1791. szeptember 22-én született Michael Faraday angol kémikus és kísérleti fizikus, az elektromos mező fogalmának megalkotója.
Michael Faraday nagyon szegény családból származott, mégis a történelem egyik legnagyobb tudósa lett. Elsőként állított elő mágneses térrel elektromos áramot, megalkotta az első elektromotort és áramgenerátort, kimutatta az elektromosság és a kémiai kötések kapcsolatát, felfedezte a mágnesség hatását a fényre, és felfedezte a diamágnességet, bizonyos anyagoknak az erős mágneses terekben mutatott különleges viselkedését. Az ő kísérleteire és részben elméleti eredményeire alapozta klasszikus elektromágneses térelméletét James Clerk Maxwell.
Faraday apja kovácsmester volt, aki munkát keresve vándorolt Észak-Angliából London környékére. A négygyermekes család szegénységben élt. A kis keresztény Sandeman-felekezethez tartoztak, s Faraday egész élete során hű maradt ehhez a közösséghez, amely igen nagy hatással volt szellemiségére. Írni, olvasni, számolni a vasárnapi egyházi iskolában tanult meg. Már gyermekkorában dolgozott, újságkihordó volt egy könyvkereskedő és könyvkötő mellett, majd 14 éves korától ugyanitt könyvkötőtanonc. Rendszeresen olvasta a kötésre hozott könyveket, különösen megragadta az Encyclopaedia Britannica elektromosságról szóló cikke. Mindenféle kacatokból elektrosztatikus generátort épített, és elektrokémiai kísérleteket is végzett.
Faraday tanulóévei
Londonban alkalma nyílt meghallgatni Sir Humphry Davy kémiai előadásait. Faraday 1812-től 1820-ig tanult Davy mellett. Ezalatt mindenkinél képzettebb vegyésszé vált. Nagy gyakorlatot szerzett a kémiai analízisben és a laboratóriumi technikákban, kialakultak elméleti nézetei. Felfedezések sorával lepte meg a tudományos világot.
Kémiai analitikusként bírósági szakértő volt; olyan ügyfélkört alakított ki, hogy a díjakból a Royal Institution támogatására is jutott. 1820-ban elsőként állított elő szén-klór vegyületeket (C2Cl6-ot és C2Cl4-et) oly módon, hogy az etiléngázban a hidrogént klórral helyettesítette; ezek voltak az első helyettesítési reakciók. 1825-ben izolálta és írta le a benzolt. Acélötvözetek vizsgálataival sokban hozzájárult a metallurgia és metallográfia tudományának megalapozásához. A londoni Royal Society megbízásából a teleszkópokban alkalmazott optikai üveg minőségének javításán fáradozott, rendkívül nagy törésmutatójú üveget állított elő, ez vezette el 1845-ben a diamágnesség felfedezéséhez. 1821-ben megnősült, a Royal Institution állandó munkatársa lett, és megkezdte a fizikát forradalmasító kutatásait, az elektromos és mágneses jelenségek vizsgálatát.
H. C. Ørsted 1820-ban felfedezte, hogy egy huzalon átfolyó áram mágneses teret kelt a huzal környezetében. André-Marie Ampère megmutatta, hogy a huzal körül henger alakú mágneses tér alakul ki. Ilyen körkörös erőt korábban nem észleltek. Faraday ismerte fel elsőként ennek következményeit: sikerült megépítenie az első elektromotort, olyan szerkezetet, amely az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja át.
Faradayt foglalkoztatni kezdte az elektromosság természete. Kortársai úgy vélték, hogy az elektromosság anyagi fluidum, amely úgy folyik a huzalban, mint a víz a csőben. Velük ellentétben Faraday rezgésnek vagy erőnek képzelte el az áramot, amely valahogyan a vezetőben keltett feszültségek révén továbbítódik. Az 1820-as években megpróbálta kísérletileg igazolni ezt az elképzelést, de próbálkozásai eredménytelenek maradtak.
