Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция

Майкл Фарадей родился в XVIII веке в бедной английской семье, и ничто не предвещало того, что именно он воплотит в жизнь мечту об освещенном и движимом электроэнергией мире. Этот человек был, вероятно, величайшим из когда-либо живших гениев экспериментальной физики и химии. Его любопытство и упорство позволили раскрыть множество тайн электричества и магнетизма, а также глубинную связь этих двух явлений. Фарадей изобрел электродвигатель и динамо-машину — два устройства, революционно изменившие промышленность, а также сделал другие фундаментальные открытия. Герой этой книги был самоучкой, он многое постиг экспериментальным путем, поэтому одной из его важнейших задач стало распространение знаний о своих открытиях среди коллег и современников.

ФАРАДЕЙ.

Введение

ГЛАВА 1.

СВЕТ СВЕЧИ

ПЕРВЫЕ ГОДЫ МАЛЬЧИКА БЕЗ БУДУЩЕГО

ИСКРА ВДОХНОВЕНИЯ ПРОСТОГО САМОУЧКИ

ПЕРВЫЕ ИСКРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

ХРИСТИАНСКАЯ СЕКТА

ГЛАВА 2.

ПЕРВЫЕ ОТКРЫТИЯ

ПЕРВЫЙ СОБСТВЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

ОТКРЫТИЕ БЕНЗОЛА

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ

СЕКРЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УСПЕХА ФАРАДЕЯ

ГЛАВА 3.

ПРЕВРАТИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В ДВИЖЕНИЕ

МЕРТВАЯ ТОЧКА

ПРЕВРАТИТЬ МАГНЕТИЗМ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ПЕРВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

ПЕРВЫЕ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ

ПЕРЕВОД ИДЕЙ ФАРАДЕЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЯЗЫК

ФАРАДЕЙ, НЬЮТОН И ПОДВОДНЫЕ КАБЕЛИ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОТГОЛОСКИ: МАКСВЕЛЛ И ЭЙНШТЕЙН

ГЛАВА 4.

ЭЛЕКТРОЛИЗ

ПРИЗНАКИ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИИ

КЛЕТКА ФАРАДЕЯ И ДИЭЛЕКТРИКИ

ДИЭЛЕКТРИКИ

ЭКСПЕРИМЕНТ С КЮВЕТОЙ CO ЛЬДОМ

ЖИЗНЕННЫЙ КРИЗИС

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МАГНЕТИЗМОМ И СВЕТОМ: ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ

ДИАМАГНЕТИЗМ

СЛЕДСТВИЯ ДИАМАГНЕТИЗМА: РОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

Глава 5.

ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ

ПРОСВЕТИТЕЛЬ

НАСЛЕДИЕ ФАРАДЕЯ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

notes

1

2

ФАРАДЕЙ.

Электромагнитная индукция.

Наука высокого напряжения

Введение

Планеты сформировались из элементов, варившихся в звездном котле. Некоторые из этих элементов были металлами и скрывались в недрах мира. Именно расплавленное металлическое ядро своим вращением превратило нашу планету в гигантский магнит. Все, что находится на Земле, окружено невидимым магнитным полем, образовавшимся вследствие движения незримых волн. Некоторые культуры, например китайская в классический период, смогли обнаружить это невидимое поле и даже использовали часть его свойств для навигации, но его природа оставалась загадкой в течение многих веков.

В XIX веке все известные знания об этом невидимом и неуловимом поле радикально изменились благодаря оригинальному и удивительному вкладу человека, родившегося в 1791 году, за 100 лет до введения понятия электрона. Мы говорим об английском гении экспериментальной физики Майкле Фарадее.

Так же как и магнитное поле, сила электричества, несмотря на свою беспрестанную работу в течение более чем 13 миллиардов лет, оставалась для человечества тайной, для разгадки которой требовалось проникнуть сквозь атомы, составляющие все сущее. Хотя электрические эффекты можно было наблюдать повсюду, но поскольку положительные и отрицательные электрические заряды стремятся к взаимному равновесию, главное оставалось скрытым. Фарадей не только выявил электрические эффекты, но и показал их неразрывную связь с магнетизмом.

