Michael Faraday (1791-1867) est probablement mieux connu pour sa découverte de l’induction électromagnétique, ses contributions au génie électrique et à l’électrochimie ou parce qu’il était responsable de l’introduction du concept de champ en physique pour décrire l’interaction électromagnétique. Mais peut-être n’est-il pas si bien connu qu’il ait également apporté des contributions fondamentales à la théorie électromagnétique de la lumière.,

en 1845, il y a tout juste 170 ans, Faraday découvrit qu’un champ magnétique influençait la lumière polarisée – un phénomène connu sous le nom d’effet magnéto-optique ou effet Faraday. Pour être précis, il a constaté que le plan de vibration d’un faisceau de lumière polarisée linéairement incidente sur un morceau de verre tournait lorsqu’un champ magnétique était appliqué dans le sens de propagation du faisceau. Ce fut l’une des premières indications que l’électromagnétisme et la lumière étaient liés., L’année suivante, en mai 1846, Faraday publia L’article Thoughts on Ray Vibrations, une publication prophétique dans laquelle il spéculait que la lumière pourrait être une vibration des lignes de force électriques et magnétiques.

le cas de Faraday N’est pas courant dans l’histoire de la physique: bien que sa formation ait été très basique, les lois de l’électricité et du magnétisme sont à tout autre scientifique., Il a découvert l’induction électromagnétique, qui a conduit à l’invention de la dynamo, le précurseur du générateur électrique. Il a expliqué l’électrolyse en termes de forces électriques et a également introduit des concepts tels que le champ et les lignes de force, qui étaient non seulement fondamentaux pour comprendre les interactions électriques et magnétiques, mais ont également formé la base de nouvelles avancées en physique.

Michael Faraday est né dans le sud de Londres dans une famille modeste. La seule éducation formelle de base qu’il a reçue était la lecture, l’écriture et l’arithmétique dans son enfance., Il a quitté l’école à treize ans et a commencé à travailler dans un magasin de reliure. Sa passion pour la science a été éveillée par la description de l’électricité qu’il a lu dans un exemplaire de L’Encyclopædia Britannica qu’il reliait, après quoi il a commencé à expérimenter dans un laboratoire improvisé. Faraday a été embauché en 1813 comme assistant de laboratoire de Humphry Davy à la Royal Institution de Londres, où il a été élu membre en 1824 et où il a travaillé jusqu’à sa mort en 1867, d’abord comme assistant de Davy, puis comme collaborateur, et enfin, après la mort de Davy, comme successeur., Faraday a fait une telle impression sur Davy que lorsque ce dernier a été interrogé sur sa plus grande découverte, Davy a répondu: « Ma plus grande découverte a été Michael Faraday ». En 1833, il devient le Premier Professeur Fullerien de chimie à la Royal Institution. Faraday est également reconnu comme un grand vulgarisateur de la science. En 1826, Faraday établit les discours du vendredi soir à L’Institution royale, qui sont un canal de communication entre les scientifiques et les laïcs., L’année suivante, il lance les conférences de Noël pour les jeunes-désormais diffusées chaque année à la télévision nationale -, une série dont l’objectif est de présenter la science au grand public. Faraday lui-même a donné beaucoup de ces conférences. Deux d’entre eux continuent à ce jour.

Faraday fait sa première découverte de l’électromagnétisme en 1821., Il a répété L’expérience D’Oersted en plaçant un petit aimant autour d’un fil porteur de courant et a vérifié que la force exercée par le courant sur l’aimant était circulaire. Comme il l’a expliqué des années plus tard, le fil était entouré d’une série infinie de lignes de force concentriques circulaires, qu’il a appelées le champ magnétique du courant. Il prit comme point de départ les travaux D’Oersted et D’Ampère sur les propriétés magnétiques des courants électriques et, en 1831, réalisa un courant électrique à partir d’un champ magnétique changeant, un phénomène connu sous le nom d’induction électromagnétique., Il a constaté que lorsqu’un courant électrique passait à travers une bobine, un autre courant très court était généré dans une bobine voisine. Cette découverte a marqué une étape décisive dans le progrès de la science, mais aussi de la société, et est aujourd’hui utilisée pour générer de l’électricité à grande échelle dans les centrales. Ce phénomène révèle quelque chose de nouveau sur les champs électriques et magnétiques., Contrairement aux champs électrostatiques générés par des charges électriques au repos dont la circulation le long d’un chemin fermé est nulle (un champ conservateur), la circulation des champs électriques créés par les champs magnétiques se fait le long d’un chemin fermé autre que zéro. Cette circulation, qui correspond à la force électromotrice induite, est égale à la vitesse de variation du flux magnétique traversant une surface dont la limite est une boucle de fil (loi D’induction de Faraday)., Faraday a inventé le premier moteur électrique, le premier transformateur électrique, le premier générateur électrique et la première dynamo, afin de Faraday peut être appelé, sans aucun doute, le père du génie électrique.

