Michael Faraday (1791-1867) is waarschijnlijk het meest bekend vanwege zijn ontdekking van elektromagnetische inductie, zijn bijdragen aan elektrotechniek en elektrochemie of vanwege het feit dat hij verantwoordelijk was voor de introductie van het begrip veld in de fysica om elektromagnetische interactie te beschrijven. Maar misschien is het niet zo bekend dat hij ook fundamentele bijdragen heeft geleverd aan de elektromagnetische theorie van licht.,in 1845, slechts 170 jaar geleden, ontdekte Faraday dat een magnetisch veld gepolariseerd licht beïnvloedde – een fenomeen dat bekend staat als het magneto-optische effect of het Faraday-effect. Om precies te zijn, vond hij dat het trillingsvlak van een bundel van lineair gepolariseerd licht incident op een stuk glas gedraaid wanneer een magnetisch veld werd toegepast in de richting van de voortplanting van de bundel. Dit was een van de eerste aanwijzingen dat elektromagnetisme en licht gerelateerd waren., Het jaar daarop, in mei 1846, publiceerde Faraday het artikel Thoughts on Ray Vibrations, een profetische publicatie waarin hij speculeerde dat licht een trilling van de elektrische en magnetische krachtlijnen zou kunnen zijn.

Faraday ’s geval is niet gebruikelijk in de geschiedenis van de natuurkunde: hoewel zijn opleiding zeer basaal was, zijn de wetten van elektriciteit en magnetisme veel meer te danken aan Faraday’ s experimentele ontdekkingen dan aan enige andere wetenschapper., Hij ontdekte elektromagnetische inductie, die leidde tot de uitvinding van de dynamo, de voorloper van de elektrische generator. Hij legde elektrolyse uit in termen van elektrische krachten en introduceerde ook concepten zoals veld en krachtlijnen, die niet alleen fundamenteel waren voor het begrijpen van elektrische en magnetische interacties, maar ook de basis vormden voor verdere vooruitgang in de natuurkunde.Michael Faraday werd geboren in Zuid-Londen in een bescheiden familie. De enige formele basisopleiding die hij kreeg was lezen, schrijven en rekenen als kind., Hij verliet de school toen hij dertien was en begon te werken in een boekbinderszaak. Zijn passie voor wetenschap werd gewekt door de beschrijving van elektriciteit die hij las in een exemplaar van de Encyclopædia Britannica die hij vastbond, waarna hij begon te experimenteren in een geïmproviseerd laboratorium. Faraday werd in 1813 ingehuurd als Humphry Davy ’s laboratoriumassistent aan de Royal Institution in Londen, waar hij in 1824 tot lid werd gekozen en waar hij tot zijn dood in 1867 werkte, eerst als Davy’ s assistent, daarna als zijn medewerker, en uiteindelijk, na Davy ‘ s dood, als zijn opvolger., Faraday maakte zo ‘ n indruk op Davy dat toen hem gevraagd werd naar zijn grootste ontdekking, Davy antwoordde: “Mijn grootste ontdekking was Michael Faraday”. In 1833 werd hij de eerste Fullerian Professor in de scheikunde aan de Royal Institution. Faraday wordt ook erkend als een grote popularisator van de wetenschap. In 1826 richtte Faraday de vrijdagavonddicoursen op aan de Royal Institution, een communicatiekanaal tussen wetenschappers en leken., Het jaar daarop lanceerde hij de Kerstcolleges voor jongeren-die nu elk jaar op de nationale televisie worden uitgezonden-, een serie die tot doel heeft de wetenschap aan het grote publiek voor te stellen. Faraday zelf gaf veel van deze lezingen. Beiden blijven tot op de dag van vandaag.Michael Faraday gaf een Kerstlezing aan de Royal Institution in 1856 / Credits: Wikipedia