A hang elmélete
Faraday 1831 tavaszán egy másik rezgési jelenség, a hang elméletével kezdett foglalkozni C. Wheatstone társaságában. Különösen elbűvölték a Chladni-ábrák: ezek a minták a vaslemezre szórt könnyű porban alakulnak ki, ha a lemezt egy hegedűvonóval rezgésbe hozzák. Itt tehát egy dinamikus ok hoz létre statikus hatást, és Faraday meggyőződése szerint ilyesmi megy végbe az áramot vezető huzalban is. Még inkább megragadta az a megfigyelés, hogy a minták úgy is előállíthatók egy lemezen, hogy egy másik lemezt rezgetnek meg a közelében. Ez az akusztikus indukció húzódik meg Faraday leghíresebb kísérlete mögött. 1831. augusztus 29-én egy vastag vasgyűrű egyik oldalára szigetelt huzalt tekercselt, és ezt egy telephez kötötte. A gyűrű másik oldalára tekercselt huzalhoz galvanométert kapcsolt. Arra számított, hogy a telepre kapcsolt áramkör zárásakor „hullám” keletkezik, és ennek a hatására a második áramkörben a galvanométer kitér. Zárta az első áramkört, örömmel és megelégedéssel látta a galvanométer mutatójának kilendülését. Az első, primer tekercs áramot indukált a második, szekunder tekercsben. Az áramkör megszakításakor viszont Faraday meglepetéssel tapasztalta a galvanométer mutatójának ellenkező irányú kimozdulását. Valamiért az áram kikapcsolása is áramot indukált a szekunder körben, ennek a nagysága egyenlő, iránya ellentétes volt az eredeti áraméval. Faraday ennek a jelenségnek az alapján vetette fel a huzalban levő részecskék „elektrotonikus” állapotának a létezését; ezt egyfajta feszültségállapotnak tekintette. Úgy vélte, az áram képes ilyen feszültség létrehozására és megszüntetésére. Ámbár nem talált bizonyítékot az elektrotonikus állapot létezésére, de teljesen sohasem adta fel ezt az elképzelést, s ez kihatott legtöbb későbbi munkájára.
Faraday 1831 őszén megpróbálta meghatározni az indukált áram keletkezésnek módját. Eredeti kísérletében erős elektromágnest használt, ezt a primerköri tekercseléssel hozta létre. Most állandó mágnessel próbált meg áramot létrehozni. Felfedezte, hogy egy állandó mágnes ki-be mozgatásának hatására a tekercsben áram indukálódik. Tudta, hogy a mágneseket körülvevő erők egyszerűen láthatóvá tehetők, ha a föléjük tartott kartonlapra vasport szórunk. Faraday az így láthatóvá tett „erővonalakat” a közeg feszültségének vonalaiként értelmezte, ahol a közeg a mágnest körülvevő levegő. Hamarosan felfedezte a mágnesekkel való áramkeltés törvényét: az áram nagysága a vezető által időegység alatt átmetszett vonalak számától függ. Azonnal felismerte, hogy egy erős mágnes pólusai közé helyezett rézkorong forgatásával – ha a korong peremére és a közepére vezetékeket kötnek – folyamatosan lehet áramot előállítani. A korong széle több erővonalat metsz, mint a belseje, így a peremet a középpel összekötő áramkörben állandó áram keletkezik. Ez volt az első áramgenerátor. Ugyanez a szerkezet az elektromotor közvetlen elődje is, mert csak meg kellett fordítani a helyzetet: a korong a belétáplált elektromos áram hatására forgásba jött.
Ugyanaz az erő
Miközben Faraday ezeket a kísérleteket végezte, és eredményeit a tudományos világ elé tárta, sokan kételkedtek abban, hogy az elektromosság különböző észlelt megjelenései azonosak-e. Az elektromos angolna és más villamos halak által kibocsátott elektromos „folyadék”, a sztatikus elektromos generátor által keltett elektromosság, a galvánelem és az új elektromágneses generátor „folyadéka” vajon ugyanaz-e, vagy ezek különböző törvényeknek engedelmeskedő különböző fluidumok? Faraday meggyőződése szerint nem fluidumok, hanem ugyanannak az erőnek a formái, de elismerte, hogy ezt az azonosságot nem sikerült kísérletileg kielégítően kimutatnia. 1832-ben megkezdett kísérleteitől azt várta: igazolni fogják, hogy különböző elektromosságoknak pontosan azonosak a tulajdonságai, ugyanazokat a hatásokat váltják ki; az alapvető jelenségnek az elektrokémiai bontást tekintette. A problémában elmélyülve két meglepő felfedezésre jutott. A régóta élő feltételezéstől eltérően az elektromos erők nem a távolból hatva okozzák a molekulák felbomlását, hanem az váltja ki, hogy az elektromosság folyékony vezető közegen halad át. A második felfedezés: a bomlás mértéke egyszerű kapcsolatban áll a folyadékon áthaladó elektromosság mennyiségével. Kísérletei alapján fogalmazta meg Faraday az elektrokémia két alaptörvényét. Az elektrolitikus cella elektródjain kiváló anyag mennyisége egyenesen arányos a cellán áthaladó elektromosság mennyiségével. A második törvény szerint egy adott mennyiségű elektromosság hatására kivált különböző elemek mennyiségei úgy aránylanak egymáshoz, mint kémiai egyenértéksúlyaik.
Faraday 1839-re megalkotta az elektromos hatás új, általános elméletét. Az elektromosság, bármi is az, feszültségeket hoz létre az anyagban. A feszültségek erősödése, gyengülése, újabb erősödése hullámszerűen halad előre a közegben, az ilyen anyagok a vezetők. A szigetelők részecskéi rendkívüli menyiségű feszültséget képesek elviselni. A szigetelőben az elektrosztatikus töltés egyszerűen a felhalmozódott feszültség mértéke. Minden elektromos hatás a testekben előidézett feszültségek következménye.
