Бейкеровская лекция (1829, 1832, 1849, 1851, 1857)
Медаль Копли (1832, 1838)
Королевская медаль (1835, 1846)
Медаль Румфорда (1846)
Медаль Альберта (Королевское общество искусств) (1866)
Фарадей - основоположник учения об электромагнитном поле , которое затем математически оформил и развил Максвелл . Основной идейный вклад Фарадея в физику электромагнитных явлений заключался в отказе от ньютонова принципа дальнодействия и во введении понятия физического поля - непрерывной области пространства, сплошь заполненной силовыми линиями и взаимодействующей с веществом .
Энциклопедичный YouTube
- Опыты Фарадея по индукции
- При движении магнитного сердечника внутри проволочной катушки в последней возникал электрический ток.
- Включение или выключение тока в проволочной катушке приводило к появлению тока во вторичной катушке, чьи витки чередуются с витками первой.
17 октября 1831 года Фарадей пришёл к выводу: «электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое». Он поставил решающий эксперимент :
Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8 1/4 дюйма длиной) и ввёл один его конец внутрь спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался.
Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая - с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинками. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей.
Таким образом, перемещающийся возле проводника магнит (или включение/выключение тока в соседнем проводнике) порождают в данном проводнике электрический ток. Это явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией .
28 октября он собрал первый полноценный генератор постоянного тока («диск Фарадея »): при вращении медного диска рядом с магнитом на диске возникает электрический потенциал , который снимается прилегающим проводом. Фарадей показал, как механическую энергию вращения преобразовать в электрическую. Толчком к этому изобретению послужил опыт Араго (1824 год): крутящийся магнит увлекал в своё вращение расположенный ниже медный диск, хотя медь неспособна намагничиваться . И обратно, если вращать медный диск вблизи магнита, подвешенного таким образом, что он может вращаться в плоскости, параллельной плоскости диска, то при вращении диска магнит следует за его движением. Араго обсуждал этот эффект с Ампером, Пуассоном и другими знаменитыми физиками, но объяснить его им не удалось.
В отчёте о полученных результатах, обнародованном Фарадеем 24 ноября 1831 года перед Королевским обществом, он впервые употребил ключевой термин «магнитные силовые линии ». Это означало переход от дискретной картины «заряды/магниты» прежних теорий, построенных по образцу дальнодействующего ньютоновского тяготения , к совершенно новому непрерывному и близкодейственному физическому объекту, которое мы теперь называем полем . Несколько позже Фарадей аналогично ввёл электрические силовые линии.
После открытий Фарадея стало ясно, что старые модели электромагнетизма (Ампер , Пуассон и др.) неполны и должны быть существенно переработаны. Сам Фарадей объяснял электромагнитную индукцию следующим образом. Окрестность всякого заряженного тела пронизано электрическими силовыми линиями, которые передают «силу» (по современной терминологии, энергию), и аналогично энергия магнитного поля течёт вдоль магнитных силовых линий. Эти линии не следует рассматривать как условные абстракции, они представляют собой физическую реальность . При этом:
Точную формулировку этих законов и полную математическую модель электромагнетизма дал спустя 30 лет Джеймс Максвелл , родившийся в год открытия индукции (1831).
При индукции, указал Фарадей, величина возникающего в проводнике тока тем больше, чем больше магнитных силовых линий за единицу времени, в ходе изменения состояния, пересекает этот проводник . В свете этих законов причина движения в описанном выше опыте Араго стала понятна: когда материал диска пересекал магнитные силовые линии, в нём создавались индукционные токи, магнитное поле которых взаимодействовало с исходным. Позднее Фарадей повторил опыт с «диском Фарадея », используя вместо лабораторного магнита земной магнетизм .
Фарадеевская модель электромагнитного поля
Мир электромагнитных явлений, каким его представлял и описывал Фарадей, решительно отличался от всего, что было в физике прежде. В записи своего дневника от 7 ноября 1845 года Фарадей впервые употребил термин «электромагнитное поле » (англ. field ) , этот термин позднее перенял и ввёл в широкое употребление Максвелл . Поле - это область пространства, сплошь пронизанная силовыми линиями . Силы взаимодействия токов, введённые Ампером, считались дальнодействующими; Фарадей решительно оспорил это положение и сформулировал (словесно) свойства электромагнитного поля как существенно близкодейственные, то есть непрерывно передающиеся от каждой точки к соседним точкам с конечной скоростью .
До Фарадея электрические силы понимались как взаимодействие зарядов на расстоянии - где нет зарядов, нет и сил. Фарадей изменил эту схему: заряд создаёт протяжённое электрическое поле, и уже с ним взаимодействует другой заряд, дальнодействия на расстоянии нет. С магнитным полем положение оказалось более сложным - оно не является центральным , и именно для определения направления магнитных сил в каждой точке Фарадей ввёл понятие силовых линий . Веским основанием для отказа от действия на расстоянии были опыты Фарадея с диэлектриками и диамагнетиками - они ясно показали, что среда между зарядами активно участвует в электромагнитных процессах . Более того, Фарадей убедительно показал, что в ряде ситуаций электрические силовые линии искривляются, подобно магнитным - например, экранировав два изолированных шара друг от друга и зарядив один из них, можно наблюдать индуктивные заряды на втором шаре . Из полученных результатов Фарадей сделал вывод, «что сама обычная индукция во всех случаях является действием смежных частиц и что электрическое действие на расстоянии (то есть обыкновенное индуктивное действие) происходит только благодаря влиянию промежуточной материи» .
Фарадей своим мысленным взором видел пронизывающие всё пространство силовые линии там, где математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей усматривал местонахождение явлений в тех реальных процессах, которые происходят в среде, а они довольствовались тем, что нашли его в силе действия на расстоянии, которая прикладывается к электрическим жидкостям.
…Некоторые из наиболее плодотворных методов исследования, открытых математиками, могли бы быть выражены в терминах представлений, заимствованных у Фарадея, значительно лучше, чем они выражались в их оригинальной форме.
