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Michael Faraday: un vero eroe scientifico dietro l'elettromagnetismo

Michael Faraday: un vero eroe scientifico dietro l'elettromagnetismo


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Senza il lavoro di Michael Faraday, non avremmo Tesla o quasi nessun'altra cosa meccanica moderna per quella materia. Il lavoro e l'invenzione di Faraday nel regno dell'elettricità hanno cambiato il mondo per sempre.

Faraday è l'inventore di elettrolisi, palloncini, motori elettrici, generatori, dinamo e altro ancora. Se non eri a conoscenza del lavoro di Faraday, potresti almeno riconoscerlo dalla gabbia che custodisce il suo omonimo, la gabbia di Faraday.

Era uno scienziato britannico molto influente che in parte ha trasformato l'elettricità in qualcosa che poteva essere sfruttato per il lavoro. Era un noto chimico e fisico ai suoi tempi che ha creato un corpo sostanziale di lavoro ed esperimenti che alla fine hanno portato alla nostra comprensione moderna dell'elettromagnetismo.

Per cogliere la grandezza dell'intelletto e dei risultati che era Michael Faraday, diamo uno sguardo alla sua vita e al suo lavoro.

A proposito, sapevi che Albert Einstein teneva effettivamente le foto di tre scienziati nel suo ufficio? Isaac Newton, James Clerk Maxwell e, sì, hai indovinato, Michael Faraday.

Dove tutto è iniziato per Faraday

Michael Faraday nacque il 22 settembre 1791 da una famiglia relativamente povera nel villaggio di campagna di Newington, nel Surrey. Newington sarebbe stato successivamente assorbito nel sud di Londra. Suo padre era un fabbro che si era effettivamente trasferito dal nord dell'Inghilterra in cerca di lavoro all'inizio del 1791.

Sua madre era un'umile contadina che ha sostenuto emotivamente la sua famiglia durante la loro educazione molto difficile. Michael era uno dei quattro bambini che a volte trovavano difficile avere abbastanza da mangiare. Il loro padre era spesso malato e incapace di lavorare. Una fornitura costante di cibo era tutt'altro che facile per la famiglia Faraday.

Michael Faraday avrebbe raccontato più tardi nella sua vita come gli era stata data una pagnotta che doveva durare un'intera settimana. E pensi di aver capito male ?! La sua famiglia apparteneva a una piccola setta cristiana. Questa setta ha fornito un sostanziale sostegno spirituale ed emotivo per tutta la vita.

Da bambino, Faraday si è attaccato alla curiosità per cavarsela, senza mai lasciare andare il bisogno della sua infanzia di capire perché e desiderare di capire di più sul modo in cui funzionano le cose.Una storia che ricorda molti ingegneri.

È interessante notare che la sua prima educazione è stata davvero molto rudimentale. Ha ricevuto solo le basi, come imparare a leggere, scrivere e cifrare alla Scuola Domenicale locale. La sua prima occupazione fu un garzone di carta che consegnava giornali per un rivenditore di libri e rilegatore locale. All'età di 14 anni, iniziò persino un apprendistato con lui, che avrebbe perseguito per i successivi 7 anni.

Faraday era però diverso dai suoi compagni apprendisti. Faraday si sarebbe preso il tempo per leggere effettivamente alcuni dei libri che stava rilegando. Michael raccontava che un particolare articolo sull'elettricità nella terza edizione dell'Enciclopedia Brittanica avrebbe catturato particolarmente la sua immaginazione. È stato anche fortemente influenzato dal libroConversazioni sulla chimica di Jane Marcet.

Il signor Faraday avrebbe persino iniziato a sperimentare in questa tenera età. In realtà ha costruito una debole pila voltaica attraverso la quale avrebbe eseguito esperimenti domestici di elettrochimica.

E così è stato, usando la sua educazione relativamente umile che Faraday si è autodidatta e diventa uno dei più grandi scienziati del mondo.

Quando era molto più grande, frequentava regolarmente le lezioni di Sir Humphry Davy, un chimico che isolava una serie di elementi, come il potassio e il sodio.

