¿Qué inventó Faraday? Grandes científicos

(1791-1867) Físico inglés, creador de la doctrina general del electromagnetismo.

El futuro famoso físico inglés nació en septiembre de 1791 en Londres en la familia del herrero James Faraday. La falta de fondos le impidió recibir buena educación. Michael Faraday dijo que su educación "fue muy normal" e incluyó habilidades rudimentarias de lectura, escritura y aritmética adquiridas en una escuela diurna normal. Desde pequeño le inculcaron el amor al trabajo, la honestidad y el orgullo.

Cuando Michael tenía 12 años, se convirtió en aprendiz del propietario de una librería y taller de encuadernación, Georges Ribot. Aquí se dedicó por primera vez a repartir libros y periódicos y luego dominó a la perfección la encuadernación. Mientras trabajaba en el taller, Faraday leyó mucho y con voracidad, tratando de compensar las deficiencias de su educación. Le fascinaban especialmente la electricidad y la química. Michael organizó un laboratorio de física y química en casa y comenzó a realizar él mismo los experimentos descritos en los libros.

No era un niño excepcional. Animado y sociable, se diferenciaba de otros niños de su edad sólo por su curiosidad ligeramente mayor, su desconfianza en las palabras y la tenacidad de su carácter independiente. El propietario de la tienda Ribot alentó de todas las formas posibles el apasionado deseo de Michael de autoeducarse.

El señor Dane, miembro de la Royal Society de Londres, visitaba con frecuencia la encuadernación. Prestando atención al joven encuadernador leyendo libros con entusiasmo y terminando su estudio último número grave revista científica, lo invitó a escuchar una serie de conferencias de su amigo, el profesor de química Sir Humphry Davy. Michael quedó fascinado con estas conferencias y tomó notas cuidadosamente. Siguiendo el consejo de Dan, Faraday copió completamente las notas, las encuadernó maravillosamente y se las envió a Davy, junto con una carta solicitando oportunidades de investigación.

Davy inicialmente rechazó a Michael debido a la falta de vacantes, pero él caso especial ayudó a Faraday. Durante uno de los experimentos en el laboratorio, los ojos de Davy fueron quemados por la explosión de un matraz y no sabía escribir ni leer. Luego, el famoso científico invitó a Michael a trabajar temporalmente como secretario. Algún tiempo después, en marzo de 1813, Faraday, de 22 años, se convirtió en asistente de laboratorio de Davy en la Royal Institution de Londres. Cuando en el futuro le pregunten a Davy sobre su logro más importante, responderá que su descubrimiento más importante fue el de Faraday.

En el otoño del mismo año, Michael, como ayudante de laboratorio y ayuda de cámara, viajó con G. Davy y su esposa a un viaje de año y medio por Europa. Este viaje contribuyó en gran medida a la formación de sus puntos de vista científicos. En París, y luego en Suiza, Italia y Alemania, conoció a muchos representantes destacados de la ciencia europea, entre ellos Gay-Lussac y Volta, y recibió una excelente formación como experimentador. Michael ayudó a Davy en sus experimentos durante las conferencias y participó en conversaciones con científicos. Faraday comienza a hablar francés y alemán con fluidez y posteriormente mantiene correspondencia con algunos científicos.

En el verano de 1815, al regresar a Inglaterra, continuó trabajando como asistente de laboratorio en la Royal Institution. Pero este es un Faraday diferente, un científico más maduro, podría decirse, formado. De formación autodidacta, de 1815 a 1822 se dedicó principalmente a la investigación en química. Michael rápidamente toma el camino de la creatividad independiente y el orgullo de Davy a menudo tiene que verse afectado por el éxito del estudiante. La primera obra de Michael Faraday apareció impresa en 1816.

En agosto de 1820 se enteró del descubrimiento de Oersted y desde ese momento sus pensamientos estuvieron consumidos por la electricidad y el magnetismo. Comienza su famosa investigación experimental y escribe en su diario: “Convierte el magnetismo en electricidad”. Al famoso científico le llevó casi 10 años resolver este problema.

En el verano de 1821, cuando sus colegas se fueron de vacaciones, Faraday logró realizar un experimento haciendo girar un imán alrededor de un conductor con corriente y un conductor con corriente alrededor de un imán, creando así un modelo de laboratorio de un motor eléctrico. En 1825 fue nombrado director del laboratorio de la Royal Institution, sustituyendo en este cargo a G. Davy. El año anterior ingresó a la élite científica inglesa, convirtiéndose en miembro de la Royal Society de Londres, y en 1830 fue elegido miembro de la Academia de Ciencias de San Petersburgo. En 1827, Faraday recibió una cátedra en la Royal Institution y de 1833 a 1860 fue profesor en el departamento de química.

Su trabajo científico Siempre ha estado asociado con la experimentación. Registró con mucho cuidado todos sus experimentos, incluidos los fallidos, en un diario especial, cuyo último párrafo tenía el número 16041. Faraday no era matemático y sus diarios no contenían una sola fórmula, ya que valoraba la esencia física, la mecanismo del fenómeno, no un aparato matemático. Durante los experimentos, Michael Faraday no se ahorró. No prestó atención al mercurio derramado utilizado en los experimentos; También se produjeron explosiones de aparatos al trabajar con gases licuados. Todo esto acortó seriamente su vida. En una de sus cartas escribió que durante el experimento hubo una explosión que le dañó los ojos. De ellos les sacaron treinta trozos de vidrio.

El 17 de octubre de 1831, el arduo trabajo de diez años de Faraday tuvo su recompensa: se descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. Para explicar la inducción, introduce además el concepto de campo, que es extremadamente importante para la física, y lo representa visualmente mediante líneas de fuerza.

En noviembre de 1831, Michael Faraday comenzó a publicar su diario en forma de una obra extensa " Estudios experimentales sobre Electricidad”, que comprende 30 series de más de 3.000 párrafos. Estas series reflejan los veinticuatro años de trabajo del científico, su vida, pensamientos y puntos de vista. Esta obra es un magnífico monumento. creatividad científica Faraday. La última, trigésima serie, se publicó en 1855.

En 1833 realizó una serie de estudios sobre electroquímica y estableció las leyes de la electrólisis, llamadas leyes de Faraday. Introdujo en la física conceptos como cátodo, ánodo, iones, electrólisis, electrodos y electrolitos.

En 1835 empezó a estudiar los problemas de la electrostática. En 1837, Faraday descubrió el efecto de los dieléctricos sobre la interacción eléctrica, es decir, la polarización de los dieléctricos, e introdujo el concepto de constante dieléctrica.

Se cree que como resultado del envenenamiento por vapor de mercurio en 1840, la salud de Faraday se deterioró drásticamente y se vio obligado a interrumpir su trabajo durante cuatro años. Volviendo a la actividad científica, en 1845 descubrió el fenómeno del diamagnetismo y el fenómeno de rotación del plano de polarización de la luz en una sustancia colocada en un campo magnético. Estos descubrimientos le llevan a pensar en la naturaleza electromagnética de la luz. En 1847 descubrió el fenómeno del paramagnetismo.

La vida aparentemente monótona de Faraday llama la atención por su tensión creativa. En total, de 1816 a 1860 publicó 220 obras. Más de 60 sociedades y academias científicas lo eligieron como miembro.

Michael Faraday se caracterizó por la bondad, la modestia, la benevolencia, la extraordinaria decencia y la honestidad. “Faraday era de estatura media, vivaz, alegre, sus movimientos eran rápidos y confiados; la destreza en el arte de la experimentación es increíble. Preciso, pulcro, todo sobre devoción al deber... Vivía en su laboratorio, entre sus instrumentos; iba allí por la mañana y salía por la tarde con la precisión de un comerciante que pasa el día en su oficina. Dedicó toda su vida a realizar cada vez más experimentos nuevos y descubrió que en la mayoría de los casos era más fácil hacer hablar a la naturaleza que desentrañarla.

El tipo moral que apareció en la persona de Faraday es verdaderamente un fenómeno raro. Su vivacidad y alegría recuerdan a los irlandeses; su mente reflexiva, el poder de su lógica recuerdan a los filósofos escoceses; su terquedad recordaba a un inglés que perseguía obstinadamente su objetivo…”

El trabajo duro me ha destrozado fuerza mental Faraday. Y se vio obligado a abandonar todas las demás actividades, dedicándose por completo a la ciencia. Se queja cada vez más del debilitamiento de la memoria, del hecho de que "olvida qué letras representan tal o cual palabra". En este estado pasa durante muchos años, reduciendo el alcance de sus actividades. Brillante profesor, deja el instituto a los 70 años.

