مایکل فارادی (Michael Faraday) دانشمند بریتانیایی قرن ۱۸ و ۱۹ بود که دستاوردهای بزرگی در علوم فیزیک و شیمی داشت. امروزه او بیش از همه به‌خاطر تحقیقات در حوزه‌های الکترومغناطیس و الکتروشیمی شناخته می‌شود. از بزرگ‌ترین دستاوردهای فارادی می‌توان به تدوین مفاهیم القاء الکترومغناطیسی، مواد دیامغناطیس و الکترولیز اشاره کرد.

دانشمند پیش‌گام الکترومغناطیس تحصیلات رسمی زیادی نداشت، اما یکی از تأثیرگذارترین افراد در تاریخ علم محسوب می‌شود. او مفهوم میدان مغناطیسی را از طریق آزمایش و با مشاهده‌ی تغییرات رساناهای حامل جریان مستقیم درک کرد. به‌علاوه فارادی تأثیر مغناطیس بر تابش نور را نیز کشف کرد و ارتباط بین آن‌ها را پدیده‌ای محتمل در فیزیک دانست. نوآوری‌های و اختراعات او در حوزه‌ی تجهیزات چرخشی الکترومعناطیسی، پایه‌های علم و صنعت مهمی به‌نام موتورهای الکتریکی را تشکیل داد.

مقاله‌های مرتبط:

بیوگرافی آلبرت اینشتین، پایه‌گذار فیزیک مدرن و خالق نظریه نسبیت بیوگرافی ویلهلم رونتگن؛ کاشف اشعه ایکس و اولین برنده نوبل فیزیک

فارادی علاوه‌بر تحقیقات و دستاوردهای متعدد در فیزیک، آزمایش‌ها و مطالعات بسیاری هم در حوزه‌ی شیمی داشت. مایع بنزن، هیدرات گازی کلر، چرغ بونزن، سیستم اعداد اکسیداسیون، اصطلاحات علمی آند، کاتد، الکترود و یون همگی از دستاوردهای دانشمند بریتانیایی در حوزه‌ی شیمی هستند. فعالیت‌های شیمی فارادی به‌حدی مهم و تأثیرگذار بود که او درنهایت به‌عنوان اولین و برترین استاد Fullerian انجمن سلطنتی علوم لندن در شاخه‌ی شیمی انتخاب شد.

دانشمندان بزرگی در طول تاریخ احترام زیادی برای فارادی قائل بوده‌اند و به‌نوعی با استفاده از دستاوردهای او، شاخه‌های مهم علوم را شکل داده‌اند. جیمز کلارک مکسول یکی از آن‌ها بود که با ادامه‌ی فعالیت‌های علمی فارادی، مفاهیم الکترومغناطیس را علمی‌تر کرد و فرمول‌های مهم آن را توسعه داد. آلبرت اینشتین در اتاق کار خود در کنار عکس ایزاک نیوتن و مکسول، تصویری از فارادی را نصب کرده بود. ارنست رادرفورد، مفاهیم مغناطیس و دستاوردهای بزرگ آن در تاریخ بشر را همگی مدیون فارادی می‌دانست.

امضای مایکل فارادی

تولد و سال‌های ابتدایی

مایکل فارادی ۲۲ سپتامبر ۱۷۹۱ در دهکده‌ی نیووینگتون سوری متولد شد که امروز به‌عنوان بخشی از جنوب لندن شناخته می‌شود. پدرش آهنگری بود که از شمال انگلستان به آن منطقه مهاجرت کرد. مادر مایکل خانه‌دار بود و در دوران دشوار کودکی او، پشتیبانی قابل‌توجهی از پسرش داشت. پدر خانواده عموما بیمار بود و توانایی تأمین نیازهای همسر و فرزندان را نداشت. در آن خانواده چهار فرزند زندگی می‌کردند که حتی در تأمین غذا و نیازهای اولیه هم با مشکل روبه‌رو بودند. فارادی بعدا درباره‌ی دوران کودکی گفت که یک قرص نان، تنها غذای هریک از آن‌ها در طول هفته بود.

فارادی از معدود دانشمندانی بود که کودکی بسیار فقیرانه‌ای را تجربه کرد

دانشمند بزرگ بریتانیایی در سال‌های کودکی تنها آموزش‌های اولیه‌ی تحصیلی همچون خواندن، نوشتن و ریاضیات پایه را در مدرسه‌ی کلیسا آموخت. او از همان کودکی با تحویل روزنامه امرار معاش می‌کرد و در ۱۴ سالگی به‌عنوان یک کارآموز صحافی کتاب تبدیل شد. مایکل هم مانند کارآموزهای دیگر از فرصت مطالعه‌ی برخی کتاب‌های صحافی استفاده می‌کرد و مطالعه‌ی نسخه‌ای از دانشنامه‌ی بریتانیکا، بهانه‌ی اولین آشنایی با علم الکتریسیته شد.

