Michael Faraday (Norsk)

Tidlig liv

Michael Faraday ble født i landsbyen Newington, Surrey, nå en del av Sør-London. Faren hans var en smed som hadde migrert fra Nord-England tidligere i 1791 for å lete etter arbeid. Hans mor var en landskvinne med stor ro og visdom som støttet sønnen følelsesmessig gjennom en vanskelig barndom. Faraday var ett av fire barn, som alle hadde vanskelig for å få nok å spise, siden faren ofte var syk og ikke i stand til å jobbe jevnt. Faraday husket senere at han fikk et brød som måtte holde ham i en uke. Familien tilhørte en liten kristen sekt, kalt Sandemanians, som ga Faraday åndelig næring gjennom hele livet. Det var den viktigste innflytelsen på ham og påvirket sterkt måten han nærmet seg og tolket naturen på.

Faraday fikk bare grunnlaget for en utdannelse, lærte å lese, skrive og kryptere i en kirkesøndagsskole. I en tidlig alder begynte han å tjene penger på å levere aviser til bokhandler og bokbinder, og 14 år gammel ble han lærling hos mannen. I motsetning til de andre lærlingene benyttet Faraday anledningen til å lese noen av bøkene som ble brakt inn for å gjenbinde. Artikkelen om elektrisitet i den tredje utgaven av Encyclopædia Britannica fascinerte ham spesielt. Ved hjelp av gamle flasker og tømmer laget han en rå elektrostatisk generator og gjorde enkle eksperimenter. Han bygde også en svak voltaisk haug som han utførte eksperimenter innen elektrokjemi med.

Faradays store mulighet kom da han ble tilbudt en billett til å delta på kjemiske forelesninger av Sir Humphry Davy ved Royal Institution of Great Britain i London. Faraday gikk, satt oppslukt av det hele, lagde foredragene i notatene sine, og kom tilbake til bokbinding med det tilsynelatende uoppnåelige håpet om å komme inn i vitenskapstemplet. Han sendte en bundet kopi av notatene sine til Davy sammen med et brev der han ba om ansettelse, men det var ingen åpning. Davy glemte imidlertid ikke, og da en av hans laboratorieassistenter ble avskjediget for slagsmål, tilbød han Faraday en jobb. Faraday begynte som Davys laboratorieassistent og lærte kjemi i albuen til en av dagens største utøvere. Det er med viss sannhet blitt sagt at Faraday var Davys største oppdagelse.

Da Faraday kom til Davy i 1812, var Davy i ferd med å revolusjonere datidens kjemi. Antoine-Laurent Lavoisier, franskmannen generelt kreditert med å grunnlegge moderne kjemi, hadde gjennomført sin omlegging av kjemisk kunnskap på 1770- og 1780-tallet ved å insistere på noen få enkle prinsipper. Blant disse var at oksygen var et unikt element, ved at det var den eneste forbrenningsstøtten og også var elementet som lå til grunn for alle syrer. Etter å ha oppdaget natrium og kalium ved å bruke en kraftig strøm fra et galvanisk batteri til å nedbryte oksider av disse elementene, vendte Davy til nedbrytning av mursyre (saltsyre), en av de sterkeste syrene som er kjent. Produktene ved nedbrytningen var hydrogen og en grønn gass som støttet forbrenning, og som, kombinert med vann, produserte en syre. Davy konkluderte med at denne gassen var et element som han ga navnet klor til, og at det ikke var noe oksygen i muriatsyre. Surhet var derfor ikke et resultat av tilstedeværelsen av et syredannende element, men av en annen tilstand. Hva annet kan den tilstanden være enn den fysiske formen av syremolekylet i seg selv? Davy foreslo da at kjemiske egenskaper ikke ble bestemt av spesifikke elementer alene, men også av måtene som disse elementene var ordnet i molekyler. Da han kom til dette synet, ble han påvirket av en atomteori som også skulle få viktige konsekvenser for Faradays tanke. Denne teorien, foreslått på 1700-tallet av Ruggero Giuseppe Boscovich, hevdet at atomer var matematiske punkter omgitt av vekslende felt med attraktive og frastøtende krefter. Et sant element besto av et enkelt slikt punkt, og kjemiske elementer var sammensatt av et antall slike punkter, som de resulterende kraftfeltene kunne være ganske kompliserte. Molekyler ble i sin tur bygget opp av disse elementene, og de kjemiske egenskapene til både grunnstoffer og forbindelser var resultatene av de endelige kraftmønstrene rundt klumper av punktatomer. Én egenskap ved slike atomer og molekyler bør bemerkes spesifikt: de kunne plasseres under betydelig belastning, eller spenning, før «bindingene» som holdt dem sammen ble brutt.Disse belastningene skulle være sentrale i Faradays ideer om elektrisitet.

Faradays andre læretid, under Davy, tok slutt i 1820. Da hadde han lært kjemi så grundig som noen i live. Han hadde også hatt god anledning til å øve kjemiske analyser og laboratorieteknikker til det mestre, og han hadde utviklet sine teoretiske synspunkter til det punktet at de kunne veilede ham i hans undersøkelser. Deretter fulgte en rekke funn som overrasket den vitenskapelige verden.