En 1860, Faraday prácticamente abandonó la actividad científica debido a una enfermedad y pasó el resto de su vida en la finca de Hampton Court.

El 25 de agosto de 1867, a la edad de 75 años, murió Michael Faraday. Sus cenizas reposan en el cementerio de Highgate en Londres.

Su vida estuvo llena de un profundo contenido interior, su nombre se convirtió en la designación de una unidad de capacidad eléctrica y una de las constantes físicas fundamentales, sus obras son inmortales.

El 22 de septiembre de 2011 se cumplió el 220 aniversario del nacimiento de Michael Faraday (1791-1867), un físico experimental inglés que introdujo el concepto de “campo” en la ciencia y sentó las bases del concepto de la realidad física de los campos eléctricos y magnéticos. . Hoy en día, el concepto de campo es familiar para cualquier estudiante de secundaria. La información básica sobre los campos eléctricos y magnéticos y los métodos para describirlos mediante líneas de fuerza, tensiones, potenciales, etc. se incluyen desde hace mucho tiempo en los libros de texto escolares de física. En los mismos libros de texto se puede leer que un campo es forma especial materia, fundamentalmente diferente de la materia. Pero al explicar en qué consiste exactamente esta "especialidad", surgen serias dificultades. Naturalmente, no se puede culpar a los autores de libros de texto por esto. Después de todo, si el campo no es reducible a otras entidades más simples, entonces no hay nada que explicar. Basta aceptar la realidad física del campo como un hecho establecido experimentalmente y aprender a trabajar con las ecuaciones que describen el comportamiento de este objeto. Por ejemplo, Richard Feynman pide esto en sus Conferencias, señalando que los científicos por mucho tiempo Intentó explicar el campo electromagnético utilizando varios modelos mecánicos, pero luego abandonó esta idea y consideró que sólo el sistema de las famosas ecuaciones de Maxwell que describen el campo tenía un significado físico.

¿Significa esto que deberíamos renunciar por completo a intentar comprender qué es un campo? Parece que el conocimiento de "Estudios experimentales en electricidad" de Michael Faraday, una grandiosa obra en tres volúmenes que el brillante experimentador creó durante más de 20 años, puede resultar de gran ayuda para responder a esta pregunta. Es aquí donde Faraday introduce el concepto de campo y, paso a paso, desarrolla la idea de la realidad física de este objeto. Es importante señalar que "Investigaciones experimentales" de Faraday, uno de los mejores libros de la historia de la física, está escrito en un lenguaje excelente, no contiene una fórmula única y es bastante accesible para los escolares.

Introducción al campo. Faraday, Thomson y Maxwell

El término "campo" (más precisamente: "campo magnético", "campo de fuerzas magnéticas") fue introducido por Faraday en 1845 durante la investigación del fenómeno del diamagnetismo (los términos "diamagnetismo" y "paramagnetismo" también fueron introducidos por Faraday) - el efecto de repulsión débil por un imán descubierto por el científico sobre una serie de sustancias. Inicialmente, Faraday consideró el campo como un concepto puramente auxiliar, esencialmente una cuadrícula de coordenadas formada por líneas de fuerza magnéticas y utilizada para describir la naturaleza del movimiento de los cuerpos cerca de los imanes. Así, trozos de sustancias diamagnéticas, por ejemplo el bismuto, se movían desde las áreas de condensación de las líneas de campo a las áreas de su rarefacción y se ubicaban perpendiculares a la dirección de las líneas.

Algo más tarde, en 1851-1852, al describir matemáticamente los resultados de algunos de los experimentos de Faraday, el físico inglés William Thomson (1824-1907) utilizó ocasionalmente el término "campo". En cuanto al creador de la teoría. campo electromagnético James Clerk Maxwell (1831-1879), luego en sus obras el término "campo" tampoco aparece prácticamente al principio y se usa solo para designar esa parte del espacio en la que se puede detectar fuerzas magnéticas. Sólo en la obra "Teoría dinámica del campo electromagnético" publicada en 1864-1865, en la que apareció por primera vez el sistema de "ecuaciones de Maxwell" y predijo la posibilidad de la existencia ondas electromagnéticas, propagándose a la velocidad de la luz, se habla del campo como una realidad física.

Ésta es la breve historia de la introducción del concepto de “campo” en la física. De él se desprende claramente que inicialmente este concepto se consideró puramente auxiliar, denotando simplemente esa parte del espacio (puede ser ilimitada) en la que se pueden detectar fuerzas magnéticas y representar su distribución mediante líneas de fuerza. (El término “campo eléctrico” empezó a utilizarse sólo después de la teoría del campo electromagnético de Maxwell).

Es importante enfatizar que ni las líneas de fuerza conocidas por los físicos anteriores a Faraday, ni el campo “que las compone” fueron considerados (¡y no podían ser considerados!) por la comunidad científica del siglo XIX como una realidad física. Los intentos de Faraday de hablar sobre la materialidad de las líneas de fuerza (o de Maxwell, sobre la materialidad del campo) fueron percibidos por los científicos como completamente acientíficos. Incluso Thomson, un viejo amigo de Maxwell, quien hizo mucho para desarrollar los fundamentos matemáticos de la física de campos (fue Thomson, y no Maxwell, quien fue el primero en mostrar la posibilidad de "traducir" el lenguaje de las líneas de campo de Faraday al el idioma ecuaciones diferenciales en derivadas parciales), llamó a la teoría del campo electromagnético “nihilismo matemático” y durante mucho tiempo se negó a reconocerla. Está claro que Thomson sólo podría hacer esto si tuviera razones muy serias para hacerlo. Y tenía esas razones.

Campo de fuerza y ​​fuerza de Newton.

La razón por la que Thomson no pudo aceptar la realidad de las líneas y campos de fuerza es simple. Las líneas de fuerza de los campos eléctrico y magnético se definen como líneas continuas dibujadas en el espacio de modo que las tangentes a ellas en cada punto indican las direcciones de las fuerzas eléctricas y magnéticas que actúan en ese punto. Las magnitudes y direcciones de estas fuerzas se calculan utilizando las leyes de Coulomb, Ampere y Biot-Savart-Laplace. Sin embargo, estas leyes se basan en el principio de acción de largo alcance, que permite la posibilidad de transmisión instantánea de la acción de un cuerpo a otro a cualquier distancia y, por lo tanto, excluye la existencia de intermediarios materiales entre cargas que interactúan, imanes. y corrientes.

Cabe señalar que muchos científicos se mostraron escépticos sobre el principio de que los cuerpos podrían actuar misteriosamente donde no existen. Incluso Newton, que fue el primero en utilizar este principio para deducir la ley de la gravitación universal, creía que podría existir algún tipo de sustancia entre cuerpos que interactúan. Pero el científico no quiso construir hipótesis al respecto, prefiriendo desarrollar teorías matemáticas leyes basadas en hechos firmemente establecidos. Los seguidores de Newton hicieron lo mismo. Según Maxwell, literalmente "barrieron de la física" todo tipo de atmósferas y flujos invisibles con los que los defensores del concepto de acción de corto alcance rodeaban imanes y cargas en el siglo XVIII. Sin embargo, en la física del siglo XIX, el interés por ideas aparentemente olvidadas para siempre está comenzando a resurgir gradualmente.

Uno de los requisitos más importantes para este resurgimiento fueron los problemas que surgieron al intentar explicar nuevos fenómenos, principalmente los fenómenos del electromagnetismo, basándose en el principio de acción de largo alcance. Estas explicaciones se volvieron cada vez más artificiales. Así, en 1845, el físico alemán Wilhelm Weber (1804-1890) generalizó la ley de Coulomb introduciendo en ella términos que determinan la dependencia de la fuerza de interacción de las cargas eléctricas de sus velocidades y aceleraciones relativas. Significado físico tal dependencia era incomprensible, y las adiciones de Weber a la ley de Coulomb tenían claramente la naturaleza de una hipótesis introducida para explicar los fenómenos de la inducción electromagnética.

