Michael Faraday — brittiläinen kokeellinen fyysikko ja sähkökemian pioneeri
Michael Faraday — brittiläinen kokeellinen fyysikko ja sähkökemian pioneeri. Tutustu hänen sähkömagneettisiin löytöihinsä, ensimmäiseen sähkömoottoriinsa ja kemian keksintöihin.
Michael Faraday (Newington Butts, Surrey, 22. syyskuuta 1791 - Hampton Court, Surrey, 25. elokuuta 1867) oli sepän poika, josta tuli yksi 1800-luvun merkittävimmistä luonnontutkijoista ja kokeellisen fysiikan sekä sähkökemian pioneereista.
Varhaiselämä ja koulutus
Faraday kasvoi vähävaraisessa perheessä ja sai vain peruskoulutuksen. Hänen koulunkäyntinsä rahoitti paikallinen kirkkoherra, joka huomasi nuoren Michaelin lahjakkuuden. Nuorena hän opiskeli itse ja työskenteli kuulakynien ja kirjojen sitojana, minkä kautta hän sai mahdollisuuden lukea tieteellisiä kirjoja. Faraday oli suurelta osin autodidakti: hän opiskeli, kokeili ja kehitti käsityksiään käytännön töiden kautta.
Ura ja työ Royal Institutionissa
Faraday seurasi intohimoisesti kemian ja fysiikan luentoja. Hän pääsi työskentelemään Sir Humphrey Davyn assistenttina Royal Institutionissa, mikä avasi hänelle tien kokeelliseen tutkimukseen ja laajoihin laboratoriomahdollisuuksiin. Myöhemmin Faradayista tuli Royal Societyn jäsen ja hänelle myönnettiin useita arvostettuja palkintoja, kuten Royal-, Copley- ja Rumford-mitalit. Hänet nimitettiin myös Ison-Britannian kuninkaallisen instituutin ensimmäiseksi Fullerianin kemian professoriksi ja hän toimi Royal Institutionin johtajana Davyn jälkeen.
Tutkimusote ja vaikutus
Vaikka Faraday ei hallinnut korkeampaa matematiikkaa samalla tavalla kuin monet aikakauden teoreetikot, hänen kokeellinen taitonsa ja kyky hahmottaa luonnon ilmiöiden periaatteita olivat poikkeuksellisia. Hän kehitti käsitteitä kuten "voimaviivat" (lines of force), jotka vaikuttivat myöhemmin James Clerk Maxwellin kenttäteoreettiseen kuvaan sähköstä ja magnetismista. Faradayn työt näyttivät, että sähkö- ja magneettiset ilmiöt ovat perimmäisesti yhteen kytkeytyneitä.
Sähkö ja magnetismi
Faraday loi kokeelliset perusteet sähkömagneetismille. Hänen tunnetuimpia saavutuksiaan ovat:
- elektromagneettisen liikkeen periaatteiden osoittaminen ja ensimmäinen toimiva sähkömoottori (1821), jossa sähkövirta ja magneetti saivat aikaan pyörivän liikkeen;
- elektromagneettisen indusktion löytäminen (1831) — ilmiö, jossa muuttuva magneettikenttä indusoi jännitteen johtimeen. Tämä havainto on Faradayn lain perusta ja synnytti generaattorit ja muuntajien kehityksen;
- Faradayn kiekko (homopolarigeneraattori) — eräs ensimmäisistä sähköntuotantolaitteista;
- Faradayn efekti (magneto-optinen ilmiö) — magneettikentän vaikutus valon polarisaation suuntaan, joka osoitti yhteyden magnetismin ja optiikan välillä;
- sähköstaattinen suojausefekti, eli ns. Faradayn häkki, jossa johtava kotelo estää sähkökenttien pääsyn sisälle.
