Ви є тут

Майкл Фарадей: шлях у науку. До 225-річчя з дня народження великого англійського вченого


Фарадей Майкл

22 вересня виповнилося 225 років від дня народження великого англійського вченого Майкла Фарадея (22 вересня 1791 – 25 серпня 1867), два відкриття якого лежать в основі електроенергетики: у 1821 він створив прообраз електродвигуна, а в 1831 р. відкрив явище електромагнітної індукції, яке лежить в основі роботи електричних генераторів. Засвоївши погляди Фарадея на природу електромагнітних явищ і використавши результати його дослідів,  Дж.К.Максвелл створив свою теорію електромагнетизму. Фарадей отримав також низку інших видатних наукових результатів, зокрема відкрив і дослідив явища парамагнетизму, діамагнетизму, обертання площини поляризації світла в магнітному полі, відкрив закони електролізу.

Майкл Фарадей навчався лише у початковій школі, де оволодів навичками читання, письма і лічби. Всі інші знання і навички, необхідні для дослідницької роботи в галузі фізики і хімії, він здобув самостійно, використовуючи всі можливості, які перед ним відкривалися.

Слід сказати, що цих можливостей спершу було надзвичайно мало. Майкл Фарадей народився в Лондоні, у сім'ї коваля Джеймса Фарадея, який тяжко працював, щоб заробити на хліб. Дитинство і юність Майкла припали на період Великої Французької революції і наступних європейських війн, у яких брала участь і Англія. Війни негативно впливали на британську економіку, від чого потерпали насамперед незаможні верстви населення, до яких належала і сім'я Фарадея.

 У віці 13 років Майкла віддали учнем у палітурну майстерню при книжковій крамниці, яка належала емігранту-французу Рібо. Перший рік Фарадей проходив випробувальний термін, працюючи рознощиком газет, а далі, згідно з контрактом, укладеним його батьком з Рібо, мав навчатися сім років без оплати – за їжу і житло. Спершу Фарадею було дуже важко, проте він старався, і вже на четвертому році навчання фактично оволодів ремеслом палітурника.

Безумовно, така робота сприяла самоосвіті допитливого хлопчика, який з дитинства приохотився до читання. В ті часи друкарні випускали книги без палітурок (і нерозрізані), а покупці книг самі турбувалися про палітурку. Отже, через руки Фарадея проходили найновіші книги, в тому числі наукові.

Ілюстрація з книги Джейн Марсе Бесіди про хіміюМабуть, вирішальне значення для подальшої долі Майкла мало те, що в 1805 році до його рук потрапила книга видатного популяризатора науки XIX сторіччя Джейн Марсе (Jane Marcet, 1769–1858) "Бесіди про хімію". Ця перша у світі науково-популярна книга мала величезний успіх. За 50 років у Англії вийшло 16 видань цієї книги, у Франції – три, у США – 23, причому загальний тираж склав 160 тисяч примірників. Такий успіх був невипадковим. Книга написана дуже доступно, у формі діалогу викладачки з двома ученицями, з яких одна – серйозна і все розуміє відразу, а друга – легковажна, тож їй матеріал пояснюється докладніше і в більш доступній формі.

Книга складалася з двох томів, що містили 10 і 14 розділів. У першому розділі давалося визначення хімії як науки про прості тіла (тобто, хімічні елементи) і їх взаємодії, наводилася класифікація простих тіл, до яких на початку ХІХ сторіччя відносили світло, тепло і електрику. У другому розділі подавалися описи приладів для дослідження хімічних явищ. У третьому та четвертому розділах ішлося про світло, тепло і теплоємність тіл. П'ятий розділ було присвячено хімічним джерелам струму (гальванічним елементам і батареям). У 6–10 розділах говорилося про властивості і методи отримання простих речовин: кисню, азоту, водню, сірки, фосфору, вуглецю і металів. Другий том починався з розділу, в якому описувалися умови, необхідні для взаємодії між простими речовинами. Далі були розділи, де йшлося про властивості лугів, оксидів металів, кислот, органічних речовин.

Особливо цінним у цьому підручнику було те, що він містив описи дослідів, ілюстровані малюнками автора. В описах наводилися найменші подробиці дослідів, обґрунтовувалась необхідність ретельної їх підготовки, а також містилися застереження щодо можливої небезпеки. Завдяки цьому книга стала дуже популярною як посібник з проведення лекційних дослідів у навчальних закладах. До речі, після книги про хімію Джейн Марсе видала ще 31 науково-популярну книгу, у яких писала про фізику, мінералогію, політичну економію, ботаніку, філологію, географію, історію та ін. Багато її книг є в електронній бібліотеці Internet Archive (https://archive.org/), де з ними може ознайомитися кожний бажаючий.

