Micheal Faraday
Cách nay đúng 187 năm, Michael Faraday khám phá hiện tượng cảm ứng điện khi tiến hành thí nghiệm
Ngày 29
tháng 08, 1831
Michael Faraday
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Nơi cư trú Anh
Ngành Vật lý, Hóa học
Nổi tiếng vì Định luật cảm ứng Faraday,
Điện
hóa học, Hiệu ứng Faraday,
Faraday cage,
Hằng số Faraday
Faraday cup, định luật điện phân Faraday, Faraday paradox, Faraday rotator
Faraday-efficiency effect, Faraday wave, Bánh xe Faraday, Lines of force
Faraday cup, định luật điện phân Faraday, Faraday paradox, Faraday rotator
Faraday-efficiency effect, Faraday wave, Bánh xe Faraday, Lines of force
Chữ ký
Michael Faraday, FRS (ngày
22 tháng 9 năm 1791 – ngày 25 tháng 8 năm 1867) là một
nhà hóa học và vật lý học người Anh (hoặc
là nhà triết học tự nhiên, theo thuật ngữ của thời đó) đã có công
đóng góp cho lĩnh vực Điện từ học: Electromagnetism và Điện hóa học: Electrochemistry.
Faraday nghiên cứu về trường điện từ xung quanh một dây dẫn có dòng điện một chiều chạy qua. Khi nghiên cứu
những vấn đề này, Faraday đã thành lập khái niệm cơ bản về trường điện từ trong
vật lý, rồi sau đó được phát triển bởi James Maxwell.
James Clerk Maxwell FRS FRSE (13 tháng 6 năm 1831 – 5 tháng 11 năm 1879) là một nhà toán học, một nhà vật lý học người Scotland. Thành tựu nổi bật nhất của ông đó là thiết lập lên lý
thuyết cổ điển về bức xạ điện từ, mà đã lần đầu tiên bắc chiếc cầu nối giữa điện học, từ học, và ánh sáng như là
biểu hiện của cùng một hiện tượng. Phương trình Maxwell của trường điện từ đã được gọi là "lần thống nhất vĩ đại thứ hai trong
vật lý" sau lần thống nhất bởi Isaac Newton.
Ông ta cũng khám phá ra cảm ứng điện, nghịch từ, và định
luật điện phân. Ông chứng minh
rằng từ học có thể tác động lên các tia của ánh sáng. Những sáng chế của
ông ta về những thiết bị có điện trường quay đã đặt nền móng cho công nghệ động cơ điện, và ông
có công lớn khi làm cho điện có
thể sử dụng trong ngành công nghệ.
Về mặt hóa học, Michael Faraday phát hiện
ra benzene, nghiên
cứu về clathrate hydrate, sáng chế ra hình dạng đầu tiên của đèn
Bunsen và hệ thống chỉ số
oxi hóa, và công bố các thuật ngữ như anode, cathode, electrode, và ion.
A Bunsen
burner with needle valve. The hose barb for the gas tube is on the left
and the needle valve for gas flow adjustment is on the opposite side. The air
inlet on this particular model is adjusted by rotating the barrel, thus opening
or closing the vertical baffles at the base.
Mặc dù Faraday được đào tạo ở trường rất ít
và biết ít về toán cao cấp, như phép giải tích, nhưng ông ta là một trong
những nhà khoa học có uy tín trong lịch sử. Các nhà nghiên cứu về lịch
sử của khoa học cho rằng ông là người chủ nghĩa thực nghiệm tốt nhất trong lịch sử khoa học. Đơn vị SI của tụ điện, farad, được đặt
theo tên của ông, cũng như hằng số Faraday, điện tích trong một đơn vị mole của electron (khoảng
96,485 coulomb). Định
luật cảm ứng Faraday nói
rằng luồng điện từ thay đổi trong thời gian nhất định tạo ra một lực điện động tỷ lệ.
Faraday là vị giáo sư hóa học Fullerian đầu
tiên và lỗi lạc nhất của Viện Hoàng Gia Anh Quốc, đã giữ vị trí trong suốt cuộc
đời.
