Michael Faraday

Michael Faraday to jeden z najsłynniejszych fizyków którzy kiedykolwiek istnieli. Zawdzięczamy mu między innymi powstanie prądnicy i odkrycie powiązania pomiędzy elektryką a magnetyzmem.

Urodził się 22 września 1791 r. w Newington Butts, w Surrey, obecnie Elephant and Castle w Londynie. Był synem kowala. Najpierw pracował w księgarni, lecz w 1813 roku został asystentem laboratoryjnym w Instytucie Królewskim w Londynie. Po odkryciu indukcji elektromagnetycznej Faraday przeprowadził mnóstwo doświadczeń, dając początek wielokierunkowym badaniom w dziedzinie magnetyzmu i elektryczności. W 1833 roku został profesorem na Instytucie Królewskim w Londynie, tym samym gdzie niegdyś pracował jako asystent.

W 1832 r. Faraday stworzył podstawy elektrochemii. Jest to dziedzina, w której wykorzystuje się prąd elektryczny do rozkładów związków chemicznych. W tym czasie opracował też fundamentalne prawa, opisujące proces elektrolizy, które nazwano jego nazwiskiem. Prawa te pokazują związek między elektrycznością, a składem chemicznym substancji. Wspólnie z Williamem Whewellem Faraday wprowadził również podstawowe określenia związane z elektrycznością: elektrolit, elektroda, anoda, katoda, jon i wiele innych.

Faraday miał wiele pomysłów, zastanawiał się, czy można zrobić coś odwrotnego, niż zrobili Oersted i Ampre, na przykład za pomocą magnesu lub prądu spowodować przepływ prądu w innym drucie, wyłącznie przez zbliżenie doń magnesu lub drutu z elektrycznością, bez dotykania tego drugiego drutu. Faraday wziął dość gruby pierścień z żelaza o średnicy około 15 cm . Każdą z jego połówek owinął oddzielnym kawałkiem drutu miedzianego, który jest bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności, pozostawiając między nimi niewielką przerwę. Drut jednej połówki pierścienia połączył z kawałkiem drutu przechodzącym nad kompasem. Wiedział, że jeśli prąd popłynie przez drut, igła magnesu powinna się poruszyć. Następnie oba końce miedzianego drutu owiniętego na drugiej połówce pierścienia połączył kolejno z baterią elektryczną. W chwili, gdy drugim końcem drutu dotknął baterii, zamykając w ten sposób obwód i przepuszczając przez drut prąd elektryczny, igła kompasu drgnęła. Po chwili zatrzymała się. Prąd z baterii płynął, ale igła magnesu pozostawała nieruchoma. Jednak niezaprzeczalnie przez drut z pierwszej połowy pierścienia przepłynął prąd. Igła poruszyła się, a stało się to wtedy, gdy Faraday puścił prąd przez drut połączony z baterią. Uczony odłączył drut od baterii, spodziewając się uzyskać ciekawszy efekt dzięki niewielkim zmianom. W momencie odłączania igła magnesu znów drgnęła. Nie było już wątpliwości. Prąd płynął przez drut z pierwszej połówki pierścienia, nie mający żadnego połączenia z baterią.

Faraday czuł, że odkrył coś bardzo ważnego. Rozczarowało go wprawdzie, że ruch igły magnesu był tak nieznaczny. Jak przystało na naukowca, powtarzał test i za każdym razem uzyskiwał ten sam rezultat. Gdy włączał baterię i przesyłał prąd do drugiego drutu, powodował także krótki przepływ prądu w pierwszym drucie. Z kolei każde odłączenie baterii sprawiało, że prąd płynął w przeciwnym kierunku. Impulsy elektryczne były krótkotrwałe. Jeśli prąd z baterii płynął nieprzerwanie, igła kompasu pozostawała nieruchoma. Nagle rozczarowanie Faradaya zmieniło się w entuzjazm. Nareszcie pojął sens tego, co się stało! Ruch pojawiał się w momencie włączania i wyłączania prądu. Zmiany w dopływie prądu w jednym drucie wywoływały pojawienie się prądu w drugim, to zaś wystarczało, by poruszyć igłę magnesu.