Faraday si sedette assorbito dall'intero evento e prese appunti meticolosi.

Queste erano così complete, infatti, che inviò persino a Davy un documento di 300 pagine che servisse come note ufficiali per le lezioni. Si è anche preso la libertà di accompagnarlo con una lettera in cui si chiedeva un impiego.

"Non chiedere, non ottenere" lo rispettiamo il signor Faraday.

Davy era chiaramente impressionato ma prontamente e gentilmente ha respinto il giovane Faraday poiché al momento non aveva posizioni aperte. Ma non ha dimenticato il giovane. Non appena uno dei suoi assistenti è stato licenziato per rissa, ha subito offerto la posizione a Michael.

Lui, ovviamente, colse al volo l'opportunità e si trovò nell'invidiabile posizione di assistere e apprendere la chimica da uno dei più grandi professionisti dell'epoca. Si dice spesso scherzosamente di Davy che Faraday è stato, col senno di poi, la sua più grande scoperta.

I primi lavori di Faraday in chimica

Faraday si unì per la prima volta a Davy in laboratorio nel 1812 all'età di 21 anni. Questa fu un'opportunità per Faraday all'inizio della sua carriera, dato che Davy era uno dei migliori chimici del suo tempo.

Il primo progetto su cui il duo ha lavorato insieme è stato l'interpretazione della struttura molecolare di diversi prodotti chimici. Questo primo lavoro ha insegnato a Faraday molto sul funzionamento rudimentale dell'elettricità.

Nel momento in cui Michael Faraday si unì al team di Davy, era in procinto di ribaltare il pensiero corrente nella chimica del giorno. Antoine-Laurent Lavoisier, il fondatore della chimica moderna, aveva completato le sue riforme della conoscenza chimica e aveva insistito su alcuni principi fondamentali per i futuri chimici.

Tra questi, sebbene ce ne fossero molti, c'era il fatto che l'ossigeno fosse un elemento unico. Ha anche detto che era l'unico sostenitore della combustione e, soprattutto qui, era la base di tutti gli acidi.

Davy era riuscito a isolare sodio e potassio, anzi a scoprirli, utilizzando una potente corrente proveniente da una batteria galvanica. La batteria è stata utilizzata per decomporre gli ossidi di questi elementi così come per decomporre l'acido cloridrico muriatico, che è uno degli acidi più forti conosciuti.

Questo processo ha portato al rilascio di idrogeno e di strani gas verdi. Questo gas verde sembrava supportare la combustione e produrre acido se combinato con l'acqua.

Faraday lavorò con Davy fino al 1820, che a quel tempo lo stesso Faraday era diventato uno dei più importanti chimici del mondo dell'epoca.

In effetti, all'epoca aveva imparato tutto quello che c'era da imparare sulla chimica. Il suo lavoro sotto Davy gli aveva fornito una vasta esperienza nell'esecuzione di analisi chimiche e tecniche di laboratorio. Adesso era a tutti gli effetti un maestro sperimentatore.

Michael aveva anche sviluppato le sue visioni teoriche a tal punto che ora lo avrebbero guidato nel suo lavoro. Avrebbe combinato tutto ciò che aveva imparato durante il suo tempo con Davy e avrebbe scioccato il mondo scientifico con le sue scoperte.

Michael Faraday si mise in proprio e presto si sarebbe guadagnato presto una fama tra i suoi coetanei. Si era costruito una reputazione impeccabile come chimico analitico e spesso si trovava chiamato come testimone esperto in processi legali. Ha anche creato una clientela il cui sostegno finanziario ha contribuito a sostenere la Royal Institution.

Nel 1820 fece alcune scoperte notevoli, comunque buone per i chimici. Riuscì a creare i primi composti conosciuti di cloro e carbonio C2CL6 e C2CL4. Li ha prodotti sostituendo cloro e idrogeno in "gas olefiante", noto anche come etilene. Queste furono le prime reazioni di sostituzione indotte e avrebbero successivamente sfidato la teoria dominante della combinazione chimica proposta da Jons Jacob Berzelius.

