Michael Faraday (Dansk)

Tidligt liv

Michael Faraday blev født i landsbyen Newington, Surrey, nu en del af det sydlige London. Hans far var en smed, der tidligere i 1791 var migreret fra det nordlige England for at lede efter arbejde. Hans mor var en landskvinde med stor ro og visdom, der støttede sin søn følelsesmæssigt gennem en vanskelig barndom. Faraday var et af fire børn, som alle havde svært ved at få nok at spise, da deres far ofte var syg og ude af stand til at arbejde støt. Faraday mindede senere om at have fået et brød, der skulle holde ham i en uge. Familien tilhørte en lille kristen sekt, kaldet Sandemanians, der sørgede for åndelig næring til Faraday gennem hele sit liv. Det var den vigtigste indflydelse på ham og påvirkede stærkt den måde, hvorpå han nærmede sig og fortolkede naturen.

Faraday modtog kun grundlaget for en uddannelse, lærte at læse, skrive og kryptere i en kirkes søndagsskole. I en tidlig alder begyndte han at tjene penge ved at levere aviser til en boghandler og bogbinder, og i en alder af 14 blev han i lære hos manden. I modsætning til de andre lærlinger benyttede Faraday lejligheden til at læse nogle af de bøger, der blev bragt ind til genbinding. Artiklen om elektricitet i den tredje udgave af Encyclopædia Britannica fascinerede ham især. Ved hjælp af gamle flasker og tømmer lavede han en rå elektrostatisk generator og gjorde enkle eksperimenter. Han byggede også en svag voltaisk bunke, som han udførte eksperimenter inden for elektrokemi.

Faradays store mulighed kom, da han blev tilbudt en billet til at deltage i kemiske foredrag af Sir Humphry Davy ved Royal Institution of Great Britain i London. Faraday gik, sad optaget af det hele, indspillede forelæsningerne i sine noter og vendte tilbage til bogbinding med det tilsyneladende uopnåelige håb om at komme ind i videnskabens tempel. Han sendte en bundet kopi af sine noter til Davy sammen med et brev, der bad om ansættelse, men der var ingen åbning. Davy glemte dog ikke, og da en af hans laboratorieassistenter blev afskediget for slagsmål, tilbød han Faraday et job. Faraday begyndte som Davys laboratorieassistent og lærte kemi i albuen hos en af de største udøvere af dagen. Det er med en vis sandhed blevet sagt, at Faraday var Davys største opdagelse.

Da Faraday kom til Davy i 1812, var Davy i færd med at revolutionere datidens kemi. Antoine-Laurent Lavoisier, franskmanden generelt anerkendt for grundlæggelsen af moderne kemi, havde gennemført sin omlægning af kemisk viden i 1770erne og 1780erne ved at insistere på et par enkle principper. Blandt disse var, at ilt var et unikt element, idet det var den eneste tilhænger af forbrænding og også var det element, der lå til grund for alle syrer. Efter at have opdaget natrium og kalium ved at bruge en kraftig strøm fra et galvanisk batteri til at nedbryde oxider af disse grundstoffer, vendte Davy sig til nedbrydning af mursyre (saltsyre), en af de stærkeste kendte syrer. Nedbrydningsprodukterne var brint og en grøn gas, der understøttede forbrændingen, og som, kombineret med vand, producerede en syre. Davy konkluderede, at denne gas var et element, som han gav navnet chlor, og at der ikke var noget ilt overalt i muriatsyre. Surhed var derfor ikke resultatet af tilstedeværelsen af et syredannende element, men af en anden tilstand. Hvad kunne denne tilstand ellers være, men den fysiske form af selve syremolekylet? Davy foreslog derfor, at kemiske egenskaber ikke blev bestemt af specifikke elementer alene, men også af måderne, hvorpå disse grundstoffer blev arrangeret i molekyler. Da han ankom dette synspunkt, blev han påvirket af en atomteori, der også skulle have vigtige konsekvenser for Faradays tankegang. Denne teori, der blev foreslået i det 18. århundrede af Ruggero Giuseppe Boscovich, hævdede, at atomer var matematiske punkter omgivet af vekslende felter med attraktive og frastødende kræfter. Et sandt element omfattede et enkelt sådant punkt, og kemiske grundstoffer var sammensat af et antal sådanne punkter, hvor de resulterende kraftfelter kunne være ret komplicerede. Molekyler blev igen bygget op af disse grundstoffer, og de kemiske kvaliteter af både grundstoffer og forbindelser var resultaterne af de endelige kraftmønstre, der omgiver klumper af punktatomer. Én egenskab ved sådanne atomer og molekyler skal bemærkes specifikt: de kunne placeres under betydelig belastning eller spænding, før “bindingerne”, der holdt dem sammen, blev brudt.Disse stammer skulle være centrale for Faradays ideer om elektricitet.

