迈克尔·法拉第( ,公元1791-1867年),世界著名的自学成才的科学家、英国物理学家、化学家、发明家、发电机和电动机的发明者。
1791年9月22日出生于萨里郡纽因顿一个贫穷的铁匠家庭。 他的父亲是一名铁匠,体弱多病,收入微薄,勉强维持生活。 但父亲非常注重对孩子的教育,要求他们勤奋朴实,不贪图金钱和地位,做正直的人。 这对法拉第的思想和性格产生了很大的影响。
由于贫困,法拉第的家庭无法送他上学,因此法拉第童年没有接受正规教育,只上过两年小学。 1803年,迫于生计,他走上街头,成为一名报童。 第二年,他在一家书商兼装订商家里当学徒。 书店里堆满了书。 怀着强烈的求知欲,法拉第如饥似渴地阅读各类书籍,吸收了大量的自然科学知识,尤其是《大英百科全书》中关于电的文章,强烈地吸引了他。 他努力将书本知识付诸实践,利用废旧物品制作静电发生器并进行简单的化学和物理实验。 他还和年轻朋友们成立了学习小组,经常讨论问题、交流想法。 重视实践特别是科学实验的特点始终贯彻在法拉一生的科学活动中。
我们的时代是电力时代,虽然事实上我们有时称其为太空时代,有时称为原子时代,但无论其意义有多么深刻,太空旅行和原子武器在我们的日常生活中所扮演的角色相对较小。 然而我们一直在使用电器。 事实上,没有任何技术特征能像电力的使用那样完全渗透到当代世界。
许多人都为电力做出了贡献,查尔斯·奥古斯丁·库仑、亚历山德罗·沃尔特伯爵、汉斯·克里斯蒂安·奥斯特、安德烈·玛丽·安培等都位列其中。 但遥遥领先于其他人的是两位伟大的英国科学家:迈克尔·法拉第和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。 两人虽然在一定程度上互补,但并不是合作者。 这些贡献中的每一项都足以让我在这个名单上排名靠前。
1791年9月22日是一个光荣的日子。 一代科学大师迈克尔·法拉第出生于英国萨里郡纽因顿的一个贫困铁匠家庭。 法拉第的一生是伟大的,但法拉第的童年却很悲惨。
法拉第没有放过任何一个学习的机会。 在哥哥的支持下,他有幸参加了学者塔图姆领导的青年科学组织——伦敦金融城哲学会。 通过一些活动,他初步掌握了物理、化学、天文、地质、气象等方面的基础知识,为今后的研究工作打下了良好的基础。 法拉第的求知欲感动了书店的一位常客。 在他的帮助下,法拉第有幸聆听了著名化学家汉弗莱·戴维的演讲。 他把所有的发言都记录下来,整理得清清楚楚,然后回去和朋友们仔细讨论、研究。 他还将整理好的演讲记录寄给了大卫,并附上了一封表示愿意投身科学的信。 结果,他如愿以偿了。 20岁时,他成为大卫的实验助手。 从此,法拉第开始了他的科学生涯。 尽管大卫对科学做出了许多伟大的贡献英国物理学家,但他说我对科学最大的贡献是法拉第的发现。
法拉第勤奋好学,深受大卫的器重。 1813年10月,他陪同大卫考察欧洲大陆国家。 他的公开身份是仆人,但他并不在意自己的地位,也不自卑。 他把这次考察视为一次学习的好机会。 他结识了许多著名科学家,参加了各种学术交流活动,还学习了法语和意大利语。 它极大地开阔了我的视野,增长了我的知识。
1815年5月,法拉第回到皇家研究所,在大卫的指导下进行独立研究工作,取得多项化学研究成果。 1816年法拉第发表了他的第一篇科学论文。 1818年起,他与J.斯托达特合作研究合金钢,首创金相分析方法。 1820年,他利用取代反应制得六氯乙烷和四氯乙烯。 1821年,他被任命为皇家科学院实验室主任。 1823年,他发现了一种液化氯气和其他气体的方法。 1824年1月,他被选为英国皇家学会会员。 1825年2月,他接替大卫担任皇家研究所实验室主任。 同年发现苯。
1821年法拉第完成了他的第一项重大电气发明。 两年前,奥斯特发现,如果电流通过电路,普通指南针的磁针就会在电路附近移动。 法拉第受到此启发,认为如果磁铁固定,线圈可能会移动。 基于这个想法,他成功地发明了一种简单的装置。 在该设备内,只要有电流流过,电线就会围绕磁铁旋转。 事实上,法拉第发明了第一台电动机,这是第一台使用电流移动物体的设备。 虽然是一个简陋的装置,但它是当今世界上使用的所有电动机的祖先。
众所周知,固定磁铁不会在附近的线路中感应出电流。 1831年,法拉第发现,当磁铁经过闭合电路时,电路中会产生电流。 这种效应称为电磁感应,产生的电流称为感应电流。 法拉第电磁感应定律通常被认为是他最伟大的贡献之一。