A mediados del siglo XIX, los físicos se dieron cuenta cada vez más de que al estudiar los fenómenos de la electricidad y el magnetismo, el experimento y la teoría comenzaban a hablar. diferentes idiomas. En principio, los científicos estaban dispuestos a estar de acuerdo con la idea de la existencia de una sustancia que transmite la interacción entre cargas y corrientes a una velocidad finita, pero no podían aceptar la idea de la realidad física del campo. . En primer lugar, por la contradicción interna de esta idea. El caso es que en la física newtoniana se introduce la fuerza como causa de la aceleración de un punto material. Su magnitud (fuerza) es igual, como se sabe, al producto de la masa de este punto por la aceleración. Así, la fuerza cantidad fisica determinado en el punto y momento de su acción. “El propio Newton nos recuerda”, escribió Maxwell, “que una fuerza existe sólo mientras actúa; su efecto puede persistir, pero la fuerza en sí misma es esencialmente un fenómeno transitorio”.

Al tratar de considerar el campo no como una ilustración conveniente de la naturaleza de la distribución de fuerzas en el espacio, sino como un objeto físico, los científicos entraron en conflicto con la comprensión original de la fuerza sobre la base de la cual se construyó este objeto. En cada punto, el campo está determinado por la magnitud y dirección de la fuerza que actúa sobre el cuerpo de prueba (carga, polo magnético, bobina con corriente). En esencia, el campo "consiste" sólo en fuerzas, pero la fuerza en cada punto se calcula en base a las leyes según las cuales hablamos del campo como condición física o el proceso no tiene sentido. El campo, considerado como una realidad, significaría la realidad de las fuerzas que existen fuera de cualquier acción, lo cual es completamente contrario a la definición original de fuerza. Maxwell escribió que en los casos en que hablamos de "conservación de fuerza", etc., sería mejor utilizar el término "energía". Esto es ciertamente correcto, pero ¿cuál es la energía del campo? Cuando Maxwell escribió las líneas anteriores, ya sabía que la densidad de energía, por ejemplo, campo eléctrico es proporcional al cuadrado de la intensidad de este campo, es decir, nuevamente, la fuerza distribuida en el espacio.

El concepto de acción instantánea a distancia está indisolublemente ligado a la comprensión de Newton de la fuerza. Después de todo, si un cuerpo actúa sobre otro distante, no instantáneamente (esencialmente destruyendo la distancia entre ellos), entonces tendremos que considerar la fuerza que se mueve en el espacio y decidir qué "parte" de la fuerza causa la aceleración observada y cuál significado tiene entonces el concepto "fuerza". O debemos suponer que el movimiento de la fuerza (o del campo) ocurre de alguna manera especial que no encaja en el marco de la mecánica newtoniana.

En 1920, en el artículo “El éter y la teoría de la relatividad”, Albert Einstein (1879-1955) escribió que, hablando del campo electromagnético como una realidad, debemos suponer la existencia de un objeto físico especial, que en principio no puede ser Se imagina que está formado por partículas, cuyo comportamiento está sujeto a estudio a lo largo del tiempo. Más tarde, Einstein describió la creación de la teoría del campo electromagnético como la mayor revolución en nuestra visión de la estructura de la realidad física desde Newton. Gracias a esta revolución, la física, junto con las ideas sobre la interacción de puntos materiales, incluyó ideas sobre los campos como entidades irreductibles a cualquier otra cosa.

Pero ¿cómo fue posible este cambio de visión de la realidad? ¿Cómo logró la física ir más allá de sus límites y “ver” algo que antes simplemente no existía como realidad para ella?

Exclusivamente papel importante Los muchos años de experimentos de Faraday con líneas de fuerza desempeñaron un papel en la preparación de esta revolución. Gracias a Faraday, estas líneas, bien conocidas por los físicos, pasaron de ser una forma de representar la distribución de las fuerzas eléctricas y magnéticas en el espacio a una especie de "puente", a través del cual era posible penetrar en el mundo que era, como por así decirlo, “detrás de la fuerza”, a un mundo en el que las fuerzas se convirtieron en manifestaciones de campos de propiedades. Está claro que tal transformación requería un tipo de talento muy especial, el talento que poseía Michael Faraday.

Gran experimentador

Michael Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en la familia de un herrero londinense que, por falta de fondos, no pudo proporcionar una educación a sus hijos. Michael, el tercer hijo de la familia, no terminó y escuela primaria y a los 12 años ingresó como aprendiz en un taller de encuadernación. Allí tuvo la oportunidad de leer muchos libros, incluidos los de divulgación científica, llenando los vacíos de su educación. Faraday pronto comenzó a asistir a conferencias públicas, que se celebraban periódicamente en Londres para difundir conocimientos entre el público en general.

En 1812, uno de los miembros de la Royal Society de Londres, que utilizaba habitualmente los servicios de una encuadernación, invitó a Faraday a escuchar conferencias del famoso físico y químico Humphry Davy (1778-1829). Este momento se convirtió en un punto de inflexión en la vida de Faraday. El joven finalmente se interesó por la ciencia y, como su tiempo en el taller estaba terminando, Faraday se arriesgó a escribirle a Davy sobre su deseo de dedicarse a la investigación, adjuntando al pie de la letra notas de las conferencias cuidadosamente encuadernadas del científico. Davy, que era hijo de un pobre tallador de madera, no sólo respondió a la carta de Faraday, sino que también le ofreció un puesto como asistente en la Royal Institution de Londres. Así empezó actividad científica Faraday, que continuó casi hasta su muerte, ocurrida el 25 de agosto de 1867.

La historia de la física conoce a muchos experimentadores destacados, pero, quizás, solo Faraday fue llamado experimentador con mayúscula. Y no se trata solo de sus colosales logros, incluidos los descubrimientos de las leyes de la electrólisis y los fenómenos de inducción electromagnética, el estudio de las propiedades de los dieléctricos y los imanes, y mucho más. A menudo, los descubrimientos importantes se hicieron más o menos por accidente. No se puede decir lo mismo de Faraday. Su investigación siempre ha sido sorprendentemente sistemática y decidida. Así, en 1821, Faraday escribió en su diario de trabajo que estaba iniciando una búsqueda de la conexión entre el magnetismo, la electricidad y la óptica. Descubrió la primera conexión diez años después (el descubrimiento de la inducción electromagnética) y la segunda, 23 años después (el descubrimiento de la rotación del plano de polarización de la luz en un campo magnético).

Los Estudios experimentales en electricidad de Faraday contienen alrededor de 3.500 párrafos, muchos de los cuales contienen descripciones de los experimentos que realizó. Y esto es sólo lo que Faraday consideró oportuno publicar. En los Diarios de varios volúmenes de Faraday, que llevó desde 1821, se describen alrededor de 10 mil experimentos, y el científico llevó a cabo muchos de ellos sin la ayuda de nadie. Curiosamente, en 1991, cuando mundo científico Celebrado el 200 aniversario del nacimiento de Faraday, los historiadores de la física ingleses decidieron repetir algunos de sus experimentos más famosos. Pero incluso la simple reproducción de cada uno de estos experimentos requirió al menos un día de trabajo de un equipo de especialistas modernos.

Hablando de los méritos de Faraday, podemos decir que su principal logro fue la transformación de la física experimental en un campo de investigación independiente, cuyos resultados a menudo pueden adelantarse muchos años al desarrollo de la teoría. Faraday consideró extremadamente improductivo el deseo de muchos científicos de pasar lo más rápido posible de los datos obtenidos en los experimentos a su generalización teórica. A Faraday le pareció más fructífero mantener una conexión a largo plazo con los fenómenos en estudio para poder analizar en detalle todas sus características, independientemente de si estas características corresponden a teorías aceptadas o no.

Faraday amplió este enfoque al análisis de datos experimentales a los conocidos experimentos sobre la alineación de limaduras de hierro a lo largo de líneas de campo magnético. Por supuesto, el científico sabía muy bien que los patrones que forman las limaduras de hierro se pueden explicar fácilmente basándose en el principio de acción de largo alcance. Sin embargo, Faraday creía que en este caso los experimentadores no deben partir de conceptos inventados por los teóricos, sino de fenómenos que, en su opinión, indican la existencia en el espacio circundante de imanes y corrientes de ciertos estados que están listos para la acción. En otras palabras, las líneas de fuerza, según Faraday, indicaban que la fuerza debía considerarse no sólo como una acción (sobre un punto material), sino también como la capacidad de actuar.

Es importante destacar que, siguiendo su metodología, Faraday no intentó plantear ninguna hipótesis sobre la naturaleza de esta capacidad de acción, prefiriendo acumular experiencia gradualmente mientras trabajaba con líneas de fuerza. Este trabajo se inició en sus estudios de los fenómenos de inducción electromagnética.

