Велики учени. Майкъл Фарадей. Физикът Фарадей: биография, открития
Майкъл Фарадей: кратка биографияи неговите открития
Майкъл Фарадей е роден в Нюингтън Бътс на 22 септември 1791 г.По-късно селището е преименувано на Голям Лондон. Майкъл Фарадей от малко семейство: баща и майка имаха още един син и две дъщери. Малко и приятелско семействоизпрати младия Майкъл в училище, което трябваше да напусне, за да работи като пратеникв лондонска книжарница. След като практикува там, става чирак книговезец. Никога не беше възможно да се получи пълно образование, но младият Фарадей показа жажда за книги, които, разбира се, бяха налични в магазина на книговезника. По-късно ученият си спомни как четете произведения по електричествоопитвайки се да осъществя независими експерименти.
Семейството подкрепи таланта на Майкъл, но скоро баща му почина и младият мъж трябваше да се установи в живота сам. Обратът в кариерата идва след 1810 г. - Майкъл Фарадей участва активно в Градското философско общество, беше забелязан на научно-популярни лекции по физика, спорейки с учени, повечето от които посетиха и книговезницата. По късно поканен в Кралския институт за поредица от лекции, което му помогна да създаде необходимите запознанства и да се докаже.
През 1824 г. става член на Лондонското кралско дружество., спечелил си славата на "краля на експериментите". Заслугите на младия учен са признати от Парижката академия на науките. През 1825 г. той става ръководител на лабораторията на Кралския институт. През 1831 г. открива съществуването електромагнитна индукция в хода на многобройни експерименти и през следващите години той установява първия си закон.
Майкъл Фарадей, открития:
- Допълнителни токове при затворена електрическа верига;
- Определяне на посоката на електрическо движение;
- Доказана животинска и магнитна термоелектричество;
- Извеждане на понятия: анод, йон, катод, електрод, електролиза, електролит;
- Изобретил волтметъра;
- Доказани идеи за запазване на електрическия заряд (1843);
- Хипотезата за единството на природните сили и взаимното им преобразуване;
- Създава учението за електромагнитното поле;
- Изучава електромагнитната природа на светлината - "Мисли за лъчевите вибрации" от 1846 г.;
- Открива явлението диамагнетизъм (1854);
- Откриване на парамагнетизма (1857);
- Напредък в магнитооптиката;
- Поправена е концепцията за електро магнитно поле;
След откритията на Алберт Айнщайн, инвестициите на Майкъл Фарадей в развитието на науката са сред най-амбициозните в историята на 19 век. Въпреки вълнуващите изобретения и излъчването на мисленето, Майкъл Фарадей живееше много тихо, вероятно пренасяйки хармонията, към която е свикнал в семейството от детството си, до края на живота си. Заедно със съпругата си той е представител на протестантския клон "Гласите". Майкъл Фарадей умира на 25 август 1967 г. в Лондон.Майкъл Фарадей е увековечен с името на астероид и лунен кратер, както и с мерна единица - фарад.
Майкъл Фарадей цитира:
- „Важно е да знаете как да приемате всичко спокойно“;
- „Колкото повече неща трябва да правя, толкова повече научавам“;
- „Дори и най-чудотворното явление е реално, ако е напълно в съответствие със законите на природата“;
- „Науката побеждава, когато фантазията освободи крилете й“;
- "Продължавайте да опитвате - кой знае, може би е възможно ...";
(Все още няма оценки)
Споменавайки електромагнитното поле, не може да не си припомним известния английски физик Майкъл Фарадей (1791-1867). Бих искал също да кажа, че Майкъл Фарадей е чуждестранен почетен член на Академията на науките в Санкт Петербург от 1830 г. Този физик успя да установи в хода на експериментите химическия ефект на електрическия ток, както и да опише връзката между електрическия ток и магнетизма, магнетизма и светлинните потоци. Между 1833 и 1834 г. Фарадей създава законите за електролизата, които са кръстени на него. Неговите открития включват парамагнетизъм и диамагнетизъм, както и способността да се върти поляризирана светлина, заобиколена от магнитно поле. Заслугите на Фарадей включват въвеждането в нашия живот на такива понятия като електричество и магнитно поле, както и следствието от тяхното взаимодействие - електромагнитни вълни. Един от неговите учители е известният химик, физик и баща на електрохимията - Хъмфри Дейви.
Майкъл Фарадей (1771 - 1867)
Нека научим малко за биографията на известния Фарадей. Майкъл е роден на 22 април 1771 г. в семейството на обикновен ковач, а по-големият му брат следва стъпките на баща си. Майката на Фарадей беше проста и необразована жена и когато световното признание дойде при Майкъл, тя се гордееше със сина си.
Малкият доход на семейство Фарадей не му позволи да завърши дори гимназия. На 13 години има късмета да постъпи на работа в книжарница и книговезка работилница, където работи 10 години. През цялото това време той се самоук - чете достъпна литература и научни трудоведруги учени по физика, химия и започнаха да правят независими експерименти у дома (според описанията в книгите). Вечер посещава и лекции по физика и астрономия. Брат му ковач му помогнал с пари за лекции (една лекция струвала 1 шилинг). На тези лекции той намери нови приятели.
Кралски институт.
Посещението на лекции по физика и химия за Фарадей става решаващо в по-късния му живот. Той не само ги посещава като слушател, но и логично преплита тези лекции и след като написа заключенията си, ги изпрати на лектора, известния физик и химик Хъмфри Дейви, който по това време работеше в Кралския институт. Ученият беше толкова поразен от таланта млад мъжче той го кани през 1813 г. на поста асистент в Кралския институт и след това го завежда на пътуване до научни центровеЕвропа. По време на това пътуване Фарадей се запознава с работата на някои научни лаборатории, а също така се среща с водещите учени от онова време - А. Ампер, М. Шеврел, Ж. Л. Гей-Люсак и други, които също отбелязват удивителните способности на младия учен .