Kemialliset löydöt ja terminologia
Kemistinä Faraday teki myös merkittäviä havaintoja ja vaikutti elekrokemian sanaston kehitykseen. Hän muodosti elektrolyysin lait ja johdatti käsitteitä kuten anodi, katodi, elektrodi ja ioni yleiskäyttöön. Faraday löysi myös orgaanisen yhdisteen bentseenin (1825) ja kehitti varhaisen version Bunsen-polttimesta, jonka myöhempi paranneltu muoto kantaa Robert Bunsenin nimeä.
Tieteellinen ja yhteiskunnallinen perintö
Faradayn kokeelliset löydöt loivat teknologian perustan sähköntuotannolle ja -käytölle: sähkömoottorit, generaattorit ja muuntajat perustuvat hänen havaintoihinsa. Hänen työtään arvostettiin laajasti — hänen työnsä vaikutti suoraan teollisten sovellusten kehittymiseen ja myöhemmin Maxwellin teoreettiseen työhön. Faraday ei havainnut uralleen ainoastaan tutkimusta, vaan myös tieteellisen viestinnän merkitystä: hän piti yleisluentoja ja kuuluisat Royal Institutionin lapsille suunnatut jouluillan luennot (Chemical History of a Candle) kasvattivat yleisön kiinnostusta luonnontieteisiin.
Faraday oli myös vakaumuksellinen kristitty (sandemanialainen), mikä muovasi hänen elämänasennettaan ja työetiikkaansa. Hän torjui julkisuuden ja kunnianosoitukset osin vakaumuksellisista syistä: hän kieltäytyi vastaanottamasta ritarin arvonimeä ja muista samanlaisista etuoikeuksista. Hänen töidensä tieteellinen vaikutus on kuitenkin ollut pitkäaikainen: Albert Einstein piti Faradayn valokuvaa työhuoneensa seinällä Isaac Newtonin ja James Clerk Maxwellin kuvan rinnalla.
Elämä ja kuolema
Faraday jatkoi kokeellista työtä ja luentoja pitkälle ikäänsä saakka. Hän kuoli 25. elokuuta 1867 Hampton Courtissa, Surreyssa. Hänen perintönsä elää paitsi termistöissä ja laitteissa myös modernin sähkötekniikan ja fysiikan perustana.
Vaikka Faradaylla oli rajoitettu muodollinen koulutus, hänen omistautumisensa, kokeellinen taituruutensa ja kyky havainnoida luonnon periaatteita tekivät hänestä yhden historian vaikutusvaltaisimmista tiedemiehistä.
Michael Faraday John Watkinsin valokuvasta, Brittiläinen kirjasto.
Life
Michael Faradayn perhe oli köyhä. Hänen isänsä James oli seppä. James Faraday oli tullut Lontooseen 1780-luvulla Luoteis-Englannista. Nuori Michael Faraday oli yksi neljästä lapsesta, ja hänellä oli vain peruskouluopetus. Neljätoistavuotiaana hän meni oppimaan kirjansitojaksi ja kirjakauppias George Riebau -nimiseltä mieheltä.
Seitsemän vuotta kestäneen Riebaun kirjojen tekemisen opintojensa aikana hän luki monia kirjoja. Hän luki Isaac Wattsin teoksen The improvement of the mind. Faraday käytti mielellään tämän kirjan ajatuksia työssään. Hän kiinnostui tieteestä, erityisesti sähköstä. Hän alkoi käydä julkisilla oppitunneilla, joita pitivät Lontoon tuon ajan parhaat tiedemiehet. Hän näytti tekemänsä muistiinpanot suurelle kemistille Sir Humphrey Davylle. Davy piti hänestä ja tarjosi hänelle assistentin työtä maaliskuussa 1813.
Faradayn tietämys kasvoi edelleen hänen auttaessaan Sir Humphrey Davya, kunnes hän teki omia löytöjä. Hänestä tuli lopulta professori vuonna 1833. Hänen työnsä merkitys nähtiin jo hänen elinaikanaan, ja Ison-Britannian hallitus myönsi hänelle palkkioksi eläkkeen vanhoilla päivillään.
