Michael Faraday

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Michael Faraday

Michael Faraday Királyi társaság tagja - FRS (Newington Butts, 1791. szeptember 22. – Hampton Court, 1867. augusztus 25.) angol fizikus és kémikus, az elektrotechnika nagy alakja, aki magát természetfilozófusnak tartotta és jelentősen hozzájárult az elektromágnesessség és elektrokémia területeinek fejlődéséhez. Szintén ő volt az, aki a korábbi változatát feltalálta annak a szerkezetnek, mely később Bunsen-égő néven várt ismertté és világszerte szinte az összes tudományos laboratóriumban fellelhető, mint könnyen hozzáférhető hőforrás.

Michael Faraday-t a történelem egyik legnagyszerűbb tudósának tartják. Néhány tudománytörténész úgy emlegeti őt, mint a természettudománytörténet legnagyobb kísérletezőjét. Ez nagyban köszönhető az ő elektromosság területén kifejtett erőfeszítéseinek, mely lehetővé tette, hogy az elektromosság életképessé válhatott technológiai használatra. A kapacitás SI egysége, farad, róla kapta a nevét, mint a Faraday állandó, ami egy mol elektron töltését jelenti (kb. 96485 coulomb). Faraday induktivitás törvénye úgy szól, hogy amikor egy mágneses mező időben változik, elektromos mezőt gerjeszt.

Faraday Fullerian Professor of Chemistry címet viselte a Royal Institution of Great Britain-ben.

[szerkesztés] Kezdeti évei

A London melleti Newington Butts-ban született (a mai Elephant and Castle környékén), a kovácsmester kisebbik fiaként. Apja mesterségét gyenge fizikuma miatt nem folytathatta. Tizennégy éves korában beállt rokonukhoz, George Riebau könyvkötőmesterhez inasnak. Itt a munka mellett sokat tanulhatott a kötésre váró könyvekből, mert az Angol Királyi Tudományos Társaság volt a műhely fő megrendelője.

A legenda szerint a Társaság akkori elnöke Sir Humphry Davy, azért figyelt rá fel, mert az ifjú Faraday egy elkészült könyvben felejtette jegyzeteit.

[szerkesztés] Tudományos munkái

Kezdetben a gázok cseppfolyósításával kísérletezett, 1825-ben felfedezete a benzolt. Tíz év kutatómunka után 1831-ben határozta meg az elektromágneses indukció törvényeit. (Ez a dinamók generátorok és transzformátorok műküdésének alapja.) 1832-ben az elektrolízissel foglalkozott; megalkotta a elektrokémiai egyenértéksúly kifejezést és meghatározta értékét. Ő vezette be az anód, katód, elektród és ion kifejezések használatát. 1845-ban a fény és mágneses tér kölcsönhatásait vizsgálva felfedezte a Faraday-effektust.

[szerkesztés] Korai karrier

Michael Faraday Newington Butts-ban született, mely a mai Elephant and Castle-hoz közel fekszik Dél-Londonban. Szegény családban született, az édesapja, James Faraday, kovács volt és Faraday-nek saját magát kellett oktatnia. 14 éves korában inasnak szerződött a könyvkötő és eladó George Riebau-hoz és a nála töltött 7 inasi esztendő alatt alkalma nyílt sok könyv elolvasására. Egyre nagyobb érdeklődést tanusított a tudományok, mégpedig az elektromosság iránt.

20 éves korában a kiemelkedő angol (Cornish-i) kémikus és filozófus Sir Humphry Davy, előadásait hallgatta, aki a Királyi Társaság elnöke volt, valamint John Tatum előadásait, aki a Város Filozófiai Társaság alapítója volt. Miután Faraday elküldött Davy-nek néhányat az előadásain készített jegyzeteiből Davy azt mondta, hogy nem feledkezik meg Faraday-ről, de azt javasolta, maradjon jelenlegi könyvkötő állásánál. Miután Davy látása nitrogen trichloride-os balesete miatt megsérült titkáraként alkalmazta Faraday-t. Amikor a Királyi Társaság tagját, John Payne-t kirúgták, Davy felajánlott Faraday-nek egy laboratóriumi asszisztensi állást. Faraday gondolkodás nélkül otthagyta könyvkötői állását munkaadója, Henry de la Roche indulatossága miatt.

