Реферат на тему:
Фарадей даёт публичную лекцию
Майкл Фараде́й[1] (22 сентября 1791 — 25 августа 1867) — английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле, член Лондонского королевского общества (1824).
Майкл родился 22 сентября 1791 года в Ньюнгтон-Баттсе[2] (ныне Большой Лондон). Его отец был небогатым кузнецом из лондонского предместья. Кузнецом был и старший брат Роберт, всячески поощрявший тягу Майкла к знаниям и на первых порах поддерживавший его материально. Мать Фарадея, трудолюбивая, мудрая, хотя и необразованная женщина, дожила до времени, когда её сын добился успехов и признания, и по праву гордилась им. Скромные доходы семьи не позволили Майклу окончить даже среднюю школу, с тринадцати лет он начал работать как поставщик книг и газет, а затем в возрасте 14 лет пошёл работать в книжную лавку, где обучался и переплётному ремеслу. Семь лет работы в мастерской на улице Блэндфорд стали для юноши и годами напряженного самообразования. Всё это время Фарадей упорно занимался — он с упоением читал все переплетаемые им научные труды по физике и химии, а также статьи из «Британской энциклопедии», повторял в устроенной им домашней лаборатории эксперименты, описанные в книгах, на самодельных электростатических приборах. Важным этапом в жизни Фарадея стали занятия в Городском философском обществе, где Майкл по вечерам слушал научно-популярные лекции по физике и астрономии и участвовал в диспутах. Деньги (по шиллингу на оплату каждой лекции) он получал от брата. На лекциях у Фарадея появились новые знакомые, которым он писал много писем, чтобы выработать ясный и лаконичный стиль изложения; он также старался овладеть приёмами ораторского искусства.
Обратив внимание на тягу юноши к науке, в 1812 году один из посетителей переплётной мастерской, член Лондонского королевского общества Дено, подарил ему билет[3] на цикл публичных лекций знаменитого физика и химика, первооткрывателя многих химических элементов Г. Дэви в Королевском институте. Майкл не только с интересом выслушал, но и подробно записал и переплёл четыре лекции, которые послал вместе с письмом профессору Дэви с просьбой взять его на работу в Королевский институт. Этот «смелый и наивный шаг», по словам самого Фарадея, оказал на его судьбу решающее влияние. Профессор был удивлён обширными знаниями юноши, но в тот момент в институте не было вакантных мест, и просьба Майкла была удовлетворена лишь через несколько месяцев. В 1813 Дэви (не без некоторого колебания) пригласил Фарадея на освободившееся место лаборанта в химической лаборатории Королевского института, где он проработал много лет. В самом начале этой деятельности осенью того же года вместе с профессором и его женой он совершил длительное путешествие по научным центрам Европы (1813—1815 гг.). Это путешествие имело для Фарадея большое значение: он вместе с Дэви посетил ряд лабораторий, где познакомился со многими выдающимися учёными того времени, в том числе с А. Ампером, М. Шеврелем, Ж. Л. Гей-Люссаком и А.Вольтой, которые в свою очередь обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина.
Фарадей за опытами в лаборатории
После возвращения в 1815 в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе, в которой всё большее место занимали самостоятельные научные исследования. В 1816 он начал читать публичный курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. В этом же году появляется и его первая печатная работа. В 1820 Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель. Эта работа считается открытием нержавеющей стали, которое не заинтересовало в то время металлургов. В 1821 в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место надзирателя за зданием и лабораториями Королевского института (то есть технического смотрителя) и опубликовал две значительные научные работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора). В том же году он женился и, как показала вся его дальнейшая жизнь, был весьма счастлив в браке.
В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. В 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии, а в 1825 г он впервые синтезирует гексахлоран — вещество, на основе которого в XX веке изготовлялись различные инсектициды.
Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в область физики. После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». В 1831 г. Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Фарадей также дал математическое описание этого явления, лежащего в основе современного электромашиностроения.
В 1832 г. Фарадей открывает электрохимические законы, которые ложатся в основу нового раздела науки — электрохимии, имеющего сегодня огромное количество технологических приложений.
В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, несмотря на активное противодействие Дэви, отношения с которым стали у Фарадея к тому времени довольно сложными, хотя Дэви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было «открытие Фарадея». Последний также воздавал должное Дэви, называя его «великим человеком». Спустя год после избрания в Королевское общество Фарадея назначают директором лаборатории Королевского института, а в 1827 он получает в этом институте профессорскую кафедру.
Майкл Фарадей был верующим христианином и продолжал верить даже после того, как узнал о работах Дарвина. Он принадлежал к сандиманианской (англ.) секте, члены которой интерпретировали Библию буквально. Учёный стал старейшиной секты в 1860 году.
wreferat.baza-referat.ru
С именем Фарадея связан последний, переломный этап классической физики. В истории естествознания это был период возникновения нового метода, нового подхода к явлениям природы. Если господствующей методологией в естествознании XVIII в. был метафизический материализм, в частности механицизм, расчленяющий мир на отдельные, несвязанные области, то открытия физики XIX в. привели к необходимости отказа от такого подхода. Идея всеобщей связи явлений материального мира, идея развития, скачкообразный переход количественных изменений в новое качество и другие положения диалектического материализма постепенно становились руководящими в исследованиях ученых.