Faraday oppnådde sin tidlige berømmelse som kjemiker. Hans rykte som analytisk kjemiker førte til at han ble kalt som ekspertvitne i juridiske rettssaker og til oppbygging av et klientell som hadde avgifter bidratt til å støtte Royal Institution. I 1820 produserte han de første kjente forbindelsene av karbon og klor, C2Cl6 og C2Cl4. Disse forbindelsene ble produsert ved å erstatte klor med hydrogen i «olefiant gass» (etylen), den første substitusjonsreaksjonene som ble indusert. (Slike reaksjoner vil senere kunne utfordre den dominerende teorien om kjemisk kombinasjon foreslått av Jöns Jacob Berzelius.) I 1825, som en resultat av forskning på belysning av gasser, Faraday isolerte og beskrev benzen. På 1820-tallet gjennomførte han også undersøkelser av stållegeringer, og bidro til å legge grunnlaget for vitenskapelig metallurgi og metallografi. Mens han fullførte et oppdrag fra Royal Society of London for å forbedre kvaliteten på optisk glass for teleskoper, produserte han et glass med veldig høy brytningsindeks som skulle føre ham i 1845 til oppdagelsen av diamagnetisme. I 1821 giftet han seg med Sarah Barnard, bosatte seg permanent ved Royal Institution og begynte serien med forskning på elektrisitet og magnetisme som skulle revolusjonere fysikken.

I 1820 kunngjorde Hans Christian Ørsted oppdagelsen at strømmen av en elektrisk strøm gjennom en ledning produserte et magnetfelt rundt ledningen. André-Marie Ampère viste at magnetkraften tilsynelatende var sirkulær, og produserte i virkeligheten en magnetisylinder rundt ledningen. Ingen slike sirkulære krefter hadde noen gang før blitt observert, og Faraday var den første som forsto hva det innebar. Hvis en magnetpol kunne isoleres, burde den bevege seg konstant i en sirkel rundt en strømførende ledning. Faradays oppfinnsomhet og laboratoriekunnskap gjorde at han kunne konstruere et apparat som bekreftet denne konklusjonen. Denne enheten, som transformerte elektrisk energi til mekanisk energi, var den første elektriske motoren.

Denne oppdagelsen førte til at Faraday tenkte på elektrisitetens natur. I motsetning til sine samtidige var han ikke overbevist om at elektrisitet var en materiell væske som strømmet gjennom ledninger som vann gjennom et rør. I stedet tenkte han på det som en vibrasjon eller kraft som på en eller annen måte ble overført som et resultat av spenninger skapt i lederen. Et av hans første eksperimenter etter oppdagelsen av elektromagnetisk rotasjon var å føre en stråle av polarisert lys gjennom en løsning der elektrokjemisk nedbrytning fant sted for å oppdage de intermolekylære stammene som han trodde måtte produseres ved passering av en elektrisk strøm. I løpet av 1820-årene kom han stadig tilbake til denne ideen, men alltid uten resultat.

Våren 1831 begynte Faraday å samarbeide med Charles (senere Sir Charles) Wheatstone om lydteorien, et annet vibrasjonsfenomen. . Han var spesielt fascinert av mønstrene (kjent som Chladni-figurer) dannet i lett pulver spredt på jernplater da disse platene ble kastet i vibrasjon av en fiolinbue. Her ble demonstrert en dynamisk årsaks evne til å skape en statisk effekt, noe han var overbevist om skjedde i en strømførende ledning. Han var enda mer imponert over det faktum at slike mønstre kunne induseres i en plate ved å bøye en annen i nærheten. En slik akustisk induksjon er tilsynelatende det som lå bak hans mest berømte eksperiment. 29. august 1831 såret Faraday en tykk jernring på den ene siden med isolert ledning som var koblet til et batteri. Deretter viklet han motsatt side med ledning koblet til et galvanometer. Det han forventet var at det skulle produseres en «bølge» når batterikretsen ble lukket og at bølgen skulle vises som en avbøyning av galvanometeret i den andre kretsen. Han lukket primærkretsen og så til sin glede og tilfredshet galvanometer nålhopp. En strøm hadde blitt indusert i sekundærspolen av en i primæren. Da han åpnet kretsen, ble han imidlertid forbauset over å se galvanometeret hoppe i motsatt retning. På en eller annen måte skapte det også å slå av strømmen indusert strøm, lik og motsatt den opprinnelige strømmen, i sekundærkretsen.Dette fenomenet fikk Faraday til å foreslå det han kalte den «elektrotoniske» tilstanden til partikler i ledningen, som han betraktet som en tilstand av spenning. Selv om han ikke kunne finne eksperimentelle bevis for den elektrotoniske tilstanden, forlot han aldri konseptet, og det formet det meste av hans senere arbeid.

Høsten 1831 forsøkte Faraday å finne ut hvordan en indusert strøm ble produsert. Hans opprinnelige eksperiment hadde involvert en kraftig elektromagnet skapt av viklingen av primærspolen. Han prøvde nå å skape en strøm ved å bruke en permanent magnet. Han oppdaget at når en permanent magnet ble flyttet inn og ut av en spole av ledning, en strøm ble indusert i spolen. Magneter, visste han, var omgitt av krefter som kunne bli synliggjort av den enkle hjelpemiddelen med sprinkling av jernarkassetter på et kort som ble holdt over dem. Faraday så «kraftlinjene» avslørt således linjer av spenning i mediet, nemlig luft, som omgir magneten, og han oppdaget snart loven som bestemmer produksjonen av elektriske strømmer med magneter: størrelsen på en strøm var avhengig av antall kraftlinjer kuttet av lederen i enhetstid. Han skjønte straks at en kontinuerlig strøm kunne produseres ved å rotere en kobberskive mellom polene til en kraftig magnet og ta ledninger av skivens kant og sentrum. Utsiden av skiven ville kutte flere linjer enn innsiden, og det ville således være en kontinuerlig strøm produsert i kretsen som forbinder kanten til sentrum. Dette var den første dynamoen. Det var også den direkte forfedren til elektriske motorer, for det var bare nødvendig å reversere situasjonen, å føre en elektrisk strøm til disken, for å få den til å rotere.