De Engelse natuurkundige Michael Faraday, die opgroeide in een arm gezin, werd een van de grootste wetenschappers in de geschiedenis van de mensheid. Zijn opmerkelijke prestaties werden geleverd in een tijd dat de wetenschap het lot was van mensen die in bevoorrechte families werden geboren. De eenheid van elektrische capaciteit, de farad, is naar hem vernoemd.
Faraday (fysicus): korte biografie
Michael Faraday werd geboren op 22 september 1791 in de Britse hoofdstad Londen. Hij was het derde kind in het gezin van James en Margaret Faraday. Zijn vader was een smid die in slechte gezondheid verkeerde. Voor het huwelijk werkte zijn moeder als dienstmeisje. Het gezin leefde in armoede.
Tot zijn 13e ging Michael naar een plaatselijke school waar hij zijn basisonderwijs kreeg. Om het gezin te helpen, begon hij te werken als boodschapper in een boekhandel. De ijver van de jongen maakte indruk op zijn werkgever. Een jaar later werd hij gepromoveerd tot leerling-boekbinder.
Boekbinden en Wetenschap
Michael Faraday wilde meer weten over de wereld; hij beperkte zich niet tot het restaureren van boeken. Na ijverig dagelijks werk besteedde hij al zijn vrije tijd aan het lezen van boeken die hij inbond.
Langzaam ontdekte hij dat hij geïnteresseerd was in wetenschap. Hij hield vooral van twee boeken:
- De Encyclopædia Britannica is de bron van zijn kennis van elektriciteit en nog veel meer.
- Chemistry Talks - 600 pagina's toegankelijke chemie door Jane Marset.
Hij was zo gecharmeerd dat hij een deel van zijn schamele inkomen begon te besteden aan chemicaliën en apparaten om de waarheid te bevestigen van wat hij las.
Terwijl hij zijn wetenschappelijke kennis uitbreidde, hoorde hij dat de beroemde wetenschapper John Tatum op het punt stond een reeks openbare lezingen te geven over natuurlijke filosofie (natuurkunde). Om de lezingen bij te wonen, moest men één shilling betalen - teveel voor Michael Faraday. Zijn oudere broer, een smid, was onder de indruk van de groeiende toewijding van zijn broer aan de wetenschap en gaf hem het benodigde bedrag.
Ontmoet Humphrey Davy
Faraday zette een nieuwe stap in de richting van wetenschap toen William Dance, een boekwinkelklant, Michael vroeg of hij kaartjes wilde krijgen voor lezingen in het Royal Institution.
De docent, Sir Humphry Davy, was een van 's werelds beroemdste wetenschappers van die tijd. Faraday greep de kans en woonde vier lezingen bij over een van de nieuwste problemen in de chemie: de bepaling van de zuurgraad. Hij keek naar de experimenten die Davy uitvoerde in lezingen.
Dit was de wereld waarin hij wilde leven. Faraday hield aantekeningen bij en voegde er zoveel aan toe dat hij een manuscript van 300 pagina's produceerde, dat hij zelf inbond en naar Davy stuurde als tekenbedankt.
In die tijd begon Michael in de achtertuin van een boekhandel complexere experimenten uit te voeren om een elektrische batterij te maken van koperen munten en zinkschijven, gescheiden door nat zoutpapier. Hij gebruikte het om chemicaliën zoals magnesiumsulfaat af te breken. Humphry Davy was een pionier op dit gebied van chemie.
In oktober 1812 eindigde de leertijd van Faraday en begon hij als boekbinder te werken voor een andere werkgever die hij onsmakelijk vond.
Er zou geen geluk zijn, maar ongeluk hielp
En toen was er een blijde gebeurtenis voor Faraday. Als resultaat van een onsuccesvol experiment raakte Humphry Davy gewond: dit beïnvloedde tijdelijk zijn vermogen om te schrijven. Michael slaagde erin om enkele dagen aantekeningen bij te houden voor Davy, die onder de indruk was van het boek dat hij hem stuurde.