法拉第还发现,如果偏振光穿过磁场,其偏振态会发生变化。 这一发现具有特殊意义,因为它首次证明了光与磁之间的关系。
1820年,奥斯特发现了电流的磁效应,引起了科学界的关注。 1821年,英国《哲学年鉴》主编邀请大卫写一篇文章,回顾自奥斯特发现以来电磁实验的理论发展。 概述。 大卫把这项工作交给了法拉第。 在收集数据的过程中,法拉第对电磁现象产生了极大的热情,开始转向电磁学的研究。 他仔细分析了电流的磁效应等现象,认为既然电可以产生磁,那么磁也应该能够产生电。 因此,他试图通过固定磁力对电线或线圈的作用来产生电流,但他的努力失败了。 经过近10年的不断实验,法拉第终于在1831年发现,虽然一个通电线圈的磁力不能在另一个线圈中引起电流,但当通电线圈的电流第一次接通或中断时,另一个线圈中的电流。仪表指针有轻微偏转。 法拉第眼睛一亮,经过反复实验,他证实,当磁力发生变化时,另一个线圈中就会产生电流。 他还设计了各种实验。 例如,当两个线圈相对移动时,磁力的变化也会产生电流。 就这样,法拉第终于通过实验揭开了电磁感应定律。 法拉第的发现扫清了探索电磁本质的障碍,并开辟了一种在电池之外产生大量电流的新方法。 基于这个实验,法拉第于1831年10月28日发明了盘式发电机。这是法拉第的第二项重大电气发明。 这种盘式发电机虽然结构简单,但却是人类创造的第一台发电机。 现代世界发电的发电机就是从它开始的。
为了证实各种方法产生的电本质上是相同的,法拉第仔细研究了电解质中的化学现象,并于1834年总结出法拉第电解定律:电解释放的物质总量与通过的电流总量与该物质的化学当量成正比。 这个定律成为物理学和化学之间的桥梁,也是通向电子发现的桥梁。
作为天才的电学大师,法拉第为电磁新领域的进步制定了路线图。 1837年,他引入了电场和磁场的概念,并指出场围绕着电和磁而存在,打破了牛顿力学中“远距离作用”的传统概念。 1838年,他提出了电力线的新概念来解释电和磁现象,这是物理学理论的重大突破。 1843年,法拉第用著名的“冰桶实验”证明了电荷守恒定律。
法拉第在电磁新领域播下了种子。 为了探索电磁与光的关系,他在光学玻璃上下了功夫。 1845年,经过无数次的失败,他终于发现了“磁光效应”。 他通过实验证实了光与磁的相互作用,为电、磁、光的统一理论奠定了基础。
1848年,经阿尔伯特亲王介绍,法拉第获得位于萨里汉普顿宫的恩典之家,并免除一切费用和维护费。 这里曾经是泥瓦匠大师的住宅,后来被称为法拉第之家,现在位于汉普顿宫路法院路37号。
1852年,他提出了磁力线的概念,从而为经典电磁理论的建立奠定了基础。 后来,英国物理学家麦克斯韦利用数学工具研究了法拉第的磁力线理论,最终完成了经典电磁理论。
1858年,法拉第退休并定居在萨里汉普顿宫的格雷斯宫。
1867年8月25日,迈克尔·法拉第因治疗无效去世,享年76岁。 法拉第和莎拉没有孩子,所以他也没有孩子来送行。
电气科学成就荣誉
他对电力的贡献最为显着。
(1) 法拉第最早有记录的实验是用七枚半便士硬币、七枚锌片和六张浸泡在盐水中的湿纸制作伏打电池。 他还用这种电池来分解硫酸镁。
(2) 1821年,丹麦化学家汉·克里斯蒂安·奥斯特发现电磁现象后,大卫·海德·沃拉斯顿和威廉·海德·沃拉斯顿尝试设计电动机,但失败了。 在与他们讨论这个问题后,法拉第继续他的工作并建造了两个装置来产生他所谓的“电磁旋转”:由线圈外部的圆形磁场引起的连续旋转运动。 他将电线连接到化学电池上,使其导电,然后将电线放入内有磁铁的水银池中,电线就会绕着磁铁旋转。 该设备现在称为单极电机。 这些实验和发明成为现代电磁技术的基石。 但此时,法拉第做出了一个不明智的举动,在没有通知大卫和沃拉斯顿的情况下发表了研究成果。 这一举动引起了很大争议,并迫使他离开电磁研究数年。
(3)现阶段,有一些证据表明戴维可能有意阻碍法拉第在科学界的发展。 例如,1825年,戴维指派法拉第进行光学玻璃实验。 这个实验持续了六年,但没有取得重大进展。 直到1829年戴维去世,法拉第才停止了这项无意义的工作,开始了其他有意义的实验。 1831年,他开始了一系列重大实验并发现了电磁感应。 尽管弗朗西斯科·扎德基( Zadki)的早期工作可能已经预测了这一结果,但这一发现仍然可以被视为法拉第最伟大的贡献之一。 一。 这个重要的发现来自于当他将两根独立的电线缠绕在一个大铁环上,将其固定在椅子上,并让电流通过其中一根电线时,另一根电线也产生了电流。 因此,他进行了另一项实验,发现如果磁铁穿过线圈,线圈中就会产生电流。 当运动线圈经过静止磁铁时,也会发生相同的现象。