К деятелям нового типа, стихийно использующим идею всеобщей связи явлений, принадлежал и Майкл Фарадей. Он родился в семье лондонского кузнеца Джемса Фарадея 22 сентября 1791 г.
С детства в Фарадее воспитывались любовь к труду, рабочая честность и гордость. Образование его было самым заурядным и включало в себя начальные навыки чтения, письма и арифметики. Двенадцати лет его отдали в ученики к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской Жоржу Рибо. Здесь Фарадей вначале занимался разноской книг и газет, а в дальнейшем овладел в совершенстве переплетным мастерством. Эту свою профессию Фарадей никогда не забывал. Работая в мастерской переплетчика, Фарадей много и жадно читал, стремясь восполнить пробелы своего недостаточного образования. Особенно большое впечатление произвели на него статьи по электричеству в «Британской энциклопедии», «Беседы по химии» мадам Марсэ и «Письма о разных физических и философских материях» Л. Эйлера. Майкл организовал домашнюю химико-физическую лабораторию и проделал описанные в этих книгах опыты.
Посетители лавки Рибо не могли не обратить внимания на молодого переплетчика, жадно читавшего книги. Однажды мистер Дэне, член Лондонского Королевского общества, с удивлением узнав, что Майкл заканчивает изучение последнего номера серьезного научного журнала «Химическое обозрение», предложил ему послушать цикл лекций своего друга, сэра Гэмфри Дэви. Это решило судьбу Фарадея.
Благодаря помощи Дэнса в марте 1813 г. Майкл становится лаборантом Дэви в Королевском институте Великобритании. Вот такая характеристика, со слов Дэви, была записана в протокол заседания: «Его имя Майкл Фарадей. Его данные кажутся хорошими, его характер активный и бодрый, а образ действия разумный». Фарадей был бесконечно рад.
В 1813 г. он в качестве лаборанта, помощника и слуги едет с Г. Дэви и его женой в большое путешествие по Европе. «Это утро — начало новой эпохи в моей жизни. До сих пор, насколько мне помнится, я не отъезжал от Лондона на расстояние больше двадцати миль», — писал Фарадей. Много интересного познает Фарадей во время этой поездки. В Париже он знакомится с Ампером, Гей-Люссаком и ассистирует Дэви при открытии йода, в Генуе делает опыты с электрическим скатом, во Флоренции сжигает алмаз в атмосфере кислорода, в Милане знакомится с Вольтом. Фарадей начинает бегло говорить по-французски и немецки. Он производит на ученых хорошее впечатление. Химик Дюма писал: «Мы восхищались Дэви, мы полюбили Фарадея. Летом 1815 г. путешествие окончилось. Вернувшись в Англию, Фарадей продолжает работать лаборантом в Королевском институте. Но это уже другой Фарадей, более зрелый и более самостоятельный.
Как-то из Флоренции пришла посылка с образцами известняка для анализа. Дэви предложил Фарадею выполнить этот анализ. Просмотрев результаты анализа, Дэви был удовлетворен тщательностью проделанной работы и отдал материал в научный журнал для опубликования. Так появилась первая научная работа Фарадея. С 1815 по 1820 г. Фарадей занимается в основном исследованиями по химии. Перемена в тематике его научной деятельности произошла в августе 1820 г. после ознакомления с работой Эрстеда.
Получив работу Эрстеда, Дэви и Фарадей на следующий день повторили его опыт. Они убедились в правоте Эрстеда и поняли, что пропасть между электричеством и магнетизмом исчезает. Но объяснить и развить опыт Эрстеда выпало на долю Ампера. Сделать что-либо новое в этой области в течение 1820-1821 гг. ни Дэви, ни Фарадею не удалось. В 1821 г. Дэви постепенно отходит от вопросов, связанных с электричеством, упорный же Фарадей записывает в своем дневнике: „Превратить магнетизм в электричество“. С решением этой задачи была, по существу, связана вся дальнейшая жизнь замечательного английского физика.
Летом 1821 г., когда коллеги Фарадея разъехались в отпуска, он остался в Лондоне, чтобы заняться решением поставленной задачи. Кроме того, редактор журнала „Философские анналы“ предложил Фарадею написать обзорную статью по истории электромагнетизма. Фарадей с жаром принялся за работу. Он проделал все опыты, которые привели к пониманию электромагнетизма. Кроме того, он решил осуществить и опыт, о котором два месяца назад говорили в его присутствии Волластон и Дэви: заставить вращаться проволоку с током под действием магнита вокруг своей оси. После упорных и многочисленных попыток Фарадей осуществил этот эксперимент. Установка его была проста: посреди серебряной чашечки с ртутью был поставлен на торец брусковый магнит. В ртути плавала пробка, проткнутая медной проволокой. Один ее конец контактировал с ртутью, другой шарнирно соединялся над магнитом с одним из полюсов вольтова столба. Провод от другого полюса соединялся с серебряной чашечкой. При замыкании цепи проволока быстро начинала вращаться вокруг магнита. Это был первый электродвигатель! Вскоре очерк по истории электромагнетизма, снабженный известными и новыми опытами, был напечатан и имел большой успех.