Научни изследвания Фарадей.
Вдъхновен от пътуването си до Европа, Фарадей се завръща в Кралския институт през 1815 г. и започва свои собствени изследвания. И още през 1816 г. той самостоятелно започва да чете публични курсове по физика и химия в Обществото за самообразование. През този период се появяват първите му печатни произведения.
През 1821 г. Фарадей става надзирател на помещенията и лабораториите на Кралския институт. По това време той успя да напише 2 научни статии: "Въртене на тока около магнита" и "Редуциран хлор". Тази година той също се ожени и беше щастлив от това.
В областта на химията той успява да публикува 40 научни статии до 1821 г., но тогава електромагнетизмът приковава вниманието му. През 1820 г. Ханс Ерстед открива магнитното действие на електрическия ток, което дава на Фарадей предпоставките за изучаване на връзката между електрическия ток и магнетизма. През 1822 г. Фарадей дори прави запис в лабораторния си дневник: „Превърнете магнетизма в електрически ток“. Но Фарадей не само работи през този период в областта на физиката, но не забрави и химията. През 1824 г. Фарадей успява да получи течен хлор.
Още през 1824 г. Фарадей е избран за член на Научното кралско дружество, въпреки известна опозиция срещу Дейви. Въпреки че по едно време Дейви твърди, че смята Фарадей за най-значимото си откритие, а последният смята Дейви за велик учен.
Година след като е избран в Кралското общество, Фарадей оглавява лабораторията на Кралския институт, а през 1827 г. става професор.
Електромагнитната индукция на Фарадей.
През 1831 г. Фарадей открива явлението електромагнитна индукция, което той описва като явление, произтичащо от взаимодействието на електрическо поле и магнитно поле. Това откритие постави основите на съвременната електротехника. Но Фарадей не се интересуваше от неговите приложни възможности научни постижения, той се интересуваше повече от законите на природата.
Лекции по Фарадей.
Благодарение на електромагнитната индукция Фарадей става известен. Но той постоянно чувстваше недостиг на средства и затова поиска от правителството пожизнена пенсия. През 1835 г. му е назначена тази надбавка. Но когато разбра, че министърът на икономиката е направил това като подаяние на беден учен, той му написа писмо, че отказва всякакви субсидии. Наложи се министърът на икономиката да се извини на учения.
В периода от 1833 до 1834 г. Майкъл Фарадей изучава преминаването на електрически ток през различни химически разтвори: киселини, соли и основи, които стават основата на електролизата. Откритията на Фарадей станаха основа за създаването на дискретни носители на заряд.
Огромният психически стрес подкопава здравето на Фарадей и той е принуден да спре научната работа през 1840 г. Фарадей се завръща към науката едва през 1848 г. и започва да изследва въртенето на равнината на поляризация на светлината, която се разпространява в прозрачни вещества под действието на магнитно поле, което се нарича ефект на Фарадей. Това откритие свързва оптиката и електромагнетизма. Светогледът на Фарадей се основава на връзката между електричеството, магнетизма, оптиката и други физически и химични явления.
През 1855 г. Фарадей се разболява още повече и започва да губи паметта си. Трябваше да прави бележки в лабораторния дневник за всичко, което се случи, за да може да си спомни по-късно. Болестта му го отчужди от приятели и познати. Той дори трябваше да се откаже от любимите си лекции пред деца.
Заслуги на Фарадей.
Дори е трудно да се измери приносът на Фарадей към науката, неговата научна работа и открития са безценни. Той е първият, който излага теория на полето в ученията за електричеството и магнетизма. Електромагнитното поле е известно с научна работаФарадей.
Закон на Фарадей. Електромагнитна индукция.
Джеймс Клерк Максуел нарича Фарадей човек, който може да види невидимото в електромагнитното поле, което прониква в пространството. И В.Н. Григориев нарече произведенията на Фарадей врата към нова ерафизика.
На 22 септември 2011 г. се навършиха 220 години от рождението на Майкъл Фарадей (1791–1867), английски физик експериментатор, който въвежда понятието „поле“ в науката и полага основите на концепцията за физическата реалност на електрическите и магнитните полета . В наши дни понятието поле е познато на всеки ученик в гимназията. Първоначална информацияотносно електрическите и магнитните полета и как да ги опишем с помощта на силови линии, напрежения, потенциали и т.н. отдавна са включени в училищните учебници по физика. В същите учебници можете да прочетете, че полето е специална формаматерията, коренно различна от материята. Но с обяснението в какво точно се състои тази „специалност“ възникват сериозни трудности. Естествено, авторите на учебници не могат да бъдат винени за това. В края на краищата, ако полето не се свежда до някакви други, по-прости същности, тогава няма какво да се обяснява. Просто трябва да приемете физическата реалност на полето като експериментално установен факт и да се научите как да работите с уравненията, които описват поведението на този обект. Например Ричард Файнман призовава за това в своите Лекции, като отбелязва, че учените за дълго времете се опитаха да обяснят електромагнитното поле с помощта на различни механични модели, но след това изоставиха тази идея и смятаха, че само системата от известни уравнения на Максуел, описващи полето, има физически смисъл.
Това означава ли, че трябва напълно да се откажем от опитите си да разберем какво е поле? Изглежда, че запознаването с „Експериментални изследвания на електричеството“ на Майкъл Фарадей, грандиозен тритомен труд, който брилянтният експериментатор създава повече от 20 години, може да помогне значително за отговора на този въпрос. Именно тук Фарадей въвежда концепцията за поле и развива стъпка по стъпка идеята за физическата реалност на този обект. В същото време е важно да се отбележи, че Експерименталните изследвания на Фарадей - една от най-великите книги в историята на физиката - е написана на отличен език, не съдържа нито една формула и е доста достъпна за ученици.
