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Michael Faraday: Ein wahrer wissenschaftlicher Held hinter dem Elektromagnetismus

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Ohne die Arbeit von Michael Faraday hätten wir Teslas oder fast keine moderne mechanische Sache. Faradays Arbeit und Erfindung im Bereich der Elektrizität haben die Welt für immer verändert.

Faraday ist der Erfinder von Elektrolyse, Ballons, Elektromotoren, Generatoren, Dynamos und mehr. Wenn Sie sich Faradays Arbeit nicht bewusst wären, könnten Sie ihn zumindest an dem Käfig erkennen, der seinen Namensvetter, den Faradayschen Käfig, hält.

Er war ein sehr einflussreicher britischer Wissenschaftler, der Elektrizität teilweise in etwas verwandelte, das für die Arbeit genutzt werden konnte. Er war zu seiner Zeit ein bekannter Chemiker und Physiker, der eine umfangreiche Sammlung von Arbeiten und Experimenten schuf, die letztendlich zu unserem heutigen Verständnis des Elektromagnetismus führten.

Um die Größe des Intellekts und der Leistung von Michael Faraday zu erfassen, werfen wir einen Blick zurück auf sein Leben und Werk.

Wussten Sie übrigens, dass Albert Einstein tatsächlich Fotos von drei Wissenschaftlern in seinem Büro aufbewahrte? Isaac Newton, James Clerk Maxwell und, ja, Sie haben es erraten, Michael Faraday.

Wo alles für Faraday begann

Michael Faraday wurde am 22. September 1791 in einer relativ armen Familie im Dorf Newington in Surrey geboren. Newington sollte später in den Süden Londons aufgenommen werden. Sein Vater war ein Schmied, der bereits 1791 auf der Suche nach Arbeit aus dem Norden Englands gezogen war.

Seine Mutter war eine bescheidene Landfrau, die ihre Familie während ihrer sehr schwierigen Erziehung emotional unterstützte. Michael war eines von vier Kindern, denen es manchmal schwer fiel, genug zu essen zu bekommen. Ihr Vater war oft krank und arbeitsunfähig. Eine stetige Versorgung mit Nahrungsmitteln war für die Familie Faraday alles andere als einfach.

Michael Faraday erzählte später in seinem Leben, wie er einen Laib Brot bekam, der eine ganze Woche dauern musste. Und du denkst, du hast es schlecht?! Seine Familie gehörte einer kleinen christlichen Sekte an. Diese Sekte bot sein ganzes Leben lang erhebliche spirituelle und emotionale Unterstützung.

Als Kind machte sich Faraday an die Neugier, um ihn durchzubringen, und ließ seine Kindheit nie los. Er musste verstehen, warum und wollte mehr darüber verstehen, wie die Dinge funktionieren.Eine Geschichte, die an viele Ingenieure erinnert.

Interessanterweise war seine frühe Ausbildung in der Tat sehr rudimentär. Er erhielt nur die Grundlagen wie Lesen, Schreiben und Chiffrieren lernen in der örtlichen Sonntagsschule. Seine erste Beschäftigung war ein Zeitungsjunge, der Zeitungen für einen örtlichen Buchhändler und Buchbinder lieferte. Im Alter von 14 Jahren begann er sogar eine Lehre bei ihm, die er für die nächsten 7 Jahre ausüben würde.

Faraday war jedoch anders als seine Mitlehrlinge. Faraday würde sich die Zeit nehmen, einige der Bücher, die er verband, tatsächlich zu lesen. Michael würde erzählen, dass ein bestimmter Artikel über Elektrizität in der dritten Ausgabe der Encyclopedia Brittanica seine Fantasie besonders anregen würde. Er war auch stark von dem Buch beeinflusstGespräche über Chemie von Jane Marcet.

Herr Faraday würde sogar in diesem zarten Alter anfangen zu experimentieren. Er baute tatsächlich einen schwachen Voltaikpfahl, durch den er Heimversuche in der Elektrochemie durchführen würde.

Und so war es Faraday, der sich mit seiner relativ bescheidenen Ausbildung selbst beibrachte und einer der größten Wissenschaftler der Welt wurde.

Als er viel älter war, nahm er regelmäßig an Vorträgen von Sir Humphry Davy teil, einem Chemiker, der eine Reihe von Elementen wie Kalium und Natrium isolierte.

Faraday war von der gesamten Veranstaltung fasziniert und machte sich akribische Notizen.

Diese waren tatsächlich so vollständig, dass er Davy sogar ein 300-seitiges Dokument schickte, das als offizielle Notizen für die Vorträge diente. Er nahm sich auch die Freiheit, dies mit einem Brief zu begleiten, in dem er um eine Anstellung bat.

