(1791-1867) Engleski fizičar, tvorac opšte doktrine elektromagnetizma
Budući slavni engleski fizičar rođen je u septembru 1791. godine u Londonu u porodici kovača Jamesa Faradaya. Nedostatak sredstava spriječio ga je da dobije dobro obrazovanje. Michael Faraday je rekao da je njegovo obrazovanje "bilo vrlo obično" i da je uključivalo rudimentarne vještine čitanja, pisanja i aritmetike stečene u redovnoj dnevnoj školi. Od djetinjstva mu je usađena ljubav prema poslu, poštenje i ponos.
Kada je Michael imao 12 godina, postao je šegrt kod vlasnika knjižare i knjigovezačke radionice, Georgesa Riboa. Ovdje se najprije bavio dostavom knjiga i novina, a kasnije je postao majstor knjigoveza. Dok je radio u radionici, Faraday je mnogo i halapljivo čitao, pokušavajući nadoknaditi nedostatke svog obrazovanja. Posebno su ga fascinirali elektricitet i hemija. Majkl je organizovao kućnu hemijsku i fizičku laboratoriju i sam počeo da izvodi eksperimente opisane u knjigama.
On nije bio izuzetno dete. Živahan i društven, razlikovao se od ostalih dječaka svog uzrasta samo po malo većoj radoznalosti, nepovjerenju u riječi i upornosti svog samostalnog karaktera. Vlasnik prodavnice Ribot na sve je moguće načine podsticao Michaelovu strastvenu želju za samoobrazovanjem.
Gospodin Dane, član Kraljevskog društva u Londonu, često je dolazio u knjigoveznicu. Obraćajući pažnju na mladog knjigovezca koji nestrpljivo čita knjige i završava učenje posljednje izdanje ozbiljno naučni časopis, pozvao ga je da sluša seriju predavanja njegovog prijatelja, profesora hemije Sir Humphry Davyja. Michael je bio fasciniran ovim predavanjima i pažljivo je bilježio. Po Danovom savjetu, Faraday je u potpunosti kopirao bilješke, lijepo ih povezao i poslao Davyju, zajedno s pismom tražeći mogućnosti istraživanja.
Davy je u početku odbio Michaela zbog nedostatka upražnjenog mjesta, ali poseban slučaj pomogao Faradeju. Tokom jednog od eksperimenata u laboratoriji, Davyjeve oči su izgorjele od eksplozije boce, a on nije mogao ni pisati ni čitati. Tada je poznati naučnik pozvao Majkla da privremeno radi kao sekretar. Nešto kasnije, u martu 1813., 22-godišnji Faraday postao je Davyjev laboratorijski asistent na Kraljevskom institutu u Londonu. Kada Davyja budu pitali o njegovom najvažnijem dostignuću, on će odgovoriti da je njegovo najvažnije otkriće bilo Faradejevo.
U jesen iste godine, Michael je kao laboratorijski asistent i sobar otišao sa G. Davyjem i njegovom suprugom na jedno i po putovanje po Evropi. Ovo putovanje uvelike je doprinijelo formiranju njegovih naučnih pogleda. U Parizu, a zatim u Švicarskoj, Italiji i Njemačkoj, upoznao je mnoge istaknute predstavnike evropske nauke, uključujući Gay-Lussac-a i Voltu, i dobio odličnu obuku kao eksperimentator. Majkl je pomagao Davyju u njegovim eksperimentima tokom predavanja i učestvovao u razgovorima sa naučnicima. Faraday počinje tečno govoriti francuski i njemački, a kasnije se dopisuje s nekim naučnicima.
U ljeto 1815., vrativši se u Englesku, nastavio je raditi kao laboratorijski asistent u Kraljevskoj instituciji. Ali ovo je drugačiji Faraday, zreliji, moglo bi se reći, formirani naučnik. Kao samouk, od 1815. do 1822. bavio se uglavnom istraživanjima u hemiji. Michael brzo kreće putem samostalne kreativnosti, a Davyjev ponos često mora da pati od uspjeha učenika. Prvo djelo Michaela Faradaya pojavilo se u štampi 1816.
U avgustu 1820. saznaje za Oerstedovo otkriće i od tog trenutka njegove misli gutaju elektricitet i magnetizam. Započinje svoje čuveno eksperimentalno istraživanje i piše u svoj dnevnik: “Pretvorite magnetizam u elektricitet.” Slavnom naučniku je trebalo skoro 10 godina da reši ovaj problem.
U ljeto 1821. godine, kada su njegove kolege otišle na odmor, Faraday je uspio izvesti eksperiment sa rotacijom magneta oko provodnika sa strujom i provodnika sa strujom oko magneta, stvarajući tako laboratorijski model elektromotora. Godine 1825. imenovan je za direktora laboratorije Kraljevske institucije, zamijenivši G. Davyja na ovom mjestu. Godinu ranije ušao je u englesku naučnu elitu, postajući član Londonskog kraljevskog društva, a 1830. godine izabran je za člana Petrogradske akademije nauka. Godine 1827. Faraday je dobio zvanje profesora na Kraljevskoj instituciji, a od 1833. do 1860. bio je profesor na odsjeku za hemiju.
Njegovo naučni rad oduvijek se povezivalo s eksperimentiranjem. Sve svoje eksperimente, uključujući i neuspešne, veoma je pažljivo beležio u poseban dnevnik, čiji je poslednji paragraf bio označen brojem 16041. Faradej nije bio matematičar, a njegovi dnevnici nisu sadržali ni jednu formulu, jer je cenio fizičku suštinu, tj. mehanizam pojave, a ne matematički aparat. Tokom eksperimenata, Michael Faraday nije štedio sebe. Nije obraćao pažnju na prosutu živu korištenu u eksperimentima; Došlo je i do eksplozija uređaja pri radu sa tečnim gasovima. Sve ovo mu je ozbiljno skratilo život. U jednom od svojih pisama napisao je da je tokom eksperimenta došlo do eksplozije koja mu je povrijedila oči. Iz njih je izvađeno trideset komada stakla.
Dana 17. oktobra 1831. godine, Faradejev desetogodišnji naporan rad je nagrađen – otkriven je fenomen elektromagnetne indukcije. Da bi objasnio indukciju, on dalje uvodi koncept polja, koji je izuzetno važan za fiziku, i daje njegovu vizuelnu predstavu pomoću linija sile.
U novembru 1831. Michael Faraday počeo je objavljivati svoj dnevnik u obliku opsežnog djela " Eksperimentalne studije o električnoj energiji”, koja se sastoji od 30 serija od više od 3000 paragrafa. Ove serije odražavaju dvadeset četiri godine rada naučnika, njegov život, razmišljanja i poglede. Ovo djelo je veličanstven spomenik naučnog stvaralaštva Faraday. Posljednja, trideseta serija objavljena je 1855. godine.
Godine 1833. sproveo je niz studija o elektrohemiji i uspostavio zakone elektrolize, nazvane Faradejevi zakoni. On je u fiziku uveo pojmove kao što su katoda, anoda, ioni, elektroliza, elektrode, elektroliti.
Godine 1835. počeo je proučavati probleme elektrostatike. Godine 1837. Faraday je otkrio utjecaj dielektrika na električnu interakciju, odnosno polarizaciju dielektrika, i uveo koncept dielektrične konstante.
Vjeruje se da se kao posljedica trovanja živinom parom 1840. godine Faradejevo zdravlje naglo pogoršalo, te je bio prisiljen da prekine rad na četiri godine. Vraćajući se naučnoj aktivnosti, 1845. godine otkrio je fenomen dijamagnetizma i fenomen rotacije ravni polarizacije svjetlosti u tvari smještenoj u magnetskom polju. Ova otkrića navode ga na razmišljanje o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti. 1847. otkrio je fenomen paramagnetizma.
Faradejev naizgled monoton život upečatljiv je svojom kreativnom napetošću. Ukupno je od 1816. do 1860. objavio 220 radova. Više od 60 naučnih društava i akademija izabralo ga je za člana.
Michael Faraday se odlikovao dobrotom, skromnošću, dobrohotnošću, izuzetnom pristojnošću i poštenjem. „Faradej je bio prosečne visine, živahan, veseo, pokreti su mu bili brzi i sigurni; spretnost u umjetnosti eksperimentiranja je nevjerovatna. Tačno, uredno, sve o predanosti dužnosti... Živeo je u svojoj laboratoriji, među svojim instrumentima; odlazio je tamo ujutro i odlazio uveče sa preciznošću trgovca koji je dan provodio u svojoj kancelariji. Cijeli svoj život posvetio je postavljanju novih i novih eksperimenata, otkrivajući u većini slučajeva da je lakše natjerati prirodu da progovori nego da je razotkri.
Moralni tip koji se pojavio u liku Faradaya zaista je rijedak fenomen. Njegova živost i veselje podsjećaju na Irce; njegov refleksivni um, snaga njegove logike podsjećaju na škotske filozofe; njegova tvrdoglavost je podsjećala na Engleza koji je tvrdoglavo slijedio svoj cilj...”