Egy osztályokon alapuló társadalomban Faraday nem tartozott nemesek közé. Amikor Davy hosszú körútra indult a kontinensen 1813-15 között, az inasa nem tartott vele. Faraday, mint Davy tudományos asszisztense részt vett Davy partiján, és megkérték, hogy lássa el az inasi teendőket, amíg nem találnak valakit Párizsban. Davy-nek nem sikerült helyettest találnia, és Faraday rá volt kényszerítve, hogy az utazás alatt olyan jól lássa el az inasi szerepet, ahogyan azt aszisztensként tette. Davy felesége, Jane Apreece, nem kezelte Faraday-t egyenrangú félként (kint kellet utaznia a fedélzeten, a szolgákkal ennie stb.) és általában igen nyomorulttá tette, melynek következtében Faraday azt fontolgatta, hogy egyedül tér vissza Angliába és felhagy a tudománnyal. Habár, ez nem sokkal azelőtt volt, hogy Faraday felülmúlta Davy-t.

Ugyancsak ő volt az első, aki az elektromosságot mágnesessé alakította és aztán a mágnesességet visszaalakította elektromossággá - azaz mágnes segítségével elektromos áramot indukált - ennek következtében feltalálta a dinamót, a mai áramgenerátor ősét.

[szerkesztés] Tudományos karrier

Ezt a szócikket át kellene olvasni, ellenőrizni a szövegét, tartalmát. További részleteket a cikk vitalapján találhatsz.

Faraday a laboratóriumában, akvarell

Legkiemelkedőbbet az elektromosság területén alkotott. 1821-ben, nem sokkal azután, hogy a dán fizikus és kémikus, Hans Christian Ørsted feltalálta az elektromágnesség jelenségét, Davy és a Brit tudós, William Hyde Wollaston megpróbálkozott egy elektromotor tervezésével, de sikertelenül. Faraday a két férfival megvitatva a problémát folytatta két találmányának fejlesztését, melyet elektromágneses perdületnek hívott: ez egy folyamatos körmozgást egy drót körül, ami a cirkuláris mágneses erőből eredt. Egy mágnessel meghosszabított drótot egy higanymedencébe a drót képes volt a mágnes körül forogni, ha egy vegyi elemből származó árammal látták el. Ez a találmány azonos pólusú motor néven vált ismertté. Ezek a kísérletek és találmányok képezik a mai elektromágneses technológia alapját. Meggondolatlanul, Faraday anélkül tette közzé az elért eredményeket, hogy lerótta volna Wollaston and Davy felé fennálló tartozását, és a köztük keletkező vita azt eredményezte, hogy Faraday néhány évre lemondott az elektromágneses kutatásról.

Ebben a helyzetben egyértelmű, hogy Davy megpróbálhatta lassítani Faraday tudóssá emelkedésének folyamatát (vagy természet filozófussá válását, ahogy később ismertté vált). 1825-ben például Davy az optikai lencsével folytatott kísérletek felé terelte őt, amivel 6 évet foglalatoskodott igazi eredményesség, siker nélkül. Még nem következett be Davy halála, amikor 1829-ben Faraday felhagyott ezzel az eredménytelen tevékenységgel és olyan törekvések felé fordult, melyek jövedelmezőbbek voltak.

Két évvel később, 1831-ben, azon nagyszerű kísérletsorozatába kezdett, melynek során felfedezte az elektromágneses indukció jelenségét, noha ezt a felfedezést már Francesco Zantedeschi tevékenysége előre jelezhette. Azt a felfedezést tette, hogy ha egy mágnest átvezet egy dróthurkon, akkor elektromos áram kering a drótban. Ha a hurkot egy rögzített mágnes fölött vezeti el, a hatás akkor is ugyanaz.

The Chemical History of a Candle címlapja (1861)

Kimutatásai megalapozták azt a tényt, miszerint egy változó mágneses tér elektromos mezőt hoz létre. Ezt az összefüggést matematikailag Faraday törvénye modellezte, mely később a 4 Maxwell-egyenlet egyike lett. Ezeket általánosítva térelméletként ismerik.

Faraday aztán ezt az elvet arra használta, hogy megalkossa az elektromos dinamót, a modern teljesítmény generátor elődjét.

Faraday feltételezte, hogy az elektromágneses erő kiterjed a vezető körüli üres térbe is, de ezt a munkáját soha nem fejezte be. Faraday koncepciója az áramvonalakról az elektromosan töltött testek és mágnesek viselkedéséből indult ki, melyek segítségével láthatóvá válnak az elektromos és mágneses terek. Ez az elméleti modell mely a gépiesítést és ipart uralta a 19. század hátralévő részében döntő szerepet játszott az elektromechanikai találmányok sikeres fejlődésében.

