Maikls Faradejs

Maikls Faradejs (, [fɛrəˌdeɪ];  dzimis , miris ) bija angļu fiziķis un ķīmiķis, sniedzis ievērojamu ieguldījumu elektromagnētisma nozarē, veicis nozīmīgus atklājumus elektromagnētiskās indukcijas, diamagnētisma un elektrolīzes jomā, aizsācis jaunas zinātnes nozares: elektroķīmiju un magnetoķīmiju.

Biogrāfija 
Maikls Faradejs piedzima Londonas priekšpilsētā (mūsdienās Londona) protestantiskā kalēja ģimenē, kurā viņam bija divas māsas un divi brāļi. Naudas trūkuma dēļ Maikls ieguva tikai pamatizglītību un no trīspadsmit gadu vecuma strādāja par izsūtāmo, vēlāk par grāmatsējēju franču emigranta grāmatu veikalā. Tur viņš papildināja zināšanas pašmācības ceļā, lasot iesienamās grāmatas un praktiski izmēģinot ķīmijas un elektrības īpašības, tā viņš ar tēva un vecākā brāļa palīdzību izgatavoja Leidenes trauku, Voltas stabu, kuru veidoja no viņa nopelnītajām vara monētām. 1810. gadā nomira viņa tēvs.

1810.—1811. gadā Maikls apmeklēja populārzinātniskas fizikas lekcijas Pilsētas filozofu biedrībā. 1812. gadā mūziķis Viljams Denss (William Dance), apmeklēdams grāmatu veikalu, uzdāvināja Maiklam biļeti fiziķa Hamfrija Deivija lekciju apmeklējumam Karaliskajā institūtā. Faradejs šīs četras lekcijas rūpīgi pierakstīja, iesēja tās un nosūtīja Deivijam ar vēstuli, kurā lūdza pieņemt viņu darbā Karaliskajā institūtā. Profesors Deivijs, institūta ķīmijas laboratorijas direktors, pēc dažiem mēnešiem, tas ir, tiklīdz radās vakance, uzaicināja Faradeju strādāt par laborantu. Faradeja galvenie pienākumi nebija saistīti ar zinātni — vinš palīdzēja lektoriem lekciju sagatavošanā, uzskaitīja un apkopa materiālās vērtības, brīvajā laikā veicot ķīmijas eksperimentus. 1813. gada rudenī Faradejs kā palīgs devās līdzi Deivijam un viņa sievai ceļojumā pa Eiropu. Divu gadu laikā viņi apmeklēja Eiropas lielākās universitātes , tikās ar tā laika ievērojamākajiem zinātniekiem Ampēru, Ševrolu, Gē-Lisaku, Voltu.

1815. gadā Faradejs turpināja darbu Karaliskajā institūtā asistenta amatā, arvien patstāvīgi veikdams eksperimentus. 1816. gadā tika izdots pirmais nodrukātais Faradeja darbs — Toskānas kaļķakmeņa ķīmiskā sastāva analīze — un Faradejs sāka lasīt lekcijas filozofu biedrībā.

1821. gadā apprecējās ar Sāru Bārnardu (Sarah Barnard). Savu bērnu pārim nebija, viņi audzināja bāreni, dzīvoja Karaliskajā institūtā. Faradejs tika iecelts par institūta superintendentu jeb ēkas un laboratoriju uzraugu. Vinš aizvien pievērsās fizikai, un 1821. gadā izdoti viņa pētījumi, kuru starpā bija viņa izgudrotais elektrodzinējs.

Kopš 1820. gada Faradeju nodarbināja jautājums par elektrības un magnētisma savstarpējo saistību. Tobrīd jau pastāvēja elektrostatikas un elektrodinamikas zinātne, bija pazīstama elektrolīze, lokizlāde. 1820. gadā Ersteds atklāja elektriskās strāvas ietekmi uz magnētisko adatu un tajā pašā gadā savas teorijas par šo saistību izvirzīja Bio un Savārs, vēlāk — Laplass (Bio — Savāra — Laplasa likums). 1822. gadā tika publicēta Ampēra elektromagnētisma teorija, kurā paredzēta elektriskās strāvas tāldarbība, tāpat Ampērs atklāja solenoīdu, respektīvi, elektromagnētu. Pēc vairākiem eksperimentiem Faradejs publicēja rakstu, kurā izklāstīja, kā izdarīt, lai magnetizēta adata nepārtraukti grieztos ap magnētisko polu. Tas arī bija pirmatnējs elektrodzinējs, kas pārvērta elektrisko enerģiju mehāniskajā.

