Spis treści:
- 1 Michael Faraday - jeden z pionýrů elektromagnetismu
- 2 Michael Faraday - narození a začátek vzdělávací cesty
- 3 Michael Faraday - knihvazač zvědavý na svět
- 4 Vstup do světa vědy a vědců
- 5 Štěstí v neštěstí!
- 6 Royal Institution of Great Britain - další vývoj kariéry Michaela Faradaye
- 7 Vědecké objevy Michaela Faradaye
- 8 1821: Faradayova elektrická indukce
- 9 1823: zkapalňování a mrznutí plynů
- 10 1825: objev benzenu
- 11 1831: objev jevu elektromagnetické indukce
- 12 1834: Faradayův zákon elektrolýzy
- 13 1836: Faradayova klec
- 14 1845: magnetooptický jev
- 15 1845: objev diamagnetismu
- 16 Michael Faraday - soukromý život, odkaz a vzpomínkové akce
Zdroj titulního obrázku: https://www.thoughtco.com/michael-faraday-inventor-4059933
Vědecké objevy – malé i velké – daly podnět k dalšímu výzkumu. Za těmito objevy samozřejmě stojí konkrétní lidé! Kdo byl Michael Faraday a za co mu vděčíme?
Michael Faraday - jeden z pionýrů elektromagnetismu
V tomto článku představujeme životopis anglického fyzika, chemika a vynálezce Michaela Faradaye (1791-1867 ) a jeho nejdůležitější vědecké objevy. Přestože Michael Faraday pocházel z velmi chudé rodiny, stal se jedním z největších vědců v historii – jeho úspěchy byly pozoruhodné v době, kdy věda byla obvykle doménou lidí z bohatých rodin. V článku budou zmíněna i další důležitá jména spojená s objevy hlavního hrdiny.
Michael Faraday - narození a začátek vzdělávací cesty
Michael Faraday se narodil 22. září 1791 nedaleko Londýna v Anglii. Byl třetím dítětem Jamese a Margaret Faradayových. Jeho otec byl kovář, který se potýkal se špatným fyzickým zdravím. Jeho matka byla před svatbou služkou.
Rodina žila v chudobě. Michael Faraday navštěvoval do svých 13 let místní školu, kde získal základní vzdělání. Aby vydělal peníze pro rodinu, začal pracovat jako kurýr v knihkupectví. Po roce byl povýšen na knihařského učně.
Michael Faraday - knihvazač zvědavý na svět
Michael Faraday se chtěl dozvědět více o světě – neomezil se jen na knihvazačství. Po náročné práci trávil volný čas četbou vázaných knih, zejména svazků o vědě. Zaujaly ho zejména dvě knihy: Encyclopædia Britannica (jeho hlavní zdroj vědomostí o elektřině a dalších oborech) a Rozhovory o chemii od Jane Marcetové (600 stran o chemii popsaných mimořádně přístupným způsobem).
Michaela Faradaye věda fascinovala natolik, že začal část svého skromného platu utrácet za chemická činidla a laboratorní přístroje, aby si v praxi ověřil pravdivost toho, co četl. Když se dozvěděl více o vědě, uslyšel, že se známý vědec John Tatum chystá uspořádat sérii veřejných přednášek o filozofii přírody (fyzice). Poplatek za účast na přednáškách činil jeden šilink, což bylo nad Michaelovy finanční možnosti. Jeho starší bratr, kovář, na kterého zapůsobil Michaelův rostoucí zájem o vědu, mu dal potřebný šilink.
Vstup do světa vědy a vědců
Faradayovo vzdělání se posunulo o další krok dál, když ho zákazník knihkupectví William Dance požádal, zda by nechtěl vidět přednášku sira Humphryho Davyho v Royal Institution. Humphry Davy byl jedním z nejznámějších vědců na světě. Faraday využil příležitosti a zúčastnil se čtyř přednášek o jednom z nejnovějších problémů chemie – o definici kyselosti. Pozoroval Humphryho Davyho při provádění praktických pokusů. Tohle byl svět, ve kterém chtěl žít. Během přednášek si dělal poznámky, které pak doplnil natolik, že vytvořil 300stránkovou ručně psanou knihu, kterou svázal a poslal Davymu jako poděkování.