Albert Einstein đã dán tấm hình của Faraday lên phòng học của mình
cùng với những tấm hình của Isaac Newton và James Clerk Maxwell.
Albert Einstein (tiếng
Đức: [ˈalbɐt ˈaɪnʃtaɪn] ( nghe), phiên âm: Anh-xtanh; 14 tháng 3 năm 1879 – 18 tháng 4 năm 1955) là nhà vật lý lý thuyết người Đức, người đã phát triển thuyết tương đối tổng
quát, một trong hai trụ cột của vật lý hiện đại (trụ cột kia là cơ học lượng tử). Mặc dù được biết đến nhiều nhất qua phương trình về sự tương đương khối
lượng-năng lượng E = mc2 (được xem là "phương trình nổi tiếng
nhất thế giới"), ông lại được trao Giải Nobel Vật lý năm 1921 "cho những cống hiến của ông đối với vật
lý lý thuyết, và đặc biệt cho sự khám phá ra định luật của hiệu ứng quang điện". Công trình về hiệu ứng quang điện của ông có tính chất
bước ngoặt khai sinh ra lý thuyết lượng tử.
Isaac Newton Jr. là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học, nhà toán học, nhà thần học và nhà giả kim thuật người Anh, được nhiều người cho rằng là nhà khoa học vĩ đại và có tầm ảnh hưởng lớn nhất. Theo lịch Julius, ông sinh
ngày 25 tháng 12 năm 1642 và mất ngày 20 tháng 3 năm 1727; theo lịch Gregory, ông sinh
ngày 4 tháng 1 năm 1643 và mất ngày 31 tháng 3 năm 1727.
Faraday là người sùng đạo; ông là thành
viên của nhà thờ Sandemanian, một giáo phái cơ đốc được
thành lập vào năm 1730 đòi hỏi sự trung thành tuyệt đối. Người viết tiểu sử về
ông đã kết luận rằng "một cảm giác mãnh liệt về Chúa và tự nhiên đã tràn
ngập khắp cuộc đời và công việc của Faraday."
Những năm đầu
Faraday được sinh ra ở Newington Butts,[8] bây
giờ là một phần của khu phố Southwark ở Luân Đôn; nhưng sau đó là phần ngoại ô
của Surrey, một
dặm về phía nam của cầu Luân Đôn.[9] Gia
đình ông không được sung túc. Bố của ông, James, là thành viên của giáo phái cơ
đốc Glassite. James Faraday chuyển vợ và hai con rời khỏi Outhgill, Westmorland
(nơi ông đã học việc ở làng rèn) đến Luân Đôn trong suốt mùa đông của năm
1790-1791.[10] Michael
được sinh ra trong mùa thu năm đó. Cậu nhóc Michael Faraday, là người con thứ
ba trong bốn người con, chỉ có được những kiến thức cơ bản nhất từ nhà trường,
phải tự nỗ lực giáo dục mình.[11] Lúc
14 tuổi, ông học việc ở cửa hiệu đóng sách và bán sách George Riebau ở
Blandford St[12] và, trong suốt 7 năm học
việc, ông đã đọc được rất nhiều sách, trong đó có sách của Isaac Watts,
quyển Mở mang trí tuệ, và ông say mê tiến hành các nguyên lý và
quan điểm trong quyển sách. Ông đã biểu lộ niềm đam mê với khoa học, nhất là
lĩnh vực điện năng. Đặc biệt, ông được truyềnn cảm hứng bởi quyển sách Đàm
thoại với Hóa Học viết bởi Jane Marcet.[13]
Ở tuổi 20, vào năm 1812, khi kết thúc học việc, Faraday đã tham
dự các buổi thuyết giảng của nhà hoác học nổi tiếng người Anh Humphry
Davy của Học viện Hoàng Gia và Hội hoàng gia Luân Đôn, và của John Tatum, người sáng
lập Hội triết học Thành phố.
Humphry Davy, Tòng nam tước thứ nhất, FRS (thông thường viết và
phát âm không chính xác là Humphrey;
17 tháng 12 năm 1778 – 29 tháng 5 năm 1829) là một nhà vật lý và nhà hóa học người Cornwall. Ông sinh
ra tại Penzance, Cornwall, Vương quốc Anh.
