Michael Faraday (1791-1867) är förmodligen mest känd för sin upptäckt av elektromagnetisk induktion, hans bidrag till elektroteknik och elektrokemi eller på grund av det faktum att han var ansvarig för att införa begreppet fält i fysik för att beskriva elektromagnetisk interaktion. Men kanske är det inte så välkänt att han också gjorde grundläggande bidrag till den elektromagnetiska teorin om ljus.,

1845, för bara 170 år sedan, upptäckte Faraday att ett magnetfält påverkade polariserat ljus – ett fenomen som kallas magnetooptisk effekt eller Faraday effekt. För att vara exakt fann han att vibrationsplanet för en stråle av linjärt polariserat ljus som infaller på ett glas roteras när ett magnetfält applicerades i strålens utbredningsriktning. Detta var en av de första indikationerna på att elektromagnetism och ljus var relaterade., Följande år, i maj 1846, publicerade Faraday artikeln Thoughts on Ray Vibrations, en profetisk publikation där han spekulerade att ljus kan vara en vibration av de elektriska och magnetiska kraftlinjerna.

Faradays fall är inte vanligt i fysikens historia: även om hans träning var mycket grundläggande beror el-och magnetismens lagar mycket mer på Faradays experimentella upptäckter än någon annan forskare., Han upptäckte elektromagnetisk induktion, vilket ledde till uppfinningen av dynamo, föregångaren till den elektriska generatorn. Han förklarade elektrolys när det gäller elektriska krafter och introducerade också begrepp som fält och kraftlinjer, som inte bara var grundläggande för att förstå elektriska och magnetiska interaktioner utan också utgjorde grunden för ytterligare framsteg inom fysiken.

Michael Faraday föddes i södra London till en ödmjuk familj. Den enda grundläggande formella utbildningen han fick var att läsa, skriva och aritmetik som barn., Han lämnade skolan när han var tretton och började arbeta i en bokbindande butik. Hans passion för vetenskap väcktes av beskrivningen av el han läste i en kopia av Encyklopædia Britannica han var bindande, varefter han började experimentera i ett improviserat laboratorium. Faraday anställdes 1813 som Humphry Davy ’s laboratory assistant vid Royal Institution i London, där han valdes till ledamot 1824 och där han arbetade fram till sin död 1867, först som Davy’ s assistant, sedan som hans medarbetare, och slutligen, efter Davy ’ s död, som hans efterträdare., Faraday gjorde ett sådant intryck på Davy att när den senare frågades om sin största upptäckt svarade Davy:”min största upptäckt var Michael Faraday”. År 1833 blev han den första Fulleriska professorn i kemi vid kungliga institutionen. Faraday är också erkänd som en stor populariserare av vetenskap. I 1826 Faraday etablerade fredag kväll diskurser på den kungliga institutionen, som är en kanal för kommunikation mellan forskare och lekmän., Året därpå lanserade han Julföreläsningar för ungdomar-nu sänds på nationell tv varje år -, en serie vars mål är att presentera vetenskapen för allmänheten. Faraday själv gav många av dessa föreläsningar. Båda fortsätter till denna dag.

Faraday gjorde sin första upptäckt av elektromagnetism 1821., Han upprepade Oersted experiment placera en liten magnet runt en strömförande tråd och verifierade att den kraft som utövas av strömmen på magneten var cirkulär. Som han förklarade år senare var tråden omgiven av en oändlig serie cirkulära koncentriska kraftlinjer, som han kallade magnetfältet för strömmen. Han tog arbetet av Oersted och Ampère på de magnetiska egenskaperna hos elektriska strömmar som utgångspunkt och 1831 uppnådde en elektrisk ström från ett föränderligt magnetfält, ett fenomen som kallas elektromagnetisk induktion., Han fann att när en elektrisk ström passerade genom en spole genererades en annan mycket kort ström i en närliggande spole. Denna upptäckt markerade en avgörande milstolpe i utvecklingen inte bara av vetenskap utan också av samhället, och används idag för att generera el i stor skala i kraftverk. Detta fenomen avslöjar något nytt om elektriska och magnetiska fält., Till skillnad från elektrostatiska fält som genereras av elektriska laddningar i vila, vars cirkulation längs en sluten bana är noll (ett konservativt fält), är cirkulationen av elektriska fält skapade av magnetfält längs en sluten bana annan än noll. Denna cirkulation, som motsvarar den inducerade elektromotoriska kraften, är lika med förändringshastigheten för det magnetiska flödet som passerar genom en yta vars gräns är en trådslinga (Faradays induktionslag)., Faraday uppfann den första elmotorn, den första elektriska transformatorn, den första elgeneratorn och den första dynamoen, hittills kan kallas, utan tvekan, fadern till elektroteknik.

