معلومة

مايكل فاراداي - التاريخ


كان عالم الكيمياء الإنجليزي المشهور وربما أعظم فيزيائي تجريبي على الإطلاق ، فاراداي أول من عزل البنزين وصنع الكلوروكربونات. كان عمله الرئيسي في مجال الكهرباء. على مدار أربعة عقود ، نشر فاراداي أوراقًا تفصيلية عن عمله في الحث الكهرومغناطيسي ، والتحليل الكهربائي ، وقدرة المغناطيسية على تدوير الضوء المستقطب ، من بين اكتشافات أخرى. ومن المثير للاهتمام ، أن فاراداي كان معروفًا بعدم قبوله للطلاب ، حيث كان يعمل فقط مع مساعد.

مايكل فارادي

مايكل فارادي لم يساهم بشكل مباشر في الرياضيات ، لذا لا ينبغي أن يكون مؤهلاً حقًا لوضع سيرته الذاتية في هذا الأرشيف. ومع ذلك ، كان شخصية رئيسية وكان لعلمه تأثير كبير على عمل أولئك الذين يطورون النظريات الرياضية لدرجة أنه من المناسب تضمينه. نقول المزيد عن هذا أدناه.

كان والد فاراداي ، جيمس فاراداي ، حدادًا جاء من يوركشاير في شمال إنجلترا بينما كانت والدته مارغريت هاستويل ، من شمال إنجلترا أيضًا ، ابنة مزارع. في أوائل عام 1791 ، انتقل جيمس ومارغريت إلى نيوينجتون بوتس ، التي كانت آنذاك قرية خارج لندن ، حيث كان جيمس يأمل أن يكون العمل أكثر وفرة. كان لديهم بالفعل طفلان ، صبي روبرت وفتاة ، قبل أن ينتقلوا إلى نيوينجتون بوتس وولد مايكل بعد بضعة أشهر من انتقالهم.

لم يكن من السهل العثور على عمل وانتقلت العائلة مرة أخرى ، وبقيت في لندن أو حولها. بحلول عام 1795 ، عندما كان مايكل يبلغ من العمر حوالي خمس سنوات ، كانت العائلة تعيش في Jacob's Wells Mews في لندن. كانت لديهم غرف فوق كوخ ، وبحلول هذا الوقت ، ولدت ابنة ثانية. كانت الأوقات صعبة خاصة وأن والد مايكل كان يعاني من حالة صحية سيئة ولم يكن قادرًا على توفير الكثير لعائلته.

كانت العائلة متماسكة بشكل وثيق من خلال إيمان ديني قوي ، كونهم أعضاء في Sandemanians ، وهو شكل من أشكال الكنيسة البروتستانتية التي انفصلت عن كنيسة اسكتلندا. آمن سانديمانيون بالحقيقة الحرفية للكتاب المقدس وحاولوا إعادة خلق الشعور بالحب والمجتمع الذي كان يميز الكنيسة المسيحية الأولى. كان التأثير الديني مهمًا بالنسبة لفارادي لأن النظريات التي طورها لاحقًا في حياته تأثرت بشدة بالإيمان بوحدة العالم.

التحق مايكل بمدرسة نهارية حيث تعلم القراءة والكتابة والعد. عندما كان فاراداي في الثالثة عشرة من عمره ، كان عليه أن يجد عملاً لمساعدة الشؤون المالية للعائلة وكان يعمل في إدارة المهمات لجورج ريباو الذي كان لديه شركة لبيع الكتب. في عام 1805 ، بعد عام كصبي مهمات ، اتخذ ريباو فاراداي كمجلد كتب متدرب. أمضى سبع سنوات في خدمة تدريبه مع Riebau. لم يقم فقط بتجليد الكتب بل قام بقراءتها أيضًا. كتب ريباو رسالة في عام 1813 وصف فيها كيف قضى فاراداي أيامه كمتدرب (انظر على سبيل المثال [4]): -

أسلوب عيشه المعتدل ، نادراً ما يشرب أي شيء آخر غير الماء النقي ، وعندما يقوم بعمله اليومي ، سيجلس في ورشة العمل. إذا كان لدي أي كتاب فضولي من زبائني لربطه بلوحات ، فإنه سيقلد كما يعتقد أنه فريد أو ذكي .

فاراداي نفسه كتب عن هذا الوقت في حياته: -

من 1810 حضر فاراداي محاضرات في منزل جون تاتوم. حضر محاضرات حول العديد من الموضوعات المختلفة ولكنه كان مهتمًا بشكل خاص بتلك المتعلقة بالكهرباء والجلفانية والميكانيكا. في منزل تاتوم ، قام بتكوين صديقين خاصين ، J Huxtable الذي كان طالبًا في الطب ، وبنيامين أبوت الذي كان كاتبًا. في عام 1812 ، حضر فاراداي محاضرات ألقاها همفري ديفي في المعهد الملكي وقام بعمل نسخ دقيقة من الملاحظات التي كان قد سجلها. في الواقع ، ستصبح هذه المحاضرات جواز سفر فاراداي لمهنة علمية.