Zrobił następny krok - postanowił dowiedzieć się, czy używając magnesu, uzyska taki sam efekt. Owinął drutem cylinder z żelaza. Tym razem nie użył baterii. Do wnętrza cylindra włożył magnes. Za każdym razem, gdy wkładał magnes, przez drut owinięty wokół cylindra przepływał prąd. Zrodziło to kolejne pytanie: czy wkładanie i wyjmowanie magnesu przymocowanego do specjalnej konstrukcji - ramienia połączonego z obracającym się kołem - może spowodować nieprzerwany przepływ prądu? Faraday spędził nad tym zagadnieniem wiele bezsennych nocy. Krok po kroku zbliżał się do odpowiedzi, która miała stać się prawdziwym przełomem w nauce. Faraday udowodnił, że umieszczając sztabkę żelaza w pobliżu przepływającego prądu, można zamienić tę sztabkę w magnes. A także, iż prąd zaczyna płynąć przez zwój drutu, jeśli w pobliżu przesuwany jest magnes lub na odwrót: porusza się drutem w pobliżu magnesu. Dzięki wielogodzinnym eksperymentom Faraday odkrył i udowodnij, iż magnetyzm i elektryczność to te same zjawiska, lecz w innych postaciach.

Równie ważny jak odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej i prawa elektrolizy jest wkład Faradaya do teorii. Wykazał najpierw, że najrozmaitsze postacie elektryczności odkryte wcześniej: termochemia, elektryczność statyczna, magneto elektryczność, elektryczność Volty są tym samym. Uznał na tej podstawie, że być może badanie zjawisk elektrycznych pozwoli na poznanie ukrytej jedności całej przyrody. Był głęboko przekonany, że różne postacie, pod którymi przejawia się materia, mają wspólne pochodzenie: innymi słowy, są bezpośrednio związane i w sposób naturalny zależne, że mogą się przekształcać, tak jak się przekształcały, jedne w drugie, i w działaniu wykazują równoważną moc. Jego „Thoughts on Ray Vibration” z 1846 r. stały się dla Jamesa Clerka Maxwella kamieniem węgielnym w dalszych pracach nad rozwinięciem fundamentalnych praw elektromagnetyzmu.

Wielu ludzi uważa Faradaya za największego z fizyków eksperymentalnych. Faraday dowodził, że elektryczność wytwarza pole magnetyczne, i odwrotnie - pole magnetyczne może wytwarzać prąd elektryczny. Uzyskał potwierdzenie, przesuwając magnes do i od uzwojenia. Drut ładował się elektrycznością. Dowiodło to, że magnes sam wytwarza prąd elektryczny. Te odkrycia mają szerokie zastosowanie praktyczne. Prace Faradaya umożliwiły wynalezienie silnika elektrycznego i przyczyniły się do rozwoju energetyki. Jednym z takich właśnie wynalazków była prądnica, maszyna elektryczna przetwarzająca energię mechaniczną na energię elektryczną.; główne jej części to: stojan (stator; część nieruchoma związana z podłożem) oraz wirnik (rotor; część wirująca umieszczona wewnątrz stojana). Energię mechaniczną doprowadza do prądnicy silnik (np. spalinowy, elektryczny)obracający wał, na którym jest umieszczony wirnik; zawiera on cewkę zasilaną prądem elektrycznym, wytwarzającą strumień magnetyczny.

Podsumowując to wszystko, można śmiało stwierdzić, iż Faraday dzięki swoim doświadczeniom, a także wiedzy i cierpliwości wniósł wiele do świata fizyki i zmienił na zawsze jej oblicze, tak jak prądnica zmieniła oblicze elektryki. Starał się udowodnić, iż we wszystkich dziedzinach fizyki istnieją rzeczy wspólne i niezmienne.