Toen de korte periode van werk als assistent eindigde, stuurde Faraday een briefje naar de wetenschapper met het verzoek hem in te huren als zijn assistent. Kort daarna werd een van Davy's laboratoriumassistenten ontslagen wegens wangedrag en Humphrey vroeg Michael of hij de vacature wilde vervullen.
Zou hij bij het Koninklijk Instituut willen werken met een van de beroemdste wetenschappers ter wereld? Het was een retorische vraag.
Carrière bij de Royal Institution
Faraday trad aan op 1 maart 1813, op 21-jarige leeftijd.
Hij werd goed betaald en kreeg een kamer op de zolder van het Koninklijk Instituut. Michael was erg blij en zijn associatie met deze instelling is niet langeronderbroken voor 54 jaar, waarin hij erin slaagde hoogleraar scheikunde te worden.
Faraday's taak was het voorbereiden van apparatuur voor experimenten en lezingen aan de Royal Institution. Aanvankelijk had hij te maken met stikstoftrichloride, een explosief dat Davy verwondde. Michael verloor ook even het bewustzijn tijdens de volgende explosie en toen Humphrey opnieuw gewond raakte, werden de experimenten met deze verbinding stopgezet.
Na 7 maanden bij de Royal Institution nam Davy Faraday mee op een 18 maanden durende tour door Europa. Gedurende deze tijd slaagde Michael erin grote wetenschappers te ontmoeten, zoals Andre-Marie Ampère in Parijs en Alessandro Volta in Milaan. In zekere zin verving de tour zijn universitaire opleiding - Faraday heeft in die tijd veel geleerd.
Het grootste deel van de tour was hij echter ongelukkig, omdat hij naast wetenschappelijk en secretariaatswerk moest wachten op Davy en zijn vrouw. De vrouw van de wetenschapper beschouwde Faraday niet als een gelijke vanwege zijn afkomst.
Na terugkeer in Londen viel alles op zijn plaats. Het Koninklijk Instituut verlengde het contract van Michael en verhoogde zijn bezoldiging. Davy begon zelfs zijn hulp te vermelden in wetenschappelijke artikelen.
In 1816, op 24-jarige leeftijd, gaf Faraday zijn eerste lezing over de eigenschappen van materie. Het vond plaats in de City Philosophical Society. Tegelijkertijd publiceerde hij zijn eerste wetenschappelijke artikel over de analyse van calciumhydroxide in de Science Quarterly.
In 1821, op 29-jarige leeftijd, werd Faraday gepromoveerd tot hoofd van het huishouden en laboratorium van het Koninklijk Instituut. In hetzelfdehij trouwde Sarah Barnard. Michael en zijn vrouw woonden het grootste deel van de volgende 46 jaar op het instituut, niet langer op de zolder, maar in de comfortabele ruimte die ooit door Humphry Davy werd ingenomen.
In 1824 werd de biografie van Faraday (natuurkunde) gekenmerkt door zijn verkiezing tot lid van de Royal Society. Dit was een erkenning dat hij een opmerkelijke wetenschapper was geworden.
In 1825 werd de natuurkundige Faraday directeur van het laboratorium.
In 1833 werd hij Fuller's hoogleraar scheikunde aan de Royal Institution of Great Britain. Faraday bekleedde deze functie de rest van zijn leven.
In 1848 en 1858 werd hij gevraagd om hoofd van de Royal Society te worden, maar hij weigerde.
Wetenschappelijke prestaties
Er zou meer dan één boek nodig zijn om de ontdekkingen van Faraday in de natuurkunde te beschrijven. Het is geen toeval dat Albert Einstein foto's van slechts drie wetenschappers in zijn kantoor bewaarde: Isaac Newton, James Maxwell en Michael Faraday.
