Презентация и текстовый материал по физике "Майкл Фарадей" (9-11 класс)

Майкл Фарадей

Вот уже более века многие поколения учащихся на уроках физики и из многочисленных книг узнают историю замечательной жизни одного из самых знаменитых ученых, члена 68 научных обществ и академий.

Английский физик Майкл Фарадей родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Окончив начальную школу, с двенадцати лет он работал разносчиком газет, а в 1804 г. поступил в ученики к переплетчику Рибо, французскому эмигранту, всячески поощрявшему страстное стремление Фарадея к самообразованию.

Чтением и посещением публичных лекций молодой Фарадей стремился пополнить свои знания, причем его влекли главным образом естественные науки – химия и физика. В 1813 г. один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Гемфри Дэви в Королевском институте, сыгравшие решающую роль в судьбе юноши. И лекции, и сам лектор произвели на юношу неизгладимое впечатление, что предопределяло всю его последующую жизнь.

Позже Фарадей вспоминал: «Желание уйти из торговли, которую я считал порочным и эгоистичным занятием, и посвятить себя служению науке, которая, как я представлял себе, делала своих последователей добрыми и свободными, заставило меня наконец сделать смелый и наивный шаг: написать письмо сэру Дэви». К просьбе взять его на работу Фарадей приложил оригинальный подарок - сделанный им конспект лекций Дэви в искусном кожаном переплёте. (Этот трёхсотстраничный манускрипт до сих пор бережно сохраняется в Королевском обществе.) Дэви встретился с соискателем, поблагодарил за подарок, но просьбу отклонил. Не было счастья, да несчастье помогло. При очередном взрыве в лаборатории Дэви поранил глаз, и ему потребовался помощник для записи результатов опытов. Тут он и вспомнил о Фарадее, о его хорошем почерке, аккуратности и готовности выполнять любую работу.

В обязанности Фарадея входили в основном помощь профессорам и другим лекторам Института при подготовке лекций, учёт материальных ценностей и уход за ними. Но сам он старался использовать любую возможность для пополнения своего образования, и в первую очередь — внимательно слушал все подготовленные им лекции. Одновременно Фарадей, при благожелательном содействии Дэви, проводил собственные химические эксперименты по интересующим его вопросам. Осенью 1813 года Фарадей отправился вместе с профессором и его женой, как помощник и секретарь, в двухлетнее путешествие по научным центрам Европы, только что разгромившей Наполеона. Это путешествие имело для Фарадея большое значение: Дэви как знаменитость мирового масштаба приветствовали многие выдающиеся учёные того времени, в том числе  Ампер,  Гей-Люссак и  Вольта. Некоторые из них обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина.

Во Флоренции Дэви впервые доказал, что алмаз представляет собой чистый углерод. Для этого пришлось сжечь несколько алмазов, включая крупный бриллиант из перстня герцога Тосканы, но - наука требует жертв. В сущности, Дэви воспроизвёл опыт средневековых флорентийских учёных, внеся в него существенное изменение. Он  помещал алмаз в заполненный кислородом стеклянный сосуд, запаивал его, а затем фокусировал на алмазе солнечный луч; алмаз при этом «испарялся», а единственным веществом, которое удавалось обнаружить в сосуде, был углекислый газ.

В 1816 он начал читать публичный курс лекций по физике и химии. В этом же году появляется и его первая печатная работа. В 1821 в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место технического смотрителя за зданием и лабораториями Королевского института и опубликовал две значительные научные работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора).

Но главные события начались в 1820 году, когда Эрстед обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку. Первые теории, связывающие электричество и магнетизм, построили в том же году Био, Савари позже Лаплас.  После серии опытов Фарадей опубликовал в 1821 году трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», где показал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. По существу эта конструкция представляла собой ещё несовершенный, но вполне практичный электродвигатель, впервые в мире осуществивший непрерывное превращение электрической энергии в механическую. Имя Фарадея становится всемирно известным.