(4)他的论证向世人确立了“磁场的变化产生电场”的概念。 这种关系通过法拉第电磁感应定律进行数学建模,并成为四个麦克斯韦方程之一。 然后将该方程组集成到场论中。 法拉第根据这个定理发明了早期的发电机,它是现代发电机的鼻祖。 1839年,他成功地进行了一系列实验,使人类了解了电的本质。 法拉第利用“静电”、电池和“生物发电”,产生了静电吸引、电解、磁性等现象。 从这些实验中,他得出了与当时主流思维相反的结论,即虽然来源不同,但产生的电力是相同的。 另外,如果改变尺寸和密度(电压和电荷),也会产生不同的现象。
(5)在他的职业生涯后期,他提出电磁力不仅存在于导体中,而且延伸到导体附近的空间。 这个想法被他的同行拒绝,法拉第没能活着看到它被世界接受。 法拉第还提出了电磁线的概念:这些流线从一个带电体或磁体的一个磁极辐射到另一个带电体或具有不同磁极的物体。 这一概念帮助世界将抽象电磁场形象化,并对 19 世纪电气机械设备的发展产生了重大影响。 这些设备在 19 世纪余下的时间里主导了工程和工业。 1845年,他发现了一种被他命名为抗磁性(抗磁性)的现象,至今仍被称为法拉第效应:当线偏振光穿过物体介质时,会施加一个磁场,并与光的方向对齐,然后磁场将在空间中转动光绘制的平面。 他在笔记本中写道:“我终于成功地‘解释了磁曲线’——或‘力线’——和‘磁化光’。”
法拉第在静电学研究中发现,带电导体上的电荷仅附着在导体的表面上,并且这些表面上的电荷对导体的内部没有影响。 其原因是导体表面的电荷受到彼此静电力的影响而重新分布到稳定状态,从而使内部各电荷所产生的静电力相互抵消。 这种效应称为阴影效应,适用于法拉第笼。 法拉第虽然是一位优秀的实验家,但相比之下他的数学能力却十分薄弱。 他只能计算简单的代数,甚至在处理三角学时也遇到困难。 但法拉第知道如何用清晰简单的语言表达他的科学思想。 他的实验结果后来被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦使用,并建立了当今电磁理论的基本方程。
法拉第将磁场线和电力线的重要概念引入物理学。 通过强调的不是磁铁本身,而是它们之间的“场”,他为当代物理学的许多进步铺平了道路,包括麦克斯韦方程组。 法拉第还发现,如果偏振光穿过磁场,其偏振态会发生变化。 这一发现具有特殊意义,因为它首次证明了光与磁之间的关系。
化学
(1) 法拉第最早的化学成果来自于他担任戴维的助手期间。 他花了很多精力研究氯。 1833年,法拉第经过一系列实验发现,当对氯化钠水溶液施加电流时,可以得到氯气2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑,并发现了两种碳酸氯。
法拉第也是第一位对气体扩散进行实验(尽管粗略)观察的学者,这种现象首先由约翰·道尔顿发表,托马斯·格雷厄姆和约瑟夫·罗斯米特揭示了其重要性。 他成功地液化了许多气体; 他研究了不同的钢合金,并在光学实验中创造了新型玻璃。 其中一个样本后来在历史上占有一席之地,因为当法拉第将玻璃放入磁场中时,他发现偏振光平面会被磁力偏转和排斥。
(2)他还致力于创造一些化学的通用方法,以结果、研究目标和公开展示为分类英国物理学家,并从中获得了一些成果。 他发明了一种加热工具,本生灯的前身,广泛应用于科学实验室作为热能来源。 法拉第在化学的许多领域取得了成就,发现了苯(他称之为双烃)等化学物质,发明了氧化数,并液化了氯等气体。 他发现了水合氯的成分,这是戴维于 1810 年首次发现的物质。
(3)法拉第还发现了电解定律,并普及了许多专业术语,如阳极、阴极、电极、离子等,这些术语大多是威廉·怀尔发明的。 他还发现了苯。 由于这些成就,许多现代化学家将法拉第视为有史以来最杰出的实验科学家之一。
(4)法拉第也在1825年首次发现苯。19世纪初,在英国,与其他欧洲国家一样,天然气被广泛用于城市照明。 生产煤气的原料制备煤气后,会残留一种长期被忽视的油状液体。 法拉第是第一个对这种油状液体感兴趣的科学家。 他用蒸馏的方法将这种油状液体分离出来,得到另一种液体,这实际上就是苯。 当时法拉第称这种液体为“氢的重碳化合物”。