Faraday övergav vätsketeorin för att förklara el och magnetism och introducerade begreppen fält-och fältlinjer, som rörde sig bort från den mekanistiska förklaringen av naturfenomen som Newtons handlingar-på avstånd., Faradays introduktion av begreppet fält i fysik är kanske hans viktigaste bidrag och beskrevs av Einstein som den stora förändringen i fysiken eftersom det gav El, magnetism och optik en gemensam ram för fysiska teorier. Faradays kraftlinjer accepterades dock inte förrän flera år senare när James Clerk Maxwell kom in i bilden.,

Som noterat i början av denna artikel var en annan och kanske mindre känd effekt som upptäcktes av Faraday påverkan av ett magnetfält på polariserat ljus, ett fenomen som kallas Faraday-effekten eller magnetooptisk effekt. Faradays nyfikna sinne var inte nöjd med att helt enkelt upptäcka förhållandet mellan el och magnetism. Han ville också avgöra om magnetfält hade en effekt på optiska fenomen. Han trodde på enhet av alla naturens krafter, och i synnerhet av ljus, EL och magnetism., Den 13 September 1845 fann han att planet för polarisering av linjärt polariserat ljus roteras när detta ljus färdas genom ett material som ett starkt magnetfält appliceras i riktning mot ljusets utbredning., Faraday skrev i punkt # 7504 i sitt mejeri:

”idag arbetat med linjer av magnetisk kraft, passerar dem över olika kroppar (transparent i olika riktningar) och samtidigt passerar en polariserad stråle av ljus genom dem ( … ) det var en effekt som producerades på den polariserade strålen, och därmed magnetiska kraft och ljus visade sig ha relation till varandra”.,

detta var verkligen den första tydliga indikationen på att magnetisk kraft och ljus var relaterade till varandra och det visade också att ljuset är relaterat till el och magnetism. I förhållande till detta fenomen skrev Faraday också i samma stycke:

”detta faktum kommer sannolikt att visa sig mycket bördigt och av stort värde vid undersökningen av båda villkoren för naturlig kraft”.

han hade inte fel. Denna effekt är en av hörnstenarna i den elektromagnetiska teorin om ljus.,

i en kunglig institutions fredagskväll diskurs levererad den april 1846 spekulerade Faraday att ljus kan vara någon form av störningar som förökar sig längs fältlinjerna. Sanningen är att på den här fredagen var det Charles Wheatstone som var planerad att prata om sitt kronoskop. Men i sista minuten hade Wheatstone en attack av scenskräck och så levererade Faraday Wheatstones tal., Sedan han slutade i förväg fyllde han i de återstående minuterna genom att avslöja sina tankar om ljusets natur. Faradays diskurs publicerades samma år i den filosofiska tidningen under titeln Thoughts on Ray-Vibrations. Faraday vågade till och med ifrågasätta existensen av den luminiferous aether –en vetenskaplig kätteri vid den tiden–, som skulle vara mediet för ljusförökning som så elegant Fresnel hade beskrivit i sin vågteori om ljus. Han föreslog att ljuset inte kunde vara resultatet av etervibrationer, utan vibrationer av de fysiska kraftlinjerna., Faraday försökte utelämna etern, men han behöll vibrationerna. I en nästan ursäktande ton avslutar Faraday sitt papper och säger:

”Jag tror att det är troligt att jag har gjort många misstag på föregående sidor, för även för mig själv visas mina idéer på denna punkt endast som skuggan av en spekulation”.

denna idé om Faradays mottogs dock med stor skepsis och förkastades av alla tills Maxwells artikel med titeln En dynamisk teori om det elektromagnetiska fältet publicerades 1865., I detta dokument beskriver Maxwell inte bara sin seminala elektromagnetiska teori om ljus –en av milstolparna som firades i detta internationella ljusår 2015– utan tillskriver också de idéer som så småningom bildade grunden för hans teori till Faradays tankar om strålvibrationer., På sidan 466 i sitt papper, och med den blygsamhet som alltid präglade Maxwell, hänvisar han till Faradays 1846-papper enligt följande:

”uppfattningen om utbredning av tvärgående magnetiska störningar till uteslutning av normala är tydligt framlagd av Professor Faraday i hans ”tankar om Strålvibrationer”. Den elektromagnetiska teorin om ljus, som föreslagits av honom, är densamma i substans som den som jag har börjat utveckla I detta dokument, förutom att 1846 fanns inga data för att beräkna utbredningshastigheten”.,

och på sidan 461 av hans 1865 papper hänvisar Maxwell också till den magnetooptiska effekten, som anger:

”Faraday upptäckte att när ett plan polariserad stråle transverserar ett transparent diamagnetiskt medium i riktning mot linjerna av magnetisk kraft som produceras av magneter eller strömmar i grannskapet, orsakas polarisationsplanet att rotera”.

i alla Michael Faraday Citeras sex gånger och nämns tre gånger i Maxwells 1865 papper., Detta är dock inte förvånande med tanke på att en stor del av Maxwells arbete bygger på Faradays arbete och Maxwell matematiskt modellerade de flesta av Faradays upptäckter om elektromagnetism i den teori som vi känner till idag.

de elektromagnetiska vågorna om vars existens Faraday spekulerade 1846 med sina tankar om strålvibrationer, och som matematiskt förutspåddes av Maxwell 1865, producerades slutligen i ett laboratorium av Hertz 1888. Resten är historia., Det är uppenbart att Maxwell öppnade dörren till 1900-talets fysik, men det är inte mindre klart att Faraday gav Maxwell några av nycklarna han använde.

år 1676 skickade Newton ett brev till sin rival Hooke där han skrev: ”om jag har sett vidare är det genom att stå på Giants axlar” (*). Tvåhundrafemtio år senare, under ett av Einsteins besök i Cambridge, Storbritannien, påpekade någon: ”du har gjort stora saker, men du står på Newtons axlar”. Einstein svarade: ”Nej, Jag står på Maxwells axlar”., Om någon hade sagt samma sak till Maxwell, skulle han förmodligen ha sagt att han stod på Faradays axlar.

(*) även om denna mening tolkas av vissa författare som en sarkastisk anmärkning riktad mot Hookes hunchback-utseende, används frasen vanligtvis på ett positivt sätt. Nu är Newtons kommentar ett påstående om hur vetenskapen är en serie inkrementella framsteg som bygger på de tidigare uppnådda (se till exempel Stephen Hawkings bok med titeln på Giants axlar).,

Augusto Beléndez

Professor i Tillämpad Fysik vid Universitetet i Alicante (Spanien) och ledamot av Kungliga spanska Fysik Samhället

Bibliografi

• A. Díaz-Hellín, Faraday: El gran cambio en la Física (Nívola. Madrid, 2001).
• Ordóñez, V. Navarro och J. M. Sánchez Ron, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).
• Forbes och B. Mahon, Faraday, Maxwell, och det elektromagnetiska fältet: hur två män revolutionerade fysik (Prometheus böcker. New York, 2014).,
• Zajonc, fånga ljuset: den sammanflätade historien om ljus och sinne (Oxford University Press. New York, 1995)
• Hawking, på Giants axlar: de stora verk av fysik och astronomi (Running Press. Philadelphia, 2002).
• Mansuripur, Klassisk Optik och dess Tillämpningar (Cambridge University Press. Cambridge, 2002).