في عام 1812 ، أجرى مراسلات مع أبوت ، عازمًا على تحسين مهاراته الأدبية. لقد حاول بالفعل ترك تجليد الكتب والطريق الذي جربه كان بالتأكيد طريقًا طموحًا. لقد كتب إلى السير جوزيف بانكس ، رئيس الجمعية الملكية ، يسأل كيف يمكنه المشاركة في العمل العلمي. ربما ليس من المستغرب أنه لم يتلق أي رد. عندما انتهى تدريبه المهني في أكتوبر 1812 ، حصل فاراداي على وظيفة في مجال تجليد الكتب لكنه لا يزال يحاول الدخول في العلوم ومرة ​​أخرى اتخذ طريقًا طموحًا إلى حد ما لشاب لديه القليل من التعليم الرسمي. كتب إلى همفري ديفي ، الذي كان بطله منذ أن حضر محاضراته في الكيمياء ، وأرسل له نسخًا من الملاحظات التي كان قد دونها في محاضرات ديفي. رد ديفي ، على عكس بانكس ، على فاراداي ورتب اجتماعًا. نصح فاراداي بالاستمرار في العمل كمجلد كتب ، قائلاً: -

بعد وقت قصير من المقابلة ، تم إقالة مساعد ديفي بسبب القتال وأرسل ديفي إلى فاراداي ودعاه لملء المنصب الفارغ. في عام 1813 تولى فاراداي المنصب في المؤسسة الملكية.

في أكتوبر 1813 ، انطلق ديفي في جولة علمية في أوروبا وأخذ فاراداي معه كمساعد له وسكرتير. التقى فاراداي بأمبير وعلماء آخرين في باريس. سافروا نحو إيطاليا حيث أمضوا بعض الوقت في جنوة وفلورنسا وروما ونابولي. متجهاً شمالاً مرة أخرى زاروا ميلان حيث التقى فاراداي مع فولتا. كانت الرحلة مهمة بالنسبة لفارادي [4]: ​​-

عند عودته إلى لندن ، عاد فاراداي إلى المعهد الملكي كمساعد. كان عمله هناك يتعلق بشكل أساسي بالتجارب الكيميائية في المختبر. كما بدأ بإلقاء محاضرات حول موضوعات الكيمياء في الجمعية الفلسفية. نشر أول ورقة بحثية له في عام 1816 عن الجير الكاوي من توسكانا.

في عام 1821 ، تزوج فاراداي من سارة بارنارد التي التقى بها أثناء حضوره كنيسة سانديمانيان. تم تعيين فاراداي مشرفًا على المنزل والمختبر في المؤسسة الملكية ومنح غرفًا إضافية لجعل زواجه ممكنًا.

شهد عام 1821 وقتًا مهمًا آخر في أبحاث فاراداي. كان قد عمل بشكل كامل تقريبًا على موضوعات الكيمياء ، لكن الكهرباء كانت إحدى اهتماماته منذ أيامه كمجلِّد للكتب. في عام 1820 ، حقق العديد من العلماء في باريس ، بما في ذلك أراغو وأمبير ، تقدمًا كبيرًا في إقامة علاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. أصبح ديفي مهتمًا وهذا أعطى فاراداي الفرصة للعمل على هذا الموضوع. لقد نشر على بعض الحركات الكهرومغناطيسية الجديدة ، وحول نظرية المغناطيسية في ال المجلة الفصلية للعلوم في أكتوبر 1821. يكتب بيرس ويليامز [1]: -

إن عمل فاراداي في مجال الكهرباء هو ما دفعنا لإضافته إلى هذا الأرشيف. ومع ذلك ، يجب أن نلاحظ أن فاراداي لم يكن بأي حال من الأحوال عالمًا في الرياضيات وأن جميع كتاب سيرته تقريبًا يصفونه بأنه "أمي رياضياً". لم يتعلم أبدًا أي رياضيات وكانت مساهماته في الكهرباء مجرد مساهمة تجريبية. لماذا إذن ندرجه في أرشيف علماء الرياضيات؟ حسنًا ، كان عمل فاراداي هو الذي أدى إلى نظريات رياضية عميقة للكهرباء والمغناطيسية. على وجه الخصوص ، فإن النظريات الرياضية الرائعة حول هذا الموضوع التي طورها ماكسويل لم تكن ممكنة لولا اكتشاف فاراداي لقوانين مختلفة. هذه نقطة أكدها ماكسويل نفسه في عدد من المناسبات.