Během této doby začal Faraday v zadní části knihkupectví provádět složitější pokusy a sestrojil elektrickou baterii z měděných mincí a zinkových kotoučů oddělených vlhkým slaným papírem. Svou baterii používal k rozkladu chemických látek, jako je síran hořečnatý. Humphry Davy byl průkopníkem tohoto druhu chemie. V říjnu 1812 Faradayovo učňovské období skončilo a on začal pracovat jako knihař u nového zaměstnavatele, který mu nebyl příliš přátelský.
Štěstí v neštěstí!
Brzy následovala šťastná náhoda pro Faradaye. Sir Humphry Davy byl zraněn při výbuchu během neúspěšného experimentu a dočasně nemohl psát. Faradayovi se podařilo najít si na několik dní práci po boku Davyho, na kterého kniha, kterou mu poslal, udělala dojem. Být knihvazačem mělo přece své výhody! Když vypršela lhůta na výměnu, Faraday poslal Davymu dopis, ve kterém ho požádal, zda by se mohl stát jeho asistentem. Krátce poté byl jeden z Davyho asistentů propuštěn pro špatné chování a vědec poslal Faradayovi zprávu, zda by nechtěl přijmout místo chemického asistenta. Odpověď může být jen jedna!
Royal Institution of Great Britain - další vývoj kariéry Michaela Faradaye
1. března 1813 začal Faraday ve svých 21 letech pracovat v Royal Institution of Great Britain. Jeho plat byl už tak docela slušný a byl mu přidělen pokoj v podkroví Královského institutu, kde mohl bydlet. Jeho prvním úkolem jako asistenta chemie byla příprava přístrojů pro experimenty a přednášky. Jednalo se o práci s chloridem dusičitým (III), výbušninou, která způsobila Davymu nehodu. Sám Faraday byl při dalším výbuchu látky krátce v bezvědomí a poté byl Davy opět zraněn, což vedlo k zastavení výzkumu této látky.
Po pouhých sedmi měsících práce v Královském institutu vzal Davy Faradaye jako svého tajemníka na 18měsíční cestu po Evropě. Během této doby se Faraday setkal s významnými vědci, jako byli André Marie Ampère a Alessandro Volta. V jistém smyslu působila tato cesta jako univerzitní vzdělání a Faraday se během ní hodně naučil. Po většinu cesty však byl nešťastný, protože kromě akademické a sekretářské práce musel být osobním sluhou Davyho a jeho ženy, což se mu nelíbilo. Davyho manželka odmítala s Faradayem jednat jako s rovnocenným partnerem, protože pocházel z rodiny nižší třídy.
V Londýně se však situace začala opět zlepšovat. Královský ústav obnovil Faradayovu smlouvu a zvýšil mu plat. Davy ho dokonce začal uznávat ve vědeckých článcích, kde mimo jiné napsal. “Jsem vděčný panu Michaelu Faradayovi za možnou pomoc…“.
V roce 1816, ve svých 24 letech, přednesl Faraday svou první přednášku o vlastnostech hmoty před Městskou filozofickou společností. Svůj vůbec první vědecký článek publikoval v časopise Quarterly Journal of Science, kde se zabýval analýzou hydroxidu vápenatého. V roce 1821, ve svých 29 letech, byl povýšen na správce domu a laboratoře Královského institutu. V témže roce se oženil se Sarah Barnardovou. Po většinu následujících 46 let bydleli v pokojích Královského institutu – ne v podkroví, ale v pohodlném apartmá, které kdysi obýval sám Humphry Davy. V roce 1824, ve svých 32 letech, byl zvolen členem Královské společnosti, což bylo uznáním jeho vědeckých úspěchů. V roce 1825 se stal ředitelem laboratoře Královského institutu. V roce 1833, ve svých 41 letech, získal Fullerovu profesuru chemie na Královském institutu Velké Británie. Tuto funkci zastával po zbytek života. V roce 1848 mu bylo nabídnuto předsednictví Královské společnosti a v roce 1858 znovu, ale nabídku odmítl.