Faraday a abandonné la théorie des fluides pour expliquer l’électricité et le magnétisme et a introduit les concepts de champ et de lignes de champ, s’éloignant de l’explication mécaniste des phénomènes naturels comme les actions à distance de Newton., L’introduction par Faraday du concept de champ en physique est peut-être sa contribution la plus importante et a été décrite par Einstein comme le grand changement en physique car elle a fourni à l’électricité, au magnétisme et à l’optique un cadre commun de théories physiques. Cependant, les lignes de force de Faraday n’ont été acceptées que plusieurs années plus tard lorsque James Clerk Maxwell est entré dans le tableau.,

comme indiqué au début de cet article, un autre effet et peut-être moins connu découvert par Faraday était l’influence d’un champ magnétique sur la lumière polarisée, un phénomène connu sous le nom d’effet Faraday ou effet magnéto-optique. L’esprit curieux de Faraday ne se contentait pas de découvrir la relation entre l’électricité et le magnétisme. Il voulait également déterminer si les champs magnétiques avaient un effet sur les phénomènes optiques. Il croyait en l’unité de toutes les forces de la nature, et en particulier de la lumière, l’électricité et le magnétisme., Le 13 septembre 1845, il a constaté que le plan de polarisation de la lumière polarisée linéairement tourne lorsque cette lumière traverse un matériau auquel un fort champ magnétique est appliqué dans le sens de propagation de la lumière., Faraday a écrit dans le paragraphe # 7504 de sa laiterie:

« aujourd’hui travaillé avec des lignes de force magnétique, en les faisant passer à travers différents corps (transparents dans différentes directions) et en même temps en passant un rayon de lumière polarisé à travers eux (…) il y avait un effet produit sur le rayon polarisé, et,

c’était certainement la première indication claire que la force magnétique et la lumière étaient liées l’une à l’autre et cela a également montré que la lumière est liée à l’électricité et au magnétisme. En ce qui concerne ce phénomène Faraday a également écrit dans le même paragraphe:

« ce fait s’avérera très probablement extrêmement fertile et d’une grande valeur dans l’étude des deux conditions de force naturelle”.

Il n’avait pas tort. Cet effet est l’une des pierres angulaires de la théorie électromagnétique de la lumière.,

Dans Le Discours du vendredi soir D’une Institution royale prononcé en avril 1846, Faraday a spéculé que la lumière pourrait être une forme de perturbation se propageant le long des lignes de champ. La vérité est que ce vendredi, c’était Charles Wheatstone qui devait donner une conférence sur son chronoscope. Cependant, à la dernière minute, Wheatstone a eu une attaque de trac et si Faraday a prononcé le discours de Wheatstone., Comme il a terminé à l’avance, il a rempli les minutes restantes en révélant ses pensées sur la nature de la lumière. Le discours de Faraday a été publié la même année dans le magazine philosophique sous le titre Thoughts on Ray-Vibrations. Faraday a même osé remettre en question l’existence de l’éther luminifère –une hérésie scientifique à cette époque–, qui était censé être le moyen de propagation de la lumière comme Fresnel l’avait si élégamment décrit dans sa théorie des ondes de la lumière. Il a proposé que la lumière ne puisse pas être le résultat des vibrations de l’Éther, mais des vibrations des lignes physiques de force., Faraday a essayé de laisser de côté l’Éther, mais il a gardé les vibrations. Sur un ton presque apologétique, Faraday termine son article en déclarant:

« je pense qu’il est probable que j’ai fait beaucoup d’erreurs dans les pages précédentes, car même à moi-même, mes idées sur ce point n’apparaissent que comme l’ombre d’une spéculation”.