Težak rad me je slomio mentalna snaga Faraday. I bio je primoran da napusti sve druge aktivnosti, potpuno se posvetivši nauci. Sve češće se žali na slabljenje pamćenja, na činjenicu da “zaboravlja koja slova da predstavljaju ovu ili onu riječ”. U ovom stanju troši duge godine, sužavajući opseg njihovih aktivnosti. Briljantan predavač, napušta institut u 70. godini.
Godine 1860. Faraday je praktično napustio naučnu aktivnost zbog bolesti i proveo ostatak života na imanju Hampton Court.
25. avgusta 1867. godine, u 75. godini, umro je Michael Faraday. Njegov pepeo počiva na groblju Highgate u Londonu.
Njegov život je bio pun dubokog unutrašnjeg sadržaja, njegovo ime je postalo oznaka jedinice za električni kapacitet i jedna od osnovnih fizičkih konstanti, njegova djela su besmrtna.
22. septembra 2011. obilježeno je 220 godina od rođenja Michaela Faradaya (1791–1867), engleskog eksperimentalnog fizičara koji je u nauku uveo koncept “polja” i postavio temelje konceptu fizičke stvarnosti električnih i magnetskih polja. . Danas je pojam polja poznat svakom srednjoškolcu. Osnovne informacije o električnim i magnetskim poljima i metode njihovog opisivanja pomoću linija sile, napetosti, potencijala itd. odavno su uključene u školske udžbenike fizike. U istim udžbenicima možete pročitati da je polje poseban oblik materija, fundamentalno različita od materije. Ali sa objašnjenjem u čemu se tačno sastoji ta "posebnost" nastaju ozbiljne poteškoće. Naravno, za to se ne mogu kriviti autori udžbenika. Uostalom, ako polje nije svodivo na neke druge, jednostavnije entitete, onda se nema šta objašnjavati. Vi samo trebate prihvatiti fizičku realnost polja kao eksperimentalno utvrđenu činjenicu i naučiti raditi sa jednadžbama koje opisuju ponašanje ovog objekta. Na primjer, Richard Feynman poziva na to u svojim predavanjima, napominjući da naučnici dugo vremena pokušao da objasni elektromagnetno polje koristeći različite mehaničke modele, ali je onda odustao od ove ideje i smatrao da samo sistem poznatih Maxwellovih jednačina koje opisuju polje ima fizičko značenje.
Znači li to da bismo trebali potpuno odustati od pokušaja da shvatimo šta je polje? Čini se da značajnu pomoć u odgovoru na ovo pitanje može pružiti poznavanje “Eksperimentalnih studija o elektricitetu” Michaela Faradaya - grandioznog trotomnog djela koje je briljantni eksperimentator stvarao više od 20 godina. Ovdje Faraday uvodi koncept polja i, korak po korak, razvija ideju fizičke stvarnosti ovog objekta. Važno je napomenuti da je Faradayeva “Eksperimentalna istraživanja” – jedna od najvećih knjiga u historiji fizike – napisana odličnim jezikom, ne sadrži ni jednu formulu i sasvim je dostupna školarcima.
Uvod na teren. Faraday, Thomson i Maxwell
Termin "polje" (tačnije: "magnetno polje", "polje magnetnih sila") uveo je Faraday 1845. godine tokom istraživanja fenomena dijamagnetizma (izraze "dijamagnetizam" i "paramagnetizam" također je uveo Faraday) - efekat slabog odbijanja magneta koji je naučnik otkrio niz supstanci. U početku, Faraday je polje smatrao čisto pomoćnim konceptom, u suštini koordinatnom mrežom formiranom magnetnim linijama sile i korištenom za opisivanje prirode kretanja tijela u blizini magneta. Tako su se komadići dijamagnetnih tvari, na primjer bizmuta, kretali iz područja kondenzacije linija polja u područja njihovog razrjeđivanja i nalazili su se okomito na smjer linija.
Nešto kasnije, 1851-1852, kada je matematički opisivao rezultate nekih od Faradayevih eksperimenata, engleski fizičar William Thomson (1824-1907) povremeno je koristio termin "polje". Što se tiče tvorca teorije elektromagnetno polje James Clerk Maxwell (1831–1879), tada se u njegovim djelima termin „polje“ također u početku praktično ne pojavljuje i koristi se samo za označavanje dijela prostora u kojem se može otkriti magnetne sile. Tek u djelu “Dinamička teorija elektromagnetnog polja” objavljenom 1864-1865, u kojem se prvi put pojavljuje sistem “Maxwellovih jednačina” i predviđa mogućnost postojanja elektromagnetnih talasa, koje se širi brzinom svjetlosti, o polju se govori kao o fizičkoj stvarnosti.
Ovo je kratka istorija uvođenja koncepta „polja“ u fiziku. Iz njega je jasno da se u početku ovaj koncept smatrao čisto pomoćnim, označavajući jednostavno onaj dio prostora (može biti neograničen) u kojem se mogu detektirati magnetske sile i prikazati njihova distribucija pomoću linija sile. (Izraz "električno polje" ušao je u upotrebu tek nakon Maxwellove teorije elektromagnetnog polja.)
Važno je naglasiti da ni linije sile koje su fizičari poznavali prije Faradaya, niti polje koje se od njih „sastoji“ nisu smatrane (i nisu se mogle smatrati!) od strane naučne zajednice 19. stoljeća kao fizička stvarnost. Pokušaji Faradaya da govori o materijalnosti linija sile (ili Maxwella - o materijalnosti polja) naučnici su doživjeli kao potpuno nenaučne. Čak je i Thomson, Maksvelov stari prijatelj, koji je i sam učinio mnogo na razvoju matematičkih osnova fizike polja (upravo Thomson, a ne Maksvel je bio taj koji je prvi pokazao mogućnost „prevođenja“ jezika Faradejevih linija polja u jezik diferencijalne jednadžbe u parcijalnim derivatima), nazvao je teoriju elektromagnetnog polja „matematičkim nihilizmom“ i dugo je odbijao da je prizna. Jasno je da je Thomson to mogao učiniti samo ako je imao vrlo ozbiljne razloge za to. I imao je takve razloge.
Polje sila i Newtonova sila
Razlog zašto Thomson nije mogao prihvatiti realnost linija sila i polja je jednostavan. Linije sile električnog i magnetskog polja definiraju se kao neprekidne linije povučene u prostoru tako da tangente na njih u svakoj tački ukazuju na smjer električnih i magnetskih sila koje djeluju u toj tački. Veličine i smjerovi ovih sila izračunavaju se korištenjem Coulombovih, Ampereovih i Biot-Savart-Laplaceovih zakona. Međutim, ovi zakoni zasnovani su na principu djelovanja dugog dometa, koji omogućava mogućnost trenutnog prijenosa djelovanja jednog tijela na drugo na bilo koju udaljenost i na taj način isključuje postojanje bilo kakvih materijalnih posrednika između međusobno povezanih naboja, magneta. i struje.
Treba napomenuti da su mnogi naučnici bili skeptični prema principu da tijela mogu nekako misteriozno djelovati tamo gdje ih nema. Čak je i Newton, koji je prvi upotrijebio ovaj princip u zaključivanju zakona univerzalne gravitacije, vjerovao da neka vrsta supstance može postojati između tijela u interakciji. Ali naučnik nije želio da gradi hipoteze o tome, radije je razvijao matematičke teorije zakoni zasnovani na čvrsto utvrđenim činjenicama. Njutnovi sljedbenici su učinili isto. Prema Maksvelu, oni su bukvalno "izbrisali iz fizike" sve vrste nevidljivih atmosfera i izlivanja kojima su zagovornici koncepta kratkog dometa okruživali magnete i naelektrisanja u 18. veku. Ipak, u fizici 19. veka interesovanje za naizgled zauvek zaboravljene ideje postepeno počinje da oživljava.
Jedan od najvažnijih preduslova ovog preporoda bili su problemi koji su se javljali prilikom pokušaja da se nove pojave – pre svega pojave elektromagnetizma – objasne na osnovu principa dalekometnog delovanja. Ova objašnjenja su postajala sve umjetnija. Tako je 1845. godine njemački fizičar Wilhelm Weber (1804–1890) generalizirao Coulombov zakon uvodeći u njega pojmove koji određuju ovisnost sile interakcije električnih naboja o njihovim relativnim brzinama i ubrzanjima. Fizičko značenje takva zavisnost je bila neshvatljiva, a Veberovi dodaci Coulombovom zakonu očito su bili u prirodi hipoteze uvedene kako bi se objasnili fenomeni elektromagnetne indukcije.
