Première vie
Michael Faraday est né dans le village de campagne de Newington, Surrey, qui fait maintenant partie du sud de Londres. Son père était un forgeron qui avait émigré du nord de lAngleterre plus tôt en 1791 pour chercher du travail. Sa mère était une paysanne dun grand calme et dune grande sagesse qui a soutenu son fils émotionnellement pendant une enfance difficile. Faraday était lun des quatre enfants, qui avaient tous du mal à avoir assez à manger, car leur père était souvent malade et incapable de travailler régulièrement. Faraday sest rappelé plus tard quon lui avait donné une miche de pain qui devait lui durer une semaine. La famille appartenait à une petite secte chrétienne, appelée Sandemanians, qui a fourni une nourriture spirituelle à Faraday tout au long de sa vie. Ce fut linfluence la plus importante sur lui et affecta fortement la manière dont il abordait et interpréta la nature.
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Faraday na reçu que les rudiments dune éducation, apprenant à lire, écrire et chiffrer dans une école du dimanche de léglise. Dès son plus jeune âge, il commença à gagner de largent en livrant des journaux pour un libraire et un relieur, et à lâge de 14 ans, il fut apprenti auprès de lhomme. Contrairement aux autres apprentis, Faraday a profité de loccasion pour lire certains des livres amenés pour reliure. Larticle sur lélectricité dans la troisième édition de lEncyclopædia Britannica la particulièrement fasciné. En utilisant de vieilles bouteilles et du bois, il a fabriqué un générateur électrostatique brut et a fait des expériences simples. Il a également construit une pile voltaïque faible avec laquelle il a effectué des expériences délectrochimie.
La grande opportunité de Faraday est venue de lui offrir un billet pour assister à des conférences sur la chimie de Sir Humphry Davy à la Royal Institution of Great Britain à Londres. Faraday est allé, sest assis absorbé par tout cela, a enregistré les conférences dans ses notes et est revenu à la reliure avec lespoir apparemment irréalisable dentrer dans le temple de la science. Il a envoyé une copie reliée de ses notes à Davy avec une lettre demandant un emploi, mais il ny a pas eu douverture. Davy na cependant pas oublié et, lorsquun de ses assistants de laboratoire a été licencié pour bagarre, il a proposé un emploi à Faraday. Faraday a commencé comme assistant de laboratoire de Davy et a appris la chimie au coude de l’un des plus grands praticiens de l’époque. On a dit, avec une certaine vérité, que Faraday était la plus grande découverte de Davy.
Lorsque Faraday a rejoint Davy en 1812, Davy était en train de révolutionner la chimie de lépoque. Antoine-Laurent Lavoisier, le Français généralement reconnu pour avoir fondé la chimie moderne, avait opéré son réarrangement des connaissances chimiques dans les années 1770 et 1780 en insistant sur quelques principes simples. Parmi ceux-ci, loxygène était un élément unique, en ce sens quil était le seul partisan de la combustion et était également lélément qui était à la base de tous les acides. Davy, après avoir découvert le sodium et le potassium en utilisant un courant puissant provenant dune batterie galvanique pour décomposer les oxydes de ces éléments, sest tourné vers la décomposition de lacide muriatique (chlorhydrique), lun des acides les plus forts connus. Les produits de la décomposition étaient de lhydrogène et un gaz vert qui favorisait la combustion et qui, lorsquil était combiné avec de leau, produisait un acide. Davy a conclu que ce gaz était un élément, auquel il a donné le nom de chlore, et quil ny avait aucun oxygène dans lacide muriatique. Lacidité nest donc pas le résultat de la présence dun élément acidifiant mais dune autre condition. Que pourrait être cette condition dautre que la forme physique de la molécule dacide elle-même? Davy a suggéré, alors, que les propriétés chimiques étaient déterminées non seulement par des éléments spécifiques, mais aussi par la manière dont ces éléments étaient disposés en molécules. En arrivant à ce point de vue, il a été influencé par une théorie atomique qui devait également avoir des conséquences importantes pour la pensée de Faraday. Cette théorie, proposée au 18ème siècle par Ruggero Giuseppe Boscovich, soutenait que les atomes étaient des points mathématiques entourés par des champs alternés de forces attractives et répulsives. Un élément véritable comprenait un seul de ces points, et les éléments chimiques étaient composés dun certain nombre de ces points, dont les champs de force résultants pouvaient être assez compliqués. Les molécules, à leur tour, étaient constituées de ces éléments, et les qualités chimiques des éléments et des composés étaient le résultat des modèles finaux de force entourant les amas datomes ponctuels. Une propriété de ces atomes et molécules doit être spécifiquement notée: ils peuvent être soumis à une contrainte ou tension considérable avant que les «liaisons» qui les maintiennent ensemble ne soient rompues.Ces souches devaient être au cœur des idées de Faraday sur lélectricité.
Le deuxième apprentissage de Faraday, sous Davy, prit fin en 1820. À ce moment-là, il avait appris la chimie aussi complètement que nimporte qui vivant. Il avait également eu amplement loccasion de pratiquer des analyses chimiques et des techniques de laboratoire jusquà la maîtrise complète, et il avait développé ses vues théoriques au point quelles pouvaient le guider dans ses recherches. Sen suivit une série de découvertes qui étonnèrent le monde scientifique.