Apertura retrasada

En muchos libros de texto y libros de referencia se puede leer que el 29 de agosto de 1831, Faraday descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. Los historiadores de la ciencia son muy conscientes de que fechar los descubrimientos es complejo y, a menudo, bastante confuso. El descubrimiento de la inducción electromagnética no es una excepción. Por los Diarios de Faraday se sabe que observó este fenómeno en 1822 durante experimentos con dos circuitos conductores colocados sobre un núcleo de hierro dulce. El primer circuito estaba conectado a una fuente de corriente y el segundo a un galvanómetro, que registraba la aparición de corrientes de corta duración cuando se encendía o apagaba la corriente en el primer circuito. Más tarde resultó que otros científicos observaron fenómenos similares, pero, como Faraday al principio, los consideraron un error experimental.

El hecho es que al buscar los fenómenos de generación de electricidad mediante el magnetismo, los científicos se dirigieron a descubrir efectos estables, similares, por ejemplo, al fenómeno de la acción magnética de la corriente descubierto por Oersted en 1818. Faraday se salvó de esta “ceguera” general por dos circunstancias. En primer lugar, mucha atención a cualquier fenómeno natural. En sus artículos, Faraday informó sobre experimentos exitosos y fallidos, creyendo que un experimento fallido (que no descubrió el efecto deseado), pero un experimento significativo, también contenía cierta información sobre las leyes de la naturaleza. En segundo lugar, poco antes del descubrimiento, Faraday experimentó mucho con descargas de condensadores, lo que sin duda agudizó su atención a los efectos a corto plazo. Revisando regularmente sus diarios (para Faraday esto era un componente constante de la investigación), el científico, aparentemente, miró de nuevo los experimentos de 1822 y, habiéndolos reproducido, se dio cuenta de que no se trataba de interferencias, sino del fenómeno que estaba buscando. La fecha de esta realización fue el 29 de agosto de 1831.

Luego comenzó una intensa investigación, durante la cual Faraday descubrió y describió los fenómenos básicos de la inducción electromagnética, incluida la aparición de corrientes inducidas durante el movimiento relativo de conductores e imanes. Basándose en estos estudios, Faraday llegó a la conclusión de que la condición decisiva para la aparición de corrientes inducidas es precisamente intersección un conductor de líneas de fuerza magnética, y no una transición a áreas de mayores o menores fuerzas. En este caso, por ejemplo, la aparición de corriente en un conductor cuando la corriente se enciende en otro, ubicado cerca, Faraday también explicó como resultado del cruce de las líneas eléctricas del conductor: “las curvas magnéticas parecen moverse (por así decirlo ) a través del cable inducido, desde el momento en que comienzan a desarrollarse, y hasta el momento en que la corriente magnética alcanza valor más alto; parecen extenderse hacia los lados del cable y, por lo tanto, se encuentran en relación con el cable estacionario en la misma posición como si se moviera en dirección opuesta a través de ellos”.

Prestemos atención a cuántas veces en el pasaje anterior Faraday usa las palabras "como si", y también al hecho de que aún no tiene la formulación cuantitativa habitual de la ley de la inducción electromagnética: la intensidad de la corriente en un circuito conductor. es proporcional a la tasa de cambio en el número de líneas de fuerza magnéticas que pasan a través de este circuito. Una formulación parecida a ésta aparece en Faraday recién en 1851, y se aplica únicamente al caso del movimiento de un conductor en un campo magnético estático. Según Faraday, si un conductor se mueve en tal campo con velocidad constante, entonces la fuerza de la corriente eléctrica que surge en él es proporcional a esta velocidad, y la cantidad de electricidad puesta en movimiento es proporcional al número de líneas de campo magnético atravesadas por el conductor.

La cautela de Faraday al formular la ley de la inducción electromagnética se debe, en primer lugar, al hecho de que sólo podía utilizar correctamente el concepto de línea de fuerza en relación con campos estáticos. En el caso de los campos variables, este concepto adquirió un carácter metafórico, y las cláusulas continuas “como si” cuando se habla de líneas de fuerza en movimiento muestran que Faraday lo entendió perfectamente. Tampoco pudo evitar tener en cuenta las críticas de aquellos científicos que le señalaron que una línea de fuerza es, estrictamente hablando, un objeto geométrico, de cuyo movimiento simplemente no tiene sentido. Además, en los experimentos trabajamos con cuerpos cargados, conductores de corriente, etc., y no con abstracciones como líneas de fuerza. Por tanto, Faraday tuvo que demostrar que al estudiar al menos algunas clases de fenómenos, uno no puede limitarse a considerar conductores portadores de corriente y no tener en cuenta el espacio que los rodea. Así, en una obra dedicada al estudio de los fenómenos de autoinducción, sin mencionar nunca las líneas de fuerza, Faraday construye una historia sobre sus experimentos de tal manera que el lector llega gradualmente a la conclusión de que la verdadera causa de los fenómenos observados es no conductores que transportan corriente, sino algo ubicado en el espacio que los rodea.

El campo es como una premonición. Investigación sobre fenómenos de autoinducción.

En 1834, Faraday publicó la novena parte de sus Investigaciones experimentales, que llevaba por título “Sobre la influencia inductiva de una corriente eléctrica sobre sí misma y sobre la acción inductiva de las corrientes en general”. En este trabajo, Faraday examinó los fenómenos de autoinducción, descubiertos en 1832 por el físico estadounidense Joseph Henry (1797-1878), y demostró que representan un caso especial de los fenómenos de inducción electromagnética que había estudiado anteriormente.

Faraday comienza su trabajo describiendo una serie de fenómenos, consistentes en que cuando se abre un circuito eléctrico que contiene conductores largos o un devanado de electroimán, aparece una chispa en el punto donde se rompe el contacto, o se siente una descarga eléctrica si el El contacto se separa a mano. Al mismo tiempo, señala Faraday, si el conductor es corto, entonces ningún engaño puede producir una chispa o una descarga eléctrica. Así, quedó claro que la aparición de una chispa (o impacto) depende no tanto de la fuerza de la corriente que fluye a través del conductor antes de que se rompiera el contacto, sino de la longitud y configuración de este conductor. Por lo tanto, Faraday busca en primer lugar demostrar que, aunque la causa inicial de la chispa es la corriente (si no había corriente en el circuito, entonces, naturalmente, no habrá chispa), la fuerza de la corriente no es decisivo. Para ello, Faraday describe una secuencia de experimentos en los que primero se aumenta la longitud del conductor, lo que da como resultado una chispa más fuerte a pesar de que la corriente en el circuito se debilita debido al aumento de la resistencia. Luego, este conductor se tuerce de modo que la corriente fluya sólo a través de una pequeña parte del mismo. La corriente aumenta bruscamente, pero la chispa desaparece cuando se abre el circuito. Por lo tanto, ni el conductor en sí ni la intensidad de la corriente en él pueden considerarse la causa de la chispa, cuya magnitud, como resulta, depende no solo de la longitud del conductor, sino también de su configuración. Entonces, cuando el conductor se enrolla en una espiral, así como cuando se introduce un núcleo de hierro en esta espiral, el tamaño de la chispa también aumenta.

Continuando con el estudio de estos fenómenos, Faraday conectó un conductor corto auxiliar paralelo al lugar donde se abrió el contacto, cuya resistencia era significativamente mayor que la del conductor principal, pero menor que la del explosor o el humano. cuerpo abriendo el contacto. Como resultado, la chispa desapareció cuando se abrió el contacto y surgió una fuerte corriente de corta duración en el conductor auxiliar (Faraday la llama corriente extra), cuya dirección resultó ser opuesta a la dirección de la corriente que fluiría a través de él desde la fuente. “Estos experimentos”, escribe Faraday, “establecen una diferencia significativa entre la corriente primaria o excitante y la corriente adicional en relación con la cantidad, la intensidad e incluso la dirección; Me llevaron a la conclusión de que la extracorriente es idéntica a la corriente inducida que describí anteriormente”.

Habiendo propuesto la idea de una conexión entre los fenómenos estudiados y los fenómenos de inducción electromagnética, Faraday llevó a cabo una serie de experimentos ingeniosos que confirmaban esta idea. En uno de estos experimentos, junto a una espiral conectada a una fuente de corriente, se colocó otra espiral abierta. Cuando se desconectó de la fuente de corriente, la primera espiral produjo una fuerte chispa. Sin embargo, si se cerraban los extremos de la otra espiral, la chispa prácticamente desaparecía y en la segunda espiral surgía una corriente de corta duración, cuya dirección coincidía con la dirección de la corriente en la primera espiral si se abría el circuito. y era opuesto a él si el circuito estaba cerrado.