Рассуждения Фарадея были следующими: если в опыте Эрстеда электрический ток обладает магнитной силой, а, по убеждению Фарадея, все силы взаимопревращаемы, то и движение магнита должно возбуждать электрический ток. Путь к электрогенератору оказался нелёгким — первые опыты были неудачны. Главной причиной неудач было незнание того факта, что электрический ток порождается только переменным сильным магнитным полем. Десять лет спустя, в 1831 году, Фарадей нашёл решение проблемы, обнаружив электромагнитную индукцию. С этого открытия начался самый плодотворный период исследований Фарадея, давший научному миру его знаменитую серию статей «Экспериментальные исследования по электричеству». Уже в 1832 году Фарадей за открытие индукции был награждён медалью Копли.

Фарадей до конца жизни оставался скромным добросердечным человеком. Он отклонил предложение возвести его, как ранее Ньютона и Дэви, в рыцарское достоинство, дважды отказался стать президентом Королевского общества . Во время Крымской войны правительство Великобритании предложило ему участвовать в разработке химического оружия против русской армии, но Фарадей с возмущением отверг это предложение как аморальное. Фарадей вёл непритязательный образ жизни и часто отклонял выгодные предложения, если они мешали бы ему заниматься любимым делом.

         Основные опыты состоялись в период 29 августа — 4 ноября 1831 года, главными из них стали два:

·         При движении магнитного сердечника внутри проволочной катушки в последней возникал электрический ток.

·         Включение или выключение тока в проволочной катушке приводило к появлению тока во вторичной катушке, чьи витки чередуются с витками первой.

17 октября 1831 года Фарадей пришёл к выводу: «электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое».

28 октября он собрал первый полноценный генератор постоянного тока («диск Фарадея»): при вращении медного диска рядом с магнитом на диске возникает электрический потенциал, который снимается прилегающим проводом. Фарадей показал, как механическую энергию вращения преобразовать в электрическую.

В отчёте о полученных результатах, обнародованном Фарадеем 24 ноября 1831 года перед Королевским обществом, он впервые употребил ключевой термин «магнитные силовые линии». Это означало переход от дискретной картины «заряды/магниты» прежних теорий, построенных по образцу дальнодействующего ньютоновского тяготения, к совершенно новому непрерывному и близкодейственному физическому объекту, которое мы теперь называем полем. Позже Фарадей ввёл понятие электрические силовые линии.

До Фарадея электрические силы понимались как взаимодействие зарядов на расстоянии — где нет зарядов, нет и сил. Фарадей изменил эту схему: заряд создаёт протяжённое электрическое поле, и уже с ним взаимодействует другой заряд, дальнодействия на расстоянии нет.

Веским основанием для отказа от действия на расстоянии были опыты Фарадея с диэлектриками и диамагнетиками — они ясно показали, что среда между зарядами активно участвует в электромагнитных процессах. Более того, Фарадей убедительно показал, что в ряде ситуаций электрические силовые линии искривляются, подобно магнитным.

Фарадей работал чрезвычайно методично — обнаружив эффект, он изучал его максимально глубоко — например, выяснял, от каких параметров и как он зависит.

В 1836 году, работая над проблемами статического электричества, Фарадей провёл эксперимент, показавший, что электрический заряд воздействует только на поверхность замкнутой оболочки-проводника, не оказывая никакого воздействия на находящиеся внутри неё объекты. Данный эффект связан с тем, что противоположные стороны проводника приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле. Соответствующие защитные свойства используются в устройстве, известном ныне как клетка Фарадея.

Фарадей обнаружил поворот плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Это означало, что свет и электромагнетизм тесно связаны. Позже Максвелл строго доказал электромагнитную природу света.

В 1825—1829 годах Фарадей, в составе комиссии Королевского общества, детально исследовал, как химический состав стекла влияет на его физические свойства. Стёкла Фарадея были слишком дороги для практического применения, но полученный практический опыт пригодился позже при экспериментах с действием магнита на свет и для выполнения правительственного задания по усовершенствованию маяков.