فارادی در طول تاریخ به آزمایش‌گرایی و مطالعات تجربی شناخته می‌شود. اولین دستاورد تجربی او، یک ژنراتور الکترواستاتیک بود که با استفاده از بطری‌های کهنه و الوار ساخته شد. پیل ولتایی، دستاورد بعدی فارادی بود که آزمایش‌هایی در حوزه‌ی الکتروشیمی را با آن انجام داد.

آشنایی تاریخ‌ساز با سِر همفری دیوی

یکی از مهم‌ترین فرصت‌های زندگی علمی فارادی در دیدار با همفری دیوی دانشمند بزرگ شیمی ایجاد شد. او فرصت شرکت در برخی کلاس‌های این دانشمند را از طریق یکی از دوستان پیدا کرد و در انجمن سلطنتی علوم لندن حاضر شد. او تقریبا تمامی آموزه‌های دیوی را یادداشت کرد و با قلبی پر از امید برای ورود به دنیای علم، به مغازه‌ی صحافی کتاب رفت. سپس مجموعه‌ای منظم از یادداشت‌هایش به‌همراه نامه‌ای مبنی بر درخواست استخدام به دیوی ارسال کرد، اما با موفقیت روبه‌رو نشد.

فارادی در جوانی

همفری دیوی نامه‌ی فارادی را فراموش نکرد. وقتی یکی از دستیاران او به‌خاطر بیماری به مرخصی رفت، پیشنهاد شغل را برای جوان لندنی ارسال کرد. درنهایت مایکل در آزمایشگاه دیوی یعنی در کنار یکی از بزرگ‌ترین نام‌های علم شیمی در آن سال‌ها، مشغول به کار شد. امروزه بسیاری فارادی را بزرگ‌ترین کشف دیوی می‌نامند.

فارادی در سال ۱۸۱۲ به دیوی ملحق شد. در آن زمان دانشمند بزرگ شیمی در مسیر ایجاد انقلابی در علم مذکور بود. آنتوان لاووازیه از فرانسه سال‌‌ها قبل نامش را به‌عنوان بنیان‌گذار شیمی مدرن ثبت کرده بود. او مفاهیم محدود و اولیه‌ای را به‌عنوان پایه‌های شیمی مدرن مطرح کرده بود که از میان آن‌ها می‌توان به نقش اکسیژن به‌عنوان عنصری حیاتی در شیمی اشاره کرد. لاووازیه ادعا می‌کرد که اکسیژن به‌عنوان عنصری منحصربه‌فرد و پایه‌ی مواد اسیدی شناخته می‌شود.

همفری دیوی با استفاده از جریانی قوی از یک باتری گالوانیکی و تجزبه‌ی اکسید مواد، موفق به کشف سدیم و پتاسیم شده بود. او سپس به تجزیه‌ی هیدروکلریک اسید پرداخت که از قوی‌ترین اسیدهای آن زمان به حساب می‌آمد. نتیجه‌ی تجزیه، هیدورژن و گازی سبزرنگ بود که در ترکیب با آب، ماده‌ای اسیدی تولید می‌کرد. او نتیجه گرفت که گاز موجود عنصری منحصربه‌فرد است و نام کلر را به آن اختصاص داد. او همچنین ادعا کرد که در هیدروکلریک اسید، اکسیژن وجود ندارد.

نتایج آزمایش‌های دیوی ادعا می‌کردند که خاصیت اسیدی درنتیجه‌ی وجود عنصری خاص ایجاد نمی‌شود، بلکه شرایط دیگری آن را ایجاد می‌کند. او برای توضیح ابهام ایجادشده، نحوه‌ی شکل‌گیری ساختار مولکول مواد را مرتبط با اسیدیته دانست. در جریان همین تحقیقات، نظریه‌هایی پیرامون ساختار اتم در ذهن دیوی شکل گرفت که بعدها روی دستیارش یعنی فارادی هم تأثیر داشت.

دیاگرام آزمایش چرحش فارادی

راجر جوزف بوسکویچ از نظریه‌پردازان ساختار اتم بود که در قرن ۱‍۸ تعریفی قابل‌توجه از آن ارائه داد. او اعتقاد داشت اتم‌ها نقاطی ریاضیاتی هستند که با میدان‌های متناوب جاذبه و دافعه احاطه شده‌اند. در تعریف او عناصر تنها یک نقطه بودند و ترکیب‌ها از نقطه‌های متعدد ساخته می‌شدند. در نظریه‌ی او، ویژگی‌های شیمیایی مواد تحت تأثیر نحوه‌ی قرارگیری میدان‌های اطراف نقطه‌ها بود. در این نظریه به حداقل نیروی کشش و فشار برای ایجاد تغییر در ساختار عناصر و ترکیب‌ها هم اشاره شده بود که پایه‌های نظریه‌‌های آتی فارادی درباره‌ی الکتریسیته را شکل داد.

فارادی تا پایان دوره‌ی کارآموزی نزد دیوی در سال ۱۸۲۰، شیمی را به بهترین نحو آموخته بود. او همچنین فرصت انجام آزمایش‌های کاربردی شیمی را تا رسیدن به درجه‌ی استادی داشت. به‌علاوه یافته‌های نظری متعددی هم داشت که بعدها در تحقیقات حوزه‌ی شیمی مفید واقع شدند. درواقع از اینجا بود که دستاوردهای علمی بزرگ و تأثیرگذار فارادی در شیمی و فیزیک شروع شدند.