Sredinom 19. stoljeća, fizičari su sve više shvaćali da su u proučavanju fenomena elektriciteta i magnetizma počeli govoriti eksperiment i teorija. različitim jezicima. U principu, naučnici su bili spremni da se slože sa idejom o postojanju supstance koja prenosi interakciju između naboja i struja konačnom brzinom, ali nisu mogli da prihvate ideju o fizičkoj realnosti polja. . Prije svega, zbog unutrašnje kontradiktornosti ove ideje. Činjenica je da se u Newtonovu fiziku uvodi sila kao uzrok ubrzanja materijalne tačke. Njena veličina (sile) jednaka je, kao što je poznato, proizvodu mase ove tačke i ubrzanja. Dakle, sila fizička količina određena u trenutku iu trenutku njenog djelovanja. „Njutn nas sam podseća“, napisao je Maksvel, „da sila postoji samo dok deluje; njen učinak može postojati, ali sama sila kao takva je u suštini prolazan fenomen.”
Pokušavajući da polje posmatraju ne kao zgodnu ilustraciju prirode raspodele sila u prostoru, već kao fizički objekat, naučnici su došli u sukob sa prvobitnim shvatanjem sile na osnovu kojeg je ovaj objekat izgrađen. U svakoj tački polje je određeno veličinom i smjerom sile koja djeluje na ispitno tijelo (naboj, magnetni pol, zavojnica sa strujom). U suštini, polje se „sastoji“ samo od sila, ali se sila u svakoj tački izračunava na osnovu zakona po kojima o polju govorimo kao psihičko stanje ili je proces besmislen. Polje, posmatrano kao stvarnost, značilo bi stvarnost sila koje postoje izvan svake akcije, što je potpuno suprotno originalnoj definiciji sile. Maksvel je pisao da bi u slučajevima kada govorimo o „očuvanju sile” itd. bilo bolje koristiti termin „energija”. Ovo je svakako tačno, ali kolika je energija polja? Dok je Maxwell napisao gornje redove, već je znao da je gustina energije, na primjer, električno polje proporcionalna je kvadratu intenziteta ovog polja, odnosno, opet, sili raspoređenoj u prostoru.
Koncept trenutnog djelovanja na daljinu neraskidivo je povezan s Newtonovim razumijevanjem sile. Na kraju krajeva, ako jedno tijelo djeluje na drugo, udaljeno, ne trenutno (u suštini uništavajući udaljenost između njih), tada ćemo morati razmotriti silu koja se kreće u prostoru i odlučiti koji „dio“ sile uzrokuje uočeno ubrzanje, a koji značenje tada ima koncept "sila". Ili moramo pretpostaviti da se kretanje sile (ili polja) događa na neki poseban način koji se ne uklapa u okvire Newtonove mehanike.
Godine 1920. u članku “Eter i teorija relativnosti” Albert Ajnštajn (1879–1955) je napisao da, govoreći o elektromagnetnom polju kao stvarnosti, moramo pretpostaviti postojanje posebnog fizičkog objekta, koji u principu ne može biti zamišljeno kao da se sastoji od čestica, od kojih je ponašanje podložno proučavanju tokom vremena. Einstein je kasnije opisao stvaranje teorije elektromagnetnog polja kao najveću revoluciju u našim pogledima na strukturu fizičke stvarnosti od Newtona. Zahvaljujući ovoj revoluciji, fizika je, zajedno sa idejama o interakciji materijalnih tačaka, uključila ideje o poljima kao nesvodljivim entitetima na bilo šta drugo.
Ali kako je ova promjena pogleda na stvarnost bila moguća? Kako je fizika uspjela izaći izvan svojih granica i “vidjeti” nešto što za nju jednostavno prije nije postojalo kao stvarnost?
Isključivo važnu ulogu Faradejevi dugogodišnji eksperimenti sa linijama sile odigrali su ulogu u pripremi ove revolucije. Zahvaljujući Faradayu, ove linije, dobro poznate fizičarima, pretvorile su se od načina prikazivanja distribucije električnih i magnetskih sila u svemiru u svojevrsni „most“, po kojem se moglo prodrijeti u svijet koji je, kao npr. bile su, “iza sile”, u svijet u kojem su sile postale manifestacije polja svojstava. Jasno je da je takva transformacija zahtijevala vrlo posebnu vrstu talenta, talenat koji je posjedovao Michael Faraday.
Great Experimenter
Michael Faraday rođen je 22. septembra 1791. godine u porodici londonskog kovača, koji zbog nedostatka sredstava nije mogao svojoj djeci omogućiti školovanje. Michael - treće dijete u porodici - nije završio i osnovna škola a sa 12 godina bio je pripravnik u knjigovezačkoj radionici. Tamo je imao priliku da pročita mnoge knjige, uključujući i popularne nauke, popunjavajući praznine u svom obrazovanju. Faraday je ubrzo počeo pohađati javna predavanja koja su se redovno održavala u Londonu kako bi širili znanje među širom javnošću.
Godine 1812, jedan od članova Kraljevskog društva u Londonu, koji je redovno koristio usluge knjigoveznice, pozvao je Faradaja da sluša predavanja poznatog fizičara i hemičara Hamfrija Dejvija (1778–1829). Ovaj trenutak je postao prekretnica u Faradejevom životu. Mladić se konačno zainteresovao za nauku, a budući da se njegovo vrijeme u radionici završavalo, Faraday je riskirao da napiše Davyju o svojoj želji da se bavi istraživanjem, prilažući uz pismo pažljivo uvezane bilješke s predavanja od naučnika. Davy, koji je i sam bio sin siromašnog drvorezbara, ne samo da je odgovorio na Faradejevo pismo, već mu je ponudio i poziciju asistenta na Kraljevskom institutu u Londonu. Tako je počelo naučna djelatnost Faraday, koji se nastavio skoro do njegove smrti, koja se dogodila 25. avgusta 1867. godine.
Povijest fizike poznaje mnoge izvanredne eksperimentatore, ali, možda, samo je Faraday nazvan Eksperimentator s velikim slovom. I to nisu samo njegova kolosalna dostignuća, uključujući otkrića zakona elektrolize i fenomena elektromagnetne indukcije, proučavanja svojstava dielektrika i magneta i još mnogo toga. Često su važna otkrića dolazila manje-više slučajno. Isto se ne može reći za Faradaya. Njegovo istraživanje je uvijek bilo izrazito sistematično i svrsishodno. Tako je 1821. godine Faraday napisao u svom radnom dnevniku da počinje tragati za vezom između magnetizma i elektriciteta i optike. Prvu vezu otkrio je 10 godina kasnije (otkriće elektromagnetne indukcije), a drugu - 23 godine kasnije (otkriće rotacije ravnine polarizacije svjetlosti u magnetskom polju).
Faradejeve eksperimentalne studije o elektricitetu sadrže oko 3.500 pasusa, od kojih mnogi sadrže opise eksperimenata koje je izveo. I to je samo ono što je Faraday smatrao za shodno da objavi. U Faradayevim višetomnim Dnevnicima, koje je vodio od 1821. godine, opisano je oko 10 hiljada eksperimenata, a naučnik je mnoge od njih izveo bez ičije pomoći. Zanimljivo, kada je 1991 naučni svet proslavio 200. godišnjicu Faradejevog rođenja, engleski istoričari fizike odlučili su da ponove neke od njegovih najpoznatijih eksperimenata. Ali čak i jednostavno reproduciranje svakog od ovih eksperimenata zahtijevalo je tim modernih stručnjaka barem jedan dan rada.
Govoreći o Faradayevim zaslugama, možemo reći da je njegovo glavno dostignuće transformacija eksperimentalne fizike u nezavisno polje istraživanja, čiji rezultati često mogu biti mnogo godina ispred razvoja teorije. Faraday je krajnje neproduktivnom smatrao želju mnogih naučnika da što brže pređu sa podataka dobijenih u eksperimentima na njihovu teorijsku generalizaciju. Faradeju se činilo plodnijim da održava dugoročnu vezu sa fenomenima koji se proučavaju kako bi mogao detaljno analizirati sve njihove karakteristike, bez obzira na to da li te karakteristike odgovaraju prihvaćenim teorijama ili ne.
Faraday je proširio ovaj pristup na analizu eksperimentalnih podataka na dobro poznate eksperimente poravnanja željeznih strugotina duž linija magnetnog polja. Naravno, naučnik je vrlo dobro znao da se obrasci koji formiraju gvozdena strugotina lako mogu objasniti na osnovu principa dugog dometa. Međutim, Faraday je u to vjerovao u ovom slučaju eksperimentatori ne bi trebali polaziti od koncepata koje su izmislili teoretičari, već od pojava koje, po njegovom mišljenju, ukazuju na postojanje u prostoru koji okružuje magnete i struje određenih stanja koja su spremna za djelovanje. Drugim riječima, linije sile, prema Faradeyu, ukazuju na to da silu treba posmatrati ne samo kao akciju (na materijalnoj tački), već i kao sposobnost djelovanja.
Važno je naglasiti da, slijedeći svoju metodologiju, Faraday nije pokušavao iznijeti bilo kakvu hipotezu o prirodi ove sposobnosti djelovanja, radije je postupno akumulirao iskustvo radeći s linijama sile. Ovaj rad je započeo svojim proučavanjem fenomena elektromagnetne indukcije.
Odloženo otvaranje
U mnogim udžbenicima i priručnicima možete pročitati da je 29. avgusta 1831. godine Faraday otkrio fenomen elektromagnetne indukcije. Povjesničari nauke dobro su svjesni da su otkrića datiranja složena i često prilično zbunjujuća. Otkriće elektromagnetne indukcije nije izuzetak. Iz Faradejevih dnevnika se zna da je ovaj fenomen zapazio još 1822. godine tokom eksperimenata sa dva provodna kola postavljena na jezgro od mekog gvožđa. Prvi krug je bio spojen na izvor struje, a drugi na galvanometar, koji je bilježio pojavu kratkotrajnih struja kada se struja u prvom kolu uključi ili isključi. Kasnije se ispostavilo da su slične pojave posmatrali i drugi naučnici, ali su ih, kao u početku Faraday, smatrali eksperimentalnom greškom.
Činjenica je da su naučnici u potrazi za fenomenima stvaranja električne energije magnetizmom imali za cilj otkriti stabilne efekte, slične, na primjer, fenomenu magnetskog djelovanja struje koji je otkrio Oersted 1818. godine. Od ove opšte „sljepoće” Faradaya su spasile dvije okolnosti. Prvo, obratite pažnju na sve prirodne pojave. Faraday je u svojim člancima izvještavao i o uspješnim i o neuspješnim eksperimentima, vjerujući da je neuspješan eksperiment (koji nije otkrio željeni učinak), ali smislen eksperiment također sadržavao neke informacije o zakonima prirode. Drugo, nedugo prije otkrića, Faraday je mnogo eksperimentirao s kondenzatorskim pražnjenjima, što je nesumnjivo izoštrilo njegovu pažnju na kratkoročne efekte. Redovno pregledavajući svoje dnevnike (za Faradaya je to bila stalna komponenta istraživanja), naučnik je, očigledno, iznova pogledao eksperimente iz 1822. godine i, nakon što ih je reprodukovao, shvatio je da se ne bavi smetnjama, već fenomenom koji je tražio. Datum ovog ostvarenja bio je 29. avgust 1831. godine.
Zatim su započela intenzivna istraživanja tokom kojih je Faraday otkrio i opisao osnovne fenomene elektromagnetne indukcije, uključujući pojavu induciranih struja pri relativnom kretanju provodnika i magneta. Na osnovu ovih studija, Faraday je došao do zaključka da je odlučujući uslov za nastanak indukovanih struja upravo raskrsnica provodnik linija magnetske sile, a ne prelaz u područja većih ili manjih sila. U ovom slučaju, na primjer, pojavu struje u jednom provodniku kada je struja uključena u drugom, koji se nalazi u blizini, Faraday je također objasnio kao rezultat provodnika koji prelazi električne vodove: „čini se da se magnetske krive pomiču (tako reći ) preko inducirane žice, počevši od trenutka kada se počnu razvijati, pa do trenutka kada magnetska struja dosegne najveća vrijednost; izgleda da se šire na strane žice i stoga se nalaze u odnosu na nepokretnu žicu u istom položaju kao da se kreće u suprotnom smjeru preko njih.”
Obratimo pažnju na to koliko puta u gornjem odlomku Faraday koristi riječi "kao da", kao i na činjenicu da još nema uobičajenu kvantitativnu formulaciju zakona elektromagnetne indukcije: jačinu struje u provodnom kolu je proporcionalna brzini promjene broja magnetnih linija sile koje prolaze kroz ovo kolo. Formulacija bliska ovoj pojavljuje se kod Faradaya tek 1851. godine, a odnosi se samo na slučaj kretanja provodnika u statičkom magnetskom polju. Prema Faradeyu, ako se kondukter kreće u takvom polju sa konstantna brzina, tada je jačina električne struje koja u njemu nastaje proporcionalna ovoj brzini, a količina električne energije koja se pokreće proporcionalna je broju linija magnetskog polja koje prelazi provodnik.
Faradejev oprez u formulisanju zakona elektromagnetne indukcije je prvenstveno zbog činjenice da je mogao ispravno koristiti koncept linije sile samo u odnosu na statička polja. U slučaju varijabilnih polja, ovaj koncept je dobio metaforički karakter, a kontinuirane rečenice „kao da” kada se govori o pokretnim linijama sile pokazuju da je Faraday to savršeno razumio. Nije mogao a da ne uzme u obzir i kritike onih naučnika koji su mu ukazali da je linija sile, strogo govoreći, geometrijski objekat o čijem kretanju je jednostavno besmisleno govoriti. Osim toga, u eksperimentima imamo posla s nabijenim tijelima, provodnicima sa strujom itd., a ne sa apstrakcijama poput linija sile. Stoga je Faraday morao pokazati da se prilikom proučavanja barem nekih klasa fenomena ne može ograničiti na razmatranje vodiča koji nose struju i ne uzeti u obzir prostor koji ih okružuje. Dakle, u djelu posvećenom proučavanju fenomena samoindukcije, a da nikada ne spominje linije sile, Faraday gradi priču o svojim eksperimentima na takav način da čitatelj postepeno dolazi do zaključka da je pravi uzrok opažene pojave nisu provodnici koji nose struju, već nešto što se nalazi u prostoru koji ih okružuje.
Polje je kao predosjećaj. Istraživanje fenomena samoindukcije
Godine 1834. Faraday je objavio deveti dio svojih Eksperimentalnih istraživanja, koji je nosio naslov “O induktivnom utjecaju električne struje na samu sebe i na induktivno djelovanje struja uopće”. U ovom radu Faraday je ispitao fenomene samoindukcije, koje je 1832. otkrio američki fizičar Joseph Henry (1797–1878), i pokazao da one predstavljaju poseban slučaj pojava elektromagnetne indukcije koje je on prethodno proučavao.
Faraday započinje svoj rad opisom niza fenomena koji se sastoje u činjenici da kada se otvori električni krug koji sadrži duge provodnike ili namotaj elektromagneta, na mjestu gdje je kontakt prekinut pojavljuje se iskra ili se osjeti električni udar ako se kontakt se odvaja rukom. U isto vrijeme, Faraday ističe, ako je provodnik kratak, onda nikakva lukavstva ne može proizvesti iskru ili električni udar. Tako je postalo jasno da pojava iskre (ili udara) ne ovisi toliko o jačini struje koja teče kroz vodič prije nego što je kontakt prekinut, koliko o dužini i konfiguraciji ovog vodiča. Stoga Faraday prije svega nastoji pokazati da, iako je početni uzrok iskre struja (ako uopće nije bilo struje u kolu, onda, naravno, neće biti iskre), snaga struje nije odlučujući. Da bi to učinio, Faraday opisuje niz eksperimenata u kojima se prvo povećava dužina provodnika, što rezultira jačom iskrom unatoč slabljenju struje u kolu zbog povećanog otpora. Ovaj provodnik se zatim uvrne tako da struja teče samo kroz njegov mali dio. Struja se naglo povećava, ali iskra nestaje kada se krug otvori. Dakle, ni sam provodnik ni snaga struje u njemu ne mogu se smatrati uzrokom iskre, čija veličina, kako se ispostavilo, ne ovisi samo o dužini vodiča, već i o njegovoj konfiguraciji. Dakle, kada se provodnik umota u spiralu, kao i kada se gvozdeno jezgro uvede u ovu spiralu, povećava se i veličina iskre.
U nastavku proučavanja ovih pojava, Faraday je spojio pomoćni kratki provodnik paralelno s mjestom gdje je kontakt otvoren, čiji je otpor bio znatno veći od otpora glavnog provodnika, ali manji od otpora iskrišta ili tijela. osobe koja otvara kontakt. Kao rezultat toga, iskra je nestala kada je kontakt otvoren, a u pomoćnom vodiču je nastala jaka kratkotrajna struja (Faraday to naziva dodatnom strujom), čiji se smjer pokazao suprotnim smjeru struje koja je bi kroz njega tekao iz izvora. „Ovi eksperimenti“, piše Faraday, „utvrđuju značajnu razliku između primarne ili uzbudljive struje i dodatne struje u odnosu na količinu, intenzitet i čak smjer; doveli su me do zaključka da je ekstrastruja identična indukovanoj struji koju sam ranije opisao.”
Nakon što je iznio ideju o povezanosti fenomena koji se proučavaju i fenomena elektromagnetne indukcije, Faraday je potom izveo niz genijalnih eksperimenata koji su potvrdili ovu ideju. U jednom od ovih eksperimenata, pored spirale spojene na izvor struje, postavljena je još jedna otvorena spirala. Kada se isključi iz izvora struje, prva spirala je dala jaku iskru. Međutim, ako su krajevi druge spirale bili zatvoreni, iskra je praktički nestala, a u drugoj spirali je nastala kratkotrajna struja čiji se smjer poklapao sa smjerom struje u prvoj spirali ako se krug otvori, i bio je nasuprot njemu ako je strujni krug bio zatvoren.
