Michael Faraday

Faktaboks

Michael Faraday
Uttale
fˈærədei
Født
22. september 1791, Newington Butts, (nå Southwark bydel) England
Død
25. august 1867, Hampton Court Palace, Middlesex (nå London)
Michael Faraday, britisk fysiker og kjemiker; sønn av en grovsmed i London, kom som gutt i bokbinderlære og leste det han fant av naturvitenskapelige bøker. Maleriet er fra 1842.
Av .
Faradays apparatur da han oppdaget fenomenet induksjon
.

Artikkelstart

Michael Faraday var en britisk fysiker og kjemiker. Han regnes som en av de aller største eksperimentelle vitenskapspersoner som har levd. Hans største bedrifter var oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon (1831) og hans forklaring av elektromagnetismen ved kraftlinjebildet.

Biografi

Michael Faraday

.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Michael Faraday var sønn av en grovsmed og kom 14 år gammel i bokbinderlære. I de sju årene han var hos bokbinderen, leste han alt han fant av naturvitenskapelige bøker. Spesielt tredje bind av Encyclopædia Britannica som dreide seg om elektromagnetisme, fascinerte ham. Han begynte å gjøre eksperimenter i elektromagnetisme og kjemi.

På denne tiden ble han tilbudt å være til stede ved kjemiforelesningene til Sir Humphry Davy ved Royal Institution. Han gjorde flittig notater og lærte raskt. Faraday samlet og bandt inn sine notater og sendte dem til Davy sammen med en søknad om å bli hans assistent. I 1812 ble han assistent hos Davy og hadde denne stillingen til 1820. Her lærte han fysikk og kjemi. Davy var en av den tidens ledende kjemikere, og i 1820 hadde Faraday gode og oppdaterte kunnskaper om kjemi og elektromagnetisme.

I 1821 fikk Faraday permanent stilling ved The Royal Institution i London og giftet seg med Sarah Barnard. I 1825 overtok han som direktør for Royal Institution etter Humphry Davy og i 1833 ble han utnevnt til professor i kjemi samme sted.

Samtidig med at han gjorde kjemiske oppdagelser, startet han på denne tiden å gjøre eksperimenter innen elektrisitet og magnetisme som i løpet av de neste 20 årene kom til å revolusjonere fysikken. Høyest rager hans oppdagelse av fenomenet induksjon.

Han arbeidet knallhardt, og i 1839 fikk han et nervøst sammenbrudd som satte ham ut av spill i nesten fem år. Men i 1845 tok han opp igjen sitt forskningsarbeid og fortsatte med eksperimentelle studier av hvordan magnetfelter påvirker magnetismen av faste stoffer. De neste ti årene gjorde han mange viktige oppdagelser, som for eksempel oppdagelsen av paramagnetisme og diamagnetisme.

Omkring 1850 innførte han begrepet kraftfelt i fysikken.

Vitenskapelig virke

I sine dagbøker, som er utgitt samlet, har Faraday fra dag til dag beskrevet hvordan han kom frem til sine oppdagelser. Vi skal her se på noen hovedpunkter.

Elektromagnetisme

Faraday gjorde banebrytende teknologiske arbeider og var i begynnelsen av 1820-årene den første til å bygge en fungerende elektrisk motor som kunne omforme elektrisk energi til mekanisk energi.

Dette ledet Faraday til å tenke over elektrisitetens natur. På denne tiden var det vanlig å oppfatte elektrisk strøm som en form for væske som strømmet gjennom ledninger som i et rør. Faraday kom til at dette ikke kunne være korrekt. Han tenkte i stedet at elektrisk strøm var en slags kraft som ble overført i strømretningen i form av varierende elastiske spenninger i lederen.

Som et ledd i arbeidet med å undersøke elektrisitetens natur, utførte Faraday eksperimenter for å se om polarisert lys som passerte gjennom materialprøver ble påvirket av elektrisk strøm gjennom materialet. På denne måten ville han bestemme de intermolekylære strekkene han mente måtte opptre når det passerte elektrisk strøm gjennom materialet. Han lyktes ikke å finne noen virkning av elektrisk strøm på lysets polarisasjon i eksperimenter av denne typen som han gjorde i 1820-årene.

Høsten 1831 gjorde Faraday et eksperiment med utstyr vist i figur 2. En spole ble forbundet med et batteri slik at det gikk strøm gjennom vindingene rundt den. Strømmen forårsaket et magnetfelt. Spolen ble beveget inn i og ut av en annen spole forbundet med et galvanometer. Faraday forventet at galvanometeret kom til å vise et utslag når den lille, strømførende spolen beveget seg inn i spolen forbundet med galvanometeret. Men han fikk seg en overraskelse da han dro den lille spolen ut fra den store. Da hadde han ikke ventet å se noen reaksjon hos galvanometeret. Men det gjorde et utslag, like stort og i motsatt retning av det han så da den lille spolen ble ført inn i den store. Faraday gjorde flere eksperimenter for å undersøke fenomenet og tenkte ut en forklaring.