A nyolcévi állandó kísérleti és elméleti munka túlságosan megterhelte Faradayt, 1839-től egészsége megromlott. A következő hat évben kevés alkotó munkát végzett.
A későbbi évek
Faraday kezdettől hitt a természet erőinek egységében. Úgy tartotta, a természetben az összes erő egyetlen univerzális erő megnyilvánulása, épp ezért az erőknek egymásba alakíthatóknak kell lenniük. Egy ismeretterjesztő előadásában fogalmazta meg először, hogy a pontszerű atomokhoz társuló elektromos és mágneses erővonalak tulajdonképpen azt a közeget jelenthetik, amelyben a fényhullámok terjednek. Évekkel később Maxwell erre a feltevésre építette elektromágneses térelméletét.
Az aktív kutatáshoz visszatérő Faradayt 1845-től ismét régi problémája, a feltételezett elektrotonikus állapotok foglalkoztatták. Kísérletei ezúttal sem jártal sikerrel. Ebben az időben egy ifjú skót, William Thomson (a későbbi Lord Kelvin) azt javasolta Faradaynek, hogy inkább a mágneses erővonalakkal kísérletezzék, mert ezek az elektrosztatikus vonalaknál sokkal nagyobb erősségben állíthatók elő. Faraday megfogadta a javaslatot. Az 1820-as években általa kifejlesztett, nagy törésmutatójú optikai üvegen síkpolarizált fényt bocsátott át, majd bekapcsolt egy elektromágnest, amelynek erővonalai párhuzamosak voltak a fénysugárral. A kísérlet sikeres volt. A polarizáció síkja elfordult, ez mutatta, hogy feszültség lépett fel az üveg molekuláiban. Faraday ezúttal is felfigyelt egy váratlan eredményre. A fény irányát megfordítva a rotáció iránya nem változott, ebből helyesen arra következtetett, hogy a feszültség nem az üveg molekuláiban, hanem a mágneses erővonalakban jelentkezik.
Az erők egysége
Ez a felfedezés megerősítette hitét az erők egységében. Merészen továbbhaladt, biztos volt abban, hogy minden anyagnak valamilyen módon reagálnia kell a mágneses térre. Ez igaznak is bizonyult, de váratlan módon. Bizonyos anyagok, például a vas, a nikkel, a kobalt és az oxigén úgy álltak a mágneses térbe, hogy kristály- vagy molekulaszerkezetük hossztengelye párhuzamos volt az erővonalakkal, más anyagok az erővonalakra merőlegesen rendeződtek el. Az első csoport anyagai az erősebb mágneses tér irányába mozogtak, a másik csoport anyagai pedig a kisebb térerő felé mozdultak el. Faraday az első csoportot paramágnesesnek, a másodikat diamágnesesnek nevezte. További vizsgálatok alapján arra jutott, hogy a paramágneses anyagok a környezetüknél jobban, a dimágnesesek rosszabbul vezetik a mágneses erővonalakat. 1850-re Faraday radikálisan új tér- és erőfelfogást alakított ki. A tér nem „semmi”, nem a testek és erők puszta helye, hanem olyan közeg, amely képes az elektromos és mágneses erők hatásainak fenntartására. Az energiák nincsenek azokba a részecskékbe szorítva, melyekből kilépnek, inkább a részecskéket körülvevő térben találhatók meg. Maxwell később elismerte, hogy saját, az elektromos és mágneses tereket leíró elméletének alapötletei Faradaytől erednek, ő a klasszikus téregyenletekkel csak matematikai formába öntötte Faraday elképzeléseit.
Az 1850-es évek közepén Faraday elméje hanyatlani kezdett, de a tudós időnként még végzett kísérleteket. Egyik kísérletében olyan elektromos hatást keresett, amely képes nehéz súlyt felemelni. Úgy vélte, hogy a gravitáció a mágnességhez hasonlóan átalakítható más erővé, leginkább elektromos erővé. Várakozásai ezúttal nem teljesültek, a Royal Society visszautasította negatív eredményeinek közlését. Faradayn egyre inkább aggkori gyengeség vett erőt. Viktória királynő a tudománynak szentelt élete jutalmául egy házat adott neki használatra Hampton Courtban, a lovagi címet is felajánlotta. Faraday a házat hálásan elfogadta, de a lovagi rangot visszautasította, mint mondta, élete végéig egyszerűen Mr. Faraday szeretne maradni.
Faraday egészségi állapota az 1840-es évek elején azonban romlani kezdett, ezért egyre kevesebb kutatást végzett. 1867. augusztus 25-én halt meg Hampton Court-ban.
