Zusammenfassung

Michael Faraday (Michael Faraday, 22. September 1791, London - 25. August 1867, London) war ein englischer Experimentalphysiker und Chemiker.

Mitglied der Royal Society of London (1824) und zahlreicher anderer wissenschaftlicher Organisationen, u. a. ausländisches Ehrenmitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (1830).

Entdeckung der elektromagnetischen Induktion, der Grundlage der modernen industriellen Stromerzeugung und vieler ihrer Anwendungen. Er schuf das erste Modell eines Elektromotors. Zu seinen weiteren Entdeckungen gehören der erste Transformator, die chemische Wirkung des Stroms, die Gesetze der Elektrolyse, die Wirkung des Magnetfelds auf das Licht und der Diamagnetismus. Er war der erste, der elektromagnetische Wellen vorhersagte. Faraday führte die Begriffe Ion, Kathode, Anode, Elektrolyt, Dielektrikum, Diamagnetismus, Paramagnetismus und andere ein.

Faraday war der Begründer der Lehre vom elektromagnetischen Feld, die dann von Maxwell mathematisch formalisiert und weiterentwickelt wurde. Faradays wichtigster Beitrag zur Physik elektromagnetischer Phänomene war seine Ablehnung des Newton'schen Prinzips der Fernwirkung und seine Einführung des Konzepts eines physikalischen Feldes, eines kontinuierlichen Raumes, der vollständig mit Kraftlinien gefüllt ist und mit der Materie in Wechselwirkung steht.

Frühe Jahre. Buchbinder

Michael Faraday wurde am 22. September 1791 in Newington Butts, in der Nähe von London (heute Greater London), als Sohn einer Schmiedefamilie geboren. Die Familie - Vater James (1761-1810), Mutter Margaret (1764-1838), Brüder Robert und Michael, Schwestern Elizabeth und Margaret - lebte freundschaftlich, aber bedürftig, so dass Michael bereits im Alter von 13 Jahren die Schule verließ und als Lieferjunge in einer Londoner Buchhandlung des französischen Einwanderers Ribaud zu arbeiten begann. Nach einer Probezeit wurde er (dort) Buchbinderlehrling.

Faraday erhielt nie eine systematische Ausbildung, aber er zeigte schon früh eine große Neugierde und eine Leidenschaft für das Lesen. Im Laden gab es viele wissenschaftliche Bücher; in späteren Erinnerungen nahm Faraday vor allem Bücher über Elektrizität und Chemie zur Kenntnis, und als er las, begann er sofort, selbst einfache Experimente durchzuführen. Sein Vater und sein älterer Bruder Robert förderten Michaels Wissensdurst nach Kräften, unterstützten ihn finanziell und halfen ihm bei der Herstellung einer rudimentären Elektrizitätsquelle - dem "Leidener Krug". Auch nach dem frühen Tod seines Vaters im Jahr 1810 unterstützte ihn sein Bruder weiterhin. Faraday stellte auch eine galvanische Batterie ("Voltapol") her, in die er von seinem Verdienst eine Säule aus Kupferpfennigen steckte.

Eine wichtige Etappe im Leben von Faraday waren seine Besuche bei der City Philosophical Society (1810-1811), wo der 19-jährige Michael abends populärwissenschaftliche Vorträge über Physik und Astronomie hörte, an Debatten teilnahm und gut zeichnen lernte. Einige der Wissenschaftler, die die Buchhandlung besuchten, bemerkten die Fähigkeiten des jungen Mannes, und 1812 schenkte ihm ein Besucher, der Musiker William Dance, eine Eintrittskarte für eine Reihe öffentlicher Vorträge des berühmten Chemikers und Physikers Humphry Davy, dem Entdecker zahlreicher chemischer Elemente, in der Royal Institution.

Labortechniker an der Königlichen Anstalt (1812-1815)

Michael Faraday hörte nicht nur mit Interesse zu, sondern schrieb vier von Davys Vorlesungen auf, die er ihm zusammen mit einem Brief schickte, in dem er ihn bat, der Royal Institution beizutreten. Dieser, wie Faraday es selbst ausdrückte, "kühne und naive Schritt" hatte einen entscheidenden Einfluss auf sein Schicksal. Professor Davy, der selbst eine Ausbildung zum Chemiker absolviert hatte, war von den umfangreichen Kenntnissen des jungen Mannes begeistert, aber zu dieser Zeit gab es keine freien Stellen am Institut, und Michaels Antrag wurde nur wenige Monate später bewilligt. Anfang 1813 lud Davy, der das chemische Labor des Instituts leitete, den 22-Jährigen ein, eine freie Stelle als Labortechniker an der Royal Institution anzutreten.

Faradays Aufgaben bestanden vor allem darin, die Professoren und andere Dozenten des Instituts bei der Vorbereitung von Vorlesungen zu unterstützen, über die materiellen Güter Buch zu führen und sie zu betreuen. Er selbst versuchte jedoch, jede Gelegenheit zu nutzen, um sich weiterzubilden, und vor allem hörte er allen von ihm vorbereiteten Vorlesungen aufmerksam zu. Gleichzeitig führte Faraday mit Davys wohlwollender Unterstützung seine eigenen chemischen Experimente zu Themen durch, die ihn interessierten. Faraday erfüllte seine Aufgaben so gründlich und geschickt, dass er bald zu Davys unentbehrlichem Assistenten wurde.

Im Herbst 1813 begibt sich Faraday mit dem Professor und seiner Frau, die als Assistentin und Sekretärin fungiert, auf eine zweijährige Reise durch die wissenschaftlichen Zentren Europas, das gerade Napoleon besiegt hatte. Die Reise war für Faraday von großer Bedeutung: Davy wurde von vielen führenden Wissenschaftlern seiner Zeit, darunter A. Amper, M. Chevreul, J. L. Gay-Lussac und A. Volta, als weltweite Berühmtheit begrüßt. Einige von ihnen lenkten die Aufmerksamkeit auf die brillanten Fähigkeiten des jungen Faraday.