У 1858 р. у листі до швейцарського фізика Огюста Деляріва Фарадей так описував свої враження від книги Марсе: "Я відчував тоді, що знайшов опору своїм хімічним знанням, і міцно вхопився за неї. Звідси і причина моєї глибокої поваги до пані Марсе. По-перше, вона принесла мені особисто велику радість і зробила справжнє благодіяння, а по-друге, вона зуміла відкрити молодому, неосвіченому, допитливому розуму явища і закони неосяжного світу природничо-наукових знань. Можете уявити моє захоплення, коли я особисто познайомився з пані Марсе. Як часто я згадував минуле і порівнював його з сьогоденням, так часто я думав про свою першу вчительку і завжди вважав обов'язком посилати їй свої праці як вираз подяки. І ці почуття мене ніколи не покинуть".

У тому ж листі Фарадей писав: "Не думайте, будь ласка, що я був глибоким мислителем або відрізнявся раннім розвитком. Я був рухливим хлопчиком з багатою уявою. Вірив настільки ж в "Тисячу і одну ніч", наскільки в "Енциклопедію". Але для мене були важливими факти, і це мене врятувало. Факту я міг довірятися, тоді як кожному твердженню я міг завжди протиставити інше твердження. Тому я перевірив книгу пані Марсе, виконуючи ті прості досліди, на проведення яких мав гроші, після чого переконався, що книга відповідає фактам, наскільки я їх розумів".

Слід зауважити, що вироблену в роки юності звичку спиратися виключно на факти і перевіряти повідомлення інших власними дослідами Фарадей зберіг на все життя, завдяки чому зробив багато відкриттів.

Але займатися дослідами юному учню-палітурнику було дуже складно. Він працював без оплати і мав лише випадкові заробітки за працю в понадурочний час і  вихідні дні. Таким чином, на свої досліди Фарадей міг витрачати буквально копійки. Електричну машину зробив з пляшки. Купивши за кілька пенсів цинкову пластинку і використавши замість мідних пластин пенсові монети, виготовив гальванічну батарею. Хоч батарея була дуже примітивною, але за її допомогою він розклав кілька речовин, був дуже здивований, і згодом зумів придбати матеріали, щоб зробити справжню гальванічну батарею.

У дитинстві у Фарадея з'явилася ще одна хороша звичка. У віці 9 років він почав записувати цікаві відомості в зошити, які потім з'єднав у рукописну книгу під назвою "Філософський збірник різних статей, заміток, подій, пригод і так далі, що відносяться до мистецтв і наук і зібраних з газет, оглядів, журналів і інших творів з метою сприяння задоволенню, самонавчанню, а також підтвердженню і спростуванню теорій, поширених у науковому світі. Склав М. Фарадей від 1800 до 1809 року".

Самоосвіті Фарадея дуже допомогла та обставина, що на початку XIX ст. англійські вчені стали читати платні публічні лекції з різних наук. У 1810 р. Фарадей дізнався з оголошення, що містер Тейтум прочитає у власному будинку курс лекцій з природознавства і що вхідна плата – один шилінг. Господар дозволив Фарадею відвідувати лекції, а гроші дав старший брат Роберт, який уже працював ковалем. З лютого 1810 р. до вересня 1811 р. Фарадей прослухав тринадцять лекцій, які ретельно законспектував.

На цих лекціях Фарадей познайомився і подружився з деякими слухачами, які вирішили утворити гурток із самоосвіти і самовдосконалення. На зібраннях цього гуртка Фарадей розповідав про проведені ним досліди або про прочитані книги, причому члени гуртка обговорювали не лише суть викладеного, але й форму викладу. Товариші ретельно відзначали всі помилки, і Фарадей намагався надалі їх уникати. Згодом для вдосконалення усного мовлення він брав уроки ораторського мистецтва.

З деякими з учасників того гуртка Фарадей зберіг близькі стосунки і переписувався до кінця життя. Найбільше писав він до Б.Еббота (B.Abbott), Р.Філліпса (R.Phillips). Останній згодом став членом Лондонського Королівського товариства. Перші листи до друзів Фарадей писав, прагнучи навчитися письмово викладати свої думки і виробити хороший стиль викладу.