cependant, cette idée de Faraday a été reçue avec un scepticisme considérable et rejetée par tout le monde jusqu’à ce que L’article de Maxwell intitulé A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field soit publié en 1865., Dans cet article, Maxwell décrit non seulement sa théorie électromagnétique fondamentale de la lumière –l’un des jalons commémorés en cette année internationale de la lumière 2015– mais attribue également les idées qui ont finalement formé la base de sa théorie aux pensées de Faraday sur les vibrations des rayons., À la page 466 de son article, et avec la modestie qui a toujours caractérisé Maxwell, il se réfère à L’article de Faraday de 1846 comme suit:

« La conception de la propagation des perturbations magnétiques transversales à l’exclusion des perturbations normales est clairement exposée par le professeur Faraday dans ses « pensées sur les Vibrations des rayons ». La théorie électromagnétique de la lumière, telle que proposée par lui, est la même en substance que celle que j’ai commencé à développer dans cet article, sauf qu’en 1846 il n’y avait pas de données pour calculer la vitesse de propagation”.,

et à la page 461 de son article de 1865, Maxwell fait également référence à l’effet magnéto-optique, déclarant:

« Faraday a découvert que lorsqu’un rayon polarisé plan traverse un milieu diamagnétique transparent dans la direction des lignes de force magnétique produites par des aimants ou des courants dans le voisinage, le plan de polarisation est provoqué par

en tout, Michael Faraday est cité six fois et mentionné trois fois dans L’article de Maxwell de 1865., Cependant, cela n’est pas surprenant étant donné qu’une grande partie du travail de Maxwell est basée sur le travail de Faraday et que Maxwell a modélisé mathématiquement la plupart des découvertes de Faraday sur l’électromagnétisme dans la théorie que nous connaissons aujourd’hui.

Les ondes électromagnétiques dont Faraday a spéculé l’existence en 1846 avec ses réflexions sur les vibrations des rayons, et qui ont été mathématiquement prédites par Maxwell en 1865, ont finalement été produites dans un laboratoire par Hertz en 1888. Le reste est de l’histoire., Il est clair que Maxwell a ouvert la porte à la physique du XXe siècle, mais il n’est pas moins clair que Faraday a donné à Maxwell certaines des clés qu’il a utilisées.

en 1676, Newton envoya une lettre à son rival Hooke dans laquelle il écrivait: « si j’ai vu plus loin, c’est en me tenant sur les épaules de géants” (*). Deux cent cinquante ans plus tard, lors d’une des visites D’Einstein à Cambridge, au Royaume-Uni, quelqu’un a remarqué: « vous avez fait de grandes choses, mais vous vous tenez sur les épaules de Newton”. Einstein a répondu: « Non, Je me tiens sur les épaules de Maxwell »., Si Quelqu’un avait dit la même chose à Maxwell, il aurait probablement dit qu’il se tenait sur les épaules de Faraday.

(*) bien que cette phrase soit interprétée par certains auteurs comme une remarque sarcastique visant L’apparence bossue de Hooke, de nos jours, la phrase est généralement utilisée de manière positive. Maintenant, le commentaire de Newton est une affirmation comment la science est une série d’avancées incrémentales dont la portée est construite sur celles précédemment atteintes (voir, par exemple, le livre de Stephen Hawking intitulé Sur les épaules des Géants).,

Augusto Beléndez

Professeur Titulaire de Physique Appliquée à L’Université D’Alicante (Espagne) et membre de la Société royale espagnole de physique

Bibliographie

• A. Díaz-Hellín, Faraday: El gran cambio en la Física (Nívola. Madrid, 2001).
• Ordóñez, V. Navarro et J. M. Sánchez Ron, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).
• Forbes et B. Mahon, Faraday, Maxwell et le champ électromagnétique: comment deux hommes ont révolutionné la physique (Prometheus Books. New York, 2014).,
• Zajonc, la Capture de la Lumière: L’imbrication de l’Histoire de la Lumière et de l’Esprit (Oxford University Press. New York, 1995)
• Hawking, sur les épaules des Géants: les grands travaux de Physique et D’Astronomie (Running Press. Philadelphie, 2002)
• Mansuripur, L’optique classique et ses Applications (Cambridge University Press. Cambridge, 2002)