Физика СШ № 38 г. Гомеля - фарадей

Фарадей Майкл (1791-1867)

 

Выдающейся английский физик, с именем которого связан последний этап классической физики.  Он относился к учёным нового типа, использующим, хотя и стихийно, идею всеобщей связи явлений.

 

Майкл родился в семье лондонского кузнеца, в которой едва сводили концы с концами, да и то благодаря трудолюбию и сплочённости и родителей, и детей. Образование его было самым заурядным, в школе он постиг лишь начальные навыки чтения, письма и арифметики.

 

Школьное обучение Майкла закончилось самым необычном образом. Он не мог произносить звука «р» и вместо него говорил «в». Однажды учительница, выведенная из себя произношением мальчика дала старшему брату Майкла мелкую монету, чтобы он купил палку и бил Майкла пока тот не научиться правильно выговаривать «р».  Братья рассказали обо всем матери, и она возмутившись, забрала детей из школы насовсем.

 

С этого времени 13-летний Майк попадает на обучение к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской, где вначале работал разносчиком книг и газет, а затем в совершенстве овладел переплетным мастерством. Здесь же он много и жадно читал, пополняя свои знания самообразованием. Особый интерес у него вызывают вопросы химии и электричества. Дома он устроил огромную лабораторию, где воспроизводил опыты, описанные в книгах и журналах.

 

Однажды, зашедший в книжную лавку член Лондонского Королевского общества Денс, застал Майкла за изучением серьезного научного журнала «Химическое обозрение» и был крайне удивлен этим. Он тут же предложил мальчику прослушать цикл лекций известного уже во всей Европе химика Х. Дэви. Это и решило судьбу Фарадея.

 

Слушая публичные лекции Дэви, он не только тщательно законспектировал их, но и аккуратно переплел, а затем отправил их самому Дэви с просьбой предоставить ему возможность работать у него в лаборатории. Дэви сначала отказывает Фарадею по причине отсутствия свободных мест и предупреждает его, что «наука – особа черствая, и она в денежном отношении лишь скупо вознаграждает тех, кто посвящает себя служению ей». Однако вскоре администратор института сообщил Дэви об освободившемся месте в лаборатории, предложив: «Пусть он моет посуду. Если он что-нибудь стоит, то начнет работать. Ежели откажется, то значит, никуда не годится». Фарадей не отказался.

 

Иногда говорят: «Не было счастья, да несчастье помогло». Фарадею действительно помог несчастный случай – взрывом колбы в лаборатории были повреждены глаза Дэви, и он не мог ни читать, ни писать. Помня, что у Фарадея красивый почерк и неистребимое желание читать все новое Дэви сделал его своим секретарем и лаборантом. Такое положение позволило Фарадею заниматься наукой. Позднее, когда Дэви спросит о самом главном научном достижении, он ответит: «Самым главным моим открытием было открытие Фарадея».

 

В 1813 году Дэви берет с собой в качестве ассистента в длительную поездку по Европе, где он должен был ставить опыты на лекциях Дэви, в чем он явно преуспевал и чем обратил на себя внимание видных ученых Европы. Здесь он знакомится с Ампером, Гей-Люссаком, Вольтой, изучает французский и немецкий языки и формируется как ученый.

 

Его первые публикации посвящены вопросам химии. Но открытия Эрстедом магнитного действия тока всецело захватило Фарадея новыми идеями. Основная из них была сформулирована в 1821 году: если за счет электричества создается магнетизм, то должно быть верным и обратное суждение. Поэтому в своем дневнике Фарадей записывает задачу: «Превратить магнетизм в электричество». После этого он постоянно носит в кармане магнит и кусок проволоки, в целях напоминания ему о поставленных задачах. Около десяти лет ушло на решение этой задачи, и вот упорный труд Фарадея вознаграждается. 29 августа 1831 года проведенный опыт дал положительный результат при замыкании и размыкании цепи в одной из катушек стрелка гальванометра, включенного в цепь другой катушки отклонялась. Указанную дату следует считать днем открытия одного из важнейших физических явлений – электромагнитной индукции.  Это открытие приносит Фарадею мировую известность, хотя к тому времени (с 1824 года) он уже состоял членам Лондонского Королевского общества и трудился таковым на протяжении сорока лет.

 

Перечень научных открытий его внушителен:

открытие сжижения газов;

открытие вращения проводника с током вокруг магнита, что явилось прообразом электродвигателя;

открытие явления электромагнитной индукции и самоиндукции, что позволило ему создать первую действующую модель у униполярной динамо-машины;

установление законов электролиза и выдвижение идей об атомарности электричества;

 создании теории поляризации диэлектриков и введение понятия диэлектрической проницаемости;

открытие диа- и парамагнетизма;

исследование проводимости газов;

открытие вращения плоскости поляризации света под действием магнетизма;

создание основ учения о поле;

изобретении вольтметра;

выдвижение идеи о единстве и превращении сил природы (энергии), что подводило к открытию закона сохранения и превращения энергии;

экспериментальное доказательство закона сохранения электрического заряда.

 

Кроме перечисленных фундаментальных открытий нужно отметить заслуги Фарадея в области развития физической терминологии. Термины: электролит, электролиз, анод, катод, ион, катион, анион, электрод, диэлектрик, диамагнетизм, электромагнитная индукция, индукционный ток, самоиндукция, экстраток и другие – введены в физику Фарадеем и навсегда останутся в ней. Как есть и остается в физике название единицы измерения емкости – фарада, получивший название по имени этого великого ученого. Помимо фундаментальных исследований в науке, Фарадей много занимался популяризацией ее достижений. По выходным дням он читал популярные лекции как для взрослых, так и для детей, а его книга «История свечи» переведена почти на все языки мира.

