Michael Faraday (Română)

Viața timpurie

Michael Faraday s-a născut în satul Newington, Surrey, în prezent în sudul Londrei. Tatăl său era un fierar care a migrat din nordul Angliei mai devreme în 1791 pentru a căuta de lucru. Mama lui a fost o femeie de țară cu un calm și o înțelepciune foarte mari, care și-a susținut emoțional fiul într-o copilărie dificilă. Faraday era unul dintre cei patru copii, toți cărora li s-a pus greu să mănânce suficient, din moment ce tatăl lor era adesea bolnav și incapabil să lucreze constant. Mai târziu, Faraday și-a amintit că i s-a dat o pâine care trebuia să-l țină o săptămână. Familia aparținea unei mici secte creștine, numite Sandemanians, care i-a oferit hrană spirituală lui Faraday de-a lungul vieții sale. A fost cea mai importantă influență asupra lui și a afectat puternic modul în care a abordat și a interpretat natura.

Faraday a primit doar rudimentele unei educații, învățând să citească, să scrie și să cifreze într-o școală duminicală a bisericii. La o vârstă fragedă a început să câștige bani livrând ziare pentru un negustor de cărți și legător de cărți, iar la vârsta de 14 ani a fost ucenic la bărbat. Spre deosebire de ceilalți ucenici, Faraday a profitat de ocazie pentru a citi câteva dintre cărțile aduse pentru refacere. Articolul despre electricitate din ediția a treia a Encyclopædia Britannica l-a fascinat în mod deosebit. Folosind sticle și cherestea vechi, a realizat un generator electrostatic brut și a făcut experimente simple. De asemenea, a construit o grămadă voltică slabă cu care a efectuat experimente în electrochimie.

Marea oportunitate a lui Faraday a venit când i s-a oferit un bilet pentru a participa la prelegeri de chimie de Sir Humphry Davy la Royal Institution of Great Britain din Londra. Faraday s-a dus, s-a așezat absorbit de toate, a înregistrat prelegerile în notițe și s-a întors la legarea cărților cu speranța aparent irealizabilă de a intra în templul științei. El i-a trimis lui Davy o copie legată a notelor sale, împreună cu o scrisoare prin care cerea un loc de muncă, dar nu a existat nicio deschidere. Davy nu a uitat totuși și, când unul dintre asistenții săi de laborator a fost concediat pentru certuri, i-a oferit lui Faraday un loc de muncă. Faraday a început ca asistent de laborator al lui Davy și a învățat chimia la cotul unuia dintre cei mai mari practicanți ai zilei. S-a spus, cu ceva adevăr, că Faraday a fost cea mai mare descoperire a lui Davy.

Când Faraday s-a alăturat lui Davy în 1812, Davy era în curs de revoluționare a chimiei zilei. Antoine-Laurent Lavoisier, francezul în general creditat cu fondarea chimiei moderne, și-a realizat rearanjarea cunoștințelor chimice în anii 1770 și 1780 insistând pe câteva principii simple. Printre acestea se număra că oxigenul era un element unic, în sensul că era singurul susținător al arderii și era, de asemenea, elementul care stătea la baza tuturor acizilor. Davy, după ce a descoperit sodiul și potasiul folosind un curent puternic dintr-o baterie galvanică pentru a descompune oxizii acestor elemente, s-a orientat spre descompunerea acidului muriatic (clorhidric), unul dintre cei mai puternici acizi cunoscuți. Produsele descompunerii au fost hidrogenul și un gaz verde care a susținut arderea și care, combinate cu apă, au produs un acid. Davy a concluzionat că acest gaz a fost un element, căruia i-a dat numele de clor și că nu există oxigen în acidul muriatic. Prin urmare, aciditatea nu a fost rezultatul prezenței unui element care formează acid, ci al unei alte condiții. Ce altceva ar putea fi acea afecțiune decât forma fizică a moleculei de acid în sine? Davy a sugerat, atunci, că proprietățile chimice au fost determinate nu numai de elemente specifice, ci și de modalitățile prin care aceste elemente au fost aranjate în molecule. Ajungând la acest punct de vedere, el a fost influențat de o teorie atomică care avea să aibă și consecințe importante pentru gândirea lui Faraday. Această teorie, propusă în secolul al XVIII-lea de Ruggero Giuseppe Boscovich, susținea că atomii erau puncte matematice înconjurate de câmpuri alternante de forțe atractive și respingătoare. Un element adevărat cuprindea un singur astfel de punct, iar elementele chimice erau compuse dintr-un număr de astfel de puncte, despre care câmpurile de forță rezultate ar putea fi destul de complicate. La rândul lor, moleculele au fost construite din aceste elemente, iar calitățile chimice ale elementelor și ale compușilor au fost rezultatele modelelor finale de forță care înconjoară aglomerările de atomi punctuali. O proprietate a acestor atomi și molecule ar trebui menționată în mod specific: acestea ar putea fi plasate sub o tensiune considerabilă, sau tensiune, înainte ca „legăturile” care le țin împreună să fie rupte.Aceste tulpini trebuiau să fie esențiale pentru ideile lui Faraday despre electricitate.

A doua ucenicie a lui Faraday, sub conducerea lui Davy, s-a încheiat în 1820. Până atunci învățase chimia la fel de bine ca oricine în viață. Avusese, de asemenea, o mare oportunitate de a practica analize chimice și tehnici de laborator până la stăpânirea completă și își dezvoltase punctele de vedere teoretice până la punctul în care acestea îl puteau îndruma în cercetările sale. Au urmat o serie de descoperiri care au uimit lumea științifică.

Faraday și-a atins renumele timpuriu de chimist. Reputația sa de chimist analitic l-a făcut să fie chemat ca martor expert în procesele legale și la înființarea unei clientele ale cărei taxe au ajutat la susținerea Instituției Regale. În 1820 a produs primii compuși cunoscuți ai carbonului și clorului, C2Cl6 și C2Cl4. Acești compuși au fost produși prin substituirea clorului cu hidrogen în „gaz olefiant” (etilenă), primele reacții de substituție induse (astfel de reacții vor servi ulterior pentru a contesta teoria dominantă a combinației chimice propusă de Jöns Jacob Berzelius.) În 1825, ca rezultat al cercetărilor privind gazele iluminante, Faraday a izolat și a descris benzenul. În anii 1820 a efectuat, de asemenea, investigații ale aliajelor de oțel, ajutând la punerea bazelor pentru metalurgia științifică și metalografie. sticlă optică pentru telescoape, a produs un pahar cu un indice de refracție foarte mare care urma să-l conducă în 1845 la descoperirea diamagnetismului. În 1821 s-a căsătorit cu Sarah Barnard, s-a stabilit definitiv la Royal Institution și a început seria de cercetări privind electricitatea și magnetism care urma să revoluționeze fizica.

În 1820 Hans Christian Ørsted anunțase descoperirea că fluxul unui curent electric printr-un fir produce un câmp magnetic în jurul firului. André-Marie Ampère a arătat că forța magnetică aparent era una circulară, producând efectiv un cilindru de magnetism în jurul firului. Nici o astfel de forță circulară nu fusese observată până acum, iar Faraday a fost primul care a înțeles ce implica. Dacă un pol magnetic ar putea fi izolat, ar trebui să se miște constant într-un cerc în jurul unui fir purtător de curent. Ingeniozitatea și abilitățile de laborator ale lui Faraday i-au permis să construiască un aparat care să confirme această concluzie. Acest dispozitiv, care a transformat energia electrică în energie mecanică, a fost primul motor electric.

Această descoperire l-a determinat pe Faraday să contemple natura electricității. Spre deosebire de contemporanii săi, el nu era convins că electricitatea era un fluid material care curgea prin fire ca apa printr-o conductă. În schimb, el s-a gândit la aceasta ca la o vibrație sau o forță care a fost cumva transmisă ca urmare a tensiunilor create în conductor. Unul dintre primele sale experimente după descoperirea rotației electromagnetice a fost să treacă o rază de lumină polarizată printr-o soluție în care avea loc descompunerea electrochimică pentru a detecta tulpinile intermoleculare pe care el le credea că trebuie produse prin trecerea unui curent electric. În anii 1820, el a continuat să revină la această idee, dar întotdeauna fără rezultate.

În primăvara anului 1831, Faraday a început să lucreze cu Charles (mai târziu Sir Charles) Wheatstone la teoria sunetului, un alt fenomen vibrațional. . El a fost deosebit de fascinat de tiparele (cunoscute sub numele de figuri Chladni) formate în pulbere ușoară împrăștiată pe plăcile de fier atunci când aceste plăci au fost aruncate în vibrație de un arc de vioară. Aici s-a demonstrat capacitatea unei cauze dinamice de a crea un efect static, lucru despre care era convins că s-a întâmplat într-un fir purtător de curent. El a fost și mai impresionat de faptul că astfel de modele pot fi induse într-o placă înclinându-se pe alta în apropiere. O astfel de inducție acustică este aparent ceea ce stătea în spatele celui mai faimos experiment al său. La 29 august 1831, Faraday a înfășurat un inel gros de fier pe o parte cu sârmă izolată care a fost conectată la o baterie. Apoi a înfășurat partea opusă cu sârmă conectată la un galvanometru. Ceea ce se aștepta era că o „undă” va fi produsă atunci când circuitul bateriei va fi închis și că unda va apărea ca o deviere a galvanometrului în al doilea circuit. El a închis circuitul primar și, spre încântarea și satisfacția sa, a văzut saltul acului galvanometrului. Un curent fusese indus în bobina secundară de unul din primar. Când a deschis circuitul, totuși, a fost uimit să vadă galvanometrul sărind în direcția opusă. Cumva, oprirea curentului a creat, de asemenea, un curent indus, egal și opus curentului original, în circuitul secundar.Acest fenomen l-a determinat pe Faraday să propună ceea ce el a numit starea „electrotonică” a particulelor din sârmă, pe care a considerat-o o stare de tensiune. Deși nu a putut găsi dovezi experimentale pentru starea electrotonică, el nu a abandonat niciodată în întregime conceptul, iar acesta a modelat cea mai mare parte a lucrărilor sale ulterioare.

În toamna anului 1831, Faraday a încercat să stabilească modul în care un a fost produs curentul. Experimentul său inițial implicase un electromagnet puternic creat de înfășurarea bobinei primare. El a încercat acum să creeze un curent folosind un magnet permanent. El a descoperit că atunci când un magnet permanent a fost mutat în și în afara unei bobine de știa că magneții erau înconjurați de forțe care puteau fi făcute vizibile prin simplul strat de stropire a piloților de fier pe o carte deținută deasupra lor. Faraday a văzut „liniile de forță” astfel revelate ca linii de tensiune în mediu, și anume aerul, care înconjoară magnetul și a descoperit în curând legea care determină producerea curenților electrici de către magneți: magnitudinea unui curent a fost dependentă de numărul de linii de forță tăiate de conductor în unitatea de timp. El a realizat imediat că un curent continuu ar putea fi produs prin rotirea unui disc de cupru între polii unui magnet puternic și prin preluarea cablurilor de pe marginea și centrul discului. Exteriorul discului ar tăia mai multe linii decât interiorul și ar exista astfel un curent continuu produs în circuit care leagă janta de centru. Acesta a fost primul dinam. A fost, de asemenea, strămoșul direct al motoarelor electrice, deoarece era necesar doar să inversăm situația, să alimentăm un curent electric pe disc, să-l facem să se rotească.