Michael Faraday (Čeština)

Raný život

Michael Faraday se narodil ve vesnici Newington ve státě Surrey, která je nyní součástí jižního Londýna. Jeho otec byl kovář, který se stěhoval ze severu Anglie dříve v roce 1791, aby si hledal práci. Jeho matka byla venkovská žena s velkým klidem a moudrostí, která svého syna emocionálně podporovala v obtížném dětství. Faraday byl jedním ze čtyř dětí, z nichž všechny se těžko dostaly k jídlu, protože jejich otec byl často nemocný a nebyl schopen trvale pracovat. Faraday později vzpomínal, že dostal jeden bochník chleba, který mu musel vydržet týden. Rodina patřila malé křesťanské sektě zvané Sandemanians, která poskytovala Faradayovi po celý život duchovní výživu. Byl to pro něj ten nejdůležitější vliv a silně ovlivnil způsob, jakým přistupoval a interpretoval přírodu.

Faraday obdržel pouze základy vzdělání, učení se číst, psát a šifrovat v církevní nedělní škole. V raném věku začal vydělávat peníze dodáváním novin pro knihkupectví a kniháře a ve věku 14 let byl u muže vyučen. Na rozdíl od ostatních učňů Faraday využil příležitosti a přečetl si některé z knih přinesených k opětovnému navázání. Článek o elektřině ve třetím vydání Encyklopedie Britannica ho zvlášť fascinoval. Ze starých lahví a řeziva vyrobil surový elektrostatický generátor a provedl jednoduché experimenty. Postavil také slabou hromádku galvanických vláken, se kterou prováděl experimenty v elektrochemii.

Faradayova skvělá příležitost nastala, když mu byla nabídnuta vstupenka na chemické přednášky sira Humphryho Davyho v Royal Institution of Great Britain v Londýně. Faraday šel, seděl pohroužený do toho všeho, zaznamenal si přednášky do svých poznámek a vrátil se k vázání knih se zdánlivě nerealizovatelnou nadějí, že vstoupí do chrámu vědy. Poslal vázanou kopii svých poznámek Davymu spolu s dopisem se žádostí o zaměstnání, ale neotevřel se. Davy však nezapomněl, a když byl jeden z jeho laboratorních asistentů propuštěn kvůli rvačce, nabídl Faradayovi práci. Faraday začínal jako Davyho laboratorní asistent a učil se chemii v lokti jednoho z největších praktiků dne. S jistou pravdou se říkalo, že Faraday byl Davyho největším objevem.

Když se Faraday připojil k Davymu v roce 1812, Davy byl v procesu revoluce v chemii dneška. Francouz Antoine-Laurent Lavoisier, který se obecně zasloužil o založení moderní chemie, uskutečnil své přeskupení chemických znalostí v 70. a 80. letech 17. století tím, že trval na několika jednoduchých principech. Mezi nimi bylo to, že kyslík byl jedinečným prvkem v tom, že byl jediným zastáncem spalování a byl také prvkem, který byl základem všech kyselin. Davy, poté, co objevil sodík a draslík pomocí silného proudu z galvanické baterie k rozkladu oxidů těchto prvků, se obrátil k rozkladu kyseliny muriatové (chlorovodíkové), jedné z nejsilnějších známých kyselin. Produkty rozkladu byly vodík a zelený plyn, který podporoval spalování a který v kombinaci s vodou produkoval kyselinu. Davy dospěl k závěru, že tento plyn je prvek, kterému dal název chlor, a že v kyselině muriatové není vůbec žádný kyslík. Kyselost tedy nebyla výsledkem přítomnosti kyselinotvorného prvku, ale nějakého jiného stavu. Co jiného by tato podmínka mohla být, než fyzická forma samotné molekuly kyseliny? Davy tedy navrhl, že chemické vlastnosti nebyly určovány pouze konkrétními prvky, ale také způsoby, jakými byly tyto prvky uspořádány v molekulách. Když dospěl k tomuto pohledu, byl ovlivněn atomovou teorií, která měla mít také důležité důsledky pro Faradayovo myšlení. Tato teorie, kterou v 18. století navrhl Ruggero Giuseppe Boscovich, tvrdila, že atomy jsou matematické body obklopené střídavými poli přitažlivých a odpudivých sil. Skutečný prvek zahrnoval jediný takový bod a chemické prvky byly složeny z řady takových bodů, o nichž by výsledná silová pole mohla být docela komplikovaná. Molekuly byly zase vytvořeny z těchto prvků a chemické vlastnosti obou prvků a sloučenin byly výsledkem konečných vzorců síly obklopující shluky bodových atomů. Jedna vlastnost takových atomů a molekul by měla být konkrétně poznamenána: mohly být vystaveny značnému napětí nebo napětí, než došlo k rozbití „vazeb“, které je drží pohromadě.Tyto kmeny měly být ústředním bodem Faradayových představ o elektřině.

Druhé Faradayovo učení se u Davyho skončilo v roce 1820. Do té doby se chemii naučil stejně důkladně jako kdokoli naživu. Měl také dostatek příležitostí procvičovat chemické analýzy a laboratorní techniky až do úplného zvládnutí a rozvinul své teoretické pohledy do té míry, že by ho mohly vést při jeho výzkumech. Následovala řada objevů, které ohromily vědecký svět.

