Michael Faraday

Michael Faraday (22. syyskuuta 1791 – 25. elokuuta 1867) oli englantilainen fyysikko ja kemisti, joka vaikutti suuresti sähkömagnetismin ja sähkökemian kehitykseen. Hänen suurimpiin tieteellisiin saavutuksiinsa kuuluvat sähkömagneettisen induktion, diamagneettisuuden ja elektrolyysin keksiminen sekä sähkömoottoreiden kehittely. On pitkälti Faradayn ansiota, että sähkölaitteiden käyttö yleistyi teollisuudessa.

Faraday oli ahkera kokeiden tekijä ja hänet muistetaankin tuotteliaana ja yritteliäänä keksijänä. Toisaalta hän visualisoi sähköisten ja magneettisten voimien vaikuttavan kappaleisiin kenttien kautta. Tätä ajattelua kehitti edelleen matemaattisesti James Clerk Maxwell. Faraday oli lisäksi suosittu ja etevä tieteen popularisoija. Kapasitanssin yksikkö faradi on nimetty hänen mukaansa.

Elämä
Michael Faraday syntyi Newington Buttsissa, lähellä Lontoota, köyhän sepän perheeseen. Perheen taloudellisen aseman vuoksi Michael otti 13 vuoden ikäisenä vastaan työpaikan paikallisen kirjansitojan ja -kauppiaan juoksupoikana. Vuotta myöhemmin hän eteni oppipojaksi, missä työssä hän vietti seuraavat seitsemän vuotta. Faraday ei ainoastaan sitonut kirjoja, vaan myös luki niitä ahkerasti. Erityisesti häntä kiinnostivat kirjat ja tietosanakirjojen artikkelit sähköopista ja kemiasta. Hän alkoi tehdä tieteellisiä kokeita ja rakennella sähkölaitteita kirjansitojanpestinsä ohella. 

Kahdenkymmenen vuoden iässä, työsopimuksen viimeisenä vuotena, Faraday pääsi kuuluisan kemistin ja Royal Societyn johtajan Sir Humphry Davyn luennoille. Koska hän tarvitsi itselleen uuden työpaikan, hän kirjoitti tyylitellyt, piirroksilla täydennetyt muistiinpanot Davyn luennoista, sitoi ne laadukkaaksi kirjaksi ja lähetti koko kolmesataasivuisen teoksen työhakemuksineen Davyn laboratorioon. Faraday sai paikan ja vietti seuraavat puolitoista vuotta kiertäen Eurooppaa Davyn kanssa tieteellisten tutkimuksien vuoksi. Faraday pysyi Royal Societyssä koko loppuelämänsä ensin Davyn apulaisena, sitten hänen kolleganaan ja lopulta, Davyn kuoleman jälkeen, hänen seuraajanaan.

Vuonna 1821 Faraday nai Sarah Barnardin (1800–1879), jonka hän oli tavannut kirkossa. Pariskunta jäi lapsettomaksi. Elämäkertureiden mukaan vahva usko Jumalan ja luonnon yhteydestä vaikutti merkittävästi niin Faradayn yksityiselämään kuin hänen tieteelliseen työhönsä - hän muun muassa kieltäytyi kehittämästä Britannialle kemiallisia aseita Krimin sotaa varten. Niin ikään hän kieltäytyi kahdesti Royal Societyn johtajuudesta, sillä halusi keskittyä täysin tieteen tekemiseen.

Faradayn terveys alkoi huonontua 1840-luvun alkupuolella, mikä hidasti hänen tutkimuksiaan. Hän kuoli 25. elokuuta 1867 Hampton Courtissa, minne hänelle oli lahjoitettu asunto tieteellisen panoksensa vuoksi. 1932 Royal Institution julkaisi Faradayn yhteensä 3 236-sivuiset päiväkirjat, joihin Faraday oli vuosina 1820–1862 dokumentoinut jokaisen kokeensa yksityiskohtaisesti ja järjestelmällisesti.

Tieteelliset saavutukset

Kemia 
Faradayn ensimmäiset tutkimukset suuntautuivat enimmäkseen kemiaan. Hän tutki erityisesti elektrolyysiä. Viimeisenä vuotenaan kirjansitojan oppipoikana hän hajotti elektrolyyttisesti magnesiumsulfaattia rakentamallaan Voltan parilla, pariston esiasteella. Vuonna 1831 Faraday julkaisi elektrolyysiä koskevat lait, jotka nykyäänkin kantavat hänen nimeään.

Faraday löysi muun muassa bentseenin ja kaksi hiilen ja kloorin yhdistettä, onnistui nesteyttämään kaasuja, tutki terässeoksia ja tuotti erilaisia lasityyppejä optisiin tarkoituksiin. Faraday keksi myös varhaisen version Bunsenlampusta, joka on yhä käytössä laboratorioissa ympäri maailmaa. Hän myös popularisoi nykyään yleistä kemian terminologiaa, kuten anodi, katodi, elektrodi ja ioni.

1847 Faraday havaitsi ensimmäisenä jotain, jota myöhemmin alettiin kutsua metallisiksi nanohiukkasiksi. Kyseessä oli luultavasti ensimmäinen havainto kvanttitason tapahtumista.