في السنوات العشر من 1821 إلى 1831 ، أجرى فاراداي مرة أخرى بحثًا في الكيمياء. كان أهم عملين له في الكيمياء خلال تلك الفترة هو تسييل الكلور في عام 1823 وعزل البنزين في عام 1825. بين هذين التاريخين ، في عام 1824 ، تم انتخابه زميلًا في الجمعية الملكية. كان هذا وقتًا صعبًا بالنسبة لفاراداي حيث كان ديفي في ذلك الوقت رئيسًا للجمعية الملكية ولم يستطع رؤية الرجل الذي ما زال يعتقد أنه مساعده يصبح زميلًا. على الرغم من أن ديفي عارض انتخابه ، فقد طغى عليه الزملاء الآخرون. فاراداي لم يحمل الحادثة ضد ديفي أبدًا ، وكان دائمًا يحظى باحترام كبير.

قدم فاراداي سلسلة من ست محاضرات في عيد الميلاد للأطفال في المعهد الملكي في عام 1826. في عام 1831 ، عاد فاراداي إلى عمله في مجال الكهرباء وقام بما يمكن القول أنه أهم اكتشاف له ، ألا وهو الحث الكهرومغناطيسي. كان هذا الاكتشاف عكس ما قام به قبل عشر سنوات. أظهر أن المغناطيس يمكن أن يحفز تيارًا كهربائيًا في السلك. وهكذا كان قادرًا على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية واكتشاف أول دينامو. مرة أخرى ، جعل خطوط القوة مركزية في تفكيره. نشر أول ورقة بحثية له فيما كان سيصبح سلسلة حول ابحاث تجريبية على الكهرباء في عام 1831. قرأ الصحيفة أمام الجمعية الملكية في 24 نوفمبر من ذلك العام.

في عام 1832 بدأ فاراداي في الحصول على مرتبة الشرف لمساهماته الكبيرة في العلوم. في ذلك العام حصل على درجة فخرية من جامعة أكسفورد. في فبراير 1833 ، أصبح أستاذًا فولريانًا للكيمياء في المعهد الملكي. وتبع ذلك تكريم إضافي مثل الميدالية الملكية وميدالية كوبلي ، وكلاهما من الجمعية الملكية. في عام 1836 ، تم تعيينه عضوًا في مجلس الشيوخ بجامعة لندن ، وهو تعيين ولي العهد.

خلال هذه الفترة ، بداية من عام 1833 ، قام فاراداي باكتشافات مهمة في الكيمياء الكهربائية. ذهب للعمل في الكهرباء الساكنة وبحلول عام 1838 [1]: -

تابع سلسلة تجاربه التي أدت به إلى اكتشاف النفاذية المغناطيسية.

بحلول منتصف عام 1850 ، بدأت قدرات فاراداي العقلية في التدهور. في نفس الوقت تقريبًا كان ماكسويل يبني على الأسس التي ابتكرها فاراداي لتطوير نظرية رياضية كانت دائمًا بعيدة المنال بالنسبة لفاراداي. ومع ذلك ، استمر فاراداي في إلقاء محاضرات في المعهد الملكي لكنه رفض عرض رئاسة الجمعية الملكية في عام 1857.

واصل إلقاء محاضرات عيد الميلاد للأطفال. في 1859 - 60 ألقى محاضرات عيد الميلاد حول قوى المادة المختلفة. في عيد الميلاد التالي ألقى محاضرات للأطفال حول التاريخ الكيميائي للشمعة. تم نشر هاتين السلسلتين الأخيرتين من المحاضرات التي ألقاها فاراداي وأصبحتا كلاسيكيات. تستمر محاضرات عيد الميلاد في المعهد الملكي ، التي بدأها فاراداي ، اليوم ولكنها تصل الآن إلى جمهور أكبر بكثير منذ بثها على التلفزيون. لقد شاهدت [EFR] هذه المحاضرات باهتمام كبير على مدار سنوات عديدة. إنها فرحة لأي شخص مهتم كما أنا في "الفهم العام للعلم". أتذكر بشكل خاص محاضرات كارل ساجان حول "الكواكب" ومحاضرات الرياضيات لكريس زيمان وإيان ستيوارت.


التاريخ الكيميائي للشمعة

التاريخ الكيميائي للشمعة كان عنوان سلسلة من ست محاضرات عن كيمياء وفيزياء اللهب ألقاها مايكل فاراداي في المعهد الملكي عام 1848 ، كجزء من سلسلة محاضرات عيد الميلاد للشباب التي أسسها فاراداي عام 1825 وما زالت تُلقى هناك كل عام.

فيديو خارجي
صورة مقربة لشمعة توضح الفتيل وأجزاء اللهب المختلفة: كيف ألقى مايكل فاراداي (1791-1867) ضوءًا جديدًا على الكيمياء الكهربية ، لمحات في الكيمياء ، مؤسسة التراث الكيميائي

وصفت المحاضرات مناطق الاحتراق المختلفة في لهب الشمعة ووجود جزيئات الكربون في منطقة الإنارة. تضمنت العروض التوضيحية إنتاج وفحص خصائص غازات الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون. يتم عرض خلية التحليل الكهربائي ، أولاً في الطلاء الكهربائي للموصلات البلاتينية بواسطة النحاس المذاب ، ثم إنتاج غازات الهيدروجين والأكسجين وإعادة اتحادها لتكوين الماء. تمت دراسة خصائص الماء نفسه ، بما في ذلك تمدده أثناء التجميد (تنفجر الأوعية الحديدية بسبب هذا التمدد) ، والحجم النسبي للبخار الناتج عند تبخر الماء. تم توضيح تقنيات وزن الغازات على الميزان. يتم وصف الضغط الجوي وتوضيح آثاره.