Habiendo establecido la conexión entre las dos clases de fenómenos, Faraday pudo explicar fácilmente los experimentos realizados anteriormente, es decir, la intensificación de la chispa cuando el conductor se alarga, se dobla en espiral, se introduce en él un núcleo de hierro, etc. : “Si observas el efecto inductivo de un cable de un pie de largo sobre un lugar cercano a un cable que también mide un pie de largo, entonces resulta que es muy débil; pero si la misma corriente pasa a través de un cable de cincuenta pies de largo, inducirá en los siguientes cincuenta pies de cable, en el momento de hacer o romper un contacto, una corriente mucho más fuerte, como si cada pie adicional de cable contribuyera en algo al el efecto total; Por analogía, llegamos a la conclusión de que el mismo fenómeno debe ocurrir también cuando el conductor de conexión sirve al mismo tiempo como conductor en el que se forma una corriente inducida”. Por lo tanto, concluye Faraday, aumentar la longitud del conductor, enrollarlo en espiral e introducir un núcleo en él fortalece la chispa. A la acción del núcleo desmagnetizador se suma la acción de una espira de la espiral sobre otra. Además, la totalidad de tales acciones pueden compensarse entre sí. Por ejemplo, si dobla un cable largo aislado por la mitad, debido a las acciones inductivas opuestas de sus dos mitades, la chispa desaparecerá, aunque en estado enderezado este cable produce una fuerte chispa. La sustitución de un núcleo de hierro por uno de acero, que se desmagnetiza muy lentamente, también provocó un importante debilitamiento de la chispa.

Entonces, guiando al lector a través de descripciones detalladas de los conjuntos de experimentos realizados, Faraday, sin decir una palabra sobre el campo, formó en él, el lector, la idea de que el papel decisivo en los fenómenos estudiados no pertenece a los conductores con corriente. , sino a algún tipo de fuerza creada por ellos en el espacio circundante, entonces el estado de magnetización, o más precisamente, la tasa de cambio de este estado. Sin embargo, la cuestión de si este estado existe realmente y si puede ser objeto de investigación experimental permaneció abierta.

El problema de la realidad física de las líneas de fuerza.

Faraday logró dar un paso significativo para demostrar la realidad de las líneas de campo en 1851, cuando se le ocurrió la idea de generalizar el concepto de línea de campo. “Una línea de fuerza magnética”, escribió Faraday, “puede definirse como la línea que describe una pequeña aguja magnética cuando se mueve en una dirección u otra a lo largo de su longitud, de modo que la aguja permanece tangente al movimiento durante todo el tiempo. el tiempo; o, en otras palabras, esta es la línea a lo largo de la cual se puede mover un alambre transversal en cualquier dirección y en este último no aparecerá ninguna tendencia a generar corriente alguna, mientras que al moverlo en cualquier otra dirección existe tal tendencia”.

La línea de fuerza fue así definida por Faraday sobre la base de dos leyes (y interpretaciones) diferentes de la acción de la fuerza magnética: su acción mecánica sobre la aguja magnética y su capacidad (de acuerdo con la ley de la inducción electromagnética) para generar electricidad. fuerza. Esta doble definición de la línea de fuerza pareció “materializarla”, dándole el significado de direcciones especiales en el espacio, detectables experimentalmente. Por lo tanto, Faraday llamó “físicas” a tales líneas de fuerza, creyendo que ahora podría probar definitivamente su realidad. Un conductor en esta doble definición podría imaginarse cerrado y deslizándose a lo largo de las líneas de fuerza de modo que, aunque se deforma constantemente, no cruza las líneas. Este director de orquesta resaltaría un cierto “número” condicional de líneas que se conservan cuando se “condensan” o “enrarecen”. Tal deslizamiento de un conductor en un campo de fuerzas magnéticas sin que surja una corriente eléctrica en él podría considerarse como una prueba experimental de la conservación del número de líneas de fuerza a medida que se "esparcen", por ejemplo, desde el polo de un imán y, por tanto, como prueba de la realidad de estas líneas.

Por supuesto, es casi imposible mover un conductor real para que no atraviese las líneas eléctricas. Por tanto, Faraday justificó de otra manera la hipótesis sobre la conservación de su número. Sea un imán con polo N y un conductor. abcd dispuestos de manera que puedan girar entre sí alrededor de un eje anuncio(Fig. 1; dibujo realizado por el autor del artículo a partir de los dibujos de Faraday). En este caso, parte del conductor. anuncio pasa a través de un agujero en el imán y tiene contacto libre en el punto d. Contacto flojo hecho y en el punto do, entonces la trama antes de Cristo puede girar alrededor de un imán sin interrumpir el circuito eléctrico conectado en los puntos a Y b(también a través de contactos deslizantes) al galvanómetro. Conductor antes de Cristo en plena rotación alrededor de un eje anuncio intersecta todas las líneas de fuerza que emanan del polo del imán N. Ahora deje que el conductor gire a una velocidad constante. Luego, comparando las lecturas del galvanómetro en varias posiciones conductor giratorio, por ejemplo en posición abcd Y en posición ab"c"d, cuando el conductor vuelve a cruzar todas las líneas de fuerza en una vuelta completa, pero en lugares donde están más enrarecidas, se puede observar que las lecturas del galvanómetro son las mismas. Según Faraday, esto indica la preservación de un cierto número condicional de líneas de fuerza que pueden caracterizar el polo norte de un imán (cuanto mayor sea esta "cantidad", más fuerte será el imán).

Al girar en su instalación (Fig. 2; dibujo de Faraday) no un conductor, sino un imán, Faraday llega a la conclusión de que se conserva el número de líneas de fuerza en la región interna del imán. Además, su razonamiento se basa en el supuesto de que las líneas de fuerza no son arrastradas por un imán giratorio. Estas líneas permanecen “en su lugar” y el imán gira entre ellas. En este caso, la corriente tiene la misma magnitud que cuando gira el conductor externo. Faraday explica este resultado diciendo que aunque la parte exterior del conductor no corta las líneas, su parte interior ( CD), que gira con el imán, corta todas las líneas que pasan por el interior del imán. Si la parte exterior del conductor está fijada y girada junto con el imán, entonces no surge corriente. Esto también se puede explicar. De hecho, las partes interior y exterior del conductor cruzan el mismo número de líneas de fuerza dirigidas en la misma dirección, por lo que las corrientes inducidas en ambas partes del conductor se anulan entre sí.

De los experimentos se dedujo que dentro del imán las líneas de fuerza no van del polo norte al sur, sino que, por el contrario, forman curvas cerradas con las líneas de fuerza externas, lo que permitió a Faraday formular la ley de conservación de la número de líneas de fuerza magnéticas en los espacios externo e interno de un imán permanente: “Con esta asombrosa distribución de fuerza, que es revelada por un conductor en movimiento, un imán es exactamente como una bobina electromagnética, tanto en que las líneas de fuerza fluyen en en forma de círculos cerrados, y en la igualdad de su suma dentro y fuera”. Así, el concepto de “número de líneas eléctricas” recibió derechos de ciudadanía, gracias a lo cual la formulación de la ley de proporcionalidad de la fuerza electromotriz de inducción al número de líneas eléctricas atravesadas por un conductor por unidad de tiempo adquirió significado físico.

Sin embargo, Faraday admitió que sus resultados no eran una prueba concluyente de la realidad de las líneas de campo. Para tal prueba, escribió, es necesario "establecer la relación de las líneas de fuerza con el tiempo", es decir, demostrar que estas líneas pueden moverse en el espacio con una velocidad finita y, por lo tanto, pueden ser detectadas por algunos métodos físicos.

Es importante enfatizar que el problema de las “líneas de fuerza físicas” no tenía nada en común para Faraday con los intentos de detectar directamente líneas de fuerza ordinarias. Desde el descubrimiento de la inducción electromagnética, Faraday creía que tanto las líneas de fuerza ordinarias como las leyes del electromagnetismo son manifestaciones de algunas propiedades especiales de la materia, su condición especial, que el científico llamó electrotónico. Al mismo tiempo, la cuestión de la esencia de este estado y su conexión con formas conocidas Faraday creía que el asunto estaba abierto: “Qué es este estado y de qué depende, no lo podemos decir ahora. Quizás esté condicionado por el éter, como un rayo de luz... Quizás sea un estado de tensión, o un estado de vibración, o algún otro estado análogo a la corriente eléctrica, con el que las fuerzas magnéticas están tan estrechamente relacionadas. Que la presencia de materia sea necesaria para mantener este estado depende de lo que se entienda por la palabra "materia". Si el concepto de materia se limita a sustancias pesadas o gravitantes, entonces la presencia de materia es tan poco significativa para las líneas físicas de fuerza magnética como para los rayos de luz y calor. Pero si, admitiendo el éter, aceptamos que se trata de una especie de materia, entonces las líneas de fuerza pueden depender de cualquiera de sus acciones”.

