Майкл Фарадей – выдающийся ученый XIX века

Министерство образования  и науки Украины

Национальный технический  університет «Харьковский политехнический  институт»

 

Кафедра «История науки и техники»

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Майкл Фарадей  – выдающийся ученый XIX века»

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент гр. И-11а

Бредихин Илья

 

Проверил:

Доцент каф. «ИНТ»

Кандидат технических  наук

Ларин А.А.

 

           Харьков 2013

Содержание

1. Вступление.
2. Биография.
3. Явление электромагнитной индукции.
4. Значение открытий.
5. Заключение.
6. Литература.

 

Введение

Современная жизнь немыслима  без  радио  и  телевидения,  телефонов  и телеграфа, всевозможных осветительных и  нагревательных  приборов,  машин  и устройств, в основе которых лежит возможность  использования  электрического тока.

      Открытие  электрического тока и всех  последующих открытий, связанных  с ним, можно отнести к концу XIX- началу XX веков. В это время по всей  Европе прокатилась   волна   открытий,   связанных   с электричеством. Пошла цепная реакция, когда одно открытие  открывало  дорогу для последующих открытий на многие десятилетия вперёд.

  Упоминая об электричестве нельзя не вспомнить об известном английском физике Майкле Фарадее. Этому физику в ходе опытов удалось сделать множество открытий, которые впоследствии широко использовались в электротехнике. К заслугам Фарадея относится введение в нашу жизнь таких понятий как электричество и магнитное поле, а также следствие их взаимодействия – электромагнитные волны.

Майкл Фарадей был знаменит при жизни и на многие десятилетия  вперед предугадал развитие научной  мысли. Он был настолько противоречивой фигурой, что ученики и последователи  считали его гениальные открытия следствием недостаточного образования  и не доверяли точности проведенных  им экспериментом из-за "странностей" характера ученого. В полном противоречии с господствующим научным мировоззрением, Фарадей нередко находил закономерности и видел взаимные соотношения там, где никто до него их не признавал и не мог видеть...

 

Биография

Английский физик Майкл  Фарадей родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Окончив  начальную школу, с двенадцати лет  он работал разносчиком газет, а  в 1804 г. поступил в ученики к переплетчику Рибо, французскому эмигранту, всячески поощрявшему страстное стремление Фарадея к самообразованию. Чтением  и посещением публичных лекций молодой  Фарадей стремился пополнить  свои знания, причем его влекли главным  образом естественные науки –  химия и физика. В 1813 г. один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные  билеты на лекции Гемфри Дэви в Королевском  институте, сыгравшие решающую роль в судьбе юноши. Обратившись с  письмом к Дэви, Фарадей с его  помощью получил место лабораторного  ассистента в Королевском институте.

В 1813–1815 гг., путешествуя  вместе с Дэви по Европе, Фарадей  посетил лаборатории Франции  и Италии. После возвращения в  Англию научная деятельность Фарадея  протекала в стенах Королевского института, где он сначала помогал  Дэви в химических экспериментах, а  затем начал самостоятельные  исследования. Фарадей осуществил сжижение хлора и некоторых других газов, получил бензол. В 1821 г. он впервые  наблюдал вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током  вокруг магнита, создал первую модель электродвигателя. В течение последующих 10 лет Фарадей занимался исследованием  связи между электрическими и  магнитными явлениями. Его исследования увенчались открытием в 1831 г. явления  электромагнитной индукции. Фарадей  детально изучил это явление, вывел  его основной закон, выяснил зависимость  индукционного тока от магнитных  свойств среды, исследовал явление  самоиндукции и экстратоки замыкания  и размыкания. Открытие явления электромагнитной индукции сразу же приобрело огромное научное и практическое значение; это явление лежит, например, в  основе работы всех генераторов постоянного  и переменного тока.

Стремление выявить природу  электрического тока привело Фарадея  к экспериментам по прохождению  тока через растворы кислот, солей  и щелочей. Результатом этих исследований стало открытие в 1833 г. законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 г. Фарадей обнаружил  явление вращения плоскости поляризации  света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году он открыл диамагнетизм, в 1847 г. – парамагнетизм. Фарадей ввёл в науку ряд понятий  – катода, анода, ионов, электролиза, электродов; в 1833 г. он изобрел вольтметр. Используя огромный экспериментальный  материал, Фарадей доказал тождественность  известных тогда «видов» электричества: «животного», «магнитного», термоэлектричества, гальванического электричества  и т.д.

В 1840 г., ещё до открытия закона сохранения энергии, Фарадей высказал мысль о единстве «сил» природы (различных видов энергии) и их взаимном превращении. Он ввёл представления  о силовых линиях, которые считал физически существующими. Идеи Фарадея  об электрическом и магнитном  полях оказали большое влияние  на развитие всей физики. В 1832 г. Фарадей  высказал мысль о том, что распространение  электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий с конечной скоростью; в 1845 г. он впервые употребил  термин «магнитное поле».

