Биография
«До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея», — сказал Герман Гельмгольц.
Майкл Фарадей — английский химик и физик-экспериментатор, создатель учения об электромагнитном поле. Он открыл электромагнитную индукцию, являющуюся основой промышленного производства электричества и применения его в современных условиях.
Детство и юность
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в Ньюингтон-Баттс недалеко от Лондона. Отец — Джеймс Фарадей (1761–1810), англичанин по национальности, кузнец, мама — Маргарет (1764–1838). Кроме Майкла, в семье росли брат Роберт и сестры Элизабет и Маргарет. Жили бедно, поэтому Майкл не доучился в школе и в 13 лет пошел работать в книжный магазин рассыльным.
Образование закончить не удалось. Тягу к знаниям удовлетворяло чтение книг по физике и химии — в книжной лавке таких было в избытке. Юноша осваивал первые эксперименты, соорудил источник тока — лейденскую банку. Отец и брат поддерживали Майкла в тяге к исследованиям.
В 1810 году 19-летний юноша стал членом философского клуба, в котором читали лекции по физике и астрономии. Майкл участвовал в научной полемике. Одаренный молодой человек привлекал внимание ученого сообщества. Покупатель книжного магазина Уильям Денс вручил Майклу подарок — билет на посещение ряда лекций по химии и физике Гемфри Дэви (основателя электрохимии, первооткрывателя химических элементов калия, кальция, натрия, бария, бора).
Будущий ученый, застенографировав лекции Гемфри Дэви, сделал переплет и отправил профессору, сопроводив письмом с просьбой найти для него какую-нибудь работу в Королевском институте. Дэви принял участие в судьбе юноши, и через некоторое время 22-летний Фарадей получил работу ассистента в химической лаборатории.
Начало научной карьеры
В молодости, выполняя обязанности лаборанта, Фарадей не упускал возможности прослушивать лекции, в подготовке которых участвовал. Также с благословения профессора юноша проводил свои химические опыты. Добросовестность и искусность выполнения работы сделала его неизменным помощником Дэви.
В 1813 году Дэви взял Фарадея секретарем в двухлетнее европейское путешествие. Во время поездки ученый познакомился со светилами мировой науки: Андре-Мари Ампером, Жозефом Луи Гей-Люссаком, Алессандро Вольтой.
По возвращении в Лондон в 1815 году Фарадей получил должность ассистента. Параллельно продолжал любимое дело — ставил собственные эксперименты, которых за жизнь провел около 30 тыс. В научных кругах за педантичность и трудолюбие Фарадей получил звание «короля экспериментаторов». Описание каждого опыта ученый аккуратно заносил в дневники. Позже, в 1931 году, эти дневники были изданы.
Первое печатное издание Фарадея вышло в 1816 году, а к 1819-му напечатали уже 40 его работ по химии. Позднее из ряда экспериментов со сплавами молодой ученый обнаружил, что сплав стали с добавлением никеля не дает окисления. Но результаты опытов прошли мимо металлургов, открытие нержавеющей стали было запатентовано гораздо позже.
В 1820-м Майкл стал техническим смотрителем Королевского института. К 1821 году от химии он перешел к физике. Фарадей выступал уже как сложившийся ученый, приобрел вес в научном сообществе. Вышла статья о принципе работы электродвигателя, положившая начало промышленной электротехники.
Электромагнитное поле
В 1820 году Фарадей увлекся опытами по взаимодействию электричества и магнитного поля. К этому моменту открыли понятия «источник постоянного тока» (Алессандро Вольта), «электролиз», «электрическая дуга», «электромагнит». В этот период развивались электростатика и электродинамика, публиковались опыты Феликса Савара, Пьера-Симона Лапласа по работе с электричеством и магнетизмом. Вышла работа Андре-Мари Ампера по электромагнетизму.
В 1821 году свет увидел труд Фарадея «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма». В книге ученый представил эксперименты с магнитной стрелкой, вращающейся вокруг одного полюса, то есть осуществил превращение электрической энергии в механическую. Фактически он представил в качестве изобретения первый в мире, пусть и примитивный, электрический двигатель.