Vědecké objevy Michaela Faradaye
Bylo by snadné napsat samostatnou knihu, v níž by byly popsány všechny Faradayovy objevy – jak v chemii, tak ve fyzice. Není náhodou, že Albert Einstein měl ve své pracovně obrázky tří vědců: Isaaca Newtona, Jamese Clerka Maxwella a právě Michaela Faradaye. Je zvláštní, že ačkoli lidé začali používat slovo fyzik ještě za Faradayova života, sám Faraday toto slovo neměl rád a vždy se označoval za filozofa. Byl to člověk, který se věnoval objevování prostřednictvím experimentů a byl známý tím, že se nikdy nevzdával myšlenek, které vycházely z jeho vědecké intuice. Pokud se mu nějaký nápad zdál dobrý, experimentoval a zaznamenával četné neúspěchy, dokud nedosáhl očekávaného výsledku nebo dokud fyzika neprokázala, že se jeho intuice mýlí – to se však ve Faradayově případě stávalo jen zřídka. Podívejme se nyní průřezově na nejznámější vědecké objevy Michaela Faradaye.
1821: Faradayova elektrická indukce
Faradayovy elektrické indukce byly něčím, co se vyrovnalo dílu Mikuláše Koperníka O obězích nebeských sfér! Tato zkušenost nakonec vedla k vynálezu elektromotoru na základě objevu Hanse Christiana Ørsteda, že elektricky vodivý drát má magnetické vlastnosti. Ve Faradayově generátoru vytvářel měděný disk otáčející se v magnetickém poli permanentního magnetu elektromotorickou sílu (napětí), která způsobovala průchod proudu vodiči.
1823: zkapalňování a mrznutí plynů
V roce 1802 John Dalton vyjádřil přesvědčení, že všechny plyny lze zkapalnit pomocí nízkých teplot nebo vysokých tlaků. Faraday poskytl přesný důkaz Daltonovy věty, když za použití vysokého tlaku vyrobil první kapalné vzorky chloru a amoniaku. Demonstrace možnosti zkapalnit čpavek pod tlakem a následně jej odpařit a ochladit vedla k rozvoji komerčního chlazení. Zkapalňování čpavku bylo dále zajímavé, protože Faraday si všiml, že opětovné odpařování čpavku způsobuje ochlazování. Princip chlazení umělým odpařováním veřejně demonstroval William Cullen v Edinburghu v roce 1756. Cullen použil pumpu ke snížení tlaku v etherové baňce, čímž se ether rychle odpařil a ochladil. Na vnější straně baňky se v důsledku kontaktu se vzdušnou vlhkostí vytvořil led. Význam Faradayova objevu spočíval v tom, že ukázal, že mechanická čerpadla mohou přeměnit plyn při pokojové teplotě na kapalinu. Kapalina by se pak mohla odpařovat, ochlazovat své okolí a vzniklý plyn by se mohl shromažďovat a opět stlačovat kapalinovým čerpadlem, načež by se celý cyklus mohl opakovat. To je základ pro provoz moderních chladniček, mrazniček a chladicích boxů. V roce 1862 předvedl Ferdinand Carré na světové výstavě v Londýně první komerční stroj na výrobu ledu. Stroj používal jako chladivo čpavek a vyráběl led rychlostí 200 kg/h.
1825: objev benzenu
Historicky je benzen (C6H6) jednou z nejdůležitějších látek v organické chemii, a to jak v praktickém smyslu, tj. při výrobě nových materiálů, tak v teoretickém smyslu, při pochopení chemických spojů. Michael Faraday objevil benzen v olejovém zbytku z výroby plynu pro osvětlení pouličních lamp v Londýně.
1831: objev jevu elektromagnetické indukce
Tento objev byl nesmírně důležitý pro budoucnost vědy i techniky. Faraday zjistil, že střídavé magnetické pole indukuje tok proudu v elektrickém obvodu. Například pohyb podkovového magnetu po vodiči vyvolává elektrický proud, protože pohyb magnetu způsobuje střídavé magnetické pole. Dříve mohli lidé vyrábět elektřinu pouze pomocí elektrochemického článku (baterie). Faraday dokázal, že mechanický pohyb lze přeměnit na elektřinu – nebo, řečeno vědecky, že kinetickou energii lze přeměnit na elektrickou. Pohybem magnetu vzniká proud, který lze sledovat pomocí vhodně citlivého ampérmetru. Čím silnější je magnet, tím větší je proud.