يؤكد فاراداي أن العديد من العروض والتجارب التي أجريت في المحاضرات يمكن أن يقوم بها الأطفال "في المنزل" ويقدم العديد من التعليقات بشأن الاهتمام المناسب بالسلامة.

طُبعت المحاضرات لأول مرة في شكل كتاب عام 1861.

في عام 2016 ، نشر بيل هاماك سلسلة فيديو للمحاضرات تكملها تعليقات وكتاب مصاحب. [1] لا تزال أفكار فاراداي تستخدم كأساس للتعليم المفتوح حول الطاقة في المدارس الابتدائية والثانوية الحديثة [2]

المحاضرة 1: الشمعة: الشعلة - مصادرها - التركيب - التنقل - السطوع

المحاضرة 2: سطوع اللهب - الهواء اللازم للاحتراق - إنتاج الماء

المحاضرة 3: المنتجات: ماء الاحتراق - طبيعة الماء - مركب - هيدروجين

المحاضرة 4: الهيدروجين في الشمعة - يحترق في الماء - الجزء الآخر من الماء - الأكسجين

المحاضرة 5: الأكسجين الموجود في الهواء - طبيعة الجو - خواصه - منتجات أخرى من الشمعة - حمض الكربونيك - خواصه

المحاضرة 6: الكربون أو الفحم - تنفس غاز الفحم وتشبيهه بحرق الشمعة - الخلاصة


1833: تم تسجيل أول تأثير لأشباه الموصلات

يشتهر مايكل فارادي باكتشافه لمبادئ الحث الكهرومغناطيسي والدوران الكهرومغناطيسي ، والتفاعل بين الكهرباء والمغناطيسية التي أدت إلى تطوير المحرك والمولد الكهربائي. سميت وحدة قياس السعة الكهربائية - فاراد (F) - على شرفه.

قاده عمل فاراداي التجريبي في الكيمياء ، والذي تضمن اكتشاف البنزين ، إلى أول ملاحظة موثقة لمادة نسميها الآن أشباه الموصلات. أثناء التحقيق في تأثير درجة الحرارة على & quotsulphurette الفضة & مثل (كبريتيد الفضة) في عام 1833 وجد أن التوصيل الكهربائي يزداد مع زيادة درجة الحرارة. هذا التأثير ، النموذجي لأشباه الموصلات ، هو عكس ذلك الذي تم قياسه في معادن مثل النحاس ، حيث تنخفض الموصلية مع زيادة درجة الحرارة.

في فصل بعنوان & quotOn إجراء السلطة بشكل عام & quot في كتابه الأبحاث التجريبية في الكهرباء ، كتب فاراداي قائلاً: "لقد قابلت مؤخرًا حالة غير عادية. والذي يتناقض بشكل مباشر مع تأثير الحرارة على الأجسام المعدنية. عند وضع المصباح. ارتفعت القوة الموصلة بسرعة مع الحرارة. عند إزالة المصباح والسماح للحرارة بالتساقط انعكست التأثيرات. & quot

نحن نفهم الآن أن رفع درجة حرارة معظم أشباه الموصلات يزيد من كثافة حاملات الشحنة بداخلها وبالتالي يزيد من موصليتها. يستخدم هذا التأثير لصنع الثرمستورات - مقاومات خاصة تظهر انخفاضًا في المقاومة الكهربائية (أو زيادة في الموصلية) مع زيادة في درجة الحرارة.


عمل فاراداي الإضافي في الكهرومغناطيسية والتحليل الكهربائي

ذهب فاراداي لاكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ، وهي عملية إنتاج القوى الدافعة الكهربائية عبر الموصلات بسبب المجالات المغناطيسية. إذا كان هذا يدق الجرس ، فهذه هي الطريقة التي تعمل بها المولدات والمحركات الكهربائية.

اكتشف Hans Christian & Oslash rsted ، في عام 1820 ، أن تمرير تيار كهربائي عبر سلك ينتج مجالًا مغناطيسيًا. تم تعزيز النتائج التي توصل إليها بواسطة Andr & eacute-Marie Amp & eacutere الذي أظهر أن القوة المغناطيسية تبدو أيضًا وكأنها قوة دائرية. أظهر Amp & eacutere ، في الواقع ، أن المجال المغناطيسي يبدو وكأنه يشكل أسطوانة حول السلك. كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اقتراح هذا على الإطلاق.

لقد فهم فاراداي ، بشكل حدسي تقريبًا ، ما يعنيه هذا. وأشار إلى أنه إذا كان من الممكن عزل القطب ، فيجب أن يشكل حركة دائرية باستمرار حول السلك الحامل للتيار. مع وضع هذه الفرضية في الاعتبار ، إلى جانب عبقريته في التجريب ، قرر إثبات ذلك بجهازه الخاص.