С 1824 г. Фарадей — член Королевского общества. А ведь основные открытия еще впереди. Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимовлиянии сил природы, Фарадей безуспешно пока пытается найти связь между магнетизмом и электричеством. Но раз Ампер смог с помощью электричества создать магниты, то почему нельзя с помощью магнитов создать электричество?! Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи каждого эксперимента, каждой мысли. О громадной работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф „Дневника“ был записан под номером 16041! Следует заметить, что в 1827 г. Фарадей получил профессорскую кафедру в Королевском институте. Тщательная подготовка к лекциям тоже требовала немало времени.
Но вот упорный десятилетний труд Фарадея вознагражден: 17 октября 1831 г. триумфальный эксперимент — открыто явление электромагнитной индукции. Это был хорошо подготовленный и заранее продуманный опыт. Вот как об этом писал Фарадей: „Я взял цилиндрический магнитный брусок и ввел один его конец в просвет спирали из медной проволоки, 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. Это значит, что электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое“.
Вслед за открытием электромагнитной индукции Фарадей проверяет новую идею. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, движение проводника относительно магнита должно приводить к такому же следствию. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, обеспечив непрерывное относительное движение проводника и магнита. Фарадей быстро строит и испытывает новое простое устройство: между полюсами подковообразного магнита вращается медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой на периферии) снимается напряжение. Это был первый генератор электрического тока!
С ноября 1831 г. Фарадей начал систематически печатать свои „Экспериментальные исследования по электричеству“, составившие 30 серий более чем из 3000 параграфов. Это великолепный памятник научного творчества Фарадея. Первая серия посвящена электромагнитной индукции; последняя (тридцатая) — законам намагничивания (вышла в свет в 1855 г). В этих сериях отражена двадцатичетырехлетняя работа Фарадея, в них жизнь, мысли и воззрения ученого.
Вторая серия (январь 1832 г.) также посвящена электромагнитной индукции. Разрабатывая теорию электромагнитной индукции, Фарадей пришел к идее электромагнитных волн, считая ее очень важной. Свои наблюдения над „индукционной волной электричества“ он зафиксировал в письме от 12 марта 1833 г. и в запечатанном виде передал для хранения в архив Королевского общества. Письмо было обнаружено через 106 лет, в 1938 г. Поразительны своей проницательностью основные мысли письма: на распространение магнитного взаимодействия требуется время, есть возможность теорию колебаний применить к распространению электромагнитной индукции, процесс распространения ее похож на колебания взволнованной водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха. Великолепно! Ведь мысли Фарадея перекликаются с идеями электромагнитной теории, разработанной позднее Максвеллом.
В третьей серии (1833 г) Фарадей доказывает тождественность различных видов электричества: обыкновенного, гальванического, животного, индукционного. „Отдельные виды электричества тождественны по своей природе, каков бы ни был их источник“. Следующие серии (5-8) „Экспериментальных исследований“ посвящены химическому действию тока и явлению электролиза. Мы не будем здесь говорить о законах электролиза, открытых Фарадеем, об их огромном практическом значении. Это стало общеизвестным. Подчеркнем лишь одну важную мысль, которая следовала из этих законов, мысль об атомарности (дискретности) электричества, об элементарном заряде.
В десятой серии Фарадей описывает явление самоиндукции, проводит аналогию между самоиндукцией и инерцией в механике, указывает на то, что индуктивность проводника зависит от его формы и особенно возрастает, если проводник свернуть в спираль. Как всегда, Фарадей очень подробно описывает и всю экспериментальную установку.
Исследуя диэлектрики (11-я серия), Фарадей вновь возвращается к мысли о существенной роли среды в электрических взаимодействиях. В двадцатой серии он описывает явления намагничивания различных веществ, открывает диа- и парамагнетизм. К 1851 г. он уже четко формулирует идею магнитного поля, разрабатывает методику его экспериментального исследования с помощью пробной катушки и гальванометра, вводит метод его изображения с помощью силовых линий: „Я, изучая… общий характер магнитных явлений, больше склоняюсь к мысли, что передача силы представляет собой… явление, протекающее вне магнита; я считаю невероятным, что эти явления представляют собой простое отталкивание и притяжение на расстоянии. При этой точке зрения на магнит среда или пространство, его окружающее, играет столь существенную роль, как и самый магнит“. Для Фарадея поле — это то, что излучается, распространяется с конечной скоростью в пространстве, взаимодействует с веществом. Так новая форма материи — поле — входила в физику благодаря работам Фарадея.
От опытов с диэлектриками Фарадей переходит к изучению электрического разряда в газах. Сделав очень многое в этой области, он считал, что „результаты, связанные с различными явлениями положительного и отрицательного разряда, повлияют на теорию электричества сильнее, чем мы теперь думаем“. Сказано пророчески: ведь изучение газового разряда привело к открытию рентгеновских лучей, к современной физике атома, к газовым лазерам.
