Фарадей, Майкл

Майкл Фарадей
Дата рождения	22 сентября 1791(1791-09-22)
Место рождения	Саутуарк, Англия, Королевство Великобритания
Дата смерти	25 августа 1867(1867-08-25) (75 лет)
Место смерти	Дворец Хэмптон-корт, Мидлсекс, Англия, Соединённое королевство Великобритании и Ирландии
Страна	Великобритания
Научная сфера	Физика, Химия
Место работы	Королевский институт Великобритании
Учёная степень	Почётный доктор(1832)
Ученики	Хюлльмандель, Чарлз Джозеф
Награды и премии	, Бейкеровская лекция(1829, 1832, 1849, 1851, 1857), Медаль Копли (1832, 1838), Королевская медаль(1835, 1846), Медаль Румфорда(1846), Медаль Альберта(1866)
Автограф
Медиафайлы на Викискладе

Ма́йкл Фараде́й (англ. Michael Faraday, 22 сентября (3 октября) 1791, Лондон — 25 августа (6 сентября) 1867, Лондон) — английский физик и химик, член Лондонского королевского общества (1824), иностранный почётный член Петербургской АН (1830). Основные научные труды в области электричества, магнетизма и химии.

Создатель первой модели электродвигателя и трансформатора, открыл электромагнитную индукцию, которая лежит в основе современного производства электричества и многих его применений. Он также изучил химическое действие тока, законы электролиза, влияние магнитного поля на свет, диамагнетизм. Этот учёный первым предсказал существование электромагнитных волн, а также ввёл новые термины, такие как ион, катод, анод, электролит, диэлектрик, диамагнетизм, парамагнетизм. Он является основателем учения об электромагнитном поле, которое в дальнейшем было математически оформлено и развито Джеймсом Клерком Максвеллом. Майкл Фарадей провёл около 30000 экспериментов, последний из которых был отмечен в его дневнике под номером 16041.

Биография

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в городе Ньюингтон-Баттс в небогатой семье, неподалёку от Лондона. Его отец, Джеймс Фарадей, был кузнецом; мать — Маргарет Фарадей, воспитывала четверых детей: Майкла, сына Роберта и двух дочерей — Элизабет и Маргарет. Из-за трудного финансового положения семьи Майкл был вынужден покинуть школу в возрасте 13 лет и начать работать в книжной лавке, занимаясь переплётом книг. Эта лавка принадлежала французскому эмигранту Рибо Теодюль. Мальчик усердно работал, но очень любил читать: изучал всё, но особенно интересовался книгами по химии и физике. У Майкла возникло желание провести собственный эксперимент, чтобы убедиться, что описанное в книгах верно. Так он придумал свой первый источник тока, который получил название «Лейденская банка». В 1810 году, в возрасте 19 лет, он присоединился к философскому клубу и посещал лекции по астрономии и физике. Высказывая своё мнение по обсуждаемым темам, привлёк внимание членов научного сообщества. В книжной лавке Уильям Дэнс подарил Майклу Фарадею билет, позволяющий посещать лекции по физике и химии, которые проводил Гемфри Дэви. Гемфри Дэви был основателем электрохимии и открыл несколько химических элементов, включая кальций, калий, натрий, бор и барий. Майкл Фарадей внимательно записывал лекции Дэви, затем оформил их в переплёт и отправил автору в подарок. В письме, прилагаемом к подарку, он просил учёного помочь ему найти работу в Королевском институте. Гемфри Дэви был впечатлён талантом молодого человека, и Майкла Фарадея приняли на работу лаборантом в химическую лабораторию. В 22 года у него было только начальное образование.