Các vé của những buổi thuyết giảng này được trao cho Faraday bởi
William Dance (một trong những người sáng lập Hội yêu nhạc của Hoàng Gia). Sau
đó, Faraday gửi cho Davy một quyển sách dày 300 trang mà ông đã ghi chép những
điều trong buổi thuyết giảng. Davy trả lời ngay lập tức, một cách ân cần và hào
hứng. Khi Davy bị giảm thị lực trong tai nạn với nitrogen trichloride,
ông quyết định thuê Faraday làm thư ký. Khi John Payne, một trong những phụ tá
trong Học viện Hoàng Gia, bị sa thải, Sir Humphry Davy được yêu cầu tìm người
thay thế. Ông đã chỉ định Faraday làm người phụ tá hóa học tại Học viện Hoàng
Gia vào ngày 1 tháng 3 năm 1813.
Trong tầng lớp người Anh thời đó, Faraday không được xem thuộc
giới thượng lưu. Khi Davy đi thuyết giảng ở toàn châu lục trong các năm
1813–15, người giúp việc của ông không muốn đi cùng. Faraday được gọi làm phụ
tá khoa học cho Davy, và được yêu cầu làm công việc như người giúp việc của
Davy cho tới khi vị trí này có thể được tìm thấy ở Paris. Faraday buộc phải làm
tròn bổn phận là người giúp việc cũng như phụ tá trong suốt hành trình. Vợ của
Davy, Jane Apreece, từ chối đối xử với Faraday như tầng lớp ngang hàng (đưa ông
đi cùng ra ngoài bãi biển, ăn với các người hầu, v.v..) và nói chung làm cho
Faraday cảm thấy quá khổ sở đến nỗi ông lẳng lặng bỏ về Anh Quốc một mình và từ
bỏ tất cả khoa học. Dù sao, chuyến đi đã cho ông đường đến với khoa học ưu tú
của Âu Châu và làm chủ nguồn cảm hứng sáng tạo.
Faraday là một người sùng đạo Cơ đốc giáo. Chi nhánh Sandemanian
của ông là một chi nhánh của hệ thống nhà thờ Scotland. Sau khi kết hôn, ông ta
phụng sự nhà thờ trong nhà hội nghị. Nhà thờ của ông nằm ở Paul's Alley tại
Barbican. Nhà hội nghị này lại chuyển đến Barnsbury Grove, Islington vào năm
1862. Chỗ Bắc Luân Đôn này là nơi mà Faraday phụng sự 2 năm cuối cùng của mình
trước khi xin trao lại chức vụ.[14][15]
Faraday cưới Sarah Barnard (1800–1879) vào ngày 12 tháng 6 năm
1821,[16] Họ không có con.[8] Họ
gặp toàn thể gia đình tại nhà thờ Sandemanian. Ông đã xưng tội với giáo đoàn
Sandemanian một tháng sau khi kết hôn.
Thành tựu khoa học
Hóa học
Michael Faraday trong
phòng thí nghiệm. Những năm 1850 họa sĩ Harriet Jane Mooređã ghi
chép cuộc đời Faraday bằng những bức tranh màu nước.
Công việc hóa học đầu tiên của Faraday là làm phụ tá cho Humphry
Davy. Faraday nghiên cứu riêng biệt về clo, ông
đã phát hiện ra hai clorua của cacbon. Ông cũng làm thí nghiệm gian khổ đầu
tiên về sự khuếch tán khí, một hiện tượng đã được biết đến bởi John Dalton, tầm
quan trọng của hiện tượng vật lý này đã được Thomas Graham và Joseph Loschmidt
đưa ra ngoài ánh sáng. Ông đã thành công trong việc hóa lỏng một vài loại khí;
nghiên cứu về hợp chất của thép, và tạo ra những loại thủy tinh mới dùng cho
mục đích quang học. Một mẫu vật trong những miếng thủy tinh nặng nề này sau đó
đã làm nên lịch sử khi mà Faraday đã phát hiện ra hiện tượng xoay mặt phẳng ánh
sáng phân cực khi đưa miếng thủy tinh này vào trường điện từ, và nó cũng là vật
liệu đầu tiên bị đẩy bởi các cực của từ trường.
