Michael Faraday: življenje, odkritja in vpliv na elektromagnetizem
Michael Faraday (Newington Butts, Surrey, 22. september 1791 – Hampton Court, Surrey, 25. avgust 1867) je bil sin kovača, ki je postal eden najslavnejših znanstvenikov 19. stoletja. Iz skromnih družinskih razmer se je s trdim delom in radovednostjo povzpel do osrednje vloge v razvoju fizike in kemije.
Zgodnje življenje in izobraževanje
V otroštvu so ga poslali v lokalno šolo, kjer se je naučil brati in pisati. Plačal jo je lokalni župnik, ki je videl njegovo očitno inteligenco. Po osnovni šoli se je kot najstnik usposabljal v različnih obrteh, veliko pa je bral tehnične in znanstvene knjige. Kot mlad je delal kot knjigovez, kar mu je omogočilo dostop do strokovnih del in ilustracij, ki so mu pomagale pri samostojnem učenju. Faraday je bil večinoma avtodidakt: učil se je sam in je kljub pomanjkanju formalne visokošolske izobrazbe razvil izvrstne eksperimentalne sposobnosti.
Kariera in priznanja
Faraday je postal član Kraljeve družbe in je prejel njene medalje Royal, Copley in Rumford. Čeprav ni obvladal visoke matematike, je postal eden najvplivnejših znanstvenikov v zgodovini, predvsem zaradi svoje izjemne eksperimentalne spretnosti in sposobnosti jasnega razmišljanja o fizikalnih pojavih. Bil je imenovan za prvega Fullerjevega profesorja kemije na Kraljevem inštitutu Velike Britanije, na katerega je bil imenovan dosmrtno, in je kasneje – po siru Humphreyju Davyju je bil tudi direktor Kraljevega inštituta.
Glavna odkritja in izumi
V času, ko je živel, so ljudi, kot je bil on, imenovali naravni filozofi. Takrat je bilo o elektriki znanega le malo. Michael Faraday je odkril veliko stvari o tem, kako lahko elektrika, ki teče v žici, deluje kot magnet (danes se imenuje elektromagnetizem). Njegova ključna odkritja in prispevki vključujejo:
- pokazal je elektromagnetno rotacijo (1821) in izdelal prve elektromagnetne rotacijske naprave, kar je predstavljalo osnovo za razvoj električnih motorjev; iz tega je nastal tudi prvi elektromotor;
- odkril princip elektromagnetne indukcije (1831), ki je temelj za pretvorbo mehanske energije v električno in je osnova za generatorje in transformatorje;
- formuliral je zakone elektrolize (Faradayevi zakoni elektrolize), ki povezujejo količino snovi, spravljeno ali sproščeno pri elektrolizi, z električnim nabojem;
- kot kemik je odkril benzen, razvil zgodnje oblike laboratorijske opreme, med drugim Bunsenovega gorilnika, in uvedel ter populariziral pojme, kot so anoda, katoda, elektroda in ion;
- pokazal je, da lahko magnetizem vpliva na svetlobne žarke (Faradajev učinek ali Faradayev efekt, 1845), kar je prvič povezalo optiko in elektromagnetizem;
- razvil je idejo o zaščiti pred električnim poljem (poznano kot Faradayeva kletka) in izvedel ključne eksperimentalne metode za proučevanje polj in sil;
- enota kapacitivnosti – farad – je poimenovana v njegov spomin, kar odraža trajni vpliv njegovega dela na elektrotehniko in fiziko.
Metode, pristop in pomen
Faraday je veljal za izjemnega eksperimentatorja: pri delu je uporabljal premišljeno zasnovane poskuse, natančno opazovanje in dosledno beleženje rezultatov. Njegovzik razmišljanja je temeljil na pojmu "polja" in "sila" ter na vizualnih prikazih silničnih linij, ki so kasneje navdihnili Jamesa Clerka Maxwella pri matematični formulaciji elektromagnetizma. Njegovo delo je omogočilo, da je elektrika postala praktično uporabna v tehnologiji in industriji.
Javni pomen, poučevanje in zapuščina
Faraday je bil tudi odličen predavatelj in popularizator znanosti. Njegove kratke in razumljive predavanja publiko v Kraljevem inštitutu so privabljala široko občinstvo in spodbujala zanimanje za znanost. Danes ga cenijo tako zaradi neposrednih eksperimentalnih dosežkov kot tudi zaradi vpliva, ki je omogočil kasnejše teoretične razlage (na primer Maxwella) in razvoj sodobne elektrotehnike.
Albert Einstein je imel Faradayevo fotografijo na steni svoje delovne sobe poleg slik Isaaca Newtona in Jamesa Clerka Maxwella, kar odraža, kako globok spoštovanje je imel med največjimi misleci znanosti. Faradayeva zapuščina živi v vsakem električnem motorju, generatorju, v institutih znanja in v terminologiji znanosti.