La atención que Faraday prestó a las líneas de fuerza se debió principalmente al hecho de que vio en ellas un puente que conducía a algo completamente diferente. Nuevo Mundo. Sin embargo, fue difícil cruzar este puente incluso para un experimentador tan brillante como Faraday. En realidad, este problema no permitía en absoluto una solución puramente experimental. Sin embargo, se podría intentar penetrar matemáticamente en el espacio entre las líneas de fuerza. Esto es exactamente lo que hizo Maxwell. Sus famosas ecuaciones se convirtieron en la herramienta que permitió penetrar en los espacios inexistentes entre las líneas de campo de Faraday y, como resultado, descubrir allí una nueva realidad física. Pero ésta es otra historia: la historia del Gran Teórico.

Esto se refiere al libro de R. Feynman, R. Leighton y M. Sands “Feynman Lectures on Physics” (M.: Mir, 1967) ( Nota ed.)
En traducción rusa, el primer volumen de este libro se publicó en 1947, el segundo en 1951 y el tercero en 1959 en la serie "Clásicos de la ciencia" (M.: Editorial de la Academia de Ciencias de la URSS). ( Nota ed.)
En 1892, William Thomson recibió el título nobiliario de "Lord Kelvin" por su trabajo fundamental en diversos campos de la física, en particular el tendido del cable transatlántico que conecta Inglaterra y Estados Unidos.

Nombre: Michael Faraday

Edad: 75 años

Actividad: físico experimental, químico

Estado civil: estaba casado

Michael Faraday: biografía

"Mientras la gente disfrute de los beneficios de la electricidad, siempre recordará el nombre de Faraday con gratitud", afirmó Hermann Helmholtz.

Michael Faraday: físico experimental inglés, químico, creador de la doctrina del campo electromagnético. Descubrió la inducción electromagnética, que es la base producción industrial Electricidad y aplicaciones en condiciones modernas.

Infancia y juventud

Michael Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en Newington Buttes, cerca de Londres. Padre: James Faraday (1761-1810), herrero. Madre - Margarita (1764-1838). Además de Michael, la familia incluía al hermano Robert y las hermanas Elizabeth y Margaret. Vivían en la pobreza, por lo que Michael no terminó la escuela y a los 13 años comenzó a trabajar en una librería como repartidor.

No pude completar mi educación. La sed de conocimiento se satisfacía leyendo libros sobre física y química; había muchos en la librería. El joven dominó sus primeros experimentos. Construyó una fuente de corriente: una "tarro de Leyden". El padre y el hermano de Michael lo animaron a experimentar.

En 1810, un joven de 19 años se convirtió en miembro del club filosófico, donde se daban conferencias sobre física y astronomía. Michael participó en la controversia científica. El talentoso joven atrajo la atención de la comunidad científica. El comprador de la librería William Dens le dio a Michael un regalo: un boleto para asistir a una serie de conferencias sobre química y física impartidas por Humphry Davy (fundador de la electroquímica, descubridor elementos quimicos Potasio, Calcio, Sodio, Bario, Boro).

El futuro científico, tras transcribir las conferencias de Humphry Davy, lo encuadernó y se lo envió al profesor, acompañado de una carta pidiéndole que buscara algún trabajo en la Royal Institution. Davy participó en el destino del joven y, después de un tiempo, Faraday, de 22 años, consiguió un trabajo como asistente de laboratorio en un laboratorio químico.

Ciencia

Mientras desempeñaba sus funciones como asistente de laboratorio, Faraday no perdió la oportunidad de escuchar conferencias en cuya preparación participó. Además, con la bendición del profesor Davy, el joven llevó a cabo sus experimentos químicos. Su escrupulosidad y habilidad en el desempeño de su trabajo como asistente de laboratorio lo convirtieron en el asistente constante de Davy.

En 1813, Davy llevó a Faraday como secretario a un viaje de dos años por Europa. Durante el viaje, el joven científico conoció a las luminarias de la ciencia mundial: André-Marie Ampère, Joseph Louis Gay-Lussac y Alessandro Volta.

A su regreso a Londres en 1815, a Faraday se le asignó el puesto de asistente. Al mismo tiempo, continuó con lo que amaba: realizó sus propios experimentos. Durante su vida, Faraday realizó 30.000 experimentos. En los círculos científicos, por su pedantería y su arduo trabajo, recibió el título de "rey de los experimentadores". La descripción de cada experiencia fue cuidadosamente registrada en diarios. Posteriormente, en 1931, se publicaron estos diarios.

La primera edición impresa de Faraday se publicó en 1816. En 1819 se publicaron 40 obras. Las obras están dedicadas a la química. En 1820, a partir de una serie de experimentos con aleaciones, un joven científico descubrió que la aleación de acero con la adición de níquel no se oxidaba. Pero los resultados de los experimentos pasaron desapercibidos para los metalúrgicos. El descubrimiento del acero inoxidable se patentó mucho más tarde.

En 1820, Faraday se convirtió en superintendente técnico de la Royal Institution. En 1821, pasó de la química a la física. Faraday actuó como un científico establecido, ganó peso en comunidad científica. Se publicó un artículo sobre el principio de funcionamiento de un motor eléctrico, que marcó el comienzo de la ingeniería eléctrica industrial.

Campo electromagnético

En 1820, Faraday se interesó por los experimentos sobre la interacción de la electricidad y los campos magnéticos. En ese momento, se habían descubierto los conceptos de "fuente de corriente continua" (A. Volt), "electrólisis", "arco eléctrico", "electroimán". Durante este período se desarrollaron la electrostática y la electrodinámica y se publicaron los experimentos de Biot, Savart y Laplace sobre el trabajo con la electricidad y el magnetismo. Se publicó el trabajo de A. Ampere sobre electromagnetismo.

En 1821 se publicó la obra de Faraday "Sobre algunos nuevos movimientos electromagnéticos y la teoría del magnetismo". En él, el científico presentó experimentos con una aguja magnética que gira alrededor de un polo, es decir, realizó la transformación energía eléctrica a mecánico. De hecho, introdujo el primer motor eléctrico, aunque primitivo, del mundo.

La alegría del descubrimiento se vio arruinada por la queja de William Wollaston (descubrió paladio, rodio, diseñó un refractómetro y un goniómetro). En una denuncia al profesor Davy, el científico acusó a Faraday de robar la idea de una aguja magnética giratoria. La historia adquirió un carácter escandaloso. Davy aceptó el puesto de Wollaston. Sólo un encuentro personal entre los dos científicos y Faraday explicando su postura pudo resolver el conflicto. Wollaston abandonó el reclamo. La relación entre Davy y Faraday perdió su antigua confianza. Aunque el primero está arriba últimos días No se cansó de repetir que Faraday fue el principal descubrimiento que hizo.

En enero de 1824, Faraday fue elegido miembro de la Royal Society de Londres. El profesor Davy votó en contra.

En 1823 se convirtió en miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de París.

En 1825, Michael Faraday ocupó el lugar de Davy como director del Laboratorio de Física y Química de la Royal Institution.

Después del descubrimiento de 1821, el científico no publicó trabajos durante diez años. En 1831 se convirtió en profesor de Woolwich ( academia militar), en 1833 - profesor de química en la Royal Institution. Dirigió debates científicos y dio conferencias en reuniones científicas.

En 1820, Faraday se interesó por el experimento de Hans Oersted: el movimiento a lo largo de un circuito de corriente eléctrica provocaba el movimiento de una aguja magnética. La corriente eléctrica provocó la aparición del magnetismo. Faraday sugirió que, en consecuencia, el magnetismo podría ser la causa de la corriente eléctrica. La primera mención de la teoría apareció en el diario del científico en 1822. Fueron necesarios diez años de experimentos para desentrañar el misterio de la inducción electromagnética.

La victoria llegó el 29 de agosto de 1831. El dispositivo que permitió a Faraday hacer su ingenioso descubrimiento consistía en un anillo de hierro y muchas vueltas de alambre de cobre enrolladas alrededor de sus dos mitades. En el circuito de la mitad del anillo, cerrado por un cable, había una aguja magnética. El segundo devanado estaba conectado a la batería. Cuando se encendía la corriente, la aguja magnética oscilaba en una dirección y cuando se apagaba, en la otra. Faraday concluyó que un imán era capaz de convertir el magnetismo en energía eléctrica.