Stisknutím tyčového magnetu do cívky drátu lze generovat větší proud (tzv. magnetický zesilovač). Většina elektřiny dodávané do domácností a továren se vyrábí na tomto principu. Otáčení turbín ve vodních, větrných, uhelných, plynových a jaderných elektrárnách uvádí do pohybu rotor, který budí střídavé magnetické pole ve statoru a vytváří elektrické napětí. Dalším obvyklým krokem je zvýšení napětí na úroveň sítě pomocí transformátoru, který rovněž funguje na principu Faradayovy indukce. To platí i pro transformátory, které snižují napětí na úroveň napětí koncového uživatele. Na základě Faradayova zákona fungují také elektroakustické snímače v elektrických kytarách a varhanách Hammond, zapalovací systémy benzínových motorů a mnoho dalších zařízení obsahujících indukční součástky.
1834: Faradayův zákon elektrolýzy
Faraday byl jedním z hlavních vědců, kteří stáli u zrodu nové vědy, elektrochemie, která studuje děje na rozhraní mezi elektrodami a iontovými látkami. Elektrochemie vytvořila lithium-iontové a nikl-hydridové baterie schopné pohánět moderní mobilní technologie. Faradayovy zákony jsou klíčové pro pochopení reakcí v elektrochemických článcích a elektrodách.
1836: Faradayova klec
Faraday zjistil, že když se jakýkoli elektrický vodič nabije, veškerý dodatečný náboj se nachází vně vodiče. To znamená, že se na vnitřní straně místnosti nebo klece z kovu neobjeví příplatek. Tato vlastnost byla využita při výrobě ochranných oděvů určených pro práci v agresivním elektromagnetickém prostředí (např. pro elektrikáře pracující na nadzemních vedeních vysokého a velmi vysokého napětí). Kromě toho lze do Faradayovy klece umístit předměty zapojené do elektrických nebo elektrochemických experimentů, aby se zabránilo rušení vnějšími elektromagnetickými poli, která by mohla zfalšovat výsledky experimentu.
Faradayovy klece mohou také vytvářet mrtvé zóny pro bezdrátové telekomunikační sítě – takový jev lze pozorovat při pokusu o telefonování v kovovém výtahu, který nepropouští rádiové vlny. Kovové karoserie fungují také jako Faradayova klec – během bouřky chrání karoserie před případným bleskem.
1845: magnetooptický jev
Jednalo se o další významný experiment v dějinách vědy, který jako první propojil elektromagnetismus a světlo – vztah, který byl nakonec plně popsán rovnicemi Jamese Clerka Maxwella v roce 1864, jež stanovily, že světlo je elektromagnetické vlnění. Proto Faradayův zákon elektromagnetické indukce spolu s Ampérovým zákonem a Gaussovým zákonem pro elektrické a magnetické pole tvoří Maxwellovy rovnice. Faraday zjistil, že magnetické pole způsobuje otáčení roviny polarizace světla. Když byly magnetické póly proti sobě na stejné straně, ovlivňovaly polarizovaný paprsek světla, což dokazuje, že magnetická síla a světlo spolu souvisejí.
1845: objev diamagnetismu
Nejběžnějším typem magnetického materiálu je feromagnetikum, ale Faraday zjistil, že všechny látky jsou diamagnetické – většina slabě, některé silně. Diamagnetismus působí proti směru přiloženého magnetického pole. Pokud například přiložíte severní pól magnetu k předmětu se silně diamagnetickými vlastnostmi, bude tento předmět magnetem odpuzován. Diamagnetismus v materiálech, vyvolaný velmi silnými moderními magnety, lze využít k vyvolání levitace. Dokonce i živí tvorové, jako jsou žáby, jsou diamagnetičtí – a v silném magnetickém poli mohou levitovat.
Michael Faraday - soukromý život, odkaz a vzpomínkové akce
Michael Faraday zemřel 25. srpna 1867 v Londýně ve věku 75 let. Jeho manželka Sarah zemřela v roce 1879. Manželé zůstali bezdětní. Michael Faraday byl po celý život oddaným křesťanem a patřil k malé protestantské sektě Sandemanians. Jeho oddanost víře a náboženským praktikám byla stejně velká jako jeho vědecká kariéra. Ještě za svého života byl pohřben ve Westminsterském opatství vedle britských králů a královen a vědců kalibru Isaaca Newtona. Faraday tento návrh odmítl ve prospěch skromnějšího místa odpočinku. Jeho hrob, kde je pohřbena i jeho manželka Sarah, je stále k vidění na londýnském hřbitově Highgate.
Jednotka elektrické kapacity se nazývá farad na počest Michaela Faradaye a označuje se velkým písmenem “F”.
Zdroj titulního obrázku: https://www.thoughtco.com/michael-faraday-inventor-4059933
