостижной смерти отца в 1810 году.
Важным этапом в жизни Фарадея стали посещения Городского философского общества (1810-1811 годы), где 19-летний Майкл по вечерам слушал научно-популярные лекции по физике и астрономии, участвовал в диспутах. Некоторые учёные, посещавшие книжный магазин, отметили способного юношу; в 1812 году один из посетителей, музыкант Уильям Денс (William Dance ), подарил ему билет на цикл публичных лекций в знаменитого химика и физика, первооткрывателя многих химических элементов Гемфри Дэви .
Лаборант Королевского института (1812-1815)
Майкл не только с интересом выслушал, но и подробно записал и переплёл четыре лекции Дэви, которые послал ему вместе с письмом с просьбой взять его на работу в Королевский институт. Этот, как выразился сам Фарадей, «смелый и наивный шаг» оказал на его судьбу решающее влияние. Профессор, сам прошедший путь от ученика аптекаря, был восхищён обширными знаниями юноши, но в тот момент в институте не было вакантных мест, и просьба Майкла была удовлетворена лишь через несколько месяцев. В начале 1813 года Дэви, который был в Институте директором химической лаборатории, пригласил 22-летнего юношу на освободившееся место лаборанта Королевского института .
В обязанности Фарадея входили в основном помощь профессорам и другим лекторам Института при подготовке лекций, учёт материальных ценностей и уход за ними. Но сам он старался использовать любую возможность для пополнения своего образования, и в первую очередь - внимательно слушал все подготовленные им лекции. Одновременно Фарадей, при благожелательном содействии Дэви, проводил собственные химические эксперименты по интересующим его вопросам. Свои служебные обязанности Фарадей исполнял настолько тщательно и умело, что вскоре стал незаменимым помощником Дэви .
Осенью 1813 года Фарадей отправился вместе с профессором и его женой, как помощник и секретарь, в двухлетнее путешествие по научным центрам Европы, только что разгромившей Наполеона . Это путешествие имело для Фарадея большое значение: Дэви как знаменитость мирового масштаба приветствовали многие выдающиеся учёные того времени, в том числе А. Ампер , М. Шеврель , Ж. Л. Гей-Люссак и А. Вольта . Некоторые из них обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина .
Путь в науку (1815-1821)
После возвращения в мае 1815 года в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе в новой должности ассистента, с довольно высоким для того времени окладом 30 шиллингов в месяц. Он продолжил самостоятельные научные исследования, за которыми засиживался допоздна. Уже в это время проявились отличительные черты Фарадея - трудолюбие, методичность, тщательность исполнения экспериментов, стремление проникнуть в сущность исследуемой проблемы. В первой половине XIX века он заслужил славу «короля экспериментаторов» . Всю жизнь он вёл аккуратные лабораторные дневники своих опытов (изданы в 1931 году). Последний эксперимент по электромагнетизму помечен в соответствующем дневнике номером 16041 , всего Фарадей провёл за свою жизнь около 30000 экспериментов .
В 1816 году появилась первая печатная работа Фарадея (об анализе химического состава тосканского известняка), в следующие 3 года число публикаций превысило 40, главным образом по химии. Завязывается переписка Фарадея с крупными европейскими химиками и физиками. В 1820 году Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей с добавками никеля. Эта работа считается открытием нержавеющей стали , которое в то время не заинтересовало металлургов .
В 1821 году в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. В июле он женился на 20-летней Саре Барнард (Sarah Barnard , 1800-1879) , сестре его друга. По отзывам современников, брак был счастливым, Майкл и Сара прожили вместе 46 лет. Жили супруги на верхнем этаже Королевского института, за отсутствием собственных детей они воспитывали малолетнюю племянницу-сироту Джейн; Фарадей также постоянно заботился о своей матери Маргарет (умерла в 1838 году) . В Институте Фарадей получил место технического смотрителя здания и лабораторий Королевского института (Superintendent of the House ). Наконец, его экспериментальные исследования начали неуклонно перемещаться в область физики. Несколько значительных работ по физике, опубликованных в 1821 году, показали, что Фарадей вполне сложился как крупный учёный. Главное место среди них занимала статья об изобретении электродвигателя, с которой фактически начинается промышленная электротехника .
Создание электродвигателя. Научная известность (1821-1830)
С 1820 года Фарадея чрезвычайно увлекла проблема исследования связей между электричеством и магнетизмом . К этому моменту уже существовала и стараниями К. Гаусса и Дж. Грина была в основном разработана наука электростатика . В 1800 году А. Вольта открыл мощный источник постоянного тока («вольтов столб »), и начала стремительно развиваться новая наука - электродинамика . Сразу же были сделаны два выдающихся открытия: электролиз (1800 год) и электрическая дуга (1802).
Но главные события начались в 1820 году, когда Эрстед обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку. Первые теории, связывающие электричество и магнетизм, построили в том же году Био , Савар и позже Лаплас (см. Закон Био - Савара - Лапласа). А. Ампер , начиная с 1822 года, опубликовал свою теорию электромагнетизма, по которой первичным явлением является дальнодействующее взаимодействие проводников с током. Формула Ампера для взаимодействия двух элементов тока вошла в учебники. Среди прочего, Ампер открыл электромагнит (соленоид).
После серии опытов Фарадей опубликовал в 1821 году трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма », где показал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. По существу эта конструкция представляла собой ещё несовершенный, но вполне практичный электродвигатель , впервые в мире осуществивший непрерывное превращение электрической энергии в механическую . Имя Фарадея становится всемирно известным.