حوّل جهازه الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. كان مايكل فاراداي قد ابتكر للتو أول محرك كهربائي في العالم.

عمل فاراداي على تجسيد أفكاره ومعرفته حول الكهرومغناطيسية ، حيث أنشأ شيئًا يسمى حلقة الحث في عام 1831. كان هذا الجهاز في الأساس محولًا يولد الكهرباء في سلك بسبب القوى المغناطيسية من سلك آخر.

كانت رائدة في ذلك الوقت.


بالإضافة إلى ذلك ، يمكن مشاهدة كل محاضرة فيديو مع مسار تعليق بواسطة مؤلفي الكتاب. تشرح هذه التعليقات الخلفية والغرض من كل جانب من جوانب المحاضرات.

وجه مايكل فاراداي محاضراته نحو المبتدئين في العلوم ، وخاصة الشباب. تظل محاضراته اليوم مقدمة ممتازة للطريقة العلمية وتعمل كمدخل إلى العلوم الكيميائية. لهذا السبب يحتوي الكتاب المصاحب على دليل تعليمي مفصل. يحتوي على قسم "الأفكار الكبيرة للكيمياء" ، الذي يحدد الخلفية الكيميائية الأساسية اللازمة لفهم الظواهر التي يلمسها فاراداي في محاضراته. يستخدم هذا القسم تشبيهات بسيطة لمنح الطلاب الأصغر سنًا نقطة دخول لفهم الطبيعة الجسيمية للمادة. يحتوي الدليل على ستة أنشطة ومجموعة واحدة من العروض التوضيحية التي يمكن للمدرسين استخدامها لمساعدة الطلاب على التحقق بأنفسهم من "التاريخ الكيميائي للشمعة". يحتوي كل نشاط على ورقة عمل للطالب متبوعة بدليل المعلم. يمكن للمعلمين والمتعلمين بأنفسهم الحصول على أقسام التدريس والطلاب إما عن طريق تنزيل الكتاب بأكمله ، أو عن طريق تنزيل أوراق عمل الطلاب ودليل التدريس بشكل منفصل. يتم تضمين الأنشطة الخاصة بما يلي:

  • ملاحظات الشمعة يرشد هذا النشاط الطلاب إلى تطوير نظريات وتفسيرات لـ "لماذا" الكامنة وراء الشمعة.
  • التيارات الحرارية والكثافة يقوم الطلاب بقطع دوامة على شكل شجرة عيد الميلاد لدراسة التيارات الحرارية.
  • عمل شعري يدرس الطلاب العملية التي يتسلق بها الشمع المنصهر فتيل الشمعة. يستخدمون الحركة الشعرية لنقل المياه الملونة من دورق إلى آخر ، ودراسة كيفية ارتفاع الماء في ساق من الكرفس ، وتسبب في فتح زهرة ورقية.
  • الجزيئات "لزجة" يتعلم الطلاب عدد قطرات الماء التي يمكن أن تناسب فلسًا واحدًا. يقارنونه بالكحول لمعرفة أي سائل هو "لاصق".
  • التغييرات المادية: تغييرات الدولة يلاحظ الطلاب ويقيسون التغيرات في درجات الحرارة التي تحدث عندما يتحول الماء من مادة صلبة إلى سائلة إلى بخار.
  • التغيرات الكيميائية يستخدم الطلاب صودا الخبز والخل لإحداث تغيير كيميائي. يقارنونه بالتغيرات الجسدية التي لوحظت في النشاط السابق.
  • مظاهرتان لإظهار الضغط الناجم عن الهواء تُظهر هذه المظاهرات للطلاب الضغوط التي يسببها الهواء. أحدهما ينطوي على سحق علبة عن طريق تكثيف البخار والآخر يمتص بيضة في زجاجة.

بحث

عمل متنوع من 1820 إلى 1840

في عام 1821 ، بعد اكتشاف هانز كريستيان أورستد للمغناطيسية الكهربائية ، اكتشف فاراداي الدوران الكهرومغناطيسي ، وهو المبدأ الكامن وراء المحرك الكهربائي. في أوائل عشرينيات القرن التاسع عشر ، قام أيضًا بتسييل الغازات وفي عام 1825 اكتشف ما سُمي لاحقًا بالبنزين.

في أواخر عشرينيات القرن التاسع عشر ، قضى الكثير من وقته في العمل على مشروع لتحسين الزجاج البصري للأميرالية ، لذلك لم يكن حتى عام 1831 قادرًا على العودة إلى أبحاثه حول الكهرباء. بدأ اكتشافه للحث الكهرومغناطيسي في عام 1831 عقدًا رائعًا من العمل. من بين أشياء أخرى ، أعاد كتابة نظرية الكيمياء الكهربائية (صاغ العديد من الكلمات التي لا تزال مستخدمة اليوم مثل القطب الكهربائي والأيون) ووضع قوانين التحليل الكهربائي الخاصة به. في عام 1836 قام ببناء قفص فاراداي ، والذي أظهر أن قياسات الشحنة الكهربائية تعتمد على الحالة الكهربائية للمراقب. قادت هذه الملاحظة فاراداي إلى تطوير نظريته القائلة بأن الكهرباء كانت نتيجة لتباين القوى المغناطيسية بين الجسيمات بدلاً من السائل كما كان يُفترض سابقًا.