دفتر مطالعه‌ی فارادی در انجمن سلطنتی علوم

اولین دستاوردهای علمی

همان‌طور که در داستان بالا دیدیم، فارادی سال‌های ابتدایی فعالیت علمی خود را در شیمی شروع کرد. اعتبار فارادی به‌عنوان یک شیمی‌دان تحلیلی، چهره‌ای حرفه‌ای برای شهادت دادن در پرونده‌های حقوقی مرتبط به او داده بود. او مشتریان متعددی در این موضوع داشت و از درآمدش برای کمک به انجمن سلطنتی علوم لندن هم استفاده می‌کرد.

اولین دستاورد مهم آزمایشگاهی فارادی در سال ۱۸۲۰ شکل گرفت. او توانست اولین ترکیب پایدار کربن و کلر را تولید کند. ترکیب مذکور با جایگزینی کلر به‌جای هیدروژن در اتیلن به دست آمدند که اولین واکنش جایگزینی تاریخ هم نام گرفت. دستاورد بزرگ دیگر کشف بنزن بود که در جریان تحقیقات سال ۱۸۲۵ پیرامون گازهای درخشان کسب شد.

کارآموزی در کنار سر همفری دیوی، فارادی را به شیمی‌دانی ماهر بدل کرد

یکی از مهم‌ترین تأثیرات فارادی در تاریخ صنعت، در دهه‌ی ۱۹۲۰ و جریان تحقیقات او پیرامون آلیاژها‌ی فولاد ایجاد شد. دانشمند بریتانیایی در جریان شناخت انواع آلیاژهای موجود از این طلای صنعتی، پایه‌های اولیه‌ی متالورژی علمی و متالوگرافی را شکل داد. پروژه‌ی مهم بعدی، بهبود کیفیت شیشه‌های اپتیکی تلسکوپ بود که از سوی انجمن سلطنتی به فارادی ابلاغ شد. او در جریان این پروژه توانست شیشه‌ای با ضریب شکست بالا تولید کند که در دهه‌های بعد و کشف دیامغناطیس نقشی حیاتی داشت.

هانس کریسشن اورستاد در سال ۱۸۲۰ از کشف میدان مغناطیسی خبر داد. او ادعا می‌کرد که با عبور جریان مستقیم از یک سیم، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می‌شود. آندره ماری آمپر نظریه را پیشرفت داد و نیروی ایجادشده در اطراف سیم را دایره‌ای خواند. او اثر نیرو را به‌صورت یک استوانه‌ی توخالی در اطراف سیم شرح داد. تا پیش از این کشفیات، هیچ نیروی دایره‌‌ای در علم فیزیک مطرح نشده بود و فارادی تأثیرات کشف جدید را بسیار بالا می‌دانست.

سخنرانی فارادی در انجمن سلطنتی علوم

فارادی با بررسی کشفیات دانشمندان قبلی تصور کرد که با ثابت نگه‌داشتن یک قطب مغناطیسی می‌توان آن را به‌صورت دورانی در اطراف یک سیم حامل جریان مستقیم به گردش درآورد. هوش بالا و توانایی‌های آزمایشگاهی او باعث شد تا نمونه‌ای اولیه از دستگاهی برای اثبات این نظریه بسازد. دستگاه مذکور که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کرد، اولین موتور الکتریکی تاریخ بود.

دستاورد بزرگ الکتریکی-مکانیکی، فارادی را به اندیشیدن هرچه بیشتر پیرامون طبیعت الکتریسیته تشویق کرد. او برخلاف دانشمندان زمان خود با تفسیر الکتریسیته به‌عنوان ماده موافق نبود. در آن سال‌ها تصور دانشمندان بر این بود که الکتریسیته در سیم، ماده‌ای است که شبیه به آب در لوله حرکت می‌کند. فارادی در مقابل تعریف‌های مرسوم تصور می‌کرد که الکتریسیته نیرو یا لرزشی است که بر اثر یک کشش در رسانا، به جریان در می‌آید.

فارادی پس از کشف بزرگ در حوزه‌ی دوران الکترومغناطیسی، به آزمایش‌های مرتبط با نور و مغناطیس علاقه‌مند شد. او جریانی از نور پولاریزه را از محلولی عبور داد که یک تجزیه‌ی الکتروشیمیایی در آن در جریان بود. هدف از این آزمایش، تشخیص کشش‌‌های بین مولکولی در محلول بود. فارادی اعتقاد داشت عبور جریان الکتریکی باعث ایجاد چنین تنش‌هایی می‌شود. به‌هرحال آزمایش‌های مذکور موفقیت‌های چندانی برای او به‌همراه نداشتند و در طول دهه‌ی ۱۹۲۰ چندین بار تکرار شدند.