Ông đã sáng chế ra thứ mà sau này gọi là đèn Bunsen, loại đèn
này đã được sử dụng hầu hết trong các phòng thí nghiệm vì tính tiện lợi của
nguồn nhiệt.[17][18] Faraday
nghiên cứu bao trùm trong lĩnh vực hóa học, khám phá ra các chất hóa học như
benzene, và hóa lỏng các khí ví dụ như clo. Sự hóa lỏng khí chứng minh rằng khí
chỉ là dạng hơi của chất lỏng có điểm sôi rất thấp, và đưa ra quan điểm chắc
chắn về sự kết hợp phân tử. Vào năm 1820 Faraday công bố hợp chất tổng hợp đầu tiên
làm từ cacbon và clo, C2Cl6 và C2Cl4, và
xuất bản các kết quả nghiên cứu trong các năm tiếp theo.[19][20][21] Faraday
cũng xác định được cấu tạo của chlorine clathrate hydrate, chất
đã được khám phá bởi Humphry Davy vào năm 1810.[22][23]
Faraday cũng đã khám phá ra các định luật điện phân và đưa ra
công chúng các thuật ngữ như anode, cathode, electrode,
và ion, các
thuật ngữ này phần lớn xuất phát bởi William Whewell.
Faraday là người đầu tiên công bố cái mà sau này được gọi
là metallic nanoparticles. Vào năm 1847 ông khám phá ra rằng quang
tính của nước vàng (gold colloid)khác với quang tính của các kim
loại thông thường khác. Đây có thể là xuất bản đầu tiên về sự khảo sát tác động
ở mức lượng tử, và có thể được xem là đã khai sinh ra ngành công nghệ nano.[24]
Điện và
Từ
Faraday được biết đến nhiều nhất vì những thành quả trong lĩnh
vực Điện và Từ học. Thí nghiệm được ghi chép đầu tiên của ông là làm nên pin volta bằng
7 đồng xu, xếp chồng lên 7 tấm kẽm và 7 miếng giấy được tẩm nước muối. Với cái
pin này, ông đã phân tích hợp chất Magie sulphat.
A solenoid
Vào năm 1821, ngay sau khi nhà hóa học, vật lý học người Đan
Mạch, Hans Christian Ørsted khám phá ra hiện tượng
điện từ trường, Davy và một nhà khoa học người Anh William Hyde Wollaston cố gắng làm ra một động cơ điện nhưng bất thành. Faraday,
đã thảo luận vấn đề động cơ điện với hai ông này, tiến hành chế tạo hai thiết
bị phát ra điện từ trường xoay: chuyển động xoay liên tục xuất phát từ lực từ
xoay xung quanh dây điện và dây điện được nhúng vào cốc nước thủy ngân có thỏi
nam châm bên trong sẽ xoay xung quanh thỏi nam châm nếu được cấp dòng điện từ
nguồn pin hóa học. Thiết bị sau này được biết đến với cái tên homopolar
motor. Những thí nghiệm và phát minh này hình thành ra nền tảng của công
nghệ điện từ hiện đại. Quá hứng thú, Faraday đã công bố các kết quả này mà
không đề cập đến phần việc làm với Wollaston và Davy. Từ đó dẫn đến cuộc tranh
cãi trong Hội hoàng gia Luân Đôn, nó làm căng thẳng mối quan hệ thâm niên của
ông với Davy và có thể đã góp phần bổ nhiệm ông sang lĩnh vực khác, vì thế ông
đã bị đưa ra khỏi hoạt động nghiên cứu điện từ trường trong vài năm.[26][27]
Từ phát hiện đầu tiên về điện từ vào năm 1821, Faraday tiếp tục
công việc ở phòng thí nghiệm để khám phá tính chất của vật liệu và tiến hành
các thí nghiệm cần thiết. Vào năm 1824, Faraday làm một mạch điện để tìm hiểu
liệu một từ trường có thể tác động lên dòng điện của dây điện đặt gần nhau, nhưng