Der Weg zur Wissenschaft (1815-1821)

Nach seiner Rückkehr an die Royal Institution im Mai 1815 begann Faraday eine intensive Arbeit als Assistent mit einem für die damalige Zeit recht hohen Gehalt von 30 Schilling pro Monat. Er setzte seine unabhängige Forschung fort, für die er bis spät in die Nacht aufblieb. In dieser Zeit zeigte er die für Faraday charakteristischen Eigenschaften: harte Arbeit, methodische und akribische Durchführung von Experimenten, der Wunsch, das Wesen des untersuchten Problems zu durchdringen. In der ersten Hälfte des XIX. Jahrhunderts erwarb er sich den Ruhm des "Königs der Experimentatoren". Sein ganzes Leben lang führte Faraday genaue Labortagebücher über seine Experimente (veröffentlicht 1931). Das letzte Experiment zum Elektromagnetismus ist in dem entsprechenden Tagebuch mit der Nummer 16041 gekennzeichnet; insgesamt führte Faraday im Laufe seines Lebens etwa 30.000 Experimente durch.

Im Jahr 1816 veröffentlichte Faraday sein erstes gedrucktes Werk (über die Analyse der chemischen Zusammensetzung von toskanischem Kalkstein), und in den folgenden drei Jahren veröffentlichte er über 40 weitere Werke, hauptsächlich im Bereich der Chemie. Zur gleichen Zeit begann Faraday mit seiner ersten Vorlesung an der Philosophischen Gesellschaft, die er sechs Jahre zuvor besucht hatte. Faraday begann, mit bedeutenden europäischen Chemikern und Physikern zu korrespondieren. Im Jahr 1820 führte Faraday einige Experimente zum Schmelzen von Stählen mit Nickelzusatz durch. Diese Arbeit gilt als die Entdeckung des rostfreien Stahls, der zu dieser Zeit die Metallurgen nicht interessierte.

Im Jahr 1821 ereigneten sich mehrere wichtige Ereignisse in Faradays Leben. Im Juli heiratete er die 20-jährige Sarah Barnard (1800-1879), die Schwester eines Freundes. Zeitgenossen und Faraday selbst zufolge war die Ehe glücklich; Michael und Sarah lebten 46 Jahre lang zusammen. Das Paar wohnte im obersten Stockwerk der Royal Institution und zog, da sie keine eigenen Kinder hatten, ihre junge verwaiste Nichte Jane auf; Faraday kümmerte sich auch ständig um seine Mutter Margaret (die 1838 starb). Am Institut wurde Faraday zum technischen Leiter der Gebäude und Laboratorien der Royal Institution (Superintendent of the House) ernannt. Schließlich begann seine experimentelle Forschung, sich immer mehr auf die Physik zu verlagern. Mehrere umfangreiche physikalische Arbeiten, die 1821 veröffentlicht wurden, zeigten, dass Faraday als bedeutender Wissenschaftler etabliert war. Darunter befand sich vor allem eine Arbeit über die Erfindung des Elektromotors, mit der die industrielle Elektrotechnik ihren Anfang nahm.

Erfindung des Elektromotors. Wissenschaftlicher Ruhm (1821-1830)

Ab 1820 war Faraday von dem Problem, die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus zu untersuchen, äußerst fasziniert. Zu diesem Zeitpunkt gab es bereits die Wissenschaft der Elektrostatik, die vor allem durch die Bemühungen von C. Gauß und J. Green entwickelt worden war. Im Jahr 1800 entdeckte A. Volta eine starke Gleichstromquelle ("Voltapol"), und eine neue Wissenschaft der Elektrodynamik begann sich rasch zu entwickeln. Unmittelbar danach wurden zwei herausragende Entdeckungen gemacht: die Elektrolyse (1800) und der elektrische Lichtbogen (1802).

Die wichtigsten Ereignisse begannen jedoch 1820, als Ørsted in einem Experiment die ablenkende Wirkung von Strom auf einen magnetischen Pfeil entdeckte. Die ersten Theorien zur Verbindung von Elektrizität und Magnetismus wurden im selben Jahr von Bio, Savard und später Laplace aufgestellt (siehe Bio-Savard-Laplace-Gesetz). A. Ampere veröffentlichte ab 1822 seine Theorie des Elektromagnetismus, der zufolge das primäre Phänomen die Wechselwirkung von Leitern mit Strom über große Entfernungen ist. Amperes Formel für die Wechselwirkung zweier Stromelemente hat Eingang in die Lehrbücher gefunden. Amper entdeckte unter anderem den Elektromagneten (Solenoid).

Nach einer Reihe von Experimenten veröffentlichte Faraday 1821 einen Artikel "Über einige neue elektromagnetische Bewegungen und über die Theorie des Magnetismus", in dem er zeigte, wie man einen magnetisierten Pfeil kontinuierlich um einen der Magnetpole rotieren lassen konnte. Im Wesentlichen war diese Konstruktion noch unvollkommen, aber ein durchaus funktionsfähiger Elektromotor, der zum ersten Mal auf der Welt eine kontinuierliche Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie ermöglichte. Faradays Name wird weltberühmt.