Радость открытия испортила жалоба Уильяма Волластона (открыл палладий и родий, сконструировал рефрактометр и гониометр). В жалобе к профессору Дэви ученый обвинял коллегу в краже идеи с вращающейся магнитной стрелкой. История приняла скандальный характер. Дэви принял позицию Волластона. Только личная встреча двух ученых и разъяснение своей позиции Фарадеем смогли уладить конфликт. Оппонент отказался от притязаний, однако отношения Дэви и его ученика утратили прежнюю доверительность. В то же время первый не уставал повторять, что Фарадей — главное сделанное им открытие.
Вскоре Фарадей стал членом-корреспондентом Парижской академии наук. В январе 1824 года исследователя избрали членом Лондонского королевского общества, причем профессор Дэви голосовал против. А еще через год Майкл занял место своего наставника в должности директора лаборатории физики и химии Королевского института.
После работы, опубликованной в 1821 году, ученый 10 лет не издавал трудов. В 1831 году он стал профессором Вулиджа (военной академии), через пару лет — профессором химии Королевского института, проводил научные диспуты и читал лекции.
Еще в 1820 году Фарадея заинтересовал опыт Ганса Эрстеда: движение по цепи электрического тока вызывало движение магнитной стрелки. Майкл выдвинул гипотезу, что, соответственно, магнетизм может быть причиной возникновения электрического тока. Первое упоминание теории появилось в дневнике ученого в 1822 году. 10 лет опытов ушло на разгадку тайны электромагнитной индукции.
Победа пришла 29 августа 1831 года. Устройство, позволившее Фарадею сделать гениальное открытие, состояло из железного кольца и множества витков проволоки из меди, намотанной на 2 его половины. В цепи одной половины кольца, замкнутой проволокой, находилась магнитная стрелка. Вторая обмотка подключалась к батарее питания. При включении тока магнитная стрелка совершала колебания в одну сторону, а при выключении — в другую. Фарадей заключил, что магнит способен преобразовывать магнетизм в электрическую энергию.
Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него, было названо электромагнитной индукцией. Ее обнаружение открыло дорогу созданию источника тока — электрогенератора.
Открытие этого закона положило начало новому плодотворному витку экспериментов ученого, давших миру «Экспериментальные исследования по электричеству». Фарадей опытным путем доказал единую природу возникновения электрической энергии, независимую от способа, при помощи которого вызван электрический ток. В 1832 году физика наградили медалью Копли.
Фарадей стал автором первого трансформатора. Ему принадлежит понятие диэлектрической проницаемости. В 1836 году путем ряда экспериментов он доказал, что заряд тока оказывает воздействие только на оболочку проводника, оставляя объекты внутри нее нетронутыми. В прикладной науке устройство, сделанное на принципе этого явления, называется «клетка Фарадея».
Дальнейшие исследования
Открытия Майкла посвящены не только физике. В 1824 году им открыт бензол и изобутилен. Ученый вывел жидкую форму хлора, сероводорода, диоксида углерода, аммиака, этилена, диоксида азота, синтезировал гексахлоран.
В 1835 году Фарадей из-за болезни был вынужден сделать двухлетний перерыв в работе. Причиной заболевания мог стать контакт ученого во время опытов с парами ртути. Недолго проработав после выздоровления, в 1840 году профессор вновь почувствовал себя плохо. Его преследовала слабость, наблюдались временные потери памяти. Период восстановления затянулся на 4 года. В 1841 году по настоянию врачей ученый отправился в путешествие по Европе.
При этом семья гения жила почти в бедности. По свидетельству биографа Фарадея Джона Тиндаля, ученый получал пенсию 22 фунта в год. В 1841 году премьер-министр Уильям Лэм, лорд Мельбурн, под нажимом общественности подписал указ о назначении Фарадею государственной пенсии в размере 300 фунтов в год.
