Michael Faraday (22. september 1791 - 25. august 1867) bol anglický fyzik, chemik a vynálezca, ktorého objavy v oblasti elektromagnetizmu zásadne ovplyvnili vývoj vedy a techniky. Hoci pochádzal z veľmi chudobných pomerov, stal sa jedným z najvýznamnejších vedcov v histórii. Jeho vedecké úspechy sú obdivuhodné, najmä ak vezmeme do úvahy, že vtedajšia veda bola doménou ľudí z bohatých rodín.
Raný život a vzdelanie
Michael Faraday sa narodil neďaleko Londýna ako tretie dieťa Jamesa a Margaret Faradayových. Jeho otec bol kováč, ktorý sa často potýkal so zdravotnými problémami. Rodina žila v chudobe a malý Michael sa neraz musel uskromniť s jedlom. Už ako dvanásťročný musel začať zarábať.
Vďaka svojej zručnosti sa dostal do učenia ku knihárovi (George Riebau, Blandford Street). Táto práca sa neskôr ukázala ako kľúčová pre jeho vzdelávanie. O prvých rokoch jeho života je známe len málo. Navštevoval miestnu školu do svojich 13 rokov, kde získal základné vzdelanie. Aby prispel do rodinného rozpočtu, začal pracovať ako poslíček v kníhkupectve.
Knihárstvo ako brána k vede
Faraday sa nechcel obmedziť len na prácu knihára a chcel sa dozvedieť viac o svete. Po náročnej práci trávil svoj voľný čas čítaním zviazaných kníh, najmä tých o vede. Veda ho fascinovala natoľko, že začal míňať časť svojho skromného platu na chemické činidlá a laboratórne prístroje, aby si v praxi overil to, čo čítal.
Keď sa dozvedel viac o vede, dopočul sa, že známy vedec John Tatum sa chystá usporiadať sériu verejných prednášok o filozofii prírody (fyzike). Poplatok za účasť na prednáškach bol jeden šiling, čo bolo nad jeho finančné možnosti.
Prečítajte si tiež: Phelps: Od začiatkov k sláve
Stretnutie s Humphrym Davym
Ďalší krok vo Faradayovom vzdelávaní nastal, keď ho zákazník kníhkupectva William Dance pozval na prednášku sira Humphryho Davyho v Kráľovskej inštitúcii. Humphry Davy bol jedným z najznámejších vedcov na svete. Faraday využil príležitosť a zúčastnil sa štyroch prednášok o jednom z najnovších problémov chémie - definícii kyslosti. Pozoroval Davyho pri praktických experimentoch a uvedomil si, že toto je svet, v ktorom chce žiť. Z prednášok Humphryho Davyho, ktoré v mladosti navštevoval, si robil podrobné poznámky, ktoré potom v knihárstve zviazal do úhľadnej knihy, ktorú Davymu daroval.
Počas tohto obdobia začal Faraday v zadnej časti kníhkupectva vykonávať zložitejšie experimenty a zostrojil elektrickú batériu z medených mincí a zinkových kotúčov oddelených vlhkým slaným papierom. Svoju batériu používal na rozklad chemických látok, ako je síran horečnatý. Humphry Davy bol priekopníkom tohto druhu chémie.
Práca asistenta Humphryho Davyho
Krátko nato prišla pre Faradaya šťastná náhoda. Sir Humphry Davy sa zranil pri výbuchu počas neúspešného experimentu a dočasne nemohol písať. Faradayovi sa podarilo nájsť si na niekoľko dní prácu po boku Davyho, na ktorého kniha, ktorú mu poslal, urobila dojem. Byť knihárom malo predsa svoje výhody!
Keď sa skončila lehota na výmenu, Faraday poslal Davymu list, v ktorom ho požiadal, či by sa mohol stať jeho asistentom. Krátko nato bol jeden z Davyho asistentov prepustený pre zlé správanie a vedec poslal Faradayovi správu, či by nechcel prijať miesto chemického asistenta.
- marca 1813 začal Faraday vo svojich 21 rokoch pracovať v Royal Institution of Great Britain. Jeho plat bol už celkom slušný a dostal izbu v podkroví Kráľovského inštitútu, kde mohol bývať. Jeho prvou úlohou ako asistenta chémie bola príprava prístrojov pre experimenty a prednášky. Išlo o prácu s chloridom dusičitým (III), výbušninou, ktorá spôsobila Davymu nehodu.