چارلز ویتستون همکار بزرگ بعدی در زندگی فارادی بود که از سال ۱۸۳۱ با او وارد همکاری شد. آن‌ها روی نظریه‌ی صوت به‌عنوان یکی دیگر از پدیده‌های لرزشی تحقیقات انجام می‌دادند. آزمایش روی نظریه‌ی صوت، هیجان زیادی را در فارادی به‌همراه داشت و نظریه‌ی ایجاد اثر استاتیکی بر اثر نیروی دینامیکی را تقویت می‌کرد. همین نظریه، تصور فارادی از جربان الکتریسیته در سیم را تقویت می‌کرد. پدیده‌ی مهم دیگر، اثر آکوستیک صدا روی اجسام مجاور بود که باز هم روی نظریه‌های انقلابی فارادی تأثیر گذاشت.

دیاگرام آزمایش حلقه‌ی مایکل فارادی

یکی از مهم‌ترین آزمایش‌های فارادی در حوزه‌ی الکتریسیته در ۲۹ اوت سال ۱۸۳۱ رخ داد. او یک حلقه‌ی ضخیم آهنی را از یک سو با سیم عایق متصل به باتری و از سوی دیگر با سیم متصل به گاوانومتر پوشاند. فارادی انتظار داشت که با بسته شدن مدار باتری، یک موج ایجاد شده و اثر آن روی گالوانومتر دیده شود. پس از بسته شدن مدار، انتظار او رخ داد و سوزن گالوانومتر به بالا پرید. درنتیجه با ایجاد جریان در اولین سیم‌پیچ، جریانی در سیم‌پیچ دوم القا شده بود.

القای الکترومغناطیسی موضوع اصلی اکثر آزمایش‌های فارادی بود

فارادی در ادامه‌ی آزمایش القایی خود نتیجه‌ی قابل‌توجهی کسب کرد. او پس از باز کردن مدار متوجه حرکت سوزن گالوانومتر در جریان عکس شد. درواقع قطع کردن جریان هم نوعی جریان القایی ایجاد کرده بود که برابر و در جهت مخالف جریان اولیه بود. پدیده‌ی جدید فارادی را بر آن داشت تا مفهوم جدیدی در الکتریسیته مطرح کند و حالتی «الکترونیکی» ذرات موجود در سیم، به‌عنوان حالتی از تنش معرفی شد. فارادی درنهایت جریان را نتیجه‌ی ایجاد یا از بین رفتن حالت تنش مذکور خواند. به‌هرحال با‌اینکه او نتوانست توضیحی تجربی برای فاز الکترونیکی مطرح کند، هیچ‌گاه از نظریه‌های مرتبط عقب‌نشینی نکرد و سهم عمده‌ای از فعالیت‌های بعدی‌اش، وابسته به همین آزمایش بود.

آزمایش‌ها در جهت کشف هرچه بیشتر ماهیت جریان القایی در سال ۱۸۳۱ و تا پاییز ادامه پیدا کردند. آزمایش اصلی او شامل یک آهن‌ربای الکتریکی قوی بود که با سیم‌پیچ تولید شد. فارادی در آزمایش جدید تلاش کرد تا با استفاده از یک آهن‌ربای دائمی، جریان ایجاد کند. او متوجه شد که وقتی یک آهن‌ربای دائمی به داخل و خارج از یک سیم‌پیچ حرکت کند، در آن جریان القا می‌‌کند.

فارادی می‌دانست که آهن‌ربا با خطوط نیرویی احاطه می‌شود و می‌توان با آزمایش‌هایی ساده متشکل از براده‌ی آهن و کاغذ، شکل نیروی آن را نشان داد. او خطوط نیروی اطراف آهن‌ربا را به خطوط تنش در محیط (همان هو) تشبیه کرد و به‌سرعت به قانون تولید جریان الکتریکی با آهن‌ربا دست یافت. قانون مذکور می‌گوید: «اندازه‌ی جریان وابسته به تعداد خط‌های نیرویی است که در واحد زمان توسط ماده‌ی رسانا قطع می‌شوند».

طرح دیسک چرخان فارادی، اولین موتور الکتریکی تاریخ

ادامه‌ی آزمایش‌های فارادی با آهن‌ربا و جریان الکتریسیته، منجر به دستاوردهای مهم دیگر شد. در آزمایش‌های بعدی یک دیسک مسی بین قطب‌های مثبت و منفی یک آهن‌ربا به گردش درآمد که منجر به تولید جریان شد. در این آزمایش لبه‌های دیسک خطوط بیشتری را نسبت به داخل آن قطع می‌کردند و درنتیجه با ایجاد مداری از خارج تا داخل دیسک، جریان دائمی برقرار شد. نتیجه‌ی این آزمایش، ساخت اولین دینام توسط فارادی بود که به‌عنوان نسل اول موتورهای الکتریکی هم شناخته شد.