không tìm ra kết quả nào.[28] Ông theo đuổi các nghiên
cứu với ánh sáng và điện từ trong ba năm mà không có kết quả nào mới.[29][30] Trong
suốt bảy năm tiếp theo, Faraday dành phần lớn thời gian vào việc hoàn thiện
công thức cho chất lượng kính quang học, hợp chất chì boro-silicate,[31] thứ
mà ông đã sử dụng cho nghiên cứu sau này về việc kết hợp giữa ánh sáng và điện
từ.[32] Trong
khi nhàn rỗi, Faraday tiếp tục xuất bản các kết quả thí nghiệm (một số liên
quan tới điện từ) và đã trao đổi thư từ với các nhà khoa học nước ngoài (cũng
làm việc với điện từ) mà ông đã gặp trước đây ở các chuyến đi châu Âu với Davy.[33] Sau
khi Davy mất được 2 năm, vào năm 1831, ông bắt đầu công bố một loạt các thí
nghiệm mà ông đã khám phá về cảm ứng điện từ. Joseph
Henry dường như đã khám phá ra hiện tượng tự cảm ứng sớm hơn vài
tháng và kết quả của cả hai muộn hơn của Francesco Zantedeschi ở Ý đã được công
bố vào năm 1829 và 1830.[34]
Nhà hóa học người Anh John Daniell (bên trái)
và Michael Faraday (bên phải), được tin là sáng lập ra ngành điện hóa ngày nay.
Thành quả lớn nhất của Faraday đến khi ông quấn hai cuộn dây
cách điện xung quanh một vòng kim loại, và phát hiện rằng, mỗi khi cho dòng
điện chạy qua cuộn dây này thì lập tức có một dòng điện được sinh trong cuộn
dây kia. Hiện
tượng này được gọi là hỗ cảm. Dụng cụ cuộn dây - vòng kim loại này
vẫn còn được trưng bày tại Học viện Hoàng Gia. Trong các thí nghiệm tiếp theo,
ông thấy rằng, nếu ông di chuyển thanh nam châm qua cuộn dây, một dòng điện sẽ
chạy trong cuộn dây. Dòng điện cũng sẽ xuất hiện nếu cuộn dây di chuyển qua
thanh nam châm đứng yên. Thí nghiệm của ông cho thấy rằng sự thay đổi từ trường
tạo ra dòng điện. Mối quan hệ này được toán học hóa bởi James Clerk Maxwell với tên Định luật cảm ứng Faraday, một
trong bốn Phương trình Maxwell. Những phương trình này ngày
nay được biết đến với tên gọi lý thuyết trường.
Vào năm 1839, ông hoàn thành loạt sách về các thí nghiệm nghiên
cứu bản chất cơ bản của điện học. Faraday đã sử dụng tĩnh điện, pin, và điện
sinh học để tạo ra lực hút tĩnh điện, điện phân, điện từ trường, v.v.. Ông kết
luận rằng, trái ngược với quan điểm khoa học thời đó, ranh giới giữa "các
loại" điện là hư cấu. Faraday thay vì kết luận rằng chỉ có một loại điện
tồn tại, thì ông nói sự thay đổi về số lượng và cường độ (dòng và thế) sẽ tạo
ra nhiều hiện tượng khác nhau.
Khi gần kết thúc sự nghiệp của mình, Faraday cho rằng lực điện
từ trường tồn tại ở khoảng không gian trống xung quanh cuộn dây. Ý tưởng này đã
bị phản đối bởi những nhà khoa học sau ông, và Faraday đã không sống đến lúc
nhìn thấy ý tưởng được chứng minh là đúng. Những khái niệm của Faraday về đường
từ phát ra từ nam châm đã chỉ ra cách quan sát dòng điện và từ trường. Kiến
thức này đã góp phần quan trọng tạo nên sự phát triển thành công của các thiết
bị điện cơ mà nó đã chiếm lĩnh trong lĩnh vực công nghệ và công nghiệp trong
những năm còn lại thế kỷ 19.