أربعينيات القرن التاسع عشر ونظرية المجال

في أربعينيات القرن التاسع عشر ، جادل فاراداي ضد نظريتين رئيسيتين لفيزياء القرن التاسع عشر - كانت تلك المادة قابلة للقسمة في النهاية إلى ذرات كيميائية ، وأن الضوء ينتقل عبر مادة تسمى الأثير. ساعده البحث عن تفسيرات بديلة على اكتشافه للتأثير المغناطيسي البصري وقطر المغناطيسية في عام 1845 وبلغ ذروته في تأسيسه لنظرية المجال الكهرومغناطيسية التي ، عندما قام ويليام طومسون (لاحقًا اللورد كلفن) وجيمس كلارك ماكسويل بالحساب ، أصبحت (و يبقى) أحد الأركان الأساسية للفيزياء.


تذكر فاراداي

يشتهر بالعدد الهائل من الاكتشافات التي قام بها وأهميتها ، لكنه كان متواضعاً أيضًا ، آخذًا إيمانه المسيحي على محمل الجد. من خلال القيام بذلك ، تبرع بجزء من دخله للكنيسة وقضى أيضًا وقتًا في زيارة المرضى.

كان أيضًا شخصية دافئة ، لكن في بعض المناسبات يمكن أن يكون ناريًا. كان عمومًا يحتفظ بمزاجه تحت السيطرة ، ويوجهه إلى عمله حيث يتجلى في مستوى رائع حقًا من الإنتاج. كما كان يتمتع بروح الدعابة. ذات مرة عندما كان يشرح اكتشافًا لجلادستون الذي كان المستشار في ذلك الوقت ، سُئل ، "ولكن بعد كل شيء ، ما الفائدة من ذلك؟" أجاب فاراداي بسرعة قائلاً: "لماذا يا سيدي ، هناك كل الاحتمالات بأنك ستكون قادرًا على فرض ضرائب عليها".

اليوم ، يتم تذكر مايكل فاراداي بشكل مناسب كعالم رائع حقًا. عمل بلا كلل على ما يزيد قليلاً عن مقعد خشبي مع أدوات بدائية ، فتح العديد من القوانين الأساسية لعلوم الكهرباء. كان لديه أيضًا موهبة نادرة وهي العبقرية الحقيقية جنبًا إلى جنب مع القدرة على وصف أفكاره بوضوح وإثارة حماس الآخرين.

من المناسب تسمية وحدة السعة باسمه كإشادة. استخدم مصطلح "فاراد" في البداية من قبل لاتيمر كلارك وتشارلز برايت في عام 1861 كوحدة شحن ، ولاحقًا كوحدة للسعة. ثم اعتمد المؤتمر الدولي للكهربائيين رسمياً الفاراد كوحدة للسعة في مؤتمرهم الذي عقد في باريس عام 1881.

اليوم ، يُذكر مايكل فاراداي باعتباره عبقريًا حقيقيًا - أحد الرواد العظماء في العلوم إلى جانب أمثال نيوتن والعديد من الآخرين - وهو إنجاز حقيقي لشخص لديه القليل من التعليم الرسمي.


محتويات

في عام 1836 ، لاحظ مايكل فاراداي أن الشحنة الزائدة على الموصل المشحون تقع فقط على الجزء الخارجي منه وليس لها أي تأثير على أي شيء محاط به. لإثبات هذه الحقيقة ، قام ببناء غرفة مطلية برقائق معدنية وسمح بتفريغ عالي الجهد من مولد إلكتروستاتيكي لضرب خارج الغرفة. استخدم مكشافًا كهربائيًا لإظهار عدم وجود شحنة كهربائية داخل جدران الغرفة.

على الرغم من أن تأثير القفص يُنسب إلى تجارب سطل الجليد الشهيرة لمايكل فاراداي التي أجريت عام 1843 ، إلا أن بنجامين فرانكلين في عام 1755 هو الذي لاحظ التأثير عن طريق خفض كرة من الفلين معلقة على خيط حريري من خلال فتحة في علبة معدنية مشحونة كهربائيًا. في كلماته ، "لم ينجذب الفلين إلى داخل العلبة كما كان من الممكن أن يكون للخارج ، وعلى الرغم من أنه لامس القاع ، إلا أنه عند سحبها لم يتم العثور عليه مكهربًا (مشحونًا) بتلك اللمسة ، كما لو كان لمس الخارج. الحقيقة فريدة ". اكتشف فرانكلين سلوك ما نشير إليه الآن بقفص فاراداي أو درع (بناءً على تجارب فاراداي اللاحقة التي كررت فلين فرانكلين وعلبة ذلك). [2]