نظریه‌ی الکتروشیمی

دستاوردهای تجربی فارادی یکی پس از دیگری به جامعه‌ی علمی ارائه می‌شدند. در‌این‌میان هنوز تعریف دقیقی از الکتریسیته وجود نداشت و مفاهیم متعددی از آن مطالعه می‌شد. دانشمندان از خود می‌پرسیدند که آیا همه‌ی شکل‌های الکتریسیته با هم برابر هستند؟ آیا الکتریسیته‌ی تولیدشده توسط مارماهی برقی یا موجودات دیگر، برق تولیدشده توسط ژنراتور ایستای الکتریسیته، مدل تولیدشده در باتری ولتایی و الکتریسیته‌ی حاصل از ژنراتور الکترومغناطیسی همگی با هم مشابه و برابر بودند یا جریان‌های متفاوت و تحت قوانین گوناگون محسوب می‌شدند؟

جعبه‌ی تجهیزات شیمیایی فارادی

فارادی در پاسخ به سؤال‌های بالا اعتقاد داشت که انواع الکتریسیته، جریان نیستند بلکه شکل‌های گوناگونی از یک نیروی واحد محسوب می‌شوند. البته او هیچ اثبات تجربی برای ادعای خود نداشت. فارادی برای درک بهتر نظریه‌ی خود، در سال ۱۸۳۲ تعدادی آزمایش انجام داد تا انواع الکتریسیته را پدیده‌هایی برابر با خصوصیات برابر و تأثیرات برابر نشان دهد. اثر اصلی مورد نظر او، تجزیه‌ی الکتریسیته‌ی عناصر و ترکیب‌ها بود.

الکتریسیته‌ی ولتایی و الکترومغناطیس مشکلاتی از لحاظ بررسی علمی نداشتند. منتهی الکتریسیته‌ی ساکن چالش‌هایی را از لحاظ علمی ایجاد می‌کرد. فارادی با بررسی عمیق‌تر مسئله، دو کشف بزرگ داشت. نتیجه‌ی اول برخلاف باور رایج ادعا می‌کرد که نیروی الکتریسیته در فاصله از مولکول‌های شیمیایی نمی‌توانست عامل تجزیه‌ی آن‌ها شود. درواقع عبور الکتریسیته از محیطی مایع و رسانا، باعث تجزیه‌ی مولکول‌ها می‌شد.

ترکیب الکتریسیته و شیمی، آخرین آزمایش‌های بزرگ فارادی را شکل می‌داد

نتیجه‌گیری دوم آزمایش تجزیه‌ی الکترومغناطیسی فارادی ادعا می‌کرد که مقدار تجزیه به‌صورت کاملا ساده‌ای با مقدار الکتریسیته‌ی جاری از میان یک حلال، رابطه دارد. دستاوردهای دوگانه‌ی آزمایش تجزیه، فارادی را به تدوین مفهوم الکتروشیمی رساند. او ادعا می‌کرد که نیروی الکتریکی مولکول‌های محلول را به حالتی از تنش می‌برد. زمانی‌که نیرو به‌اندازه‌ی کافی زیاد باشد، باعث از بین رفتن میدان بین مولکول‌ها می‌شود و آن‌ها را به میدان‌های مجاور هدایت می‌کند. درنهایت فارادی دو قانون بنیادی برای الکتروشیمی مطرح کرد:

۱- در هر سلول الکترولیتی، مقدار ماده‌ای که روی یکی از الکترودها جمع می‌شود ارتباط مستقیمی با مقدار الکتریسیته‌ی عبورکرده از سلول دارد.

۲- مقدار عناصر گوناگون که بر اثر جریان الکتریسیته تجزیه می‌شوند، با وزن شیمیایی آن‌ها ارتباط دارد.

آزمایشگاه انجمن سلطنتی علوم لندن

آزمایش‌های فارادی در حوزه‌ی الکتروشیمی، زمینه‌ی لازم را برای تحقیقات بیشتر در حوزه‌ی القای الکتریکی استاتیکی فراهم کرد. در آزمایش اول متوجه شدیم که مقدار الکتریسیته‌ی جاری از میان یک محیط رسانا همچون سلول الکترولیتی، مقدار ماده‌ی جمع‌شده در الکترودها را مشخص می‌کرد. درنتیجه شاید بتوان مقدار الکتریسیته‌ی القاشده در یک رسانا را نیز وابسته به ماده‌ی تشکیل‌دهنده‌ی آن دانست. در تعریف ساده، نظریه‌ی فارادی ادعا می‌کرد که هر ماده می‌تواند ظرفیت القایی منحصربه‌فرد داشته باشد. درنهایت نظریه‌ی او اثبات شد و امروز فارادی به‌عنوان کاشف این حقیقت شناخته می‌شود.

فارادی در سال ۱۸۳۹ نظریه‌ی جدید و جامعی درباره‌ی الکتریسیته و تأثیرات آن ارائه کرد. او ادعا کرد که الکتریسیته صرف‌نظر از تعریف نهایی منجر به ایجاد تنش در ماده می‌شود. وقتی تنش‌ها به‌حدی غیرقابل تحمل در ماده برسند، زنجیره‌ای از رخدادها در آن ایجاد می‌شود که به‌صورت یک موج جریان پیدا می‌کند. ماده‌ی موردنظر در این تعاریف، همان ماده‌ی رسانا است. در تعریف فارادی، ماده‌ی عایق به ماده‌ای گفته می‌شود که توانایی تحمل تنش‌های بی‌شمار را دارد و جریان موجی در آن ایجاد نمی‌شود. در چنین موادی، بار الکترواستاتیکی همان مقدار تنش جمع‌شده است.

اتاق استراحت فارادی در انجمن سلطنتی

سال‌های پایانی و مرگ

مایکل فارادی هشت سال تحقیق و آزمایش فشرده را برای بررسی نظریه‌های الکترومغناطیسی خود در پیش گرفت. وضعیت سلامت او در نتیجه‌ی همین فشارها در سال ۱۸۳۹ رو به وخامت رفت و در سال‌های آتی، دستاوردهای خلاقانه‌اش بسیار کمتر شد. او پس از ۶ سال بار دیگر توانست به روند مطالعات بازگردد و برخی از نظریه‌های قدیمی خود را توسعه دهد.

بزرگ‌ترین دانشمند تجربی تاریخ از اولین سال‌های فعالیت علمی به اتحاد نیروهای طبیعت اعتقاد داشت. به‌بیان‌دیگر فارادی می‌گفت همه‌ی نیروهای طبیعت، بروزی از یک نیروی واحد هستند و به‌همین‌دلیل می‌توان آن‌ها را به هم تبدیل کرد. او در سال ۱۸۴۶ سخنرانی‌هایی برگزار کرد و این ایده‌ی خود را روشن‌تر شرح داد.

انجمن سلطنتی علوم لندن در میانه‌ی قرن ۱۹ جلساتی با تمرکز بر بحث و گفت‌وگو پیرامون مسائل علمی انجام می‌داد و فارادی هم با هدف افزایش شهرت و محبوبیت علم، آن‌ها را مدیریت می‌کرد. در یکی از جلسه‌ها که هیچ استادی حضور نداشت، او خودش مبحثی مرتبط با اتم‌ها و میدان‌های بی‌نهایت نیرویی آن‌ها را مطرح کرد. صحبت‌های ابتدایی او بعدها پایه‌های مطالعاتی مکسول را شکل دادند که نظریه‌ی میدان مغناطیسی را براساس آن‌ها تدوین کرد.

مقاله‌های مرتبط:

بیوگرافی ویلیام تامسون مشهور به لرد کلوین، دانشمند بزرگ الکتریسیته و ترمودینامیک

فاز الکترونیکی، موضوع مطالعه و چالش فارادی در سال‌های پایانی عمر علمی بود. او هنوز به وجود چنین حالتی اعتقاد داشت، اما نمی‌توانست ابزار مناسب برای آزمایش و اثبات آن را ارائه کند. مدتی بعد لرد کلوین نامه‌ای به فارادی نوشت و از عقیده‌ی مشابه در بحث تنش‌های داخل ماده صحبت کرد. او آزمایشی دیگر با استفاده از خطوط نیرویی مغناطیسی را به فارادی پیشنهاد داد، چون توانایی تولید نیروهای بیشتری نسبت به نیروی الکترواستاتیکی داشتند.

فارادی با پذیرفتن پیشنهاد کلوین آزمایش جدیدی انجام داد. او جریانی از نور پولاریزه را از یک شیشه‌ی اپتیکی با ضریب شکست بالا عبور داد. سپس یک آهن‌ربای الکتریکی به‌گونه‌ای به آزمایش اضافه شد که خطوط نیرویی آن موازی با جریان نور باشد. این آزمایش نتیجه‌ی مثبتی برای فارادی به‌همراه داشت.

صفحه‌ی پولاریزاسیون نور تابیده‌شده در آزمایش فارادی، دچار چرخش شد که وجود تنش را در مولکول‌های شیشه متصور می‌شد. در ادامه نتیجه‌ی عجیب دیگری مشاهده شد. وقتی جریان نور تابیده‌شده تغییر کرد، چرخش در همان جهت ادامه پیدا کرد. درنتیجه فارادی متوجه شد که تنش در مولکول‌های شیشه وجود ندارد، بلکه خطوط نیروی مغناطیسی آن را ایجاد می‌کنند. درنتیجه جهت چرخش صفحه‌ی پولاریزاسیون فقط به قطبیت خطوط نیرو وابسته بود.

طرح یکی از آزمایش‌های القایی فارادی

کشف آزمایش بالا، فارادی را بیش‌ازپیش به نظریه‌ی اتحاد نیروها علاقه‌مند کرد. او در ادامه‌ی نظریه‌پردازی‌های خود ادعا کرد که همه‌ی مواد در اثر قرار گرفتن در مقابل میدان مغناطیسی، واکنشی از خود نشان می‌دهند. آزمایش‌های بعدی نشان دادند که مواد، واکنش‌هایی متفاوت در میدان‌های مغناطیسی از خود نشان می‌دهند.