I 1820 hadde den danske fysikeren Hans Christian Ørsted vist at en strømførende ledning forårsaker magnetiske krefter på et kompass i nærheten av ledningen. Som en hjelp for denne tanken innførte Faraday begrepet magnetisk felt og magnetiske feltlinjer. Han forsto at elektriske strøm forårsaker et sirkulært magnetfelt rundt den strømførende ledningen. Når Faraday førte den lille spolen inn i eller ut av den store, forandret antallet magnetiske feltlinjer seg som tråden rundt den store spolen passerte gjennom.

Faraday kalt fenomenet «induksjon» og oppdaget dermed loven for induksjon: Størrelsen av den induserte strømmen er proporsjonal med endringen per sekund av antall magnetiske feltlinjer som lederen passerer gjennom. I dag snakker vi om endring av magnetisk fluks (magnetisk flukstetthet ganger areal) gjennom en sløyfe av en leder. Økning og reduksjon forårsaker like stor, men motsatt rettet strøm. Retningen av den induserte strømmen er slik at den induserte strømmens magnetfelt motvirker fluksendringen som forårsaker induksjonen.

Da Faraday hadde oppdaget og forstått fenomenet induksjon, skjønte han raskt hvordan dette kunne utnyttes til å lage dynamoer, generatorer og elektriske motorer.

Faradays tanker om magnetfelt og induksjon dannet grunnlaget for James Clerk Maxwells elektromagnetiske teori, som igjen er grunnlaget for både elektroteknikken og for en viktig del av den teoretiske fysikken.

Elektrokjemi

Fysikere på Faradays tid spekulerte på om ulike elektriske fenomener, knyttet til for eksempel elektriske åler, batterier og elektriske generatorer, var forskjellige i den forstand at de var knyttet til ulike typer væsker. Som nevnt ovenfor var Faraday helt uenig i forestillingen om at elektrisk strøm var bevegelse av en væske. Han mente også at de ulike elektromagnetiske fenomenene måtte være forskjellige manifestasjoner av ett og samme fenomen.

For å undersøke spørsmålet om et mulig felles opphav til ulike elektriske fenomener, gjorde Faraday en del forsøk der han undersøkte virkningen av elektriske felter på kjemiske prosesser. Han fant ikke svaret på om alle elektriske fenomener har et felles opphav, men kom i 1834 i stedet frem til to fundamentale lover for elektrolyse:

  1. Mengden av materiale avsatt på en elektrode i en elektrolytisk celle er proporsjonal med ladningen som har passert gjennom cellen.
  2. Forholdet mellom mengdene av forskjellige grunnstoffer avsatt på elektrodene, er lik forholdet mellom grunnstoffenes atomvekt. (Faraday uttrykte det litt annerledes fordi størrelsen ‘atomvekt’ ikke var innført enda).

I 1838 formulerte han lovene for elektrostatisk induksjon i dielektriske legemer (se Faradays lover).

Paramagnetiske og diamagnetiske materialer

I 1845 fortsatte Faraday sine eksperimenter for å studere polarisasjon av lys som passerte gjennom materialer. Nå oppdaget han at lysets polarisasjonsplan kan dreies i et magnetisk felt (se faradayeffekt). Dette inspirerte ham til å undersøke hvordan ulike materialers magnetiske egenskaper ble påvirket av et ytre magnetfelt som materialet ble plassert i.

Han viste eksperimentelt at i visse stoffer, som for eksempel jern og nikkel, rettet den molekylære strukturen seg inn langsetter de magnetiske feltlinjene, mens i andre stoffer rettet den molekylære strukturen seg inn vinkelrett på feltlinjene. Han kalte de første stoffene paramagnetiske og de andre for diamagnetiske. Faraday viste at i et paramagnetisk stoff er magnetfeltet sterkere enn det ytre feltet, mens i et diamagnetisk stoff er det svakere.

Oppdagelsen av paramagnetisme og diamagnetisme ble annonsert under et møte i Royal Society 20. november 1845.

Lys og elektromagnetisk feltteori

I 1846 foreslo Faraday at lys er et elektromagnetisk fenomen. Dette ble fulgt opp 20 år senere av James Clerk Maxwell som viste matematisk at lys er elektromagnetiske bølger.

I løpet av årene frem til 1850 utviklet Faraday en ny forestilling om sammenhengen mellom rom og kraft. Rommet var ikke fravær av alt, men et medium der det kunne opptre en form for spenninger som vi opplever som elektriske og magnetiske krefter. Slik oppsto det begrepsmessige grunnlaget for feltteori som ble utviklet matematisk av Maxwell for elektromagnetismen.

Alderdom

Frem til Faraday var godt og vel 60 år gammel hadde han en fenomenal arbeidskapasitet og genial intuisjon. Men omkring 1855, i 64-års alderen, begynte Faradays skaperkraft å bli svekket. Han brukte nå tiden til å samle sine vitenskapelige artikler i to bokverk. I 1855 utkom trebindsverket Experimental Researches in Electricity og i 1859 Researches in Chemistry and Physics.

Dronning Victoria ville adle ham, men Faraday avslo av religiøse grunner og sa at han foretrakk å være «plain Mr. Faraday to the end».

Han mottok en rekke æresbevisninger blant annet i form av medlemskap i vitenskapsakademier i en rekke land. Han fikk også en æresbolig i London som han trakk seg tilbake til i 1858 da han ble 67 år.

Michael Faraday døde 25. august 1867, 75 år gammel.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg