Michael Faraday (1791-1867) je pravděpodobně nejlépe známý pro jeho objev elektromagnetické indukce, jeho příspěvky elektrotechniky a elektrochemie, nebo v důsledku skutečnosti, že on byl zodpovědný za zavádění koncepcí v oblasti fyziky k popisu elektromagnetické interakce. Ale možná není tak dobře známo, že také zásadně přispěl k elektromagnetické teorii světla.,

v roce 1845, před 170 lety, Faraday zjistil, že magnetické pole ovlivnilo polarizované světlo – jev známý jako magneto-optický efekt nebo Faradayův efekt. Abych byl přesný, zjistil, že letadlo vibrací paprsek lineárně polarizovaného světla dopadajícího na kus skla, který se otáčí, když magnetické pole se aplikuje ve směru šíření paprsku. To byl jeden z prvních náznaků, že souvisí elektromagnetismus a světlo., Následující rok, v květnu 1846, Faraday publikoval článek Thoughts on Ray Vibrations, prorocká publikace, ve které spekuloval, že světlo by mohlo být vibrací elektrických a magnetických linií síly.

Faradayova případě, že není běžné v historii fyziky: i když se jeho trénink byl velmi základní, zákony elektřiny a magnetismu, jsou v důsledku mnohem více Faradayova experimentální objevy než na jakýkoli jiný vědec., Objevil elektromagnetickou indukci, která vedla k vynálezu dynama, předchůdce elektrického generátoru. Vysvětlil elektrolýzu v oblasti elektrických sil a také zavedeny pojmy, jako jsou pole a siločar, které nejen, že byly zásadní pro pochopení elektrických a magnetických interakcí, ale také základem pro další pokroky ve fyzice.

Michael Faraday se narodil v jižním Londýně skromné rodině. Jediné základní formální vzdělání, které získal, bylo čtení, psaní a aritmetika jako dítě., Ve třinácti letech opustil školu a začal pracovat v knihkupectví. Jeho vášeň pro vědu byl probuzen popisem elektřiny četl v kopii Encyclopædia Britannica byl závazný, po kterém on začal experimentovat v improvizované laboratoři. Faraday byl najat v roce 1813 jako Humphry Davy laboratorní asistent u Královské Instituce v Londýně, kde byl zvolen členem v roce 1824 a kde působil až do své smrti v roce 1867, první Davy jako asistentka, pak jako jeho spolupracovník, a konečně, po Davyho smrti, jako jeho succesor., Faraday udělal takový dojem na Davy, že když byl druhý dotázán na jeho největší objev, Davy odpověděl: „mým největším objevem byl Michael Faraday“. V roce 1833 se stal prvním Fullerijským profesorem chemie na Královské instituci. Faraday je také uznáván jako velký popularizátor vědy. V roce 1826 Faraday založil páteční večerní diskurzy v Královské instituci, které jsou kanálem komunikace mezi vědci a laiky., Následující rok zahájil Vánoční Přednášky pro mladé lidi -nyní vysílání na národní televizi každý rok, série, jehož cílem je prezentovat vědu široké veřejnosti. Faraday sám dal mnoho z těchto přednášek. Oba pokračují dodnes.

Faraday dělal jeho první objev elektromagnetismu v roce 1821., Zopakoval oerstedův experiment umístěním malého magnetu kolem drátu nesoucího proud a ověřil, že síla vyvíjená proudem na magnet je kruhová. Jak vysvětlil o několik let později, drát byl obklopen nekonečnou řadou kruhových soustředných sil, které nazval magnetickým polem proudu. Vzal práci Oersted a Ampère na magnetické vlastnosti elektrického proudu jako výchozí bod, a v roce 1831 dosaženo elektrický proud z měnící magnetické pole, jev známý jako elektromagnetické indukce., Zjistil, že když elektrický proud prošel cívkou, byl v blízké cívce generován další velmi krátký proud. Tento objev znamenal rozhodující milník v pokroku nejen vědy, ale i společnosti a dnes se používá k výrobě elektřiny ve velkém měřítku v elektrárnách. Tento jev odhaluje něco nového o elektrických a magnetických polích., Na rozdíl od elektrostatické pole generované elektrické náboje v klidu, jejichž cirkulace podél uzavřené křivky je nulová (konzervativní pole), oběh elektrické pole vytvořené magnetické pole je podél uzavřené cesty jiné než nula. Tento oběh, což odpovídá indukované elektromotorické napětí je rovno rychlosti změny magnetického toku procházejícího povrchem, jehož hranice je drát smyčky (Faradayův zákon indukce)., Faraday vynalezl první elektromotor, první elektrický transformátor, první elektrický generátor a první dynamo, tak Faraday lze bezpochyby nazvat otcem elektrotechniky.