Faradayn häkki
| Sähkömagnetismi |
|
|
| Sähkö - Magnetismi - Magneettinen permeabiliteetti |
| Sähkövaraus - Coulombin laki - |
| Magnetostaattinen Ampèren laki - Sähkövirta - Magneettikenttä - |
| Elektrodynamiikka Lorentzin voimalaki - emf - Sähkömagneettinen induktio - Faradayn laki - Lenzin laki - Siirtovirta - Maxwellin yhtälöt - Sähkömagneettinen kenttä - Sähkömagneettinen säteily - Liénard-Wiechertin potentiaali - Maxwellin tensori - Pyörrevirta |
| Sähköverkko Sähköjohtuminen - Sähkövastus - Kapasitanssi - |
| Kovariantti muotoilu Sähkömagneettinen tensori - Sähkömagneettinen jännitys-energia tensori - Nelivirta - Sähkömagneettinen nelipotentiaali - Sähkömagneettinen nelipotentiaali. |
Faraday havaitsi myös, että jos sähkö iskee metalliesineeseen, se kulkee vain esineen ulkopinnan läpi. Sisäpuolelle sähkö ei vaikuta. Tämä pitää sisällä olevat ihmiset turvassa, kun salama iskee autoon tai lentokoneeseen. Tätä kutsutaan nykyään Faradayn häkiksi.
Induktiolaki
Faraday totesi, että kun magneetti liikkuu kelan poikki ja luo "sähköä", tämä vaikutus on vain toissijainen eikä ota huomioon sitä, mitä langan sisällä todellisuudessa tapahtuu.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Kuka oli Michael Faraday?
V: Michael Faraday oli 1800-luvun tiedemies, joka oli lähtöisin vaatimattomista oloista sepän poikana. Vaikka hänellä oli vain peruskouluopetus, hänestä tuli yksi historian vaikutusvaltaisimmista tiedemiehistä, ja hänen katsotaan keksineen monia asioita sähköstä ja magnetismista.
Kysymys: Miten Faraday sai koulutuksen?
V: Paikallinen kirkkoherra näki hänen ilmeisen älykkyytensä ja maksoi hänelle paikallisen koulun, jotta hän oppisi lukemaan ja kirjoittamaan. Suurimmaksi osaksi hän oli kuitenkin autodidakti, joka opetti itse itseään.
K: Mitä palkintoja Faraday sai?
V: Faradaysta tuli Royal Societyn jäsen, ja hänelle myönnettiin Royal-, Copley- ja Rumford-mitalit.
K: Mitä sähköä koskevia löytöjä Faraday teki?
V: Hän löysi monia asioita siitä, miten johdossa virtaava sähkö voi toimia magneetin tavoin (nykyään sitä kutsutaan sähkömagnetismiksi). Hän sai myös paljon selville siitä, miten sähköä voidaan käyttää kemikaalien kanssa, jotta ne muuttuisivat (tätä kutsutaan nykyään sähkökemiaksi). Hän osoitti, että magnetismi pystyy vaikuttamaan valonsäteisiin, koska näiden kahden ilmiön välillä on perimmäinen yhteys.
Kysymys: Mitä keksintöjä Faraday loi?
V: Hän keksi sähkömagneettiset pyörivät laitteet, jotka muodostivat sähkömoottoritekniikan perustan, minkä ansiosta sitä voidaan käyttää nykyään tekniikassa. Hän teki myös ensimmäisen sähkömoottorin. Kemistinä hän keksi varhaisen Bunsen-polttimen ja popularisoi terminologiaa, kuten anodi, katodi, elektrodi ja ioni.
Kysymys: Missä Albert Einstein säilytti kuvia Michael Faradaysta?
V: Albert Einstein säilytti Michael Faradayn valokuvaa työhuoneensa seinällä Isaac Newtonin ja James Clerk Maxwellin kuvien rinnalla.
Etsiä