Michael Faraday (1791–1867): elektromagnetismi ja elektrokeemia teerajaja
Michael Faraday (Newington Butts, Surrey, 22. september 1791 – Hampton Court, Surrey, 25. august 1867) oli pärit tagasihoidlikust perest — tema isa oli sepa poeg —, kuid temast kasvas üks 19. sajandi mõjukamaid teadlasi. Noore mehena saadeti ta kohalikku kooli, kus kirja- ja lugemisoskuse eest tasus kohalik vikaar, kes märkas tema terast mõistust. Hiljem omandas Faraday kutse raamatuköitjana ning see töö aitas tal enesekindlalt uurimistöösse sukelduda: ta oli peamiselt autodidakt, kes õpetas endale nii eksperimendid kui ka teaduslikud mõtteviisid.
Teaduslik karjäär ja tunnustus
Faradayist sai XIX sajandi suurim eksperimentaalfüüsik. Ta töötas Humphry Davy juures Royal Institutionis ja hiljem sai samas instituudis nii akadeemilise kui ka avaliku rolli — ta oli pärast Sir Humphrey Davyt Royal Institutioni direktor ning nimetati Suurbritannia Kuningliku Instituudi Fulleriuse keemiaprofessoriks (amet, mis oli talle antud eluaegseks). Tema väärilisust tunnistati ka väljaspool instituuti: ta sai mitmeid auhindu ning oli Kuningliku Seltsi liige ning talle anti seltsi kuninglik, Copley ja Rumfordi medalid. Kuigi tal polnud formaalset kõrgemat matemaatikaharidust, tõi tema töö eksperimentaalsete meetodite kaudu kaasa püsiva teadusliku pärandi ning ta on nimetatud üheks suurimaks teadlasi.
Peamised avastused ja leiutised
Faraday uuris elektri ja magnetismi seoseid ajal, mil elektrienergiast teati veel väga vähe. Ta näitas, kuidas vooluv magnetväli võib mõjutada teisi süsteeme: üks tema tähtsamaid avastusi oli elektromagnetiline induktsioon (1831), mis näitas, et muutuv magnetväli tekitab juhtmes elektrivoolu — see põhimõte on tänapäeva generaatorite ja transformaatorete aluseks.
Tänu tema töödele sai alguse elektrimootorite tehnoloogia: Faraday konstrueeris esimese lihtsa elektrimootori tüübi ning eksperimenteeris pöörlevate seadmetega (elektrimootori, elektromagnetiliste pöörlevate seadmete ja muude lahenduste alused). Tema varased leiutised — sealhulgas leiutised — aitasid muuta elekter praktiliselt kasutatavaks tehnoloogias.
Faraday töötas välja ka mõisteid ja seadusi elektrokeemia vallas: ta avastas benseeni ning panustas elektrolüüsi uurimisse, mille tulemuseks on tuntud Faraday seadused elektrolüüsi kohta ja tegelikult ka Faraday konstant. Ta populariseeris termineid nagu anood, katood, elektrood ja ioon, mis on tänapäeva keemias ja elektrotehnikas igapäevased mõisted.
Lisaks elektromagnetismile ja elektrokeemiale uuris Faraday ka muid nähtusi: ta avastas Faraday efekti (magneto-optiline efekt), mis näitab, et magnetism võib mõjutama valguskiiri, sest nende kahe nähtuse vahel on sügavam seos — see oli üks varajasi näiteid elektromagnetilise ja optilise nähtuse sidumisest. Faraday tutvustas ka ideed 'force lines' ehk jõujoontest, mis aitasid hilisemat teoreetilist kirjeldust (nt Maxwelli töödes).
Tuntud on ka tema katsefaili mõiste (Faraday ice pail) ning Faraday kuppel (Faraday cage) — lihtne ja tõhus viis elektrivälja mõju blokeerimiseks ning katseid elektriväljade loodusest mõistmiseks. Ta uuris ka diameagnetismi ja teisi materjalide magnetilisi omadusi.
Töötamisviis ja isiksus
Faraday oli põhjalik katseeksperimentide meister: ta kirjeldas ja korrastas nähtusi hoolikalt ning tõi välja selged, reprodutseeritavad tulemused. Ta pidas kinni lihtsusest ja praktilisusest ning keeldus sageli aumeestest ja tiitlitest, eelistades rahulikku uurimistööd. Tema maailmavaadet mõjutas ka tema usk — ta kuulus sandemaniaanide kirikusse ning see isiklik taust peegeldus tema käitumises ja eetikas.
Mõju ja pärand
Faraday teadustöö lõi aluse paljudele tehnoloogiatele: elektrimootorid, generaatorid, transformeerimine ja elektrokeemia saadi tänu tema avastustele praktiliselt võimalikuks. Tema eksperimentaalne lähenemine ja mõisted aitasid hiljem James Clerk Maxwellil välja töötada elektromagnetvälja teooria, mis ühendas Faraday kvalitatiivsed ideed matemaatiliseks raamistikuks. Faraday mõju ulatub kuni 20. sajandi suurmeesteni — Albert Einstein hoidis Faraday fotot oma tööruumide seinal koos Isaac Newtoni ja James Clerk Maxwelli piltidega, mis peegeldab tema püsivat mõju teadusele.
Kokkuvõttes oli Michael Faraday eesrindlik katsefüüsik ja keemik, kelle avastused elektromagnetismi ja elektrokeemia valdkonnas muutsid nii teadust kui ka tehnoloogiat. Tema tööd on aluseks tänapäeva elektri- ja keemiatööstuse paljudele rakendustele ning tema meetodid ja ideed elavad edasi nii teaduslikes koolitustes kui ka igapäevases tehnoloogias.
Michael Faraday John Watkins'i foto järgi, Briti Raamatukogu
Life
Michael Faraday pere oli vaene. Tema isa James oli sepp. James Faraday oli 1780. aastatel Loode-Inglismaalt Londonisse tulnud. Noor Michael Faraday oli üks neljast lapsest ja tal oli vaid kõige elementaarsem kooliharidus. 14-aastaselt läks ta George Riebau nimelise mehe juurde õppima raamatuköitjaks ja raamatukaupmehele.
Seitsmeaastase õppimise ajal, mil ta Riebau juures raamatuid valmistas, luges ta palju raamatuid. Ta luges Isaac Wattsi "The improvement of the mind". Faraday armastas selle raamatu ideid oma töös kasutada. Ta hakkas huvituma teadusest, eriti elektrist. Ta hakkas käima Londoni tolleaegsete parimate teadlaste avalikes tundides. Ta näitas oma märkmeid suurele keemikule Sir Humphrey Davyle. Davyle ta meeldis ja pakkus talle 1813. aasta märtsis tööd assistendina.
Faraday teadmised kasvasid edasi, kui ta aitas Sir Humphrey Davy'l, kuni ta tegi ise uusi avastusi. Lõpuks sai ta 1833. aastal professoriks. Tema töö tähtsust nähti juba tema enda eluajal ja Briti valitsus andis talle vanaduspensioni preemiaks.
Faraday puur
| Elektromagnetism |
|
|
| Elekter - Magnetism |
| Elektriline laeng - Coulombi seadus - |
| Magnetostaatika Ampère'i seadus - Elektrivool - Magnetväli - |
| Elektrodünaamika Lorentzi jõuseadus - emf - elektromagnetiline induktsioon - Faraday seadus - Lenz'i seadus - nihkevool - Maxwelli võrrandid - elektromagnetväli - elektromagnetiline kiirgus - Liénard-Wiechert'i potentsiaal - Maxwelli tensor - keerisvool |
| Elektriline võrk Elektrijuhtivus - elektritakistus - mahtuvus - |
| Kovariantne sõnastus Elektromagnetiline tensor - EM pinge-energia tensor - Nelikvool - Elektromagnetiline nelipotentsiaal |
| · v · t · e |
Faraday avastas ka, et kui elekter tabab metallobjekti, siis läbib see ainult objekti väliskülge. Sisemine osa jääb elektrist puutumata. See ongi see, mis hoiab inimesed sees turvaliselt, kui välk lööb autosse või lennukisse. Seda nimetatakse nüüd Faraday puuriks.
Küsimused ja vastused
K: Kes oli Michael Faraday?
V: Michael Faraday oli 19. sajandi teadlane, kes oli sepa pojana tagasihoidlikust algusest pärit. Hoolimata sellest, et tal oli vaid algkooliharidus, sai temast üks ajaloo mõjukamaid teadlasi, kellele omistatakse paljude elektri ja magnetismi alaste avastuste tegemine.
K: Kuidas sai Faraday haridust?
V: Kohalik kirikuõpetaja nägi tema ilmset intelligentsust ja maksis talle, et ta käiks kohalikus koolis, kus ta õpiks lugema ja kirjutama. Enamasti oli ta siiski autodidakt, kes õpetas end ise.
K: Milliseid auhindu Faraday sai?
V: Faradayst sai Kuningliku Seltsi liige ning talle anti seltsi kuninglik, Copley ja Rumfordi medalid.
K: Milliseid avastusi tegi Faraday seoses elektriga?
V: Ta avastas palju asju selle kohta, kuidas juhtmes voolav elekter võib toimida nagu magnet (nüüd nimetatakse seda elektromagnetismiks). Ta avastas ka palju selle kohta, kuidas elektrit saab kasutada kemikaalide muutmiseks (mida nüüd nimetatakse elektrokeemiaks). Ta näitas, et magnetism on võimeline mõjutama valguskiiri, sest nende kahe nähtuse vahel on olemas aluspõhine seos.
K: Milliseid leiutisi Faraday lõi?
V: Ta leiutas elektromagnetilised pöörlevad seadmed, mis moodustasid elektrimootorite tehnoloogia aluse, muutes selle tänapäeval tehnoloogias kasutatavaks. Ta tegi ka esimese elektrimootori. Keemikuna leiutas ta varase Bunseni põletitüübi ja populariseeris sellised terminid nagu anood, katood, elektrood ja ioon.
K: Kus Albert Einstein hoidis pilte Michael Faradayst?
V: Albert Einstein hoidis Michael Faraday fotot oma tööruumide seinal koos Isaac Newtoni ja James Clerk Maxwelli piltidega.