بالإضافة إلى ذلك ، نشر Abbe Nollet في عام 1754 سردًا مبكرًا لتأثير يُعزى إلى تأثير القفص في كتابه. Leçons de physique expérimentale. [3]

التحرير المستمر

درع فاراداي المستمر هو موصل أجوف. تنتج المجالات الكهرومغناطيسية المطبقة خارجيًا أو داخليًا قوى على حاملات الشحنة (عادةً الإلكترونات) داخل الموصل ، يتم إعادة توزيع الشحنات وفقًا لذلك بسبب الحث الكهروستاتيكي. تقلل الشحنات المعاد توزيعها بشكل كبير الجهد داخل السطح ، إلى حدٍ ما اعتمادًا على السعة ، ومع ذلك ، لا يحدث الإلغاء الكامل. [4] [ مطلوب اقتباسات إضافية ]

تحرير الرسوم الداخلية

إذا تم وضع شحنة داخل درع فاراداي غير مؤرض دون لمس الجدران (دعنا نشير إلى كمية الشحنة هذه على أنها + Q) ، يصبح الوجه الداخلي للدرع مشحونًا بـ -Q ، مما يؤدي إلى خطوط المجال التي تنشأ عند الشحن وتمتد إلى الشحنات الداخلية السطح الداخلي للمعدن. تعتمد مسارات خط المجال في هذا الفضاء الداخلي (إلى الشحنات السالبة في نقطة النهاية) على شكل جدران الاحتواء الداخلي. في نفس الوقت يتراكم + Q على الوجه الخارجي للدرع. لا يتأثر انتشار الشحنات على الوجه الخارجي بموضع الشحنة الداخلية داخل العلبة ، بل يتأثر بشكل الوجه الخارجي. لذلك ، بالنسبة لجميع المقاصد والأغراض ، يولد درع فاراداي نفس المجال الكهربائي الساكن من الخارج الذي يمكن أن يولده إذا تم شحن المعدن ببساطة بـ + Q. انظر تجربة فاراداي لدلاء الجليد ، على سبيل المثال ، لمزيد من التفاصيل حول خطوط المجال الكهربائي وفصل الخارج من الداخل. لاحظ أن الموجات الكهرومغناطيسية ليست شحنات ثابتة.

إذا تم تأريض القفص ، فسيتم تحييد الشحنات الزائدة لأن الاتصال الأرضي يخلق رابطة متساوية الجهد بين خارج القفص والبيئة ، لذلك لا يوجد جهد بينهما وبالتالي لا يوجد مجال أيضًا. سيظل الوجه الداخلي والشحنة الداخلية كما هو بحيث يتم الاحتفاظ بالميدان بالداخل.

تحرير الحقول الخارجية

  • Mn – Zn - حديدي ناعم مغناطيسيًا
  • ال - المنيوم ميتاليك
  • النحاس - النحاس المعدني
  • فولاذ 410 - فولاذ مقاوم للصدأ مغناطيسي
  • Fe – Si - فولاذ كهربائي موجه بالحبوب
  • Fe – Ni - برمالوي عالي النفاذية (80٪ نيكل - 20٪ حديد)

إن فعالية تدريع المجال الكهربائي الساكن مستقلة إلى حد كبير عن هندسة المادة الموصلة ، ومع ذلك ، يمكن للمجالات المغناطيسية الثابتة أن تخترق الدرع تمامًا.

في حالة المجالات الكهرومغناطيسية المتغيرة ، كلما كانت الاختلافات أسرع (أي كلما زادت الترددات) ، كانت المادة أفضل في مقاومة اختراق المجال المغناطيسي. في هذه الحالة ، يعتمد التدريع أيضًا على التوصيل الكهربائي ، والخصائص المغناطيسية للمواد الموصلة المستخدمة في الأقفاص ، فضلاً عن سمكها.

يمكن الحصول على فكرة جيدة عن فعالية درع فاراداي من اعتبارات عمق الجلد. مع عمق الجلد ، يكون التيار المتدفق في الغالب في السطح ، ويتحلل بشكل كبير مع العمق عبر المادة. نظرًا لأن درع فاراداي له سمك محدود ، فإن هذا يحدد مدى جودة عمل الدرع ، حيث يمكن للدرع السميك أن يخفف المجالات الكهرومغناطيسية بشكل أفضل ، وبتردد أقل.


    عندما يخطط الباحثون للتدفق ثلاثي الأبعاد لنهر حول رصيف الجسر ، أو للرياح حول جناح طائرة (الصورة أدناه) ، فإنهم يستخدمون يبسط، الخطوط التي تتبع تدفق جزيئات الماء أو الهواء.

