Μάικλ Φάραντεϊ

Ο Μάικλ Φάραντεϊ (αγγλικά: Michael Faraday‎‎· 22 Σεπτεμβρίου 1791, Νιούινγκτον Μπατς – 25 Αυγούστου 1867, Χάμπτον Κορτ) ήταν Άγγλος επιστήμονας με σημαντική συμβολή στην εξέλιξη του ηλεκτρομαγνητισμού και της ηλεκτροχημείας. Δεν είχε κοινοπολιτειακή υπηκοότητα, αλλά είχε αποκτήσει τον τίτλο του Εταίρου της Βασιλικής Εταιρείας, που δίνονταν σε πολίτες ή μόνιμους κατοίκους της Κοινοπολιτείας των Εθνών. Ο Φάραντεϊ θεωρείται ένας από τους κορυφαίους επιστήμονες που η ανθρωπότητα έχει αναδείξει. Κατέχει ξεχωριστή θέση (την πρώτη για αρκετούς ιστορικούς της επιστήμης) όσον αφορά το πειραματικό κομμάτι των φυσικών επιστημών, καθώς ήταν ιδιαίτερα παραγωγικός όσον αφορά στην επινόηση, το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός μεγάλου πλήθους πειραμάτων. Μέσα στις εφευρέσεις του συμπεριλαμβάνεται η πρώτη έκδοση της συσκευής που αργότερα θα γινόταν γνωστή ως λυχνία Μπούνσεν και η οποία χρησιμοποιείται παγκοσμίως σε εργαστήρια επιστημών ως μία αρκετά αποδοτική πηγή θερμότητας. Είναι επίσης γνωστός για τις εργασίες που πραγματοποίησε πάνω στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, των οποίων αποτέλεσμα είναι ο νόμος που περιγράφει το φαινόμενο και φέρει το όνομα του. Η μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας στο SI, φέρει προς τιμήν του την ονομασία φαράντ.

 Ο Φάραντεϊ γεννήθηκε το 1791 στο Σάρεϋ, στο νότιο Λονδίνο.Ήταν γόνος οικογένειας που ανήκε στην εργατική τάξη της εποχής (ο πατέρας του ήταν σιδεράς). Ακολουθώντας τη μοίρα όλων των παιδιών της κοινωνικής του τάξης, έλαβε ελάχιστη μόρφωση. Σε ηλικία 14 ετών ξεκίνησε να δουλεύει ως βοηθός ενός βιβλιοδέτη της περιοχής, θέση την οποία διατήρησε για 7 χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου μελέτησε αρκετά από τα βιβλία που περνούσαν από τα χέρια του, κυρίως επιστημονικού περιεχομένου. Με αυτό το τρόπο ενημερώθηκε εκτενώς για τις εξέλιξης της εποχής στους τομείς της φυσικής και της χημείας. Παράλληλα, ξεκίνησε να εκτελεί απλά πειράματα: χρησιμοποιώντας παλιές φιάλες και κομμάτια ξύλου κατασκεύασε μια αυτοσχέδια ηλεκτροστατική γεννήτρια, ενώ αργότερα ανέπτυξε μια ασθενή βολταϊκή στήλη με τη βοήθεια της οποίας πραγματοποίησε μια σειρά ηλεκτροχημικών πειραμάτων. Το 1812, μετά από αίτησή του, προσκλήθηκε από τον γνωστό Βρετανό χημικό Σερ Χάμφρι Ντέιβι (Humphry Davy) να εργαστεί ως παρασκευαστής βοηθός του στο εργαστήριο του στο Βασιλικό Ινστιτούτο του Λονδίνου. Σύμφωνα με μια εκδοχή, η πρόσκληση αυτή πραγματοποιήθηκε αφού ο Ντέιβι διάβασε τις σημειώσεις που είχε κρατήσει ο Φάραντεϊ από διάλεξη του, εκτιμώντας έτσι την έφεσή του για μάθηση. Αυτόν τον συνόδεψε ο Φάραντεϊ σε επιστημονικό ταξίδι του ανά την Ευρώπη από τον Οκτώβριο του 1813 μέχρι τον Απρίλιο του 1815. Το 1821 ο επιστημονικός επιμελητής του περιοδικού Χρονικά Φιλοσοφίας (Annals of Philosophy) ζήτησε από τον Φάραντεϊ να συντάξει μια επισκόπηση των πειραμάτων και των θεωριών του ηλεκτρομαγνητισμού που ακολούθησαν την ανακάλυψη του Χανς Κρίστιαν Έρστεντ που είχε γίνει ένα χρόνο νωρίτερα. Ο Φαραντέι δεν ήταν ακόμη γνωστός στους επιστημονικούς κύκλους της εποχής, ενδιαφέρθηκε όμως ιδιαιτέρως για το ζήτημα. Σύντομα διαπίστωσε