И еще на одном великом предвидении Фарадея невозможно не остановиться: это касается спора между сторонниками контактной и химической теории электрического тока. Первые находят, что источник мощности заключается в контакте разнородных проводников, вторые видят его причину „в химической силе“ или, по-нашему, „в химической энергии“. Являясь сторонником химической теории, Фарадей пишет: „Контактная теория допускает, что сила… может будто бы возникнуть из ничего, что без всякого изменения действующей материи и без расхода какой-либо производящей силы может производиться ток, который будет вечно идти против постоянного сопротивления. Это было бы поистине сотворением силы. Мы много имеем процессов, при которых форма силы может претерпевать такие изменения, что происходит явное превращение ее в другую. Так, мы можем превратить химическую силу в электрический ток или ток в химическую силу. Прекрасные опыты Зеебека и Пельтье показывают взаимную превращаемость теплоты и электричества, а опыты Эрстеда и мои собственные показывают взаимную превращаемость электричества и магнетизма. Но ни в одном случае, даже с электрическим угрем и скатом, нет чистого сотворения силы, нет производства силы без соответствующего израсходования чего-либо, что питает ее“.
Трудно без восхищения гением Фарадея читать эти строки, представляющие, по сути дела, качественную формулировку закона сохранения и превращения энергии. Ведь это было написано в конце 1839 — начале 1840 г., когда закон сохранения и превращения энергии не был еще открыт.
Отдавая себя безраздельно науке и сознавая, что силы его не беспредельны, Фарадей вынужден был отказаться от всех остальных занятий.
Фарадей умер 25 августа 1867 г. Тихая и скромная жизнь ученого была полна глубокого внутреннего содержания. Прах Фарадея покоится на Хайгетском кладбище в Лондоне, имя и дела его бессмертны.
www.ronl.ru
I Вступление
Законы естествознания постулируются на основании наблюдаемых опытных фактов. Сначала идет процесс накопления знаний в определенной области. Эти результаты анализируются и делается некоторое предположение. Это предположение не выводится из других законов. Оно возникает само по себе на основании опыта. Сделанное умозаключение, сформулированное в виде математической формулы, становится частью гипотезы. Если последующие опыты подтверждают правильность этого предположения, оно становится законом.
Майкл Фарадей был знаменит при жизни и на многие десятилетия вперед предугадал развитие научной мысли. Он был настолько противоречивой фигурой, что ученики и последователи считали его гениальные открытия следствием недостаточного образования и не доверяли точности проведенных им экспериментом из-за "странностей" характера ученого. Возможно, в этом есть доля истины: идя в науке своим особым путем, в полном противоречии с господствующим научным мировоззрением, Фарадей нередко находил закономерности и видел взаимные соотношения там, где никто до него их не признавал и не мог видеть...
II. 1 Биография
Майкл Фарадей был знаменит при жизни и на многие десятилетия вперед предугадал развитие научной мысли. Он был настолько противоречивой фигурой, что ученики и последователи считали его гениальные открытия следствием недостаточного образования и не доверяли точности проведенных им экспериментом из-за "странностей" характера ученого. Возможно, в этом есть доля истины: идя в науке своим особым путем, в полном противоречии с господствующим научным мировоззрением, Фарадей нередко находил закономерности и видел взаимные соотношения там, где никто до него их не признавал и не мог видеть...
Родился Майкл Фарадей в Ньюингтон-Батсе (графство Суррей, Великобритания). Его семья была катастрофически бедна, однако родители предпочитали накапливать духовные блага, а не гоняться за материальным благосостоянием. Существуя почти исключительно за счет пособия для малоимущих (одна буханка хлеба в неделю на человека), и взрослые, и дети не пропускали ни одного воскресного богослужения в пресвитерианской общине. Все остальное время маленький Майкл был предоставлен самому себе и получал "образование" на кривых и узких улочках родного городка.
В 13 лет Фарадей переселился на булыжные мостовые Лондона. Первые деньги он заработал доставкой газет и книг, затем пошел в переплетчики. Переплетая один из томов Британской энциклопедии, любознательный юноша прочитал статью об электричестве. Этот момент перевернул всю его жизнь: Майкл стал искать любые сведения об этом явлении, пытался самостоятельно ставить опыты.
Охваченный горячим желанием приобщиться к науке, Фарадей пишет к ученому сэру Г. Дэви, и вскоре заменяет одного из лаборантов в его лаборатории. В 20 с небольшим лет Майкл становится личным ассистентом сэра Дэви и отправляется вместе со своим патроном в турне по Европе. К этому времени он самозабвенно занимается наукой, ставит все более сложные эксперименты, размышляет, читает, сводит знакомство с ведущими учеными и уделяет много времени самообразованию. При этом он остается тихим и скромным молодым человеком, исправно посещающим радения сандемианцев, одной из крайних пресвитерианских сект. В довершение всего в 1820 году Фарадей женится на дочери одного из служителей церкви.
В то же время в лаборатории Британского королевского института он делает попытку получить электрический ток без батарей, проводит бесчисленные эксперименты с магнитами, пытаясь найти объяснение явлению электричества. И вот в 1831 году это удается. Успех принес опыт, кажущийся сейчас тривиальным: вокруг металлического кольца обвивались два отдельных витка провода. По одному из них, соединенному с батареей, пропускался электрический ток. Идея заключалась в том, чтобы выяснить, не возникнет ли ток в "мертвом" проводе под воздействием "живого". Так было открыто явление магнитной индукции.