Въведение в полето. Фарадей, Томсън и Максуел
Терминът "поле" (по-точно: "магнитно поле", "поле на магнитни сили") е въведен от Фарадей през 1845 г. в хода на изследване на явлението диамагнетизъм (въведени са и термините "диамагнетизъм" и "парамагнетизъм" от Фарадей) - открит ефект ученислабо отблъскване от магнит на редица вещества. Първоначално полето се разглежда от Фарадей като чисто спомагателна концепция, всъщност като координатна мрежа, образувана от магнитни силови линиии се използва при описание на естеството на движението на тела в близост до магнити. По този начин парчета диамагнитни вещества, като бисмут, се преместиха от зоните на удебеляване на силовите линии към зоните на тяхното разреждане и бяха разположени перпендикулярно на посоката на линиите.
Малко по-късно, през 1851-1852 г., когато математически описва резултатите от някои от експериментите на Фарадей, терминът "поле" понякога се използва от английския физик Уилям Томсън (1824-1907). Що се отнася до създателя на теорията електромагнитно полеДжеймс Клерк Максуел (1831–1879), тогава в неговите произведения терминът „поле“ също практически не се среща първоначално и се използва само за обозначаване на тази част от пространството, в която могат да бъдат открити магнитни сили. Само в работата „Динамична теория на електромагнитното поле“, публикувана през 1864–1865 г., в която за първи път се появява системата от „уравнения на Максуел“ и възможността за съществуването на електромагнитни вълниразпространявайки се със скоростта на светлината, за полето се говори като за физическа реалност.
Това накратко е историята на въвеждането на понятието "поле" във физиката. От него се вижда, че първоначално тази концепция се е считала за чисто спомагателна, обозначаваща просто тази част от пространството (тя може да бъде неограничена), в която могат да бъдат открити магнитни сили и тяхното разпределение може да бъде изобразено с помощта на силови линии. (Терминът " електрическо поле”започва да се използва едва след създаването на теорията за електромагнитното поле от Максуел.)
Важно е да се подчертае, че нито силовите линии, известни на физиците преди Фарадей, нито „състоящото” се от тях поле са били разглеждани (и не са могли да се считат!) от научната общност на 19 век за физическа реалност. Опитите на Фарадей да говори за материалността на силовите линии (или Максуел - за материалността на полето) бяха възприети от учените като напълно ненаучни. Дори Томсън, старият приятел на Максуел, който сам направи много за развитието на математическите основи на физиката на полето (Томсън, а не Максуел, пръв показа възможността за „превеждане“ на езика на силовите линии на Фарадей на езика на частичния диференциал уравнения), нарече теорията на електромагнитното поле „математически нихилизъм“ и дълго време отказваше да го признае. Ясно е, че Томсън би могъл да действа по този начин само ако имаше много сериозни причини за това. И имаше такива причини.
Силово поле и сила на Нютон
Причината, поради която Томсън не може да разпознае реалността на силовите линии и полетата, е проста. Силовите линии на електрическото и магнитното поле се определят като непрекъснати линии, начертани в пространството, така че допирателните към тях във всяка точка да показват посоките на електрическите и магнитните сили, действащи в тази точка. Големините и посоките на тези сили се изчисляват с помощта на законите на Кулон, Ампер и Био-Савар-Лаплас. Тези закони обаче се основават на принципа на действие на далечни разстояния, което позволява моментално предаване на действието на едно тяло на друго на всяко разстояние и по този начин изключва съществуването на каквито и да било материални посредници между взаимодействащи заряди, магнити и течения.
Трябва да се отбележи, че много учени бяха скептични относно принципа, че телата по някакъв мистериозен начин могат да действат там, където не съществуват. Дори Нютон, който пръв използва този принцип при извеждането на закона за всемирното привличане, вярваше, че между взаимодействащи тела може да съществува някакъв вид субстанция. Но ученият не искаше да изгражда хипотези за това, предпочитайки да се развива математически теориизакони, основани на твърди факти. Последователите на Нютон направиха същото. Според Максуел, те буквално са "изметени от физиката" всички видове невидими атмосфери и изтичания, които през 18 век заобикалят магнити и заряди от поддръжниците на концепцията за действие на къси разстояния. Независимо от това, във физиката на 19 век интересът към сякаш завинаги забравени идеи постепенно започва да се възражда.
Една от най-важните предпоставки за това възраждане бяха проблемите, които възникнаха при опитите да се обяснят нови явления - преди всичко явленията на електромагнетизма - въз основа на принципа на действието на далечни разстояния. Тези обяснения ставаха все по-изкуствени. Така през 1845 г. немският физик Вилхелм Вебер (1804–1890) обобщава закона на Кулон, като въвежда в него условия, които определят зависимостта на силата на взаимодействие електрически зарядивърху техните относителни скорости и ускорения. физически смисълподобна зависимост беше неразбираема и допълненията на Вебер към закона на Кулон явно бяха от естеството на хипотеза, въведена за обяснение на явленията на електромагнитната индукция.
В средата на 19-ти век физиците все повече осъзнават, че когато изучават явленията електричество и магнетизъм, експериментът и теорията започват да говорят в различни езици. По принцип учените бяха готови да приемат идеята за съществуването на вещество, което предава взаимодействието между заряди и токове с крайна скорост, но не можаха да приемат идеята за физическата реалност на полето. Преди всичко поради вътрешната непоследователност на тази идея. Факт е, че във физиката на Нютон силата е въведена като причина за ускорението на материална точка. Нейната (сила) стойност е равна, както е известно, на произведението на масата на тази точка и ускорението. Така силата като физична величина се определя в точката и в момента на нейното действие. „Самият Нютон ни напомня“, пише Максуел, „че силата съществува само докато действа; нейното действие може да се запази, но самата сила като такава по същество е преходно явление.
Опитвайки се да разглеждат полето не като удобна илюстрация на естеството на разпределението на силите в пространството, а като физически обект, учените влязоха в конфликт с първоначалното разбиране на силата, на базата на която е изграден този обект. Във всяка точка полето се определя от величината и посоката на силата, действаща върху изпитваното тяло (заряд, магнитен полюс, намотка с ток). Всъщност полето се "състои" само от сили, но силата във всяка точка се изчислява на базата на закони, според които е безсмислено да се говори за полето като физическо състояние или процес. Полето, разглеждано като реалност, би означавало реалността на силите, които съществуват извън всяко действие, което напълно противоречи на първоначалната дефиниция на силата. Максуел пише, че в случаите, когато говорим за "запазване на сила" и така нататък, би било по-добре да използваме термина "енергия". Това със сигурност е правилно, но каква енергия е енергията на полето? По времето, когато Максуел написа горните редове, той вече знаеше, че енергийната плътност на, например, електрическо поле е пропорционална на квадрата на интензитета на това поле, т.е. отново силата, разпределена в пространството.
Концепцията за мигновено действие на разстояние е неразривно свързана с нютоновото разбиране за сила. В края на краищата, ако едно тяло действа върху друго, отдалечено, а не мигновено (всъщност унищожавайки разстоянието между тях), тогава ще трябва да вземем предвид силата, движеща се в пространството, и да решим каква „част“ от силата причинява наблюдаваното ускорение и какво значение има тогава понятието "сила". Или трябва да признаем, че движението на силата (или полето) се случва по някакъв специален начин, който не се вписва в рамките на Нютоновата механика.
През 1920 г. в статията "Етерът и теорията на относителността" Алберт Айнщайн (1879-1955) пише, че говорейки за електромагнитното поле като реалност, трябва да признаем съществуването на специален физически обект, който по принцип не може да бъде представена като състояща се от частици, поведението на всяка от които подлежи на изследване във времето. По-късно Айнщайн описва създаването на теорията за електромагнитното поле като най-голямата революция в нашите възгледи за структурата на физическата реалност от времето на Нютон. Благодарение на тази революция във физиката, наред с идеите за взаимодействието на материалните точки, навлязоха идеите за полета, сякаш не се свеждат до нищо друго.
Но как е възможна тази промяна с оглед на реалността? Как физиката успя да излезе извън своите граници и да „види“ това, което за нея преди като реалност просто не съществуваше?
Изключително важна роля в подготовката на тази революция изиграха дългогодишните експерименти на Фарадей със силовите линии. Благодарение на Фарадей тези линии, добре познати на физиците, се превърнаха от начин за изобразяване на разпределението на електрическите и магнитните сили в пространството в своеобразен "мост", движейки се по който успяха да проникнат в света, който е, като това беше „зад силата“ в света, в който силите се превърнаха в проявления на полетата на свойствата. Ясно е, че подобна трансформация изисква много специален вид талант, талант, който Майкъл Фарадей притежава.
Страхотен експериментатор
Майкъл Фарадей е роден на 22 септември 1791 г. в лондонско семейство на ковач, което поради липса на средства не успява да образова децата си. Майкъл - третото дете в семейството - не завърши и основно училищеи на 12-годишна възраст е чирак в книговезка работилница. Там той получава възможността да прочете много книги, включително научно-популярни, запълвайки пропуските в образованието си. Фарадей скоро започва да посещава публичните лекции, които се провеждат редовно в Лондон, за да разпространяват знания сред широката публика.
През 1812 г. един от членовете на Лондонското кралско общество, който редовно използваше услугите на книговезка работилница, покани Фарадей да слуша лекции на известния физик и химик Хъмфри Дейви (1778-1829). Този момент се превърна в повратна точка в живота на Фарадей. Младият мъж най-накрая беше увлечен от науката и тъй като срокът на обучението му в работилницата приключваше, Фарадей се осмели да пише на Дейви за желанието си да прави изследвания, като приложи към писмото внимателно подвързани бележки от лекциите на учения. Дейви, който самият бил син на беден дърворезбар, не само отговорил на писмото на Фарадей, но и му предложил асистентска позиция в Кралския институт в Лондон. Ето как започна научна дейностФарадей, което продължи почти до смъртта му, настъпила на 25 август 1867 г.
Историята на физиката познава много изключителни експериментатори, но може би само Фарадей е наречен Експериментатор с главна буква. И въпросът не е само в неговите колосални постижения, сред които са откритията на законите на електролизата и явленията на електромагнитната индукция, изследването на свойствата на диелектриците и магнитите и много други. Често важни открития са направени повече или по-малко случайно. Невъзможно е да се каже същото за Фарадей. Неговите изследвания винаги са били забележителни със своята удивителна редовност и целенасоченост. И така, през 1821 г. Фарадей записва в работния си дневник, че започва да търси връзка между магнетизма, електричеството и оптиката. Той открива първата връзка 10 години по-късно (откриването на електромагнитната индукция), а втората - 23 години по-късно (откриването на въртенето на равнината на поляризация на светлината в магнитно поле).
Експерименталните изследвания на Фарадей в електричеството има около 3500 параграфа, много от които съдържат описания на неговите експерименти. И това е точно това, което Фарадей сметна за подходящо да публикува. В многотомните "Дневници" на Фарадей, които той води от 1821 г., са описани около 10 хиляди експеримента, като много от тях ученият извършва без чужда помощ. Интересното е, че през 1991 г., когато научен святчестваха 200-годишнината от рождението на Фарадей, английските историци на физиката решиха да повторят някои от най-известните му експерименти. Но дори и за просто възпроизвеждане на всеки от тези експерименти, екипът съвременни специалистиотне поне един ден работа.
Говорейки за заслугите на Фарадей, можем да кажем, че основното му постижение е превръщането на експерименталната физика в независима област на изследване, чиито резултати често могат да изпреварват с години развитието на теорията. Фарадей смята желанието на много учени да преминат възможно най-бързо от данните, получени в експерименти, към тяхното теоретично обобщение като изключително непродуктивно. На Фарадей му се струваше по-плодотворно да поддържа дългосрочна връзка с изследваните явления, за да може подробно да анализира всички техни характеристики, независимо дали тези характеристики отговарят на приетите теории или не.