Конец 1821 года, в целом триумфального для Фарадея, омрачила клевета. Известный химик и физик Уильям Волластон пожаловался Дэви, что опыт Фарадея с вращением стрелки является плагиатом его, волластоновской идеи (практически никогда им не реализованной). История получила большую огласку и доставила Фарадею немало неприятностей. Дэви стал на сторону Волластона, отношения его с Фарадеем заметно ухудшились. В октябре Фарадей добился личной встречи с Волластоном, где разъяснил свою позицию, и состоялось примирение. Однако в январе 1824 года, когда Фарадей был избран членом Лондонского королевского общества , Дэви, тогдашний президент Королевского общества, был единственным , голосовавшим против (сам Волластон голосовал за избрание) . Отношения Фарадея и Дэви позднее улучшились, но лишились прежней сердечности, хотя Дэви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было «открытие Фарадея» .
Признанием научных заслуг Фарадея стало избрание его членом-корреспондентом Парижской Академии наук (1823). В 1825 году Дэви решил оставить руководство лабораторией Королевского института и рекомендовал назначить Фарадея директором физической и химической лабораторий, что и было вскоре сделано. Дэви скончался после продолжительной болезни в 1829 году.
После первых успехов в фарадеевских исследованиях электромагнетизма наступила десятилетняя пауза и до 1831 года он почти не публиковал работы на эту тему: опыты не давали желаемого результата, новые обязанности отвлекали, возможно, повлиял также неприятный скандал 1821 года .
В 1830 году Фарадей получил профессорскую кафедру сначала в Королевской военной академии (Вулидж), а с 1833 года - и в Королевском институте (по химии). Читал он лекции не только в Королевском институте, но и в нескольких других научных организациях и кружках. Современники чрезвычайно высоко оценивали преподавательские качества Фарадея, умевшего сочетать наглядность и доступность с глубиной рассмотрения предмета . Его научно-популярный шедевр для детей «История свечи» (популярные лекции, 1861 год) издаётся до сих пор.
Исследование электромагнетизма (1831-1840)
В 1822 году в лабораторном дневнике Фарадея появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». Рассуждения Фарадея были следующими: если в опыте Эрстеда электрический ток обладает магнитной силой, а, по убеждению Фарадея, все силы взаимопревращаемы, то и движение магнита должно возбуждать электрический ток.
Сообщение об опытах Фарадея немедленно вызвало сенсацию в научном мире Европы, массовые газеты и журналы также уделяли им немало внимания. Множество научных организаций избрали Фарадея своим почётным членом (всего он получил 97 дипломов) . Если открытие электродвигателя показало, как можно использовать электричество, то опыты по индукции указывали, как создать мощный его источник (электрогенератор). С этого момента трудности на пути широкого внедрения электроэнергии стали чисто техническими. Физики и инженеры активно занялись исследованием индукционных токов и конструированием всё более совершенных электротехнических устройств; первые промышленные модели появились ещё при жизни Фарадея (генератор переменного тока Ипполита Пикси , 1832), а в 1872 году Фридрих фон Хефнер-Альтенек представил высокоэффективный генератор, впоследствии улучшенный Эдисоном .
В 1835 году переутомление Фарадея привело к первому приступу болезни, которая мешала ему работать до 1837 года.
Последние годы (1840-1867)
Несмотря на всемирную славу, Фарадей до конца жизни оставался скромным добросердечным человеком . Он отклонил предложение возвести его, как ранее Ньютона и Дэви, в рыцарское достоинство, дважды отказался стать президентом Королевского общества (в 1848 и 1858 годах) . Во время Крымской войны правительство Великобритании предложило ему участвовать в разработке химического оружия против русской армии, но Фарадей с возмущением отверг это предложение как аморальное . Фарадей вёл непритязательный образ жизни и часто отклонял выгодные предложения, если они мешали бы ему заниматься любимым делом.
В 1840 году Фарадей вновь тяжело заболел (резкий упадок сил, ухудшение и частичная потеря памяти) и смог вернуться к активной работе только 4 года спустя, на короткий срок. Существует версия, что болезнь стала следствием отравления парами ртути, часто использовавшейся в его опытах . Рекомендованное врачами путешествие по Европе (1841) помогло мало. Друзья стали хлопотать о назначении всемирно известному физику государственной пенсии. Премьер-министр Великобритании (Уильям Лэм, лорд Мельбурн) сначала отнёсся к этому неодобрительно, но под давлением общественного мнения вынужден был дать своё согласие. Биограф и друг Фарадея Джон Тиндаль подсчитал, что после 1839 года Фарадей жил в крайней нужде (менее 22 фунтов в год), а после 1845 года пенсия (300 фунтов в год ) стала его единственным источником дохода. Тиндаль с горечью добавляет: «Он умер бедняком, но имел честь поддерживать на почётном месте научную славу Англии в продолжение сорока лет» .
Это были последние его открытия. В конце года болезнь возобновилась. Но Фарадей сумел вызвать ещё одну общественную сенсацию. В 1853 году он, со всей обычной тщательностью, исследовал модное в те годы «столоверчение » и уверенно заявил, что стол движется не вызванными духами умерших, а бессознательными движениями пальцев участников. Этот результат вызвал лавину возмущённых писем оккультистов , но Фарадей ответил, что примет претензии только от самих духов .
Майкл Фарадей умер 25 августа 1867 года за письменным столом, немного не дожив до 76-летия. Похоронен на Хайгейтском кладбище , участок для лиц неангликанского вероисповедания.