Nghịch từ
Michael Faraday đang cầm thanh thủy tinh mà
ông sử dụng vào năm 1845 để chứng minh rằng từ trường có thể tác động đến ánh
sáng trong điện môi.[35]
Vào năm 1845, Faraday khám phá ra rằng nhiều vật liệu tồn tại
một lực đẩy nhỏ bởi từ trường, một hiện tượng ông gọi là nghịch từ.
Faraday cũng phát hiện ra rằng mặt phân cực của ánh sáng phân
cực tuyến tính có thể bị đảo bởi một từ trường ngoài tác động lên đường đi của
ánh sáng. Ngày nay cái này được biết đến với thuật ngữ Hiệu ứng Faraday.
Ông viết rằng, "I have at last succeeded in illuminating a
magnetic curve or line of force and in magnetising
a ray of light". ("Cuối cùng tôi đã thành công trong việc chiếu
sáng đường cong của điện từ hoặc đường lực và
trong việc từ hóa các tia sáng")
Lúc cuối đời (năm 1862), Faraday sử dụng kính quang phổ để tìm
sự biến đổi khác nhau của ánh sáng, sự
thay đổi quang phổ ánh sáng vì từ trường. Tuy nhiên, những thiết bị ông dùng
không đủ tốt để phát hiện ra sự thay đổi quang phổ. Pieter
Zeeman sau này đã sử dụng thiết bị cải tiến hơn để nghiên cứu
hiện tượng này, công bố kết quả vào năm 1897 và nhận giải Nobel vật lý vào năm
1902 vì thành công này. Trong cả bản nghiên cứu năm 1897[36] và
bản thuyết trình nhận giải Nobel,[37] Zeeman đều đề cập tới thí
nghiệm của Faraday.
Lồng Faraday
Điện trường bên ngoài tạo
ra dòng điện trong lồng Faraday, làm cho bên trong lồng không có điện trường.
Thư mục
Faraday's books, with the exception of Chemical
Manipulation, were collections of scientific papers or transcriptions of
lectures.[38] Since
his death, Faraday's diary has been published, as have several large volumes of
his letters and Faraday's journal from his travels with Davy in 1813–1815.
·
Faraday, Michael
(1827). Chemical Manipulation, Being Instructions to Students in
Chemistry. John Murray. 2nd ed.
1830, 3rd ed.
1842
·
Faraday, Michael (1
tháng 6 năm 1844). Experimental
Researches in Electricity, vols. i. and ii. Richard
and John Edward Taylor.; vol. iii. Richard Taylor and William
Francis, 1855
·
Faraday, Michael
(1859). Experimental
Researches in Chemistry and Physics.
Taylor and Francis. ISBN 0850668417.
·
Faraday, Michael (1861).
W. Crookes, biên tập. A
Course of Six Lectures on [[the Chemical History of a Candle]]. Griffin, Bohn & Co. ISBN 1425519741. Tựa đề URL chứa liên kết wiki (trợ giúp)
·
Faraday, Michael (1873).
W. Crookes, biên tập. On the
Various Forces in Nature.
Chatto and Windus.
·
Faraday, Michael
(1932–1936). T. Martin, biên tập. Diary. ISBN 0713504390. - published in eight volumes; see also the 2009 publication of
Faraday's diary
·
Faraday, Michael (1991).
B. Bowers and L. Symons, biên tập. Curiosity Perfectly Satisfyed:
Faraday's Travels in Europe 1813-1815. Institution of Electrical Engineers.
·
Faraday, Michael (1991).
F. A. J. L. James, biên tập. The Correspondence of Michael Faraday 1.
INSPEC, Inc. ISBN 0863412483. - volume 2, 1993; volume 3, 1996; volume 4, 1999
·
Faraday, Michael (2008).
Alice Jenkins, biên tập. Michael Faraday's Mental Exercises: An Artisan
Essay Circle in Regency London. Liverpool, UK: Liverpool University Press.
·
Course
of six lectures on the various forces of matter, and their relations to each
other London; Glasgow: R. Griffin, 1860.
·
The
letters of Faraday and Schoenbein 1836-1862. With notes, comments and
references to contemporary letters London: Williams &
Norgate 1899.
Xem thêm
No comments:
Post a Comment