Michael Faraday (Italiano)

Primi anni

Michael Faraday è nato nel villaggio di campagna di Newington, Surrey, che ora fa parte del sud di Londra. Suo padre era un fabbro che era emigrato dal nord dellInghilterra allinizio del 1791 per cercare lavoro. Sua madre era una donna di campagna di grande calma e saggezza che ha sostenuto emotivamente suo figlio durante uninfanzia difficile. Faraday era uno dei quattro figli, che avevano tutti difficoltà a mangiare a sufficienza, poiché il padre era spesso malato e incapace di lavorare costantemente. Faraday in seguito ricordò di aver ricevuto una pagnotta che doveva durare per una settimana. La famiglia apparteneva a una piccola setta cristiana, chiamata Sandemanians, che ha fornito sostegno spirituale a Faraday per tutta la vita. Fu lunica influenza più importante su di lui e influenzò fortemente il modo in cui si avvicinava e interpretava la natura.

Faraday ha ricevuto solo i rudimenti di unistruzione, imparare a leggere, scrivere e cifrare in una scuola domenicale della chiesa. In tenera età ha iniziato a guadagnare denaro consegnando giornali per un rivenditore di libri e un rilegatore, e alletà di 14 anni è stato apprendista presso luomo. A differenza degli altri apprendisti, Faraday ne approfittò per leggere alcuni dei libri portati per la rilegatura. Larticolo sullelettricità nella terza edizione dellEncyclopædia Britannica lo affascinò particolarmente. Usando vecchie bottiglie e legname, creò un rozzo generatore elettrostatico e fece semplici esperimenti. Ha anche costruito una debole pila voltaica con cui ha eseguito esperimenti di elettrochimica.

La grande opportunità di Faraday è arrivata quando gli è stato offerto un biglietto per partecipare alle lezioni di chimica tenute da Sir Humphry Davy presso la Royal Institution of Great Britain a Londra. Faraday andò, si sedette assorbito da tutto, registrò le lezioni nei suoi appunti e tornò alla rilegatura con la speranza apparentemente irrealizzabile di entrare nel tempio della scienza. Ha inviato una copia rilegata dei suoi appunti a Davy insieme a una lettera in cui chiedeva un impiego, ma non cera apertura. Davy non se ne dimenticò e, quando uno dei suoi assistenti di laboratorio fu licenziato per rissa, offrì a Faraday un lavoro. Faraday iniziò come assistente di laboratorio di Davy e imparò la chimica al fianco di uno dei più grandi praticanti dellepoca. È stato detto, con un po di verità, che Faraday è stata la più grande scoperta di Davy.

Quando Faraday si unì a Davy nel 1812, Davy stava rivoluzionando la chimica del giorno. Antoine-Laurent Lavoisier, il francese generalmente accreditato come fondatore della chimica moderna, aveva effettuato la sua riorganizzazione della conoscenza chimica negli anni Settanta e Ottanta del Settecento insistendo su alcuni semplici principi. Tra questi cera che lossigeno era un elemento unico, in quanto era lunico sostenitore della combustione ed era anche lelemento che stava alla base di tutti gli acidi. Davy, dopo aver scoperto sodio e potassio utilizzando una potente corrente proveniente da una batteria galvanica per decomporre gli ossidi di questi elementi, si è rivolto alla decomposizione dellacido muriatico (cloridrico), uno degli acidi più potenti conosciuti. I prodotti della decomposizione erano lidrogeno e un gas verde che supportava la combustione e che, quando combinato con lacqua, produceva un acido. Davy ha concluso che questo gas era un elemento, a cui ha dato il nome di cloro, e che non cera ossigeno di sorta nellacido muriatico. Lacidità, quindi, non era il risultato della presenza di un elemento formante acido ma di qualche altra condizione. Cosaltro potrebbe essere quella condizione se non la forma fisica della molecola acida stessa? Davy ha suggerito, quindi, che le proprietà chimiche fossero determinate non da elementi specifici da soli, ma anche dai modi in cui questi elementi erano disposti in molecole. Arrivando a questa visione fu influenzato da una teoria atomica che avrebbe avuto anche importanti conseguenze per il pensiero di Faraday. Questa teoria, proposta nel XVIII secolo da Ruggero Giuseppe Boscovich, sosteneva che gli atomi fossero punti matematici circondati da campi alternati di forze attrattive e repulsive. Un vero elemento comprendeva un unico punto di questo tipo, e gli elementi chimici erano composti da un numero di tali punti, attorno ai quali i campi di forza risultanti potevano essere piuttosto complicati. Le molecole, a loro volta, sono state costruite da questi elementi e le qualità chimiche sia degli elementi che dei composti sono state il risultato dei modelli finali di forza che circondano i gruppi di atomi puntiformi. Una proprietà di tali atomi e molecole dovrebbe essere specificatamente annotata: potrebbero essere sottoposti a notevole sforzo, o tensione, prima che i “legami” che li tengono insieme si rompano.Questi ceppi dovevano essere centrali per le idee di Faraday sullelettricità.