Ha sposato una donna di nome Sarah Barnard nel 1821 e ha preso residenza presso la Royal Institution di Londra. Il suo obiettivo principale era condurre esperimenti e ricerche su magnetismo ed elettricità.

L'approccio di Faraday all'elettricità all'epoca era unico per le sue controparti. Ha visualizzato l'elettricità come una vibrazione piuttosto che come un flusso, un concetto che lo avrebbe aiutato a fare scoperte sull'elettromagnetismo.

La sua prima scoperta presso la Royal Institution fu quella di dispositivi in ​​grado di produrre rotazione elettromagnetica o movimento circolare dalle forze magnetiche che circondano un filo.

Nel 1825, Michael stava lavorando all'illuminazione dei gas e riuscì a isolare e descrivere qualcosa che in seguito sarebbe stato conosciuto come benzene. In questo periodo ha anche contribuito a gettare le basi della metallurgia e della metallografia mentre conduceva indagini sulle leghe di acciaio.

Ha anche lavorato su un incarico della Royal Society of London per migliorare la qualità di occhiali e telescopi. Riuscì a produrre un indice di rifrazione molto alto che più tardi, nel 1845, lo avrebbe aiutato a scoprire il diamagnetismo.

Ulteriore lavoro di Faraday nell'elettromagnetismo e nell'elettrolisi

Faraday ha continuato a scoprire l'induzione elettromagnetica, il processo di produzione di forze elettromotrici attraverso i conduttori a causa dei campi magnetici. Se questo suona un campanello, è il modo in cui funzionano i generatori e i motori elettrici.

Hans Christian Ørsted aveva scoperto, nel 1820, che il passaggio di una corrente elettrica attraverso un filo produceva un campo magnetico. Le sue scoperte sono state approfondite da André-Marie Ampére che ha dimostrato che anche la forza magnetica sembrava essere una forza circolare. Ampére ha dimostrato, in effetti, che il campo magnetico sembrava formare un cilindro attorno al filo. Questa era la prima volta che veniva proposta.

Faraday capì, quasi intuitivamente, cosa ciò implicasse. Ha notato che se un polo potesse essere isolato, dovrebbe formare un movimento costantemente circolare attorno al filo che trasporta corrente. Con questa ipotesi in mente, unita al suo genio per la sperimentazione, ha deciso di dimostrarlo con il proprio apparato.

Il suo dispositivo ha trasformato l'energia elettrica in energia meccanica. Michael Faraday aveva appena creato il primo motore elettrico al mondo.

Faraday lavorò per arricchire ulteriormente le sue idee e conoscenze sull'elettromagnetismo, creando qualcosa chiamato anello di induzione nel 1831. Questo dispositivo era essenzialmente un trasformatore che generava elettricità in un filo a causa delle forze magnetiche di un altro filo.

All'epoca era rivoluzionario.

Michael mette in moto le sue idee

Faraday non si è fermato qui, ovviamente. Ha iniziato a guardare il quadro più ampio e contemplare la natura dell'elettricità in generale. A differenza della maggior parte dei suoi contemporanei nel campo dell'epoca, Faraday era convinto che l'elettricità non fosse un fluido materiale che scorre attraverso i fili, come l'acqua in un tubo.

Insisteva, invece, sul fatto che doveva essere una vibrazione o una forza che in qualche modo si muoveva attraverso i fili come risultato delle tensioni create nel conduttore. Uno dei suoi primi esperimenti dopo il suo motore è stato quello di far passare un raggio di luce polarizzata attraverso una soluzione elettrochimica in decomposizione.

L'idea era di rilevare i ceppi intermolecolari che aveva postulato dovessero avvenire in presenza di una corrente elettrica. Continuerebbe a tornare su questa idea per tutto il 1820, ma purtroppo senza successo.

All'inizio degli anni 1830, Michael Faraday tentò di determinare come veniva prodotta una corrente indotta. Basandosi sul suo esperimento originale usando un elettromagnete, ora ha provato invece un magnete permanente.

La sua sperimentazione ha scoperto che spostare il magnete dentro e fuori una bobina di filo induceva effettivamente una corrente. Faraday sapeva anche che il campo magnetico è reso visibile utilizzando limatura di ferro spruzzata su carta o cartoncino tenuto sopra il magnete.