Sähkö ja magnetismi 
Faraday tunnetaan erityisesti työstään sähkön ja magnetismin parissa. Hän kiinnostui sähkömagneettisista ilmiöistä, kun Ørsted vuonna 1820 havaitsi sähkövirralla olevan vaikutus kompassineulaan ja Ampèren havaittua kahden sähkönjohtimen välisen voiman. Faraday teki kokeita, joiden pohjalta hän rakensi ensimmäisen homopolaarisen sähkömoottorin.

1831 Faraday keksi sähkömagneettisen induktion havaittuaan ensin keskinäisinduktanssin kahden johtimen välillä, sitten havaitsemalla sähkövirran synnyn käämissä magneetin kulkiessa sen läpi. Jo pitkän aikaa oli yleisesti arveltu, että magneettikentän pitäisi synnyttää sähkövirtaa, sillä käänteinen ilmiö oli jo havaittu. Vasta Faradayn ansiosta ymmärrettiin, että sähkövirran synty on dynaaminen prosessi, joka edellyttää joko virran muutosta toisessa johtimessa tai magneetin asennon tai paikan muutosta. Joseph Henry sai samanlaisen idean samoihin aikoihin, mutta ei epäröinniltään julkaissut havaintojaan. Kaksi vuotta myöhemmin Faraday osoitti, että induktion aiheuttama sähkö oli täsmälleen samanlaista kuin Voltan parista tai kitkasta peräisin oleva sähkö.

Tutkimustensa pohjalta Faraday painotti erityisesti havaintoaan, että jokainen positiivinen varausyksikkö oli aina yhteydessä negatiiviseen varausyksikköön. Toisin sanoen Faradayn mukaan oli mahdoton tuottaa positiivista tai negatiivista “absoluuttista sähkövarausta” ilman, että johonkin toiseen kappaleeseen muodostuu yhtä suuri, mutta vastakkaismerkkinen varaus. Täten Faraday keksi varauksen säilymislain, vaikka teoriaa elektroneista, protoneista ja nettovarauksettomista atomeista ei ollut vielä esitetty.

1845 Faraday havaitsi, että jotkin materiaalit kokevat heikon poistovoiman magneetin lähellä, minkä hän nimesi diamagneettisuudeksi. Hän ymmärsi myös, että valolla ja sähkömagneettisuudella on yhteys havaittuaan, että valon polarisaatiotaso kiertyy magneettikentässä. Viimeiseksi jääneessä tutkimuksessaan vuonna 1862 hän yritti havaita valonsäteiden jakautumista magneettikentässä, mutta kyseisen havainnon onnistui lopulta tekemään vasta Pieter Zeeman yli kolmekymmentä vuotta myöhemmin. Faraday oli vakuuttunut, että myös gravitaatiolla ja sähkömagneettisuudella oli yhteys, vaikkei onnistunutkaan sitä havaitsemaan.

Faradayn mielestä vallitseva käsitys, jonka mukaan voimat vaikuttivat kappaleisiin etäältä, ei ollut fysikaalisesti mielekäs. Sen sijaan hän visualisoi avaruuden täyteen voimaviivoja, joiden kautta sähköiset ja magneettiset voimat vaikuttivat kappaleisiin ja esitteli täten kentän käsitteen. Jokaisessa avaruuden pisteessä voitiin määrittää voiman suuruus kyseisessä kohdassa olevan voimaviivan suuruudesta. Kentän käsitteen käyttö ei yleistynyt, ennen kuin Maxwell muotoili Faradayn ajatukset matemaattisesti.

Faraday keksi nykyään Faradayn häkeissä sovellettavan periaatteen staattisten varausten jakautumisista.

Luennot ja yhteiskunnallinen työ 
Omien tutkimustensa lisäksi Faraday osallistui muihinkin tieteellisiin projekteihin, kuten esimerkiksi hiilikaivoksen räjähdyksen ja Thamesin saastumisen tutkimiseen. Faraday oli erittäin innokas luennoimaan tieteestä suurelle yleisölle ja puhui avoimesti koulutuksen tärkeydestä. Vuonna 1827 Faraday aloitti nykypäivään asti jatkuneen Royal Institutionin joululuentojen perinteen luennoimalla nuorisolle kemiasta. Faraday oli erittäin pidetty ja valovoimainen luennoitsija ja jatkoi luentoja kemian ja sähkömagnetismin aiheista aina vuoteen 1860 saakka. Faraday myös kritisoi julkisesti okkultismia ja muita parapsykologisia trendejä, jotka nousivat muotiin Englannissa 1850-luvulla.

Katso myös 
 Faradayn vakio
 Faradayn laki
 Faradayn paradoksi

Lähteet

Aiheesta muualla 

Sähkön ja elektroniikan historia
Brittiläiset fyysikot
Brittiläiset kemistit
Copley-mitalin saajat
Royal Societyn jäsenet
Ranskan tiedeakatemian jäsenet
Vuonna 1791 syntyneet
Vuonna 1867 kuolleet
Seulonnan keskeiset artikkelit