Фарадей разшири този подход към анализа на експериментални данни до добре познатите експерименти за подреждането на железни стърготини по линиите на магнитното поле. Разбира се, ученият знаеше отлично, че моделите, които образуват железни стърготини, могат лесно да бъдат обяснени въз основа на принципа на действие на далечни разстояния. Фарадей обаче вярваше в това този случайекспериментаторите трябва да изхождат не от концепции, измислени от теоретиците, а от явления, които според него свидетелстват за съществуването в заобикалящото пространство магнити и течения на определени състояния, които са готови за действие. С други думи, силовите линии, според Фарадей, показват, че силата трябва да се разглежда не само като действие (върху материална точка), но и като способност за действие.
Важно е да се подчертае, че следвайки своята методология, Фарадей не се опитва да изложи никакви хипотези за природата на тази способност за действие, предпочитайки постепенно да натрупва опит в хода на работа със силовите линии. Началото на тази работа е положено в неговите изследвания на явленията на електромагнитната индукция.
Продължително отваряне
В много учебници и справочници можете да прочетете, че на 29 август 1831 г. Фарадей открива явлението електромагнитна индукция. Историците на науката добре знаят, че датирането на откритията е сложно и често много объркващо. Откриването на електромагнитната индукция не е изключение. От Дневниците на Фарадей е известно, че той е наблюдавал това явление още през 1822 г. по време на експерименти с две проводящи вериги, поставени върху сърцевина от меко желязо. Първата верига беше свързана към източник на ток, а втората - към галванометър, който регистрира появата на краткотрайни токове при включване или изключване на тока в първата верига. По-късно се оказа, че подобни явления са наблюдавани и от други учени, но, подобно на Фарадей в началото, те ги смятат за експериментална грешка.
Факт е, че в търсене на феномена на генериране на електричество чрез магнетизъм, учените са се стремили да открият стабилни ефекти, подобни например на феномена на магнитното действие на тока, открит от Ерстед през 1818 г. Фарадей е спасен от тази всеобща "слепота" от две обстоятелства. Първо, внимателно внимание към всички природни явления. В своите статии Фарадей съобщава както за успешни, така и за неуспешни експерименти, вярвайки, че неуспешният (неразкриващ желания ефект), но смислено организиран експеримент също съдържа известна информация за законите на природата. Второ, малко преди откритието Фарадей експериментира много с разрядите на кондензатори, което несъмнено изостри вниманието му към краткосрочните ефекти. Редовно преглеждайки дневниците си (за Фарадей това беше постоянна част от изследванията), ученият очевидно е хвърлил нов поглед върху експериментите от 1822 г. и след като ги е възпроизвел, осъзнал, че има работа не с намеса, а с желаното явление. Датата на това осъществяване е 29 август 1831 г.
Тогава започват интензивни изследвания, по време на които Фарадей открива и описва основните явления на електромагнитната индукция, включително появата на индукционни токове по време на относителното движение на проводници и магнити. Въз основа на тези изследвания Фарадей стига до извода, че решаващото условие за възникване на индукционни токове е именно кръстовищепроводник на линии на магнитна сила, а не преход към области на по-големи или по-малки сили. В същото време, например, появата на ток в един проводник, когато токът е включен в друг, разположен наблизо, Фарадей също обяснява в резултат на това, че проводникът пресича силовите линии: „магнитните криви изглежда се движат ( така да се каже) през индуцирания проводник, като се започне от момента, в който те започнат да се развиват, и до момента, в който силата на магнитния ток достигне най-голямата стойност; изглежда, че се разпространяват в страните на жицата и следователно са по отношение на фиксираната жица в същата позиция, сякаш се движи в обратна посока през тях.
Нека обърнем внимание на това колко пъти Фарадей използва думите „сякаш“ в горния пасаж, както и на факта, че той все още не разполага с познатата ни количествена формулировка на закона за електромагнитната индукция: силата на тока в проводяща верига е пропорционална на скоростта на промяна в броя на линиите на магнитното поле, преминаващи през тази верига. Формулировка, близка до тази, се появява при Фарадей едва през 1851 г. и се отнася само за случая на проводник, движещ се в статично магнитно поле. Според Фарадей, ако проводник се движи в такова поле с постоянна скорост, тогава силата на електрическия ток, възникващ в него, е пропорционална на тази скорост, а количеството електричество, което се движи, е пропорционално на броя на линиите на магнитното поле пресечен от диригента.
Предпазливостта на Фарадей при формулирането на закона за електромагнитната индукция се дължи главно на факта, че той може правилно да използва концепцията за линия на сила само по отношение на статични полета. В случай на променливи полета това понятие придоби метафоричен характер и непрекъснати резерви „като че ли“, когато говорим сиотносно движещите се силови линии показват, че Фарадей е разбирал това много добре. Той също така не можеше да пренебрегне критиките на онези учени, които му посочиха, че силовата линия е, строго погледнато, геометричен обект и е просто безсмислено да се говори за неговото движение. Освен това в експериментите имаме работа със заредени тела, проводници с ток и т.н., а не с абстракции като силови линии. Следователно Фарадей трябваше да покаже, че когато се изучават поне някои класове явления, човек не може да се ограничи до разглеждането на проводници с ток и да не вземе предвид пространството около тях. И така, в работа, посветена на изследването на явленията на самоиндукция, без изобщо да споменава силовите линии, Фарадей изгражда история за своите експерименти по такъв начин, че самият читател постепенно стига до заключението, че истинската причина за наблюдаваните явления не са проводници с ток, а нещо, разположено в пространството около тях.