Начиная с 11-го выпуска серии «Экспериментальных исследования по электричеству», Фарадей посчитал возможным обобщить и теоретически осмыслить огромный накопленный материал. Система мира Фарадея отличалась большой оригинальностью. Он не признавал существования в природе пустоты, даже заполненной эфиром . Мир полностью заполнен проницаемой материей, и влияние каждой материальной частицы близкодейственно, то есть распространяется на всё пространство с конечной скоростью . Наблюдатель воспринимает это влияние как разного рода силы, но, как писал Фарадей, нельзя сказать, что одна из сил первична и является причиной других, «все они находятся во взаимной между собой зависимости и имеют общую природу» . В целом динамика мира Фарадея достаточно близка к представлениям об электромагнитном поле, какими они были до появления квантовой теории .
В 1832 году Фарадей отвёз запечатанный конверт в Королевское общество. Сто лет спустя (1938 год) конверт вскрыли и обнаружили там формулировку гипотезы: индуктивные явления распространяются в пространстве с некоторой конечной скоростью, причём в виде волн. Эти волны также «являются наиболее вероятным объяснением световых явлений» . Окончательно этот вывод обосновал Максвелл в 1860-е годы.
Теоретические рассуждения Фарадея нашли вначале мало сторонников. Фарадей не владел высшей математикой (в его трудах почти нет формул) и для создания своих научных моделей использовал свою исключительную физическую интуицию. Он отстаивал физическую реальность введённых им силовых линий; однако учёные того времени, уже свыкшиеся с дальнодействием ньютонового притяжения , теперь уже к близкодействию относились с недоверием .
Мой дорогой сэр, я получил Вашу статью и очень благодарен Вам за неё. Не хочу сказать, что благодарю Вас за то, что Вами сказано относительно «силовых линий», поскольку я знаю, что Вы сделали это в интересах философской правды; но Вы должны также предполагать, что эта работа не только приятна мне, но и даёт мне стимул к дальнейшим размышлениям. Я поначалу испугался, увидев, какая мощная сила математики приложена к предмету, а затем удивился тому, насколько хорошо предмет её выдержал… Всегда истинно Ваш М. Фарадей.
«Экспериментальные исследования по электричеству»
Фарадей работал чрезвычайно методично - обнаружив эффект, он изучал его максимально глубоко - например, выяснял, от каких параметров и как он зависит (материал, температура и т. п.). Поэтому число опытов (и соответственно - число выпусков «Опытных исследований по электричеству») так велико. Нижеследующий краткий перечень тематики выпусков даёт представление о размахе и глубине исследований Фарадея .
- Индукция электрических токов. Образование электричества из магнетизма .
- Земная магнито-электрическая индукция .
- Тождество отдельных видов электричества, происходящих от различных источников (в то время многие физики считали, что разные способы получения генерируют принципиально «разное электричество»).
- О новом законе электрической проводимости .
- Об электрохимическом разложении. Влияние воды на электрохимическое разложение. Теория электрохимического разложения .
- О способности металлов и других твёрдых тел вызывать соединение газообразных тел .
- Об электрохимическом разложении (продолжение). О некоторых общих условиях электрохимического разложения. О новом приборе для измерения гальванического электричества. О первичном или вторичном характере выделяющихся у электродов химических веществ. Об определённой природе и о размерах электрохимического разложения .
- Об электричестве гальванического элемента; его источник, количество, напряжение и основные свойства его. О напряжении, необходимом для электролиза .
- Об индуктивном влиянии электрического тока на самого себя и об индуктивном действии электрических токов вообще .
- О гальванической батарее усовершенствованного типа. Некоторые практические указания .
- Теория индукции. Общие выводы относительно природы индукции .
- Об индукции (продолжение). Проводимость, или кондуктивный разряд. Электролитический разряд. Разрывной разряд и изоляция .
- Об индукции (продолжение). Разрывной разряд (продолжение) .
- Природа электрической силы или сил. Связь между электрической и магнитной силами. Замечания об электрическом возбуждении .
- Заключение о характере направления электрической силы у электрического угря .
- Об источнике мощности гальванического элемента .
- Об источнике мощности гальванического элемента (продолжение). Действие температуры. Действие разведения. Изменения порядка металлических элементов в гальванических цепях. Неправдоподобность предположения о контактной природе силы .
- Об электричестве, развивающемся при трении воды и пара о другие тела .
- Действие магнитов на свет. Действие электрических токов на свет .
- О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякого вещества. Действие магнитов на тяжёлое стекло. Действие магнитов на другие вещества, оказывающие магнитное действие на свет. Действие магнитов на металлы вообще .
- О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякого вещества (продолжение). Действие магнитов на магнитные металлы и их соединения. Действие магнитов на воздух и газы .
- О кристаллической полярности висмута и других тел и её отношении к магнитной форме силы. Кристаллическая полярность висмута, сурьмы, мышьяка. Кристаллическое состояние различных тел. О природе магнекристаллической силы и общие соображения. О положении кристалла сульфата железа в магнитном поле .
- О полярном или ином состоянии диамагнитных тел .
- О возможной связи между тяготением и электричеством .
- О магнитном и диамагнитном состоянии тел. Газообразные тела под влиянием магнитной силы не расширяются. Разностное магнитное действие. Магнитные свойства кислорода, азота и пустоты .
- Способность проводить магнетизм. Магнитная проводимость. Полярность проводимости. Магнекристаллическая проводимость. Атмосферный магнетизм .
- Об атмосферном магнетизме (продолжение). Экспериментальное исследование законов магнитного действия атмосферы и их применение к отдельным случаям. Доклад об атмосферном магнетизме .
- О магнитных силовых линиях, определённость их характера и их распределение в магните и в окружающем пространстве .
- О применении индукционного магнитоэлектрического тока для обнаружения и измерения магнитной силы .
Другие работы по электромагнетизму
В 1836 году, работая над проблемами статического электричества, Фарадей провёл эксперимент, показавший, что электрический заряд воздействует только на поверхность замкнутой оболочки-проводника, не оказывая никакого воздействия на находящиеся внутри неё объекты. Данный эффект связан с тем, что противоположные стороны проводника приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле. Соответствующие защитные свойства используются в устройстве, известном ныне как клетка Фарадея .