Faradays andet lærlingeuddannelse, under Davy, sluttede i 1820. Dengang havde han lært kemi så grundigt som nogen i live. Han havde også haft rig mulighed for at øve kemiske analyser og laboratorieteknikker til det punkt, hvor han mestrede, og han havde udviklet sine teoretiske synspunkter til det punkt, at de kunne guide ham i hans forskning. Der fulgte en række opdagelser, der overraskede den videnskabelige verden.

Faraday opnåede sin tidlige berømmelse som kemiker. Hans ry som analytisk kemiker førte til, at han blev kaldt som ekspertvidne i juridiske retssager og til opbygning af et klientel, hvis honorarer hjalp med at støtte Royal Institution. I 1820 producerede han de første kendte forbindelser af carbon og chlor, C2Cl6 og C2Cl4. Disse forbindelser blev produceret ved at substituere chlor med hydrogen i “olefiant gas” (ethylen), den første substitutionsreaktioner induceret. (Sådanne reaktioner vil senere tjene til at udfordre den dominerende teori om kemisk kombination foreslået af Jöns Jacob Berzelius.) I 1825 som en resultat af forskning på belysning af gasser, Faraday isolerede og beskrev benzen. I 1820erne gennemførte han også undersøgelser af stållegeringer og hjalp med at lægge grundlaget for videnskabelig metallurgi og metallografi. Mens han afsluttede en opgave fra Royal Society of London for at forbedre kvaliteten af optisk glas til teleskoper, producerede han et glas med meget højt brydningsindeks, der skulle føre ham i 1845 til opdagelsen af diamagnetisme. I 1821 blev han gift med Sarah Barnard, bosatte sig permanent ved Royal Institution og begyndte serien af undersøgelser om elektricitet og magnetisme, der skulle revolutionere fysikken.

I 1820 meddelte Hans Christian Ørsted opdagelsen, at strømmen af en elektrisk strøm gennem en ledning frembragte et magnetfelt omkring ledningen. André-Marie Ampère viste, at den magnetiske kraft tilsyneladende var en cirkulær en, der faktisk producerede en cylinder af magnetisme omkring ledningen. Ingen sådan cirkulær kraft var nogensinde før blevet observeret, og Faraday var den første til at forstå, hvad den antydede. Hvis en magnetisk pol kunne isoleres, burde den bevæge sig konstant i en cirkel omkring en strømførende ledning. Faradays opfindsomhed og laboratoriekompetencer gjorde det muligt for ham at konstruere et apparat, der bekræftede denne konklusion. Denne enhed, der omdannede elektrisk energi til mekanisk energi, var den første elektriske motor.

Denne opdagelse fik Faraday til at overveje elektricitetens natur. I modsætning til hans samtidige var han ikke overbevist om, at elektricitet var en materialevæske, der strømmede gennem ledninger som vand gennem et rør. I stedet tænkte han på det som en vibration eller kraft, der på en eller anden måde blev transmitteret som et resultat af spændinger skabt i lederen. Et af hans første eksperimenter efter hans opdagelse af elektromagnetisk rotation var at føre en stråle af polariseret lys gennem en opløsning, hvor elektrokemisk nedbrydning fandt sted for at detektere de intermolekylære stammer, som han troede skulle produceres ved passage af en elektrisk strøm. I løbet af 1820erne vendte han hele tiden tilbage til denne idé, men altid uden resultat.

I foråret 1831 begyndte Faraday at arbejde med Charles (senere Sir Charles) Wheatstone om lydteorien, et andet vibrationsfænomen. . Han var især fascineret af mønstrene (kendt som Chladni-figurer) dannet i let pulver spredt på jernplader, når disse plader blev kastet i vibrationer af en violinbue. Her blev demonstreret en dynamisk årsags evne til at skabe en statisk effekt, noget han var overbevist om, at der skete i en strømførende ledning. Han var endnu mere imponeret over det faktum, at sådanne mønstre kunne induceres i en plade ved at bøje en anden i nærheden. En sådan akustisk induktion er tilsyneladende det, der lå bag hans mest berømte eksperiment. Den 29. august 1831 sårede Faraday en tyk jernring på den ene side med isoleret ledning, der var forbundet med et batteri. Derefter viklede han den modsatte side med ledning forbundet til et galvanometer. Hvad han forventede var, at der ville blive produceret en “bølge”, når batterikredsløbet blev lukket, og at bølgen ville dukke op som en afbøjning af galvanometeret i det andet kredsløb. Han lukkede det primære kredsløb og så til sin glæde og tilfredshed det galvanometer nålespring. En strøm var blevet fremkaldt i sekundærspolen af en i primæren. Da han åbnede kredsløbet, var han imidlertid forbløffet over at se galvanometeret hoppe i den modsatte retning. På en eller anden måde skabte slukning af strømmen også en induceret strøm, lige og modsat den oprindelige strøm, i det sekundære kredsløb.Dette fænomen fik Faraday til at foreslå det, han kaldte den “elektrotoniske” tilstand af partikler i ledningen, som han betragtede som en spændingstilstand. En strøm syntes således at være oprettelsen af en sådan spændingstilstand eller sammenbruddet af en sådan tilstand Selvom han ikke kunne finde eksperimentelle beviser for den elektrotoniske tilstand, opgav han aldrig helt konceptet, og det formede det meste af hans senere arbejde.

I efteråret 1831 forsøgte Faraday at bestemme, hvordan en induceret strøm blev produceret. Hans oprindelige eksperiment havde involveret en kraftig elektromagnet skabt ved vikling af den primære spole. Han forsøgte nu at skabe en strøm ved hjælp af en permanent magnet. Han opdagede, at når en permanent magnet blev bevæget ind og ud af en spole af ledning, blev der induceret en strøm i spolen. Magneter, vidste han, var omgivet af kræfter, der kunne synliggøres af den enkle hjælpemiddel ved at sprøjtejernarkasser på et kort, der blev holdt over dem. Faraday så “kraftlinjerne” således afsløret som linjer af spænding i mediet, nemlig luft, der omgiver magneten, og han opdagede snart loven, der bestemmer produktionen af elektriske strømme med magneter: størrelsen af en strøm var afhængig af antallet af kraftlinjer, der blev skåret af lederen i enhedstiden. Han indså straks, at en kontinuerlig strøm kunne produceres ved at dreje en kobberskive mellem polerne på en kraftig magnet og tage ledninger ud af skivens kant og centrum. Ydersiden af disken ville skære flere linjer end indersiden, og der ville således være en kontinuerlig strøm produceret i kredsløbet, der forbinder kanten til midten. Dette var den første dynamo. Det var også den direkte forfader til elmotorer, for det var kun nødvendigt at vende situationen, at føre en elektrisk strøm til disken og få den til at rotere.