"Fragen Sie nicht, verstehen Sie nicht" wir respektieren diesen Herrn Faraday.

Davy war deutlich beeindruckt, lehnte den jungen Faraday jedoch prompt und freundlich ab, da er derzeit keine offenen Stellen hatte. Er vergaß den jungen Mann jedoch nicht. Sobald einer seiner Assistenten wegen Schlägerei entlassen wurde, bot er Michael schnell die Stelle an.

Natürlich ergriff er die Gelegenheit und befand sich in der beneidenswerten Lage, Chemie von einem der größten Praktiker des Tages zu unterstützen und zu lernen. Von Davy wird oft scherzhaft gesagt, dass Faraday im Nachhinein seine größte Entdeckung war, die er je gemacht hat.

Faradays frühe Arbeit in der Chemie

Faraday kam 1812 im Alter von 21 Jahren zum ersten Mal zu Davy ins Labor. Dies war für Faraday in seiner frühen Karriere eine gute Gelegenheit, da Davy einer der besten Chemiker seiner Zeit war.

Das erste Projekt, an dem das Duo zusammenarbeitete, war die Interpretation der Molekülstruktur verschiedener Chemikalien. Diese frühe Arbeit lehrte Faraday viel über die rudimentäre Funktionsweise von Elektrizität.

Zu der Zeit, als Michael Faraday zu Davys Team stieß, war er dabei, das aktuelle Denken in der Chemie des Tages umzukehren. Antoine-Laurent Lavoisier, der Begründer der modernen Chemie, hatte seine Reformen des chemischen Wissens abgeschlossen und auf einigen Grundprinzipien für zukünftige Chemiker bestanden.

Unter ihnen, obwohl es viele gab, war, dass Sauerstoff ein einzigartiges Element war. Er diktierte auch, dass es der einzige Befürworter der Verbrennung sei und vor allem die Basis aller Säuren.

Davy war es gelungen, Natrium und Kalium zu isolieren und tatsächlich zu entdecken, indem er einen starken Strom aus einer galvanischen Batterie verwendete. Die Batterie wurde verwendet, um Oxide dieser Elemente sowie Salzsäure, eine der stärksten bekannten Säuren, zu zersetzen.

Dieser Prozess führte dazu, dass Wasserstoff sowie etwas seltsames grünes Gas freigesetzt wurden. Dieses grüne Gas schien die Verbrennung zu unterstützen und in Kombination mit Wasser Säure zu produzieren.

Faraday arbeitete bis 1820 mit Davy zusammen, der zu diesem Zeitpunkt selbst zu einem der weltweit führenden Chemiker seiner Zeit geworden war.

Er hatte praktisch alles gelernt, was es zu dieser Zeit wert war, über Chemie zu lernen. Seine Arbeit unter Davy hatte ihm eine große Erfahrung in der Durchführung chemischer Analysen und Labortechniken eingebracht. Er war in jeder Hinsicht ein Experimentatormeister.

Michael hatte auch seine eigenen theoretischen Ansichten so weit entwickelt, dass sie ihn nun in seiner eigenen Arbeit leiten würden. Er würde alles, was er während seiner Zeit gelernt hatte, mit Davy kombinieren und die wissenschaftliche Welt mit seinen eigenen Entdeckungen schockieren.

Michael Faraday machte sich auf den Weg und würde sich bald früh unter seinen Kollegen einen Namen machen. Er hatte sich als analytischer Chemiker einen einwandfreien Ruf erarbeitet und wurde häufig als Sachverständiger in Gerichtsverfahren einberufen. Er baute auch eine Kundschaft auf, deren finanzielle Unterstützung zur Unterstützung der Royal Institution beitrug.

1820 machte er einige bemerkenswerte Entdeckungen, jedenfalls gut für Chemiker. Es gelang ihm, die ersten bekannten Verbindungen von Chlor und Kohlenstoff C herzustellen2CL6 und C2CL4. Er produzierte sie, indem er Chlor und Wasserstoff in "olefiant gas", auch bekannt als Ethylen, ersetzte. Dies waren die ersten induzierten Substitutionsreaktionen, die später die von Jons Jacob Berzelius vorgeschlagene dominante Theorie der chemischen Kombination in Frage stellten.

Er heiratete 1821 eine Frau namens Sarah Barnard und ließ sich an der Royal Institution in London nieder. Sein Hauptaugenmerk lag dort auf Experimenten und Forschungen rund um Magnetismus und Elektrizität.