Фарадей обнаружил поворот плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Это означало, что свет и электромагнетизм тесно связаны. Убеждённость Фарадея в единстве всех сил природы нашла ещё одно подтверждение. Позже Максвелл строго доказал электромагнитную природу света.
Химия
Фарадей сделал немало открытий в области химии. В 1824 году он открыл бензол и изобутилен , одним из первых получил в жидком состоянии хлор , сероводород , диоксид углерода , аммиак , этилен и диоксид азота . В 1825 году впервые синтезировал гексахлоран - вещество, на основе которого в XX веке изготовлялись различные инсектициды . Изучал каталитические реакции .
В 1825-1829 годах Фарадей, в составе комиссии Королевского общества, детально исследовал, как химический состав стекла влияет на его физические свойства . Стёкла Фарадея были слишком дороги для практического применения, но полученный практический опыт пригодился позже при экспериментах с действием магнита на свет и для выполнения правительственного задания по усовершенствованию маяков .
Электрохимия и магнитохимия
Как уже говорилось выше, Фарадей верил в единство всех сил в природе, поэтому естественно было ожидать, что химические свойства и законы связаны с электрическими. Подтверждение этому предположению он получил в 1832 году, открыв фундаментальные законы электролиза . Эти законы легли в основу нового раздела науки - электрохимии , имеющего сегодня огромное количество технологических приложений . Вид законов Фарадея наводил на мысль о существовании «электрических атомов» с наименьшим возможным зарядом; действительно, на рубеже XIX-XX веков эта частица (электрон) была обнаружена, и законы Фарадея помогли оценить её заряд . Предложенные Фарадеем термины ион , катод , анод , электролит укоренились в науке .
Опыты по электрохимии дали ещё одно доказательство близкодействия электромагнетизма. Многие учёные считали тогда, что электролиз вызывается притяжением на расстоянии (ионов к электродам). Фарадей провёл простой опыт: отделил электроды от смоченной соляным раствором бумаги двумя воздушными промежутками, после чего отметил, что искровой разряд вызвал разложение раствора. Отсюда вытекало, что электролиз вызывается не дальним притяжением, а местным током, и происходит он только в местах прохождения тока. Движение ионов к электродам происходит уже после (и вследствие) разложения молекул .
Другие исследования
Британское правительство неоднократно привлекало Фарадея, как признанного авторитета в области прикладной физики, к решению насущных технических задач - усовершенствование маяков , защита днищ кораблей от коррозии , экспертиза в судебных делах и др.
Личные качества и оценки
В личном общении знакомые Фарадея всегда, до конца жизни учёного отмечали его скромность, доброжелательность и покоряющее человеческое обаяние .
Жан Батист Дюма , известный химик и политик
- «Британская энциклопедия» - источник его познаний об электричестве и о многом другом.
- «Беседы о химии» - 600 страниц о химии в доступном изложении авторства Джейн Марсе.
1 / 5
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в посёлке Ньюингтон-Баттс близ Лондона (ныне Большой Лондон), в семье кузнеца. Семья - отец Джеймс (1761-1810), мать Маргарет (1764-1838), братья Роберт и Майкл, сестры Элизабет и Маргарет - жила дружно, но в нужде, поэтому уже в 13 лет Майкл, оставив школу, начал работать рассыльным в лондонском книжном магазине, принадлежащем французу-эмигранту Рибо. После испытательного срока он стал (там же) учеником переплётчика.
Фарадей так и не сумел получить систематическое образование, но рано проявил любознательность и страсть к чтению. В магазине было немало научных книг; в позднейших воспоминаниях Фарадей особо отметил книги по электричеству и химии, причём по ходу чтения он сразу начал проводить простые самостоятельные опыты . Отец и старший брат Роберт в меру своих возможностей поощряли тягу Майкла к знаниям, поддерживали его материально и помогли изготовить простейший источник электричества - «Лейденскую банку ». Поддержка брата продолжалась и после скоропостижной смерти отца в 1810 году.
Важным этапом в жизни Фарадея стали посещения Городского философского общества (1810-1811 годы), где 19-летний Майкл по вечерам слушал научно-популярные лекции по физике и астрономии, участвовал в диспутах. Некоторые учёные, посещавшие книжный магазин, отметили способного юношу; в 1812 году один из посетителей, музыкант Уильям Денс (William Dance ), подарил ему билет на цикл публичных лекций в знаменитого химика и физика, первооткрывателя многих химических элементов Гемфри Дэви .
Лаборант Королевского института (1812-1815)
Майкл не только с интересом выслушал, но и подробно записал и переплёл четыре лекции Дэви, которые послал ему вместе с письмом с просьбой взять его на работу в Королевский институт. Этот, как выразился сам Фарадей, «смелый и наивный шаг» оказал на его судьбу решающее влияние. Профессор, сам прошедший путь от ученика аптекаря, был восхищён обширными знаниями юноши, но в тот момент в институте не было вакантных мест, и просьба Майкла была удовлетворена лишь через несколько месяцев. В начале 1813 года Дэви, который был в Институте директором химической лаборатории, пригласил 22-летнего юношу на освободившееся место лаборанта Королевского института .
В обязанности Фарадея входили в основном помощь профессорам и другим лекторам Института при подготовке лекций, учёт материальных ценностей и уход за ними. Но сам он старался использовать любую возможность для пополнения своего образования, и в первую очередь - внимательно слушал все подготовленные им лекции. Одновременно Фарадей, при благожелательном содействии Дэви, проводил собственные химические эксперименты по интересующим его вопросам. Свои служебные обязанности Фарадей исполнял настолько тщательно и умело, что вскоре стал незаменимым помощником Дэви .
Осенью 1813 года Фарадей отправился вместе с профессором и его женой, как помощник и секретарь, в двухлетнее путешествие по научным центрам Европы, только что разгромившей Наполеона . Это путешествие имело для Фарадея большое значение: Дэви как знаменитость мирового масштаба приветствовали многие выдающиеся учёные того времени, в том числе А. Ампер , М. Шеврель , Ж. Л. Гей-Люссак и А. Вольта . Некоторые из них обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина .
Путь в науку (1815-1821)
После возвращения в мае 1815 года в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе в новой должности ассистента, с довольно высоким для того времени окладом 30 шиллингов в месяц. Он продолжил самостоятельные научные исследования, за которыми засиживался допоздна. Уже в это время проявились отличительные черты Фарадея - трудолюбие, методичность, тщательность исполнения экспериментов, стремление проникнуть в сущность исследуемой проблемы. В первой половине XIX века он заслужил славу «короля экспериментаторов» . Всю жизнь он вёл аккуратные лабораторные дневники своих опытов (изданы в 1931 году). Последний эксперимент по электромагнетизму помечен в соответствующем дневнике номером 16041 , всего Фарадей провёл за свою жизнь около 30000 экспериментов .
В 1816 году появилась первая печатная работа Фарадея (об анализе химического состава тосканского известняка), в следующие 3 года число публикаций превысило 40, главным образом по химии. Завязывается переписка Фарадея с крупными европейскими химиками и физиками. В 1820 году Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей с добавками никеля. Эта работа считается открытием нержавеющей стали , которое в то время не заинтересовало металлургов .
В 1821 году в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. В июле он женился на 20-летней Саре Барнард (Sarah Barnard , 1800-1879) , сестре его друга. По отзывам современников, брак был счастливым, Майкл и Сара прожили вместе 46 лет. Жили супруги на верхнем этаже Королевского института, за отсутствием собственных детей они воспитывали малолетнюю племянницу-сироту Джейн; Фарадей также постоянно заботился о своей матери Маргарет (умерла в 1838 году) . В Институте Фарадей получил место технического смотрителя здания и лабораторий Королевского института (Superintendent of the House ). Наконец, его экспериментальные исследования начали неуклонно перемещаться в область физики. Несколько значительных работ по физике, опубликованных в 1821 году, показали, что Фарадей вполне сложился как крупный учёный. Главное место среди них занимала статья об изобретении электродвигателя, с которой фактически начинается промышленная электротехника .
Создание электродвигателя. Научная известность (1821-1830)
С 1820 года Фарадея чрезвычайно увлекла проблема исследования связей между электричеством и магнетизмом . К этому моменту уже существовала и стараниями К. Гаусса и Дж. Грина была в основном разработана наука электростатика . В 1800 году А. Вольта открыл мощный источник постоянного тока («вольтов столб »), и начала стремительно развиваться новая наука - электродинамика . Сразу же были сделаны два выдающихся открытия: электролиз (1800 год) и электрическая дуга (1802).
Но главные события начались в 1820 году, когда Эрстед обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку. Первые теории, связывающие электричество и магнетизм, построили в том же году Био , Савар и позже Лаплас (см. Закон Био - Савара - Лапласа). А. Ампер , начиная с 1822 года, опубликовал свою теорию электромагнетизма, по которой первичным явлением является дальнодействующее взаимодействие проводников с током. Формула Ампера для взаимодействия двух элементов тока вошла в учебники. Среди прочего, Ампер открыл электромагнит (соленоид).
После серии опытов Фарадей опубликовал в 1821 году трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма », где показал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. По существу эта конструкция представляла собой ещё несовершенный, но вполне практичный электродвигатель , впервые в мире осуществивший непрерывное превращение электрической энергии в механическую . Имя Фарадея становится всемирно известным.
Конец 1821 года, в целом триумфального для Фарадея, омрачила клевета. Известный химик и физик Уильям Волластон пожаловался Дэви, что опыт Фарадея с вращением стрелки является плагиатом его, волластоновской идеи (практически никогда им не реализованной). История получила большую огласку и доставила Фарадею немало неприятностей. Дэви стал на сторону Волластона, отношения его с Фарадеем заметно ухудшились. В октябре Фарадей добился личной встречи с Волластоном, где разъяснил свою позицию, и состоялось примирение. Однако в январе 1824 года, когда Фарадей был избран членом Лондонского королевского общества , Дэви, тогдашний президент Королевского общества, был единственным , голосовавшим против (сам Волластон голосовал за избрание) . Отношения Фарадея и Дэви позднее улучшились, но лишились прежней сердечности, хотя Дэви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было «открытие Фарадея» .
Признанием научных заслуг Фарадея стало избрание его членом-корреспондентом Парижской Академии наук (1823). В 1825 году Дэви решил оставить руководство лабораторией Королевского института и рекомендовал назначить Фарадея директором физической и химической лабораторий, что и было вскоре сделано. Дэви скончался после продолжительной болезни в 1829 году.
После первых успехов в фарадеевских исследованиях электромагнетизма наступила десятилетняя пауза и до 1831 года он почти не публиковал работы на эту тему: опыты не давали желаемого результата, новые обязанности отвлекали, возможно, повлиял также неприятный скандал 1821 года .
В 1830 году Фарадей получил профессорскую кафедру сначала в Королевской военной академии (Вулидж), а с 1833 года - и в Королевском институте (по химии). Читал он лекции не только в Королевском институте, но и в нескольких других научных организациях и кружках. Современники чрезвычайно высоко оценивали преподавательские качества Фарадея, умевшего сочетать наглядность и доступность с глубиной рассмотрения предмета . Его научно-популярный шедевр для детей «История свечи» (популярные лекции, 1861 год) издаётся до сих пор.
Исследование электромагнетизма (1831-1840)
В 1822 году в лабораторном дневнике Фарадея появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». Рассуждения Фарадея были следующими: если в опыте Эрстеда электрический ток обладает магнитной силой, а, по убеждению Фарадея, все силы взаимопревращаемы, то и движение магнита должно возбуждать электрический ток.