Uspostavivši vezu između dvije klase fenomena, Faraday je mogao lako objasniti ranije izvedene eksperimente, naime, intenziviranje iskre kada se provodnik produži, savije u spiralu, u njega unese željezno jezgro itd. : „Ako posmatrate induktivni efekat žice dugačke jednu stopu na lociranoj u blizini žice koja je takođe jedna stopa, onda se ispostavi da je veoma slaba; ali ako se ista struja propušta kroz žicu dugačku pedeset stopa, ona će indukovati u sljedećih pedeset stopa žice, u trenutku uspostavljanja ili prekida kontakta, mnogo jaču struju, kao da je svaki dodatni metar žice nešto doprinio ukupni efekat; Analogno, zaključujemo da se isti fenomen mora dogoditi i kada spojni provodnik istovremeno služi kao provodnik u kojem se formira indukovana struja.” Stoga, zaključuje Faraday, povećanjem dužine provodnika, umotavanjem u spiralu i uvođenjem jezgra u njega jača iskra. Djelovanje demagnetizirajućeg jezgra dodaje se djelovanju jednog zavoja spirale na drugi. Štaviše, ukupnost takvih radnji može nadoknaditi jedna drugu. Na primjer, ako dugu izoliranu žicu presavijete na pola, tada će zbog suprotnih induktivnih djelovanja njenih dviju polovica iskra nestati, iako u ispravljenom stanju ova žica daje jaku iskru. Zamjena željeznog jezgra čeličnom, koja se vrlo sporo demagnetizira, također je dovela do značajnog slabljenja iskre.
Dakle, vodeći čitaoca kroz detaljne opise izvedenih skupova eksperimenata, Faraday je, ne rekavši ni riječi o polju, u njemu, čitatelju, formirao ideju da odlučujuća uloga u fenomenima koji se proučavaju ne pripada provodnicima sa strujnim , već na neku vrstu sile koju su oni stvorili u okolnom prostoru zatim na stanje magnetizacije, tačnije, na brzinu promjene ovog stanja. Međutim, ostalo je otvoreno pitanje da li ovo stanje zaista postoji i može li biti predmet eksperimentalnog istraživanja.
Problem fizičke realnosti linija sila
Faraday je uspio napraviti značajan korak u dokazivanju realnosti polja polja 1851. godine, kada je došao na ideju da generalizira koncept linije polja. „Magnetska linija sile“, napisao je Faraday, „može se definirati kao linija koju opisuje mala magnetna igla kada se pomjeri u jednom ili drugom smjeru u smjeru svoje dužine, tako da igla ostaje tangentna na kretanje svih vrijeme; ili, drugim riječima, ovo je linija duž koje se poprečna žica može pomicati u bilo kojem smjeru i u potonjem se neće pojaviti tendencija stvaranja struje, dok pri pomicanju u bilo kojem drugom smjeru takva tendencija postoji.”
Liniju sile je tako definirao Faraday na osnovu dva različita zakona (i razumijevanja) djelovanja magnetne sile: njenog mehaničkog djelovanja na magnetsku iglu i njene sposobnosti (u skladu sa zakonom elektromagnetne indukcije) da stvara električnu energiju. sila. Činilo se da je ova dvostruka definicija linije sile „materijalizirala“, dajući joj značenje posebnih, eksperimentalno uočljivih pravaca u prostoru. Stoga je Faraday takve linije sile nazvao "fizičkim", vjerujući da sada može definitivno dokazati njihovu stvarnost. Provodnik u takvoj dvostrukoj definiciji mogao bi se zamisliti kao zatvoren i klizi duž linija sile tako da, dok se stalno deformiše, ne siječe linije. Ovaj provodnik bi istakao određeni uslovni "broj" linija koje su sačuvane kada su "kondenzirane" ili "razređene". Takvo klizanje provodnika u polju magnetskih sila bez pojave električne struje u njemu moglo bi se smatrati eksperimentalnim dokazom očuvanja broja linija sile dok se „šire“, na primjer, od pola magnet, i, samim tim, kao dokaz realnosti ovih linija.
Naravno, gotovo je nemoguće pomjeriti pravi provodnik tako da ne pređe dalekovode. Stoga je Faraday drugačije opravdao hipotezu o očuvanju njihovog broja. Neka je magnet sa polom N i provodnikom a b c d raspoređeni tako da se mogu rotirati jedan u odnosu na drugog oko ose ad(Sl. 1; crtež koji je napravio autor članka na osnovu Faradejevih crteža). U ovom slučaju, dio provodnika ad prolazi kroz rupu u magnetu i ima slobodan kontakt u tački d. Labav kontakt uspostavljen i na mjestu c, dakle zaplet bc može rotirati oko magneta bez prekida električnog kola spojenog na tačkama a I b(također kroz klizne kontakte) na galvanometar. Dirigent bc pri punoj rotaciji oko ose ad siječe sve linije sile koje izlaze iz pola magneta N. Neka sada provodnik rotira konstantnom brzinom. Zatim, upoređujući očitanja galvanometra na razne pozicije rotirajući provodnik, na primjer u položaju a b c d I trudna a b c d, kada provodnik još jednom pređe sve linije sile u punom zavoju, ali na mjestima gdje su one razrijeđenije, može se ustanoviti da su očitanja galvanometra ista. Prema Faradeyu, to ukazuje na očuvanje određenog uslovnog broja linija sile koje mogu karakterizirati sjeverni pol magneta (što je veća ova "kvantiteta", to je magnet jači).
Rotirajući u svojoj instalaciji (slika 2; Faradejev crtež) ne provodnik, već magnet, Faraday dolazi do zaključka da je broj linija sile u unutrašnjem području magneta očuvan. Štaviše, njegovo razmišljanje je zasnovano na pretpostavci da linije sile nisu ponesene rotirajućim magnetom. Ove linije ostaju "na mjestu" i magnet se rotira među njima. U ovom slučaju, struja je iste veličine kao kada se vanjski provodnik rotira. Faraday objašnjava ovaj rezultat govoreći da iako vanjski dio provodnika ne siječe linije, njegov unutrašnji dio ( CD), rotirajući sa magnetom, siječe sve linije koje prolaze unutar magneta. Ako je vanjski dio vodiča fiksiran i rotiran zajedno s magnetom, tada ne nastaje struja. Ovo se takođe može objasniti. Zaista, unutrašnji i vanjski dio provodnika prelaze isti broj linija sile usmjerenih u istom smjeru, tako da se struje inducirane u oba dijela provodnika međusobno poništavaju.
Iz eksperimenata je proizašlo da unutar magneta linije sile ne idu od sjevernog pola prema južnom, već naprotiv, formirajući zatvorene krivulje sa vanjskim linijama sile, što je omogućilo Faradayu da formuliše zakon održanja broj magnetnih linija sile u vanjskim i unutrašnjim prostorima trajnog magneta: „Sa ovom zadivljujućom raspodjelom sila, koju otkriva pokretni provodnik, magnet je potpuno poput elektromagnetne zavojnice, i po tome što linije sile teku u u obliku zatvorenih krugova, te u jednakosti njihovog zbroja iznutra i izvana.” Tako je koncept "broja dalekovoda" dobio pravo državljanstva, zbog čega je formulacija zakona proporcionalnosti elektromotorne sile indukcije prema broju vodova koje provodnik prelazi u jedinici vremena dobila fizičko značenje.
Međutim, Faraday je priznao da njegovi rezultati nisu uvjerljivi dokaz realnosti linija polja. Za takav dokaz, napisao je, potrebno je "uspostaviti odnos linija sile prema vremenu", odnosno pokazati da se te linije mogu kretati u prostoru konačnom brzinom i da ih, prema tome, mogu otkriti neki fizičke metode.
Važno je naglasiti da za Faradaya problem “fizičkih linija sile” nije imao ništa zajedničko sa pokušajima da se direktno detektuju obične linije sile. Od otkrića elektromagnetne indukcije, Faraday je vjerovao da su i obične linije sile i zakoni elektromagnetizma manifestacije nekih posebnih svojstava materije, posebno stanje, koji je naučnik nazvao elektrotoničkim. Istovremeno se postavlja pitanje o suštini ovog stanja i njegovoj povezanosti sa poznatim oblicima Faraday je vjerovao da je stvar otvorena: „Šta je ovo stanje i od čega zavisi, ne možemo sada reći. Možda je to uvjetovano eterom, poput svjetlosnog zraka... Možda je to stanje napetosti, ili stanje vibracije, ili neko drugo stanje analogno električnoj struji, sa kojim su magnetske sile tako blisko povezane. Da li je prisustvo materije neophodno za održavanje ovog stanja zavisi od toga šta se podrazumeva pod rečju "materija". Ako je koncept materije ograničen na teške ili gravitirajuće supstance, tada je prisustvo materije jednako malo značajno za fizičke linije magnetske sile kao i za zrake svetlosti i toplote. Ali ako, priznajući eter, prihvatimo da je to neka vrsta materije, tada linije sile mogu ovisiti o bilo kojem njegovom djelovanju.”
