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 в. був метафізичний матеріалізм, зокрема механіцизм, розчленований світ на окремі, не пов'язані області, то відкриття фізики XIX в. привели 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 р
З дитинства в Фарада виховувалися любов до праці, робоча чесність і гордість. Освіта його було найбільш пересічним і включало в себе початкові навички читання, письма та арифметики. Дванадцяти років його віддали в учні до власника книжкової крамниці і палітурної майстерні Жоржу Рибо. 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 "Британській енциклопедії", "Бесіди з хімії" мадам Марсе і "Листи про різних фізичних і філософські матерії" Л. Ейлера. Майкл організував домашню хіміко-фізичну лабораторію і виконав описані в цих книгах досліди.
Відвідувачі лавки Рибо 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 р 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 безмежно радий.
У 1813 р він в якості лаборанта, помічника і слуги їде з Г. Деві і його дружиною в велику подорож по Європі. "Це ранок - початок нової епохи в моєму житті. До цих пір, наскільки мені пам'ятається, 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, Гей-Люссак 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 виробляє на вчених гарне враження. Хімік Дюма писав: "Ми захоплювалися Деві, ми полюбили Фарадея. Влітку 1815 р подорож закінчилася. Повернувшись до Англії, Фарадей продовжує працювати лаборантом в Королівському інституті. Але це вже інший Фарадей, більш зрілий і більш самостійний.
Якось 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 в науковий журнал для опублікування. Так з'явилася перша наукова робота Фарадея. З 1815 по 1820 Фарадей займається в основному дослідженнями з хімії. Зміна в тематиці його наукової діяльності відбулася в серпні 1820 року 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 же Фарадей записує в своєму щоденнику: "Перетворити магнетизм в електрику". З вирішенням цього завдання була, по суті, пов'язана вся подальша життя чудового англійського фізика.
Влітку 1821 року, 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 чашечки з ртуттю був поставлений на торець брусковий магніт. В ртуті плавала пробка, проколена мідним дротом. Один її кінець контактував з ртуттю, інший шарнірно з'єднувався над магнітом з одним з полюсів вольтова стовпа. Провід від іншого полюса з'єднувався зі срібною чашкою. 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 Фарадей - член Королівського товариства. А адже основні відкриття ще попереду. Одержимий ідеями про нерозривний зв'язок і взаємовплив сил природи, Фарадей безуспішно поки намагається знайти зв'язок між магнетизмом і електрикою. Але раз Ампер зміг за допомогою електрики створити магніти, то чому не можна за допомогою магнітів створити електрику ?! Фарадей ставить безліч дослідів, веде педантичні запису кожного експерименту, кожної думки. Про величезної працездатності Фарадея свідчить хоча б той факт, що останній параграф "Щоденника" був записаний під номером 16041! Слід зауважити, що в 1827 р Фарадей отримав професорську кафедру в Королівському інституті. Ретельна підготовка до лекцій теж вимагала чимало часу.
Але ось завзятий десятирічний працю Фарадея винагороджений: 17 жовтень 1831 р тріумфальний експеримент - відкрито явище електромагнітної індукції. Це був добре підготовлений і заздалегідь продуманий досвід. Ось як про це писав Фарадей: "Я взяв циліндричний магнітний брусок і ввів один його кінець в просвіт спіралі з мідного дроту, з'єднаної з гальванометром. Потім я швидким рухом штовхнув 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 протилежну сторону. Ці коливання стрілки повторювалися щоразу, як магніт заштовхували або виштовхувався. Це означає, що електрична хвиля виникає тільки при русі магніту, а н е в силу властивостей, притаманних йому в спокої ".
Слідом за відкриттям електромагнітної індукції Фарадей перевіряє нову ідею. Якщо рух магніту щодо провідника створює електрику, 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 випробовує нове простий пристрій: між полюсами подковообразного 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 (тридцятий) - законам намагнічування (вийшла в світ в 1855 р). У цих серіях відображена двадцятичотирирічна робота Фарадея, в них життя, думки і погляди вченого.
Друга серія (січень 1832 г.) 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 року і в запечатаному вигляді передав для зберігання в архів Королівського товариства. Лист було виявлено через 106 років, в 1938 р Вражають своєю проникливістю основні думки листи: на поширення 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 г) 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 хімічної дії струму і явища електролізу. Ми не будемо тут говорити про закони електролізу, відкритих Фарадеем, про їх величезному практичному значенні. Це стало загальновідомим. Підкреслимо лише одну важливу думку, яка слідувала з цих законів, думка про атомарности (дискретності) електрики, про елементарне заряді.
У десятій серії Фарадей описує явище самоіндукції, проводить аналогію між самоіндукцією і 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-я серія), Фарадей знову повертається до думки про істотну роль середовища в електричних взаємодіях. У двадцятої серії він описує явища намагнічування різних речовин, відкриває діа- і парамагнетизм. До 1851 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 є просте відштовхування і притягання на відстані. При цій точці зору на магніт середовища або простір, його оточує, грає сто ль істотну роль, як і самий магніт ". Для Фарадея поле - це те, що випромінюється, поширюється з кінцевою швидкістю в просторі, взаємодіє з речовиною. Так нова форма матерії - поле - входила в фізику завдяки роботам Фарадея.
Від дослідів з діелектриками Фарадей переходить до вивчення електричного розряду в газах. Зробивши дуже багато 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 спору 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 всякого 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 хімічну силу. Прекрасні досліди Зеєбека і Пельтьє показують взаємну превращаемость теплоти і електрики, а досліди Ерстеда і мої власні показують взаємну превращаемость електрики і магнетизму. Але ні в одному випадку, навіть з електричним вугром і скатом, немає чистого створення сили, немає виробництва сили без відповідного витрачання 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 року, 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 р Тиха і скромна життя вченого була сповнена глибокого внутрішнього змісту. Прах Фарадея спочиває на Хайгетском кладовищі в Лондоні, ім'я та справи його безсмертні.
|