Faraday acquit rapidement sa renommée de chimiste. Sa réputation de chimiste analytique la amené à être appelé comme témoin expert dans des procès judiciaires et à se constituer une clientèle dont les honoraires ont contribué à soutenir lInstitution royale. En 1820, il produisit les premiers composés connus de carbone et de chlore, C2Cl6 et C2Cl4. Ces composés ont été produits en substituant le chlore à lhydrogène dans le «gaz oléfiant» (éthylène), les premières réactions de substitution induites (ces réactions serviraient plus tard à remettre en cause la théorie dominante de la combinaison chimique proposée par Jöns Jacob Berzelius.) En 1825, en tant que résultat de recherches sur les gaz déclairage, Faraday a isolé et décrit le benzène. Dans les années 1820, il a également mené des recherches sur les alliages dacier, contribuant à jeter les bases de la métallurgie scientifique et de la métallographie. Tout en complétant une mission de la Royal Society of London pour améliorer la qualité de verre optique pour télescopes, il produit un verre à très haut indice de réfraction qui le conduira en 1845 à la découverte du diamagnétisme. En 1821, il épouse Sarah Barnard, sinstalle définitivement à la Royal Institution, et entame une série de recherches sur lélectricité et magnétisme qui allait révolutionner la physique.
Science Museum London
En 1820, Hans Christian Ørsted avait annoncé la découverte que le passage dun courant électrique à travers un fil produisait un champ magnétique autour du fil. André-Marie Ampère a montré que la force magnétique était apparemment circulaire, produisant en effet un cylindre de magnétisme autour du fil. Une telle force circulaire navait jamais été observée auparavant, et Faraday fut le premier à comprendre ce que cela impliquait. Si un pôle magnétique pouvait être isolé, il devrait se déplacer constamment en cercle autour dun fil porteur de courant. L’ingéniosité et les compétences de laboratoire de Faraday lui ont permis de construire un appareil confirmant cette conclusion. Cet appareil, qui transformait lénergie électrique en énergie mécanique, fut le premier moteur électrique.
Cette découverte a conduit Faraday à contempler la nature de lélectricité. Contrairement à ses contemporains, il nétait pas convaincu que lélectricité était un fluide matériel qui sécoulait à travers des fils comme leau à travers un tuyau. Au lieu de cela, il la considérait comme une vibration ou une force qui était en quelque sorte transmise à la suite de tensions créées dans le conducteur. Lune de ses premières expériences après sa découverte de la rotation électromagnétique a été de faire passer un rayon de lumière polarisée à travers une solution dans laquelle une décomposition électrochimique avait lieu afin de détecter les contraintes intermoléculaires quil pensait devoir être produites par le passage dun courant électrique. Au cours des années 1820, il revenait sans cesse à cette idée, mais toujours sans résultat.
Au printemps de 1831, Faraday commença à travailler avec Charles (plus tard Sir Charles) Wheatstone sur la théorie du son, un autre phénomène vibratoire . Il était particulièrement fasciné par les motifs (connus sous le nom de figures de Chladni) formés dans de la poudre légère étalée sur des plaques de fer lorsque ces plaques étaient mises en vibration par un archet de violon. Ici a été démontrée la capacité dune cause dynamique à créer un effet statique, ce qui, selon lui, sest produit dans un fil porteur de courant. Il était encore plus impressionné par le fait que de tels motifs pouvaient être induits dans une assiette en en inclinant une autre à proximité. Une telle induction acoustique est apparemment à lorigine de son expérience la plus célèbre. Le 29 août 1831, Faraday enroula un épais anneau de fer sur un côté avec un fil isolé qui était connecté à une batterie. Il a ensuite enroulé le côté opposé avec un fil connecté à un galvanomètre. Il s’attendait à ce qu’une « onde » se produise lorsque le circuit de la batterie était fermé et que l’onde se manifestait comme une déviation du galvanomètre dans le deuxième circuit. Il ferma le circuit primaire et, à son grand plaisir et à sa satisfaction, vit laiguille du galvanomètre saute. Un courant avait été induit dans la bobine secondaire par un dans le primaire. Lorsquil a ouvert le circuit, cependant, il a été étonné de voir le galvanomètre sauter dans la direction opposée. Dune manière ou dune autre, la coupure du courant a également créé un courant induit, égal et opposé au courant dorigine, dans le circuit secondaire.Ce phénomène a conduit Faraday à proposer ce quil a appelé létat « électrotonique » des particules dans le fil, quil considérait comme un état de tension. Un courant apparaît ainsi comme la mise en place dun tel état de tension ou leffondrement dun tel état Bien quil nait pas pu trouver de preuves expérimentales de létat électrotonique, il na jamais complètement abandonné le concept, et il a façonné la plupart de ses travaux ultérieurs.
À lautomne 1831, Faraday a tenté de déterminer à quel point un a été produit. Son expérience originale avait impliqué un électroaimant puissant créé par lenroulement de la bobine primaire. Il a maintenant essayé de créer un courant en utilisant un aimant permanent. Il a découvert que lorsquun aimant permanent était déplacé dans et hors dune bobine de fil, un courant a été induit dans la bobine. Les aimants, il le savait, étaient entourés de forces qui pourraient être rendues visibles par le simple expédient de saupoudrer de la limaille de fer sur une carte tenue sur eux. Faraday a vu les « lignes de force » ainsi révélées comme lignes de tension dans le milieu, à savoir lair, entourant laimant, et il découvrit bientôt la loi déterminant la production de courants électriques par des aimants: lamplitude dun courant dépendait du nombre de lignes de force coupées par le conducteur en unité de temps. Il sest immédiatement rendu compte quun courant continu pouvait être produit en faisant tourner un disque de cuivre entre les pôles dun aimant puissant et en retirant les fils du bord et du centre du disque. Lextérieur du disque couperait plus de lignes que lintérieur, et il y aurait ainsi un courant continu produit dans le circuit reliant la jante au centre. Cétait la première dynamo. Cétait aussi lancêtre direct des moteurs électriques, car il suffisait dinverser la situation, de fournir un courant électrique au disque, de le faire tourner.