Po siedmich mesiacoch práce v Kráľovskom inštitúte vzal Davy Faradaya ako svojho tajomníka na 18-mesačnú cestu po Európe. Počas tejto doby sa Faraday stretol s významnými vedcami, ako boli André Marie Ampère a Alessandro Volta. V istom zmysle táto cesta pôsobila ako univerzitné vzdelanie a Faraday sa počas nej veľa naučil. Po väčšinu cesty však bol nešťastný, pretože okrem akademickej a sekretárskej práce musel byť osobným sluhom Davyho a jeho ženy, čo sa mu nepáčilo.
Prečítajte si tiež: Kráľ Popu - Michael Jackson
V Londýne sa však situácia opäť začala zlepšovať. Kráľovský inštitút obnovil Faradayovu zmluvu a zvýšil mu plat. Davy ho dokonca začal uznávať vo vedeckých článkoch, kde okrem iného napísal. V roku 1816, vo svojich 24 rokoch, predniesol Faraday svoju prvú prednášku o vlastnostiach hmoty pred Mestskou filozofickou spoločnosťou. Svůj vůbec první vědecký článek publikoval v časopise Quarterly Journal of Science, kde se zabýval analýzou hydroxidu vápenatého.
V roku 1821, vo svojich 29 rokoch, bol povýšený na správcu domu a laboratória Kráľovského inštitútu. V tom istom roku sa oženil so Sarah Barnardovou. Po väčšinu nasledujúcich 46 rokov bývali v izbách Kráľovského inštitútu - nie v podkroví, ale v pohodlnom apartmáne, ktorý kedysi obýval sám Humphry Davy. V roku 1824, vo svojich 32 rokoch, bol zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti, čo bolo uznaním jeho vedeckých úspechov. V roku 1825 sa stal riaditeľom laboratória Kráľovského inštitútu. V roku 1833, vo svojich 41 rokoch, získal Fullerovu profesúru chémie na Kráľovskom inštitúte Veľkej Británie. Tuto funkci zastával po zbytek života.
Vedecké objavy
Faraday bádal ako neúnavný experimentátor a svoje najväčšie objavy odhalil práve vďaka nekonečným pokusom. Počas svojich pokusov v roku 1821 zistil, že elektrický prúd prechádzajúci vodičom môže vyvolať magnetickú silu. Celých desať rokov strávil snahou dokázať, že existuje aj opačná možnosť - aby pôsobenie magnetu vyvolalo elektrický prúd.
Bolo by jednoduché napísať samostatnú knihu, ktorá by popisovala všetky Faradayove objavy - v chémii aj vo fyzike. Nie je náhoda, že Albert Einstein mal vo svojej pracovni obrazy troch vedcov: Isaaca Newtona, Jamesa Clerka Maxwella a práve Michaela Faradaya. Je zvláštne, že hoci ľudia začali používať slovo fyzik ešte za Faradayovho života, sám Faraday toto slovo nemal rád a vždy sa označoval za filozofa. Bol to človek, ktorý sa venoval objavovaniu prostredníctvom experimentov a bol známy tým, že sa nikdy nevzdával myšlienok, ktoré vychádzali z jeho vedeckej intuície. Ak sa mu nejaký nápad zdal dobrý, experimentoval a zaznamenával početné neúspechy, kým nedosiahol očakávaný výsledok, alebo kým fyzika nepreukázala, že sa jeho intuícia mýli - to sa však v Faradayovom prípade stávalo len zriedka.
Elektromagnetická indukcia
V roku 1831 sa konečne dostavil úspech: Faraday objavil elektromagnetickú indukciu a dokázal, že elektrina a magnetizmus sú iba dva rôzne prejavy jediného javu - elektromagnetizmu. To bol kľúčový objav, ktorý mal už čoskoro ďalekosiahle následky. Koncom roka 1831 demonštroval Faraday na schôdzi Kráľovskej londýnskej spoločnosti svoj stroj na výrobu elektrickej energie. Faradayov magnetoelektrický stroj predstavoval medený kotúč s polomerom 15 cm, ktorý sa otáčal medzi dvoma pólmi permanentného magnetu. Elektrický prúd bol z kotúča odvádzaný dvoma kefkami.