ότι δεν θα περιοριζόταν σε μια απλή αναφορά των πεπραγμένων των άλλων επιστημόνων: αποφάσισε να επαναλάβει πολλά από τα πειράματα, να επεξεργάζεται δικές του θεωρίες για να ερμηνεύσει τις παρατηρήσεις του και να σχεδιάζει καινούργια πειράματα. Το 1825 διορίσθηκε διευθυντής των εργαστηρίων του Βασιλικού Ινστιτούτου και το 1833 ισόβιος καθηγητής Χημείας στο ίδιο Ινστιτούτο, χωρίς την υποχρέωση να παραδίδει μαθήματα. Ο Φαραντέι στερούμενος μαθηματικής μόρφωσης και αυτοδίδακτος, προικισμένος όμως με καταπληκτική φαντασία και παρατηρητικότητα κατάφερε να γίνει ειδήμων στις έρευνές του και να αναδειχθεί σε κορυφαίο επιστήμονα συμβάλλοντας όσο λίγοι στην ανάπτυξη των σημερινών γνώσεων της Χημείας και της Φυσικής, πρώτιστα όμως στον Ηλεκτρισμό. Στο καθαρά χημικό του έργο περιλαμβάνονται οι έρευνές του στο Χλώριο, η ανακάλυψη δύο νέων ενώσεών του με τον άνθρακα, η υγροποίηση πολλών αερίων, μελέτες του επί των κραμάτων του Χάλυβα καθώς και η παρασκευή νέων ειδών οπτικής υάλου. Οι υπέροχες εργασίες του περί του ηλεκτρισμού χρονολογούνται από το 1821. Η πρώτη ανακάλυψη του Φάραντεϊ στον ηλεκτρομαγνητισμό έγινε (σύμφωνα με τα προσεγμένα αρχεία που διατηρούσε) στις 3 Σεπτεμβρίου 1821, αφού είχε επαναλάβει το πείραμα του Έρστεντ. Ο Φάραντεϊ παρατήρησε την αλλαγή στον προσανατολισμό της μαγνητικής βελόνας όταν αυτή πλησίαζε ευθύγραμμο ρευματοφόρο αγωγό, κάτι που είχε ήδη επισημάνει ο Έρστεντ. Επιχειρώντας όμως να αναπαραστήσει τη δύναμη που προκαλούσε αυτή την αλλαγή σε διάφορα σημεία γύρω από τον ευθύγραμμο αγωγό, διαπίστωσε ότι η αναπαράσταση που προέκυπτε είχε την μορφή ομόκεντρων κύκλων με κέντρο τον άξονα του αγωγού. Αυτός ο τρόπος απεικόνισης ενός μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιείται ευρύτατα στον ηλεκτρομαγνητισμό: πρόκειται για τις γνωστές δυναμικές γραμμές. Σημειώνεται ότι και ο όρος 'μαγνητικό πεδίο' ('magnetic field') αποδίδεται στον Φαραντέι. Βασισμένος στην παραπάνω διαπίστωση, ο Φαραντέι κατασκεύασε τον ηλεκτρομαγνητικό στροφέα μία συσκευή που εκμεταλλευόταν την κυκλική μορφή του μαγνητικού πεδίου γύρω από τον ρευματοφόρο αγωγό και προκαλούσε την περιστροφή μιας μαγνητικής ράβδου. Οπλισμένος με το 'εργαλείο' των δυναμικών γραμμών, ο Φάραντεϊ συνέχισε τις έρευνες του γύρω από τον ηλεκτρομαγνητισμό επιδιώκοντας να εντοπίσει κάποιο τρόπο να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τη χρήση μαγνητών. Για αρκετά χρόνια οι προσπάθειες του παρέμεναν άκαρπες. Αναφερόμενος σε διάφορες πειραματικές διατάξεις, συμπληρώνει στο ημερολόγιό του μία σειρά από αναφορές που καταλήγουν σε σχόλια του τύπου 'δεν υπήρξε αντίδραση' ή 'κανένα αποτέλεσμα'... Η ημερομηνία της 29ης Αυγούστου του 1831 είναι η πιο σημαδιακή για τις προσπάθειες του Άγγλου πειραματιστή, όταν αυτός στο μεταξύ εργαζόταν ως διευθυντής του εργαστηρίου του Βασιλικού Ιδρύματος. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποίησε ήταν απλή: είχε τυλίξει δύο σπείρες σύρματος αντιδιαμετρικά, σε έναν δακτύλιο από μαλακό σίδηρο (βλ. σχήμα). Διοχετεύοντας ηλεκτρικό ρεύμα στο ένα από τα δύο σύρματα, διαπίστωσε ότι στο άλλο σύρμα εμφανίζεται πράγματι ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά μόνο όταν το ρεύμα στο πρώτο σύρμα ξεκινά ή διακόπτεται. Θεωρώντας ότι το ηλεκτρικό ρεύμα 'επάγεται' στο δεύτερο σύρμα, η ονομασία που αποδόθηκε στο φαινόμενο ήταν 'επαγωγή'. Πολύ σύντομα, συνεχίζοντας τα πειράματα ο Φάραντεϊ κατέληξε σε δύο σημαντικά συμπεράσματα. Πρώτον, η ύπαρξη του σιδερένιου δακτυλίου δεν είναι απαραίτητη για να παρατηρηθεί το φαινόμενο. Δεύτερον, το ρόλο του πρώτου σύρματος μπορούσε να παίξει και ένας ισχυρός μαγνήτης. Αυτό το συμπέρασμα ήταν ιδιαίτερα αξιοσημείωτο, αφού σηματοδοτούσε τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος από μαγνήτη, με άλλα λόγια τη μετάβαση από τον μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό. Την ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής που ήταν πλέον πραγματικότητα ακολούθησε εκείνη της ηλεκτρογεννήτριας. Πρώτος διαπιστώνει τη δεξιόστροφη φορά του Μαγνητικού πεδίου σε σχέση με τη φορά του ρεύματος που το παράγει. Επίσης ο Φάραντεϊ επινόησε και τον μετασχηματιστή. Ο Φάραντεϊ, επηρεασμένος και από τις δουλειές του Ντέιβι, ασχολήθηκε και με ερωτήματα που αφορούσαν τον τομέα της χημείας. Παρασκεύασε τις πρώτες γνωστές ενώσεις άνθρακα και χλωρίου (C2Cl6 και C2Cl4) και κατόρθωσε να υγροποιήσει αρκετά αέρια. Εργάστηκε πολλά έτη πάνω στη δημιουργία του ανοξείδωτου ατσαλιού. Το 1825, στα πλαίσια μιας εργασίας του για το φωταέριο, ανακάλυψε το βενζόλιο και έδωσε μια περιγραφή των ιδιοτήτων του. Επίσης, επινόησε την έννοια του αριθμού οξείδωσης των χημικών στοιχείων. Μεγάλο μέρος των πειραμάτων του Φάραντεϊ σχετίζονταν με το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης. Πέρα από την ανακάλυψη των νόμων της ηλεκτρόλυσης, ο Φάραντεϊ διεύρυνε τη χρήση όρων που σχετίζονται με την ηλεκτρόλυση και χρησιμοποιούνται ευρέως μέχρι σήμερα. Τέτοιοι όροι είναι οι άνοδος, κάθοδος, ηλεκτρόδιο και ιόν. Ο Φάραντεϊ δούλεψε και σε φαινόμενα στατικού ηλεκτρισμού. Διαπίστωσε ότι κάθε υλικό χαρακτηρίζεται από τη δική του επαγωγική ικανότητα. Επίσης, έδειξε ότι κατά τη φόρτιση ενός αγωγού το ηλεκτρικό φορτίο κατανέμεται στην εξωτερική επιφάνεια. Με άλλα λόγια, οτιδήποτε βρισκόταν στο εσωτερικό του αγωγού δεν επηρεαζόνταν από το ηλεκτρικό φορτίο. Ξεχωριστή θέση στις δραστηριότητες του Φάραντεϊ στο Βασιλικό Ίδρυμα του Λονδίνου κατέχει μία σειρά από επιτυχημένες διαλέξεις χημείας και φυσικής. Σε αυτές τις διαλέξεις βασίστηκε η έκδοση Η Χημική Ιστορία ενός Κεριού (1861). Μέχρι τις μέρες μας, μία σειρά διαλέξεων δίνεται κάθε Χριστούγεννα στο Βασιλικό Ίδρυμα, οι οποίες φέρουν το όνομα του Φάραντεϊ. Το 1845 ανακάλυψε τον διαμαγνητισμό. Ταυτόχρονα με τον Φάραντεϊ έκανε την ίδια ανακάλυψη και ο Αμερικανός φυσικός συνάδελφός του Τζόζεφ Χένρι (1797-1878). Detailed biography of Faraday IEE biography of Michael Faraday Faraday as a Discoverer by John Tyndall, Project Gutenberg (downloads) The Christian Character of Michael Faraday Michael Faraday Directory Έργα του/της Michael Faraday στο Project Gutenberg (downloads) "Experimental Researches in Electricity" by Michael Faraday Original text with Biographical Introduction by Professor John Tyndall, 1914, Everyman edition. Video Podcast with Sir John Cadogan talking about Benzene since Faraday