1821. gada beigās angļu ķīmiķis un fiziķis Viljams Volastons pasūdzējās Deivijam, ka Faradeja eksperiments ar adatas griešanos ir viņa (Volastona) idejas plaģiāts. Ziņa strauji izplatījās, Deivijs atbalstīja Volastonu, un viņa (Deivija) attiecības ar Faradeju pasliktinājās un nekad vairs pilnībā neatjaunojās. Faradejs satikās ar Volastonu un panāca izlīgumu. 1824. gadā Faradeju ievēlēja par Karaliskās biedrības locekli, Deivijs, tābrīža biedrības prezidents, balsoja pret, bet Volastons — par Faradeja ievēlēšanu.

1825. gadā Deivijs atstāja laboratorijas direktora amatu Karaliskajā institūtā un ieteica iecelt Faradeju par ķīmijas un fizikas laboratorijas direktoru, kas arī tika īstenots. Ievēlēts par Pēterburgas Zinātņu akadēmijas (1830) , Amerikas Mākslas un Zinātņu akadēmijas (1832) , Zviedrijas Karaliskās Zinātņu akadēmijas (1838), Parīzes Zinātņu akadēmijas (1844) ārzemju locekli, kļuva par Nīderlandes Karaliskā institūta asociēto locekli (1849).

Pēc pirmajām veiksmēm Faradeja darbībā līdz 1831. gadam iestājās pārtraukums: viņš nepublicēja pētījumus, eksperimentos netika sasniegts gaidāmais, daudz laika prasīja jaunie pienākumi. 1830. gadā viņš kļuva par ķīmijas profesoru Karaliskajā Kara akadēmijā un 1833. gadā Karaliskajā institūtā.  Faradejam piemita lieliskas pasniegšanas prasmes, tostarp arvien tiek izdota viņa populārzinātniskā grāmata bērniem "Sveces ķīmiskā vēsture".

Ar savu darbību Faradejs bija ieguvis pasaules ievērību, taču viņš atteicās no bruņinieka titula, kuru piešķīra arī izciliem zinātniekiem un divreiz atteicās kļūt par Karaliskās biedrības prezidentu. Krimas kara laikā Lielbritānijas valdība piedāvāja Faradejam piedalīties ķīmisko ieroču, kas būtu vērsti pret Krievijas armiju, izstrādāšanā, no kā viņš atteicās, uzskatīdams šādu piedāvājumu par prettikumīgu. Materiālajā ziņā viņš visu savu dzīvi ir aizvadījis pieticīgi. Viņš sniedza daudzas konsultācijas dažādiem rūpniecības uzņēmumiem, taču honorārus allaž veltīja labdarības mērķiem.

1840. gadā Faradejs smagi saslima un atkopās vien pēc četriem gadiem. Viņa draugi centās izgādāt Faradejam valsts pensiju, ko Lielbritānijas premjerministrs Viljams Lembs sākumā liedza, tomēr sabiedrības spiediena dēļ tai piekrita. 1845. gadā fiziķis savu darbu atsāka, bet jau gada beigās atkal saslima. 1851. gadā viņš piedalījās Lielās izstādes rīkošanā un tajā izstādīto darbu vērtēšanā un sniedza padomus Nacionālajai galerijai mākslas darbu tīrīšanai un saglabāšanai. 1853. gadā zinātnieks izzināja tolaik populārā spiritisma būtību un paziņoja, ka seansos novērojamās dīvainās parādības ir cilvēku, nevis kaut kādu garu izraisītas. Faradejs saņēma lērumu vēstuļu no sašutušajiem okultistiem, uz ko viņš atbildēja, ka pieņems iebildumus tikai no pašiem gariem.

1848. gadā karaliene Viktorija nodeva Faradejam mūža lietojumā Hemptonkortas pils ansamblī ietilpstošo māju, uzņemdamās naudas izdevumus. 1858. gadā Faradejs atstāja savus amatus. 1867. gada 25. augustā Maikls Faradejs nomira, sēžot pie rakstāmgalda. Karaliene Viktorija ierosināja apglabāt zinātnieku Vestminsteras abatijā, bet tika īstenota viņa paša vēlēšanās tikt apbedītam parastā kapsētā ar vienkāršu kapakmeni, viņš apglabāts Haigeitas kapsētā, neanglikāņu daļā, un Vestminsteras abatijā blakus Ņūtona kapam uzstādīta Faradeja piemiņas zīme.

Zinātniskie pētījumi 

1815. gadā, atgriezies Londonā pēc Eiropas apceļojuma, Faradejs sāka strādāt Londonas Karaliskā institūta, tādējādi viņam bija piekļuve tālaika vienai no labākajām laboratorijām pasaulē.