Наука

Одновременно с выполнением обязанностей лаборанта, Майкл Фарадей помогал готовить лекции профессору и присутствовал на них. Гемфри Дэви разрешил Фарадею проводить собственные химические эксперименты. Благодаря своей усердной работе и ответственному подходу, Майкл вскоре стал неоценимым помощником профессора. В 1813 году Гемфри Дэви отправился в путешествие по Европе и пригласил Майкла Фарадея с собой в качестве секретаря. За два года путешествия парень встретился с учёными: Жозеф Луи Гей-Люссак, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольта. В 1815 году они вернулись в Лондон, и профессор назначил Майкла своим ассистентом. В то же время молодой человек продолжал проводить свои собственные эксперименты. За свою жизнь Майкл Фарадей провёл примерно тридцать тысяч научных опытов. Его признавали за педантичность и трудолюбие, современники звали его «королём экспериментаторов». Учёный фиксировал ход и результаты всех своих экспериментов в дневнике. Так накопилось несколько десятков таких дневников, и они были опубликованы в 1931 году. В 1816 году Майкл Фарадей опубликовал свою первую книгу, а к 1819 году у него было уже сорок публикаций, посвящённых химии. В 1820 году учёный проводил ряд экспериментов с металлами, добавив никель в сталь и создав сплав, который не был подвержен окислению. Несмотря на значимость открытия, металлурги того времени не оценили его, и нержавеющая сталь была изобретена гораздо позже. В 1820 году Майкл получил должность технического надзирателя в Королевском институте. Через год учёный начал активно изучать физику, временно отложив химию. Его научные достижения уже были признаны и уважаемы в научном сообществе. Майкл Фарадей опубликовал статью, где описал принцип работы электродвигателя, что стало началом для развития промышленной электротехники.

Электричество

В 1820 году учёный начал проводить опыты для изучения взаимодействия электричества и магнитного поля. К тому времени уже существовало понимание «источника постоянного тока», описанного Вольтом, а также знание о таких явлениях, как электрическая дуга, электролиз и электромагнит. В это время продолжалось интенсивное развитие электростатики и электродинамики, и результаты экспериментов учёных Феликса Савара, Жана-Батиста Био и Пьера-Симона Лапласа в области магнетизма и электричества были широко известны. Статья Ампера по исследованиям электромагнетизма была опубликована в 1820 году. В 1821 году Фарадей опубликовал свой труд под названием «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма». В нём были представлены результаты экспериментов с использованием магнитной стрелки, которая вращается вокруг одного из полюсов. Майкл Фарадей на практике доказал, что электрическая энергия может легко преобразовываться в механическую. Он стал создателем самого лёгкого в изготовлении, но в то же время первого электрического двигателя. Достижение Майкла Фарадея было испорчено жалобой Уильяма Волластона, автора гониометра и рефрактометра, который был первооткрывателем Родия и Палладия. Он обвинил Майкла Фарадея в краже своего открытия — вращающейся магнитной стрелки. Ситуация перешла в скандал, поскольку профессор Дэви поддержал Волластона. Для разъяснения ситуации Майклу Фарадею пришлось лично встретиться с Уильямом Волластоном и попытаться разрешить недоразумение. После этой встречи Волластон больше не выражал претензий к Фарадею. Однако после этого отношения Майкла к Дэви изменились, хотя профессор всегда говорил, что именно он представил Фарадея миру.

В 1823 году Майкл Фарадей был выбран в члены-корреспонденты Парижской Академии наук. В начале 1824 года он стал членом Лондонского королевского общества. Во время голосования Гэмфри Дэви выступал против его кандидатуры. Через год Фарадея назначили на должность, которую ранее занимал профессор Дэви, и он стал руководителем лаборатории физики и химии Королевского института. С 1821 года по 1831 год не было опубликовано ни одного научного труда Майкла Фарадея. В 1831 году он был назначен профессором военной академии Уулиджа, а через два года занял пост профессора химии в Королевском институте. Учёный активно участвовал в научных дискуссиях, преподавал лекции на научных собраниях. В 1820 году учёный проявил интерес к работам Ханса Эрстеда о движении электрического тока в цепи, что приводило к движению магнитной стрелки. Открытие того, что электрический ток порождает магнетизм, побудило Фарадея предположить, что магнетизм может сам порождать электрический ток. Эта теория была впервые сформулирована им в 1822 году. В последующие десять лет Майкл Фарадей проводил опыты и пытался раскрыть тайну электромагнитной индукции.

