Michael Faraday (Magyar)

Korai élet

Michael Faraday Newington vidéki faluban, Surrey-ben született, ma Dél-London része. Apja kovács volt, aki 1791 elején Észak-Angliából vándorolt munka után. Anyja nagy nyugodtsággal és bölcsességgel rendelkező vidéki nő volt, aki érzelmileg támogatta fiát egy nehéz gyermekkorban. Faraday egyike volt a négy gyermeknek, akiket mind nehezen tudtak enni, mivel apjuk gyakran beteg volt, és képtelen volt folyamatosan dolgozni. Faraday később arra emlékezett, hogy kaptak egy kenyeret, amelynek egy hétig kellett tartania. A család egy kis keresztény szektához tartozott, Sandemanians-nak hívták, amely egész életében lelki táplálékot nyújtott Faraday-nek. Ez volt az egyetlen legfontosabb hatás rá, és erőteljesen befolyásolta a természet megközelítését és értelmezését.

Faraday csak a nevelés alapjait kapta meg: megtanult olvasni, írni és rejtjelezni egy egyházi vasárnapi iskolában. Kora korában pénzt kezdett keresni azzal, hogy újságokat szállított egy könyvkereskedőnek és könyvkötőnek, és 14 évesen tanoncot kapott a férfitól. A többi tanonccal ellentétben Faraday megragadta az alkalmat, és elolvasta az újrakötés céljából bevitt könyveket. Az Encyclopædia Britannica harmadik kiadásában az áramról szóló cikk különösen elbűvölte. Régi palackok és fűrészáru felhasználásával nyers elektrosztatikus generátort készített és egyszerű kísérleteket végzett. Emellett gyenge voltaikus halmot épített, amellyel kísérleteket végzett az elektrokémia terén.

Faraday nagy lehetősége akkor nyílt meg, amikor jegyet kínált Sir Humphry Davy kémiai előadásokra való részvételére a londoni Nagy-Britannia Királyi Intézetében. Faraday elment, felszívódott az egészben, az előadásokat jegyzeteiben rögzítette, és visszatért a könyvkötésbe azzal a látszólag megvalósíthatatlan reménnyel, hogy beléphet a tudomány templomába. Megjegyzéseinek bekötött példányát elküldte Davynek, valamint egy levelet, amely álláskeresést kért, de nem volt nyitás. Davy azonban nem felejtette el, és amikor egyik laboratóriumi asszisztensét verekedés miatt elbocsátották, munkát ajánlott Faradaynek. Faraday Davy laboratóriumi asszisztenseként kezdte, és a nap egyik legnagyobb gyakorlójának könyökén tanult kémia. Bizonyos igazsággal elmondták, hogy Faraday volt Davy legnagyobb felfedezése.

Amikor Faraday 1812-ben csatlakozott Davy-hez, Davy a mai kémia forradalmi átalakításának folyamatában volt. Antoine-Laurent Lavoisier, a francia tulajdonosa a modern kémia megalapításának, a kémiai ismeretek átrendezését az 1770-es és 1780-as években néhány egyszerű elv követelésével hajtotta végre. Ezek között volt, hogy az oxigén egyedülálló elem volt, mivel ez volt az egyetlen támogatója az égésnek, és ez az elem volt az összes sav alapja is. Davy, miután felfedezte a nátriumot és a káliumot egy galvanikus akkumulátorból származó erős áram felhasználásával ezen elemek oxidjainak lebontására, a muriatinsav (sósav) bomlása felé fordult, amely az egyik legerősebb ismert sav. A bomlás termékei hidrogén és zöldgáz voltak, amelyek támogatták az égést, és vízzel kombinálva savat képeztek. Davy arra a következtetésre jutott, hogy ez a gáz olyan elem, amelynek a klór nevet adta, és hogy a murinsavban semmiféle oxigén nincs. A savasság tehát nem egy savképző elem jelenlétének, hanem valamilyen más állapotnak az eredménye. Mi más lehet ez az állapot, mint maga a savmolekula fizikai formája? Davy azt javasolta tehát, hogy a kémiai tulajdonságokat ne csak meghatározott elemek határozzák meg, hanem az is, hogy miként helyezkednek el ezek az elemek a molekulákban. E nézetre jutva egy atomelmélet befolyásolta, amelynek szintén fontos következményei voltak Faraday gondolatára. Ez az elmélet, amelyet a 18. században Ruggero Giuseppe Boscovich javasolt, azzal érvelt, hogy az atomok matematikai pontok, amelyeket vonzó és taszító erők váltakozó terei vesznek körül. A valódi elem egyetlen ilyen pontot tartalmazott, a kémiai elemek pedig számos olyan pontról álltak, amelyek körül az eredő erőterek meglehetősen bonyolultak lehetnek. A molekulák viszont ezekből az elemekből épültek fel, és mind az elemek, mind a vegyületek kémiai tulajdonságai a pontatomok csomóit körülvevő végső erőminták eredményei voltak. Az ilyen atomok és molekulák egyik tulajdonságát külön meg kell jegyezni: jelentős megterhelés vagy feszültség alá helyezhetik őket, mielőtt az őket összetartó “kötések” megszakadnának.Ezeknek a törzseknek központi szerepet kellett játszaniuk Faraday villamos energiával kapcsolatos elképzeléseiben.