کشف دیامغناطیس و آخرین دستاوردها

موادی همچون آهن، نیکل، کبالت و اکسیژن در اثر قرار گرفتن در میدان مغناطیسی به‌شکلی جهت‌گیری می‌کردند که بردار بلندتر کریستال یا ساختار مولکولی آن‌ها به‌صورت موازی با خطوط نیرو قرار می‌گرفت. مواد دیگر جهت‌گیری به‌صورت عمود بر نیروهای میدان شکل می‌دادند. مواد دسته‌ی اول به‌سمت میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر و مواد دسته‌ی دوم به‌سمت مناطق ضعیف‌تر جذب می‌شدند. فارادی دسته‌ی اول را پارامغناطیس و دسته‌ی دوم را دیامغناطیس نامید. او با ادامه‌ی تحقیقات به این نتیجه رسید که مواد پارامغناطیس خطوط مغناطیسی نیرو را بهتر از محیط پیرامون هدایت می‌کنند، درحالی‌که مواد دیامغناطیس رویکرد عکس دارند.

فارادی تا سال ۱۸۵۰ تعریف و چشم‌اندازی جدید از فضا و نیرو ارائه کرده بود. طبق تعریف او، فضا از هیچ، یا مکانی موقتی برای اجسام و نیروها به محیطی با قابلیت پشتیبانی از تنش‌های نیروهای مغناطیسی و الکتریکی تبدیل شد. به‌علاوه انرژی‌های موجود در جهان در ذراتی که نیروها از آن ساطع می‌شدند، محبوس نیستند بلکه در فضای اطراف آن‌ها پیدا می‌شوند. از نتایج نظریه‌های فارادی، مفهومی به‌نام نظریه‌ی میدان مطرح شد که بعدها توسط مکسول به‌شکل ریاضیاتی درآمد.

نظریه‌ی اتحاد نیروها، سنگ بنای تصورات و نظریه‌پردازی‌های اصلی فارادی بود

دانشمند بزرگ فیزیک و شیمی از سال ۱۸۵۵ به‌مرور ذهن پویای خود را از دست داد. البته او آزمایش‌های خود را هنوز ادامه می‌داد. او در یکی از آزمایش‌ها به‌دنبال آثار الکتریکی بلند کردن اجسام سنگین از زمین بود. فارادی براساس نظریه‌ی اتحاد نیروهای خود اعتقاد داشت جاذبه هم مانند مغناطیس قابلیت تبدیل به نیروهای دیگر را دارد و نیروی الکتریسیته هم جزو آن‌ها است. این نظریه با استقبال از سوی انجمن سلطنتی روبه‌رو نشد و آن‌ها مقاله‌های مرتبط فارادی را چاپ نکردند.

فارادی در سال‌های پایانی هرچه بیشتر به آثار پیری مبتلا می‌شد و نظریاتش توسط مجامع علمی پذیرفته نمی‌شدند. ملکه ویکتوریا به پاس خدمات بی‌شمار فارادی در حوزه‌های علمی، ملکی را در منطقه‌ی همپتون و همچنین نشان شوالیه را به او پیشنهاد داد. دانشمند بریتانیایی ملک را پذیرفت، اما نشان شوالیه را رد کرد. فارادی ترجیح می‌داد تا پایان عمر همان آقای فارادی باقی بماند.

دولت بریتانیا در بسیاری از پروژه‌های خود از کمک‌های مایکل فارادی استفاده کرده بود. آن‌ها در پی همین پروژه‌ها از او درخواست کردند تا در توسعه‌ی سلاح‌های شیمیایی برای جنگ کریمه نقش مشاور را ایفا کند، اما مایکل به‌خاطر چالش‌های اخلاقی آن را نپذیرفت. فارادی در ۲۵ اوت ۱۸۶۷ درخانه‌اش از دنیا رفت. قبل از مرگ پیشنهاد دفن در گورستان وست‌مینستر به او داده شده بود که مانند نشان شوالیه، آن را رد کرد. به‌هرحال یک پلاک یادگاری از او در کنار قبر ایزاک نیوتن در گورستان مذکور وجود دارد و پیکرش در گورستان های‌گیت دفن شد.

پلاک یادبود مایکل فارادی در انجمن سلطنتی

فعالیت‌های عام‌المنعه

همان‌طور که گفته شد، فارادی علاوه‌بر تحقیقات و آزمایش‌های علمی پروژه‌های متعدد دولتی و ملی نیز انجام می‌داد. او ارتباط و عضویتی معنادار در انجمن سلطنتی علوم بریتانیای کبیر داشت. فارادی در سال ۱۸۲۴ به عضو رسمی و یک سال بعد به مدیر آزمایشگاه انجمن سلطنتی تبدیل شد. در سال ۱۸۳۳ اولین کرسی استادی فولرین انجمن در حوزه‌ی شیمی به او داده شد و هیچ‌گونه الزامی بر آموزش هم وجود نداشت.

از پروژه‌های متعددی که فارادی برای شرکت‌های خصوصی، مردم انگلستان و دولت بریتانیا انجام داد، می‌توان به بررسی انفجار در معادن زغال سنگ، کارشناسی علمی دادگاه‌های عمومی، کمک به ساخت فانوس‌های دریایی و طراحی بهینه‌ی کشتی‌ها در برابر خوردگی اشاره کرد.