Faraday deed zijn eerste ontdekking van elektromagnetisme in 1821., Hij herhaalde Oersted ‘ s experiment met het plaatsen van een kleine magneet rond een stroomdragende draad en verifieerde dat de kracht die door de stroom op de magneet werd uitgeoefend cirkelvormig was. Zoals hij jaren later uitlegde, werd de draad omgeven door een oneindige reeks cirkelvormige concentrische krachtlijnen, die hij het magnetische veld van de stroom noemde. Hij nam het werk van Oersted en Ampère over de magnetische eigenschappen van elektrische stromen als uitgangspunt en bereikte in 1831 een elektrische stroom uit een veranderend magnetisch veld, een fenomeen dat bekend staat als elektromagnetische inductie., Hij ontdekte dat wanneer een elektrische stroom door een spoel werd geleid, een andere zeer korte stroom werd gegenereerd in een nabijgelegen spoel. Deze ontdekking markeerde een beslissende mijlpaal in de vooruitgang van niet alleen de wetenschap, maar ook van de samenleving, en wordt vandaag de dag gebruikt om op grote schaal elektriciteit op te wekken in elektriciteitscentrales. Dit fenomeen onthult iets nieuws over elektrische en magnetische velden., In tegenstelling tot elektrostatische velden gegenereerd door elektrische ladingen in rust waarvan de circulatie langs een gesloten pad nul is (een conservatief veld), is de circulatie van elektrische velden gecreëerd door magnetische velden langs een gesloten pad anders dan nul. Deze circulatie, die overeenkomt met de geïnduceerde elektromotorische kracht, is gelijk aan de snelheid van verandering van de magnetische flux die door een oppervlak gaat waarvan de grens een draadlus is (Faraday ‘ s inductiewet)., Faraday vond de eerste elektromotor, de eerste elektrische transformator, de eerste elektrische generator en de eerste dynamo uit, zodat Faraday zonder enige twijfel de vader van de elektrotechniek kan worden genoemd.

Faraday verliet de vloeistoftheorie om elektriciteit en magnetisme te verklaren en introduceerde de concepten van veld en veldlijnen, waarbij hij zich verwijderde van de mechanistische verklaring van natuurverschijnselen zoals Newton ‘ s acties-op-A-afstand., Faraday ‘ s introductie van het begrip veld in de natuurkunde is misschien wel zijn belangrijkste bijdrage en werd door Einstein beschreven als de grote verandering in de natuurkunde omdat het elektriciteit, magnetisme en optica voorzag van een gemeenschappelijk kader van fysische theorieën. Faraday ‘ s troepen werden echter pas enkele jaren later geaccepteerd toen James Clerk Maxwell in beeld kwam.,

zoals opgemerkt aan het begin van dit artikel, was een ander en misschien minder bekend effect dat door Faraday werd ontdekt de invloed van een magnetisch veld op gepolariseerd licht, een fenomeen dat bekend staat als het Faraday-effect of magneto-optisch effect. Faraday ‘ s nieuwsgierige geest was niet tevreden met het ontdekken van de relatie tussen elektriciteit en magnetisme. Hij wilde ook bepalen of magnetische velden een effect hadden op optische verschijnselen. Hij geloofde in de eenheid van alle krachten van de natuur, en in het bijzonder van licht, elektriciteit en magnetisme., Op 13 September 1845 ontdekte hij dat het polarisatievlak van lineair gepolariseerd licht wordt gedraaid wanneer dit licht door een materiaal reist waarop een sterk magnetisch veld wordt toegepast in de richting van de voortplanting van het licht., Faraday schreef in lid #7504 van zijn Zuivel:

“Vandaag gewerkt met de lijnen van magnetische kracht, passeren ze in verschillende organen (transparant in verschillende richtingen) en tegelijkertijd het passeren van een gepolariseerde lichtstraal door hen (…) was er een effect op de gepolariseerde ray, en dus magnetische kracht en licht bleek te zijn relatie met elkaar”.,

Dit was zeker de eerste duidelijke aanwijzing dat magnetische kracht en licht aan elkaar gerelateerd waren en het toonde ook aan dat licht gerelateerd is aan elektriciteit en magnetisme. In verband met dit fenomeen schreef Faraday ook in dezelfde paragraaf:

“dit feit zal hoogstwaarschijnlijk buitengewoon vruchtbaar en van grote waarde blijken te zijn in het onderzoek naar beide omstandigheden van natuurlijke kracht”.

hij had geen ongelijk. Dit effect is een van de hoekstenen van de elektromagnetische lichttheorie.,

in een Vrijdagavondgesprek van een koninklijke instelling op April 1846 speculeerde Faraday dat licht een vorm van verstoring zou kunnen zijn die zich langs de veldlijnen voortplant. De waarheid is dat op deze specifieke vrijdag Charles Wheatstone een lezing zou geven over zijn chronoscoop. Echter, op het laatste moment, Wheatstone had een aanval van plankenkoorts en zo Faraday geleverd Wheatstone ‘ s talk., Omdat hij op tijd klaar was, vulde hij de resterende minuten in door zijn gedachten over de aard van het licht te onthullen. Faraday ‘ s discours werd hetzelfde jaar gepubliceerd in het filosofische tijdschrift onder de titel Thoughts on Ray-Vibrations. Faraday durfde zelfs vraagtekens te zetten bij het bestaan van de luminiferous aether –een wetenschappelijke ketterij in die tijd–, die verondersteld werd het medium voor lichtvoortplanting te zijn zoals Fresnel zo elegant had beschreven in zijn golftheorie van licht. Hij stelde voor dat het licht niet het resultaat kon zijn van ethertrillingen, maar vibraties van de fysieke krachtlijnen., Faraday probeerde het uitspansel weg te laten, maar hij hield de vibraties. In een bijna apologetische toon eindigt Faraday met de woorden:

“I think it likely that I have made many mistakes in the previous pages, for even to myself, my ideas on this point appear only as the shadow of a speculation”.dit idee van Faraday werd echter met veel scepsis ontvangen en door iedereen verworpen totdat Maxwell ‘ s artikel getiteld A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field werd gepubliceerd in 1865., In dit artikel beschrijft Maxwell niet alleen zijn baanbrekende elektromagnetische theorie van licht –een van de mijlpalen in dit Internationale Jaar van licht 2015– maar schrijft hij ook de ideeën die uiteindelijk de basis van zijn theorie vormden toe aan Faraday ‘ s gedachten over straaltrillingen., Op pagina 466 van zijn artikel, en met de bescheidenheid die Maxwell altijd kenmerkte, verwijst hij als volgt naar Faraday ’s artikel uit 1846:” The conceptie of the propagation of transverse magnetic stories to the exclusion of normal ones is distinctly set uiteengezet door Professor Faraday in zijn ‘Thoughts on Ray Vibrations’. De elektromagnetische theorie van het licht, zoals voorgesteld door hem , is in wezen hetzelfde als wat ik ben begonnen te ontwikkelen in dit artikel, behalve dat er in 1846 geen gegevens waren om de snelheid van voortplanting te berekenen”.,

en op pagina 461 van zijn artikel uit 1865 verwijst Maxwell ook naar het magneto-optisch effect, met de vermelding:

“Faraday ontdekte dat wanneer een vlak Gepolariseerde straal een transparant diamagnetisch medium transverseert in de richting van de lijnen van magnetische kracht die door magneten of stromingen in de buurt worden geproduceerd, het polarisatievlak wordt veroorzaakt om te roteren”.Michael Faraday wordt zes keer Geciteerd en drie keer genoemd in Maxwell ‘ s artikel uit 1865., Echter, dit is niet verwonderlijk gezien het feit dat een groot deel van Maxwell ’s werk is gebaseerd op Faraday’ s werk en Maxwell wiskundig modelleerde de meeste van Faraday ‘ s ontdekkingen over elektromagnetisme in de theorie die we vandaag de dag kennen.de elektromagnetische golven waarover Faraday in 1846 speculeerde met zijn gedachten over straaltrillingen, en die in 1865 wiskundig werden voorspeld door Maxwell, werden uiteindelijk in 1888 door Hertz in een laboratorium geproduceerd. De rest is geschiedenis., Het is duidelijk dat Maxwell de deur opende naar de twintigste-eeuwse natuurkunde, maar het is niet minder duidelijk dat Faraday Maxwell enkele van de sleutels gaf die hij gebruikte.in 1676 stuurde Newton een brief naar zijn rivaal Hooke waarin hij schreef: “If I have seen further, it is by standing on the shoulders of Giants” (*). Tweehonderdvijftig jaar later, tijdens een van Einstein ‘ s bezoeken aan Cambridge, Verenigd Koninkrijk, merkte iemand op: “je hebt grote dingen gedaan, maar je staat op Newton ’s schouders”. Einstein antwoordde: “nee, ik sta op Maxwell ’s schouders”., Als iemand hetzelfde tegen Maxwell had gezegd, zou hij waarschijnlijk gezegd hebben dat hij op Faraday ‘ s schouders stond.

(*) hoewel deze zin door sommige auteurs wordt geïnterpreteerd als een sarcastische opmerking gericht op Hooke ‘ s gebochelde verschijning, wordt de zin tegenwoordig meestal op een positieve manier gebruikt. Newton ’s commentaar is een bewering dat wetenschap een serie van incrementele vooruitgang is, waarvan het bereik is gebouwd op de eerder bereikte resultaten (zie bijvoorbeeld Stephen Hawking’ s boek met de titel On the Shoulders of Giants).,

Augusto Beléndez

gewoon hoogleraar Technische Natuurkunde aan de Universiteit van Alicante (Spanje) en lid van de Spaanse koninklijke Natuurkundevereniging

Bibliografie

• A. Díaz-Hellín, Faraday: El gran cambio en la Física (Nívola. Madrid, 2001).Ordóñez, V. Navarro en J. M. Sánchez Ron, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).Forbes and B. Mahon, Faraday, Maxwell, and the Electromagnetic Field: How Two Men Revolutionized Physics (Prometheus Books. New York, 2014).,Zajonc, Catching the Light: The Entwined History of Light and Mind (Oxford University Press. New York, 1995) Hawking, On the Shoulders of Giants: The Great Works of Physics and Astronomy (Running Press. Philadelphia, 2002)
• Mansuripur, Classical Optics and its Applications (Cambridge University Press. Cambridge, 2002)