29 августа 1831 года учёный придумал конструкцию, представляющую собой железное кольцо с множеством витков проволоки, намотанных по обе его стороны. Одну сторону кольца, через которую проходила проволока, он поместил магнитную стрелку. Вторую сторону кольца он подключал к источнику питания. Когда ток был включён, стрелка двигалась в одну сторону, а когда выключался — в другую. Фарадей заключил, что магнетизм может преобразовываться в электрическую энергию. Это открытие получило название электромагнитной индукции, именно благодаря ему стало возможным создать источник тока — электрогенератор. После этого открытия Майкл Фарадей начал проводить множество экспериментов, в результате которых он написал труд «Исследования по электричеству: Опыты и Открытия». Своими опытами учёный подтвердил, что происхождение электрического тока едино и не зависит от метода его получения. В 1832 году Майкл Фарадей был награждён медалью Копли. К Майклу Фарадею относятся заслуги: создание первого трансформатора и введение термина «Диэлектрическая проницаемость». В 1836 году, после многочисленных экспериментов и исследований, ему удалось доказать, что заряд тока воздействует только на оболочку проводника, не затрагивая объекты, находящиеся внутри этой оболочки.

• 

  Сэр Гэмфри Дэви

• 

  Королевский институт, Лондон

• 

  Могила Майкла Фарадея в Лондоне

• 

  Майкл Фарадей в молодости

• 

  Мемориал Майкла Фарадея

• 

  Мемориальная доска Майклу Фарадею

Научная деятельность

Модель электромагнитного поля

По возвращении из Швейцарии Майкл Фарадей открыл «Вращение плоскости поляризации света в магнитном поле», над которым работал с 1834 года. Пробуя разные прозрачные вещества, он пропускал через них поляризационный свет и пытался уловить влияние магнетизма на свет. Листая дневник за 1824 год, он обнаружил запись о создании боросиликатного стекла с высоким коэффициентом преломления. Майкл Фарадей достиг результата благодаря боросиликатному стеклу. Таким образом, был установлен эффект Фарадея, при котором поляризационный луч изменяет своё направление.

Давно уже я вместе с некоторыми друзьями естествознания держался мнения, почти перешедшего в убеждение, что различные физические силы имеют одно общее начало, что силы, говоря иначе, родственны между собою и находятся во взаимной зависимости, что они могут превращаться друг в друга и в отношении своего действия обладают определёнными эквивалентами... Это твёрдое явление распространяется также на силу, которую мы называем светом

7 ноября 1845 года в своём дневнике Майкл Фарадей впервые ввёл понятие «электромагнитное поле». До этого силы взаимодействия токов, предложенные Андре-Мари Ампером, считались действующими на расстоянии. Майкл Фарадей оспорил эту концепцию и сформулировал свойства электромагнитного поля. Предшествующая модель электрических сил предполагала взаимодействие зарядов на расстоянии. Однако Майкл Фарадей представил новую концепцию: заряд создаёт электрическое поле, которое распространяется на протяжении пространства, и затем другой заряд взаимодействует с этим полем, без необходимости дальнодействия.

В 1832 году Фарадей доставил запечатанный конверт в Королевское общество. В 1938 году этот конверт был открыт, и там была найдена гипотеза: индуктивные явления распространяются в пространстве с определённой конечной скоростью в виде волн. Эти волны также считались «наиболее вероятным объяснением световых явлений». Этот вывод был окончательно обоснован Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах. Сначала теоретические рассуждения Фарадея были мало признаны. У Майкла Фарадея не было высшего математического образования, и для разработки своих научных моделей он опирался на интуицию. В 1860-х годах Максвелл математически сформулировал идеи Фарадея. Первая статья была названа «О фарадеевских силовых линиях» (1857).

Электромагнитная индукция и электромагнетизм

Диск Фарадея

17 октября 1831 года в дневника Майкла Фарадея появилась запись:

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.

28 октября 1831 года учёный установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов снималось электрическое напряжение. Так был создан первый генератор электричества. После эксперимента Майкл Фарадей сделал вывод:

Электричество, каким бы путём оно ни было получено, едино по своей природе

4 ноября 1831 года Майкл Фарадей обнаружил линии пучностей железных опилок, которые назвал магнитными силовыми линиями, сделав вывод:

Энергия электромагнитного генератора находится не в железе магнита или меди провода, а в среде, которая окружает их!