Prečítajte si tiež: Diagnostika ABKM u 6-mesačného dieťaťa
Faradayove elektrické indukcie boli niečím, čo sa vyrovnalo dielu Mikuláša Koperníka O obehoch nebeských sfér! Táto skúsenosť nakoniec viedla k vynálezu elektromotora na základe objavu Hansa Christiana Ørsteda, že elektricky vodivý drôt má magnetické vlastnosti. Vedecké objavy - malé i velké - daly podnět k dalšímu výzkumu. Za těmito objevy samozřejmě stojí konkrétní lidé! V tomto článku představujeme životopis anglického fyzika, chemika a vynálezce Michaela Faradaye (1791-1867 ) a jeho nejdůležitější vědecké objevy.
Zkapalňovanie plynov a chladenie
V roku 1802 John Dalton vyjadril presvedčenie, že všetky plyny sa dajú skvapalniť pomocou nízkych teplôt alebo vysokých tlakov. Faraday poskytol presný dôkaz Daltonovej vety, keď za použitia vysokého tlaku vyrobil prvé kvapalné vzorky chlóru a amoniaku. Demonstrácia možnosti zkapalnit čpavek pod tlakem a následně jej odpařit a ochladit vedla k rozvoji komerčního chlazení. Zkapalňování čpavku bylo dále zajímavé, protože Faraday si všiml, že opětovné odpařování čpavku způsobuje ochlazování. Princip chlazení umělým odpařováním veřejně demonstroval William Cullen v Edinburghu v roce 1756. Cullen použil pumpu ke snížení tlaku v etherové baňce, čímž se ether rychle odpařil a ochladil. Na vnější straně baňky se v důsledku kontaktu se vzdušnou vlhkostí vytvořil led. Význam Faradayova objevu spočíval v tom, že ukázal, že mechanická čerpadla mohou přeměnit plyn při pokojové teplotě na kapalinu. Kapalina by se pak mohla odpařovat, ochlazovat své okolí a vzniklý plyn by se mohl shromažďovat a opět stlačovat kapalinovým čerpadlem, načež by se celý cyklus mohl opakovat. To je základ pro provoz moderních chladniček, mrazniček a chladicích boxů. V roce 1862 předvedl Ferdinand Carré na světové výstavě v Londýně první komerční stroj na výrobu ledu.
Objav benzénu
Historicky je benzen (C6H6) jednou z nejdůležitějších látek v organické chemii, a to jak v praktickém smyslu, tj. při výrobě nových materiálů, tak v teoretickém smyslu, při pochopení chemických spojů. Benzen v tuhém stavu.
Elektromagnetické pole a Faradayov zákon indukcie
Tento objev byl nesmírně důležitý pro budoucnost vědy i techniky. Faraday zjistil, že střídavé magnetické pole indukuje tok proudu v elektrickém obvodu. Například pohyb podkovového magnetu po vodiči vyvolává elektrický proud, protože pohyb magnetu způsobuje střídavé magnetické pole. Dříve mohli lidé vyrábět elektřinu pouze pomocí elektrochemického článku (baterie). Faraday dokázal, že mechanický pohyb lze přeměnit na elektřinu - nebo, řečeno vědecky, že kinetickou energii lze přeměnit na elektrickou. Pohybem magnetu vzniká proud, který lze sledovat pomocí vhodně citlivého ampérmetru. Stisknutím tyčového magnetu do cívky drátu lze generovat větší proud (tzv. magnetický zesilovač). Většina elektřiny dodávané do domácností a továren se vyrábí na tomto principu. Otáčení turbín ve vodních, větrných, uhelných, plynových a jaderných elektrárnách uvádí do pohybu rotor, který budí střídavé magnetické pole ve statoru a vytváří elektrické napětí. Dalším obvyklým krokem je zvýšení napětí na úroveň sítě pomocí transformátoru, který rovněž funguje na principu Faradayovy indukce. To platí i pro transformátory, které snižují napětí na úroveň napětí koncového uživatele.