Сообщение об опытах Фарадея немедленно вызвало сенсацию в научном мире Европы, массовые газеты и журналы также уделяли им немало внимания. Множество научных организаций избрали Фарадея своим почётным членом (всего он получил 97 дипломов) . Если открытие электродвигателя показало, как можно использовать электричество, то опыты по индукции указывали, как создать мощный его источник (электрогенератор). С этого момента трудности на пути широкого внедрения электроэнергии стали чисто техническими. Физики и инженеры активно занялись исследованием индукционных токов и конструированием всё более совершенных электротехнических устройств; первые промышленные модели появились ещё при жизни Фарадея (генератор переменного тока Ипполита Пикси , 1832), а в 1872 году Фридрих фон Хефнер-Альтенек представил высокоэффективный генератор, впоследствии улучшенный Эдисоном .
В 1835 году переутомление Фарадея привело к первому приступу болезни, которая мешала ему работать до 1837 года.
Последние годы (1840-1867)
Несмотря на всемирную славу, Фарадей до конца жизни оставался скромным добросердечным человеком . Он отклонил предложение возвести его, как ранее Ньютона и Дэви, в рыцарское достоинство, дважды отказался стать президентом Королевского общества (в 1848 и 1858 годах) . Во время Крымской войны правительство Великобритании предложило ему участвовать в разработке химического оружия против русской армии, но Фарадей с возмущением отверг это предложение как аморальное . Фарадей вёл непритязательный образ жизни и часто отклонял выгодные предложения, если они мешали бы ему заниматься любимым делом.
В 1840 году Фарадей вновь тяжело заболел (резкий упадок сил, ухудшение и частичная потеря памяти) и смог вернуться к активной работе только 4 года спустя, на короткий срок. Существует версия, что болезнь стала следствием отравления парами ртути, часто использовавшейся в его опытах . Рекомендованное врачами путешествие по Европе (1841) помогло мало. Друзья стали хлопотать о назначении всемирно известному физику государственной пенсии. Премьер-министр Великобритании (Уильям Лэм, лорд Мельбурн) сначала отнёсся к этому неодобрительно, но под давлением общественного мнения вынужден был дать своё согласие. Биограф и друг Фарадея Джон Тиндаль подсчитал, что после 1839 года Фарадей жил в крайней нужде (менее 22 фунтов в год), а после 1845 года пенсия (300 фунтов в год ) стала его единственным источником дохода. Тиндаль с горечью добавляет: «Он умер бедняком, но имел честь поддерживать на почётном месте научную славу Англии в продолжение сорока лет» .
Это были последние его открытия. В конце года болезнь возобновилась. Но Фарадей сумел вызвать ещё одну общественную сенсацию. В 1853 году он, со всей обычной тщательностью, исследовал модное в те годы «столоверчение » и уверенно заявил, что стол движется не вызванными духами умерших, а бессознательными движениями пальцев участников. Этот результат вызвал лавину возмущённых писем оккультистов , но Фарадей ответил, что примет претензии только от самих духов .
Майкл Фарадей умер 25 августа 1867 года за письменным столом, немного не дожив до 76-летия. Похоронен на Хайгейтском кладбище , участок для лиц неангликанского вероисповедания.
Научная деятельность
Исследования по электромагнетизму
Электромагнитная индукция
Английский физик Майкл Фарадей, выросший в бедной семье, стал одним из величайших ученых в истории человечества. Его выдающиеся достижения были сделаны в то время, когда наука являлась уделом людей, рожденных в привилегированных семействах. В его честь названа единица электрической емкости - фарад.
Фарадей (физик): краткая биография
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в столице Великобритании Лондоне. Он был третьим ребенком в семье Джеймса и Маргарет Фарадеев. Его отец был кузнецом, который имел слабое здоровье. До брака его мать работала служанкой. Семья жила бедно.
До 13 лет Майкл посещал местную школу, где получил начальное образование. Чтобы помочь семье, он начал работать посыльным в книжном магазине. Усердие мальчика впечатлило его работодателя. Через год его повысили до ученика переплетчика.
Переплет и наука
Майкл Фарадей хотел узнать больше о мире; он не ограничивался После усердного ежедневного труда он проводил все свое свободное время за чтением книг, которые он переплетал.
Постепенно он обнаружил, что увлекся наукой. Особенно ему понравились две книги:
Он был настолько очарован, что начал тратить часть своего скудного заработка на химические вещества и аппаратуру, чтобы подтвердить истинность того, о чем читал.
Расширяя свои научные познания, он услышал, что Джон Татум собирался дать серию публичных лекций по натуральной философии (физике). Для посещения лекций необходимо было внести плату в один шиллинг - слишком много для Майкла Фарадея. Его старший брат, кузнец, впечатленный растущей преданностью своего брата науке, дал ему необходимую сумму.
Знакомство с Хамфри Дэви
Фарадей сделал еще один шаг к науке, когда Уильям Дэнс, клиент книжного магазина, поинтересовался у Майкла, нет ли у него желания получить билеты на лекции в Королевском институте.
Лектор, сэр Хамфри Дэви, был одним из самых известных в мире ученых того времени. Фарадей ухватился за шанс и посетил четыре лекции, посвященные одной из новейших проблем химии - определении кислотности. Он наблюдал за экспериментами, которые проводил Дэви на лекциях.
Это был мир, в котором он хотел бы жить. Фарадей вел записи, а затем сделал так много дополнений в примечаниях, что произвел 300-страничную рукопись, которую сам переплел и отправил Дэви в знак благодарности.
В это время на заднем дворе книжного магазина Майкл начал проводить более сложные эксперименты по созданию электрической батареи из медных монет и цинковых дисков, разделенных влажной соленой бумагой. Он использовал ее для разложения химических веществ, например таких, как сульфат магния. В этой области химии Хамфри Дэви был пионером.
В октябре 1812 года ученичество Фарадея завершилось, и он начал работать переплетчиком у другого работодателя, которого он нашел неприятным.
Не было бы счастья, да несчастье помогло
И вот произошел счастливый для Фарадея случай. В результате неудачного эксперимента Хамфри Дэви был ранен: это временно повлияло на его способность писать. Майклу удалось в течение нескольких дней вести записи для Дэви, впечатленного книгой, которую тот ему послал.
