A kalitkás Faraday

235 éve, 1791. szeptember 22-én született Michael Faraday angol kísérleti fizikus, kémikus, természetfilozófus, az elektrotechnika nagy alakja, aki magát természetfilozófusnak tartotta, jelentősen hozzájárult az elektromágnesség és az elektrokémia fejlődéséhez.

Ő találta fel a később Bunsen-égő néven ismertté vált hőforrás első változatát.

A történelem egyik legnagyszerűbb tudósának tartják. Néhány tudománytörténész szerint a természettudomány legnagyobb kísérletezője volt. Kísérletei lehetővé tették az elektromosság műszaki felhasználását.

Róla kapta nevét:

- az árnyékolástechnikai Faraday-kalitka (elektromágneses hatást kizáró tér),
- a kapacitás SI egysége, a farad, valamint
- a Faraday-állandó, ami egy mól elektron töltése (kb. 96 485 coulomb).

Faraday indukciós törvénye kimondja, hogy amikor egy mágneses mező időben változik, elektromos mezőt gerjeszt.

Michael Faraday nagyon szegény családból származott, de mégis a történelem egyik legnagyobb tudósa lett. Eredményei figyelemre méltónak számítottak abban az időben, amikor a tudomány általában a gazdag családokba született emberek kiváltsága volt.

1791. szeptember 22-én született Dél-Londonban. Mivel családja nem volt jómódú, ezért csak alapfokú formális oktatásban részesült. A 14 éves Faraday már egy helyi könyvkötőnél tanult, ahol érdeklődését felkeltették a tudományos témájú könyvek. Munkájának hála a következő hét évben már ezekből tanulhatott. Olyan könyveket olvasott, mint az Encyclopedia Britannica és Jane Marcet: Beszélgetés a kémiáról (Conversations on Chemistry) című munkáját. Hamarosan ő is azon fiatal londoniak közé tartozott, akik érdeklődtek a tudomány iránt és időről időre összegyűltek, hogy előadásokat hallgathassanak meg a témával kapcsolatban.

Faraday élete hamarosan gyökeres változást vett, amikor a könyvkötő egyik ügyfele ingyenes jegyeket ajándékozott neki Sir Humphry Davy, angol kémikus, fizikus, számos kémiai elem felfedezőjének előadásaira a Királyi Intézetben. Miután meghallgatta a feltalálót, Faraday már tudta, hogy a tudósnak szeretne dolgozni, ezért levelet írt neki és állást kért asszisztenseként. Bár Davy elsőre visszautasította, ám a törekvő fiatalember gondos jegyzeteket készített az előadásairól, ami 1813-ban meggyőzte őt, hogy alkalmazza. A kémikus kinevezte vegyi asszisztensnek a Királyi Intézetben.

Első megbízása során, egy évvel később meghívták, hogy kísérje el Davyt és feleségét egy 18 hónapos európai körútra, amely során Franciaországban, Svájcban, Olaszországban és Belgiumban is járt, miközben számos befolyásos tudóssal találkozhatott. 1815-ben tértek vissza Londonba, ahol Faraday továbbra is a Királyi Intézetben dolgozott és segédkezett Davy és más tudósok kísérleteiben.

Első munkáját 1821-ben publikálta az elektromágneses forgásról, ami máig az elektromos motor alapelvét jelenti. Ezekben az években kevés további kutatást tudott végezni, ám 1826-ban megalapította a Royal Institution’s Friday Evening Discourses (magyarul a Királyi Intézet Péntek Esti Beszélgetései) és ugyanebben az évben a Christmas Lectures (magyarul Karácsonyi Előadások) névre hallgató tudományos előadásokat, amelyek mind a mai napig tartanak. Ő maga is számos előadást tartott, megalapozva korának kiemelkedő tudományos előadói hírnevét.

Faraday 1831-ben fedezte fel az elektromágneses indukciót, az elektromos transzformátor és generátor mögött meghúzódó elvet. Ez döntő fontosságúnak bizonyult abban a törekvésben, hogy az elektromosságot a kíváncsiságból egy erőteljes, új technológiává alakítsák át. Az évtized hátralévő részében az elektromosságról alkotott elképzelésein dolgozott. Részben hozzá köthető számos, ismerős szó megalkotása, köztük az „elektród”, a „katód” és az „ion”. Faraday tudományos ismereteit különféle hivatalos kinevezések révén hasznosította gyakorlati felhasználásra, köztük a Trinity House tudományos tanácsadójaként (1836-1865) és a woolwichi Királyi Katonai Akadémia kémiaprofesszoraként (1830–1851).

Faraday egészségi állapota az 1840-es évek elején azonban romlani kezdett, ezért egyre kevesebb kutatást végzett. 1867. augusztus 25-én halt meg Hampton Court-ban, ahol a tudományhoz való hozzájárulása elismeréseként kapott egy lakosztályt. Máig a történelem egyik legnagyszerűbb tudósának tartják, akinek nevéhez köthető többek között a Bunsen-égő néven ismertté vált hőforrás első változata, az árnyékolástechnikai Faraday-kalitka, a kapacitás SI egysége, a farad; valamint a Faraday-állandó, ami egy mól elektron töltése.

Faraday-törvények

1. Az I erősségű áram által t idő alatt kiválasztott anyagmennyiség:

m=kIt=kQ

ahol m a tömeg; k az elektrokémiai egyenérték; Q a töltés.

2. Azonos töltésmennyiség különböző elektrolitokból kémiailag egyenértékű anyagmennyiséget választ ki:

k_{1}:k_{2}={\frac {A_{1}}{z_{1}}}={\frac {A_{2}}{z_{2}}}

(A-relatív atomtömeg; z-oxidációs számváltozás, vegyérték)

3. Az indukciós törvény egymenetű hurok esetén:

U_{e}=-{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}

ahol

{\mathrm {\Phi } }=\int \limits _{A}{\underline {B}}\quad {\underline {\mathrm {d} A}}

Bármely egyszeresen pozitív töltésű ion egy mól mennyiségének a kiválasztásához szükséges töltés, a Faraday-féle állandó: $F=(9,648455\pm 27*10^{-}6)*10^{4}{\frac {C}{mol^{\cdot }}}\approx 96500{\frac {C}{mol^{\cdot }}}$