Faraday opustil tekutiny teorie vysvětlit, elektřiny a magnetismu a zavedl pojmy pole a siločar, odklon od mechanistického vysvětlení přírodních jevů, jako Newton akce-na dálku., Faradayovo zavedení pojmu pole do fyziky je možná jeho nejdůležitějším příspěvkem a byl popsán Einsteinem jako velká změna ve fyzice, protože poskytoval elektřinu, magnetismus a optiku se společným rámcem fyzikálních teorií. Faradayovy linie síly však byly přijaty až o několik let později, když do obrazu vstoupil James Clerk Maxwell.,

Jak již bylo uvedeno na začátku tohoto článku, další a možná méně známý efekt objevil Faraday byl vliv magnetického pole na polarizované světlo, jev známý jako Faradayův efekt nebo magneto-optický efekt. Faradayova zvědavá mysl nebyla spokojená s pouhým objevením vztahu mezi elektřinou a magnetismem. Chtěl také zjistit, zda mají magnetická pole vliv na optické jevy. Věřil v jednotu všech přírodních sil, a zejména světla, elektřiny a magnetismu., 13. Září 1845 zjistil, že rovina polarizace lineárně polarizovaného světla se otáčí, když toto světlo prochází materiálem, na který je ve směru šíření světla aplikováno silné magnetické pole., Faraday napsal v odstavci #7504 jeho Mléčné výrobky:

„Dnes pracoval s linií magnetické síly, prochází přes různé orgány (transparentní v různých směrech) a zároveň procházející polarizovaný paprsek světla přes ně (…) tam byl efekt na polarizované ray, a tedy magnetická síla a světlo bylo prokázáno, že mají vůči sobě navzájem“.,

Tento byl jistě první jasné známky toho, že magnetická síla a světlo jsou vzájemně souvisí, a to také ukázal, že světlo souvisí s elektřinou a magnetismem. Ve vztahu k tomuto jevu Faraday také napsal v jednom odstavci:

„Tato skutečnost bude s největší pravděpodobností ukázat jako neobyčejně úrodné a velkou hodnotu v šetření obou podmínek, přírodních sil“.

nemýlil se. Tento efekt je jedním ze základních kamenů elektromagnetické teorie světla.,

V Královské Instituce v pátek Večer Diskurzu dodáno. dubna 1846, Faraday spekuloval, že světlo může být nějaká forma poruchy rozmnožovací podél siločar. Pravdou je, že v tento konkrétní pátek to byl Charles Wheatstone, který měl promluvit o svém chronoskopu. Nicméně, na poslední chvíli, Wheatstone měl záchvat trémy a tak Faraday dodáno Wheatstone je mluvit., Vzhledem k tomu, že skončil dopředu, vyplnil zbývající minuty odhalením svých myšlenek o povaze světla. Faradayův diskurz byl publikován ve stejném roce ve filozofickém časopise pod názvem Thoughts on Ray-Vibrations. Faraday se dokonce odvážil zpochybnit existenci luminiferous éter –vědecké kacířství v té době–, který měl být prostředkem pro šíření světla jako tak elegantně Fresnelovy popsal ve své vlnové teorie světla. Navrhl, že světlo nemůže být výsledkem vibrací éteru, ale vibrací fyzických linií síly., Faraday se pokusil vynechat éter, ale udržoval vibrace. V téměř omluvný tón, Faraday dokončí jeho kniha uvádí:

„myslím si, že je pravděpodobné, že jsem udělal mnoho chyb v předchozí stránky, i pro sebe, mé myšlenky se na tomto místě objeví jen jako stín spekulace“.