Полето е като предчувствие. Изследване на феномена на самоиндукцията
През 1834 г. Фарадей публикува деветата част от „Експериментални изследвания“, която се нарича „За индуктивния ефект на електрически ток върху себе си и за индуктивния ефект на токовете като цяло“. В тази работа Фарадей изследва явленията на самоиндукция, открити през 1832 г. от американския физик Джоузеф Хенри (1797–1878), и показва, че те представляват специален случайпреди това изследвани явления на електромагнитната индукция.
Фарадей започва работата си с описание на редица явления, състоящи се във факта, че когато електрическа верига, съдържаща дълги проводници или намотка на електромагнит, се отвори, възниква искра в точката на прекъсване на контакта или се усеща електрически удар, ако контактът е разкачен на ръка. В същото време, посочва Фарадей, ако проводникът е къс, тогава не е възможно да се получи искра или токов удар с никакви трикове. Така се оказа, че появата на искра (или удар) зависи не толкова от силата на тока, протичащ през проводника преди прекъсване на контакта, а от дължината и конфигурацията на този проводник. Следователно Фарадей, на първо място, се стреми да покаже, че въпреки че първоначалната причина за искрата е токът (ако изобщо не е имало искра във веригата, тогава, разбира се, няма да има искра), силата на токът не е от решаващо значение. За да направи това, Фарадей описва поредица от експерименти, при които дължината на проводника първо се увеличава, което води до усилване на искрата, въпреки отслабването на тока във веригата поради увеличаване на съпротивлението. След това този проводник се усуква, така че токът да тече само през малка част от него. В същото време силата на тока се увеличава рязко, но искрата изчезва при отваряне на веригата. По този начин нито самият проводник, нито силата на тока в него могат да се считат за причина за искрата, чиято величина, както се оказва, зависи не само от дължината на проводника, но и от неговата конфигурация. Така че, когато проводникът е навит в спирала, както и когато в тази спирала се въведе желязна сърцевина, големината на искрата също се увеличава.
В продължение на изследването на тези явления, Фарадей свързва спомагателен къс проводник, успореден на контактния отвор, чието съпротивление е много по-голямо от това на главния проводник, но по-малко от това на искрова междина или отвора на тялото на човека контактът. В резултат на това искрата изчезна при отваряне на контакта и в спомагателния проводник се появи силен краткотраен ток (Фарадей го нарича допълнителен ток), чиято посока се оказа противоположна на посоката на тока, който би тече през него от източника. „Тези експерименти“, пише Фарадей, „установяват значителна разлика между първичния, или вълнуващ, ток и допълнителния ток по отношение на количеството, интензивността и дори посоката; те ме доведоха до заключението, че допълнителният ток е идентичен с индуцирания ток, който описах по-рано.
След като представи идеята за връзката на изучаваните явления с явленията на електромагнитната индукция, Фарадей допълнително постави редица гениални експерименти, потвърждаващи тази идея. В един от тези експерименти, до намотка, свързана към източник на ток, беше поставена друга отворена намотка. Когато се изключи от източника на ток, първата намотка даде силна искра. Ако обаче краищата на другата спирала се затворят, искрата практически изчезва и във втората спирала възниква краткотраен ток, чиято посока съвпада с посоката на тока в първата спирала, ако веригата е отворена, и беше срещу него, ако веригата беше затворена.
След като установи връзката между двата класа явления, Фарадей успя лесно да обясни експериментите, извършени по-рано, а именно усилването на искра, когато проводникът се удължи, навие, в него се въведе желязна сърцевина и т.н.: „Ако наблюдаваме индуктивното действие на проводник с дължина един фут върху близо жицата също е дълга един фут, тогава се оказва много слаба; но ако същият ток премине през проводник с дължина петдесет фута, той ще индуцира в съседния проводник с дължина петдесет фута, в момента на осъществяване или прекъсване на контакта, много по-силен ток, сякаш всеки допълнителен фут от проводника добавя нещо до общия ефект; по аналогия заключаваме, че същото явление трябва да има и когато свързващият проводник служи едновременно с проводник, в който се образува индуциран ток. Следователно, заключава Фарадей, увеличаването на дължината на проводника, сгъването му в спирала и въвеждането на сърцевина в него засилва искрата. Към действието на едно завъртане на спиралата върху друго се добавя действието на демагнетизиращото ядро. В същото време съвкупността от такива действия може да се компенсира взаимно. Например, ако дълъг изолиран проводник е сгънат наполовина, тогава поради противоположното индуктивно действие на двете му половини, искрата ще изчезне, въпреки че в изправено състояние този проводник дава силна искра. Замяната на желязното ядро със стоманено, което се демагнетизира много бавно, също доведе до значително отслабване на искрата.
И така, водейки читателя чрез подробни описания на наборите от извършени експерименти, Фарадей, без да казва нито дума за областта, формирала у него, читателя, идеята, че решаващата роля в изследваните явления принадлежи не на проводниците с ток, а а към някакъв създаден от тях вид в околното пространство.тогава състоянието на намагнитване, по-точно скоростта на изменение на това състояние. Въпросът дали това състояние наистина съществува и може ли да бъде обект на експериментални изследвания обаче остана открит.
Проблемът за физическата реалност на силовите линии
Фарадей успя да направи значителна стъпка в доказването на реалността на силовите линии през 1851 г., когато дойде с идеята за обобщаване на концепцията за силова линия. „Магнитната силова линия“, пише Фарадей, „може да се дефинира като линията, която малка магнитна стрелка описва, когато се движи в една или друга посока по посока на нейната дължина, така че стрелката остава допирателна към движението през цялото време времето; или, с други думи, това е линията, по която напречен проводник може да се движи във всяка посока и в последния няма да има желание да генерира ток, докато когато се движи в друга посока, такова желание съществува .