Когда недолгий период работы помощником закончился, Фарадей отправил ученому записку с просьбой нанять его своим ассистентом. Вскоре после этого один из лаборантов Дэви был уволен за нарушение дисциплины, и Хамфри осведомился у Майкла, не хотел ли бы он занять вакантное место.
Не хотел ли он работать в Королевском институте с одним из самых известных ученых в мире? Это был риторический вопрос.
Карьера в Королевском институте
Ему хорошо платили и выделили для проживания комнату на чердаке Королевского института. Майкл был очень доволен, и его связь с этим учреждением больше не прерывалась в течение 54 лет, за которые ему удалось стать профессором химии.
Работа Фарадея состояла в подготовке аппаратуры для проведения экспериментов и лекций в Королевском институте. Поначалу он имел дело с трихлоридом азота, взрывчатым веществом, которое травмировало Дэви. Майкл тоже при очередном взрыве ненадолго потерял сознание, и когда Хамфри снова получил травму, опыты с этим соединением были прекращены.
Через 7 месяцев работы в Королевском институте Дэви взял с собой Фарадея в турне по Европе, длившееся 18 месяцев. За это время Майклу удалось встретить великих ученых, таких как Андрэ-Мари Ампер в Париже и Алессандро Вольта в Милане. В некотором смысле, тур заменил ему университетское образование - Фарадей многое узнал за это время.
Большую часть тура он, однако, был несчастлив, поскольку в дополнение к научной и секретарской работе должен был прислуживать Дэви и его жене. Супруга ученого не считала Фарадея равным себе из-за его происхождения.
По возвращении в Лондон все стало на свои места. Королевский институт возобновил контракт Майкла и увеличил его вознаграждение. Дэви даже начал упоминать о его помощи в научных работах.
В 1816 г. в возрасте 24 лет Фарадей прочитал свою первую лекцию о свойствах материи. Проходила она в Городском философском обществе. Тогда же в «Ежеквартальном научном журнале» он опубликовал свою первую научную статью об анализе гидроксида кальция.
В 1821 г. в возрасте 29 лет Фарадей был повышен до должности заведующего хозяйством и лабораторией Королевского института. В том же году он женился на Саре Барнард. Майкл со своей супругой прожили в институте большую часть следующих 46 лет, уже не на чердаке, а в удобном помещении, которое когда-то занимал Хамфри Дэви.
В 1824 г. биография Фарадея (физика) ознаменовалась его избранием в члены Королевского общества. Это было признанием того, что он стал заметным ученым.
В 1825 г. физик Фарадей стал директором лаборатории.
В 1833 г. он стал фуллеровским профессором химии в Королевском институте Великобритании. Фарадей занимал эту должность до конца своей жизни.
В 1848 и 1858 годах ему было предложено возглавить Королевское общество, но он отказался.
Научные достижения
Чтобы описать открытия Фарадея в физике, потребуется не одна книга. Не случайно Альберт Эйнштейн в своем кабинете хранил фотографии только троих ученых: Исаака Ньютона, Джеймса Максвелла и Майкла Фарадея.
Как ни странно, хотя еще при жизни ученого начали использовать слово «физик», ему самому оно не нравилось, и он всегда называл себя философом. Фарадей был человеком, шедшим к открытиям через эксперименты, и он был известен тем, что никогда не отказывался от идей, к которым приходил благодаря научной интуиции.
Если он полагал, что идея стоила того, он продолжал эксперименты, несмотря на множество неудач, пока не достигал ожидаемого или пока не убеждался в том, что мать-природа доказала его неправоту, что случалось крайне редко.
Так что открыл Фарадей в физике? Вот некоторые из его самых заметных достижений.
1821: открытие электромагнитного вращения
Оно стало предвестником того, что, в конечном итоге, привело к созданию электрического двигателя. Открытие базировалось на теории Эрстеда о магнитных свойствах провода, по которому проходит электрический ток.
1823: сжижение газа и охлаждение
В 1802 году Джон Далтон высказал мнение, что все газы могут быть сжижены при низких температурах или высоком давлении. Физик Фарадей доказал это опытным путем. Он впервые превратил хлор и аммиак в жидкость.
Жидкий аммиак был еще интересен тем, что, как заметил Майкл Фарадей, физика процесса его испарения вызывала охлаждение. Принцип охлаждения с помощью искусственного испарения был публично продемонстрирован Уильямом Калленом в Эдинбурге в 1756 г. Ученый с помощью насоса снизил давление в колбе с эфиром, в результате чего произошло его быстрое испарение. Это вызвало охлаждение, и на внешней стороне колбы из влаги воздуха образовался лед.
Важность открытия Фарадея состояла в том, что механические насосы могли превращать газ в жидкость при комнатной температуре. Затем жидкость испарялась, охлаждая все вокруг, полученный газ мог быть собран и с помощью насоса сжат в жидкость снова, повторяя цикл. Именно так работают современные холодильники и морозильники.
В 1862 году на Всемирной лондонской выставке Фердинанд Карре продемонстрировал первую в мире коммерческую машину по производству льда. В машине в качестве охлаждающей жидкости использовался аммиак, и она производила лед со скоростью 200 кг в час.
1825: открытие бензола
Исторически сложилось так, что бензол стал одним из наиболее важных веществ в химии, как в практическом смысле, т. е. он используется при создании новых материалов, так и в теоретическом - для понимания химической связи. Ученый обнаружил бензол в маслянистых остатках производства газа для освещения в Лондоне.
1831: закон Фарадея, формула, физика электромагнитной индукции
Это было чрезвычайно важным открытием для будущего науки и техники. Закон Фарадея (физика) гласит, что переменное магнитное поле вызывает в цепи электрический ток, и генерируемая прямо пропорциональна скорости изменения Одна из его возможных записей |E|=|dΦ/dt|, где Е - ЭДС, а Ф - магнитный поток.
Например, перемещение подковообразного магнита вдоль провода производит электрический ток, так как движение магнита вызывает переменное магнитное поле. До этого единственным источником тока была батарея. Майкл Фарадей, открытия в физике которого показали, что движение может быть превращено в электричество, или, более научным языком, кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую, таким образом, причастен к тому, что большая часть энергии в наших домах сегодня производится именно по этому принципу.