فارادی یکی از فعالان اولیه‌ی علمی بود که امروز به‌عنوان علوم یا مهندسی محیط زیست شناخته می‌شود. او ابتدا آلودگی‌های صنعتی منطقه‌ی سوانزی را بررسی کرد و سپس به‌عنوان مشاور آلودگی هوا در ضرابخانه‌ی سلطنتی انگلستان انتخاب شد. نمایشگاه بزرگ لندن در سال ۱۸۵۱، موضوع همکاری دیگر فارادی در بحث‌های عمومی بود. او به‌عنوان یکی از داوران نمایشگاه مشغول به فعالیت شد.

فارادی نشان شوالیه و همکاری در ساخت سلاح‌های شیمیایی را رد کرد

گالری ملی انگلستان از دیگر سازمان‌هایی بود که از مشورت و همکاری فارادی استفاده می‌کرد. این دانشمند بزرگ روش پا‌ک‌سازی و حفظ آثار هنری را به مدیران گالری آموزش داد. آموزش از دیگر موضوعات خدمات عمومی فارادی بود. او در سال ۱۸۵۴ یک سخنرانی پیرامون موضوع آموزش در انجمن سلطنتی انجام داد و در سال ۱۸۶۲ سخنرانی دیگری با موضوع آموزش عمومی در انگلستان در کمیسیون مدارس عمومی این کشور ارائه کرد.

جوایز و یادگارها

فارادی هم مانند بسیاری دانشمندان تاریخ در طول زندگی خود و پس از آن افتخارات متعددی را دریافت کرد. به‌علاوه نام‌گذاری‌های زیادی هم به افتخار این دانشمند بزرگ عرصه‌ی فیزیک و شیمی انجام شد. در سال ۱۸۳۲ دانشگاه آکسفورد اولین مدرک افتخاری فارادی را تحت عنوان دکترای افتخاری حقوق شهروندی اهدا کرد. او علاوه‌بر رد کردن نشان شوالیه‌ی و آرامگاه گورستان وست‌مینستر، مدیریت انجمن سلطنتی علوم انگلستان را نیز دو بار رد کرد.

در سال ۱۸۳۲ انجمن علوم و هنر آمریکا فارادی را به‌عنوان عضو افتخاری انتخاب کرد. به‌علاوه انجمن‌های سلطنتی سوئد، فرانسه و هلند نیز در سال‌های ۱۸۳۸، ۱۸۴۴ و ۱۸۴۶ این دانشمند انگلیسی را به فهرست اعضای خود افزودند.

از میان مهم‌ترین یادگارهایی که به‌نام فارادی نام‌گذاری شدند، می‌توان به واحد ظرفیت خازنی در واحد SI یعنی فاراد اشاره کرد. از میان مکان‌ها و مجسمه‌ها، مجسمه‌ی بزرگ ساووی در فضای بیرونی انجمن مهندسی و فناوری لندن اشاره کرد. در نزدیکی محل تولد او نیز یادبودی توسط رادنی گوردون طراحی شد که در سال ۱۹۶۱ نصب آن به پایان رسید.

دانشگاه‌های متعددی در سرتاسر جهان به افتخار بزرگ‌ترین دانشمند تجربی تاریخ، ساختمان‌هایی را نام‌گذاری کرده‌اند. از میان آن‌ها می‌توان به ساختمان دپارتمان‌های برق و مهندسی در دانشگاه ساوث بانک لندن اشاره کرد. به‌علاوه تالاری در دانشگاه لافبورو، ساختمانی هشت طبقه در دانشکده‌ی علوم و مهندسی دانشگاه ادینبرا، تالاری در دانشگاه برونل، ساختمان اصلی مهندسی در دانشگاه ساوانا و ساختمان فیزیک دانشگاه نورثرن ایلی‌نوی به‌نام فارادی نام‌گذاری شده‌اند.

علاوه‌بر ساختمان‌ها و دانشکده‌ها، چند جایزه‌ی علمی بزرگ نیز به‌نام فارادی وجود دارند. مدال فارادی IET، مدال مایکل فارادی انجمن سلطنتی علوم لندن، مدال و جایزه‌ی مایکل فارادی انجمن جهانی فیزیک و مدال فارادی انجمن سلطنتی شیمی، برخی از جوایز مذکور هستند.

بیوگرافی جورج وستینگهاوس، مخترع بزرگ آمریکایی و پیش‌گام صنعت الکتریسیته

بررسی سطح مجاز امواج الکترومغناطیسی آنتن‌های مخابراتی در دانشگاه فردوسی

کدام زبان برنامه‌نویسی انرژی کمتری مصرف می‌کند؟

ابداع الگوریتمی برای کاهش زمان اندازه‌‌گیری میدان الکترومغناطیسی دکل‌‌های مخابراتی توسط پژوهشگران کشور

ابررساناها چه زمانی کاربرد خواهند داشت؟