Клетка Фарадея

Майкл Фарадей проводил эксперимент с двумя изолированными катушками, намотанными на кольцевом железном сердечнике. В ходе опыта выяснилось, что при изменениях тока через одну катушку в другой катушке возникают кратковременные токи.

24 ноября Майкл Фарадей представил статью, объяснив свои открытия законов электромагнитной индукции. В 1832 году Майкл Фарадей открыл законы электролиза и ввёл новые понятия: электрод, электролит, анод, катод, анион, катион. В 1835 году был награждён медалью Копли. В 1836 году Майкл Фарадей создал клетку Фарадея, в которой люди и приборы, чувствительные к электрическим экспериментам, могут быть помещены туда для защиты от внешних электрических полей. 28 октября Майкл Фарадей создал первый полноценный генератор постоянного тока — известный как «диск Фарадея». При вращении медного диска рядом с магнитом на нём возникает электрический потенциал, который затем снимается при помощи прилегающего провода. Майкл Фарадей продемонстрировал, как можно преобразовать механическую энергию вращения в электрическую. Фарадей создал первый трансформатор, исследовал самоиндукцию и разряды в газах. При изучении свойств диэлектриков он ввёл понятие диэлектрической проницаемости (которую называл «индуктивной способностью»).

Трансформатор Фарадея

В 1836 году, занимаясь проблемами статического электричества, Фарадей провёл эксперимент, который показал, что электрический заряд влияет только на поверхность замкнутой оболочки-проводника, не оказывая воздействия на объекты, находящиеся внутри. Этот эффект связан с тем, что противоположные стороны проводника приобретают заряды, поле которых компенсирует воздействие внешнего поля. Эти защитные свойства используются в клетке Фарадея.

«Экспериментальные исследования по электричеству»

• 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 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.
• Способность проводить магнетизм. Магнитная проводимость. Полярность проводимости. Магнекристаллическая проводимость. Атмосферный магнетизм.
• 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.

Химия

Майкл Фарадей активно занимался исследованиями в области химии, совершив множество открытий. В 1825 году он обнаружил бензол, изобутилен, жидкий хлор, сероводород, диоксид углерода, аммиак, этилен и диоксид азота. Он также синтезировал вещество гексахлоран, которое впоследствии стало основой для производства инсектицидов.Вместе с комиссией Королевского общества в 1825—1829 годах он проводил исследования по влиянию химического состава стекла на его свойства. Стёкла, созданные им, были слишком дороги для широкого использования, но полученный опыт нашёл применение в дальнейших экспериментах и разработках: исследования воздействия магнита на свет и работа над усовершенствованием маяков.

Магнетохимия и электрохимия

В 1832 году Майкл Фарадей установил основные принципы электролиза, что стало важным для развития электрохимии. Сформулированные им понятия ионов, катода, анода и электролита стали основополагающими в науке. Фарадей провёл простой эксперимент, разделив электроды двумя воздушными промежутками, смоченные соляным раствором бумаги, и заметил, что искровой разряд вызвал разложение раствора. Из этого был сделан вывод, что электролиз обусловлен не отдалённым притяжением, а локальным током, который происходит только в зонах пропуска тока. Движение ионов к электродам происходит после разложения молекул. В 1846 году Майкл Фарадей обнаружил явление диамагнетизма, при котором некоторые вещества (например, кварц, висмут, серебро) намагничиваются противоположно внешнему магнитному полю (отталкиваются от обоих полюсов магнита). Эти и другие исследования Майкла Фарадея положили основу для развития магнетохимии.

Память

В честь Майкла Фарадея были учреждены:

• Фарадей (единица измерения) (устаревшая единица измерения заряда, которая была заменена кулоном);
• фарад, единица ёмкости системы СИ;
• Весы Фарадея (устройство для измерения магнетизма объекта);
• Клетка Фарадея (ограждение из проводящей сетки, используемое для блокирования электрических полей);
• Постоянная Фарадея (количество электрического заряда на моль электронов);
• Кубок Фарадея (улавливатель заряженных частиц);
• Электрометр с чашкой Фарадея (форма электрического аэрозольного прибора, используемого при исследованиях аэрозолей);
• Тёмное пространство Фарадея (тёмная область перед катодом в вакуумной трубке);
• Гомополярный генератор (диск Фарадея или колесо Фарадея);
• Эффект Фарадея (физическое магнитооптическое явление);
• Фильтр Фарадея (атомно-линейный фильтр — оптический полосовой фильтр), используется в физических науках;
• Обратный эффект Фарадея (эффект, противоположный эффекту Фарадея);
• Вращение Фарадея (Эффект Фарадея);
• Эффективность Фарадея (эффективность переноса заряда в электрохимической реакции);
• Эффект эффективности Фарадея;
• Фонарик Фарадея (фонарик с механическим приводом);
• Эксперимент Фарадея с ведерком для льда;
• Институт науки и религии Фарадея (исследовательский институт в Великобритании);
• Институт Фарадея (некоммерческая организация в Дидкоте, Великобритания);
• Законы электролиза Фарадея;
• Закон электромагнитной индукции Фарадея;
• Уравнение Максвелла-Фарадея;
• Парадокс Фарадея (электромагнетизм);
• Парадокс Фарадея (электрохимия);
• Вращатель Фарадея;
• Тензор Фараде (электромагнитный тензор — математический объект, описывающий электромагнитное поле в пространстве — времени);
• Электромагнитный тензор (математический объект, описывающий электромагнитное поле в пространстве — времени);
• Волна Фарадея (рябь на жидкости внутри вибрирующего сосуда).

Места

• Здание Фарадея — первая телефонная станция, открытая в Лондоне, позже первый Международный коммутационный центр;
• Здание Фарадея, Манчестер;
• Лекционный зал Фарадея внутри здания Фарадея в Ланкастерском университете в Ланкашире, Англия;
• Исследовательская станция Фарадея — бывшая британская исследовательская станция в Антарктиде, ныне называемая исследовательской базой Вернадского, и управляемая Украиной;
• Фарадей (палата) — избирательный округ в лондонском районе Саутуарк;
• Плотина Фарадея — плотина на реке Клакамас в американском штате Орегон;
• Дом Фарадея — одно из зданий штаб-квартиры Vodafone, телекоммуникационной компании в Ньюбери, Беркшир;
• Гора Фарадей в хребте папароа в Новой Зеландии.

Прочее

• CS Фарадей (1874) — Кабельный корабль Siemens AG, спущенный на воду в 1874 году;
• CS Фарадей (1923) — Кабельный корабль Siemens AG, спущенный на воду в 1923 году;
• Фарадей (кратер) — Ударный кратер на Луне;
• 37582 Фарадей — Астероид главного пояса;
• Фарадея — род цветковых растений;
• Фарадея сплендида — Вид виноградной лозы.

• 

  Памятник Майклу Фарадею в Лондоне на Савойской площади.

• 

  Бюст Майкла Фарадея в Королевском обществе.

• 

  Статуя Майклу Фарадею в Бирмингеме, Великобритания.

• 

  Мемориальная комната Майкла Фарадея, Королевское общество.

• 

  Лунный кратер Фарадей.

Труды

• Фарадей М. История свечи: Избранные работы по физике и химии. — Амфора, 2015.
• Фарадей М. История свечи. Гореть, чтобы жить.. — Алгоритм, 2018.
• Фарадей М. Занимательная химия и физика. История свечи.. — АСТ, 2011.
• Фарадей М. Избранные работы по электричеству. — Государственное научно-техническое издательство, 1939. — 304 с.
• Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству. — АН СССР, 1947. — 848 с.
• Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству. Том 1. — АН СССР, 1947.
• Фарадей М. Силы природы и их соотношения / Пер. с англ. 3 изд. В. Лучинин. — О.И. Бакст, 1865.
• Фарадей М. Силы материи и их взаимоотношения. — Государственное антирелигиозное издательство, 2011. — 112 с.
• Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству, в трёх томах.. — М.: Академия наук, 1959.
• Фарадей М. Дневник Фарадея. — Москва-Ленинград: РГБ, 1937. — 222 с.

Медали и награды

• Медаль Копли (1832, 1838).
• Королевская медаль (1835, 1846).
• Медаль Румфорда (1846).
• Медаль Альберта (1866).

Ссылки

• Профиль Майкла Фарадея на сайте РАН