Il secondo apprendistato di Faraday, sotto Davy, terminò nel 1820. A quel punto aveva imparato la chimica a fondo come chiunque fosse vivo. Aveva anche avuto ampie opportunità di praticare analisi chimiche e tecniche di laboratorio fino alla completa padronanza, e aveva sviluppato le sue visioni teoriche al punto che potevano guidarlo nelle sue ricerche. Seguirono una serie di scoperte che stupirono il mondo scientifico.

Faraday raggiunse la sua prima fama di chimico. La sua reputazione di chimico analitico lo portò a essere chiamato come testimone esperto in processi legali e alla formazione di una clientela i cui compensi contribuirono a sostenere la Royal Institution. Nel 1820 ha prodotto i primi composti conosciuti di carbonio e cloro, C2Cl6 e C2Cl4. Questi composti furono prodotti sostituendo il cloro con lidrogeno nel “gas olefiante” (etilene), le prime reazioni di sostituzione indotte (tali reazioni in seguito sarebbero servite a sfidare la teoria dominante della combinazione chimica proposta da Jöns Jacob Berzelius). risultato della ricerca sui gas illuminanti, Faraday isolò e descrisse il benzene. Negli anni 1820 condusse anche indagini sulle leghe di acciaio, contribuendo a gettare le basi per la metallurgia scientifica e la metallografia. Mentre completava un incarico della Royal Society of London per migliorare la qualità di vetro ottico per telescopi, produsse un vetro ad altissimo indice di rifrazione che lo avrebbe portato nel 1845 alla scoperta del diamagnetismo. Nel 1821 sposò Sarah Barnard, si stabilì stabilmente alla Royal Institution, e iniziò la serie di ricerche sullelettricità e magnetismo che avrebbe rivoluzionato la fisica.

Nel 1820 Hans Christian Ørsted aveva annunciato la scoperta che il flusso di una corrente elettrica attraverso un filo produceva un campo magnetico attorno al filo. André-Marie Ampère ha dimostrato che la forza magnetica apparentemente era circolare, producendo in effetti un cilindro di magnetismo attorno al filo. Nessuna tale forza circolare era mai stata osservata prima, e Faraday fu il primo a capire cosa implicava. Se un polo magnetico potesse essere isolato, dovrebbe muoversi costantemente in cerchio attorno a un filo che trasporta corrente. Lingegnosità e labilità di laboratorio di Faraday gli hanno permesso di costruire un apparato che ha confermato questa conclusione. Questo dispositivo, che ha trasformato lenergia elettrica in energia meccanica, è stato il primo motore elettrico.