Das Ende des Jahres 1821, ein allgemein triumphales Jahr für Faraday, wurde von Verleumdungen überschattet. Der berühmte Chemiker und Physiker William Wollaston beschwerte sich bei Davy, dass Faradays Experiment mit der Drehung des Pfeils ein Plagiat seiner, Wollastons Idee sei (die er fast nie verwirklichte). Die Geschichte erregte großes Aufsehen und brachte Faraday eine Menge Ärger ein. Davy stellte sich auf die Seite von Wollaston, und sein Verhältnis zu Faraday verschlechterte sich zusehends. Im Oktober sorgte Faraday für ein persönliches Treffen mit Wollaston, bei dem er seinen Standpunkt klarstellte und eine Versöhnung herbeiführte. Als Faraday im Januar 1824 zum Mitglied der Royal Society of London gewählt wurde, war Davy, der damalige Präsident der Royal Society, der einzige, der gegen die Wahl stimmte (Wollaston selbst hatte für die Wahl gestimmt). Das Verhältnis zwischen Faraday und Davy verbesserte sich später, aber es fehlte die Herzlichkeit der Vergangenheit, obwohl Davy gerne wiederholte, dass von all seinen Entdeckungen die wichtigste "Faradays Entdeckung" war.

In Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen wurde Faraday zum korrespondierenden Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften gewählt (1823). 1825 beschloss Davy, die Leitung der Laboratorien der Royal Institution abzugeben, und empfahl, Faraday zum Direktor der physikalischen und chemischen Laboratorien zu ernennen, was auch bald geschah. Davy starb nach langer Krankheit im Jahr 1829.

Nach dem anfänglichen Erfolg von Faradays Forschungen zum Elektromagnetismus folgte eine zehnjährige Pause, und bis 1831 veröffentlichte er kaum Arbeiten zu diesem Thema: Seine Experimente brachten nicht die gewünschten Ergebnisse, neue Aufgaben lenkten ihn ab und vielleicht wirkte sich auch ein unangenehmer Skandal im Jahr 1821 aus.

1830 wurde Faraday zum Professor zunächst an der Königlichen Militärakademie (Woolwich) und ab 1833 an der Royal Institution (für Chemie) ernannt. Er hielt Vorträge nicht nur an der Royal Institution, sondern auch in mehreren anderen wissenschaftlichen Organisationen und Kreisen. Seine Zeitgenossen schätzten Faradays didaktische Qualitäten, die es verstanden, Klarheit und Zugänglichkeit mit einer tiefgründigen Betrachtung des Themas zu verbinden. Sein populärwissenschaftliches Meisterwerk für Kinder, The History of the Candle (populäre Vorlesungen, 1861), wird noch heute gedruckt.

Eine Studie über den Elektromagnetismus (1831-1840)

1822 erschien ein Eintrag in Faradays Labortagebuch: "Um Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln". Faraday argumentiert folgendermaßen: Wenn in Ersteds Experiment der elektrische Strom eine magnetische Kraft hat und Faraday davon überzeugt ist, dass alle Kräfte ineinander überführbar sind, dann muss die Bewegung eines Magneten auch einen elektrischen Strom anregen.

Der Weg zum elektrischen Generator war nicht einfach - die ersten Versuche waren erfolglos. Der Hauptgrund für den Misserfolg war die Unkenntnis der Tatsache, dass ein elektrischer Strom nur durch ein variables Magnetfeld erzeugt wird, und dieses muss stark genug sein (sonst wäre der Strom zu schwach, um registriert zu werden). Um die Wirkung zu verstärken, musste der Magnet (oder Leiter) schnell bewegt und der Leiter aufgewickelt werden. Erst zehn Jahre später, 1831, fand Faraday mit der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion endlich eine Lösung für das Problem. Mit dieser Entdeckung begann eine äußerst fruchtbare Periode der Faraday-Forschung (1831-1840), die der wissenschaftlichen Welt seine berühmte Artikelserie "Experimentelle Untersuchungen über Elektrizität" bescherte (die er in den "Philosophical Transactions" in 30 Ausgaben von 1831 bis 1835 veröffentlichte). Bereits 1832 wurde Faraday für seine Entdeckung der Induktion mit der Copley-Medaille ausgezeichnet.

Der Bericht über Faradays Experimente erregte sofort großes Aufsehen in der wissenschaftlichen Welt Europas, und auch die großen Zeitungen und Zeitschriften schenkten ihnen große Aufmerksamkeit. Zahlreiche wissenschaftliche Organisationen ernannten Faraday zum Ehrenmitglied (er erhielt insgesamt 97 Diplome). Wenn die Entdeckung des Elektromotors zeigte, wie Elektrizität genutzt werden konnte, so zeigten seine Experimente mit der Induktion, wie man eine leistungsfähige Quelle für Elektrizität schaffen konnte (der elektrische Generator). Von diesem Zeitpunkt an wurden die Schwierigkeiten bei der allgemeinen Einführung der Elektrizität rein technischer Natur. Physiker und Ingenieure beschäftigten sich mit der Erforschung von Induktionsströmen und der Entwicklung immer fortschrittlicherer elektrischer Geräte; die ersten industriellen Modelle erschienen noch zu Faradays Lebzeiten (der Wechselstromgenerator von Hippolyte Pixie, 1832) und 1872 stellte Friedrich von Höfner-Alteneck einen hocheffizienten Generator vor, der später von Edison verbessert wurde.

1832 untersuchte Faraday ein weiteres wichtiges Problem der damaligen Zeit. Zu dieser Zeit waren mehrere Elektrizitätsquellen bekannt: Reibung, der Voltpol, einige Tiere (z. B. der elektrische Stachelrochen), die Faradaysche Induktion, das Thermoelement (1821 entdeckt, siehe Seebeck-Effekt). Einzelne Wissenschaftler haben Zweifel daran geäußert, dass es sich bei all diesen Effekten um dieselbe Art von Elektrizität handelt, und haben sogar unterschiedliche Begriffe verwendet: "Galvanismus", "tierische Elektrizität", usw. Faraday führte Hunderte von Experimenten durch und beendete das Problem, indem er zeigte, dass alle Erscheinungsformen der Elektrizität (thermische, lichttechnische, chemische, physiologische, magnetische und mechanische) genau gleich sind, unabhängig von ihrer Quelle.

