Сержио Рарра Кастильо - Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция

Лекции Майкла Фарадея стали источником вдохновения для многих ученых и обычных людей. Один из необыкновенных случаев — история английского химика Уильяма Генри Перкина (1838–1907). В 1856 году он случайно смешал анилин с дихроматом калия — данная смесь, на первый взгляд, ничего не стоила. Однако Перкин внимательно посмотрел на пурпурную искорку смеси, добавил спирт и растворил им смесь, и получилось вещество пурпурного цвета, которое прекрасно окрашивало ткань. Перкин в 18-летнем возрасте оставил учебу и запатентовал свой продукт. Использовав все сбережения семьи, он создал красильную фабрику и начал производство своего анилинового пурпурного.

Во Франции новый краситель стал массово использоваться и получил название «мальва». Этот период в истории многие исследователи называют десятилетием мальвы, настолько популярным стал цвет. Было открыто множество предприятий по производству синтетических красок, стимулировавших параллельно развитие органической химии. Получив известность и разбогатев, Перкин прочел лекцию о красителях в Лондонском химическом обществе. В аудитории присутствовал и 70-летний Майкл Фарадей.

НАСЛЕДИЕ ФАРАДЕЯ

Глубокая духовность и способность к самообразованию подталкивали Фарадея к неутомимым поискам взаимосвязи между движением, магнетизмом и электричеством, как будто между частями Троицы — отдельными, но неразделимыми. Благодаря этой концепции природной симметрии Фарадей смог доказать, что возможно повернуть установленный порядок, пропустить электрический ток внутрь магнитного поля, чтобы создать движение, — так появился первый электрический двигатель, обеспечивающий сегодня движение как компьютерного диска, так и гигантского завода.

Вклад Фарадея стал решающим для развития физики, как было в случае с теорией электромагнитного поля, сформулированной Джеймсом Клерком Максвеллом, который понял, что открытые Фарадеем невидимые поля обладают сложной внутренней структурой, и ее можно разделить на два плана — электрический и магнетический. Для Максвелла каждая заряженная частица стала центром силового поля, распространявшегося наружу, как аура. Как правило, положительные и отрицательные заряды вокруг нас уравновешены, поэтому мы не замечаем никаких специфических эффектов. Максвелл достиг очень важных результатов, он смог подтвердить концепцию Фарадея, выкристаллизовавшуюся в лаборатории в подвале Королевского института.

О широте научных исследований Фарадея Уильямс сделал следующее резюме:

«Как Берцелиус, Фарадей был способным химиком-аналитиком; как Гей-Люссак и Дальтон, получил признание научного сообщества за работу с газами; как Эрстед и Ампер, стал создателем новой эпохи в изучении электромагнетизма; как Френель и Янг, внес фундаментальный вклад в теорию света; как Гемфри Дэви, был основателем электрохимии. Однако, в отличие от всех перечисленных личностей, он один одновременно работал во всех этих сферах».

Фарадей разработал полную описательную теорию электричества, открыв электромагнитную индукцию, позволившую создать первый трансформатор и первую динамо-машину. Более современные изобретения, такие как телефон, предусматривают непосредственное применение электромагнитной индукции. Радиотелефония, в свою очередь, происходит от осмысления электромагнитной теории Максвелла. Исследование Фарадеем электролиза заложило основы, на которых позже было выстроено здание электрохимической промышленности. Открытие бензола стало истоком для становления промышленности по производству синтетических красителей.

Наконец, его изучение взаимодействия света и магнетизма легло в основу исследований, из которых позднее выросли квантовая механика и теория относительности Альберта Эйнштейна. Идеи, привнесенные в науку Майклом Фарадеем, словно гигантские щупальца, тянулись ко всему новому и загадочному. Ученый никогда не ограничивал себя каким-то одним вопросом и занимался всеми загадками, попадавшимися ему на пути, каждодневно доказывая этим свою веру в Бога. Множество тайн, осмысленных Фарадеем, можно было бы объединить в одну общую тайну. Он на два века обогнал современных физиков, ставящих цель объединить все силы Вселенной.