Гениальный самоучка, глубоко религиозный человек, верящий в единство "Бога живого" и живой природы, изобрел динамо-машину, впоследствии получившую название генератора постоянного тока. При этом на все деловые предложения (как тут не вспомнить его родителей!), сулившие большие деньги, Фарадей отвечал отказом и продолжал возиться с проводами и магнитами.
В 1833-1834 годах ученый установил законы электролиза. Рядом опытов он доказал, что электростатическая индукция зависит от среды. Он заменил проводящую жидкость в электролитической ванне непроводящей. Металлические пластины, опущенные в нее, образуют конденсатор. Оказалось, что емкость конденсатора изменяется в зависимости того, какая именно жидкость находится между пластинами. С емкостью конденсатора связана какая-то определенная деформация. Понятие деформации среды Фарадей положил в основу учения об электричестве.
Фарадей экспериментально показал, что в зависимости от среды меняется сила взаимодействия между зарядами. Аналогично взаимодействие магнитных полюсов зависит от среды. Доказывая, что полюсы магнитов действуют на любую среду, Фарадей подвешивал немагнитные материалы под полюсами сильных магнитов, причем некоторые из них располагались перпендикулярно оси магнита. Так был открыт пара- и диамагнетизм.
В 1846 году Фарадей установил связь между магнитными и оптическими явлениями, которая позже стала подтверждением электромагнитной теории света, развитой Джеймсом Максвеллом.
В жизни Фарадея по-прежнему царило триединство: наука, семья и церковь. Почти одновременно Оксфордский университет присудил ему докторскую степень, а члены общины избрали его одним из служителей-"пророков". С одинаковым успехом он читал воскресные проповеди (которые часто приходили послушать его коллеги) и научные лекции, на которые члены королевской семьи приводили своих детей.
К 1854 году относится такое высказывание Фарадея: "Я уверен, что истину об этой жизни не получить даже самым беспримерным проявлением человеческой мудрости. Она открывается не посредством собственного разума, а благодаря элементарной вере в данное нам свидетельство". Судя по тому, насколько совершенными и удивительными в своей простоте были его опыты, можно сказать, что Фарадей служил науке в прямом смысле верой и правдой.
В последние годы жизни по высочайшему указу королевы Виктории Фарадею отводится резиденция в величественном дворце Хэмптон-Корт близ Лондона. К моменту смерти в 1867 году его научные открытия получили признание девяноста семи академий наук (в том числе 8 декабря 1830 г. его приняли в почетные члены С.-Петербургской академии наук), он также был носителем целой коллекции научных титулов, однако не счел нужным получить хотя бы одно звание. В своих лучших традициях Фарадей отказался и от дворянского титула.
В 1938 в архивах Королевского общества был найден длинный узкий конверт, подписанный: "Новые воззрения, подлежащие хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества". Письмо было написано Майклом Фарадеем 12 марта 1832 года и содержало в себе суть открытия, сделанного Герцем спустя 55 лет после смерти Фарадея. Речь шла о существовании электромагнитных волн. Фарадей писал: "...Я хочу, передавая это письмо на хранение в Королевское общество, закрепить открытие за собой определенной датой и, таким образом, иметь право, в случае экспериментального подтверждения, объявить эту дату датой моего открытия. В настоящее время, насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов".
Только очень немногие люди столь значительно изменили облик мира, как это сделал Фарадей. Он был одним из величайших экспериментаторов и мыслителей мира, и среди всех его открытий ни одно не имело таких грандиозных последствий как сделанное им в 1831 году. На нем основаны те формы применения электричества, которые составляют мускулы и нервы нашей современной жизни.
1.1) Внук сепаратиста
Жизненный путь Майкла Фарадея начинался весьма скромно. Его отец был деревенским кузнецом. Сначала он жил на севере Англии, а затем переехал в Лондон в поисках заработка. Майкл был третьим ребенком в семье. Он рос в перенаселенной квартире, получил самое скудное образование и большую часть своего детства провел на улице.
Но несмотря на бедность, семья Фарадеев была счастливой семьей, поскольку у них была вера, игравшая в семье очень важную роль. Согласно деревенским записям, прадед Майкла был «каменщиком, черепичным кровельщиком и сепаратистом» (последнее слово означало, что прадед был членом независимой протестантской церкви). Его потомки также усердно и преданно посещали церковь. В юности Майкл ни разу не пропустил воскресное богослужение в церкви на Аллее св. Павла в Лондонском Сити, где маленькая община христиан твердо верила в Библию, как в непогрешимое Слово Божье.
1.2) Увлечение электричеством
Когда Майклу исполнилось тринадцать лет, он начал зарабатывать разноской газет и книг. Вышагивая по лондонским мостовым начала ХIХ столетия, одетый в обносившийся сюртук старшего брата, он решил стать книготорговцем и переплетчиком. Но когда он стал подмастерьем, в его жизнь пришло совершенно другое увлечение. Переплетая изношенный том Британской Энциклопедии, он буквально впитал его содержание, неоднократно перечитывая при этом статью об электричестве. В свободное время он пробовал повторить опыты, описанные в статье. «Когда я был учеником в книжной лавке, — вспоминал Фарадей, — я очень увлекся экспериментами. Так случилось, что один джентльмен, член Королевского Института, взял меня послушать лекции сэра Хамфри Дэви на Альбемарл стрит. Я сделал записи и позже переписал их в книжку. Желание уйти из торговли, которую я считал порочным и эгоистичным занятием, и посвятить себя служению науке, которая, как я представлял себе, делала своих последователей добрыми и свободными, заставило меня, наконец, сделать смелый и прямой шаг: написать письмо сэру Хамфри Дэви».
