Michael Faraday (1791-1867) jest prawdopodobnie najbardziej znany ze swojego odkrycia indukcji elektromagnetycznej, jego wkładu w elektrotechnice i elektrochemii lub ze względu na fakt, że był odpowiedzialny za wprowadzenie pojęcia pola w fizyce do opisu oddziaływań elektromagnetycznych. Ale być może nie jest tak dobrze znane, że wniósł również fundamentalny wkład do elektromagnetycznej teorii światła.,

w 1845 roku, zaledwie 170 lat temu, Faraday odkrył, że pole magnetyczne wpływa na światło spolaryzowane – zjawisko znane jako efekt magneto-optyczny lub efekt Faradaya. Precyzyjnie stwierdził, że płaszczyzna drgań wiązki liniowo spolaryzowanego światła padająca na kawałek szkła obraca się, gdy przyłożono pole magnetyczne w kierunku propagacji wiązki. Była to jedna z pierwszych wskazań, że elektromagnetyzm i światło są ze sobą powiązane., W roku następnym, w maju 1846, Faraday opublikował artykuł Thoughts on Ray Vibrations, proroczą publikację, w której spekulował, że światło może być wibracją elektrycznych i magnetycznych linii sił.

przypadek Faradaya nie jest powszechny w historii fizyki: chociaż jego trening był bardzo podstawowy, prawa elektryczności i magnetyzmu wynikają znacznie bardziej z eksperymentalnych odkryć Faradaya niż z jego doświadczenia.każdemu innemu naukowcowi., Odkrył indukcję elektromagnetyczną, która doprowadziła do wynalezienia Dynama, prekursora generatora elektrycznego. Wyjaśnił elektrolizę w kategoriach sił elektrycznych, a także wprowadził pojęcia takie jak Pole i linie sił, które nie tylko były fundamentalne dla zrozumienia oddziaływań elektrycznych i magnetycznych, ale także stanowiły podstawę dalszych postępów w fizyce.

Michael Faraday urodził się w południowym Londynie w skromnej rodzinie. Jedyne podstawowe wykształcenie formalne otrzymał w czytaniu, pisaniu i arytmetyce jako dziecko., W wieku trzynastu lat porzucił szkołę i rozpoczął pracę w introligatorni. Jego pasja do nauki została rozbudzona przez Opis elektryczności, który przeczytał w kopii Encyclopædia Britannica, którą związał, po czym zaczął eksperymentować w improwizowanym laboratorium. Faraday został zatrudniony w 1813 roku jako asystent Humphry 'ego Davy' ego w Royal Institution w Londynie, gdzie został wybrany członkiem w 1824 roku i gdzie pracował aż do śmierci w 1867 roku, najpierw jako asystent Davy 'ego, potem jako jego współpracownik, a wreszcie, po śmierci Davy' ego, jako jego następca., Faraday wywarł na Davy ' m takie wrażenie, że kiedy ten ostatni został zapytany o swoje największe odkrycie, Davy odpowiedział: „Moim największym odkryciem był Michael Faraday”. W 1833 został pierwszym pełnoprawnym profesorem chemii w Royal Institution. Faraday jest również uznawany za wielkiego Popularyzatora Nauki. W 1826 roku Faraday założył Piątkowe wieczorne dyskursy w Royal Institution, które są kanałem komunikacji między naukowcami a laikami., W następnym roku uruchomił cykl świątecznych wykładów dla młodzieży-obecnie co roku emitowanych w telewizji krajowej – którego celem jest przedstawienie nauki szerokiej publiczności. Sam Faraday wygłosił wiele z tych wykładów. Obie trwają do dnia dzisiejszego.