Questa scoperta ha portato Faraday a contemplare la natura dellelettricità. A differenza dei suoi contemporanei, non era convinto che lelettricità fosse un fluido materiale che scorreva attraverso i fili come lacqua attraverso un tubo. Invece, la pensava come una vibrazione o forza che in qualche modo veniva trasmessa come risultato delle tensioni create nel conduttore. Uno dei suoi primi esperimenti dopo la scoperta della rotazione elettromagnetica fu quello di far passare un raggio di luce polarizzata attraverso una soluzione in cui stava avvenendo la decomposizione elettrochimica al fine di rilevare le tensioni intermolecolari che pensava dovessero essere prodotte dal passaggio di una corrente elettrica. Durante gli anni 20 dellOttocento continuò a tornare su questa idea, ma sempre senza risultati.

Nella primavera del 1831, Faraday iniziò a lavorare con Charles (in seguito Sir Charles) Wheatstone sulla teoria del suono, un altro fenomeno vibrazionale . Era particolarmente affascinato dai motivi (noti come figure di Chladni) che si formavano in polvere leggera spalmata su lastre di ferro quando queste lastre venivano fatte vibrare da un arco di violino. Qui è stata dimostrata la capacità di una causa dinamica di creare un effetto statico, qualcosa che era convinto accadesse in un filo che trasportava corrente. Era ancora più impressionato dal fatto che tali modelli potessero essere indotti in un piatto inchinandone un altro vicino. Tale induzione acustica è apparentemente ciò che stava dietro il suo esperimento più famoso. Il 29 agosto 1831, Faraday avvolse uno spesso anello di ferro su un lato con un filo isolato che era collegato a una batteria. Ha quindi avvolto il lato opposto con un filo collegato a un galvanometro. Quello che si aspettava era che si sarebbe prodotta “unonda” quando il circuito della batteria era chiuso e che londa si sarebbe mostrata come una deflessione del galvanometro nel secondo circuito. Chiuse il circuito primario e, con sua gioia e soddisfazione, vide il galvanometro saltava. Una corrente era stata indotta nella bobina secondaria da una nel primario. Quando aprì il circuito, tuttavia, rimase sbalordito nel vedere il galvanometro saltare nella direzione opposta. In qualche modo, spegnendo la corrente creò anche un corrente indotta, uguale e opposta alla corrente originaria, nel circuito secondario.Questo fenomeno portò Faraday a proporre quello che chiamava lo stato “elettrotonico” delle particelle nel filo, che considerava uno stato di tensione. Una corrente sembrava quindi essere la creazione di un tale stato di tensione o il collasso di tale stato Anche se non riuscì a trovare prove sperimentali per lo stato elettrotonico, non abbandonò mai del tutto il concetto e questo plasmò la maggior parte del suo lavoro successivo.

Nellautunno del 1831, Faraday tentò di determinare come corrente è stata prodotta. Il suo esperimento originale aveva coinvolto un potente elettromagnete creato dallavvolgimento della bobina primaria. Ora ha cercato di creare una corrente utilizzando un magnete permanente. Ha scoperto che quando un magnete permanente veniva spostato dentro e fuori da una bobina di filo, una corrente è stata indotta nella bobina. I magneti, lo sapeva, erano circondati da forze che potevano essere rese visibili dal semplice espediente di spruzzare limatura di ferro su una carta tenuta sopra di loro. Faraday vide le “linee di forza” così rivelate come linee di tensione nel mezzo, cioè aria, che circonda il magnete, e presto scoprì la legge che determina la produzione di correnti elettriche da parte dei magneti: lampiezza di una corrente dipende dal numero di linee di forza tagliate dal conduttore nellunità di tempo. Si rese subito conto che si poteva produrre una corrente continua ruotando un disco di rame tra i poli di un potente magnete e togliendo i cavi dal bordo e dal centro del disco. Lesterno del disco taglierebbe più linee di quanto ne taglierebbe linterno, e ci sarebbe quindi una corrente continua prodotta nel circuito che collega il cerchio al centro. Questa è stata la prima dinamo. Era anche il diretto antenato dei motori elettrici, poiché era solo necessario invertire la situazione, alimentare una corrente elettrica al disco, farlo ruotare.