Faradays Herangehensweise an Elektrizität war zu dieser Zeit einzigartig für seine Kollegen. Er stellte sich Elektrizität eher als eine Schwingung als als eine Art Fluss vor, ein Konzept, das ihm helfen würde, Entdeckungen rund um den Elektromagnetismus zu machen.

Seine erste Entdeckung an der Royal Institution war die von Geräten, die aus den einen Draht umgebenden Magnetkräften eine elektromagnetische Rotation oder Kreisbewegung erzeugen konnten.

1825 arbeitete Michael an der Beleuchtung von Gasen und es gelang ihm, etwas zu isolieren und zu beschreiben, das später als Benzol bekannt wurde. Um diese Zeit half er auch bei der Festlegung der Grundlagen der Metallurgie und Metallographie, während er Untersuchungen zu Stahllegierungen durchführte.

Er arbeitete auch an einem Auftrag der Royal Society of London zur Verbesserung der Qualität von Brillen und Teleskopen. Es gelang ihm, einen sehr hohen Brechungsindex zu erzeugen, der ihm später, 1845, helfen würde, den Diamagnetismus zu entdecken.

Faradays weitere Arbeit im Bereich Elektromagnetismus und Elektrolyse

Faraday entdeckte die elektromagnetische Induktion, den Prozess der Erzeugung elektromotorischer Kräfte über Leiter aufgrund von Magnetfeldern. Wenn das klingelt, arbeiten Generatoren und Elektromotoren so.

Hans Christian Ørsted hatte 1820 entdeckt, dass das Leiten eines elektrischen Stroms durch einen Draht ein Magnetfeld erzeugt. Seine Erkenntnisse wurden von André-Marie Ampére unterstützt, der zeigte, dass die Magnetkraft auch eine Kreiskraft zu sein schien. Ampére zeigte tatsächlich, dass das Magnetfeld einen Zylinder um den Draht zu bilden schien. Dies war das erste Mal, dass dies vorgeschlagen wurde.

Faraday verstand fast intuitiv, was dies bedeutete. Er bemerkte, dass ein Pol, wenn er isoliert werden könnte, eine konstante Kreisbewegung um den stromführenden Draht bilden sollte. In Anbetracht dieser Hypothese und seines Genies für Experimente beschloss er, dies mit seinem eigenen Apparat zu beweisen.

Sein Gerät wandelte elektrische Energie in mechanische Energie um. Michael Faraday hatte gerade den ersten Elektromotor der Welt entwickelt.

Faraday arbeitete daran, seine Ideen und Kenntnisse rund um den Elektromagnetismus weiter zu vertiefen, und schuf 1831 den sogenannten Induktionsring. Dieses Gerät war im Wesentlichen ein Transformator, der aufgrund der Magnetkräfte eines anderen Drahtes Elektrizität in einem Draht erzeugte.

Es war damals bahnbrechend.

Michael legt seine Ideen in Gang

Faraday hörte hier natürlich nicht auf. Er begann das Gesamtbild zu betrachten und über die Natur der Elektrizität im Allgemeinen nachzudenken. Im Gegensatz zu den meisten seiner damaligen Zeitgenossen war Faraday davon überzeugt, dass Elektrizität keine materielle Flüssigkeit ist, die durch Drähte fließt, wie Wasser in einem Rohr.

Er bestand stattdessen darauf, dass es sich um eine Vibration oder Kraft handeln musste, die sich aufgrund von Spannungen im Leiter irgendwie durch die Drähte bewegte. Eines seiner ersten Experimente nach seinem Motor bestand darin, einen polarisierten Lichtstrahl durch eine zersetzende elektrochemische Lösung zu leiten.

Die Idee war, die von ihm postulierten intermolekularen Belastungen in Gegenwart eines elektrischen Stroms nachzuweisen. Er würde in den 1820er Jahren immer wieder auf diese Idee zurückkommen, aber leider ohne Erfolg.

In den frühen 1830er Jahren versuchte Michael Faraday festzustellen, wie ein induzierter Strom erzeugt wurde. Aufbauend auf seinem ursprünglichen Experiment mit einem Elektromagneten versuchte er nun stattdessen einen Permanentmagneten.

Seine Experimente ergaben, dass das Bewegen des Magneten in und aus einer Drahtspule tatsächlich einen Strom induzierte. Faraday war sich auch bereits bewusst, dass das Magnetfeld durch Eisenspäne sichtbar gemacht wird, die auf Papier oder Pappe gestreut sind, die über dem Magneten gehalten werden.

Er assoziierte die "Kraftlinien", die in den Akten angezeigt werden, mit den Spannungslinien im Medium Luft, die er zuvor postuliert hatte.