Ответ был уклончивым, но, тем не менее, не заставил себя долго ждать, потому что сэр Хамфри вскоре уволил своего лаборанта. Здесь он и вспомнил молодого человека по имени Фарадей, а также его письмо. Фарадей был зачислен штатным лаборантом в Королевский Институт.
1. 3) Кризис веры
Благодаря воспитанию Майкл верил, что люди, хотя и могут делать много хорошего, по своей сути порочны и грешны. Он верил в то объяснение, которое давала Библия, что род человеческий возмутился против своего Создателя и находится в разобщении с Ним. Фарадей верил в то, что люди могут примириться с Богом только тогда, когда просят у Него прощения и уверуют в Спасителя, Который заплатил за вину греха Своей смертью на кресте. Эти убеждения составляли основы его веры с самых юных лет. Но к тому времени, когда ему исполнилось двадцать два года, Фарадей мучился многими сомнениями. Находясь под обаянием сэра Хамфри Дэви, его сомнения переросли в открытое неверие. Он стал считать, что сэр Хамфри является живым доказательством того, что человек может быть добрым и великим без веры в Христа. Но Фарадею не пришлось слишком долго сомневаться в библейском учении об испорченности человеческой природы, так как чем ближе он знакомился с этим «идеальным» человеком, тем меньше ему хотелось быть на него похожим. В течение восемнадцати месяцев Фарадею пришлось сопровождать сэра Хамфри в турне по Европе в качестве ассистента.
Вернувшись домой, он все еще питал чувство уважения к сэру Хамфри как к человеку науки, но теперь личные качества его характера не вызывали у него восторга. Во время путешествия великий ученый вел себя очень несдержанно, проявлял тщеславие, нечестность и злость. Фарадей с радостью вернулся в родной семейный круг, а также посетил свою старую церковь, чтобы поучиться мудрости у простых прихожан.
По возвращении в Королевский Институт Фарадей решил продолжить свое научное образование. Шли годы, и передовые ученые начали понимать, что этот незаметный, молодой человек, работавший под покровительством Дэви, был не простым ассистентом. К тридцати годам он сделал много важных открытий (в том числе синтез бензола). Его авторитет быстро поднимался. Без сомнения, самой примечательной чертой Фарадея-ученого являлось то, что он был мыслителем. Он считал себя больше философом, чем просто химиком, и старался, прежде всего, объяснить суть, а не произвести эффект.
1. 4) «Ум с человеком в придачу»
Когда Фарадей просил руки Сарры Бернард, двадцатилетней дочери одного из церковных старейшин, она сказала ему, что смотрит с некоторым опасением на его «ум с человеком в придачу». Тем не менее, их брак оказался одним из самых счастливых союзов среди знаменитых супружеских пар. До самой его смерти, которая наступила спустя сорок семь лет после свадьбы, они были связаны узами редкого взаимопонимания, преданности и любви.
Через месяц после бракосочетания ученый открыто заявил о решении стать членом церкви. Он рассказал собравшимся братьям и сестрам о том, что получил от Господа прощение грехов через молитву покаяния, и посвятил Ему целиком всю жизнь. Еще с детства Фарадей посещал церковь, однако до тридцати лет, пока не преодолел бурную пору сомнений и не испытал на личном опыте реальность Христа, не решался присоединиться к церкви.
Через три года после брака Фарадей приступил к поискам получения электроэнергии без химических батарей. В то время электрический ток получали в лабораториях с помощью простейших устройств с трущимися пластинами, либо с помощью громоздких дорогостоящих химических батарей. И вот в 1831 году Фарадей сделал свое великое открытие. Он начал экспериментировать со стальным кольцом шести дюймов в диаметре, обмотанным двумя изолированными проводами. Он хотел проверить, будет ли влиять провод, подключенный к батарее, на другой провод, оставшийся свободным. Будет ли «живой» проводник производить электрический ток в «мертвом»?
Через десять дней непрерывного поиска он добился полного успеха и изобрел первую в мире действующую динамо-машину. Он нашел способ получения электричества без использования батарей, и таким образом, заложил основу современному веку электричества. Великий мыслитель заметил то, чего не замечали другие: он обратил внимание на пространство около магнита, и таким образом увидел возможность существования магнитного поля и силовых линий.
1846 году Фарадей пришел к пониманию природы света, намного опередив свое время. Позже его идеями воспользовался Джеймс Кларк Максвелл, а затем и Альберт Эйнштейн. Обладая гениальным предвидением, Фарадей писал: «Моя точка зрения, которую я высказываю со всей уверенностью, заключается в том, что световое излучение представляет собой разновидность высокочастотных колебаний силовых линий, связывающих частицы, а также материю, обладающую массой».