Im Jahr 1835 erkrankte Faraday zum ersten Mal an einer Krankheit, die ihn bis 1837 an der Arbeit hinderte.

Die letzten Jahre (1840-1867)

Trotz seines weltweiten Ruhms blieb Faraday für den Rest seines Lebens ein bescheidener, gutherziger Mensch. Er lehnte das Angebot ab, zum Ritter geschlagen zu werden, da er zuvor von Newton und Davy zum Ritter geschlagen worden war, und lehnte es zweimal ab, Präsident der Royal Society zu werden (1848 und 1858). Während des Krimkriegs lud ihn die britische Regierung ein, sich an der Entwicklung chemischer Waffen gegen die russische Armee zu beteiligen, doch Faraday lehnte den Vorschlag entrüstet als unmoralisch ab. Faraday führte ein bescheidenes Leben und lehnte oft lukrative Angebote ab, wenn sie ihn daran gehindert hätten, das zu tun, was er liebte.

Im Jahr 1840 erkrankte Faraday erneut schwer (starker Kräfteverfall, Verschlechterung und teilweiser Verlust des Gedächtnisses) und konnte erst vier Jahre später für kurze Zeit wieder aktiv arbeiten. Es gibt die Theorie, dass die Krankheit die Folge einer Vergiftung durch Quecksilberdampf war, den er häufig bei seinen Experimenten verwendete. Eine von den Ärzten empfohlene Europareise (1841) half ihm wenig. Freunde begannen, eine staatliche Rente für den weltberühmten Physiker zu beantragen. Der britische Premierminister (William Lamb, Lord Melbourne) reagierte zunächst mit Missbilligung, doch die öffentliche Meinung zwang ihn, zuzustimmen. Faradays Biograf und Freund John Tyndale rechnete vor, dass Faraday nach 1839 in bitterer Armut lebte (weniger als 22 Pfund pro Jahr), und nach 1845 wurde die Rente (300 Pfund pro Jahr) seine einzige Einnahmequelle. Tindal fügt verbittert hinzu: "Er starb arm, hatte aber die Ehre, den wissenschaftlichen Ruhm Englands vierzig Jahre lang in Ehren zu halten."

Im Jahr 1845 kehrte Faraday kurzzeitig zu seiner aktiven Arbeit zurück und machte mehrere herausragende Entdeckungen, darunter die Umkehrung der Polarisationsebene des Lichts in Materie, die sich in einem Magnetfeld befindet (Faraday-Effekt), und den Diamagnetismus.

Dies waren seine letzten Entdeckungen. Ende des Jahres brach die Krankheit erneut aus. Faraday gelang es jedoch, ein weiteres öffentliches Aufsehen zu erregen. Im Jahr 1853 untersuchte er mit der üblichen Sorgfalt das in jenen Jahren in Mode gekommene "Tischdrehen" und erklärte selbstbewusst, dass der Tisch nicht durch die induzierten Geister der Toten, sondern durch die unbewussten Fingerbewegungen der Teilnehmer bewegt wurde. Dieses Ergebnis löste eine Lawine von empörten Briefen von Okkultisten aus, aber Faraday antwortete, dass er nur Behauptungen von den Geistern selbst akzeptieren würde.

1848 schenkte Königin Victoria, die Faraday sehr schätzte (sie hatte ihn zuvor zum Mittagessen eingeladen), Faraday das Haus, das Teil des Hampton Court Palastes war, auf Lebenszeit. Alle Haushaltskosten und Steuern wurden von der Königin übernommen. 1858 trat Faraday von den meisten seiner Ämter zurück und ließ sich in Hampton Court nieder, wo er die letzten 9 Jahre seines Lebens verbrachte.

Von Zeit zu Zeit erlaubte es sein Gesundheitszustand Faraday, kurzzeitig wieder aktiv zu werden. Im Jahr 1862 stellte er die Hypothese auf, dass ein Magnetfeld Spektrallinien verschieben kann. Die Geräte jener Jahre waren jedoch nicht empfindlich genug, um diesen Effekt zu erkennen. Erst 1897 bestätigte Peter Zeeman die Hypothese von Faraday (und bezeichnete ihn als Urheber) und erhielt 1902 für diese Entdeckung den Nobelpreis.

Am 25. August 1867, kurz vor seinem 76. Geburtstag, starb Michael Faraday an seinem Schreibtisch. Geburtstag. Königin Victoria schlug vor, den Wissenschaftler in der Westminster Abbey zu bestatten, aber Faradays eigener Wille wurde ausgeführt: eine bescheidene Beerdigung und ein einfacher Grabstein an der üblichen Stelle. Er wurde auf dem Highgate-Friedhof beigesetzt, einer nicht-anglikanischen Abteilung. Aber auch dem Willen der Königin wurde entsprochen - eine Gedenktafel für Michael Faraday wurde in der Westminster Abbey neben Newtons Grab errichtet.