Tolika pažnja koju je Faraday posvetio linijama sile bila je prvenstveno posljedica činjenice da je u njima vidio most koji vodi do nekih potpuno novi svijet. Međutim, čak i tako briljantnom eksperimentatoru kao što je Faraday bilo je teško preći ovaj most. Zapravo, ovaj problem uopće nije omogućio čisto eksperimentalno rješenje. Međutim, moglo bi se pokušati matematički prodrijeti u prostor između linija sile. To je upravo ono što je Maxwell učinio. Njegove poznate jednadžbe postale su oruđe koje je omogućilo da se prodre u nepostojeće praznine između Faradejevih linija polja i, kao rezultat, otkrije novu fizičku stvarnost tamo. Ali ovo je druga priča - priča o Velikom teoretičaru.
Ovo se odnosi na knjigu R. Feynmana, R. Leightona i M. Sandsa “Feynman Lectures on Physics” (M.: Mir, 1967) ( Bilješka ed.)
U ruskom prevodu, prvi tom ove knjige objavljen je 1947, drugi 1951, a treći 1959 u seriji „Klasici nauke“ (M.: Izdavačka kuća Akademije nauka SSSR). ( Bilješka ed.)
Godine 1892. William Thomson je dobio titulu plemstva "Lord Kelvin" za svoj temeljni rad u različitim oblastima fizike, posebno polaganje transatlantskog kabla koji povezuje Englesku i Sjedinjene Države.
ime: Michael Faraday
Dob: 75 godina
Aktivnost: eksperimentalni fizičar, hemičar
Porodični status: bio oženjen
Michael Faraday: biografija
"Sve dok ljudi uživaju u prednostima električne energije, uvijek će se sa zahvalnošću sjećati imena Faraday", rekao je Hermann Helmholtz.
Michael Faraday - engleski eksperimentalni fizičar, hemičar, tvorac doktrine elektromagnetnog polja. Otkrio je elektromagnetnu indukciju koja je osnova industrijska proizvodnja električne energije i primjene u savremenim uslovima.
Djetinjstvo i mladost
Michael Faraday rođen je 22. septembra 1791. godine u Newington Buttes, blizu Londona. Otac - James Faraday (1761-1810), kovač. Majka - Margareta (1764-1838). Pored Majkla, u porodici su bili i brat Robert i sestre Elizabet i Margaret. Živjeli su siromašno, pa Michael nije završio školu i sa 13 godina je otišao da radi u knjižari kao dostavljač.
Nisam uspio da završim svoje obrazovanje. Žeđ za znanjem zadovoljavala se čitanjem knjiga o fizici i hemiji - u knjižari ih je bilo na pretek. Mladić je savladao svoje prve eksperimente. Izgradio je izvor struje - "Leyden teglu". Michaelov otac i brat ohrabrili su ga da eksperimentiše.
Godine 1810. 19-godišnji dječak postao je član filozofskog kluba, gdje su držana predavanja o fizici i astronomiji. Michael je učestvovao u naučnoj kontroverzi. Daroviti mladić privukao je pažnju naučne zajednice. Kupac knjižare William Dens dao je Michaelu poklon - ulaznicu za niz predavanja o hemiji i fizici Humphryja Davyja (osnivača elektrohemije, otkrivača hemijski elementi Kalijum, kalcijum, natrijum, barijum, bor).
Budući naučnik, nakon što je prepisao predavanja Hamfrija Dejvija, povezao ga je i poslao profesoru, uz pismo u kojem ga je molio da nađe posao u Kraljevskoj instituciji. Davy je učestvovao u sudbini mladića, a nakon nekog vremena 22-godišnji Faraday je dobio posao laboratorijskog asistenta u hemijskoj laboratoriji.
Nauka
Dok je obavljao dužnost laboratorijskog asistenta, Faraday nije propustio priliku da sluša predavanja u čijoj pripremi je učestvovao. Takođe, uz blagoslov profesora Davyja, mladić je izveo svoje hemijske eksperimente. Njegova savjesnost i vještina u obavljanju posla kao laboratorijskog asistenta učinili su ga Davyjevim stalnim asistentom.
Godine 1813. Davy je poveo Faradaya kao svog sekretara na dvogodišnje putovanje po Evropi. Tokom putovanja, mladi naučnik je upoznao svetske svetske nauke: Andre-Mari Amper, Joseph Louis Gay-Lussac, Alessandro Volta.
Po povratku u London 1815. godine, Faraday je dobio mjesto asistenta. Istovremeno je nastavio ono što je volio - provodio je vlastite eksperimente. Tokom svog života, Faraday je izveo 30.000 eksperimenata. U naučnim krugovima, zbog svog pedantnosti i marljivog rada, dobio je titulu „kralja eksperimentatora“. Opis svakog iskustva pažljivo je zabilježen u dnevnicima. Kasnije, 1931. godine, ovi dnevnici su objavljeni.
Faradejevo prvo štampano izdanje objavljeno je 1816. Do 1819. objavljeno je 40 radova. Radovi su posvećeni hemiji. Godine 1820, iz serije eksperimenata sa legurama, mladi naučnik je otkrio da legirani čelik s dodatkom nikla ne oksidira. Ali rezultati eksperimenata ostali su neprimijećeni od strane metalurga. Otkriće nerđajućeg čelika patentirano je mnogo kasnije.
Godine 1820. Faraday je postao tehnički nadzornik Kraljevske institucije. Do 1821. prešao je s hemije na fiziku. Faraday je djelovao kao etablirani naučnik, udebljao se naučnoj zajednici. Objavljen je članak o principu rada elektromotora koji je označio početak industrijske elektrotehnike.
Elektromagnetno polje
Godine 1820. Faraday se zainteresirao za eksperimente o interakciji elektriciteta i magnetnih polja. Do tada su otkriveni koncepti „izvor jednosmjerne struje“ (A. Volt), „elektroliza“, „električni luk“, „elektromagnet“. U tom periodu razvijaju se elektrostatika i elektrodinamika, a objavljeni su i eksperimenti Biota, Savarta i Laplacea o radu sa elektricitetom i magnetizmom. A. Amperov rad o elektromagnetizmu je objavljen.
Godine 1821. objavljeno je Faradejevo djelo “O nekim novim elektromagnetskim kretanjima i teoriji magnetizma”. U njemu je naučnik predstavio eksperimente sa magnetnom iglom koja se okreće oko jednog pola, odnosno izvršio je transformaciju električna energija na mehaničku. U stvari, on je predstavio prvi na svijetu, iako primitivan, električni motor.
Radost otkrića pokvarila je žalba Williama Wollastona (otkrio paladij, rodij, dizajnirao refraktometar i goniometar). U žalbi profesoru Davyju, naučnik je optužio Faradaya da je ukrao ideju rotirajuće magnetne igle. Priča je poprimila skandalozan karakter. Davy je prihvatio Wollastonovu poziciju. Samo je lični sastanak između dva naučnika i Faradeja koji je objasnio svoj stav mogao da reši sukob. Wollaston je odustao od tužbe. Veza između Davyja i Faradaya izgubila je nekadašnje povjerenje. Iako je prvi gore zadnji dani Nije se umorio od ponavljanja da je Faraday glavno otkriće koje je napravio.
U januaru 1824. Faraday je izabran za člana Kraljevskog društva u Londonu. Profesor Davy je glasao protiv.
Godine 1823. postao je dopisni član Pariške akademije nauka.
Godine 1825., Michael Faraday je preuzeo Davyjevo mjesto kao direktor Laboratorije za fiziku i hemiju Kraljevske institucije.
Nakon otkrića 1821. naučnik nije objavljivao radove deset godina. Godine 1831. postao je profesor Woolwicha ( vojnoj akademiji), 1833. godine - profesor hemije na Kraljevskoj instituciji. Vodio je naučne debate i držao predavanja na naučnim skupovima.
Davne 1820. godine Faraday se zainteresirao za eksperiment Hansa Oersteda: kretanje duž strujnog kola uzrokovalo je kretanje magnetske igle. Električna struja izazvala je pojavu magnetizma. Faraday je sugerirao da bi, shodno tome, magnetizam mogao biti uzrok električne struje. Prvi spomen teorije pojavio se u dnevniku naučnika 1822. Bilo je potrebno deset godina eksperimenata da se otkrije misterija elektromagnetne indukcije.
Pobjeda je došla 29. avgusta 1831. godine. Uređaj koji je omogućio Faradayu da napravi svoje genijalno otkriće sastojao se od gvozdenog prstena i mnogo zavoja bakarne žice namotane oko njegove dve polovine. U krugu jedne polovine prstena, zatvorenog žicom, nalazila se magnetna igla. Drugi namotaj je spojen na bateriju. Kada se struja uključi, magnetna igla oscilira u jednom smjeru, a kada se isključi, u drugom. Faraday je zaključio da je magnet sposoban pretvoriti magnetizam u električnu energiju.