Фарад (Ф) является единицей измерения электрической емкости в международной системе единиц (СИ) — в честь открытий, совершенных Майклом Фарадеем в области электромагнетизма. Электрическая емкость — свойство тел накапливать электрический заряд при определенной разности потенциалов, а также количество потенциальной электрической энергии, накопленной для заданной разности потенциалов. Типичным устройством для такого накопления энергии считается конденсатор. Таким образом, один фарад — это емкость конденсатора, между пластинами которого имеется разность потенциалов в 1 вольт (В), заряженного количеством электричества (электрическим зарядом) в один кулон (Кл). Такая емкость конденсатора, выраженная в фарадах, огромна, поэтому, как правило, используются кратные единицы: микрофарад (мФ) и пикофарад (пФ). Например, пикофарад — это одна миллионная миллионной фарада. Сфера диаметром 18 мм, расположенная в свободном пространстве, имела бы емкость в один пикофарад, при этом для того, чтобы проводящая сфера имела емкость в один фарад, ее диаметр должен быть 18 миллионов километров.

Средняя емкость

Так, в выражении С = Q/V, где С — емкость, измеряемая в фарадах, Q — накопленный электрический заряд в кулонах, V — разность потенциалов в вольтах, емкость всегда зависит от геометрии конденсатора, а также от диэлектрика, который помещается между двумя поверхностями конденсатора: чем больше электрическая константа материала диэлектрика, тем выше емкость. Нельзя пугать с фарадом старую величину электрического заряда, эквивалентную константе Фарадея и определяемую как количество электрического заряда на один моль (6,02214∙1023) электронов (равно 96 500 Кл).

В 1750-х годах в Великобритании проживало только восемь миллионов жителей, между тем как более утонченная и развитая Франция обладала 25-миллионным населением. Несмотря на это именно Великобритания в конце XVIII века пережила неслыханный расцвет науки, технологии и изобретательства. С некоторыми оговорками, феноменальная экспансия Великобритании между 1750 и 1850 годами, ставшая результатом механизации и внедрения новых технологий, имеет несомненные параллели с современной Силиконовой долиной — калифорнийской городской территорией, отличающейся высокой концентрацией высокотехнологичных предприятий. В Великобритании тогдашние Стив Джобс, Сергей Брин и Роберт Нойс представлены инженерами, учеными викторианской эпохи, запечатленными на групповом портрете «Люди науки в 1807–8» (Men of Science Living in 1807–8) в год, когда парламент отменил работорговлю, как будто бы они все собрались одновременно в библиотеке Королевского института.

На этом потрете можно увидеть Томаса Телфорда (инженера-строителя каналов), Джеймса Уатта (паровая машина), Джозефа Брама (гидравлический пресс), Эдмунда Картрайта (механический ткацкий станок), Гемфри Дэви (шахтерская лампа), Эдварда Дженнера (вакцина против оспы). В ряду этих исторических личностей выделяется человек, который не был ученым, обладал скромными знаниями по математике, происходил из низшего социального слоя, а также был набожным и преданным членом небольшой религиозной секты. Его нет на групповом портрете, потому что тогда он был еще слишком молод и должен был зарабатывать на хлеб своей семье. Но даже если бы его пригласили присоединиться к позирующим, вероятно, он вежливо отклонил бы это предложение, потому что его скромность и простота не позволяли ему трактовать свои достижения как нечто большее, чем промысел Божий.

Искра Фарадея осветила темный мир, сделав ученого, вероятно, величайшим экспериментатором XIX века, не говоря о его неустанной работе по просвещению и популяризации науки среди бедного класса. Он очень рано осознал, что наука — не башня из слоновой кости и создают ее не отдельные личности, а сотрудничество и взаимопонимание. Необыкновенный и единственный Майкл Фарадей, бесспорно, стал ослепительной искрой во мраке.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Berkwson, W., Las teorias de Ios campos de fuerza. Desde Faraday hasta Einstein, Madrid, Alianza, 1985.

Bodanis, D., El universe electrico, Barcelona, Planeta, 2006.

Brooks, M., Radicales libres, Barcelona, Ariel, 2012.

Bryson, B., En casa, Barcelona, RBA12012.

Cantor, G., Gooding, D., James, F., Faraday, Madrid, Alianza Editorial, 1991.

Carmona G. et al., Michael Faraday: Un genio de la ftsica experimental, Mexico D.F., Fondo de Cultura Economica, 1995.