Forschung über Elektromagnetismus

Die wichtigsten Experimente fanden zwischen dem 29. August und dem 4. November 1831 statt; die beiden wichtigsten waren

Am 17. Oktober 1831 kam Faraday zu dem Schluss, dass "eine elektrische Welle nur dann entsteht, wenn sich ein Magnet bewegt, und nicht aufgrund der ihm innewohnenden Eigenschaften im Ruhezustand". Er führte ein entscheidendes Experiment durch:

Ich nahm einen zylindrischen Magnetstab (3

Zuvor, am 29. August, hatte Faraday ein ähnliches Experiment mit einem Elektromagneten durchgeführt:

Zweihundertunddrei Fuß Kupferdraht wurden in einem Stück auf eine große Holztrommel gewickelt; weitere zweihundertunddrei Fuß desselben Drahtes wurden spiralförmig zwischen den Spulen der ersten Wicklung gewickelt, wobei der Metallkontakt überall mit Hilfe von Schnüren beseitigt wurde. Eine dieser Spiralen wurde mit einem Galvanometer verbunden, die andere mit einer gut geladenen Batterie aus hundert Paaren von vier Quadratzoll großen Doppelkupferplatten. Eine plötzliche, aber sehr schwache Wirkung auf das Galvanometer wurde beobachtet, wenn der Kontakt geschlossen wurde, und eine ähnliche schwache Wirkung trat auf, wenn der Kontakt mit der Batterie geöffnet wurde.

So kann ein Magnet, der sich in der Nähe des Leiters bewegt (oder der Einschluss

Am 28. Oktober baute er den ersten vollständigen Gleichstromgenerator zusammen ("Faraday-Scheibe"): Wenn sich eine Kupferscheibe in der Nähe eines Magneten dreht, entsteht auf der Scheibe ein elektrisches Potenzial, das durch einen angrenzenden Draht abgeleitet wird. Faraday zeigte, wie man die mechanische Energie der Rotation in elektrische Energie umwandeln kann. Auslöser für diese Erfindung war das Experiment von Arago (1824): Ein sich drehender Magnet zog eine darunter liegende Kupferscheibe in seiner Drehung an, obwohl Kupfer nicht magnetisiert werden kann. Dreht man umgekehrt eine Kupferscheibe in der Nähe eines Magneten, der so aufgehängt ist, dass er sich in einer Ebene parallel zur Ebene der Scheibe drehen kann, so folgt der Magnet bei der Drehung der Scheibe deren Bewegung. Arago diskutierte diesen Effekt mit Ampère, Poisson und anderen berühmten Physikern, aber sie konnten ihn nicht erklären.

In einem Bericht über seine Erkenntnisse, den Faraday am 24. November 1831 der Royal Society vorlegte, verwendete er zum ersten Mal den Schlüsselbegriff "magnetische Kraftlinien". Dies bedeutete die Abkehr von einem diskreten Bild der "Ladungen

Nach den Entdeckungen von Faraday wurde klar, dass die alten Modelle des Elektromagnetismus (Ampere, Poisson usw.) unvollständig waren und grundlegend überarbeitet werden mussten. Faraday selbst erklärte die elektromagnetische Induktion wie folgt. Die Umgebung eines jeden geladenen Körpers ist von elektrischen Kraftlinien durchdrungen, die eine "Kraft" (in der modernen Terminologie: Energie) übertragen, und in ähnlicher Weise fließt die Energie des Magnetfeldes entlang magnetischer Kraftlinien. Diese Linien sollten nicht als konventionelle Abstraktionen betrachtet werden, sie stellen eine physikalische Realität dar. Dies vorausgeschickt:

Die genaue Formulierung dieser Gesetze und ein vollständiges mathematisches Modell des Elektromagnetismus wurde 30 Jahre später von James Maxwell vorgelegt, der im Jahr der Entdeckung der Induktion (1831) geboren wurde.

Bei der Induktion, so Faraday, ist der im Leiter erzeugte Strom umso größer, je mehr magnetische Kraftlinien den Leiter pro Zeiteinheit im Zuge einer Zustandsänderung durchqueren. Im Lichte dieser Gesetze wurde der Grund für die oben beschriebene Bewegung im Experiment von Arago klar: Als das Material der Scheibe die magnetischen Kraftlinien kreuzte, entstanden in ihm Induktionsströme, deren Magnetfeld mit dem ursprünglichen Feld wechselwirkte. Faraday wiederholte später das "Faradaysche Scheibenexperiment", wobei er den Erdmagnetismus anstelle eines Labormagneten verwendete.

Die Welt der elektromagnetischen Phänomene, wie Faraday sie sich vorstellte und beschrieb, unterschied sich radikal von allem, was die Physik bisher kannte. In seinem Tagebucheintrag vom 7. November 1845 verwendete Faraday als Erster den Begriff "elektromagnetisches Feld", der später von Maxwell übernommen und in den allgemeinen Sprachgebrauch aufgenommen wurde. Ein Feld ist ein Bereich des Raums, der vollständig von Feldlinien durchzogen ist. Die von Ampere eingeführten Kräfte der Wechselwirkung von Strömen galten als weitreichend; Faraday stellte dies entschieden in Frage und formulierte (verbal) die Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes als im Wesentlichen nahreichend, d. h. als kontinuierlich von jedem Punkt zu benachbarten Punkten mit einer endlichen Rate übertragen.

Vor Faraday wurden elektrische Kräfte als Wechselwirkung von Ladungen in der Ferne verstanden - wo es keine Ladungen gibt, gibt es auch keine Kräfte. Faraday änderte dieses Schema: Eine Ladung erzeugt ein ausgedehntes elektrisches Feld, und schon interagiert eine andere Ladung damit; es gibt keine Fernwirkung in einer Entfernung. Beim magnetischen Feld war die Situation komplizierter - es war nicht zentral, und um die Richtung der magnetischen Kräfte an jedem Punkt zu bestimmen, führte Faraday das Konzept der Kraftlinien ein. Faradays Experimente mit Dielektrika und Diamagnetismus waren ein starker Grund dafür, nicht aus der Ferne zu agieren - sie zeigten deutlich, dass das Medium zwischen den Ladungen aktiv an den elektromagnetischen Prozessen beteiligt war. Außerdem zeigte Faraday überzeugend, dass sich elektrische Feldlinien in einer Reihe von Situationen wie magnetische Linien krümmen - wenn man zum Beispiel zwei isolierte Kugeln voneinander abschirmt und eine davon auflädt, kann man induktive Ladungen auf der zweiten Kugel beobachten. Aus diesen Ergebnissen schloss Faraday, "dass die gewöhnliche Induktion selbst in allen Fällen die Wirkung benachbarter Teilchen ist und dass die elektrische Wirkung in der Ferne (d. h. die gewöhnliche induktive Wirkung) nur durch den Einfluss der dazwischenliegenden Materie auftritt".