1.5) Ученый проповедник
Фарадея мало интересовали повадки великосветского общества. Его личная жизнь была сосредоточена вокруг церкви и семьи. Церковное здание на Аллее св. Павла было типичным для нонконформистов «молитвенным домом». Это было простое прямоугольное здание, напротив входной двери возвышалась массивная деревянная кафедра, а по обеим сторонам и у входа в зал был расположен балкон. Двадцать с небольшим семей, входивших в церковный список, избрали Фарадея одним из своих служителей, когда ему было почти пятьдесят лет. Каждую неделю, с неизменным постоянством он проповедовал в церкви, пользуясь конспектами, написанными на небольших листках бумаги. Его друзья ученые часто заходили в церковь, чтобы посмотреть на то, во что верил Фарадей, и что делало его человеком, столь высоко почитаемым в научных кругах. Его проповеди говорили о доскональном знании Библии, так как он цитировал ее много и точно. «Всю свою жизнь, — сказал лорд Кельвин, его коллега по науке, — Фарадей твердо держался своей веры».
Говорили, что если кому посчастливилось подружиться с Фарадеем, тот имел настоящего друга. Те, кто принадлежал к семейному кругу Фарадея, были предметом его попечения, заботы, внимания и ежедневных молитв. Те, кто находился в его компании, видели в нем «нравственный стимулятор».
1. 6) Человек, знающий счастье
Фарадей пришел к пониманию смысла жизни через Библию, которую он изучал, в которую веровал и которую преподавал другим, а также через опыт личного познания Иисуса Христа. К концу своей жизни, он писал: «Мои земные силы слабеют изо дня в день. И наше счастье в том, что истинное благо — не в них. По мере того, как наши силы тают, пусть они сделают нас похожими на маленьких детей, которые доверяют себя Отцу милосердия, принимая Его невыразимый дар. Я преклоняюсь перед Тем, Кто есть Господь всего».
Фарадей умер в 1867 году. К этому моменту он был обладателем 97 почетных титулов от Академий наук разных стран, причем ни одного не было получено за соавторство. Замечательно, что не только Фарадей, но и другие передовые ученые, продолжившие его исследования, также искренне веровали в одну и ту же весть о спасении. Кларк Максвелл, лорд Кельвин и сэр Джон Амброз Флеминг — все они твердо держались таких же убеждений, и со смирением говорили о той великой перемене, которую они пережили в результате своего личного обращения к Богу
II. 2. Начало работы в Королевском институте.
2.1) Избрание в Королевское общество. Профессура
Один из клиентов переплетной мастерской, член Лондонского королевского общества Дено, заметив интерес Фарадея к науке, помог ему попасть на лекции выдающегося физика и химика Г. Дэви в Королевском институте. Фарадей тщательно записал и переплел четыре лекции и вместе с письмом послал их лектору. Этот «смелый и наивный шаг», по словам самого Фарадея, оказал на его судьбу решающее влияние. В 1813 Дэви (не без некоторого колебания) пригласил Фарадея на освободившееся место ассистента в Королевский институт, а осенью того же года взял его в двухгодичную поездку по научным центрам Европы. Это путешествие имело для Фарадея большое значение: он вместе с Дэви посетил ряд лабораторий, познакомился с такими учеными, как А. Ампер, М. Шеврель, Ж. Л. Гей-Люссак, которые в свою очередь обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина.
Первые самостоятельные исследования. Научные публикации После возвращения в 1815 в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе, в которой все большее место занимали самостоятельные научные исследования. В 1816 он начал читать публичный курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. В этом же году появляется и его первая печатная работа.
В 1821 в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место надзирателя за зданием и лабораториями Королевского института (т. е. технического смотрителя) и опубликовал две значительные научные работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора). В том же году он женился и, как показала вся его дальнейшая жизнь, был весьма счастлив в браке.
В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. Постепенно его экспериментальные исследования все более переключались в область электромагнетизма. После открытия в 1820 Х. Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». Однако Фарадей продолжал и другие исследования, в том числе в области химии. Так, в 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии.
В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, несмотря на активное противодействие Дэви, отношения с которым стали у Фарадея к тому времени довольно сложными, хотя Дэви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было «открытие Фарадея». Последний также воздавал должное Дэви, называя его «великим человеком».
Спустя год после избрания в Королевское общество Фарадея назначают директором лаборатории Королевского института, а в 1827 он получает в этом институте профессорскую кафедру.
2.2) Первые самостоятельные исследования
После возвращения в 1815 в Королевский институт Фарадей приступил к интенсивной работе, в которой всё большее место занимали самостоятельные научные исследования. В 1816 он начал читать публичный курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. В этом же году появляется и его первая печатная работа. В 1820 Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель. Эта работа считается открытием нержавеющей стали, которое не заинтересовало в то время металлургов. В 1821 в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место надзирателя за зданием и лабораториями Королевского института (то есть технического смотрителя) и опубликовал две значительные научные работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора). В том же году он женился и, как показала вся его дальнейшая жизнь, был весьма счастлив в браке.
В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. В 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии, а в 1825 г он впервые синтезирует гексахлоран — вещество, на основе которого в XX веке изготовлялись различные инсектициды.
Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в область электромагнетизма. После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». В 1831 г. Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Фарадей также дал математическое описание этого явления, лежащего в основе современного электромашиностроения.