По този начин линията на силата е дефинирана от Фарадей въз основа на два различни закона (и разбирания) за действието на магнитната сила: нейното механично действие върху магнитна стрелка и нейната способност (в съответствие със закона за електромагнитната индукция) да генерира електрическа сила. Тази двойна дефиниция на силовата линия като че ли я „материализира“, придаде й значението на специални, експериментално открити посоки в пространството. Затова Фарадей нарича такива силови линии „физически“, вярвайки, че сега ще може най-накрая да докаже тяхната реалност. Проводникът в такава двойна дефиниция може да бъде представен като затворен и плъзгащ се по силовите линии, така че, като се деформира постоянно, да не пресича линиите. Този проводник би отделил определен условен "брой" линии, които се запазват при "удебеляване" или "разреждане". Такова плъзгане на проводник в полето на магнитните сили без появата на електрически ток в него би могло да се разглежда като експериментално доказателство за запазването на броя на силовите линии по време на тяхното "разпространяване", например от полюса на магнит и по този начин като доказателство за реалността на тези редове.
Разбира се, истински проводник е практически невъзможно да се премести, така че да не пресече силовите линии. Следователно Фарадей обосновава по различен начин хипотезата за запазването на техния брой. Нека магнит с полюс N и проводник abcdразположени така, че да могат да се въртят една спрямо друга около оста реклама(Фиг. 1; рисунката е направена от автора на статията по рисунки на Фарадей). В този случай част от проводника рекламапреминава през отвора в магнита и има свободен контакт в точката д. Безплатен контакт се осъществява и на място ° С, така че сюжетът пр.н.еможе да се върти около магнита, без да прекъсва електрическата верига, свързана в точките аИ b(също чрез плъзгащи се контакти) към галванометъра. Диригент пр.н.ес пълно завъртане около оста рекламапресича всички силови линии, излизащи от полюса на магнита N. Сега нека проводникът се върти с постоянна скорост. След това, сравнявайки показанията на галванометъра при различни позиции на въртящия се проводник, например в положение abcdИ бременна ab"c"d, когато проводникът за пълен оборот отново пресича всички силови линии, но вече в местата на по-голямото им разреждане, може да се установи, че показанията на галванометъра са еднакви. Според Фарадей това показва запазването на определен условен брой силови линии, които могат да характеризират северния полюс на магнита (колкото по-голямо е това "число", толкова по-силен е магнитът).
Въртейки в своята инсталация (фиг. 2; чертеж на Фарадей) не проводник, а магнит, Фарадей стига до извода, че броят на силовите линии във вътрешната област на магнита се запазва. В същото време неговите разсъждения се основават на предположението, че силовите линии не се увличат от въртящ се магнит. Тези линии остават "на мястото си", докато магнитът се върти между тях. В този случай токът по големина е същият като при въртене на външния проводник. Фарадей обяснява този резултат, като казва, че въпреки че външната част на проводника не пресича линиите, тя вътрешна част (cd), въртяща се с магнита, пресича всички прави, минаващи вътре в магнита. Ако външната част на проводника е фиксирана и се върти заедно с магнита, тогава не възниква ток. Това също може да се обясни. В действителност вътрешната и външната част на проводника пресичат еднакъв брой силови линии, насочени в една и съща посока, така че токовете, индуцирани в двете части на проводника, се компенсират взаимно.
От експериментите следва, че вътре в магнита силовите линии не вървят от северния полюс към южния, а обратното, образувайки затворени криви с външни силови линии, което позволява на Фарадей да формулира закона за запазване на броя на магнитни силови линии във външното и вътрешното пространство постоянен магнит: „С това удивително разпределение на силите, което се разкрива посредством движещ се проводник, магнитът е точно като електромагнитна намотка, както във факта, че силовите линии протичат под формата на затворени кръгове, така и в равенството на тяхната сума отвътре и отвън." По този начин понятието "брой линии на сила" получи правата на гражданство, поради което формулирането на закона за пропорционалност на електродвижещата сила на индукция към броя на линиите на силата, пресичани от проводника за единица време, придоби физическо значение.
Фарадей обаче призна, че неговите резултати не са окончателното доказателство за реалността на силовите линии. За такова доказателство, пише той, е необходимо „да се установи съотношението на силовите линии към времето“, т.е. да се покаже, че тези линии могат да се движат в пространството с крайна скорост и следователно могат да бъдат открити с всякакви физически методи .
Важно е да се подчертае, че проблемът с "физическите силови линии" няма нищо общо с опитите на Фарадей да открие директно обикновените силови линии. След откриването на електромагнитната индукция, Фарадей вярва, че както обикновените силови линии, така и законите на електромагнетизма са проявления на някои специални свойстваматерия, нейното специално състояние, което ученият нарича електротонично. В същото време въпросът за същността на това състояние и връзката му с известните форми на материята, според Фарадей, беше открит: „Какво е това състояние и от какво зависи, ние не можем да кажем сега. Може би се дължи на етера, като светлинен лъч... Може би е състояние на напрежение, или състояние на вибрация, или някакво друго състояние, подобно на електрически ток, с които магнитните сили са толкова тясно свързани. Дали наличието на материя е необходимо за поддържане на това състояние зависи от това какво се разбира под думата "материя". Ако концепцията за материя е ограничена до тежки или гравитиращи субстанции, тогава присъствието на материя е също толкова малко важно за физическите линии на магнитна сила, колкото е за лъчите на светлината и топлината. Но ако, допускайки етера, приемем, че това е вид материя, тогава силовите линии могат да зависят от всяко негово действие.
Толкова голямо внимание, което Фарадей обърна на силовите линии, се дължеше преди всичко на факта, че той ги виждаше като мост, водещ към някакъв вид напълно нов свят. Въпреки това беше трудно дори за такъв брилянтен експериментатор като Фарадей да премине през този мост. Всъщност този проблем изобщо не позволяваше чисто експериментално решение. Човек обаче може да се опита да проникне математически в пространството между силовите линии. Точно това направи Максуел. Неговата известни уравнениястана инструментът, който направи възможно проникването в несъществуващите пролуки между силовите линии на Фарадей и в резултат на това да се открие нова физическа реалност там. Но това е друга история – историята на Великия теоретик.