Faraday második tanoncképzése Davy vezetésével 1820-ban véget ért. Ekkor már olyan alaposan megtanulta a kémiát, mint bárki, aki él. Számos alkalma volt arra is, hogy kémiai elemzéseket és laboratóriumi technikákat gyakoroljon a teljes elsajátításig, és elméleti nézeteit addig fejlesztette, hogy azok iránymutathassák a kutatásai során. Ezután számos felfedezés következett, amelyek meghökkentették a tudományos világot.

Faraday korai hírnevét kémikusként érte el. Az analitikus vegyész hírneve oda vezetett, hogy szakértői tanúként hívták be a jogi tárgyalásokba, és olyan ügyfélkör alakult ki, amelynek díjai hozzájárultak a Királyi Intézet támogatásához. 1820-ban előállította az első ismert szén- és klórvegyületeket: C2Cl6 és C2Cl4. Ezeket a vegyületeket úgy állították elő, hogy az olefiáns gázban (etilén) klórt helyettesítettek hidrogénnel, az első szubsztitúciós reakciók kiváltották. (Ezek a reakciók később megkérdőjelezik a kémiai kombináció domináns elméletét, amelyet Jöns Jacob Berzelius javasolt.) 1825-ben A megvilágító gázok kutatásának eredményeként Faraday izolálta és leírta a benzolt. Az 1820-as években acélötvözeteket is vizsgált, segítve megalapozni a tudományos kohászatot és a metallográfiát. Miközben a londoni Királyi Társaság megbízását teljesítette a optikai üveg a teleszkópok számára, nagyon magas törésmutatójú poharat készített, amelynek 1845-ben a diamagnetizmus felfedezéséhez kellett vezetnie. 1821-ben feleségül vette Sarah Barnardot, véglegesen a Királyi Intézetben telepedett le, és megkezdte az elektromos áram és a a fizikát forradalmasító mágnesség.

1820-ban Hans Christian Ørsted bejelentette azt a felfedezést, hogy az elektromos áram vezetéken keresztüli mágneses mezőt eredményez a vezeték körül. André-Marie Ampère megmutatta, hogy a mágneses erő látszólag kör alakú volt, ami tulajdonképpen egy henger mágnesességet eredményezett a vezeték körül. Ilyen kör alakú erőt még soha nem figyeltek meg, és Faraday volt az első, aki megértette, mire utal. Ha egy mágneses pólust el lehet különíteni, annak folyamatosan áramolnia kell egy áramot vezető vezeték körül. Faraday leleményessége és laboratóriumi képességei lehetővé tették számára, hogy olyan apparátust építsen, amely megerősítette ezt a következtetést. Ez az elektromos energiát mechanikai energiává alakító eszköz volt az első villanymotor.