Этому ученому мы обязаны открытием закона индукции, носящего его имя. Согласно закону, переменное магнитное поле создает электрическое поле. Фарадей первым доказал, что магнитное поле может порождать электрический ток. Он изобрел электродвигатель и динамо-машину, навсегда изменившие жизнь человечества, он доказал, что между электричеством и химическим взаимодействием существует связь, он изучал влияние магнетизма на свет. Все эти достижения были совершены человеком, не получившим академического образования и не имевшим особых математических знаний. Фарадей представил все свои открытия в виде описаний с рисунками и схемами, ни разу не прибегнув к уравнениям.

Этот ученый был не только великим экспериментатором, но и просветителем. Он занимался распространением своих идей и даже читал Рождественские лекции для юношества, поскольку полагал, что наука не должна скрываться от народа в элитарных учреждениях. Эти рождественские лекции проводятся по сей день, в них участвуют многие ученые и просветители, такие как Карл Саган или Дэвид Аттенборо. На первой рождественской лекции в 1826 году говорилось об одном из самых популярных утверждений: свеча иллюстрирует все известные физические процессы. Пользуясь этим образом, можно сказать, что Фарадей был свечой для всей Англии, и даже больше — ослепительной искрой, навсегда принесшей свет в наш мир.

Благодаря Фарадею стало популярным такое физическое понятие, как магнитное поле, а также многие другие, которые ученый ввел с помощью своего друга-филолога Уильяма Уэвелла для обозначения открытых явлений. Майклу Фарадею мы обязаны такими терминами, как ион (электрически заряженный атом), катион (положительно заряженный атом), анион (отрицательно заряженный атом), электролиз, катод, анод, диэлектрик (или диамагнетик). Термин электричество происходит от греческого слова электрон, означающего «янтарь», электрические свойства которого были открыты в Древней Греции. С тех пор до XVIII века понимание электрических явлений мало продвинулось вперед. Важных открытий в этой области не было сделано в течение такого долгого периода, потому что занятия наукой далеко не сразу превратились в реализацию систематических экспериментов. При всей малой изученности электричества были изобретены телефоны, телеграфы, лампочки и даже электродвигатели. Впрочем, до прихода великого экспериментатора Фарадея электричество относилось к области оригинальных развлечений. Ученые XVIII века разработали аппараты для получения небольшого электрического заряда и устройства для аккумулирования заряда. Великосветские салоны развлекались тем, что проводили опыты по электростатике, во время которых летели искры, бились в судорогах или погибали от тока индюшки. Некоторые дамы прогуливались по Парижу в остроконечных шляпах, с которых свисал провод в качестве громоотвода.

Похожую судьбу имели и магнетические явления, первые сведения об изучении которых мы находим у Фалеса Милетского в VI веке до н.э. Слово магнетизм происходит от названия греческого города Магнисии, известного залежами магнетита — природного магнита. Существует и другая версия происхождения названия, связываемая с Плинием Старшим, римским мудрецом I века. Согласно ей, магнетизм был открыт пастухом Магнусом, посох которого имел металлический наконечник и был притянут скалой, когда пастух поднимался в горы со своим стадом. До XVI века знания о магнетизме росли так же медленно, как и знания об электричестве. Англичанин Уильям Гильберт заложил основы современного изучения магнетизма, в частности открыл, что Земля ведет себя как магнит планетарного масштаба.

Фарадей наблюдал электрические и магнитные явления как набор свойств, в котором его проницательный взгляд видел Божественное вмешательство. Эта проницательность, подкрепленная верой, позволила Фарадею бросить вызов непререкаемому авторитету Ньютона, что в то время было вдвойне оскорбительно, ведь вызов бросал человек, не слишком хорошо разбирающийся в математике. Однако эта интеллектуальная смелость, наверное, самого скромного ученого своей эпохи привела к удивительным последствиям: Фарадей изменил ход промышленной революции, жертвой которой чуть не пал сам из-за своего низкого происхождения, и повернул историю к Эре электричества. Это была новая эра, в которой работники не должны были трудиться, как рабы, ради жалования, а люди самого скромного происхождения наконец-то получили доступ в храм знаний согласно своим интеллектуальным способностям и независимо от своей фамилии.