Michael Faraday s fotografije Johna Watkinsa, Britanska knjižnica
Življenje
Družina Michaela Faradaya je bila revna. Njegov oče James je bil kovač. James Faraday je v osemdesetih letih 19. stoletja prišel v London iz severozahodne Anglije. Mladi Michael Faraday je bil eden od štirih otrok in je imel le osnovno šolsko izobrazbo.Pri štirinajstih letih se je šel učit za knjigoveza in knjigotržca k Georgeu Riebau.
Med sedemletnim študijem izdelave knjig pri Riebau je prebral veliko knjig. Prebral je knjigo Isaaca Wattsa The improvement of the mind (Izboljšanje uma). Faraday je ideje iz te knjige rad uporabljal pri svojem delu. Začel se je zanimati za znanost, zlasti za elektriko. Začel je obiskovati javne ure, ki so jih vodili najboljši znanstveniki v Londonu tistega časa. Zapise, ki jih je naredil, je pokazal velikemu kemiku siru Humphreyju Davyju. Davyju je bil všeč in marca 1813 mu je ponudil službo asistenta.
Faradayevo znanje se je še naprej širilo, saj je pomagal siru Humphreyju Davyju, dokler ni sam prišel do novih odkritij. Leta 1833 je postal profesor. Pomembnost njegovega dela so spoznali že za časa njegovega življenja, zato mu je britanska vlada za nagrado na stara leta dodelila pokojnino.
Faradayeva kletka
| Elektromagnetizem |
|
|
| Elektrika - Magnetizem |
| Električni naboj - Coulombov zakon - |
| Magnetostatika Amperov zakon - električni tok - magnetno polje - |
| Elektrodinamika Lorentzev zakon o sili - emf - elektromagnetna indukcija - Faradayev zakon - Lenzov zakon - premikalni tok - Maxwellove enačbe - EM polje - elektromagnetno sevanje - Liénard-Wiechertov potencial - Maxwellov tenzor - vrtinčni tok |
| Električno omrežje Električna prevodnost - Električna upornost - Kapacitivnost - |
| Covariantna formulacija Elektromagnetni tenzor - Elektromagnetni tenzor napetosti in energije - Elektromagnetni štiristopenjski tok - Elektromagnetni štiristopenjski potencial |
| · v · t · e |
Faraday je tudi ugotovil, da elektrika, ki udari v kovinski predmet, prehaja le skozi zunanjo stran predmeta. Na notranjost električnega toka ne vpliva. Zaradi tega so ljudje v notranjosti varni, ko strela udari v avtomobil ali letalo. To se zdaj imenuje Faradayeva kletka.
Vprašanja in odgovori
V: Kdo je bil Michael Faraday?
O: Michael Faraday je bil znanstvenik 19. stoletja, ki je izhajal iz skromnih razmer kot sin kovača. Čeprav je imel le osnovnošolsko izobrazbo, je postal eden najvplivnejših znanstvenikov v zgodovini in je zaslužen za odkritje številnih stvari o elektriki in magnetizmu.
V: Kako se je Faraday izobraževal?
O: Lokalni vikar je opazil njegovo očitno inteligenco in mu plačal šolanje v lokalni šoli, da se je naučil brati in pisati. Vendar je bil večinoma samouk, ki se je učil sam.
V: Katere nagrade je Faraday prejel?
O: Faraday je postal član Kraljeve družbe in je prejel kraljevo, Copleyjevo in Rumfordovo medaljo te družbe.
V: Katera odkritja v zvezi z elektriko je naredil Faraday?
O: Odkril je veliko stvari o tem, kako lahko elektrika, ki teče v žici, deluje kot magnet (zdaj se imenuje elektromagnetizem). Odkril je tudi veliko o tem, kako lahko elektriko uporabimo pri kemikalijah, da se spremenijo (zdaj se imenuje elektrokemija). Pokazal je, da lahko magnetizem vpliva na svetlobne žarke, saj med obema pojavoma obstaja temeljna povezava.
V: Katere izume je ustvaril Faraday?
O: Izumil je elektromagnetne rotacijske naprave, ki so predstavljale temelj tehnologije električnih motorjev, zaradi česar se lahko danes uporabljajo v tehnologiji. Izdelal je tudi prvi elektromotor. Kot kemik je izumil zgodnjo vrsto Bunsenovega gorilnika in populariziral terminologijo, kot so anoda, katoda, elektroda in ion.
V: Kje je Albert Einstein hranil slike Michaela Faradaya?
O: Albert Einstein je imel fotografijo Michaela Faradaya na steni svoje delovne sobe poleg slik Isaaca Newtona in Jamesa Clerka Maxwella.