Elektrochémia a Faradayove zákony elektrolýzy
Faraday bol jedným z hlavných vedcov, ktorí stáli u zrodu novej vedy, elektrochémie, ktorá študuje deje na rozhraní medzi elektródami a iónovými látkami. Elektrochémia vytvorila lithium-iontové a nikl-hydridové baterie schopné pohánět moderní mobilní technologie. Z jeho pečlivých pokusů vzešly dva zákony elektrolýzy, které jsou po něm pojmenované a které tvoří základ elektrochemie. Také obohatil odborné názvosloví o důležité pojmy, jako jsou anoda, katoda, elektroda a ion.
Faradayova klietka
Faraday zjistil, že když se jakýkoli elektrický vodič nabije, veškerý dodatečný náboj se nachází vně vodiče. To znamená, že se na vnitřní straně místnosti nebo klece z kovu neobjeví příplatek. Tato vlastnost byla využita při výrobě ochranných oděvů určených pro práci v agresivním elektromagnetickém prostředí (např. pro elektrikáře pracující na nadzemních vedeních vysokého a velmi vysokého napětí). Faradayova klec. Faradayovy klece mohou také vytvářet mrtvé zóny pro bezdrátové telekomunikační sítě - takový jev lze pozorovat při pokusu o telefonování v kovovém výtahu, který nepropouští rádiové vlny.
Faradayov jav a vzťah medzi svetlom a elektromagnetizmom
Jednalo se o další významný experiment v dějinách vědy, který jako první propojil elektromagnetismus a světlo - vztah, který byl nakonec plně popsán rovnicemi Jamese Clerka Maxwella v roce 1864, jež stanovily, že světlo je elektromagnetické vlnění. Proto Faradayův zákon elektromagnetické indukce spolu s Ampérovým zákonem a Gaussovým zákonem pro elektrické a magnetické pole tvoří Maxwellovy rovnice. Faraday zjistil, že magnetické pole způsobuje otáčení roviny polarizace světla.
Diamagnetizmus
Nejběžnějším typem magnetického materiálu je feromagnetikum, ale Faraday zjistil, že všechny látky jsou diamagnetické - většina slabě, některé silně. Diamagnetismus působí proti směru přiloženého magnetického pole. Pokud například přiložíte severní pól magnetu k předmětu se silně diamagnetickými vlastnostmi, bude tento předmět magnetem odpuzován. Diamagnetismus v materiálech, vyvolaný velmi silnými moderními magnety, lze využít k vyvolání levitace.
Ďalšie objavy a prínosy
Okrem vyššie uvedených objavov sa Faraday venoval aj výrobe optických skiel a oceľových zliatin, analyzoval nerasty a zaviedol pojem elektrického a magnetického poľa a pojem siločiar. Objevil polarizáciu dielektrika. Zistil, že ak sa miesto vzduchu medzi doskami kondenzátora vyplní iným dielektrikom, kapacita kondenzátora sa zvýši.
V rokoch 1836 až 1865 pôsobil Faraday ako vedecký poradca na Trinity House. V 40. rokoch 19. storočia vytvoril teóriu elektromagnetických polí založenú na celkom novom pojme elektrických a magnetických siločiar. Na začiatku rokov 60. objavil magneto-optický efekt (tzv. Faradayov efekt).
Osobný život a odkaz
Michael Faraday zemřel 25. srpna 1867 v Londýně ve věku 75 let. Jeho manželka Sarah zemřela v roce 1879. Manželé zůstali bezdětní. Michael Faraday byl po celý život oddaným křesťanem a patřil k malé protestantské sektě Sandemanians. Jeho oddanost víře a náboženským praktikám byla stejně velká jako jeho vědecká kariéra. Ještě za svého života byl pohřben ve Westminsterském opatství vedle britských králů a královen a vědců kalibru Isaaca Newtona. Faraday tento návrh odmítl ve prospěch skromnějšího místa odpočinku.
Faraday prý netoužil po okázalých poctách ani dobře znějících titulech. Odmítl různé nabídky výnosných míst, stejně tak neměl zájem o povýšení do šlechtického stavu. Nechtěl se stát ani prezidentem Královské společnosti, kam byl jmenován.
Na jeho počesť bola pomenovaná jednotka elektrického náboja - faraday (F).