tato myšlenka Faradayova však byla přijata se značnou skepsí a odmítnuta všemi, dokud Maxwellův článek s názvem dynamická teorie elektromagnetického pole nebyl publikován v roce 1865., V této knize, Maxwell popisuje nejen jeho semenné elektromagnetické teorie světla –jeden z milníků připomínán v této Mezinárodní Rok Světla 2015– ale také atributy myšlenky, které nakonec vytvořily základ jeho teorie Faradayova myšlenky na ray vibrace., Strana 466 z jeho papíru, a se skromností, která se vždy vyznačuje Maxwell, on se odkazuje na Faradayova 1846 dokumentu takto:

„pojetí šíření příčné magnetické poruchy na vyloučení z normálních je zřetelně stanovené Profesor Faraday ve své ‚Myšlenky na Ray Vibrací‘. Elektromagnetická teorie světla, jak navrhuje mu , je stejné podstaty jako to, které jsem začal rozvíjet v tomto dokumentu, kromě toho, že v roce 1846 byly žádné údaje k výpočtu rychlosti šíření“.,

A na straně 461 jeho 1865 papír Maxwell také se odkazuje na magneto-optický efekt, který uvádí:

„Faraday objevil, že když se letadlo polarizační ray transverses transparentní diamagnetický střední ve směru linie magnetické síly produkované magnety nebo proudy v sousedství, rovina polarizace je způsobena otočit“.

ve všech Michael Faraday je citován šestkrát a zmíněn třikrát v maxwellově 1865 papíru., Nicméně, toto není překvapující, vzhledem k tomu, že velké množství Maxwellovy práce je na základě Faradayova práce a Maxwell matematicky modelována většina z Faradayova objevy v elektromagnetismu, v teorii, kterou známe dnes.

elektromagnetické vlny o jejichž existenci Faraday spekuloval v roce 1846 se jeho myšlenky na ray vibrace, a které byly matematicky předpověděl Maxwell v roce 1865, byly konečně vyrobeny v laboratoři a Hertz v roce 1888. Zbytek je historie., Je zřejmé, že Maxwell otevřel dveře fyzice dvacátého století, ale není o nic méně jasné, že Faraday dal Maxwellovi některé klíče, které použil.

v roce 1676 Newton poslal dopis svému soupeři Hookeovi, ve kterém napsal:“ Pokud jsem viděl dále, je to tím, že stál na ramenou obrů“ (*). O dvě stě padesát let později, během jedné z Einsteinových návštěv v Cambridge ve Velké Británii, někdo poznamenal: „udělali jste skvělé věci, ale stojíte na Newtonových bedrech“. Einstein odpověděl:“Ne, stojím na Maxwellových ramenou“., Kdyby někdo řekl totéž Maxwellovi, pravděpodobně by řekl, že stál na Faradayových ramenou.

(*) i když tato věta je interpretována některými autory jako sarkastickou poznámku zaměřena na hookův hrbáč vzhled, v dnešní době je výraz obvykle používá v pozitivním způsobem. Nyní je Newtonův komentář tvrzením, jak věda je řada přírůstkových pokroků, jejichž dosah je postaven na dříve dosažených (viz například kniha Stephena Hawkinga nazvaná na ramenou obrů).,

Augusto Beléndez

Plné Profesor Aplikované Fyziky na Univerzitě v Alicante (Španělsko) a člen španělské Královské Fyzikální Společnosti,

Bibliografie

• A. Díaz-Hellín, Faraday: El gran cambio en la Fisica (Nívola. Madrid, 2001).
• Ordóñez, v. Navarro a J. M. Sánchez Ron, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).
• Forbes a B. Mahon, Faraday, Maxwell, a Elektromagnetické Pole: Jak Dva Muži Revoluci Fyziky (Prometheus Books. New York, 2014).,
• Zajonc, chytání světla: propletená historie světla a mysli (Oxford University Press. New York, 1995)
• Hawking, na ramenou obrů: velká díla fyziky a astronomie (Running Press. Philadelphia, 2002)
• Mansuripur, klasická Optika a její aplikace (Cambridge University Press. Cambridge, 2002)