Vreemd genoeg, hoewel het woord 'fysicus' tijdens het leven van de wetenschapper begon te worden gebruikt, vond hij het zelf niet leuk en noemde hij zichzelf altijd een filosoof. Faraday was een man die ontdekkingen deed door middel van experimenten, en hij stond erom bekend nooit de ideeën op te geven die hij bedacht door middel van wetenschappelijke intuïtie.
Als hij dacht dat het idee de moeite waard was, bleef hij experimenteren ondanks vele mislukkingen totdat hij bereikte wat hij verwachtte of totdat hij ervan overtuigd was dat Moeder Natuur hem ongelijk bewees, wat uiterst zeldzaam was.
Dus wat ontdekte Faraday in de natuurkunde? Hier zijn enkele van zijn meest opvallendeprestaties.
1821: ontdekking van elektromagnetische rotatie
Het was de voorbode van wat uiteindelijk zou leiden tot de creatie van de elektromotor. De ontdekking was gebaseerd op Oersteds theorie van de magnetische eigenschappen van een draad die een elektrische stroom voert.
1823: Gasliquefactie en koeling
In 1802 suggereerde John D alton dat alle gassen vloeibaar kunnen worden gemaakt bij lage temperaturen of hoge drukken. De natuurkundige Faraday bewees dit empirisch. Hij veranderde eerst chloor en ammoniak in een vloeistof.
Vloeibare ammoniak was ook interessant omdat, zoals Michael Faraday opmerkte, de fysica van het verdampingsproces voor afkoeling zorgde. Het principe van koeling door middel van kunstmatige verdamping werd in 1756 publiekelijk gedemonstreerd door William Cullen in Edinburgh. De wetenschapper verlaagde met behulp van een pomp de druk in de kolf met ether, waardoor deze snel verdampte. Dit veroorzaakte afkoeling en er vormde zich ijs aan de buitenkant van de kolf door het vocht in de lucht.
Het belang van de ontdekking van Faraday was dat mechanische pompen een gas bij kamertemperatuur in een vloeistof konden veranderen. Toen verdampte de vloeistof, koelde alles eromheen af, het resulterende gas kon worden opgevangen en weer samengeperst tot een vloeistof door middel van een pomp, waarbij de cyclus werd herhaald. Dit is hoe moderne koelkasten en diepvriezers werken.
In 1862 demonstreerde Ferdinand Carré op de Wereldtentoonstelling in Londen 's werelds eerste commerciële ijsmachine. De auto gebruikte ammoniak als koelvloeistof, en hetproduceerde ijs met een snelheid van 200 kg per uur.
1825: Ontdekking van benzeen
Historisch gezien is benzeen een van de belangrijkste stoffen in de chemie geworden, zowel in praktische zin, dat wil zeggen, het wordt gebruikt om nieuwe materialen te maken, en in theoretische zin om de chemische binding te begrijpen. Een wetenschapper heeft benzeen ontdekt in het olieachtige residu van een Londense productiefaciliteit voor verlichtingsgas.
1831: Wet van Faraday, formule, fysica van elektromagnetische inductie
Dit was een uiterst belangrijke ontdekking voor de toekomst van wetenschap en technologie. De wet van Faraday (fysica) stelt dat een wisselend magnetisch veld een elektrische stroom in een circuit induceert, en de gegenereerde elektromotorische kracht is recht evenredig met de snelheid van verandering van de magnetische flux. Een van zijn mogelijke vermeldingen is |E|=|dΦ/dt|, waarbij E de EMF is en Ф de magnetische flux.
Het verplaatsen van een hoefijzermagneet langs een draad produceert bijvoorbeeld een elektrische stroom, omdat de beweging van de magneet een wisselend magnetisch veld veroorzaakt. Voordien was de batterij de enige stroombron. Michael Faraday, wiens ontdekkingen in de natuurkunde aantoonden dat beweging kan worden omgezet in elektriciteit, of, in meer wetenschappelijke termen, kinetische energie kan worden omgezet in elektrische energie, is er dus verantwoordelijk voor dat de meeste energie in onze huizen tegenwoordig wordt geproduceerd uit dit principe.
Rotatie (kinetische energie) wordt omgezet in elektriciteit door elektromagnetische inductie. En de rotatie wordt op zijn beurt verkregen door de werking van hoge stoom op de turbines.druk gecreëerd door de energie van steenkool, gas of atoom, of de druk van water in waterkrachtcentrales, of luchtdruk in windparken.
1834: wetten van elektrolyse
Faraday, de natuurkundige, heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de totstandkoming van de nieuwe wetenschap van de elektrochemie. Het legt uit wat er gebeurt op het grensvlak tussen de elektrode en de geïoniseerde stof. Dankzij elektrochemie gebruiken we lithium-ionbatterijen en -accu's die moderne mobiele technologie aandrijven. De wetten van Faraday zijn belangrijk voor ons begrip van elektrodereacties.
1836: uitvinding van de afgeschermde camera
Natuurkundige Faraday ontdekte dat wanneer een elektrische geleider wordt opgeladen, alle overtollige lading zich ophoopt aan de buitenkant. Dit betekent dat er in een kamer of een kooi van metaal geen extra kosten verschijnen. Een persoon gekleed in een Faraday-pak, dat wil zeggen met een metalen voering, wordt bijvoorbeeld niet blootgesteld aan externe elektriciteit. Naast het beschermen van mensen, kan de kooi van Faraday worden gebruikt om elektrische of elektrochemische experimenten uit te voeren die gevoelig zijn voor externe interferentie. Afgeschermde camera's kunnen ook dode zones creëren voor mobiele communicatie.
1845: ontdekking van het Faraday-effect - het magneto-optische effect
Een ander belangrijk experiment in de geschiedenis van de wetenschap was het eerste dat het verband aantoonde tussen elektromagnetisme en licht, dat in 1864 volledig werd beschreven door de vergelijkingen van James Clerk Maxwell. De natuurkundige Faraday stelde vast dat licht een elektromagnetische golf is: “Wanneer?tegengestelde magnetische polen zaten aan dezelfde kant, dit had effect op de gepolariseerde bundel, wat dus het verband tussen magnetische kracht en licht bewijst…
1845: ontdekking van diamagnetisme als eigenschap van alle materie
De meeste mensen zijn bekend met ferromagnetisme met behulp van gewone magneten als voorbeeld. Faraday (een natuurkundige) ontdekte dat alle stoffen diamagnetisch zijn - grotendeels zwak, maar er zijn ook sterke. Diamagnetisme is tegengesteld aan de richting van het aangelegde magnetische veld. Als je bijvoorbeeld de noordpool in de buurt van een sterk diamagnetische substantie plaatst, stoot deze af. Diamagnetisme in materialen, veroorzaakt door zeer sterke moderne magneten, kan worden gebruikt om levitatie te bereiken. Zelfs levende wezens zoals kikkers zijn diamagnetisch en kunnen in een sterk magnetisch veld drijven.
Einde
Michael Faraday, wiens ontdekkingen in de natuurkunde een revolutie teweegbrachten in de wetenschap, stierf op 25 augustus 1867 in Londen op 75-jarige leeftijd. Zijn vrouw Sarah leefde langer. Het echtpaar had geen kinderen. Hij was zijn hele leven een vroom christen en behoorde tot een kleine protestantse sekte genaamd de Sandemanians.
Zelfs tijdens zijn leven werd Faraday begraven in Westminster Abbey, samen met de koningen en koninginnen van Groot-Brittannië en wetenschappers zoals Isaac Newton. Hij weigerde een meer bescheiden ceremonie. Zijn graf, waar Sarah ook begraven ligt, is te vinden op Highgate Cemetery in Londen.