Faraday dosáhl své rané pověsti chemika. Jeho pověst analytického chemika vedla k tomu, že byl povolán jako znalec v právních procesech a k budování klientely, jejíž poplatky přispěly k podpoře Královské instituce. V roce 1820 vyrobil první známé sloučeniny uhlíku a chloru, C2Cl6 a C2Cl4. Tyto sloučeniny byly vyrobeny substitucí chloru za vodík v „olefiantním plynu“ (ethylenu), což vyvolaly první substituční reakce. (Tyto reakce by později posloužily jako výzva pro dominantní teorii chemické kombinace, kterou navrhl Jöns Jacob Berzelius.) V roce 1825 jako jako výsledek výzkumu osvětlovacích plynů Faraday izoloval a popsal benzen. Ve dvacátých letech 20. století také provedl výzkum ocelových slitin a pomohl položit základy pro vědeckou metalurgii a metalografii. Při plnění úkolů z Royal Society of London za účelem zlepšení kvality optické sklo pro dalekohledy, vyrobil sklo s velmi vysokým indexem lomu, které ho mělo v roce 1845 přivést k objevení diamagnetismu. V roce 1821 se oženil se Sarah Barnardovou, trvale se usadil v Royal Institution a zahájil sérii výzkumů elektřiny a magnetismus, který měl způsobit převrat ve fyzice.

V roce 1820 Hans Christian Ørsted oznámil objev, že tok elektrického proudu drátem vytvořil magnetické pole kolem drátu. André-Marie Ampère ukázal, že magnetická síla byla zjevně kruhová a ve skutečnosti vytvářela kolem drátu magnetický válec. Žádná taková kruhová síla nikdy předtím nebyla pozorována a Faraday byl první, kdo pochopil, co to znamená. Pokud by bylo možné izolovat magnetický pól, měl by se neustále pohybovat v kruhu kolem vodiče nesoucího proud. Faradayova vynalézavost a laboratorní dovednosti mu umožnily zkonstruovat aparát, který tento závěr potvrdil. Toto zařízení, které přeměňovalo elektrickou energii na energii mechanickou, bylo prvním elektromotorem.

Tento objev vedl Faradaye k úvahám o povaze elektřiny. Na rozdíl od svých současníků nebyl přesvědčen, že elektřina je hmotná tekutina, která protéká dráty jako voda trubkou. Místo toho to považoval za vibraci nebo sílu, která byla nějakým způsobem přenášena v důsledku napětí vytvořeného ve vodiči. Jedním z jeho prvních experimentů po objevení elektromagnetické rotace bylo projít paprskem polarizovaného světla roztokem, ve kterém probíhal elektrochemický rozklad, aby bylo možné detekovat mezimolekulární kmeny, které podle něj musí být produkovány průchodem elektrického proudu. Během dvacátých let 20. století se k této myšlence stále vracel, ale vždy bez výsledku.

Na jaře roku 1831 začal Faraday s Charlesem (později sirem Charlesem) Wheatstoneem pracovat na teorii zvuku, dalším vibračním fenoménu . Zvláště ho fascinovaly vzory (známé jako Chladniho postavy) vytvořené ve světle prášku šířícího se na železných deskách, když byly tyto desky hozeny do vibrací lukem na housle. Zde byla prokázána schopnost dynamické příčiny vytvořit statický efekt, něco, o čem byl přesvědčen, že se stalo v drátu nesoucím proud. Ještě více na něj zapůsobila skutečnost, že takové vzory lze vyvolat v jedné desce uklonením další poblíž. Taková akustická indukce je zjevně tím, co stálo za jeho nejslavnějším experimentem. 29. srpna 1831 Faraday navinul na jedné straně silný železný prsten izolovaným drátem, který byl připojen k baterii. Poté navinul opačnou stranu drátem připojeným k galvanometru. Očekával, že při uzavření bateriového obvodu se vytvoří „vlna“ a že se vlna projeví jako vychýlení galvanometru ve druhém okruhu. Zavřel primární okruh a ke své radosti a spokojenosti viděl skok jehly galvanometru. Jeden v primární byl indukován proudem v sekundární cívce. Když však otevřel obvod, byl ohromen, když viděl skok galvanometru v opačném směru. Vypnutí proudu nějak také vytvořilo indukovaný proud, stejný a opačný k původnímu proudu, v sekundárním obvodu.Tento jev vedl Faradaye k tomu, aby navrhl to, co nazval „elektrotonickým“ stavem částic v drátu, který považoval za stav napětí. Proud se tedy jevil jako nastolení takového stavu napětí nebo zhroucení takového stavu . Ačkoli nemohl najít experimentální důkazy pro elektrotonický stav, nikdy zcela neopustil tento koncept a formoval většinu jeho pozdější práce.

Na podzim roku 1831 se Faraday pokusil určit, jak indukovaná byl vyroben proud. Jeho původní experiment zahrnoval silný elektromagnet vytvořený vinutím primární cívky. Nyní se pokusil vytvořit proud pomocí permanentního magnetu. Zjistil, že když se permanentní magnet pohyboval dovnitř a ven z cívky drát, v cívce byl indukován proud. Magnety, jak věděl, byly obklopeny silami, které bylo možné zviditelnit jednoduchým účelem kropení železných pilin na kartu drženou nad nimi. Faraday viděl takto odhalené „silové linie“ jako řádky napětí v médiu, konkrétně ve vzduchu, obklopujícím magnet, a brzy objevil zákon určující produkci elektrických proudů magnety: velikost proudu byla závislá na počtu siločar vedených vodičem za jednotku času. Okamžitě si uvědomil, že nepřetržitý proud lze vytvořit otáčením měděného disku mezi póly silného magnetu a odvedením vodičů z okraje a středu disku. Vnější část disku by prořízla více čar než vnitřní, a v obvodu spojujícím okraj se středem by tak vznikal kontinuální proud. Toto bylo první dynamo. Byl to také přímý předchůdce elektromotorů, protože bylo nutné pouze zvrátit situaci, přivést elektrický proud na disk a zajistit jeho otáčení.