Вращение (кинетическая энергия) преобразуется в электричество с помощью электромагнитной индукции. А вращение, в свою очередь, получают при действии на турбины пара высокого давления, создаваемого энергией угля, газа или атома, или напором воды в гидроэлектростанциях, либо давлением воздуха в
1834: законы электролиза
Фарадей-физик внес основной вклад в создание новой науки электрохимии. Она объясняет то, что происходит на границе раздела электрода с ионизированным веществом. Благодаря электрохимии мы пользуемся литий-ионными батареями и аккумуляторами, питающими современную мобильную технику. Законы Фарадея важны для нашего понимания электродных реакций.
1836: изобретение экранированной камеры
Физик Фарадей обнаружил, что, когда электрический проводник заряжен, весь лишний заряд скапливается на внешней его стороне. Это означает, что внутри комнаты или клетки, сделанной из металла, дополнительный заряд не появляется. Например, человек, одетый в костюм Фарадея, т. е. с металлической подкладкой, не подвергается действию внешнего электричества. Кроме защиты людей, клетка Фарадея может использоваться для проведения электрических или электрохимических экспериментов, чувствительных к внешним помехам. Экранированные камеры также могут создавать мертвые зоны для мобильной связи.
1845: открытие эффекта Фарадея - магнитооптического эффекта
Еще одним важным экспериментом в истории науки был опыт, впервые доказавший связь электромагнетизма и света, что в 1864 году было полностью описано уравнениями Джеймса Клерка Максвелла. Физик Фарадей установил, что свет представляет собой электромагнитную волну: «Когда противоположные магнитные полюса находились с той же стороны, это оказывало действие на поляризованный луч, что, таким образом, доказывает связь магнитной силы и света...
1845: открытие диамагнетизма как свойства всей материи
Большинство людей знакомо с ферромагнетизмом на примере обычных магнитов. Фарадей (физик) обнаружил, что все вещества диамагнитны - в большинстве своем слабо, но встречаются и сильные. Диамагнетизм противоположен направлению приложенного магнитного поля. Например, если поместить северный полюс у сильно диамагнитного вещества, то оно будет отталкиваться. Диамагнетизм в материалах, индуцированный очень сильными современными магнитами, может быть использован для достижения левитации. Даже живые существа, такие как лягушки, диамагнитны и могут парить в сильном магнитном поле.
Конец
Майкл Фарадей, открытия в физике которого произвели переворот в науке, умер 25 августа 1867 г. в Лондоне в возрасте 75 лет. Его жена Сара жила дольше. У четы не было детей. Всю свою жизнь он был набожным христианином и принадлежал к маленькой протестантской секте сандеманианцев.
Еще при жизни Фарадею было предложено погребение в Вестминстерском аббатстве вместе с королями и королевами Великобритании и учеными, подобно Исааку Ньютону. Он отказался ради более скромной церемонии. Его могилу, где также похоронена Сара, можно найти на кладбище Хайгейт в Лондоне.
— великий английский физик, чьи выдающиеся открытия получили широкое признание в научном мире, чьим именем названы законы, физические явления, единицы физических величин, основоположник учения об электромагнитном поле. Родился Фарадей в 1791 году в Лондоне. Его отец и старший брат были кузнецами, мать — дочь земледельца, была мудрой и трудолюбивой женщиной. Семья жила бедно, поэтому после окончания начальной школы Фарадей вынужден был работать разносчиком газет, а с 13 лет поступил учеником в книжную лавку к переплетчику Рибо. Здесь у него появилась возможность пополнить свои скудные знания путем самообразования, больше всего его интересовали книги по химии и физике. Уже в этом возрасте у него появилось стремление опираться лишь на факты и подтверждать сообщения путем проведения собственных опытов. Он пытался проводить физические и химические опыты в созданной им домашней лаборатории.
Среди заказчиков, посещавших переплетную мастерскую, были и такие, которые принадлежали к миру науки. Они помогли юноше, преданному любимым наукам, попасть на лекции некоторых ученых, которые были предназначены для публики. Однажды ему посчастливилось попасть на лекции великого физика Хэмфри Дэви, изобревшего безопасную лампу для шахтеров. Фарадей обратился письменно к ученому и вскоре получил от Дэви приглашение работать ассистентом в лаборатории Королевского института. Осенью 1813 года Дэви берет с собой Фарадея в длительную поездку по европейским научным центрам, где Фарадей познакомился с такими учеными с мировым именем, как М. Шеврель, А. Ампер и др., которые также обратили внимание на молодого ассистента с блестящими способностями.
После возвращения в 1815 году в Англию Фарадей занимается научными исследованиями в Королевском институте. Вначале он помогает Дэви проводить химические эксперименты, позже начинает проводить самостоятельные исследования. В 1816 году он выступает в Обществе для самообразования с лекциями по физике и химии, в 1818 году он опубликовал свою первую работу по физике. За период до 1821 года им было опубликовано еще около 40 работ по химии. Он первым получил хлор в жидком состоянии.
1821 год был отмечен для Фарадея рядом знаменательных событий. Так, в июне 1821 года он женился на мисс Бернард, брак этот был долгим и счастливым. 
В этом же году он занял место надзирателя за зданием, а также лабораториями Королевского института и публикует научную работу о вращении проводника с током вокруг магнита и магнита вокруг проводника с током. В 1823 году им совершено открытие в области физики — он установил метод обращения газов в жидкость. В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, через год он стал директором лаборатории Королевского института, в 1827 году получает здесь профессорскую кафедру. В течение 10 лет Фарадей исследует связь между электрическими и магнитными явлениями и в 1831 году им было сделано открытие электромагнитной индукции, что принесло ему известность. В 1833-34 годах в процессе изучения прохождения тока через растворы кислот, солей и щелочей Фарадеем были открыты законы электролиза, получившие название «законов Фарадея». В 1845 году он открыл явление вращения плоскости поляризации в магнитном поле и диамагнетизм.