Ha associato le "linee di forza" mostrate dalla limatura devono essere quelle linee di tensione nel mezzo, l'aria, aveva postulato in precedenza.

Presto scoprirà la legge che determina la produzione di correnti elettriche da parte dei magneti. Vale a dire, l'ampiezza di una corrente dipende dal numero di linee di forza tagliate dal conduttore per unità di tempo.

Faraday si basò rapidamente su questo realizzando che poteva produrre una corrente continua ruotando un disco di rame tra i poli di un magnete. La corrente potrebbe essere "prelevata" prendendo i cavi dal bordo e dal centro del disco. Questa è stata, in effetti, la prima vera dinamo.

Questo era il diretto antenato dei moderni motori elettrici, anche se lo stesso principio, ma al contrario per far girare il disco.

Leggi dell'elettrolisi

Mentre continuava la ricerca sull'elettricità, si è appoggiato molto al suo background di chimico di fama mondiale. Ha svolto un ampio lavoro nel campo dell'elettrochimica, dove ha sviluppato la prima e la seconda legge dell'elettrolisi.

Queste leggi lo affermano"la quantità di cambiamento chimico prodotto da una corrente al confine elettrodo-elettrolita è proporzionale alla quantità di elettricità utilizzata, e la quantità di cambiamenti chimici prodotti dalla stessa quantità di elettricità in sostanze diverse sono proporzionali ai loro pesi equivalenti".

CORRELATO: COME FUNZIONA UNA GABBIA DI FARADAY?

Spiegato più semplicemente, i flussi di elettricità possono essere utilizzati per avviare reazioni chimiche. In termini pratici, sotto forma di elettrolisi, ciò significa che l'elettricità può essere utilizzata per produrre idrogeno da molecole d'acqua, depositare composti metallici sulle superfici (galvanica) ed estrarre elementi metallici puri dalle soluzioni.

Come per molti argomenti scientifici, è molto più facile capire l'elettrolisi attraverso le immagini. Dai un'occhiata al breve video qui sotto per capire come funziona l'elettrolisi e l'importanza di questa scoperta di Faraday.

Il lavoro di Faraday nel campo dell'elettrolisi ha gettato le basi per questo settore ormai essenziale.

Liquefazione e refrigerazione del gas

Nel 1823, Michael Faraday si basò sulle idee di John Dalton e dimostrò le sue idee applicando pressione per liquefare il gas cloro e il gas ammoniaca per la prima volta.

La sua riuscita liquefazione dell'ammoniaca era di particolare interesse. Quando lasciò evaporare di nuovo l'ammoniaca, notò che provocava il raffreddamento. Sebbene questo principio fosse stato mostrato pubblicamente da William Cullen nel 1756, il lavoro di Faraday aveva dimostrato che le pompe meccaniche potevano essere utilizzate per trasformare il gas in liquido a temperatura ambiente.

La bellezza di questa scoperta era che il gas poteva essere pressato e liquefatto e lasciato evaporare e raffreddare continuamente in un sistema chiuso. L'intera sequenza poteva essere ripetuta all'infinito, purché il sistema fosse sigillato. Questa è la base di tutti i moderni frigoriferi e sistemi di pompe di calore ad aria.

Bunsen Burner (più o meno)

Michael Faraday è stato un grande inventore pratico che lo ha portato a produrre un precursore di uno dei pezzi più iconici di attrezzature da laboratorio, il becco Bunsen. Ha combinato aria e gas prima di accenderlo, ovviamente, per fornire una forma facilmente accessibile di alta temperatura.

Il suo primo lavoro è stato successivamente sviluppato da Robert Wilhelm Bunsen per produrre un'attrezzatura ricordata con affetto da molti studenti di scienze in tutto il mondo.

Gabbia di Faraday

Nel 1836, Michael Faraday aveva scoperto che quando viene caricato un conduttore elettrico tutta la carica extra si trova all'esterno di esso. Per estensione, ciò significherebbe che il costo aggiuntivo non "appare" all'interno di una stanza o di una gabbia metallica.