Фарадей верил, что химические свойства и законы связаны с электрическими. Подтверждение этому предположению он получил в 1832 году, открыв фундаментальные законы электролиза. Эти законы легли в основу нового раздела науки —электрохимии, имеющего сегодня огромное количество технологических приложений. Вид законов Фарадея наводил на мысль о существовании «электрических атомов» с наименьшим возможным зарядом; действительно, на рубеже XIX—XX веков эта частица (электрон) была обнаружена, и законы Фарадея помогли оценить её заряд. Предложенные Фарадеем термины ион, катод, анод, электролит укоренились в науке.

В 1846 году Фарадей открыл диамагнетизм — эффект намагничивания некоторых веществ (например, кварца, висмута, серебра) противоположно направлению действующего на него внешнего магнитного поля, то есть отталкивание их от обоих полюсов магнита. Эти и другие опыты Фарадея заложили основу магнитохимии.

Фарадей исследовал наночастицы металла в коллоиде золота и описал их оптические и другие особенности по сравнению с частицами более крупных размеров. Этот опыт может считаться первым вкладом в нанотехнологию. Объяснение замеченным эффектам дала в XX веке квантовая теория.

В личном общении знакомые Фарадея всегда, до конца жизни учёного отмечали его скромность, доброжелательность и покоряющее человеческое обаяние.

Жан Батист Дюма, известный химик и политик, говорил о Фарадее:

Всякий из знавших его  желал бы только приблизиться к тому нравственному совершенству, которое, по-видимому, было дано Фарадею от рождения. Это была какая-то, на него одного сошедшая, благодать, в которой он почерпал силы для своей кипучей деятельности, будучи одновременно горячим проповедником истины, неутомимым художником, человеком, исполненным радушия и веселости, в высшей степени гуманным и мягким в частной жизни… Я не знал человека, который был бы более достоин любви и уважения, чем он, и утрата которого стоила бы более искреннего сожаления.

Джеймс Клерк Максвелл:

Способ, которым Фарадей использовал свою идею силовых линий, чтобы координировать явления электромагнитной индукции, доказывает, что он был математиком высокого порядка — одним из тех, у кого математики будущего могут черпать ценные и плодотворные методы.

Уильям Томсон (лорд Кельвин):

Необычайная быстрота и живость отличали его. Отблеск его гения окружал его какой-то особенной, сияющей аурой. Определённо каждый чувствовал это обаяние — будь то глубокий философ или простой ребёнок.

Альберт Эйнштейн:

Со времени обоснования теоретической физики Ньютоном наибольшие изменения в её теоретических основах, другими словами, в нашем представлении о структуре реальности, были достигнуты благодаря исследованиям электромагнитных явлений Фарадеем и Максвеллом.

Фарадей добросовестно исполнял свои обязанности как член лондонской протестантской общины, несколько раз избирался старейшиной. Судя по его высказываниям, Фарадей был искренне верующим, однако в одном из писем отрицал, что в своих исследованиях руководствуется какой-либо религиозной философией:  «Хотя в природе творения Бога никогда не могут находиться в противоречии с высшими предметами, относящимися к нашей будущей жизни, и хотя эти творения должны служить, подобно всему другому, для Его возвеличения и восхваления,— я всё же не нахожу нужным сочетать изучение естественных наук с религией и всегда считал религию и науку вещами совершенно различными».

В честь Майкла Фарадея названы:

·        Единица измерения электрической ёмкости — фарад.

·        Единица измерения электрического заряда в электрохимии — фарадей

·        Лунный кратер Faraday

·        Астероид 37582

Научные понятия, названные в честь Фарадея:

→  Диск Фарадея

→  Закон электромагнитной индукции Фарадея

→  Законы электролиза Фарадея

→  Клетка Фарадея

→  Постоянная Фарадея

→  Премия Майкла Фарадея

→  Цилиндр Фарадея

→  Эффект Фарадея

→  Скачано с www.znanio.ru