James Clerk Maxwell wies in A Treatise on Electricity and Magnetism auf das Wesentliche von Faradays Ideen zum Elektromagnetismus hin:

Faraday sah mit seinem geistigen Auge Kraftlinien, die den ganzen Raum durchdrangen, während die Mathematiker Kraftzentren sahen, die sich in der Ferne anzogen. Faraday sah ein Medium, während die Mathematiker nichts als Entfernung sahen. Faraday sah den Ort der Phänomene in jenen realen Prozessen, die im Medium stattfinden, während sie sich damit begnügten, ihn in der Kraft der Wirkung in der Ferne zu finden, die auf elektrische Flüssigkeiten angewendet wird.

Ab der 11. Ausgabe der Reihe "Experimentelle Untersuchungen zur Elektrizität" sah Faraday die Möglichkeit, das umfangreiche Material, das sich angesammelt hatte, zusammenzufassen und zu theoretisieren. Faradays Weltbild zeichnete sich durch seine große Originalität aus. Er erkannte nicht an, dass es in der Natur eine Leere gibt, selbst wenn sie mit Äther gefüllt ist. Die Welt ist vollständig mit durchlässiger Materie gefüllt, und der Einfluss jedes materiellen Teilchens ist dicht, d.h. er breitet sich mit endlicher Geschwindigkeit über den gesamten Raum aus. Der Beobachter nimmt diesen Einfluss als verschiedene Arten von Kräften wahr, aber, wie Faraday schrieb, kann nicht gesagt werden, dass eine der Kräfte primär und die Ursache der anderen ist, "sie sind alle gegenseitig voneinander abhängig und von gemeinsamer Natur". Im Allgemeinen kommt Faradays Weltdynamik den Vorstellungen vom elektromagnetischen Feld, wie sie vor dem Aufkommen der Quantentheorie bestanden, recht nahe.

Im Jahr 1832 brachte Faraday den versiegelten Umschlag zur Royal Society. Hundert Jahre später (1938) wurde der Umschlag geöffnet und die Hypothese formuliert: Induktive Phänomene breiten sich im Raum mit einer bestimmten endlichen Geschwindigkeit und in Form von Wellen aus. Diese Wellen sind auch "die wahrscheinlichste Erklärung für Lichtphänomene". Diese Schlussfolgerung wurde schließlich in den 1860er Jahren von Maxwell begründet.

Faradays theoretische Überlegungen fanden anfangs nur wenige Anhänger. Faraday beherrschte keine höhere Mathematik (es gibt fast keine Formeln in seinen Werken) und nutzte seine außergewöhnliche physikalische Intuition, um seine wissenschaftlichen Modelle zu erstellen. Er verteidigte die physikalische Realität der von ihm eingeführten Kraftlinien, aber die Wissenschaftler jener Zeit, die bereits an die Fernwirkung der Newtonschen Gravitation gewöhnt waren, misstrauten nun der Nahwirkung.

In den 1860er Jahren erläuterte Maxwell Faradays Ideen mathematisch; wie Robert Milliken es ausdrückte, kleidete Maxwell Faradays Theorie "in ein exquisites mathematisches Gewand". Die erste Arbeit des noch unbekannten 26-jährigen Maxwell zu diesem Thema trug den Titel "On Faraday's lines of force" (1857). Faraday schrieb sofort einen freundlichen und ermutigenden Brief an den Autor:

Mein lieber Herr, ich habe Ihre Arbeit erhalten und bin Ihnen sehr dankbar dafür. Ich will damit nicht sagen, dass ich Ihnen für das, was Sie über die "Kraftlinien" gesagt haben, danke, denn ich weiß, dass Sie dies im Interesse der philosophischen Wahrheit getan haben; aber Sie müssen auch annehmen, dass diese Arbeit mir nicht nur angenehm ist, sondern mich auch anregt, weiter zu denken. Ich war zunächst erschrocken zu sehen, die mächtige Kraft der Mathematik auf das Thema angewendet, und dann erstaunt, wie gut das Thema hat es widerstanden ... Immer herzlichst Ihr M. Faraday.

Nach den Experimenten von Hertz (1887-1888) setzt sich das Faraday-Maxwell-Feldmodell durch.

Faraday ging äußerst methodisch vor - nachdem er einen Effekt entdeckt hatte, untersuchte er ihn so gründlich wie möglich - zum Beispiel, um herauszufinden, von welchen Parametern und wie er abhängt (Material, Temperatur, usw.). Deshalb ist die Zahl der Experimente (und folglich die Zahl der Ausgaben von "Experimental Studies in Electricity") so hoch. Die folgende kurze Liste von Ausgaben gibt einen Eindruck von Umfang und Tiefe von Faradays Forschung.

Faraday baute den ersten Transformator, untersuchte die Selbstinduktion, die 1832 von dem amerikanischen Wissenschaftler J. Henry entdeckt wurde, Entladungen in Gasen usw. Bei der Untersuchung der Eigenschaften von Dielektrika führte er das Konzept der Dielektrizitätskonstante (die er "Induktivität" nannte) ein.

1836 führte Faraday im Rahmen seiner Arbeiten zur statischen Elektrizität ein Experiment durch, das zeigte, dass sich eine elektrische Ladung nur auf die Oberfläche einer geschlossenen Leiterhülle auswirkt, nicht aber auf die Gegenstände im Inneren. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, dass die gegenüberliegenden Seiten des Leiters Ladungen aufnehmen, deren Feld das äußere Feld kompensiert. Die entsprechenden Schutzeigenschaften werden in einer Vorrichtung genutzt, die heute als Faradayscher Käfig bekannt ist.

Faraday entdeckte die Drehung der Polarisationsebene des Lichts in einem Magnetfeld (Faraday-Effekt). Dies bedeutete, dass Licht und Elektromagnetismus eng miteinander verbunden waren. Faradays Glaube an die Einheit aller Naturkräfte fand eine weitere Bestätigung. Maxwell wies später die elektromagnetische Natur des Lichts nach.

Chemie

Faraday machte zahlreiche Entdeckungen auf dem Gebiet der Chemie. Im Jahr 1825 entdeckte er Benzol und Isobutylen und war einer der ersten, der Chlor, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Ammoniak, Ethylen und Stickstoffdioxid in flüssiger Form gewann. Im Jahr 1825 synthetisierte er als Erster Hexachloran, eine Substanz, die im zwanzigsten Jahrhundert zur Herstellung verschiedener Insektizide verwendet wurde.

In den Jahren 1825-1829 untersuchte Faraday als Mitglied einer Kommission der Royal Society im Detail, wie die chemische Zusammensetzung von Glas dessen physikalische Eigenschaften beeinflusst. Faradays Glas war für den praktischen Einsatz zu teuer, aber die praktischen Erfahrungen, die er sammelte, kamen ihm später bei Experimenten über die Wirkung von Magneten auf das Licht und bei einem Regierungsauftrag zur Verbesserung von Leuchttürmen zugute.

Elektrochemie und Magnetochemie

Wie bereits erwähnt, glaubte Faraday an die Einheit aller Kräfte in der Natur, und so war es nur natürlich zu erwarten, dass chemische Eigenschaften und Gesetze mit den elektrischen zusammenhingen. Er bestätigte diese Annahme im Jahr 1832, als er die grundlegenden Gesetze der Elektrolyse entdeckte. Diese Gesetze bildeten die Grundlage für einen neuen Wissenschaftszweig, die Elektrochemie, die heute zahlreiche technische Anwendungen hat. Das Auftauchen der Faradayschen Gesetze deutete auf die Existenz von "elektrischen Atomen" mit der kleinstmöglichen Ladung hin; tatsächlich wurde dieses Teilchen (das Elektron) an der Wende vom 19. zum 20. Die von Faraday vorgeschlagenen Begriffe Ion, Kathode, Anode und Elektrolyt haben sich in der Wissenschaft durchgesetzt.

Experimente in der Elektrochemie lieferten weitere Beweise für die Nähe des Elektromagnetismus. Viele Wissenschaftler glaubten damals, dass die Elektrolyse durch Anziehung in der Ferne (Ionen zu Elektroden) verursacht wurde. Faraday führte ein einfaches Experiment durch: Er trennte die Elektroden durch zwei Luftspalte von dem mit Salzlösung befeuchteten Papier und stellte fest, dass die Funkenentladung die Zersetzung der Lösung bewirkte. Daraus ergab sich, dass die Elektrolyse nicht durch Anziehung aus der Ferne, sondern durch lokalen Strom verursacht wird und nur dort stattfindet, wo Strom fließt. Die Bewegung der Ionen zu den Elektroden findet nach (und aufgrund) der Zersetzung der Moleküle statt.

1846 entdeckte Faraday den Diamagnetismus - den Effekt, dass bestimmte Stoffe (z. B. Quarz, Wismut und Silber) in entgegengesetzter Richtung zum äußeren Magnetfeld magnetisiert werden, d. h. von beiden Polen eines Magneten abgestoßen werden. Diese und andere Experimente von Faraday legten den Grundstein für die Magnetochemie.

Andere Studien

Die britische Regierung beauftragte Faraday als anerkannte Autorität auf dem Gebiet der angewandten Physik wiederholt mit der Lösung dringender technischer Probleme - Verbesserung von Leuchttürmen, Gutachten in Gerichtsverfahren usw.

Faraday untersuchte Metall-Nanopartikel in einem Goldkolloid und beschrieb ihre optischen und sonstigen Eigenschaften im Vergleich zu größeren Partikeln. Diese Erfahrung kann als der erste Beitrag zur Nanotechnologie betrachtet werden. Die Quantentheorie lieferte im zwanzigsten Jahrhundert eine Erklärung für die beobachteten Effekte.

Bei persönlichen Kontakten haben Faradays Bekannte Zeit seines Lebens immer wieder seine Bescheidenheit, seinen guten Willen und seinen menschlichen Charme hervorgehoben.

Jean Baptiste Dumas, berühmter Chemiker und Politiker:

Jeder, der ihn kannte - davon bin ich fest überzeugt -, hätte sich nur gewünscht, jener moralischen Vollkommenheit nahe zu kommen, die Faraday offenbar von Geburt an gegeben war. Es war eine Art Gnade, die allein auf ihn herabkam und aus der er die Kraft für seine fieberhafte Tätigkeit schöpfte, denn er war gleichzeitig ein glühender Prediger der Wahrheit, ein unermüdlicher Künstler, ein Mann voller Herzlichkeit und Fröhlichkeit, im Privatleben äußerst human und sanftmütig... Ich kannte keinen Menschen, der mehr Liebe und Respekt verdient hätte als er, und dessen Verlust ich aufrichtiger bedauert hätte.

James Clerk Maxwell:

Die Art und Weise, wie Faraday seine Idee der Kraftlinien zur Koordinierung der Phänomene der elektromagnetischen Induktion nutzte, beweist, dass er ein Mathematiker von hohem Rang war - ein Mathematiker, von dem die Mathematiker der Zukunft wertvolle und fruchtbare Methoden lernen können.

Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz:

Solange die Menschen von den Vorteilen der Elektrizität profitieren, werden sie Faradays Namen immer in dankbarer Erinnerung behalten.

William Thomson (Lord Kelvin):

Er war ungewöhnlich schnell und lebhaft. Das Glühen seines Genies umgab ihn mit einer eigentümlichen, strahlenden Aura. Sicherlich spürte jeder diese Faszination - ob er nun ein tiefgründiger Philosoph oder ein einfaches Kind war.

А. G. Stoletov:

Seit Galilei hat die Welt noch nie so viele verblüffende und vielfältige Entdeckungen aus einem Kopf heraus gemacht.

Albert Einstein:

Seit der Begründung der theoretischen Physik durch Newton haben die Untersuchungen von Faraday und Maxwell zu elektromagnetischen Phänomenen die größten Veränderungen in den theoretischen Grundlagen der Physik, d. h. in unserem Verständnis der Struktur der Wirklichkeit, bewirkt.

Faraday gehörte wie seine Eltern (und seine Frau) einer protestantischen Gemeinde an, die nach den Namen ihrer Gründer Glasiten oder Sandemanianer genannt wurde. Diese Konfession entstand um 1730 in Schottland, nachdem sie sich von der Presbyterianischen Kirche von Schottland abgespalten hatte. Faraday erfüllte treu seine Pflichten als Mitglied der Londoner Gemeinde und wurde mehrmals zum Gemeindeältesten und Diakon gewählt. Nach seinen Aussagen war Faraday ein aufrichtig Gläubiger, doch in einem seiner Briefe bestritt er, dass seine Forschungen von einer religiösen Philosophie geleitet waren:

Obwohl Gottes Schöpfungen niemals im Widerspruch zu den höheren Dingen stehen können, die zu unserem zukünftigen Leben gehören, und obwohl diese Schöpfungen wie alles andere zu seiner Verherrlichung und seinem Lobpreis dienen sollten, halte ich es nicht für notwendig, das Studium der Naturwissenschaften mit der Religion zu verbinden, und habe Religion und Wissenschaft immer als völlig verschiedene Dinge betrachtet.

Michael Faraday ist nach ihm benannt:

Nach Faraday benannte wissenschaftliche Konzepte:

In London wurde am Savoy Square (nahe der Waterloo Bridge) ein Denkmal für Faraday errichtet (1886). Nach Faraday sind ein Gebäude des Londoner Instituts für Elektrotechnik, ein Gebäude der Universität Edinburgh, eine Reihe von Schulen, Hochschulen und Straßen benannt. Die britische Polarstation in der Antarktis trug von 1977 bis 1996 den Namen "Faraday". Danach wurde die Station in die Ukraine verlegt und in "Academician Vernadsky" umbenannt.

Im Oktober 1931 wurden in der Westminster Abbey hinter dem Grab von Isaac Newton zwei Denkmäler nebeneinander errichtet - zu Ehren von Michael Faraday und James Clerk Maxwell. Unweit des Geburtshauses von Faraday gibt es ein "Faraday Memorial" und in der Nähe einen kleinen Faraday-Garten.

Faradays Porträt war auf der britischen 20-Pfund-Note abgebildet, die zwischen 1991 und 1999 ausgegeben wurde.

Mehrere Auszeichnungen sind nach Faraday benannt:

Neben rund 450 Zeitschriftenartikeln veröffentlichte Faraday auch mehrere Bücher.

Quellen

1. Michael Faraday
2. Фарадей, Майкл
3. Frank A. J. L. James (Hrsg.): The Correspondence of Michael Faraday. Band 1, S. XXVII.
4. Michael J. A. Howe: Genius Explained. S. 92–94.
5. Русские биографии Фарадея, начиная с Абрамова, ошибочно утверждают, что жена умерла раньше Фарадея. Биография Тиндалла, другие английские биографии и фотография памятника на общей могиле супругов однозначно показывают, что это не так.
6. Консультантом Фарадея по созданию новых терминов выступал кембриджский философ, блестящий знаток классических языков Уильям Уэвелл.
7. Simmons, John G. The Scientific 100: A Ranking of the Most Influential Scientists, Past and Present
8. Rao, CNR(2000). Compreendendo a química. Universities Press. ISBN81-7371-250-6. p. 281
9. Chisholm, Hugh, ed. (1911). "Faraday, Michael". Encyclopedia britannica. 10(11ª ed.). Cambridge University Press. pp. 173-175.. a Encyclopædia Britannica de 1911
10. "Arquivos da biografia de Michael Faraday - The IET". theiet.org.
11. "A gaiola de Faraday: do experimento vitoriano à paranóia da era Snowden". The Guardian. 22 de maio de 2017.
12. ^ a b Rao, C.N.R. (2000). Understanding Chemistry. Universities Press. ISBN 81-7371-250-6. p. 281.
13. ^ a b Chisholm, Hugh, ed. (1911). "Faraday, Michael" . Encyclopædia Britannica. Vol. 10 (11th ed.). Cambridge University Press. pp. 173–175. the 1911 Encyclopædia Britannica.
14. ^ a b c "The Faraday cage: from Victorian experiment to Snowden-era paranoia". The Guardian. 22 May 2017.
15. ^ Maxwell, James Clerk (1 January 2003). Niven, W. D. (ed.). The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Vol. II. Dover Publications. ISBN 978-0-486-49561-3.