Lo stesso principio può essere utilizzato nell'abbigliamento reale, i cosiddetti abiti di Faraday. Questi indumenti hanno una fodera metallica che protegge chi lo indossa da qualsiasi fonte elettrica esterna.

Le gabbie di Faraday vengono anche utilizzate per proteggere apparecchiature elettriche sensibili e durante gli esperimenti elettrochimici per prevenire interferenze esterne. Oggi sono anche usati per creare zone morte per le comunicazioni mobili.

Benzene

Nel 1825, Michael Faraday scoprì questa molecola "miracolosa" nel residuo oleoso lasciato dalla produzione di gas per l'illuminazione a Londra.

Il benzene è una delle sostanze più importanti in chimica. Ha usato per creare molti nuovi materiali e ha aiutato nella comprensione dell'incollaggio. Il benzene è attualmente una delle prime 20 sostanze chimiche, per volume di produzione, negli Stati Uniti.

È un componente vitale di molte plastiche, resine, nylon, gomme, lubrificanti, coloranti, farmaci per citarne solo alcuni.

Diamagnetismo

Conosciamo tutti intuitivamente il ferromagnetismo o il vostro magnete run of the mill, ma Faraday scoprì, nel 1845, che tutte le sostanze sono diamagnetiche. Naturalmente, c'è un'ampia variazione nella forza dei fenomeni in natura.

Il diamagnetismo è una direzione opposta a un campo magnetico applicato. Se la sostanza in questione ha mostrato un forte diamagnetismo sarà fortemente respinta dal polo nord di un magnete.

Sorprendentemente, questo può essere utilizzato per produrre levitazione nella maggior parte dei materiali con un magnete abbastanza forte. Anche gli esseri viventi, come una rana, possono "sfidare" la gravità con un forte campo magnetico.

Morte ed eredità

Michael Faraday morì alla veneranda età di 75 anni il 25 agosto 1867. Gli sopravvisse sua moglie. La coppia non aveva figli. Faraday era stato un devoto cristiano per tutta la vita. Fin dall'infanzia aveva anche mantenuto forti legami con quella piccola setta, i sandemaniani.

A causa dei suoi contributi alla scienza, nella vita, gli era stato offerto uno spazio di sepoltura presso l'Abbazia di Westminster insieme ai re e alle regine britanniche, persino Sir Isaac Newton. Ha rifiutato questa offerta a favore di una sepoltura più modesta. Puoi trovare la sua tomba nel cimitero di Highgate a Londra. Anche sua moglie, Sarah, è stata sepolta con lui.

Una statua è stata eretta in suo onore a Savoy Place, Londra. Si trova al di fuori dell'Istituto di ingegneria e tecnologia. Ci sono varie altre statue, scuole, parchi e altri monumenti dedicati all'uomo che ha contribuito così tanto all'umanità. Ci sono anche molte strade che portano il suo nome nel Regno Unito e negli Stati Uniti.

Naturalmente, gli è stato dato il massimo riconoscimento comparendo sul retro della banconota della Banca d'Inghilterra da 20 sterline serie E. Michael ha anche un premio speciale della Royal Society of London intitolato a lui per "l'eccellenza nel comunicare la scienza al pubblico britannico".

L'ultima parola

Michael Faraday ha anche scritto una serie di lettere e diari ai suoi tempi, che sono tutti ampiamente disponibili e consigliati a tutti i fan di Faraday.

Sebbene provenisse da una famiglia povera, Michael Faraday avrebbe lavorato instancabilmente per istruire prima se stesso. Quindi dedicherà la sua vita alla ricerca della conoscenza. La sua tenacia lo avrebbe visto diventare uno degli scienziati più importanti del mondo. I suoi successi sono ancora più notevoli visti i suoi umili inizi in un mondo dominato dalla classe privilegiata. Tra le sue molte grandi scoperte e invenzioni, è stato anche immortalato come unità SI per la capacità,andato, o F.


Guarda il video: PRIMA PARTE - RIPASSO DI ELETTROMAGNETISMO PER IL LICEO (Dicembre 2022).