Er würde bald das Gesetz entdecken, das die Erzeugung elektrischer Ströme durch Magnete bestimmt. Die Größe eines Stroms war nämlich abhängig von der Anzahl der vom Leiter pro Zeiteinheit geschnittenen Kraftlinien.

Faraday baute schnell darauf auf, indem er erkannte, dass er durch Drehen einer Kupferscheibe zwischen den Polen eines Magneten einen kontinuierlichen Strom erzeugen konnte. Der Strom könnte "abgezogen" werden, indem Leitungen vom Rand und der Mitte der Scheibe abgezogen werden. Dies war praktisch der allererste Dynamo.

Dies war der direkte Vorfahr moderner Elektromotoren, wenn auch das gleiche Prinzip, aber umgekehrt, um die Scheibe zu drehen.

Gesetze der Elektrolyse

Während er weiter an Elektrizität forschte, stützte er sich stark auf seinen Hintergrund als weltbekannter Chemiker. Er hat umfangreiche Arbeiten auf dem Gebiet der Elektrochemie durchgeführt, wo er das erste und zweite Gesetz der Elektrolyse entwickelte.

Diese Gesetze besagen, dass"Die Menge an chemischen Veränderungen, die durch einen Strom an einer Elektroden-Elektrolyt-Grenze erzeugt werden, ist proportional zur Menge der verwendeten Elektrizität, und die Mengen an chemischen Veränderungen, die durch die gleiche Menge Elektrizität in verschiedenen Substanzen erzeugt werden, sind proportional zu ihren Äquivalentgewichten."

VERBINDUNG: WIE FUNKTIONIERT EIN FARADAY CAGE?

Einfachere Erklärungsströme können verwendet werden, um chemische Reaktionen auszulösen. In der Praxis bedeutet dies in Form von Elektrolyse, dass Elektrizität verwendet werden kann, um Wasserstoff aus Wassermolekülen zu erzeugen, metallische Verbindungen auf Oberflächen abzuscheiden (Galvanisieren) und reine metallische Elemente aus Lösungen zu extrahieren.

Wie bei vielen wissenschaftlichen Themen ist es viel einfacher, die Elektrolyse visuell zu verstehen. Schauen Sie sich das kurze Video unten an, um zu verstehen, wie Elektrolyse funktioniert und wie wichtig diese Entdeckung aus Faraday ist.

Faradays Arbeit auf dem Gebiet der Elektrolyse legte den Grundstein für diese heute unverzichtbare Industrie.

Gasverflüssigung und Kühlung

Im Jahr 1823 baute Michael Faraday auf den Ideen von John Dalton auf und bewies seine Ideen, indem er zum ersten Mal Druck auf das Verflüssigen von Chlorgas und Ammoniakgas ausübte.

Von besonderem Interesse war seine erfolgreiche Verflüssigung von Ammoniak. Als er das Ammoniak wieder verdunsten ließ, bemerkte er, dass es eine Abkühlung verursachte. Obwohl dieses Prinzip 1756 von William Cullen öffentlich gezeigt worden war, hatte Faradays Arbeit gezeigt, dass mechanische Pumpen verwendet werden konnten, um Gas bei Raumtemperatur in Flüssigkeit umzuwandeln.

Das Schöne an dieser Entdeckung war, dass das Gas unter Druck gesetzt und verflüssigt werden konnte und in einem geschlossenen System kontinuierlich verdampfen und abkühlen konnte. Die gesamte Sequenz konnte ad infinitum wiederholt werden, solange das System versiegelt war. Dies ist die Basis aller modernen Kühlschränke und Luftwärmepumpensysteme.

Bunsenbrenner (irgendwie)

Michael Faraday war ein großer praktischer Erfinder, der ihn dazu brachte, einen Vorläufer für eines der bekanntesten Laborgeräte, den Bunsenbrenner, herzustellen. Offensichtlich kombinierte er Luft und Gas, bevor er sie anzündete, um eine leicht zugängliche Form von hohen Temperaturen bereitzustellen.

Seine frühen Arbeiten wurden später von Robert Wilhelm Bunsen entwickelt, um ein Gerät herzustellen, an das sich viele Studenten der Naturwissenschaften auf der ganzen Welt gern erinnern.

Faradayscher Käfig

Im Jahr 1836 hatte Michael Faraday entdeckt, dass beim Laden eines elektrischen Leiters die gesamte zusätzliche Ladung auf der Außenseite liegt. Im weiteren Sinne würde dies bedeuten, dass der Aufpreis nicht im Inneren eines Raums oder Metallkäfigs "erscheint".