El fenómeno de “la aparición de una corriente eléctrica en un circuito cerrado cuando cambia el flujo magnético que lo atraviesa” se denominó inducción electromagnética. El descubrimiento de la inducción electromagnética allanó el camino para la creación de una fuente de corriente: un generador eléctrico.

El descubrimiento marcó el comienzo de una nueva y fructífera ronda de experimentos del científico, que dio al mundo la "Investigación Experimental sobre Electricidad". Faraday demostró experimentalmente la naturaleza única de la generación de energía eléctrica, independientemente del método mediante el cual se genera la corriente eléctrica.

En 1832, el físico recibió la medalla Copley.

Faraday se convirtió en el autor del primer transformador. Posee el concepto de “constante dieléctrica”. En 1836, mediante una serie de experimentos, demostró que la carga de la corriente afecta sólo a la capa del conductor, dejando intactos los objetos que se encuentran en su interior. En ciencia aplicada, un dispositivo fabricado según el principio de este fenómeno se llama "jaula de Faraday".

Descubrimientos y obras

Los descubrimientos de Michael Faraday no tienen que ver sólo con la física. En 1824 descubrió el benceno y el isobutileno. El científico dedujo forma liquida cloro, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, amoníaco, etileno, dióxido de nitrógeno, obtenido por síntesis de hexaclorano.

En 1835, Faraday se vio obligado a tomar una pausa de dos años en su trabajo debido a una enfermedad. Se sospechaba que la causa de la enfermedad era el contacto del científico durante sus experimentos con vapor de mercurio. Después de haber trabajado poco tiempo después de recuperarse, en 1840 el profesor volvió a sentirse mal. Me acosaba la debilidad y la pérdida temporal de la memoria. El período de recuperación se prolongó durante 4 años. En 1841, ante la insistencia de los médicos, el científico emprendió un viaje a Europa.

La familia vivía casi en la pobreza. Según el biógrafo de Faraday, John Tyndall, el científico recibía una pensión de 22 libras al año. En 1841, el primer ministro William Lamb, Lord Melbourne, bajo presión pública, firmó un decreto que concedía a Faraday una pensión estatal de 300 libras esterlinas al año.

En 1845, el gran científico logró atraer la atención de la comunidad mundial con algunos descubrimientos más: el descubrimiento del cambio en el plano de la luz polarizada en un campo magnético (“efecto Faraday”) y el diamagnetismo (magnetización de una sustancia a una campo magnético externo que actúa sobre él).

El gobierno de Inglaterra pidió más de una vez ayuda a Michael Faraday para resolver problemas técnicos. El científico desarrolló un programa para equipar faros, métodos para combatir la corrosión de los barcos y actuó como experto forense. Siendo una persona bondadosa y amante de la paz por naturaleza, se negó rotundamente a participar en la creación de armas químicas para la guerra con Rusia en Guerra de Crimea.

En 1848 le dio a Faraday una casa en la orilla izquierda del Támesis, Hampton Court. La Reina de Gran Bretaña pagaba los gastos e impuestos del hogar. El científico y su familia se mudaron allí y abandonaron el negocio en 1858.

vida personal

Michael Faraday estuvo casado con Sarah Barnard (1800-1879). Sarah es la hermana del amigo de Faraday. La joven de 20 años no aceptó de inmediato la propuesta de matrimonio; el joven científico tenía que preocuparse. La boda tranquila tuvo lugar el 12 de junio de 1821. Muchos años después, Faraday escribió:

"Me casé, un acontecimiento que, más que ningún otro, contribuyó a mi felicidad en la tierra y a mi saludable estado de ánimo".

La familia de Faraday, al igual que la familia de su esposa, son miembros de la comunidad protestante sandemaniana. Faraday realizó el trabajo de diácono de la comunidad de Londres y fue elegido anciano en repetidas ocasiones.

Muerte

Michael Faraday estaba enfermo. En breves momentos, cuando la enfermedad remitió, trabajó. En 1862 propuso una hipótesis sobre el movimiento de las líneas espectrales en un campo magnético. Peter Zeeman pudo confirmar la teoría en 1897, por lo que en 1902 recibió “ Premio Nobel" Zeeman nombró a Faraday como el autor de la idea.

Michael Faraday murió en su escritorio el 25 de agosto de 1867, a la edad de 75 años. Fue enterrado junto a su esposa en el cementerio de Highgate en Londres. Antes de su muerte, el científico pidió un funeral modesto, por lo que solo asistieron sus familiares. En la lápida está grabado el nombre del científico y los años de su vida.

• En su trabajo, el físico no se olvidó de los niños. Las conferencias para niños "La historia de una vela" (1961) se vuelven a publicar hasta el día de hoy.
• El retrato de Faraday aparece en el billete británico de 20 libras emitido entre 1991 y 1999.
• Hubo rumores de que Davy no respondió a la solicitud de trabajo de Faraday. Un día, habiendo perdido temporalmente la vista durante un experimento químico, el profesor recordó al persistente joven. Habiendo trabajado como secretario de un científico, el joven impresionó tanto a Davy con su erudición que le ofreció a Michael un trabajo en el laboratorio.
• Después de regresar de una gira europea con la familia de Davy, Faraday trabajó como lavaplatos mientras esperaba una ayudantía en la Royal Institution.

Faraday Michael (1791-1867), físico inglés, fundador de la doctrina del campo electromagnético.

Nacido el 22 de septiembre de 1791 en Londres en la familia de un herrero. Comenzó a trabajar temprano en una tienda de encuadernación, donde comenzó a interesarse por la lectura. Michael quedó impactado por los artículos sobre electricidad de la Enciclopedia Británica: “Conversaciones sobre química” de Madame Marcais y “Cartas sobre diversos asuntos físicos y filosóficos” de L. Euler. Inmediatamente intentó repetir los experimentos descritos en los libros.

El talentoso joven llamó la atención y fue invitado a escuchar conferencias en la Royal Institution de Gran Bretaña. Después de un tiempo, Faraday comenzó a trabajar allí como asistente de laboratorio.

A partir de 1820 trabajó intensamente en la idea de combinar electricidad y magnetismo. Posteriormente, esto se convirtió en el trabajo de toda la vida del científico. En 1821, Faraday fue el primero en hacer girar un imán alrededor de un conductor portador de corriente y un conductor portador de corriente alrededor de un imán, es decir, creó un modelo de laboratorio de un motor eléctrico.

En 1824 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres. En 1831, el científico descubrió la existencia de la inducción electromagnética y en los años siguientes estableció las leyes de este fenómeno. También descubrió extracorrientes al cerrar y abrir un circuito eléctrico y determinó su dirección.

Basándose en material experimental, demostró la identidad de la termoelectricidad “animal” y “magnética”, la electricidad por fricción y la electricidad galvánica. Haciendo pasar corriente a través de soluciones de álcalis, sales y ácidos, formuló las leyes de la electrólisis (leyes de Faraday) en 1833. Introdujo los conceptos de "cátodo", "ánodo", "ion", "electrólisis", "electrodo", "electrolito". Construyó un voltímetro.

En 1843, Faraday demostró experimentalmente la idea de conservación de la carga eléctrica y estuvo cerca del descubrimiento de la ley de conservación y transformación de la energía, expresando la idea de la unidad de las fuerzas de la naturaleza y su mutua. transformación.

Creador de la doctrina del campo electromagnético, el científico expresó una idea sobre la naturaleza electromagnética de la luz (memorias "Thoughts on Ray Oscillations", 1846).

En 1854 descubrió el fenómeno del diamagnetismo y, tres años después, el paramagnetismo. Sentó el comienzo de la magnetoóptica. Introdujo el concepto de campo electromagnético. Esta idea, según A. Einstein, fue la más descubrimiento importante desde la época de I. Newton.

Faraday vivió modesta y tranquilamente, prefiriendo los experimentos a todo lo demás.

Murió el 25 de agosto de 1867 en Londres. Las cenizas reposan en el cementerio de Highgate de Londres. Las ideas del científico todavía esperan un nuevo genio.

Biografía

Primeros años

Michael nació el 22 de septiembre de 1791 en Newton Butts (ahora Gran Londres). Su padre era un herrero pobre de los suburbios de Londres. Su hermano mayor, Robert, también era herrero, quien de todas las formas posibles alentó la sed de conocimiento de Michael y al principio lo apoyó económicamente. La madre de Faraday, una mujer trabajadora y sin educación, vivió para ver a su hijo alcanzar el éxito y el reconocimiento, y estaba legítimamente orgullosa de él. Los modestos ingresos de la familia no le permitieron a Michael ni siquiera graduarse de la escuela secundaria; a los trece años comenzó a trabajar como proveedor de libros y periódicos, y luego a los 14 años comenzó a trabajar en una librería, donde estudió encuadernación. . Siete años de trabajo en un taller de Blandford Street se convirtieron para el joven en años de intensa autoeducación. Todo este tiempo, Faraday trabajó duro: leyó con entusiasmo todas las historias que entrelazaba. trabajos científicos Doctor en física y química, así como artículos de la Enciclopedia Británica, repitió en el laboratorio de su casa los experimentos descritos en los libros sobre dispositivos electrostáticos caseros. Una etapa importante en la vida de Faraday fueron sus estudios en la Sociedad Filosófica de la Ciudad, donde por las tardes Michael escuchaba conferencias de divulgación científica sobre física y astronomía y participaba en debates. Recibió dinero (un chelín para pagar cada conferencia) de su hermano. En las conferencias, Faraday hizo nuevas amistades, a quienes les escribió muchas cartas para desarrollar un estilo de presentación claro y conciso; También intentó dominar las técnicas de la oratoria.

Empezando en la Royal Institution

Faraday da una conferencia pública

Prestando atención al ansia de ciencia del joven, en 1812 uno de los visitantes del taller de encuadernación, miembro de la Royal Society de Londres Denault, le regaló una entrada para una serie de conferencias públicas del famoso físico y químico, el descubridor. de muchos elementos químicos, G. Davy en la Royal Institution. Michael no sólo escuchó con interés, sino que también escribió y encuadernó en detalle cuatro conferencias, que envió junto con una carta al profesor Davy pidiéndole que lo contratara en la Royal Institution. Este “paso audaz e ingenuo”, según el propio Faraday, tuvo una influencia decisiva en su destino. El profesor quedó sorprendido por los amplios conocimientos del joven, pero en ese momento no había vacantes en el instituto y la solicitud de Michael fue concedida solo unos meses después. Davy (no sin dudarlo) invitó a Faraday al puesto vacante de asistente de laboratorio en el laboratorio químico de la Royal Institution, donde trabajó durante muchos años. Al comienzo de esta actividad en el otoño del mismo año, junto con el profesor y su esposa, realizó un largo viaje por centros científicos Europa (1813-1815). Este viaje fue para Faraday. gran valor: él y Davy visitaron varios laboratorios, donde conoció a muchos científicos destacados de la época, entre ellos A. Ampère, M. Chevrel, J. L. Gay-Lussac y A. Volta, quienes a su vez llamaron la atención sobre las brillantes habilidades del joven. Inglés.

Primera investigación independiente

Faraday experimentando en el laboratorio.

Poco a poco, su investigación experimental se desplazó cada vez más hacia el campo de la física. Después del descubrimiento por H. Oersted del efecto magnético de la corriente eléctrica en 1820, Faraday quedó fascinado por el problema de la conexión entre la electricidad y el magnetismo. En su diario de laboratorio apareció una entrada: "Convertir el magnetismo en electricidad". El razonamiento de Faraday fue el siguiente: si en el experimento de Oersted la corriente eléctrica tiene una fuerza magnética y, según Faraday, todas las fuerzas son interconvertibles, entonces los imanes deberían excitar la corriente eléctrica. Ese mismo año intentó descubrir el efecto polarizador de la corriente sobre la luz. Al hacer pasar luz polarizada a través del agua situada entre los polos de un imán, intentó detectar la despolarización de la luz, pero el experimento dio un resultado negativo.

En 1823, Faraday se convirtió en miembro de la Royal Society de Londres y fue nombrado director de los laboratorios físicos y químicos de la Royal Institution, donde realizó sus experimentos.

En 1825, en el artículo "Corriente electromagnética (bajo la influencia de un imán)", Faraday describe un experimento que, en su opinión, debería demostrar que la corriente que actúa sobre un imán experimenta oposición de su parte. La misma experiencia se describe en el diario de Faraday del 28 de noviembre de 1825. El esquema del experimento se veía así. Se colocaron dos alambres, separados por una doble capa de papel, paralelos entre sí. En este caso, uno estaba conectado a una celda galvánica y el segundo a un galvanómetro. Según Faraday, cuando circula una corriente por el primer hilo, se debería inducir una corriente en el segundo, que sería registrada por un galvanómetro. Sin embargo, este experimento también dio un resultado negativo.

En 1831, después de diez años de búsqueda continua, Faraday finalmente encontró una solución a su problema. Se supone que Faraday fue impulsado a este descubrimiento por un mensaje del inventor Joseph Henry, quien también realizó experimentos de inducción, pero no los publicó, considerándolos insignificantes y tratando de dar cierta sistematicidad a sus resultados. Henry, sin embargo, publicó un mensaje de que había logrado crear un electroimán capaz de levantar una tonelada. Esto fue posible gracias al uso de aislamiento de alambre, lo que permitió crear un devanado multicapa que mejora significativamente el campo magnético.

Faraday describe su primer experimento exitoso:

Se enrollaron doscientos tres pies de alambre de cobre en una sola pieza alrededor de un gran tambor de madera; otros doscientos tres pies del mismo alambre se tendieron en espiral entre las espiras del primer devanado, eliminándose por todas partes el contacto metálico mediante un cordón. Una de estas espirales estaba conectada a un galvanómetro y la otra a una batería bien cargada de cien pares de placas, de cuatro pulgadas cuadradas, con placas dobles de cobre. Cuando se cerró el contacto hubo un efecto repentino pero muy débil en el galvanómetro, y un efecto débil similar tuvo lugar cuando se abrió el contacto con la batería.

En 1832, Faraday descubrió las leyes electroquímicas, que forman la base de una nueva rama de la ciencia: la electroquímica, que hoy tiene gran cantidad Aplicaciones tecnológicas.

Elección a la Royal Society

En 1824, Faraday fue elegido miembro de la Royal Society, a pesar de la oposición activa de Davy, con quien la relación de Faraday en ese momento se había vuelto bastante complicada, aunque a Davy le gustaba repetir que de todos sus descubrimientos, el más significativo fue “el descubrimiento de Faraday .” Este último también rindió homenaje a Davy, calificándolo de "gran hombre". Un año después de su elección a la Royal Society, Faraday fue nombrado director del laboratorio de la Royal Institution y recibió una cátedra en este instituto.

Faraday y la religión

Michael Faraday era un cristiano creyente y continuó creyendo incluso después de conocer el trabajo de Darwin. Pertenecía a los sandimaneses ( Inglés) una secta cuyos miembros interpretaban la Biblia literalmente. El científico fue elegido anciano de la secta en 1840, pero en 1844, junto con otras 13 personas, fue expulsado de ella por razones desconocidas. Sin embargo, a las pocas semanas, Faraday fue aceptado nuevamente. A pesar de que en 1850 estuvo nuevamente al borde de la expulsión de la secta, lo que, según sus reglas, significaría una exclusión de por vida, en 1860 Faraday fue elegido anciano por segunda vez. Ocupó este cargo hasta 1864.

Funciona en traducciones rusas.

• Faraday M. Obras Seleccionadas sobre Electricidad. M.-L.: GONTI, 1939. Serie: Clásicos de las Ciencias Naturales. (Colección de obras diversas y fragmentos).
• Faraday M. Fuerzas de la materia y sus relaciones. M.: GAIZ, 1940.
• Faraday M. Investigación Experimental en Electricidad. En 3 vols. M.: Editorial. Academia de Ciencias de la URSS, 1947, 1951, 1959. ( Título original: Investigaciones Experimentales en Electricidad).

Ver también

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	Michael Faraday en Wikimedia Commons

Notas

Literatura

• Radovsky M. I. Faraday. M.: Asociación de Revistas y Periódicos, 1936. Serie: Vida de personas notables, números 19-20 (91-92).

Campo de golf

Categorías:

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• Nacido en 1791
• Nacido en Londres
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• Murió en 1867
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• Científicos que les dan nombre unidades fisicas medidas
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• Miembros de la Academia Francesa de Ciencias
• Miembros honorarios de la Academia de Ciencias de San Petersburgo
• Miembros y miembros correspondientes de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.
• Destinatarios de la medalla Copley
• ingenieros mecanicos

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