Fenomen "pojave električne struje u zatvorenom kolu kada se mijenja magnetni tok koji prolazi kroz njega" nazvan je elektromagnetna indukcija. Otkriće elektromagnetne indukcije otvorilo je put za stvaranje izvora struje - električnog generatora.
Ovo otkriće označilo je početak nove plodne runde naučnikovih eksperimenata, koji su svijetu dali "Eksperimentalno istraživanje elektriciteta". Faraday je eksperimentalno dokazao ujednačenu prirodu proizvodnje električne energije, neovisno o metodi kojom se električna struja stvara.
Godine 1832. fizičar je nagrađen Copley medaljom.
Faraday je postao autor prvog transformatora. On posjeduje koncept “dielektrične konstante”. Godine 1836. nizom eksperimenata dokazao je da naboj struje djeluje samo na omotač provodnika, ostavljajući objekte unutar njega netaknutim. U primijenjenoj nauci uređaj napravljen na principu ovog fenomena naziva se “Faradayev kavez”.
Otkrića i radovi
Otkrića Michaela Faradaya ne odnose se samo na fiziku. 1824. otkrio je benzol i izobutilen. Naučnik je zaključio tečni oblik hlor, sumporovodik, ugljični dioksid, amonijak, etilen, dušikov dioksid, dobijen sintezom heksahlorana.
Godine 1835. Faraday je bio primoran da uzme dvogodišnju pauzu na poslu zbog bolesti. Pretpostavlja se da je uzrok bolesti kontakt naučnika tokom eksperimenata sa živinim parama. Nakon što je radio kratko vrijeme nakon oporavka, 1840. godine profesor se ponovo osjećao loše. Mučili su me slabost i privremeni gubitak pamćenja. Period oporavka je trajao 4 godine. 1841. godine, na insistiranje ljekara, naučnik je otišao na put u Evropu.
Porodica je živjela gotovo u siromaštvu. Prema Faradejevom biografu Džonu Tindalu, naučnik je primao penziju od 22 funte godišnje. Godine 1841., premijer William Lamb, lord Melburn, pod pritiskom javnosti, potpisao je dekret kojim se Faradeju dodeljuje državna penzija od 300 funti godišnje.
Godine 1845., veliki naučnik uspeo je da privuče pažnju svetske zajednice još nekim otkrićima: otkrićem promene ravni polarizovane svetlosti u magnetnom polju („Faradejev efekat“) i dijamagnetizmom (magnetizacija supstance na vanjsko magnetsko polje koje djeluje na njega).
Vlada Engleske je više puta tražila od Michaela Faradaya pomoć u rješavanju problema vezanih za tehnička pitanja. Naučnik je razvio program za opremanje svjetionika, metode za borbu protiv korozije broda i djelovao je kao forenzički stručnjak. Budući da je po prirodi dobrodušna i miroljubiva osoba, odlučno je odbio da učestvuje u stvaranju hemijskog oružja za rat sa Rusijom. Krimski rat.
Godine 1848. dala je Faradeyu kuću na lijevoj obali Temze, Hampton Court. Britanska kraljica je plaćala troškove i poreze za domaćinstvo. Naučnik i njegova porodica su se uselili u nju, napuštajući posao 1858.
Lični život
Michael Faraday je bio oženjen Sarom Barnard (1800-1879). Sarah je sestra Faradejevog prijatelja. Dvadesetogodišnja devojka nije odmah prihvatila ponudu za brak - mladi naučnik je morao da brine. Tiho vjenčanje održano je 12. juna 1821. godine. Mnogo godina kasnije Faraday je napisao:
“Udala sam se – događaj koji je, više od bilo kojeg drugog, doprinio mojoj sreći na zemlji i zdravom stanju duha.”
Faradejeva porodica, kao i porodica njegove supruge, članovi su Sandemanske protestantske zajednice. Faraday je obavljao posao đakona londonske zajednice i više puta je biran za starješinu.
Smrt
Michael Faraday je bio bolestan. U kratkim trenucima, kada je bolest popustila, radio je. Godine 1862. iznio je hipotezu o kretanju spektralnih linija u magnetskom polju. Peter Zeeman je uspio potvrditi teoriju 1897. godine, za što je 1902. godine dobio “ nobelova nagrada" Zeeman je imenovao Faradaya kao autora ideje.
Majkl Faradej umro je za svojim stolom 25. avgusta 1867. godine u 75. godini. Sahranjen je pored svoje supruge na groblju Highgate u Londonu. Pre smrti, naučnik je tražio skromnu sahranu, pa su došli samo rođaci. Na nadgrobnom spomeniku je uklesano ime naučnika i godine njegovog života.
- U svom radu, fizičar nije zaboravio na djecu. Predavanja za djecu “Istorija jedne svijeće” (1961.) objavljuju se do danas.
- Faradejev portret se pojavljuje na britanskoj novčanici od 20 funti izdanoj 1991-1999.
- Kružile su glasine da Davy nije odgovorio na Faradejev zahtjev za poslom. Jednog dana, nakon što je tokom hemijskog eksperimenta privremeno izgubio vid, profesor se sjetio upornog mladića. Nakon što je radio kao tajnik naučnika, mladić je toliko impresionirao Davyja svojom erudicijom da je Michaelu ponudio posao u laboratoriji.
- Nakon povratka sa evropske turneje sa Davyjevom porodicom, Faraday je radio kao perač posuđa dok je čekao asistenta u Kraljevskoj instituciji.
Faraday Michael (1791-1867), engleski fizičar, osnivač doktrine elektromagnetnog polja.
Rođen 22. septembra 1791. godine u Londonu u porodici kovača. Rano je počeo da radi u knjigovezačkoj radnji, gde se zainteresovao za čitanje. Michael je bio šokiran člancima o elektricitetu u Enciklopediji Britannica: “Razgovori o hemiji” Madame Marcais i “Pisma o raznim fizičkim i filozofskim pitanjima” L. Eulera. Odmah je pokušao da ponovi eksperimente opisane u knjigama.
Talentovani mladić je privukao pažnju i pozvan je da sluša predavanja na Kraljevskom institutu Velike Britanije. Nakon nekog vremena, Faraday je tamo počeo raditi kao laboratorijski asistent.
Od 1820. vrijedno je radio na ideji kombiniranja elektriciteta i magnetizma. Kasnije je ovo postalo životno delo naučnika. Faraday je 1821. godine prvi zarotirao magnet oko provodnika sa strujom i provodnik sa strujom oko magneta, odnosno stvorio je laboratorijski model elektromotora.
Godine 1824. izabran je za člana Kraljevskog društva u Londonu. Godine 1831. naučnik je otkrio postojanje elektromagnetne indukcije, a u narednim godinama ustanovio je zakone ovog fenomena. Također je otkrio ekstrastruje prilikom zatvaranja i otvaranja električnog kola i odredio njihov smjer.
Na osnovu eksperimentalnog materijala dokazao je identitet “životinjske” i “magnetne” termoelektrike, elektriciteta od trenja i galvanskog elektriciteta. Propuštajući struju kroz rastvore alkalija, soli i kiselina, formulisao je zakone elektrolize (Faradayevi zakoni) 1833. godine. Uveo pojmove “katoda”, “anoda”, “jon”, “elektroliza”, “elektroda”, “elektrolit”. Konstruisao voltmetar.
Godine 1843. Faraday je eksperimentalno dokazao ideju o očuvanju električnog naboja i približio se otkriću zakona o očuvanju i transformaciji energije, izražavajući ideju o jedinstvu prirodnih sila i njihovom međusobnom transformacija.
Tvorac učenja o elektromagnetnom polju, naučnik je izrazio ideju o elektromagnetnoj prirodi svetlosti (memoari „Misli o oscilacijama zraka“, 1846).
1854. otkrio je fenomen dijamagnetizma, a tri godine kasnije - paramagnetizma. Položio početak magnetooptike. Uveo koncept elektromagnetnog polja. Ova ideja je, prema A. Einsteinu, bila najviše važno otkriće od vremena I. Newtona.
Faraday je živio skromno i tiho, preferirajući eksperimente od svega ostalog.
Umro je 25. avgusta 1867. u Londonu. Pepeo počiva na londonskom groblju Highgate. Ideje naučnika još uvijek čekaju novog genija
Biografija
ranim godinama
Michael je rođen 22. septembra 1791. godine u Newton Buttsu (danas Veliki London). Njegov otac je bio siromašni kovač iz predgrađa Londona. Njegov stariji brat Robert također je bio kovač, koji je na sve moguće načine podsticao Michaelovu žeđ za znanjem i isprva ga finansijski podržavao. Faradejeva majka, vrijedna i neobrazovana žena, doživjela je uspjeh i priznanje svog sina i s pravom se ponosila njime. Skromni prihodi porodice nisu dozvolili Michaelu da završi ni srednju školu sa trinaest godina počeo je da radi kao dobavljač knjiga i novina, a onda je sa 14 godina otišao da radi u knjižari, gdje je učio knjigoveznice; . Sedam godina rada u radionici u ulici Blandford postali su za mladića godine intenzivnog samoobrazovanja. Sve ovo vrijeme Faraday je vredno radio - entuzijastično je čitao sve priče koje je ispreplitao naučni radovi fizike i hemije, kao i članke iz Enciklopedije Britanika, ponovio je u svojoj kućnoj laboratoriji eksperimente opisane u knjigama o domaćim elektrostatičkim uređajima. Važna faza u Faradejevom životu bila je njegova studija u Gradskom filozofskom društvu, gde je Majkl uveče slušao popularna naučna predavanja o fizici i astronomiji i učestvovao u debatama. Dobio je novac (šiling za svako predavanje) od svog brata. Na predavanjima je Faraday stekao nova poznanstva, kojima je pisao mnoga pisma kako bi razvio jasan i koncizan stil izlaganja; pokušao je da savlada i tehnike govorništva.