Faraday sokat foglalkozott a kémia területével, olyan kémiai anyagokat fedezett fel, mint a benzin, feltalálta az oxidációs számok rendszerét, és a cseppfolyós gázok közül a klórt. Ő készítette el az első clathrate hydrate-et. Faraday volt az, aki az elektrolízis törvényét létrehozta és olyan fogalmakat terjesztett el, mint anód, katód, elektróda, és ion, melyeket nagyrészt William Whewell alkotott. Ezen elért eredményei miatt sok modern kémikus az egyik valaha élt legnagyszerűbb kísérletező tudósként tekint Faraday-re. Kísérletező kiválósága ellenére matematikai képessége nem terjedt tovább a trigonometrikánál és a legnagyszerűbb algebránál.

1845-ben felfedezte a ma Faraday-effektusként ismert jelensége és a diamágnességet. Az egy anyagi közegben egyenes irányban átvezetett sarkított fény polarizációjának sík felületét megforgathatja egy olyan külső mágneses mező alkalmazása mely a terjedés irányába van állítva. A jegyzeteiben a következő szerepel, „Végül sikerült megvilágítanom a mágneses ívet vagy az erővonalat, és magnetizálnom a fénysugarat”. Ez azt mutatja meg, hogy a mágneses erő és a fény kapcsolatban állnak egymással.

A statikus elektromosságban folytatott munkája során Faraday szemláltett, hogy az elektromos töltés csak az elektromosan töltött vezető külső felületén van jelen és a külső töltés semmilyen hatással sincs a vezető belsejére. Ez azért van, mert a külső töltések újraosztódnak és emiatt a belső terek törlődnek. Ezt a védekező effektust Faraday-kalitka néven ismerik.

[szerkesztés] Kései élete

Több mint fél évszázaddal azután, hogy a tizenéves Faraday először járt a Királyi Intézetben még ellátogat oda és órákat tölt azzal, hogy az eget kémleli az ablakából.

„Következő szombaton (22-én) betöltöm 70-edik évemet. Alig tudok magamra idős emberként gondolni.” - Faraday

[szerkesztés] Innen-onnan

Egy gyertya kémiai története címmel sikeres előadássorozatot tartott kémia és fizika témakörökben a Királyi Intézetben; ez volt a fiataloknak szóló Karácsony előadások eredete, amit Faraday nevét viselve, a mai napig minden évben megtartanak ott.

Faraday zseniális kísérleteiről volt híres, ugyan nem részesült színvonalas matematika oktatásban. (Habár, a James Clerk Maxwell-lel létesített kapcsolata segítette e tekintetben, mivel Maxwell Faraday kísérleteit át tudta alakítani a matematika nyelvére. Jóképű és szerény emberként tekintettek rá, aki elutasította lovaggá ütését és a Királyi Társaság elnökségét (Davy korábbi pozícióját).

Kép:Farady20poundNote.png

Michael Faraday egy Brit ÂŁ20-os bankjegyen.

1991 és 2001 között az ő képét nyomtatták a brit 20 fontos bankjegyre ^[1].

Szponzora és mentora John 'Mad Jack' Fuller volt, aki létrehozta a Fullerian Professorship of Chemistry a Királyi Intézetben. Faraday volt az első és egyben a leghíresebb is azok közül akik ezt a pozíciót viselik, melyet egész életében viselhetett.

Faraday hívő keresztyén volt, a kicsiny Sandemanian felekezet tagja, a Skót Egyház tagja. Két cikluson keresztül volt presbiter a felekezet templomában.

1821-ben Faraday feleségül vette Sarah Barnard-ot, de gyermekük nem született. A Sandemanian-i gyülekezetben ismerkedtek meg.

Hampton Court-i házában hunyt el 1867 augusztus 25-én.

[szerkesztés] Faraday-törvények

1. Az I erősségű áram által t idő alatt kiválasztott anyagmennyiség:

m = k I t = k Q

ahol m a tömeg; k az elektrokémiai egyenérték; Q a töltés

2. Azonos töltésmennyiség különböző elektrolitokból kémiailag egyenértékű anyagmennyiséget választ ki: $k_1 : k_2 = \frac{A_1}{z_1} = \frac{A_2}{z_2}$

(A-relatív atomtömeg; z-oxidációsszám-változás, vegyérték)

3. Az indukció törvény egy menetű hurok esetén: $U_{e} = -\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}$ ,

ahol $\int\limits_{A}\underline{B}\quad\underline{\mathrm{d}A}$

Bármely egyszeresen pozitív töltésű ion egy mól mennyiségének a kiválasztásához szükséges töltés, a Faraday-féle állandó: $F=(9,648455 \pm 27*10^-6 )*10^4 \frac {C}{mol^\cdot} \approx 96500 \frac {C}{mol^\cdot}$