Michael Faraday, geniul fără școală care a deslușit electromagnetismul
Michael Faraday este cunoscut în principal pentru descoperirea inducției electromagnetice, pentru contribuțiile sale la ingineria electrică și electrochimie sau pentru că este responsabil de introducerea conceptului de câmp pentru a descrie interacțiunile electromagnetice.
Cu toate acestea, este poate mai puțin cunoscut faptul că Faraday a adus contribuții fundamentale la teoria electromagnetică a luminii.
În 1845, Faraday a descoperit că un câmp magnetic influențează un fascicul de lumină polarizată, un fenomen cunoscut sub numele de efect Faraday sau efect magnetooptic. În special, el a descoperit că planul de vibrație al luminii polarizate liniar pe o bucată de sticlă se rotea atunci când se aplica un câmp magnetic în direcția de propagare. Aceasta este una dintre primele indicații ale interrelației dintre electromagnetism și lumină.
În anul următor, în mai 1846, Faraday a publicat „Thoughts on Ray Vibrations”, o lucrare în care a speculat că lumina este un tip de vibrație a liniilor de forță electrice și magnetice.
wikipedia.org
Faraday este un caz cu adevărat atipic în istoria fizicii: pregătirea sa a fost una elementară, el fiind un geniu fără școală, dar legile electricității și ale magnetismului datorează mult mai mult descoperirilor experimentale ale lui Faraday decât celor făcute de oricine altcineva.
El a explicat electroliza în termeni de forțe electrice și a introdus, de asemenea, concepte precum câmpul și liniile de forță, care nu numai că au fost fundamentale pentru înțelegerea interacțiunilor electrice și magnetice, dar au stat și la baza altor progrese în fizică.
Citește și: Dispariția misterioasă a documentelor lui Nikola Tesla după moartea sa
Un geniu fără școală
Thomas Phillips
Michael Faraday s-a născut în sudul Londrei, într-o familie modestă. În copilărie a fost învățat să citească, să scrie și câteva noțiuni de aritmetică. A părăsit școala la vârsta de 13 ani, după moartea tatălui său, și a început să lucreze ca legător de cărți la un atelier din Londra, pentru a câștiga bani pentru familie.
Pasiunea sa pentru știință a fost trezită de descrierea electricității pe care a citit-o într-un exemplar al Enciclopediei Britanice, o carte pe care o legase, după care a început să facă experimente într-un laborator improvizat în podul unui grajd.
Dornic să ştie cât mai mult, să cunoască mai de aproape fenomenele care îl interesau, Michael Faraday și-a dedicat timpul liber studiului. Alături de alți tineri pasionați de știință a organizat o societate intitulată „Societatea filozofică a oraşului”, în cadrul căreia ţineau adevărate prelegeri despre ceea ce audiau, citeau sau făceau experimente.
wikipedia.org
Faraday a fost angajat în data de 1 martie 1813 ca asistent de laborator al lui Humphry Davy la Royal Institution din Londra, unde a fost ales membru în 1824 și unde a lucrat până la moartea sa în 1867, mai întâi ca asistent al lui Davy, apoi fiind colaborator al acestuia și, în cele din urmă, după moartea lui Davy, ca succesor la Royal Institution. Astfel, a putut, în sfârșit, să se dedice cercetărilor care au făcut istorie.
wikipedia.org
Faraday l-a impresionat atât de mult pe Davy, încât atunci când acesta din urmă a fost întrebat despre cea mai mare descoperire a sa, Davy a răspuns: „Cea mai mare descoperire a mea a fost Michael Faraday”. În 1833 a devenit primul profesor de chimie Fullerian la Royal Institution.
În 1826, Faraday a înființat „Discursurile de vineri seara de la Royal Institution”, un grup al oamenilor de știință care discutau despre nenumărate teorii.
În anul următor, a lansat Conferințele de Crăciun pentru tineri, o serie de conferințe al căror obiectiv era de a prezenta știința publicului larg.
wikipedia.org
Faraday a făcut prima sa descoperire a electromagnetismului în 1821. El a repetat experimentul lui Oersted plasând un mic magnet în jurul unui fir purtător de curent și a verificat că forța exercitată de curent asupra magnetului era circulară. După cum a explicat ani mai târziu, firul era înconjurat de o serie infinită de linii de forță circulare concentrice, pe care le-a numit câmpul magnetic al curentului.
A luat ca punct de plecare lucrările lui Oersted și Ampère privind proprietățile magnetice ale curenților electrici și, în 1831, a obținut un curent electric dintr-un câmp magnetic în schimbare, fenomen cunoscut sub numele de inducție electromagnetică. El a descoperit că, atunci când un curent electric trecea printr-o bobină, un alt curent foarte scurt era generat într-o bobină din apropiere.
Această descoperire a marcat o etapă decisivă în progresul nu numai al științei, ci și al societății, și este folosită astăzi pentru a genera electricitate pe scară largă în centralele electrice.
Spre deosebire de câmpurile electrostatice generate de sarcini electrice în repaus, a căror circulație de-a lungul unei traiectorii închise este zero (câmp conservativ), circulația câmpurilor electrice create de câmpurile magnetice se face de-a lungul unei traiectorii închise, alta decât zero. Această circulație, care corespunde forței electromotoare induse, este egală cu viteza de variație a fluxului magnetic care traversează o suprafață a cărei limită este o buclă de sârmă (legea inducției lui Faraday).
Faraday a inventat primul motor electric, primul transformator electric, primul generator electric și primul dinam, astfel încât Faraday rămâne, fără nicio îndoială, unul dintre geniile domeniului ingineriei electrice. Și totul fără să fi urmat cursurile școlilor de prestigiu. A învățat singur.
Faraday a renunțat la teoria fluidelor pentru a explica electricitatea și magnetismul și a introdus conceptele de câmp și linii de câmp, îndepărtându-se de explicația mecanicistă a fenomenelor naturale, cum ar fi acțiunile la distanță ale lui Newton.
Introducerea conceptului de câmp în fizică este probabil cea mai importantă contribuție a sa și a fost descrisă de Einstein ca fiind marea schimbare în fizică, deoarece a oferit electricității, magnetismului și opticii un cadru comun de teorii fizice. Cu toate acestea, liniile de forță ale lui Faraday nu au fost acceptate decât câțiva ani mai târziu, când a intrat în scenă James Clerk Maxwell.
După cum s-a menționat la începutul acestui articol, un alt efect, poate mai puțin cunoscut, descoperit de Faraday a fost influența unui câmp magnetic asupra luminii polarizate, un fenomen cunoscut sub numele de efectul Faraday sau efectul magnetooptic (polarizarea rotatorie magnetică).
Citește și: Fascinanta poveste a Turnului Wardenclyffe, proiectul misterios al lui Tesla
Faraday a arătat că forța magnetică și lumina sunt legate între ele
wikipedia.org
Mintea curioasă a lui Faraday nu s-a mulțumit doar să descopere relația dintre electricitate și magnetism. De asemenea, a dorit să determine dacă și câmpurile magnetice au un efect asupra fenomenelor optice. El credea în unitatea tuturor forțelor naturii și, în special, a luminii, electricității și magnetismului.
Astfel, în data de 13 septembrie 1845 a descoperit că planul de polarizare a luminii polarizate liniar se rotește atunci când această lumină traversează un material căruia i se aplică un câmp magnetic puternic în direcția de propagare a luminii.
Acesta a fost cu siguranță primul indiciu clar că forța magnetică și lumina sunt legate între ele și a arătat, de asemenea, că lumina este legată de electricitate și magnetism.
Faraday a speculat că lumina ar putea fi o formă de perturbație care se propagă de-a lungul liniilor de câmp. Faraday a îndrăznit chiar să pună sub semnul întrebării existența eterului luminifer (sau simplu eterul) – o erezie științifică la acea vreme, care se presupunea a fi mediul de propagare a luminii. El a propus ca lumina să nu fie rezultatul vibrațiilor eterului, ci vibrațiile liniilor de forță fizice.
Această idee a lui Faraday a fost primită cu mult scepticism și respinsă de toată lumea până la publicarea, în 1865, a articolului lui Maxwell intitulat „O teorie dinamică a câmpului electromagnetic”. În această lucrare, Maxwell nu numai că își descrie teoria electromagnetică fundamentală a luminii, dar atribuie ideile care au stat la baza teoriei sale gândurilor lui Faraday privind vibrațiile razelor.
Undele electromagnetice, despre a căror existență Faraday a speculat în 1846 cu gândurile sale despre vibrațiile razelor și care au fost prezise matematic de Maxwell în 1865, au fost în cele din urmă produse în laborator de Hertz, în 1888. Restul este istorie. Este clar că Maxwell a deschis ușa către fizica secolului XX, dar nu este mai puțin clar că Faraday i-a dat lui Maxwell unele dintre cheile pe care le-a folosit.
Michael Faraday a fost un om de știință autodidact și i-a inspirat pe cei mai mari oameni de știință din generațiile următoare, precum Maxwell și Einstein.
wikipedia.org
Faraday a refuzat onorurile care i s-au oferit și a continuat să lucreze și să țină prelegerile sale populare de Crăciun pentru tineri. Aceste conferințe au stârnit interesul multor persoane celebre din acele vremuri, de la soțul reginei Victoria la scriitorul Charles Dickens, care l-a încurajat pe Faraday să le adune în cartea „Istoria chimică a unei lumânări” (în engleză The Chemical History of a Candle), care explică fenomenele fizice și chimice de bază care au loc în timpul procesului de ardere al unei lumânări. Chiar și astăzi, Royal Institution menține aceste prelegeri devenite o tradiție.