Početak rada u Kraljevskoj instituciji
Faraday drži javno predavanje
Obrativši pažnju na mladićevu žudnju za naukom, 1812. godine jedan od posetilaca knjigovezačke radionice, član londonskog Kraljevskog društva Denault, poklonio mu je ulaznicu za seriju javnih predavanja poznatog fizičara i hemičara, pronalazača. mnogih hemijskih elemenata, G. Davy u Kraljevskoj instituciji. Majkl ne samo da je sa zanimanjem slušao, već je i detaljno zapisao i povezao četiri predavanja, koja je poslao zajedno s pismom profesoru Davyju u kojem ga je zamolio da ga zaposli u Kraljevskoj instituciji. Ovaj "hrabar i naivan korak", prema rečima samog Faradaya, imao je presudan uticaj na njegovu sudbinu. Profesor je bio iznenađen mladićevim širokim znanjem, ali u tom trenutku na institutu nije bilo slobodnih mjesta, a Michaelov zahtjev je odobren samo nekoliko mjeseci kasnije. Davy je (ne bez oklijevanja) pozvao Faradaya da popuni upražnjeno mjesto laboratorijskog asistenta u hemijskoj laboratoriji Kraljevske institucije, gdje je radio dugi niz godina. Na samom početku ove aktivnosti u jesen iste godine, zajedno sa profesorom i njegovom suprugom, napravio je dugo putovanje oko naučni centri Evropa (1813-1815). Ovo putovanje je bilo za Faradaya veliki značaj: on i Davy posjetili su brojne laboratorije, gdje je upoznao mnoge izvanredne naučnike tog vremena, uključujući A. Amperea, M. Chevrela, J. L. Gay-Lussac-a i A. Volta, koji je zauzvrat skrenuo pažnju na briljantne sposobnosti mladih Englez.
Prvo nezavisno istraživanje
Faraday eksperimentira u laboratoriji
Postepeno, njegova eksperimentalna istraživanja sve više se pomjeraju u polje fizike. Nakon što je H. Oersted otkrio magnetni efekat električne struje 1820. godine, Faraday je postao fasciniran problemom veze između elektriciteta i magnetizma. Faradayjevo rezonovanje je bilo sljedeće: ako u Oerstedovom eksperimentu električna struja ima magnetsku silu, a, prema Faradeyu, sve sile su međusobno konvertibilne, tada bi magneti trebali pobuđivati električnu struju. Iste godine je pokušao da pronađe polarizacioni efekat struje na svetlost. Prolazeći polariziranu svjetlost kroz vodu koja se nalazi između polova magneta, pokušao je otkriti depolarizaciju svjetlosti, ali eksperiment je dao negativan rezultat.
Godine 1823. Faraday je postao član Kraljevskog društva u Londonu i imenovan je za direktora fizičkih i hemijskih laboratorija Kraljevskog instituta, gdje je provodio svoje eksperimente.
Godine 1825., u članku “Elektromagnetna struja (pod utjecajem magneta)” Faraday opisuje eksperiment koji bi, po njegovom mišljenju, trebao pokazati da se struja koja djeluje na magnet njome suprotstavlja. Isto iskustvo je opisano u Faradejevom dnevniku od 28. novembra 1825. godine. Šema eksperimenta je izgledala ovako. Dvije žice, razdvojene dvostrukim slojem papira, postavljene su paralelno jedna na drugu. U ovom slučaju, jedan je bio spojen na galvansku ćeliju, a drugi na galvanometar. Prema Faradeyu, kada struja teče u prvoj žici, u drugoj bi se trebala inducirati struja, što bi se zabilježilo galvanometrom. Međutim, i ovaj eksperiment je dao negativan rezultat.
Godine 1831, nakon deset godina neprekidnog traganja, Faraday je konačno pronašao rješenje za svoj problem. Postoji pretpostavka da je Faradaya na ovo otkriće potaknula poruka pronalazača Josepha Henryja, koji je također provodio indukcijske eksperimente, ali ih nije objavio, smatrajući ih beznačajnim i pokušavajući da svojim rezultatima da neku sistematičnost. Henry je, međutim, objavio poruku da je uspio stvoriti elektromagnet koji može podići tonu. To je postalo moguće zahvaljujući korištenju izolacije žice, što je omogućilo stvaranje višeslojnog namota koji značajno pojačava magnetsko polje.
Faraday opisuje svoj prvi uspješan eksperiment:
Dvesta tri stope bakarne žice u jednom komadu bile su namotane oko velikog drvenog bubnja; još dve stotine i tri stope iste žice položeno je u spiralu između zavoja prvog namotaja, a metalni kontakt je svuda eliminisan uz pomoć užeta. Jedna od ovih spirala bila je spojena na galvanometar, a druga na dobro napunjenu bateriju od sto pari ploča, kvadrata četiri inča, sa duplim bakrenim pločama. Kada je kontakt bio zatvoren, došlo je do naglog, ali vrlo slabog efekta na galvanometar, a sličan slab efekat se desio i kada je kontakt sa baterijom otvoren.
Godine 1832. Faraday je otkrio elektrohemijske zakone, koji čine osnovu nove grane nauke - elektrohemije, koja danas ima velika količina tehnološke primjene.
Izbor u Kraljevsko društvo
Godine 1824. Faraday je izabran za člana Kraljevskog društva, uprkos aktivnom protivljenju Davyja, s kojim se Faradejev odnos do tada prilično zakomplikovao, iako je Davy volio ponavljati da je od svih njegovih otkrića najznačajnije bilo „Faradayjevo otkriće .” Potonji je također odao počast Davyju, nazvavši ga "velikim čovjekom". Godinu dana nakon izbora u Kraljevsko društvo, Faraday je imenovan za direktora laboratorije Kraljevske institucije i dobio je zvanje profesora na ovom institutu.
Faraday i religija
Michael Faraday je bio kršćanin koji je vjerovao i nastavio je vjerovati čak i nakon što je saznao za Darwinovo djelo. Pripadao je Sandimanima ( engleski) sekta čiji su članovi doslovno tumačili Bibliju. Naučnik je 1840. izabran za starješinu sekte, ali je 1844. godine, zajedno sa još 13 ljudi, iz nepoznatih razloga izbačen iz nje. Međutim, u roku od nekoliko sedmica Faraday je primljen nazad. Uprkos činjenici da je 1850. godine ponovo bio na ivici isključenja iz sekte, što bi po njenim pravilima značilo doživotno isključenje, 1860. godine Faradej je po drugi put izabran za starešinu. Na toj funkciji je bio do 1864.
Radi u ruskim prevodima
- Faraday M. Odabrana djela o elektricitetu. M.-L.: GONTI, 1939. Serija: Klasici prirodne istorije. (Zbirka raznih radova i fragmenata).
- Faraday M. Sile materije i njihovi odnosi. M.: GAIZ, 1940.
- Faraday M. Eksperimentalna istraživanja električne energije. U 3 sveska. M.: Izdavačka kuća. Akademija nauka SSSR, 1947, 1951, 1959. ( originalno ime: Eksperimentalna istraživanja električne energije).
vidi takođe
| Michael Faraday u Wikicitatu | |
| u Wikisource | |
| Michael Faraday na Wikimedia Commons |
Bilješke
Književnost
- Radovski M. I. Faraday. M.: Udruženje časopisa i novina, 1936. Serija: Život izuzetnih ljudi, broj 19-20 (91-92).
Linkovi
Kategorije:
- Ličnosti po abecednom redu
- Naučnici po abecedi
- Rođen 22. septembra
- Rođen 1791. godine
- Rođen u Londonu
- Umro 25. avgusta
- Umro 1867
- Smrti u Princetonu
- Fizičari po abecednom redu
- Hemičari po abecednom redu
- Britanski fizičari
- UK Chemists
- Britanski fizički hemičari
- Naučnici po kojima su i nazvani fizičke jedinice mjerenja
- Članovi Kraljevskog društva u Londonu
- Članovi Francuske akademije nauka
- Počasni članovi Sankt Peterburgske akademije nauka
- Članovi i dopisni članovi Nacionalne akademije nauka SAD
- Dobitnici Copley medalja
- Mašinski inženjeri
Wikimedia Foundation. 2010.
