Фарадей Майкл
Біографія
З ім'ям Фарадея пов'язаний останній, переломний етап класичної фізики. В історії природознавства це був період виникнення нового методу, нового підходу до явищ природи. Якщо панівної методологією в природознавстві XVIII ст. був метафізичний матеріалізм, зокрема механіцизм, розчленований світ на окремі, не пов'язані області, то відкриття фізики XIX ст. призвели до необхідності відмови від такого підходу. Ідея загального зв'язку явищ матеріального світу, ідея розвитку, стрибкоподібний перехід кількісних змін у нову якість і інші положення діалектичного матеріалізму поступово ставали керівними в дослідженнях вчених.До діячів нового типу, стихійно використовують ідею загального зв'язку явищ, належав і Майкл Фарадей. Він народився в сім'ї лондонського коваля Джемса Фарадея 22 вересня 1791
З дитинства в Фарадей виховувалися любов до праці, робоча чесність і гордість. Утворення його було самим рядовим і включало в себе початкові навички читання, письма та арифметики. Дванадцяти років його віддали в учні до власника книжкової крамниці і палітурної майстерні Жоржу Рібо. Тут Фарадей спочатку займався рознесенням книг і газет, а в подальшому опанував досконало палітурним майстерністю. Цю свою професію Фарадей ніколи не забував. Працюючи в майстерні палітурника, Фарадей багато і жадібно читав, прагнучи заповнити прогалини свого недостатнього освіти. Особливо велике враження справили на нього статті з електрики в "Британської енциклопедії", "Бесіди з хімії" мадам Марсе і "Листи про різних фізичних та філософські матерії" Л. Ейлера. Майкл організував домашню хіміко-фізичну лабораторію і виконав описані в цих книгах досліди.
Відвідувачі лавки Рібо не могли не звернути уваги на молодого палітурника, жадібно читав книги. Одного разу містер Дені, член Лондонського Королівського товариства, з подивом дізнавшись, що Майкл закінчує вивчення останнього номера серйозного наукового журналу "Хімічне огляд", запропонував йому послухати цикл лекцій свого друга, сера Гемфрі Деві. Це вирішило долю Фарадея.
Завдяки допомозі Денс в березні 1813 Майкл стає лаборантом Деві в Королівському інституті Великобританії. Ось така характеристика, зі слів Деві, була записана в протокол засідання: "Його ім'я Майкл Фарадей. Його дані здаються хорошими, його характер активний і бадьорий, а образ дії розумний". Фарадей був нескінченно радий.
У 1813 р. він як лаборанта, помічника і слуги їде з Г. Деві і його дружиною у велику подорож по Європі. "Це ранок - початок нової епохи в моєму житті. До цих пір, наскільки я пригадую, я не від'їжджав від Лондона на відстань більше двадцяти миль", - писав Фарадей. Багато цікавого пізнає Фарадей під час цієї поїздки. У Парижі він знайомиться з Ампером, Люссаком і асистує Деві при відкритті йоду, в Генуї робить досліди з електричним скатом, у Флоренції спалює алмаз в атмосфері кисню, в Мілані знайомиться з вольт. Фарадей починає швидко говорити по-французьки і німецькою. Він справляє на вчених хороше враження. Хімік Дюма писав: "Ми захоплювалися Деві, ми полюбили Фарадея. Влітку 1815 подорож закінчилася. Повернувшись до Англії, Фарадей продовжує працювати лаборантом у Королівському інституті. Але це вже інше Фарадей, більш зрілий і більш самостійний.
Як-то з Флоренції прийшла посилка із зразками вапняку для аналізу. Деві запропонував Фарадею виконати цей аналіз. Переглянувши результати аналізу, Деві був задоволений ретельністю виконаної роботи і віддав матеріал у науковий журнал для опублікування. Так з'явилася перша наукова робота Фарадея. З 1815 по 1820 р. Фарадей займається в основному дослідженнями з хімії. Зміна в тематиці його наукової діяльності сталася в серпні 1820 р. після ознайомлення з роботою Ерстеда.
Отримавши роботу Ерстеда, Деві і Фарадей на наступний день повторили його досвід. Вони переконалися в правоті Ерстеда і зрозуміли, що прірва між електрикою і магнетизмом зникає. Але пояснити і розвинути досвід Ерстеда випало на долю Ампера. Зробити що-небудь нове в цій області протягом 1820-1821 рр.. ні Деві, ні Фарадею не вдалося. У 1821 р. Деві поступово відходить від питань, пов'язаних з електрикою, завзятий ж Фарадей записує у своєму щоденнику: "Перетворити магнетизм в електрику". З вирішенням цієї задачі була, по суті, пов'язане все подальше життя чудового англійського фізика.