В 1845 году великому ученому удалось привлечь внимание мировой общественности еще некоторыми открытиями: изменения плоскости поляризованного света в магнитном поле («эффект Фарадея») и диамагнетизма (намагничивания вещества в направлении, противоположном внешнему магнитному полю, действующему на него).
Государственная служба
Правительство Великобритании не единожды просило Майкла Фарадея о помощи в решении проблем, связанных с техническими вопросами. Ученый разрабатывал программу оснащения маяков, методы борьбы с коррозией кораблей, выступал судебным экспертом. Будучи по природе человеком добродушным и миролюбивым, наотрез отказался участвовать в создании химического оружия для войны с Россией в Крымской кампании.
В 1848 году королева Виктория подарила Фарадею дом на левом берегу Темзы — Хэмптон-Корт. Британская корона оплачивала расходы по содержанию жилья и налог. Ученый, оставив дела в 1858 году, перебрался в него с семьей.
Физик периодически возвращался к исследованиям. Он ввел термины «анод», «катод», «электрод», «электролит». Его лекции слушали в Королевском институте, а научно-популярные собрания получили название «пятницы».
Идеи Майкла получили свое развитие в работах других ученых. Так, Джеймс Максвелл опубликовал научный труд «О силовых линиях Фарадея» еще при жизни автора концепции. Старший коллега с интересом ознакомился с книгой, и Максвелл получил его одобрение.
В 1862 году исследователь выдвинул гипотезу о движении спектральных линий в магнитном поле. Подтвердить теорию смог в 1897 году Питер Зееман, за что в 1902-м получил Нобелевскую премию. Фарадея Зееман назвал автором идеи.
Личная жизнь
Майкл Фарадей был женат на Саре Барнард (1800–1879), сестре своего друга. Предложение руки и сердца 20-летняя девушка приняла не сразу — молодому ученому пришлось поволноваться. Но их личная жизнь сложилась счастливо. Тихая свадьба состоялась 12 июня 1821 года. Много лет спустя Майкл писал:
«Я женился — событие, которое больше всяких других содействовало моему счастью на земле и моему здоровому состоянию духа».
Семья физика, как и родные жены, были членами протестантской общины сандеманиан. Фарадей выполнял работу диакона лондонской общины, неоднократно выбирался старейшиной.
Смерть
Фарадей часто болел. Исследователи предполагают, что здоровье ученого подкосила постоянная работа с ртутью. Дотошный физик часто использовал этот металл в своих работах и невольно вдыхал пары, вредные для человека. Первые проявления длительного отравления появились у него в 49 лет. Главным симптомом стало стремительное угасание памяти. В краткие моменты, когда болезнь отступала, он возвращался к работе.
Майкл Фарадей скончался за рабочим столом 25 августа 1867 года в возрасте 75 лет. Причиной смерти стала болезнь ученого. Он похоронен рядом с женой на Хайгейтском кладбище в Лондоне. Физик просил перед смертью о скромных похоронах, поэтому пришли только родственники. На могильной плите высечено имя ученого и годы жизни.
Библиография
- 1827 — «Химические манипуляции»
- 1839-1855 — «Экспериментальные исследования по электричеству»
- 1859 — «Экспериментальные исследования по химии и физике»
- 1860 — «Шесть лекций о различных силах материи и их взаимосвязях»
- 1861 — «История свечи»
Интересные факты
- В работе исследователь не забывал о детях. Лекции для юношества «История свечи» (1961 год) переиздают по сей день.
- Портрет Фарадея помещен на английскую купюру в 20 фунтов выпуска 1991–1999 годов.
- Ходили слухи, что Дэви не отвечал Фарадею на просьбу о работе. Однажды, временно потеряв зрение во время химического эксперимента, профессор вспомнил о настойчивом юноше. Став секретарем ученого, Майкл так потряс Дэви своей эрудицией, что тот предложил ему работу в лаборатории.
- После возвращения из европейского турне с семьей наставника Фарадей в ожидании места ассистента в Королевском институте работал там посудомойщиком.
- Биографии ученого посвящены несколько документальных фильмов, в том числе из серии «Известные люди».
