Inglise füüsikust Michael Faradayst, kes kasvas üles vaeses peres, sai üks suurimaid teadlasi inimkonna ajaloos. Tema silmapaistvad saavutused saavutati ajal, mil teadus oli suur hulk inimesi, kes sündisid privilegeeritud perekondadesse. Tema järgi on nimetatud elektrilise mahtuvuse mõõtühik farad.
Faraday (füüsik): lühike elulugu
Michael Faraday sündis 22. septembril 1791 Suurbritannia pealinnas Londonis. Ta oli James ja Margaret Faraday pere kolmas laps. Tema isa oli sepp, kelle tervis oli kehv. Enne abiellumist töötas tema ema teenijana. Perekond elas vaesuses.
Kuni 13. eluaastani õppis Michael kohalikus koolis, kus sai alghariduse. Pere abistamiseks asus ta tööle raamatupoes käskjalana. Poisi töökus avaldas tööandjale muljet. Aasta hiljem edutati ta raamatuköitja praktikandiks.
Raamatuköitmine ja teadus
Michael Faraday tahtis maailma kohta rohkem teada saada; ta ei piirdunud ainult raamatute restaureerimisega. Pärast usinat igapäevatööd veetis ta kogu oma vaba aja köidetud raamatuid lugedes.
Aeglaselt avastas ta, et on teadusest huvitatud. Talle meeldisid eriti kaks raamatut:
- Encyclopædia Britannica on tema teadmiste allikas elektri ja palju muu kohta.
- Chemistry Talks – 600 lehekülge ligipääsetavat keemiat, autor Jane Marset.
Ta oli nii armunud, et hakkas kulutama osa oma napist sissetulekust kemikaalidele ja aparaatidele, et kinnitada loetu õigsust.
Oma teaduslikke teadmisi laiendades kuulis ta, et tunnustatud teadlane John Tatum kavatseb pidada rea avalikke loenguid loodusfilosoofiast (füüsikast). Loengutes osalemiseks tuli maksta ühe šillingi tasu – Michael Faraday jaoks liiga palju. Tema vanem vend, sepp, avaldas muljet venna kasvavast pühendumusest teadusele, andis talle vajaliku summa.
Saage tuttavaks Humphrey Davyga
Faraday astus järjekordse sammu teaduse poole, kui raamatupoe klient William Dance küsis Michaelilt, kas ta ei sooviks saada pileteid kuningliku institutsiooni loengutele.
Lektor Sir Humphry Davy oli üks maailma kuulsamaid tolle aja teadlasi. Faraday kasutas juhust ja osales neljal loengul keemia ühest uusimast probleemist – happesuse määramisest. Ta vaatas katseid, mida Davy loengutes läbi viis.
Selles maailmas ta elada tahtis. Faraday tegi märkmeid ja tegi seejärel märkmetesse nii palju täiendusi, et koostas 300-leheküljelise käsikirja, mille ta ise köitis ja Davyle märgiks saatis.aitäh.
Sel ajal hakkas Michael raamatupoe tagahoovis läbi viima keerukamaid katseid, et luua elektriaku vasemüntidest ja tsinkketastest, mis eraldati märja soolapaberiga. Ta kasutas seda kemikaalide nagu magneesiumsulfaadi lagundamiseks. Humphry Davy oli selles keemiavaldkonnas pioneer.
Oktoobris 1812 lõppes Faraday praktika ja ta asus tööle raamatuköitjana teise tööandja juures, kes oli tema arvates ebameeldiv.
Õnne poleks, aga ebaõnn aitas
Ja siis oli Faraday jaoks õnnelik sündmus. Ebaõnnestunud eksperimendi tulemusena sai Humphry Davy vigastada: see mõjutas ajutiselt tema kirjutamisvõimet. Michaelil õnnestus Davy jaoks mitu päeva märkmeid teha, ja talle avaldas talle saadetud raamat muljet.
Kui lühike assistendi tööperiood lõppes, saatis Faraday teadlasele kirja, milles palus ta palgata oma assistendiks. Varsti pärast seda vallandati üks Davy laboriassistentidest üleastumise tõttu ja Humphrey küsis Michaelilt, kas ta ei sooviks vaba ametikoha täita.
Kas ta tahaks töötada Kuninglikus Instituudis koos ühe maailma kuulsaima teadlasega? See oli retooriline küsimus.
Karjäär kuninglikus institutsioonis
Faraday astus ametisse 1. märtsil 1813, olles 21-aastane.
Ta oli hästi tasustatud ja talle anti tuba elamiseks kuningliku instituudi pööningul. Michael oli väga rahul ja ta ei ole selle asutusega enam seotudkatkestati 54 aastaks, mille jooksul õnnestus tal saada keemiaprofessor.
Faraday ülesanne oli valmistada ette seadmed katseteks ja loenguteks kuninglikus institutsioonis. Alguses tegeles ta lämmastiktrikloriidiga, lõhkeainega, mis vigastas Davyt. Michael kaotas ka järgmise plahvatuse ajal korraks teadvuse ja kui Humphrey sai uuesti vigastada, siis katsed selle ühendiga peatati.