Влітку 1821 р., коли колеги Фарадея роз'їхалися у відпустки, він залишився в Лондоні, щоб зайнятися вирішенням поставленого завдання. Крім того, редактор журналу "Філософські аннали" запропонував Фарадею написати оглядову статтю з історії електромагнетизму. Фарадей з запалом взявся за роботу. Він виконав всі досліди, які привели до розуміння електромагнетизму. Крім того, він вирішив здійснити і досвід, про який два місяці тому говорили в його присутності Волластон і Деві: змусити обертатися дріт зі струмом під дією магніту навколо своєї осі. Після наполегливих і численних спроб Фарадей здійснив цей експеримент. Установка його була проста: посеред срібної чашки з ртуттю був поставлений на торець брусковий магніт. У ртуті плавала пробка, проткнута мідним дротом. Один її кінець контактував з ртуттю, інший шарнірно з'єднувався над магнітом з одним з полюсів вольтова стовпа. Дріт від іншого полюса поєднувався зі срібною чашечкою. При замиканні ланцюга дріт швидко починала обертатися навколо магніту. Це був перший електродвигун! Незабаром нарис з історії електромагнетизму, забезпечений відомими і новими дослідами, був надрукований і мав великий успіх.
З 1824 р. Фарадей - член Королівського товариства. Адже основні відкриття ще попереду. Одержимий ідеями про нерозривний зв'язок і взаємовплив сил природи, Фарадей безуспішно поки що намагається знайти зв'язок між магнетизмом і електрикою. Але раз Ампер зміг за допомогою електрики створити магніти, то чому не можна з допомогою магнітів створити електрику?! Фарадей ставить безліч дослідів, веде педантичні запису кожного експерименту, кожної думки. Про величезної працездатності Фарадея говорить хоча б той факт, що останній параграф "Щоденника" був записаний під номером 16041! Слід зауважити, що в 1827 р. Фарадей одержав професорську кафедру в Королівському інституті. Ретельна підготовка до лекцій теж вимагала чимало часу.
Але от завзятий десятирічний працю Фарадея винагороджений: 17 жовтня 1831 тріумфальний експеримент - відкрито явище електромагнітної індукції. Це був добре підготовлений і заздалегідь продуманий досвід. Ось як про це писав Фарадей: "Я взяв циліндровий магнітний брусок і ввів один його кінець в просвіт спіралі з мідного дроту, з'єднаної з гальванометром. Потім я швидким рухом заштовхнув магніт всередину спіралі на всю його довжину, і стрілка гальванометра зазнала поштовх. Потім я так само швидко витягнув магніт з спіралі, і стрілка знову хитнувся, але в протилежний бік. Ці хитання стрілки повторювалися кожного разу, як магніт заштовхували або виштовхували. Це означає, що електрична хвиля виникає тільки при русі магніту, а не в силу властивостей, притаманних йому в спокої ".
Слідом за відкриттям електромагнітної індукції Фарадей перевіряє нову ідею. Якщо рух магніту щодо провідника створює електрика, то, мабуть, рух провідника щодо магніту повинно приводити до такого ж слідству. Значить, є можливість створити генератор електричного струму, забезпечивши безперервне відносний рух провідника і магніту. Фарадей швидко будує і відчуває нове простий пристрій: між полюсами підковоподібного магніту обертається мідний диск, з якого за допомогою ковзних контактів (один на осі, інший на периферії) знімається напруга. Це був перший генератор електричного струму!
З листопада 1831 Фарадей почав систематично друкувати свої "Експериментальні дослідження з електрики", що склали 30 серій більш ніж з 3000 параграфів. Це чудовий пам'ятник наукової творчості Фарадея. Перша серія присвячена електромагнітної індукції; остання (тридцята) - законам намагнічування (вийшла в світ у 1855 р). У цих серіях відображена двадцятичотирилітнім робота Фарадея, в них життя, думки і погляди вченого.
Друга серія (січень 1832 р.) також присвячена електромагнітної індукції. Розробляючи теорію електромагнітної індукції, Фарадей прийшов до ідеї електромагнітних хвиль, вважаючи її дуже важливою. Свої спостереження над "індукційної хвилею електрики" він зафіксував у листі від 12 березня 1833 і в запечатаному вигляді передав для зберігання в архів Королівського суспільства. Лист було виявлено через 106 років, в 1938 р. Вражають своєю проникливістю основні думки листа: на розповсюдження магнітного взаємодії потрібен час, є можливість теорію коливань застосувати до поширення електромагнітної індукції, процес поширення її схожий на коливання схвильованої водної поверхні або ж на звукові коливання частинок повітря. Чудово! Адже думки Фарадея перегукуються з ідеями електромагнітної теорії, розробленої пізніше Максвеллом.