В 1824 г., несмотря на противодействие  Дэви, претендовавшего на открытия своего ассистента, Фарадей был избран членом Королевского общества, а в 1825 г. стал директором лаборатории в  Королевском институте. С 1833 по 1862 гг. Фарадей состоял профессором  химии Королевского института. Весьма популярны были публичные лекции Фарадея; широкую известность приобрела  его научно-популярная книга «История свечи».

Майкл Фарадей умер 25 августа 1867 года за письменным столом, немного  не дожив до 76-летия. Похоронен на Хайгейтском кладбище (Лондон), участок  для лиц неангликанского вероисповедания.

 

Явление электромагнитной индукции

Всемирную славу Фарадею  принесли его задачи по физике об электрических  исследованиях. Открытие Эрстеда (магнитное  действие тока) взволновало ученых Королевского института. Фарадей, заинтересовавшись  новым открытием, тщательно изучил литературу по этому вопросу и  выступил в 1821 —1822 гг. со статьей «Опыт  истории электромагнетизма». Статья Эрстеда подсказывала мысль о  наличии вращения вокруг тока. Фарадей, придя к ней самостоятельно, стал думать о том, как экспериментально обнаружить его.

Ему удалось обеспечить действие тока лишь на один из полюсов магнита  и с помощью ртутного контакта осуществить непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Этот первый электродвигатель заработал  у Фарадея в декабре 1821 г. Тогда  же Фарадей записал в своем  дневнике задачу: превратить магнетизм  в электричество. Решение этой задачи потребовало около десяти лет. С, ноября 1831 г. Фарадей начал систематическую  публикацию своих исследований по электричеству, составивших трехтомный труд под  заглавием «Экспериментальные исследования по электричеству».Решение задач  по физике было делом жизни Фарадея.

В первой серии, датированной 24 ноября 1831 г. содержались следующие  разделы: об индукции электрических  токов, об образовании электричества  и магнетизма, о новом электрическом  состоянии материи, объяснение магнитных  явлений Араго, описаны основные опыты Фарадея по электромагнитной индукции. В первом опыте, с помощью  которого и было открыто новое  явление, Фарадей использовал деревянный цилиндр, на который были намотаны две  изолированные друг от друга обмотки. Одна из них была соединена с гальванической батареей, другая  с гальванометром. При замыкании и размыкании тока в первой обмотке стрелка гальванометра  во второй обмотке отклонялась при  замыкании тока в одну сторону, при  размыкании  в противоположную. Действие одной цепи электрического тока на другую Фарадей назвал вольта-электрической индукцией. Вольта-электрическая индукция усиливалась, если внутрь обмотки помещали железо. Фарадей устроил индукционный прибор в виде железного кольца (тора), на которое были намотаны две изолированные обмотки первичная с источником тока и вторичная с гальванометром. Кольцо Фарадея было первой моделью трансформатора. Затем Фарадей получил индукционные действия с помощью обыкновенных магнитов. Явления эти Фарадей назвал магнитоэлектрической индукцией. Фарадей считал, что проводник, подвергающийся индукционному воздействию со стороны другого тока или магнита, находится в особом состоянии, которое он назвал электротоническим. Это название не удержалось в науке, но именно отсюда началось исследование Фарадеем роли среды в электромагнитных взаимодействиях.

 Существенно, что Фарадей,  отмечая переменный характер  процесса индукции, говорит об  «индуцированной волне электричества». Несколькими месяцами позже, 12 марта  1832 г., он фиксировал результаты  своих наблюдений над временным  характером индукционных явлений  в специальном письме, озаглавленном  «Новые воззрения, подлежащие  в настоящее время хранению  в запечатанном конверте в  архивах Королевского общества».  В этом замечательном письме, обнаруженном в архивах лишь  спустя 106 лет, т. е. в 1938 г., содержится  совершенно определенный вывод,  «что на распространение магнитного  взаимодействия требуется время», что действие одного магнита  на другой «распространяется  от магнитных тел постепенно  и для своего распространения  требует определенного времени».    