В 1832 г. Фарадей открывает электрохимические законы, которые ложатся в основу нового раздела науки — электрохимии, имеющего сегодня огромное количество технологических приложений.
2.3) Клетка Фарадея
Кле́тка Фараде́я (или «щит Фарадея») — специальное устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку из мелкой сетки, выполненной из хорошо проводящего материала.
Для того, чтобы клетка Фарадея эффективно работала, прутья должны быть достаточно тонкими, а размер ячейки сетки значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.
2.4) Фарад
Фара́д (обозначение: Ф, F) — единица измерения электрической ёмкости в системе СИ (ранее называлась фара́да).
1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт.
Ф = Кл/В = A·c/B
Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея
Фарад — очень большая ёмкость. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Для сравнения, ёмкость Земли (шара размером с Землю, как уединенного проводника) составляет всего около 700 микрофарад.
Промышленно выпускаемые конденсаторы обычно имеют номиналы измеряемые в микро- и пикофарадах.
Впрочем, ёмкость т. н. ионисторов (конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать нескольких килофарад.
2.5) Закон электромагнитной индукции. Электролиз
В 1830, несмотря на стесненное материальное положение, Фарадей решительно отказывается от всех побочных занятий, выполнения любых научно-технических исследований и других работ (кроме чтения лекций по химии), чтобы целиком посвятить себя научным изысканиям. Вскоре он добивается блестящего успеха: 29 августа 1831 открывает явление электромагнитной индукции — явление порождения электрического поля переменным магнитным полем. Десять дней напряженнейшей работы позволили Фарадею всесторонне и полностью исследовать это явление, которое без преувеличения можно назвать фундаментом, в частности, всей современной электротехники. Но сам Фарадей не интересовался прикладными возможностями своих открытий, он стремился к главному — исследованию законов Природы. Открытие электромагнитной индукции принесло Фарадею известность. Но он по-прежнему был очень стеснен в средствах, так что его друзья были вынуждены хлопотать о предоставлении ему пожизненной правительственной пенсии. Эти хлопоты увенчались успехом лишь в 1835. Когда же у Фарадея возникло впечатление, что министр казначейства относится к этой пенсии как к подачке ученому, он направил министру письмо, в котором с достоинством отказался от всякой пенсии. Министру пришлось просить извинения у Фарадея. В 1833-34 Фарадей изучал прохождение электрических токов через растворы кислот, солей и щелочей, что привело его к открытию законов электролиза. Эти законы (Фарадея законы) впоследствии сыграли важную роль в становлении представлений о дискретных носителях электрического заряда. До конца 1830-х гг. Фарадей выполнил обширные исследования электрических явлений в диэлектриках.
Болезнь Фарадея. Последние экспериментальные работы Постоянное огромное умственное напряжение подорвало здоровье Фарадея и вынудило его в 1840 прервать на пять лет научную работу. Вернувшись к ней вновь, Фарадей в 1848 открыл явление вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в прозрачных веществах вдоль линий напряженности магнитного поля (Фарадея эффект). По-видимому, сам Фарадей (взволнованно написавший, что он «намагнитил свет и осветил магнитную силовую линию») придавал этому открытию большое значение. И действительно, оно явилось первым указанием на существование связи между оптикой и электромагнетизмом. Убежденность в глубокой взаимосвязи электрических, магнитных, оптических и других физических и химических явлений стала основой всего научного миропонимания Фарадея.
Другие экспериментальные работы Фарадея этого времени посвящены исследованиям магнитных свойств различных сред. В частности, в 1845 им были открыты явления диамагнетизма и парамагнетизма. В 1855 болезнь вновь заставила Фарадея прервать работу. Он значительно ослабел, стал катастрофически терять память. Ему приходилось записывать в лабораторный журнал все, вплоть до того, куда и что он положил перед уходом из лаборатории, что он уже сделал и что собирался делать далее. Чтобы продолжать работать, он должен был отказаться от многого, в том числе и от посещения друзей; последнее, от чего он отказался, были лекции для детей.
III Заключение
Даже далеко не полный перечень того, что внес в науку Фарадей, дает представление об исключительном значении его трудов. В этом перечне, однако, отсутствует то главное, что составляет громадную научную заслугу Фарадея: он первым создал полевую концепцию в учении об электричестве и магнетизме. Если до него господствовало представление о прямом и мгновенном взаимодействии зарядов и токов через пустое пространство, то Фарадей последовательно развивал идею о том, что активным материальным переносчиком этого взаимодействия является электромагнитное поле. Об этом прекрасно написал Д. К. Максвелл, ставший его последователем, развивший далее его учение и облекший представления об электромагнитном поле в четкую математическую форму: «Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, принизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».
Точка зрения на электродинамику с позиций концепции поля, основоположником которой был Фарадей, стала неотъемлемой частью современной науки. Труды Фарадея ознаменовали наступление новой эры в физике.
IV Список используемой литературы
1. Кудрявцев П. С. Фарадей. – М., 1969.
2. Радовский М. И. Михаил Фарадей. Библиографический очерк. – М., 1946.
3. Радовский М. И. Фарадей. – М., 1936.
4. Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству. Пер с англ. Е.А. Чернышевой и Я.Р. Шмидт – Чернышевой. – АН СССР. 1947.
www.referatmix.ru