Ķīmija 
Pirmie zinātnieka pētījumi bija veltīti ķīmijas problēmām. Viņš atklāja benzolu un izobutilēnu, sintezēja heksahlorānu 1825. gadā un viens no pirmajiem ieguva sašķidrinātās gāzes: hloru, sērūdeņradi, ogļskābo gāzi, amonjaku, etilēnu, slāpekļa dioksīdu.  Pētīja katalīzes norises. 1825.—1829. gadā pētīja stikla ķīmiskā sastāva ietekmi uz stikla īpašībām. 

1820. gadā Faradejs ieguva tērauda un niķeļa sakausējumus, kas uzskatāms par nerūsoša tērauda atklāšanu un kas tobrīd palika bez metalurgu ievērības.

Elektriskā un magnētiskā ķīmija 
1832. gadā Faradejs atklāja fundamentālos elektrolīzes likumus, kas kļuva par pamatu elektroķīmijai un kas vedināja domāt par elektrisko atomu pastāvēšanu ar vismazāko iespējamo lādiņu, un 20. gadsimta sākuma tika atklāts elektrons, kura lādiņu palīdzēja novērtēt Faradeja likumi. Termini 'jons', 'katods', 'anods' 'elektrolīts' ir Faradeja ieviesti. Elektroķīmijas eksperimenti kļuva par vēl vienu elektromagnētisma tuvdarbības pierādījumu, tas ir, ka elektrolīze norisinās tikai tur, kur plūst strāva. 

1846. gadā Faradejs atklāja diamagnētismu, kas kļuva par pamatu magnetoķīmijai.

Citi pētījumi 
Lielbritānijas valdība vairākkārtīgi iesaistījusi Faradeju lietišķās fizikas pētījumos, starp kuriem bija bāku pilnveidošana, kuģu dibenu aizsargāšana no korozijas, tiesu lietu ekspertīze un tamlīdzīgi. 

Faradejs pētīja metālu nanodaļiņas zelta koloīdā un aprakstīja to optisko īpašību atšķirības salīdzinājumā ar daudz lielāku izmēru ķermeņiem . Šos novērojumus nākamajā gadsimtā izskaidroja kvantu mehānika.

Elektromagnētisms 
Taču nozīmīgākie Faradeja darbi saistīti ar elektrību un magnētismu. Viņš pierādīja, ka, laižot strāvu caur stiepli, kas uztīta uz dzelzs serdes, dzelzs pārvēršas par magnētu. Izņēmis serdi, Faradejs konstatēja, ka stieples spirāles magnētiskās īpašības nav mainījušās. Šo ierīci viņš nosauca par elektromagnētu.

19. gs. 30. gados Maikls Faradejs eksperimentāli pierādīja elektrisko lādiņu nezūdamību. 

Nākamajā eksperimentā Faradejs uz tās pašas dzelzs serdes uztina citu, izolētu, spirāli. Zinātnieks konstatēja, ka, serdi izvelkot, spirālē rodas strāva. Šo parādību viņš nosauca par elektromagnētisko indukciju (1831). Indukcija ir tādu plaši izplatītu ierīču kā transformators un ģenerators darbības principa pamatā. Pētīja 1832. gadā Henrija atklāto pašindukciju. Šie atklājumi padarīja Faradeja vārdu slavenu un aizsāka elektrības praktiskās izmantošanas ēru. Ieviesa jēdzienu 'dielektriskā caurlaidība', kuru pats dēvēja par 'induktīvā spēja'. Arago pētījumu ietekmēts, Faradejs izveidoja ģeneratoru "Faradeja disku" un veica eksperimentus, izmantojot arī Zemes magnētismu. Iegūto rezultātu aprakstīšanai viņš izmantoja jēdzienu 'magnētiskās spēka līnijas', tāpat vēlāk ieviesdams 'elektriskās spēka līnijas'. Šie atklājumi un atziņas ļāva uzzināt par lauku pastāvēšanu (1845. gadā Faradejs pirmo reizi izmantoja terminu 'elektromagnētiskais lauks') un atklāt iepriekšējo elektromagnētisma teoriju — Ampēra, Puasona un citu — nepilnības. 

1832. gadā Faradejs pēc simtiem eksperimentu secināja, ka visām elektrības parādībām (siltums, gaisma, magnētisms utt.) piemīt viena daba neatkarīgi no to avota (berze, Voltas stabs, dzīvnieki utt.). 1836. gadā, pētīdams statisko elektrību, viņš atklāja, ka elektriskais lādiņš slēgtā vadītāja apvalkā iedarbojas tikai uz tā virsmu, bet neiedarbojas uz tajā esošajiem ķermeņiem. Šādu konstrukciju sauc par Faradeja būri. Faradejs atklāja gaismas polarizācijas plaknes pagriezienu magnētiskajā laukā (Faradeja efekts).