 

Подытожить столь титанический труд ученого уместно словами А.Г. Столетова: «Никогда со времен Галилео свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидят другого Фарадея».

 

Всему такому широкому спектру открытий суждено было появиться благодаря природному дару и необыкновенному трудолюбию этого учёного, который работал по 18-20 часов в сутки, а при изучении электромагнитной индукции даже спал в лаборатории, не выходя из нее. В своих экспериментальных исследованиях Фарадей не щадил себя. Он не обращал внимания на пролившуюся ртуть, широко использующуюся в его опытах, и это серьезно укоротило его жизнь.

 

При исследованиях сжижения газов не обходилось без взрывов стеклянных приборов. В одном Фарадей описывает такой случай сам: «В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза… Первое время глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла, из них вынули тринадцать осколков».

 

Фарадей был, как говорится, экспериментатором от бога. Для фарадеевской эпохи была характерна «ремесленная» фаза физики, когда, по выражению Франклина, от физика требовалось умение пилить буравчиком и строгать пилой. Фарадей таким «ремеслом» владел великолепно. Все свои опыты (в том числе и неудачные) он тщательно записывал в особом дневнике, где последний его опыт помечен номером 16041(!). Эта цифра свидетельствует о громадной трудоспособности ученого. Всего им опубликовано в печати 220 работ, чего хватило бы на многие диссертации.

 

К сожалению Фарадей не знал высшей математики, в его дневниках не было ни одной формулы, и тем не менее это был один из глубочайших теоретиков, отдающий предпочтение не математическому аппарату, а физической сути и механизму изучаемого явления. И все же этот пробел в его знаниях помещал ему в покорении еще больших высот в науке. Так, разрабатывая теорию электромагнитной индукции, Фарадей пришел к идее существования электромагнитных волн, которые он назвал «индукционной волной электричества». Математически обосновать свою идею он не мог, как не смог проверить ее экспериментально из-за большой занятости и дефицита времени. Свои наблюдения и выводы из них он зафиксировал в письме от 12 марта 1832 года и в запечатанном виде передал на хранение в архив Королевского общества. Письмо было обнаружено и вскрыто только в 1938 году, то есть через 106 лет. Основные мысли этого письма оказались поразительны своей проницательностью: на распространение магнитного взаимодействия требуется время; к распространению электромагнитной индукции можно применить теорию колебаний; процесс распространения ее похож на колебания взволнованной водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха.

 

Идеи, изложенные в письме, выдержали проверку временем. К моменту вскрытия письма электромагнитные волны уже были описаны теоретически Максвеллом и обнаружены экспериментально Герцем. Однако приоритет в этом открытии принадлежит Фарадею. Его заботы о приоритете вполне понятны, так как факты оспаривания приоритетов в науке не редки. Тем более, что проблема электромагнетизма в 20-е годы XIX века занимались многие ученые различных стран. В истории науки действует закон созревания открытий: наступает время, когда открытие должно быть сделано, оно созрело. Этот закон полностью применим к явлению электромагнитной индукции, открытие которого ожидалось, оно «витало в воздухе». Так, почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. В опытах он применял гальванометр с магнитной стрелкой. Чтобы магнит не влиял на стрелку, этот гальванометр помещался в соседней комнате и длинными проводами подсоединялся к катушке. Колладон вдвигал в катушку магнит, надеясь получить в ней ток, шел в соседнюю комнату смотреть показания гальванометра, который, к его огорчению, тока не показывал. Будь у Колладона помощник, наблюдавший постоянно за гальванометром, открытие им было бы сделано. Однако этого не произошло. Строго говоря, явление электромагнитной индукции обнаружил раньше Фарадея американский физик Джозеф Генри, именем которого названа единица индуктивности. Генри увлекался опытами по созданию электромагнитов и первым из электротехников начал изолировать провода, обматывая их полосками шелка (ранее изолировали магнит от проводов). Получение тока в катушках под действием электромагнита с общим сердечников и наблюдал Генри, однако, он не сообщил нигде о своих наблюдениях, преследуя чисто технические цели. И только после сообщения Фарадея об открытии электромагнитной индукции некоторые физики поняли, что они наблюдали уже или могли наблюдать это явление. Об этом, например, говорили Ампер и Френель.

 

Имя Фарадея стало известно сему миру, но он всегда оставался скромным человеком. Из-за скромности в последние годы жизни он дважды отклоняет предложение стать президентом королевского общества – высшего научного учреждения Англии. Столь же категорично он отказался от предложения о возведении его в рыцарское звание, дающее ему ряд прав и почестей, в том числе право называться «сэром».

 

Самым замечательным его качеством явилось то, что он никогда не работал из-за денег, он родился ради науки и только для нее. Кроме средств на удовлетворение самых простых потребностей, Фарадей не имел ничего и умер таким же бедняком, каким начал жизнь.

 

До последних дней жизни он оставался человеком высочайшей порядочности, честность и доброты. В 70 лет Фарадей решает покинуть институт, так как замечает ослабление памяти. В одном из писем он пишет: «Уже через день я не могу припомнить выводы, к которым пришел накануне… Я забываю, какими буквам изобразить то или другое слово… Здесь провел счастливые годы, но настало время уйти из-за потери памяти и усталости мозга». В таком состоянии он проводит последние 5 лет жизни, угасая, и год от года сужая круг своей деятельности. В возрасте семидесяти пяти лет Фарадея не стало. Перед смертью великий ученый высказал желание, чтобы кончина его была отмечена как можно скромнее. Поэтому на погребение Фарадея присутствовали только самые близкие родственники, а на могильном памятнике высечены следующие слова: «Майкл Фарадей. Родился 22 сентября 1791 года. Умер 25 августа 1867 года».