Това се отнася до книгата на Р. Фейнман, Р. Лейтън и М. Сандс "Фейнманови лекции по физика" (М.: Мир, 1967) ( Забележка. изд.)
В руски превод първият том на тази книга е публикуван през 1947 г., вторият - през 1951 г., а третият - през 1959 г. в поредицата "Класици на науката" (М.: Издательство АН СССР). ( Забележка. изд.)
През 1892 г. Уилям Томсън е удостоен с титлата "лорд Келвин" за фундаментална работа в различни областифизика, по-специално полагането на трансатлантическия кабел, свързващ Англия и Съединените щати.
Дата на раждане: 22 септември 1791 г
Дата на смъртта: 25 август 1867 г
Място на раждане: поз. Нюингтън Бътс, Лондон
Майкъл Фарадей- учен. Майкъл Фарадей(Майкъл Фарадей) е английски учен, който изучава науката в пресечната точка на физиката и химията. Стана пионер в областта на електромагнитните полета.
Майкъл за първи път видя светлината през септември 1791 г. в покрайнините на Лондон. Семейството не беше проспериращо - бащата Джеймс работеше като ковач. Въпреки неаристократичния произход, бъдещият учен е привлечен от знанието от ранна възраст. За съжаление, на 13-годишна възраст той напуска училище, за да се опита да спечели пари. Първо работно мястоМайкъл беше отвън и доставяше печатни материали.
Скоро Джеймс успява да влезе в книжарница като чирак. Още тогава най-много се интересуваше от книги, свързани с химия или физика. Бъдещият учен веднага се опита да приложи на практика прочетеното в тези книги - постави различни експерименти. Баща и брат помагаха с каквото могат. Подкрепата беше морална и финансова. Семейството не беше против домашната лаборатория, където експериментите продължиха. Фарадей споделя своите резултати с градското общество, където се провеждат дискусии по проблемите на физиката, астрономията и философията.
През 1812 г. се случва незначително събитие, от което всъщност започва истинската научна кариера на Фарадей. В книжарницата, където работеше младият талант, един ден се появи учен. Виждайки интерес към точните науки, ученият даде билет на Майкъл.
Билетът дава право да се посещават лекциите на Г. Дейви, звезда в областта на химията. Фарадей не само посещава тези лекции, но ги записва и внимателно ги обмисля. В същото време Фарадей решава да предприеме по-сериозна стъпка – пише писмо до преподавателя с молба за работа. Дейви беше изненадан от знанията на младия мъж, но той не можеше да осигури работа по това време.
Няколко месеца по-късно свободното място все пак се отвори и Фарадей влиза в лабораторията като служител. Там той се чувства като риба във вода, неуморно провежда изследвания и експерименти. Резултатът не закъснява - Майкъл синтезира бензен, получава втечнен хлор. Започва да изнася и лекции.
През 1821 г. първият оперативен модел електрически мотор. Лесно е да се досетите, че Фарадей е неговият автор. През следващите десет години ученият изучава взаимодействието на магнитните и електрическите полета. Деви вижда успеха на своя ученик. Може би ревността към тях е станала причина за напрегнати отношения между учените.
Фарадей продължава безкористната си работа. Описва електромагнитната индукция. Днес много генератори на ток работят на базата на принципи, открити от учени през 18 век.
Работи се и на ниво наука. Физиката и химията се сляха в едно открит от Фарадейзаконите на електролизата. Сега тези закони са кръстени на учения.
Вдъхновен, ученият провежда все нови и нови експерименти и открива диамагнетизма, формулира "концепцията на полето".
Изведнъж има проблеми с паметта. Работата и лекциите се дават на Фарадей с голяма трудност. Той се опитва да работи в имение, което му е предоставено близо до Лондон.
През август 1867 г. ученият умира. Това се случи на бюрото му.
Постиженията на Майкъл Фарадей:
М. Фарадей открива редица основни закони във физиката и химията, давайки тласък на последващи открития. С неговото подаване в момента функционират много електромагнитни механизми.
Беше в основата на откритието от неръждаема стомана.
Постига се въртене на магнита около проводника, който е под напрежение. Това беше прототип на електрически двигател.
Всички технологии за втечняване на газ се основават на експериментите на Фарадей.
Генераторите на ток са модифицирани механизми, базирани на електромагнитна индукция.
Въведе много химични и физични термини
.
Дати от биографията на Майкъл Фарадей:
22 септември 1791 г. е роден в Нюнгтън Бътс.
1813 г. започва работа като лаборант в химическа лаборатория.
1816 г. за първи път действа като лектор.
1820 откриват начин за производство на неръждаема стомана.
1824 г. получава течен хлор от газообразен.
1825 синтезира хексахлоран
1833 Фулър професор в Кралския институт. Изобретил волтметъра. Открива и формулира законите на електролизата.
1845 г. открива "ефектите на Фарадей", диамагнетизма.
1847 г. открива явлението парамагнетизъм.
През 1852 г. за първи път е описана и формулирана „концепцията на полето“.
1855 начало на заболяване, свързано със загуба на паметта.
25 август 1867 г. - умира в имението си в Хемптън Корт.
Интересни факти за Майкъл Фарадей:
След като не е завършил училище, той дори не е получил средно образование.
Като много надарени хора, аз се интересувах от различни посокинаука и изкуство. Беше на крачка с К. Дикенс.
приписват не само физични свойстваджобен магнит. Носеше го със себе си навсякъде, надявайки се, че ще донесе късмет.
72 различни научни дружества го приеха за пълноправен член.
Той участва в публични лекции, почти никога не отменя речта си на нито една от тях.
Той принадлежеше към секта, която настояваше за буквално тълкуване на Библията.