Faradejs uzskatīja, ka tukša telpa nepastāv  un pasaule ir piepildīta ar caurlaidīgu matēriju, un katras daļiņas ietekme izplatās visā vidē ar noteiktu ātrumu, un šīs ietekmes tiek uztvertas kā spēki, un neviens spēks nav pirmatnējs, bet visi spēki ir cits citu ietekmējoši. 1832. gadā Karaliskajā biedrībā tika noglabāta Faradeja apzīmogota aploksne, kura atvērta 1938. gadā un kurā atrasts hipotēzes izklāsts, ka indukcijas parādības izplatās ar noteiktu ātrumu viļņu veidā un ka šie viļņi ir visdrīzākais gaismas parādību izskaidrojums.

Pēc 30 gadiem elektromagnētisma likumus pilnībā formulēja un matemātiski modulēja Maksvels (pats Faradejs nebija apguvis augstāko matemātiku, tāpēc viņa darbos gandrīz nav formulu). Pēc Herca 1888.—1889. gada eksperimentiem Faradeja—Maksvela  lauku modelis kļuva par vispāratzītu.

Rakstu darbi 
Faradejs ir aptuveni 450 rakstu autors, tāpat viņš ir sarakstījis un publicējis grāmatas:

 "Ķīmiskās manipulācijas: instrukcijas ķīmijas studentiem par demonstrācijas vai pētniecības eksperimentu veikšanas metodēm ar precizitāti un panākumiem", 1827. gads (Chemical Manipulation: Being Instructions to Students in Chemistry on the Methods of Performing Experiments of Demonstration or of Research, with Accuracy and Success)
 "Elektrības eksperimentālie pētījumi", 1839.—1855. gads (Experimental Researches in Electricity)
 "Ķīmijas un fizikas eksperimentālie pētījumi", 1859. gads (Experimental Researches in Chemistry and Physics)
 "Sešu lekciju kurss par dažādiem matērijas spēkiem un to savstarpējo saistību", 1860. gads (A Course of Six Lectures on the Various Forces of Matter, and Their Relations To Each Other)
 "Sešu lekciju kurss par sveces ķīmisko vēsturi: kam pievienota lekcija par platīnu", 1861. gads (A Course of Six Lectures on the Chemical History of a Candle: To Which is Added a Lecture on Platinum)

Apbalvojumi 

 Ordenis Pour le Mérite
 Beikera medaļa un lekcija (1829, 1832, 1849, 1851, 1857)
 Koplija medaļa (1832, 1838)
 Karaliskā medaļa (1835, 1846)
 Rumforda medaļa (1846)
 Alberta medaļa (Karaliskā mākslas biedrība) (1866)

Piemiņa 

Maikla Faradeja vārdā ir nosaukti: 

 fundamentāla fizikas konstante — Faradeja konstante
 elektriskās kapacitātes mērvienība — farads 
 elektriskā lādiņa mērvienība elektroķīmijā — faradejs
 Mēness krāteris
 asteroīds
 Faradeja disks
 Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likums
 Faradeja būris
 Faradeja cilindrs
 Faradeja efekts.

Kopš 1847. gada Londonā pie Inženierijas un tehnoloģiju institūta atrodas Faradeja statuja . 1961. gadā brutālisma arhitekts Rodnijs Gordons (Rodney Gordon) netālu no Faradeja dzimšanas vietas izveidoja Maikla Faradeja memoriālu. Vēl Londonā ir Faradeja skola, Faradeja dārzs, Faradeja municipālais apgabals, Dienvidkrasta Universitātes Faradeja spārns (tā ēkās atrodas elektrotehniskā fakultāte), Brunela Universitātes Faradeja dzīvojamā zāle, Lafboro Universitātē (Lesteršīrā) Faradeja vārdā saukta aktu zāle, par piemiņu Faradejam nosaukta Edinburgas Universitātē (Skotijā) zinātnes un inženierijas studentu pilsētiņa jeb kampuss, Svonzi Universitātes (Velsā) galvenā inženierijas ēka, Ziemeļlinoisas Universitātes (ASV) eksperimentālās fizikas ēka, bijusī Lielbritānijas polārstacija Antarktīdā (tagad Ukrainas Vernadska). Faradeja ielas ir Lielbritānijā, Vācijā, Francijā, Kanādā, ASV, Jaunzēlandē. Faradeja portrets tika attēlots uz 20 sterliņu mārciņu naudaszīmes no 1991. līdz 1999. gadam.

Faradeja vārda nosaukti apbalvojumi:

 Maikla Faradeja prēmija
 Faradeja medaļa
 Faradeja lekcijas prēmija
 Faradeja elektroķīmijas medaļa
 Faradeja eksperimentālās fizikas medaļa.

Atsauces

Ārējās saites 

 

Londonā dzimušie
Angļu fiziķi
Angļu ķīmiķi
Londonā mirušie