ФАРАДЕЙ (Faraday), Майкл
Английский физик Майкл Фарадей родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Окончив начальную школу, с двенадцати лет он работал разносчиком газет, а в 1804 г. поступил в ученики к переплетчику Рибо, французскому эмигранту, всячески поощрявшему страстное стремление Фарадея к самообразованию. Чтением и посещением публичных лекций молодой Фарадей стремился пополнить свои знания, причем его влекли главным образом естественные науки – химия и физика. В 1813 г. один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Гемфри Дэви в Королевском институте, сыгравшие решающую роль в судьбе юноши. Обратившись с письмом к Дэви, Фарадей с его помощью получил место лабораторного ассистента в Королевском институте.
В 1813–1815 гг., путешествуя вместе с Дэви по Европе, Фарадей посетил лаборатории Франции и Италии. После возвращения в Англию научная деятельность Фарадея протекала в стенах Королевского института, где он сначала помогал Дэви в химических экспериментах, а затем начал самостоятельные исследования. Фарадей осуществил сжижение хлора и некоторых других газов, получил бензол. В 1821 г. он впервые наблюдал вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создал первую модель электродвигателя. В течение последующих 10 лет Фарадей занимался исследованием связи между электрическими и магнитными явлениями. Его исследования увенчались открытием в 1831 г. явления электромагнитной индукции. Фарадей детально изучил это явление, вывел его основной закон, выяснил зависимость индукционного тока от магнитных свойств среды, исследовал явление самоиндукции и экстратоки замыкания и размыкания. Открытие явления электромагнитной индукции сразу же приобрело огромное научное и практическое значение; это явление лежит, например, в основе работы всех генераторов постоянного и переменного тока.
Стремление выявить природу электрического тока привело Фарадея к экспериментам по прохождению тока через растворы кислот, солей и щелочей. Результатом этих исследований стало открытие в 1833 г. законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 г. Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году он открыл диамагнетизм, в 1847 г. – парамагнетизм. Фарадей ввёл в науку ряд понятий – катода, анода, ионов, электролиза, электродов; в 1833 г. он изобрел вольтметр. Используя огромный экспериментальный материал, Фарадей доказал тождественность известных тогда «видов» электричества: «животного», «магнитного», термоэлектричества, гальванического электричества и т.д.
В 1840 г., ещё до открытия закона сохранения энергии, Фарадей высказал мысль о единстве «сил» природы (различных видов энергии) и их взаимном превращении. Он ввёл представления о силовых линиях, которые считал физически существующими. Идеи Фарадея об электрическом и магнитном полях оказали большое влияние на развитие всей физики. В 1832 г. Фарадей высказал мысль о том, что распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий с конечной скоростью; в 1845 г. он впервые употребил термин «магнитное поле».
В 1824 г., несмотря на противодействие Дэви, претендовавшего на открытия своего ассистента, Фарадей был избран членом Королевского общества , а в 1825 г. стал директором лаборатории в Королевском институте. С 1833 по 1862 гг. Фарадей состоял профессором химии Королевского института. Весьма популярны были публичные лекции Фарадея; широкую известность приобрела его научно-популярная книга «История свечи ».
Открытия Фарадея завоевали широчайшее признание во всём научном мире; его именем впоследствии были названы законы, явления, единицы физических величин и т.д. Русский физик А. Г. Столетов так охарактеризовал значение Фарадея в развитии науки: «Никогда со времен Галилея свет не видал стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы». В честь Майкла Фарадея Британское химическое общество учредило медаль Фарадея – одну из почётнейших научных наград.
Майкл Фарадей краткая биография английского физика-экспериментатора и химика, основоположника учения об электромагнитном поле. Биография поможет написать сообщение о Майкле Фарадее.
Майкл Фарадей краткая биография и его открытия
Родился 22 сентября 1791 года в поселке недалеко от Лондона в семье кузнеца. В семье было пятеро детей, жили они бедно. В 13 лет он вынужден был оставить школу и подрабатывать рассыльным в книжном магазине. А с 14 до 21 — он работал переплетчиком в книжной лавке
Все это время он занимается самообразованием. Любимыми науками Майкла становятся химия и физика. Он обустраивает домашнюю лабораторию, в которой ставит эксперименты, изготавливает электростатические приборы. Тогда же он посещает Городское философское общество, принимает участие в диспутах по физике и астрономии.
В 1812 году произошло незначительное событие, которое стало поворотным в жизни Фарадея. Один из клиентов мастерской отдал молодому переплетчику билеты на лекционные вечера Гемфри Дэви, который выступал в Королевском институте. Несколько раз посетив лекции Дэви, Майкл отправляет ему письмо с просьбой принять его в Королевский институт на работу. Дэви был поражен знаниями молодого человека, но открытых вакансий в институте тогда не было. Майклу пришлось подождать несколько месяцев, а затем он приступил к исполнению обязанностей лаборанта химической лаборатории при институте. Вскоре после этого Дэви, который с женой отправляется в путешествие по Европе, берет с собой и Фарадея. Во время этого путешествия Майкл познакомился с Гей-Люссаком, Ампером, Вольтом и некоторыми другими видными учеными того времени.
В 1815 году, по окончании путешествия, Фарадей начинает очень активно работать, сосредотачиваясь на самостоятельных научных исследованиях. Уже в следующем году в Обществе для самообразования Майкл приступает к чтению курса лекций по химии и физике.
В 1821 году Фарадей создает первую модель электродвигателя. На протяжении последующего десятилетия ученый исследует взаимосвязь магнитных явлений и электричества. В 1824 году Майкла избирают членом Королевского общества.
В 1831 году в результате многолетней работы Фарадей открывает явление электромагнитной индукции. Вскоре ученый выводит основные законы явления. Сегодня все генераторы переменного и постоянного тока работают именно благодаря открытиям Фарадея.
В 1833 году он сформулировал законы электролиза, известные также как «Законы Фарадея». Явления диамагнетизма и парамагнетизма были открыты ученым в 1850-е годы.
Майкл Фарадей умер в августе 1867 года в Лондоне в своем доме за письменным столом.