Michael Faraday — az elektromágnesesség és elektrokémia úttörője
Michael Faraday — az elektromágnesesség és elektrokémia úttörője: autodidakta zseni, az első villanymotor, benzol felfedezője, aki megalapozta a modern elektromos technológiát.
Michael Faraday (Newington Butts, Surrey, 1791. szeptember 22. – Hampton Court, Surrey, 1867. augusztus 25.) egy egyszerű kovács család fiaként született, és a 19. század egyik legkiemelkedőbb kísérleti tudósává vált. Szegény családból indult; gyerekkorában könyvkötőinas volt, ahol hozzáfért a könyvekhez és önképzéssel szerzett tudást. Fiatalon eljutott a híres előadásokra, amelyek nagy hatással voltak pályájára.
Gyermekkorában egy helyi iskolába küldték, hogy megtanuljon írni és olvasni. Egy helyi plébános támogatta taníttatását, mert felismerte kivételes értelmi képességeit. Bár soha nem folytatott formális felsőfokú tanulmányokat, és nem volt nagy matematikai háttérrel, Faraday a tizenkilencedik század legnagyobb kísérleti fizikusai közé emelkedett.
Faraday 1824-ben lett a Royal Society tagja, és pályafutása során megkapta a Royal Society Copley-érmét, továbbá a Rumford-érmet is. Nagyrészt autodidakta volt: saját maga képezte magát, és kísérletein keresztül dolgozta ki alapvető gondolatait a természetről.
Főbb tudományos eredmények
Abban az időben, amikor ő élt, a természetkutatókat gyakran természetfilozófusoknak nevezték. Elektromosságról és mágnesességről még csak részleges ismeretek voltak ekkor. Faraday azonban sokat tisztázott ezekből a jelenségekből:
- Elektromágnesesség: kimutatta, hogyan hat a vezetékben folyó áram mágnesként, és 1831-ben felfedezte az elektromágneses indukciót — azaz azt, hogy a változó mágneses tér elektromos feszültséget hoz létre egy vezetőben. Ez a felfedezés a modern elektromotorok és generátorok alapja.
- Faraday törvényei az elektrolízisről: kísérletei alapján megfogalmazta az elektrolízis mennyiségi törvényeit, amelyek meghatározzák, hogy az elektromos töltés és az elektrokémiai átalakulás között milyen kapcsolat áll fenn.
- Elektrokémia: sokat tett az olyan fogalmak elterjesztéséért, mint az anód, katód, elektród és ion, és vizsgálta az elektromosság kémiai hatásait.
- Faraday-hatás: kimutatta, hogy a mágnesesség képes befolyásolni a fénysugarakat — ezt ma Faraday-effektusnak nevezzük, és fontos bizonyítéka az elektromágneses jelenségek összefüggésének.
- Elektromos gépek: kísérleteiből és találmányaiból (például korai villanymotor és a forgó elektromágneses eszközök) kialakultak a modern elektromotoros és generátoros technológiák alapjai.
- Térfogalmak és vonalak: Faraday bevezette a „térerővonalak” gondolatát (lines of force), amely képi és fogalmi eszközként segített megérteni a mezők szerkezetét — ez a későbbi elméleti fejlődés, például James Clerk Maxwell munkája számára is alapot nyújtott.
Kémiai és egyéb eredmények
Faraday vegyészként is fontos felfedezéseket tett: ő az, akitől származik a benzol (benzene) első leírása; kísérletezett gázokkal és kezdeti, egyszerű formájú lángfúvókkal, és egy korai változatát készítette el a Bunsen-égő-nek. Emellett volt a Nagy-Britanniai Királyi Intézet első Fullerian-féle kémiaprofesszora, ezt a posztot élethosszig betöltötte. Sir Humphrey Davy mellett dolgozott fiatalon, és később a Royal Institution igazgatói feladataiban is meghatározó szerepet vállalt.
Személyiség, előadások, elismerések
Faraday híres volt tiszta, szemléletes előadásairól: a Royal Institution karácsonyi előadásai (Christmas Lectures) révén a tudomány népszerűsítésének kiemelkedő alakja lett, és előadásmódja ma is példaértékű a tudományos ismeretterjesztésben. Bár közismert volt egyszerű, szerény életmódjáról és vallásos nézeteiről (Sandemanian gyülekezet tagja volt), munkássága világszínvonalú elismerést kapott. Többször felajánlott címeket és kitüntetéseket visszautasított, mivel szerény maradt.
Faraday hatása a tudományra és a technológiára óriási: a kapacitás SI-mértékegységét, a farad nevet róla nevezték el, és a Faraday-állandó, a Faraday-kalitás fogalmak is az ő munkájára emlékeztetnek. Emellett az olyan eszközök, mint a Faraday-kalitka (árnyékoló ketrec) a gyakorlatban is fontos alkalmazásai az általa feltárt törvényeknek.
Végül illusztrációként megemlíthető, hogy Albert Einstein egy Faraday-fényképet tartott dolgozószobája falán Isaac Newton és James Clerk Maxwell képei mellett — ez is mutatja a tudománytörténeti jelentőségét.
Örökség
Michael Faraday munkássága hidat épített a kísérleti megfigyelések és a technikai alkalmazások között: indukciós törvényei és elektrokémiai felismerései tették lehetővé az elektromos hálózatok, motorok és generátorok kifejlesztését. Annak ellenére, hogy nem használt magas szintű matematikát, intuíciója és gondolatainak tisztasága olyan alapokat adott, amelyekre a későbbi elméleti fizika és a gyakorlati mérnöki munka egyaránt épített.
Michael Faraday John Watkins fényképéről, British Library
Life
Michael Faraday családja szegény volt. Apja, James kovács volt. James Faraday az 1780-as években érkezett Londonba Északnyugat-Angliából. A fiatal Michael Faraday négy gyermek közül az egyik volt, és csak a legalapvetőbb iskolai oktatásban részesült. 14 évesen elment, hogy megtanuljon könyvkötőnek és könyvkereskedőnek lenni egy George Riebau nevű férfitól.
A Riebau könyvkészítő hétéves tanulmányai során sok könyvet olvasott. Elolvasta Isaac Watts The improvement of the mind című művét. Faraday szívesen használta fel munkájában az ebben a könyvben szereplő gondolatokat. Kezdte érdekelni a tudomány, különösen az elektromosság. Elkezdett nyilvános órákra járni, amelyeket az akkori London legjobb tudósai tartottak. A jegyzeteit megmutatta a nagy kémikusnak, Sir Humphrey Davynek. Davynek megtetszett, és 1813 márciusában asszisztensi állást ajánlott neki.
Faraday tudása tovább gyarapodott, mivel segített Sir Humphrey Davynek, amíg saját maga nem tett új felfedezéseket. Végül 1833-ban professzorrá nevezték ki. Munkájának jelentőségét már életében is látták, és a brit kormány jutalmul öregkorában nyugdíjat adott neki.
A Faraday-ketrec
| Elektromágnesesség |
|
|
| Elektromosság - Mágnesesség |
| Elektromos töltés - Coulomb törvénye - |
| Magnetosztatika Ampère-törvény - Elektromos áram - Mágneses tér - |
| Elektrodinamika Lorentz erő törvénye - emf - elektromágneses indukció - Faraday-törvény - Lenz-törvény - elmozdulási áram - Maxwell-egyenletek - EM-mező - elektromágneses sugárzás - Liénard-Wiechert-potenciál - Maxwell-tenzor - örvényáram. |
| Elektromos hálózat Elektromos vezetés - Elektromos ellenállás - Kapacitás - |
| Kovariáns megfogalmazás Elektromágneses tenzor - EM feszültség-energia tenzor - Négyáramú - Elektromágneses négypotenciál - Elektromágneses négy potenciál |
| · v · t · e |
Faraday azt is felfedezte, hogy ha az elektromosság egy fémtárgyba ütközik, az csak a tárgy külső oldalán halad át. A belsejét nem érinti az elektromosság. Ez az, ami biztonságban tartja a benne tartózkodó embereket, amikor villámcsapás ér egy autót vagy repülőgépet. Ezt nevezik Faraday ketrecének.
Kérdések és válaszok
K: Ki volt Michael Faraday?
V: Michael Faraday 19. századi tudós volt, aki szerény körülmények között, egy kovács fiaként jött létre. Annak ellenére, hogy csak általános iskolai végzettsége volt, a történelem egyik legbefolyásosabb tudósa lett, és sok mindent felfedezett az elektromossággal és a mágnesességgel kapcsolatban.
K: Hogyan szerezte Faraday a képzettségét?
V: Egy helyi plébános látta meg nyilvánvaló intelligenciáját, és fizette, hogy egy helyi iskolába járhasson, ahol megtanulhatott írni és olvasni. A legtöbbször azonban autodidakta módon saját magát tanította.
K: Milyen díjakat kapott Faraday?
V: Faraday a Royal Society tagja lett, és megkapta a Royal, a Copley- és a Rumford-érmet.
K: Milyen felfedezéseket tett Faraday az elektromossággal kapcsolatban?
V: Sok mindent felfedezett azzal kapcsolatban, hogy a vezetékben áramló elektromosság miként tud mágnesként hatni (ezt ma elektromágnesességnek nevezzük). Sokat megtudott arról is, hogyan lehet az elektromosságot vegyi anyagokkal változtatni (ezt ma elektrokémiának nevezzük). Kimutatta, hogy a mágnesesség képes hatni a fénysugarakra, mivel a két jelenség között van egy mögöttes kapcsolat.
K: Milyen találmányokat hozott létre Faraday?
V: Feltalálta az elektromágneses forgóeszközöket, amelyek megalapozták az elektromotoros technológiát, és így a mai technológiában is használhatóvá tették. Ő készítette az első villanymotort is. Vegyészként feltalálta a Bunsen-égő egy korai típusát, és népszerűsítette az olyan fogalmakat, mint az anód, katód, elektród és ion.
K: Hol őrizte Albert Einstein a Michael Faradayről készült képeket?
V: Albert Einstein Michael Faraday fényképét a dolgozószobája falán tartotta Isaac Newton és James Clerk Maxwell képei mellett.
Keres