Faraday ja sähkömagnetismi

Vuonna 1791 italialainen anatomi Luigi Galvani (1737-98) huomasi vahingossa, että leikatun sammakon lihakset supistuvat, jos niitä kosketettiin samanaikaisesti messinki- ja rauta-antureilla. Italialainen fyysikko Alessandro Volta (1745-1827) katsoi tämän vaikutuksen johtuvan kahden erilaisen metallin kosketuksesta.

Vuonna 1800 Volta ilmoitti kirjeessään Royal Societyn presidentille Joseph Banksille (1743-1820) sellaisen laitteen luomisesta, joka pystyy tuottamaan tasavirtaa. Tämä oli ns "Sähköpylväs", joka koostuu vuorotellen sinkki- ja kuparilevyistä, jotka on erotettu suolaveteen kastetuilla pahviseinillä.

Tiedemiehet ymmärsivät heti tämän keksinnön tärkeyden. Pian englantilainen Humphrey Davy (1778-1829) kehitti tehokkaamman "pilarin", nimeltään galvaaninen akku, jonka avulla hän pystyi eristämään ensimmäistä kertaa useita kemiallisia alkuaineita: natriumia, kaliumia, magnesiumia, kalsiumia, strontiumia ja bariumia. Vuonna 1813 Davy hyväksyi nuoren miehen nimeltä Michael Faraday avustajakseen Royal Institutioniin.

Faraday, köyhän sepän poika, syntyi 22. syyskuuta 1791 Newingtonissa, Surreyssa.Hän onnistui saamaan vain peruskoulutuksen ja 14-vuotiaana opiskeli yhdelle Lontoon kirjansidonnasta. Sidonajan ammatti antoi nuorelle miehelle mahdollisuuden lukea hänen käsissään kulkevia kirjoja. Faraday teki erityisen vaikutuksen Encyclopedia Britannican sähköä käsittelevästä artikkelista. Vuonna 1810 hän liittyi kaupungin filosofiseen yhteiskuntaan, joka antoi hänelle mahdollisuuden kuunnella luentoja ja tehdä kokeita.

Kun hänen oppisopimuskoulutuksensa päättyi vuonna 1812, Faraday hylkäsi kirjansidon uransa. Davy, joka oli tilapäisesti sokea laboratoriossa tapahtuneen räjähdyksen seurauksena, teki hänestä avustajansa. Vuosina 1813-15 Davy vei hänet matkalle Ranskaan ja Italiaan, missä he tapasivat monia merkittäviä tiedemiehiä, mukaan lukien Volta ja Ampère.

Sähkö ja magnetismi

Vuonna 1820 tanskalainen fyysikko Hans Oersted (1777-1851) havaitsi, että johdon läpi kulkeva sähkövirta taivutti kompassin neulan. Tämä löytö herätti suurta kiinnostusta, ja pian Pariisissa Andre Ampere (1775-1836), nähtyään maanmiehensä François Aragon (1786-1853) suorittaman kokeen esittelyn, ryhtyi luomaan perustavanlaatuista sähkömagnetismin teoriaa.

Ampere havaitsi, että johdot, jotka kuljettavat virtoja samaan suuntaan, vetävät puoleensa, vastakkaisia ​​virtoja kuljettavat johdot hylkivät ja lankakela, jonka läpi virta kulkee (hän ​​kutsuu sitä solenoidiksi), käyttäytyy kuin magneetti. Hän ehdotti myös lähellä olevan magneettineulan taipuman käyttämistä virran suuruuden mittaamiseen - idea, joka johti pian galvanometrin keksimiseen.

Tuolloin Faraday ilmaisi ajatuksen, että suljetut voimalinjat muodostuvat virtaa kuljettavan johtimen ympärille. Lokakuussa 1821hän luo laitteen, joka havainnollistaa magneetin pyörimistä virtaa kuljettavan johtimen ympärillä tai langan pyörimistä paikallaan olevan magneetin ympärillä. Tämä oli ensimmäinen sähköenergian muunnos mekaaniseksi energiaksi.

Nykyinen sukupolvi
Kemiallista tutkimusta lopettamatta Faraday sai selville, kuinka sähkövirta voitaisiin luoda magneettikentän avulla. Hän teki tämän löydön elokuussa 1831 melkein vahingossa.

Yrittäessään selvittää magneettikentän ja sähkövirran välistä suhdetta hän kietoi kaksi kelaa rautatangon ympärille, liitti sitten yhden niistä akkuun magneettikentän luomiseksi ja sulki toisen galvanometrin kautta. Virran kulkiessa sisään ensimmäinen kela, mitään ei tapahtunut, mutta Faraday huomasi, että galvanometrin neula nykisi sillä hetkellä, kun virta ilmestyi tai katosi ensimmäisessä kelassa. Hän päätteli, että virta aiheuttaa muutoksen magneettikentässä.

Vuonna 1824 Arago huomasi, että kuparikiekon pyöriminen poikkesi sen yläpuolella sijaitsevan kompassin neulan. Syytä tälle vaikutukselle ei tiedetty. Faraday uskoi, että levyn pyöriminen magneettikentässä aiheutti siihen sähkövirran, joka puolestaan ​​loi magneettikentän, joka poikkeuttaa neulan.

Lokakuussa 1831 hän rakensi samanlaisen laitteen, jossa kuparikiekko pyörii hevosenkenkämagneetin napojen välissä.

Levyn keskiosa ja reuna yhdistettiin galvanometriin, joka osoitti tasavirran kulkua. Kolme kuukautta tämän löydön jälkeen Faraday keksi muuntajan ja sähkögeneraattorin, joiden suunnittelu ei ole muuttunut radikaalisti tähän päivään mennessä.

Elektrolyysin lait

Faraday pystyi soveltamaan sähkötietoaan kemiassa muotoilemalla elektrolyysin peruslait.Hän otti termit "anodi", "katodi", "kationi", "elektrodi" ja "elektrolyytti" tieteelliseen käyttöön. Tutkittuaan sähköstaattisia purkauksia hän osoitti, että ne edustavat lyhytikäistä sähkövirtaa.

Vuonna 1839 Faradayn terveys heikkeni ja hän lopetti tutkimustyön, mutta vuonna 1845 hän aloitti sen uudelleen, koska hän oli kiinnostunut magneettikentän vaikutuksesta polarisoituneeseen valoon. Hän havaitsi, että voimakasta sähkömagneettia voitaisiin käyttää polarisaatiotason kiertämiseen. Tämä sai hänet luomaan sähkömagneettisen valon teorian, jonka James Clerk Maxwell (1831-79) muotoili myöhemmin matemaattisessa muodossa.

Faraday lopetti työskentelyn Royal Institutionissa vuonna 1862, minkä jälkeen hän asui eristyksissä kuningatar Victorian hänelle myöntämissä huoneissa Hampton Court Palacessa, jossa hän kuoli 25. elokuuta 1867.