مايكل فارادي
تم تقديم خطوط المجال المغناطيسي بواسطة مايكل فاراداي (1791-1867) الذي أطلق عليها اسم "خطوط القوة". كان فاراداي من أعظم المكتشفين في مجال الكهرباء والمغناطيسية ، حيث كان مسؤولاً عن المبادئ التي تعمل بها المولدات والمحولات الكهربائية ، وكذلك عن أسس الكيمياء الكهربائية.

تم تدريب فاراداي ، وهو ابن حداد ، على تجليد الكتب وغالبًا ما كان يقرأ الكتب التي يتم إحضارها لإعادة تجليدها. لحسن الحظ بالنسبة للعلم ، كان أحد هؤلاء هو مجلد الموسوعة البريطانية الذي يحتوي على مقال عن "الكهرباء". دفعه اهتمامه إلى المحاضرات الشعبية التي ألقاها همفري ديفي ، الكيميائي الرائد في بريطانيا ("عاش في مكان / اكتشاف الصوديوم") ، وعندما احتاج ديفي إلى مساعد ، حصل فاراداي على الوظيفة بفضل قوة الملاحظات التي احتفظ بها. محاضرات ديفي. تبع ذلك مسيرة مهنية في الفيزياء والكيمياء ، مع العديد من الإنجازات البارزة.

    ينظر معظم العلماء في الوقت الحاضر إلى خطوط المجال على أنها تجريدات غير ملموسة ، مفيدة فقط لوصف المجالات المغناطيسية. ومع ذلك ، شعر فاراداي أنهم يمثلون أكثر ، وأن الفضاء الذي يحتوي على "خطوط القوة" المغناطيسية لم يعد فارغًا ولكنه اكتسب خصائص فيزيائية معينة. في عام 1846 ، تكهن أن الضوء كان مجرد موجة تنتشر على طول هذه الخطوط - مثل الموجة على حبل مربوط في أحد طرفيه واهتز في الطرف الآخر.

بعد ماكسويل ، نسمي في الوقت الحاضر مساحة تم تعديلها بوجود خطوط مجال مغناطيسي "حقل مغناطيسي": إذا تم وضع قضيب مغناطيسي هناك ، فسيواجه قوى مغناطيسية ، ولكن المجال موجود حتى في حالة عدم وجود مغناطيس. وبالمثل ،"الحقل الكهربائي"هي المساحة التي يمكن فيها استشعار القوى الكهربائية - على سبيل المثال بين الأجسام المعدنية المشحونة (+) و (-) بواسطة بطارية ، كما في الرسم المصاحب لمناقشة الإلكترون.

أظهر ماكسويل أيضًا (ربما يكون أعظم إنجاز له) أن "الموجة الكهرومغناطيسية" ممكنة ، وهو تفاعل سريع بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تنتشر مع سرعة الضوء. اعتقد ماكسويل بشكل صحيح أن الضوء كان في الواقع موجة ، وأنه في الأساس ظاهرة كهرومغناطيسية ، وبهذا مهدت معادلاته الطريق لفهم أعمق بكثير للبصريات ، علم الضوء.

حسب زميل ماكسويل الأصغر ، الألماني هاينريش هيرتز ، في عام 1886 أن الموجات من هذا النوع ستبث بتيار متناوب سريعًا في هوائي قصير. ثم حصل على مثل هذا التيار من شرارة كهربائية (التي تنتج تذبذبًا سريعًا ذهابًا وإيابًا للشحنة الكهربائية) وأظهر "موجاته الهرتزية" بشكل تجريبي. استمر عمله من قبل العلماء في جميع أنحاء العالم - على سبيل المثال. بواسطة الروسي ألكسندر ستيبانوفيتش بوبوف الذي اكتشف حوالي عام 1895 موجات الراديو من البرق (شرارة طبيعية!) ، ومن قبل الإيطالي غوغليمو ماركوني الذي طور في نفس الوقت تقريبًا أول تطبيقات الراديو التجارية.

إن الموجات التي تحمل الراديو والتلفزيون ، والميكروويف ، والأشعة تحت الحمراء ، والضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة جاما كلها أشكال مختلفة من نفس العملية الأساسية التي تصورها ماكسويل ، أي أنها تنتمي جميعها إلى عائلة الموجات الكهرومغناطيسية .

قد يبدو غريباً أن الفضاء الفارغ يمكن تعديله بالتأثيرات الكهربائية والمغناطيسية ، كما يقترح مفهوم المجال. ومع ذلك ، فهو يسمح للفرد بفهم موجات الضوء والراديو ، وكذلك الاحتفاظ بامتداد الحفاظ على الطاقة. عندما يبث جهاز إرسال على مركبة فضائية إشارة راديو ، فإن معظم هذه الإشارة تنتشر في الفضاء ولا تصل أبدًا إلى الأرض. هل فقدت طاقتها؟ لا ، إنه يتواجد الآن في مجال كهرومغناطيسي دائم الانتشار ، مرتبط بموجة الراديو.


شاهد الفيديو: السلسلة الوثائقية. أحلام العظماء - أرخميدس. حلم السلام والمعرفة (شهر نوفمبر 2021).