Faraday dokonał pierwszego odkrycia elektromagnetyzmu w 1821 roku., Powtórzył eksperyment Oersteda, umieszczając mały magnes wokół przewodu przewodzącego prąd i sprawdził, czy siła wywierana przez prąd na magnes jest kolista. Jak wyjaśnił po latach, drut był otoczony nieskończonym szeregiem kolistych koncentrycznych linii sił, które nazwał polem magnetycznym prądu. Jako punkt wyjścia podjął pracę Oersteda i Ampère ' a nad właściwościami magnetycznymi prądów elektrycznych i w 1831 roku uzyskał prąd elektryczny ze zmieniającego się pola magnetycznego, zjawisko znane jako indukcja elektromagnetyczna., Odkrył, że kiedy prąd elektryczny przepuszczany jest przez cewkę, inny bardzo krótki prąd generowany jest w pobliskiej cewce. Odkrycie to stanowiło decydujący kamień milowy w rozwoju nie tylko nauki, ale także społeczeństwa i jest dziś wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej na dużą skalę w elektrowniach. Zjawisko to ujawnia coś nowego na temat pól elektrycznych i magnetycznych., W przeciwieństwie do pól elektrostatycznych generowanych przez ładunki elektryczne w spoczynku, których cyrkulacja wzdłuż zamkniętej ścieżki wynosi zero( pole zachowawcze), cyrkulacja pól elektrycznych wytworzonych przez pola magnetyczne przebiega wzdłuż zamkniętej ścieżki innej niż zero. Obieg ten, odpowiadający indukowanej sile elektromotorycznej, jest równy szybkości zmiany strumienia magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię, której granicą jest pętla drutu (prawo indukcji Faradaya)., Faraday wynalazł pierwszy silnik elektryczny, pierwszy transformator elektryczny, pierwszy generator elektryczny i pierwsze dynamo, więc Faraday można bez wątpienia nazwać ojcem elektrotechniki.

Faraday porzucił teorię płynów na rzecz wyjaśnienia elektryczności i magnetyzmu i wprowadził pojęcia pola i linii pola, odchodząc od mechanicznego wyjaśnienia zjawisk naturalnych, takich jak działania Newtona na odległość., Wprowadzenie przez Faradaya pojęcia pola do fizyki jest być może jego najważniejszym wkładem i zostało opisane przez Einsteina jako wielka zmiana w fizyce, ponieważ dostarczyło elektryczności, magnetyzmu i optyki wspólnych ram teorii fizycznych. Jednak linie sił Faradaya zostały zaakceptowane dopiero kilka lat później, gdy James Clerk Maxwell pojawił się w filmie.,

jak wspomniano na początku tego artykułu, innym i być może mniej znanym efektem odkrytym przez Faradaya był wpływ pola magnetycznego na światło spolaryzowane, zjawisko znane jako efekt Faradaya lub efekt magnetooptyczny. Dociekliwy umysł Faradaya nie zadowalał się po prostu odkryciem związku między elektrycznością a magnetyzmem. Chciał także ustalić, czy pola magnetyczne mają wpływ na zjawiska optyczne. Wierzył w jedność wszystkich sił natury, a w szczególności światła, elektryczności i magnetyzmu., 13 września 1845 odkrył, że płaszczyzna polaryzacji liniowo spolaryzowanego światła jest obracana, gdy światło to przemieszcza się przez materiał, do którego przyłożone jest silne pole magnetyczne w kierunku propagacji światła., Faraday napisał w paragrafie # 7504 swojej mleczarni:

„dzisiaj pracował z liniami sił magnetycznych, przepuszczając je przez różne ciała (przezroczyste w różnych kierunkach) i jednocześnie przepuszczając przez nie spolaryzowany promień światła (…) powstał efekt na spolaryzowany promień, a więc siła magnetyczna i światło okazały się mieć ze sobą związek”.,

było to z pewnością pierwsze wyraźne wskazanie, że siła magnetyczna i światło są ze sobą powiązane, a także pokazało, że światło jest związane z elektrycznością i magnetyzmem. W odniesieniu do tego zjawiska Faraday napisał również w tym samym akapicie:

„ten fakt najprawdopodobniej okaże się niezwykle płodny i ma wielką wartość w badaniu obu warunków siły naturalnej”.

nie mylił się. Efekt ten jest jednym z fundamentów elektromagnetycznej teorii światła.,

Faraday spekulował, że światło może być jakąś formą zaburzeń propagujących się wzdłuż linii pola. Prawda jest taka, że w ten szczególny piątek to Charles Wheatstone miał wygłosić wykład na temat swojego chronoskopu. Jednak w ostatniej chwili Wheatstone miał atak tremy scenicznej i do tej pory Faraday wygłosił przemówienie Wheatstone ' a., Ponieważ skończył przed czasem, wypełnił Pozostałe minuty, ujawniając swoje myśli na temat natury światła. Rozprawa Faradaya została opublikowana w tym samym roku w czasopiśmie filozoficznym pod tytułem Thoughts on Ray-Vibrations. Faraday ośmielił się nawet zakwestionować istnienie eteru luminescencyjnego –naukowej herezji w tamtym czasie– który miał być medium propagacji światła, jak tak elegancko opisał Fresnel w swojej falowej teorii światła. Zaproponował, że światło nie może być wynikiem drgań eteru, ale drgań fizycznych linii sił., Faraday próbował pominąć eter, ale zachował wibracje. W tonie niemal apologetycznym Faraday kończy swój artykuł stwierdzając:

„myślę, że prawdopodobnie popełniłem wiele błędów na poprzednich stronach, ponieważ nawet dla mnie, moje pomysły na ten temat pojawiają się tylko jako cień spekulacji”.jednak ta idea Faradaya została przyjęta ze znacznym sceptycyzmem i odrzucona przez wszystkich, dopóki artykuł Maxwella zatytułowany A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field nie został opublikowany w 1865 roku., W tym artykule Maxwell nie tylko opisuje swoją przełomową elektromagnetyczną teorię światła –jeden z kamieni milowych upamiętnionych w tym międzynarodowym roku Światła 2015– ale także przypisuje idee, które ostatecznie stały się podstawą jego teorii do myśli Faradaya o wibracjach promieni., Na stronie 466 swojej pracy, ze skromnością, która zawsze charakteryzowała Maxwella, odnosi się do pracy Faradaya z 1846 roku w następujący sposób:

„koncepcja propagacji poprzecznych zaburzeń magnetycznych z wyłączeniem normalnych jest wyraźnie przedstawiona przez profesora Faradaya w jego „Thoughts on Ray Vibrations”. Zaproponowana przez niego elektromagnetyczna teoria światła jest w istocie taka sama jak ta, którą zacząłem rozwijać w tym artykule, z tym, że w 1846 roku nie było danych do obliczenia prędkości propagacji”.,

i na stronie 461 swojej pracy z 1865 roku Maxwell również odnosi się do efektu magnetooptycznego, stwierdzając:

„Faraday odkrył, że gdy płaszczyzna spolaryzowanego promienia przemieszcza przezroczyste medium diamagnetyczne w kierunku linii sił magnetycznych wytwarzanych przez magnesy lub prądy w sąsiedztwie, płaszczyzna polaryzacji jest spowodowana obracaniem się”.

we wszystkich Michael Faraday jest cytowany sześć razy i wspomniany trzy razy w pracy Maxwella z 1865 roku., Nie jest to jednak zaskakujące, biorąc pod uwagę, że duża część pracy Maxwella opiera się na pracy Faradaya i Maxwell matematycznie modelował większość odkryć Faradaya na temat elektromagnetyzmu w teorii, którą znamy dzisiaj.

fale elektromagnetyczne, o których istnieniu Faraday spekulował w 1846 roku ze swoimi przemyśleniami na temat drgań promieni, a które matematycznie przewidział Maxwell w 1865 roku, zostały ostatecznie wyprodukowane w laboratorium przez Hertza w 1888 roku. Reszta to historia., Jest jasne, że Maxwell otworzył drzwi do fizyki XX wieku, ale nie mniej jasne jest, że Faraday dał Maxwellowi niektóre klucze, których używał.

w 1676 roku Newton wysłał list do swojego rywala Hooke ' a, w którym napisał: „Jeśli widziałem dalej, to stojąc na ramionach olbrzymów” (*). Dwieście pięćdziesiąt lat później, podczas jednej z wizyt Einsteina w Cambridge w Wielkiej Brytanii, ktoś zauważył: „zrobiłeś wielkie rzeczy, ale stoisz na barkach Newtona”. Einstein odpowiedział: „nie, stoję na ramionach Maxwella”., Gdyby ktoś powiedział To Samo Maxwellowi, prawdopodobnie powiedziałby, że stał na ramionach Faradaya.

(*) chociaż zdanie to jest interpretowane przez niektórych autorów jako sarkastyczna uwaga skierowana na garbaty wygląd Hooke ' a, obecnie wyrażenie jest zwykle używane w pozytywny sposób. Teraz komentarz Newtona jest twierdzeniem, że nauka jest serią przyrostowych osiągnięć, których zasięg opiera się na tych osiągniętych wcześniej (patrz np. książka Stephena Hawkinga pt. na ramionach olbrzymów).,

Augusto Beléndez

profesor fizyki stosowanej na Uniwersytecie w Alicante (Hiszpania) i członek hiszpańskiego Królewskiego Towarzystwa Fizyki

Bibliografia

• A. Díaz-Hellín, Faraday: El gran cambio en la Física (Nívola. Madryt, 2001).
• Ordóñez, V. Navarro i J. M. Sánchez Ron, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madryt, 2013).
• Forbes and B. Mahon, Faraday, Maxwell, and the Electromagnetic field: How Two Men Revolutionized Physics (Prometheus Books. Nowy Jork, 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)