Pärast 7 kuud kuninglikus institutsioonis võttis Davy Faraday endaga kaasa 18-kuulisele ringreisile Euroopas. Selle aja jooksul õnnestus Michaelil kohtuda suurte teadlastega nagu Andre-Marie Ampère Pariisis ja Alessandro Volta Milanos. Mõnes mõttes asendas ringreis tema ülikoolihariduse – Faraday õppis selle aja jooksul palju.
Enamus ringreisist oli ta aga õnnetu, sest lisaks teadus- ja sekretäritööle pidi ta ootama Davyt ja tema naist. Teadlase naine ei pidanud Faradayt tema päritolu tõttu võrdseks.
Pärast Londonisse naasmist loksus kõik paika. Kuninglik Instituut pikendas Michaeliga lepingut ja suurendas tema töötasu. Davy hakkas isegi teadustöödes oma abi mainima.
Aastal 1816, 24-aastaselt, pidas Faraday oma esimese loengu aine omadustest. See toimus Linnafilosoofia Seltsis. Samal ajal avaldas ta ajakirjas Science Quarterly oma esimese teadusliku artikli k altsiumhüdroksiidi analüüsi kohta.
1821. aastal ülendati Faraday 29-aastaselt Kuningliku Instituudi majapidamise ja labori juhiks. Samasta abiellus Sarah Barnardiga. Michael ja tema naine elasid instituudis suurema osa järgmisest 46 aastast, mitte enam pööningul, vaid mugavas ruumis, kus kunagi asus Humphry Davy.
1824. aastal tähistas Faraday (füüsika) elulugu tema valimisega Kuninglikku Seltsi. See oli tunnustus, et temast on saanud tähelepanuväärne teadlane.
Aastal 1825 sai labori direktoriks füüsik Faraday.
1833. aastal sai temast Fulleri keemiaprofessor Suurbritannia Kuninglikus Instituudis. Faraday oli sellel ametikohal elu lõpuni.
Aastatel 1848 ja 1858 paluti tal asuda Royal Society juhiks, kuid ta keeldus.
Teadussaavutused
Faraday füüsikaavastuste kirjeldamiseks kuluks rohkem kui üks raamat. Pole juhus, et Albert Einstein hoidis oma kabinetis fotosid ainult kolmest teadlasest: Isaac Newtonist, James Maxwellist ja Michael Faradayst.
Kummalisel kombel, kuigi sõna "füüsik" hakati kasutama juba teadlase eluajal, ei meeldinud see talle endale ja ta nimetas end alati filosoofiks. Faraday oli mees, kes tegi avastusi katsete kaudu ja ta oli tuntud selle poolest, et ta ei loobunud kunagi ideedest, mille ta teadusliku intuitsiooni kaudu välja tuli.
Kui ta arvas, et idee on seda väärt, jätkas ta katsetamist vaatamata paljudele ebaõnnestumistele, kuni saavutas ootuspärase või kuni ta oli veendunud, et emake loodus tõestas, et ta eksis, mis oli äärmiselt haruldane.
Mida Faraday füüsikas avastas? Siin on mõned tema tähelepanuväärsemadsaavutused.
1821: elektromagnetilise pöörlemise avastamine
See oli eelkuulutaja sellele, mis lõpuks elektrimootori loomiseni viis. Avastus põhines Oerstedi teoorial elektrivoolu kandva juhtme magnetiliste omaduste kohta.
1823: Gaasi veeldamine ja jahutamine
Aastal 1802 soovitas John D alton, et kõiki gaase saab veeldada madalal temperatuuril või kõrgel rõhul. Füüsik Faraday tõestas seda empiiriliselt. Esm alt muutis ta kloori ja ammoniaagi vedelikuks.
Vedel ammoniaak oli samuti huvitav, sest nagu Michael Faraday märkis, põhjustas selle aurustumisprotsessi füüsika jahtumist. Kunstliku aurustamise abil jahutamise põhimõtet demonstreeris avalikult William Cullen Edinburghis 1756. aastal. Teadlane alandas pumba abil eetriga rõhku kolvis, mille tulemusena see kiiresti aurustus. See põhjustas jahtumise ja õhuniiskuse tõttu tekkis kolvi välisküljele jää.
Faraday avastuse tähtsus oli see, et mehaanilised pumbad võivad muuta gaasi toatemperatuuril vedelikuks. Seejärel vedelik aurustus, jahutades kõike ümberringi, tekkinud gaasi sai koguda ja tsüklit korrates pumba abil uuesti vedelikuks kokku suruda. Nii töötavad kaasaegsed külmikud ja sügavkülmikud.