У третій серії (1833 р) Фарадей доводить тотожність різних видів електрики: звичайного, гальванічного, тварини, індукційного. "Окремі види електрики тотожні за своєю природою, який би не був їх джерело". Наступні серії (5-8) "Експериментальних досліджень" присвячені хімічній дії струму і явища електролізу. Ми не будемо тут говорити про закони електролізу, відкритих Фарадеєм, про їх величезному практичному значенні. Це стало загальновідомим. Підкреслимо лише одну важливу думку, яка слідувала з цих законів, думка про атомарності (дискретності) електрики, про елементарне заряді.
У десятій серії Фарадей описує явище самоіндукції, проводить аналогію між самоіндукцію й інерцією в механіці, вказує на те, що індуктивність провідника залежить від його форми і особливо зростає, якщо провідник згорнути в спіраль. Як завжди, Фарадей дуже докладно описує і всю експериментальну установку.
Досліджуючи діелектрики (11-а серія), Фарадей знову повертається до думки про істотну роль середовища в електричних взаємодіях. У двадцятій серії він описує явища намагнічування різних речовин, відкриває діа-і парамагнетизм. До 1851 р. він уже чітко формулює ідею магнітного поля, розробляє методику його експериментального дослідження за допомогою пробної котушки і гальванометра, вводить метод його зображення за допомогою силових ліній: "Я, вивчаючи ... загальний характер магнітних явищ, більше схиляюся до думки, що передача сили являє собою ... явище, що протікає поза магніту; я вважаю неймовірним, що ці явища являють собою просте відштовхування і притягання на відстані. При цій точці зору на магніт середовище або простір, його оточує, грає настільки істотну роль, як і самий магніт ". Для Фарадея полі - це те, що випромінюється, поширюється з кінцевою швидкістю в просторі, взаємодіє з речовиною. Так нова форма матерії - поле - входила у фізику завдяки роботам Фарадея.
Від дослідів з діелектриками Фарадей переходить до вивчення електричного розряду в газах. Зробивши дуже багато чого в цій області, він вважав, що "результати, пов'язані з різними явищами позитивного і негативного розряду, вплинуть на теорію електрики сильніше, ніж ми тепер думаємо". Сказано пророчо: адже вивчення газового розряду призвело до відкриття рентгенівських променів, до сучасної фізики атома, до газових лазерів.
І ще на одному великому передбаченні Фарадея неможливо не зупинитися: це стосується суперечки між прихильниками контактної та хімічної теорії електричного струму. Перші знаходять, що джерело потужності полягає в контакті різнорідних провідників, другі бачать його причину "в хімічній силі" або, по-нашому, "в хімічній енергії". Будучи прихильником хімічної теорії, Фарадей пише: "Контактна теорія припускає, що сила ... може нібито виникнути з нічого, що без жодного зміни діючої матерії і без витрати будь-якої виробляє сили може проводитися струм, який буде вічно йти проти постійного опору . Це було б справді створенням сили. Ми багато маємо процесів, при яких форма сили може зазнавати такі зміни, що відбувається явне перетворення її в іншу. Так, ми можемо перетворити хімічну силу в електричний струм або струм в хімічну силу. Прекрасні досліди Зеєбека та Пельтье показують взаємну перетворюваність теплоти та електрики, а досліди Ерстеда і мої власні показують взаємну перетворюваність електрики і магнетизму. Але ні в одному випадку, навіть з електричним вугром і скатом, немає чистого створення сили, немає виробництва сили без відповідного витрачення чого-небудь, що живить її ".
Важко без захоплення генієм Фарадея читати ці рядки, що представляють, по суті справи, якісну формулювання закону збереження і перетворення енергії. Адже це було написано в кінці 1839 - початку 1840 р., коли закон збереження і перетворення енергії не був ще відкритий.
Віддаючи себе безроздільно науці і усвідомлюючи, що сили його не безмежні, Фарадей змушений був відмовитися від всіх інших занять.
Фарадей помер 25 серпня 1867 Тиха і скромна життя вченого була сповнена глибокого внутрішнього змісту. Прах Фарадея спочиває на Хайгетском кладовищі в Лондоні, ім'я та справи його безсмертні.