Ez a felfedezés arra késztette Faradayt, hogy elgondolkodjon az elektromosság természetén. Kortársaival ellentétben nem volt meggyőződve arról, hogy az elektromosság olyan anyagi folyadék, amely a vezetéken keresztül úgy áramlik, mint a víz a csövön. Ehelyett olyan rezgésnek vagy erőnek gondolt, amely valamilyen módon továbbadódik a vezetőben keletkező feszültségek eredményeként. Az egyik első kísérlete az elektromágneses forgás felfedezése után az volt, hogy egy polarizált fénysugarat áthaladt egy olyan oldaton, amelyben elektrokémiai bomlás zajlott, hogy felismerje az intermolekuláris törzseket, amelyeket szerinte az elektromos áram áthaladásával kell előállítani. Az 1820-as években folyton visszatér ehhez az elképzeléshez, de mindig eredménytelenül.

1831 tavaszán Faraday Charles (később Sir Charles) Wheatstone-szal kezdett együtt dolgozni a hang elméletén, egy másik vibrációs jelenségen. . Különösen lenyűgözték a vaslemezekre szórt könnyű porban kialakult minták (Chladni-alakok), amikor ezeket a lemezeket hegedű íj rázkódásba lendítette. Itt bemutatták egy dinamikus ok képességét statikus hatás létrehozására, amiről meg volt győződve, hogy az áramot vezető vezetékben történt. Még jobban lenyűgözte, hogy ilyen mintákat lehet előidézni az egyik lemezben, ha a közelben meghajol egy másik. Egy ilyen akusztikus indukció láthatóan az, ami a leghíresebb kísérlete mögött állt. 1831. augusztus 29-én Faraday egy vastag vaskarikát tekert az egyik oldalára szigetelt vezetékkel, amelyet akkumulátorhoz csatlakoztattak. Ezután galvanométerhez kapcsolt huzallal tekerte át a szemközti oldalt. Arra számított, hogy “hullám” keletkezik, amikor az akkumulátor áramköre zárva van, és hogy a hullám a galvanométer elhajlásaként jelenik meg a második áramkörben. Bezárta az elsődleges áramkört, és örömére és elégedettségére látta a galvánmérő tűje ugrik. A szekunder tekercsben egy áram indukálódott az elsődlegesben. Amikor kinyitotta az áramkört, csodálkozott, amikor látta, hogy a galvanométer ellentétes irányba ugrik. Valahogy az áram kikapcsolása egy indukált áram, egyenlő és ellentétes az eredeti árammal a szekunder áramkörben.Ez a jelenség arra késztette Faraday-t, hogy az általa “huzalban lévő” részecskék “elektrotonikus” állapotát javasolja, amelyet feszültségállapotnak tekintett. Egy áram tehát egy ilyen feszültségállapot felállításának vagy egy ilyen állapot összeomlásának tűnt. . Bár nem talált kísérleti bizonyítékot az elektrotonikus állapotra, soha nem hagyta el teljesen ezt a koncepciót, és ez alakította ki későbbi munkájának nagy részét.

1831 őszén Faraday megpróbálta meghatározni, hogy az indukció hogyan vált ki. áram keletkezett. Eredeti kísérlete egy hatalmas elektromágnes volt, amelyet az elsődleges tekercs tekercselése hozott létre. Most egy állandó mágnes segítségével próbált áramot létrehozni. Felfedezte, hogy amikor egy állandó mágnest mozgattak a huzal, áram indukálódott a tekercsben. Tudta, hogy a mágneseket olyan erők veszik körül, amelyeket az egyszerű célszerű láthatóvá tenni, hogy a vasreszelékeket egy felettük tartott kártyára szórják. Faraday az “erővonalakat” így látta: sorai a mágnest körülvevő közeg, nevezetesen a levegő feszültsége, és hamarosan felfedezte az elektromos áram mágneses termelését meghatározó törvényt: az áram nagysága a vezető által egységnyi idő alatt elvágott erővonalak számától függ. Rögtön rájött, hogy folyamatos áramot lehet előállítani egy rézkorong forgatásával az erős mágnes pólusai között, és levezetni a lemez pereméről és közepéről. A lemez külseje több vonalat vágna, mint a belső, és így folyamatos áram keletkezne az áramkörben, amely összekapcsolja a peremet a középponttal. Ez volt az első dinamó. Ez volt az elektromotorok közvetlen őse is, mert csak a helyzet megfordítására volt szükség, elektromos áramot kell táplálni a lemezre, hogy az forogjon.