Das gleiche Prinzip kann in der tatsächlichen Kleidung angewendet werden, den sogenannten Faraday-Anzügen. Diese Überwäsche hat ein Metallfutter, das den Träger vor jeder externen elektrischen Quelle schützt.

Faradaysche Käfige werden auch zum Schutz empfindlicher elektrischer Geräte und während elektrochemischer Experimente verwendet, um äußere Störungen zu verhindern. Sie werden heute auch zur Schaffung von Totzonen für die Mobilkommunikation verwendet.

Benzol

Im Jahr 1825 entdeckte Michael Faraday dieses "Wunder" -Molekül in den öligen Rückständen, die bei der Herstellung von Gas für die Beleuchtung in London zurückblieben.

Benzol ist eine der wichtigsten Substanzen in der Chemie. Früher wurden viele neue Materialien hergestellt und das Verständnis der Verklebung verbessert. Benzol gehört nach Produktionsvolumen zu den Top-20-Chemikalien in den USA.

Es ist ein wichtiger Bestandteil vieler Kunststoffe, Harze, Nylon, Kautschuke, Schmiermittel, Farbstoffe und Medikamente, um nur einige zu nennen.

Diamagnetismus

Wir sind alle intuitiv mit dem Ferromagnetismus oder Ihrem Lauf des Magneten vertraut, aber Faraday entdeckte 1845, dass alle Substanzen diamagnetisch sind. Natürlich gibt es große Unterschiede in der Stärke der Phänomene in der Natur.

Diamagnetismus ist eine entgegengesetzte Richtung zu einem angelegten Magnetfeld. Wenn die betreffende Substanz einen starken Diamagnetismus aufweist, wird sie vom Nordpol eines Magneten stark abgestoßen.

Erstaunlicherweise kann dies verwendet werden, um in den meisten Materialien mit einem ausreichend starken Magneten eine Levitation zu erzeugen. Selbst Lebewesen wie ein Frosch können der Schwerkraft mit einem starken Magnetfeld "trotzen".

Tod und Vermächtnis

Michael Faraday starb am 25. August 1867 im reifen Alter von 75 Jahren. Seine Frau überlebte ihn. Das Paar hatte keine Kinder. Faraday war sein ganzes Leben lang ein frommer Christ gewesen. Seit seiner Kindheit hatte er auch starke Verbindungen zu dieser kleinen Sekte, den Sandemanianern.

Aufgrund seiner Beiträge zur Wissenschaft wurde ihm im Leben zusammen mit den britischen Königen und Königinnen, sogar Sir Isaac Newton, eine Grabstätte in der Westminster Abbey angeboten. Er lehnte dieses Angebot zugunsten einer bescheideneren Beerdigung ab. Sie finden sein Grab auf dem Londoner Highgate Cemetery. Seine Frau Sarah ist ebenfalls bei ihm begraben.

Zu seinen Ehren wurde am Savoy Place in London eine Statue errichtet. Es steht außerhalb der Institution of Engineering and Technology. Es gibt verschiedene andere Statuen, Schulen, Parks und andere Denkmäler, die dem Mann gewidmet sind, der so viel zur Menschheit beigetragen hat. Es gibt auch viele nach ihm benannte Straßen in Großbritannien und den USA.

Er erhielt natürlich die ultimative Auszeichnung, indem er auf der Rückseite der Banknote der Bank of England der Serie E £ 20 erschien. Michael hat auch einen speziellen Preis der Royal Society of London, der nach ihm benannt wurde, für "herausragende Leistungen in der Vermittlung von Wissenschaft an das britische Publikum".

Das letzte Wort

Michael Faraday hat in seiner Zeit auch eine Reihe von Briefen und Zeitschriften verfasst, die alle weit verbreitet sind und jedem Faraday-Fan empfohlen werden.

Obwohl Michael Faraday aus einer armen Familie stammte, arbeitete er unermüdlich daran, sich zuerst weiterzubilden. Er würde dann sein Leben dem Streben nach Wissen widmen. Seine Hartnäckigkeit würde ihn zu einem der wichtigsten Wissenschaftler der Welt machen. Seine Leistungen sind angesichts seiner bescheidenen Anfänge in einer von der privilegierten Klasse dominierten Welt noch bemerkenswerter. Unter seinen vielen großen Entdeckungen und Erfindungen wurde er auch als SI-Einheit für Kapazität verewigt.erging es, oder F.


Schau das Video: Elektromagnetismus Experiment: Faradaysches Induktionsgesetz Magnet und Leiterschleife (Juni 2022).


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