Фарадей указывает, «что электрическая  индукция распространяется точно таким  же образом», и считает «возможным применить теорию колебаний к  распространению элек¬трической индукции». Процесс распространения индукции похож «на колебания взволнованной  водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха». Фарадей  пишет, что он хотел бы проверить свои идеи экспериментально, но ввиду занятости решил передать свое письмо на хранение, чтобы закрепить за собой открытие фиксированной датой. Он указывает, что «в настоящее время, насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов». Поразительна интуиция Фарадея, позволившая ему вскоре после открытия электромагнитной индукции прийти к идее электромагнитных волн. Он совершенно прав, считая эту идею чрезвычайно важной и утверждая свой приоритет в специальном письме, датированном точной датой. Вполне понятны Работы Фарадея о приоритете. В конце раздела «Об электротоническом состоянии» он упоминает о претензиях на приоритет в открытии индукции со стороны Френеля и Ампера. К открытию независимо от Фарадея пришел и Генри. После публикации Фарадея многие физики осознали, что они наблюдали в своих экспериментах по магнитному действию токов аналогичные явления. Открытие «носилось в воздухе». В истории науки действует закон созревания открытий: наступает время, когда открытие должно быть сделано, оно созрело. Так было с законом тяготения, с открытием математического анализа, так было и с законом индукции. Фарадей объясняет явление, открытое Араго. Магнитная стрелка, помещенная под плоскостью медного диска, приходит во вращение, когда диск вращается. Точно так же при вращении магнита приходит во вращение подвешенный над ним медный диск. Фарадей объяснил это открытое Араго загадочное явление действием электромагнитной индукции и указал, что эффект Араго дает возможность получить «новый источник электричества». Между полюсами магнита вращался медный диск. Скользящие контакты у периферии и центра диска отводили генерируемый при вращении диска ток к цепи, содержащей гальванометр. «Этим было показано, пишет Фарадей, что можно создать постоянный ток электричества при помощи обыкновенных магнитов». Фарадей в этом опыте сконструировал униполярную динамо-машину. Варьируя опыты с получением индукционного тока вращением проводников или магнитов, Фарадей приходит к важному выводу: «Все эти результаты, пишет он, доказывают, что способность индуцировать токи проявляется по окружности вокруг магнитной равнодействующей или силовой оси точно так, как расположенный по окружности магнетизм возникает вокруг электрического тока и им обнаруживается». Эту установленную Фарадеем связь между электричеством и магнетизмом Максвелл позднее выразил математически. Установленный Фарадеем факт, что электродвижущая сила индукции возникает при изменении магнитного потока (замыкании, размыкании, изменении тока в индуцирующих проводниках, приближении и удалении магнита и т. д.), Максвелл выразил равенством.

 

Значение открытий

Наиболее важные для развития химии исследования Фарадея относились к области физической химии и  особенно к выявлению связи между  электрическими и химическими явлениями.

В начале XIX в., развивая учение об электричестве, Фарадей, живо интересовавшийся еще в юношеские годы последними достижениями науки, установил тождество  гальванического и статического электричества и открыл в 1831 г. явление  электромагнитной индукции. Эти открытия стали основой для конструирования  генераторов, электромоторов, трансформаторов  и других устройств по выработке  и преобразованию электрической  энергии. В работах по магнетизму Фарадей впервые показал, что  магнитные свойства присущи не только железу, но являются общими свойствами веществ. Подразделив все соединения на парамагнитные и диамагнитные, Фарадей разработал предпосылки  для создания магнетохимии.

Работы Фарадея по изучению электрических и магнитных явлений  способствовали также развитию представлений  об единстве и взаимопревращаемости сил природы. Он разрешил вопрос о тождестве электричества, полученного различными путями.

Фридрих Энгельс в своей  книге «Диалектика природы» особенно подчеркивал, что Фарадей первым рассмотрел электричество не как  флюид, а как определенную форму  движения, силу. Работы Фарадея существенно  помогли признанию единства сил  природы и тем самым содействовали  выработке материалистического  мировоззрения и развитию естествознания.

Своими работами Фарадей  в значительной мере способствовал  доказательству положения, что существует единство всех сил в природе. А  это вело к совершенствованию  материалистической трактовки важнейших  вопросов естествознания. Для химии  наибольшее значение имели открытые Фарадеем (1834 г.) и носящие его  имя законы электролиза: 1) массы  превращенных веществ пропорциональны  количеству электричества, прошедшего через электролит; 2) массы различных  веществ, превращенные в результате прохождения через электролит одного и того же количества электричества, пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ. Английский ученый также  ввел в электрохимию большинство  ее основных понятий - таких, как электролиз, электролит, электрод, анод, катод, ионы, анионы и катионы. Законы Фарадея  отражают количественную связь между  массами веществ, выделенных при  электролизе, и необходимым для  этого количеством электричества. Тем самым стало возможным  количественно предсказывать ход  определенных электрохимических процессов  и экспериментально определять эквивалентные  массы химических элементов и  их соединений. Исходя из эквивалентных  масс веществ, можно рассчитать их атомные  массы. Так Фарадей связал свои исследования электрических явлений с атомистическими  представлениями. Он приписывал атомам наличие электрических сил, действие которых ученый связывал с проявлением  таких наиболее важных свойств веществ, как например химического сродства. В одной из поздних работ, опубликованной в 1845 г., Фарадей исследовал магнитное вращение плоскости поляризации света в органических соединениях.