Aastal 1862 demonstreeris Ferdinand Carré Londoni maailmanäitusel maailma esimest kaubanduslikku jäävalmistusmasinat. Autos kasutati jahutusvedelikuna ammoniaaki ja seetootis jääd kiirusega 200 kg tunnis.
1825: benseeni avastamine
Ajalooliselt on benseenist saanud keemia üks olulisemaid aineid nii praktilises mõttes ehk seda kasutatakse uute materjalide loomiseks kui ka teoreetilises mõttes keemilise sideme mõistmiseks. Teadlane avastas Londoni valgustusgaasi tootmisrajatise õlijäägist benseeni.
1831: Faraday seadus, valem, elektromagnetilise induktsiooni füüsika
See oli teaduse ja tehnoloogia tuleviku jaoks äärmiselt oluline avastus. Faraday seadus (füüsika) ütleb, et vahelduv magnetväli indutseerib ahelas elektrivoolu ja tekkiv elektromotoorjõud on otseselt võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. Üks tema võimalikest kirjetest on |E|=|dΦ/dt|, kus E on EMF ja Ф on magnetvoog.
Näiteks hobuserauamagneti liigutamine mööda traati tekitab elektrivoolu, kuna magneti liikumine tekitab vahelduva magnetvälja. Enne seda oli ainsaks vooluallikaks aku. Michael Faraday, kelle avastused füüsikas näitasid, et liikumist saab muundada elektriks või, teaduslikum alt öeldes, kineetilise energia saab muundada elektrienergiaks, on seega vastutav selle eest, et suurem osa meie kodudes praegu kasutatavast energiast toodetakse see põhimõte.
Pöörlemine (kineetiline energia) muudetakse elektromagnetilise induktsiooni abil elektriks. Ja pöörlemine omakorda saadakse turbiinide suure auru toimel.rõhk, mille tekitab söe, gaasi või aatomi energia või vee rõhk hüdroelektrijaamades või õhurõhk tuuleparkides.
1834: elektrolüüsi seadused
Füüsik Faraday andis suure panuse uue elektrokeemia teaduse loomisesse. See selgitab, mis toimub elektroodi ja ioniseeritud aine vahelisel liidesel. Tänu elektrokeemiale kasutame liitium-ioonakusid ja akusid, mis toidavad kaasaegset mobiiltehnoloogiat. Faraday seadused on olulised, et mõistaksime elektroodide reaktsioone.
1836: varjestatud kaamera leiutis
Füüsik Faraday avastas, et kui elektrijuht on laetud, koguneb kogu liigne laeng selle välisküljele. See tähendab, et metallist valmistatud ruumi või puuri sees ei teki lisatasu. Näiteks Faraday ülikonda ehk metallvoodriga riietatud inimene ei puutu kokku välise elektriga. Lisaks inimeste kaitsmisele saab Faraday puuri kasutada elektriliste või elektrokeemiliste katsete läbiviimiseks, mis on tundlikud väliste häirete suhtes. Varjestatud kaamerad võivad luua ka mobiilside jaoks surnud tsoone.
1845: Faraday efekti avastamine – magneto-optiline efekt
Teine oluline eksperiment teaduse ajaloos oli esimene, mis tõestas elektromagnetismi ja valguse vahelist seost, mida 1864. aastal kirjeldasid täielikult James Clerk Maxwelli võrrandid. Füüsik Faraday tegi kindlaks, et valgus on elektromagnetlaine: „Kuivastassuunalised magnetpoolused olid samal küljel, see avaldas mõju polariseeritud kiirele, mis seega tõestab seost magnetjõu ja valguse vahel…
1845: diamagnetismi kui kogu mateeria omaduse avastamine
Enamik inimesi tunneb ferromagnetismi, kasutades näitena tavalisi magneteid. Faraday (füüsik) avastas, et kõik ained on diamagnetilised – enamasti nõrg alt, kuid on ka tugevaid. Diamagnetism on vastupidine rakendatava magnetvälja suunale. Näiteks kui asetate põhjapooluse tugev alt diamagnetilise aine lähedusse, siis see tõrjub. Levitatsiooni saavutamiseks saab kasutada väga tugevate kaasaegsete magnetite poolt esile kutsutud diamagnetismi materjalides. Isegi elusolendid, nagu konnad, on diamagnetilised ja võivad hõljuda tugevas magnetväljas.
Lõpp
Michael Faraday, kelle avastused füüsikas muutsid teaduse pöörde, suri 25. augustil 1867 Londonis 75-aastasena. Tema naine Saara elas kauem. Paaril polnud lapsi. Ta oli kogu oma elu pühendunud kristlane ja kuulus väikesesse protestantlikku sekti, mida kutsuti sandemaanideks.
Isegi tema eluajal pakuti Faradayle koos Suurbritannia kuningate ja kuningannade ning selliste teadlastega nagu Isaac Newton matta Westminster Abbeysse. Ta keeldus tagasihoidlikumast tseremooniast. Tema haud, kuhu on maetud ka Sarah, asub Londonis Highgate'i kalmistul.