Самоосвіті Фарадея посприяв квартирант господаря – французький емігрант художник Маскер. Майкл прибирав його кімнату і чистив взуття. За це Маскер навчав молодого палітурника креслити й малювати.

Гемфрі ДевіУ 1813 р. член Королівського інституту Вільям Денс (Dance) замовив палітурки для журналів з хімії. Захопившись їх читанням, Фарадей прострочив виконання замовлення, що викликало нарікання замовника. Але коли Денс дізнався про причину затримки і побачив, наскільки серйозно цей палітурник вивчає хімічні журнали, він розчулився і запропонував йому взяти в подарунок одну з книг за власним вибором. Фарадей вибрав книгу одного із засновників електрохімії Гемфрі Деві. Тоді Денс передав йому запрошення на чотири публічні лекції Гемфрі Деві, що і визначило всю подальшу долю Фарадея.

У ті часи Гемфрі Деві був найбільш відомим англійським хіміком. Він одним із перших виконав електроліз води і визначив її як сполуку гідрогену і оксигену. Шляхом електролізу деяких лугів, які тоді вважалися простими речовинами, він відкрив у 1807–1808 рр. кілька металів – калій, натрій, барій, кальцій, магній, стронцій. У 1808–1809 рр. він відкрив і описав електричну дугу. Одним із перших він отримав бор, а також довів, що хлор є простою речовиною, а не оксидом. Деві також визначив роль мінеральних речовин для життєдіяльності рослин і був одним із засновників агрохімії. 8 квітня 1812 р. за наукові досягнення він отримав титул рицаря британської корони, а через два дні одружився з багатою молодою вдовою аристократкою Джейн Ейпріс. Деві також славився публічними лекціями з хімії та агрохімії, які збирали сотні слухачів.

Фарадей згадував: "Коли я був підмайстром, мені пощастило прослухати чотири останні лекції сера Гемфрі Деві... Я зробив короткі записи цих лекцій, а потім гарно їх переписав і проілюстрував такими малюнками, які зумів зробити. Бажання займатися науковою роботою, хоча б найпримітивнішою, спонукало мене, новачка, незнайомого зі світськими правилами, написати листа серу Джозефу Бенксу – президенту Лондонського Королівського товариства. Закономірно було потім дізнатися, що моє прохання залишили без відповіді".

Тим часом, 7 жовтня 1812 року закінчився термін навчання Фарадея. На другий же день він став працювати у палітурній майстерні іншого французького емігранта Деляроша. Новий господар, на відміну від Рібо, був людиною крутою і зарозумілою, працювати у нього незабаром стало зовсім нестерпно. Це спонукало Фарадея діяти рішуче – він написав Деві про бажання зайнятися науковою роботою, додавши на доказ серйозності своїх намірів записи його чотирьох лекцій. Відповідь прийшла негайно – доброзичлива, але негативна. В інституті не було вакансії. Але незабаром, під час одного з дослідів, у лабораторії вибухнула колба, її осколки поранили Деві очі, і деякий час він не міг ні читати, ні писати. Згадавши про палітурника, який цікавиться наукою, Деві вирішив узяти його до себе, до одужання, секретарем, щоб заодно і ближче з ним познайомитися.

Через кілька днів очі Деві загоїлися, і він розпрощався з Фарадеєм. Але за цей час той справив хороше враження на Деві своїми знаннями і старанністю. Коли за кілька тижнів у лабораторії Деві звільнилося місце лаборанта, він запропонував його Фарадею.

У протоколі Королівського інституту від 1 березня 1813 р. є запис: "Сер Гемфрі Деві має честь інформувати директорів, що знайшов людину, яку бажано призначити на посаду... Його ім'я – Майкл Фарадей... Його дані здаються хорошими, його характер активний і бадьорий, а спосіб дій розумний".

Крім роботи, Фарадей отримав квартиру з двох кімнат у будинку інституту. До його обов'язків входило стежити за порядком у лабораторії, подавати Деві всі необхідні йому під час дослідів предмети, приносити в аудиторію для публічних читань всі необхідні речовини і прилади, а потім відносити їх назад.

Завдяки покровительству Деві Фарадей, крім виконання своїх обов'язків, отримав можливість розпочати наукові дослідження. Зокрема, з дозволу Деві він продовжив незавершені тим через небезпеку досліди з хлористим азотом – надзвичайно вибуховою речовиною. Фарадей довів досліди до кінця, хоча під час їх проведення сталися чотири сильні вибухи, при одному з яких йому серйозно поранило пальці однієї руки, а обличчя залишилося неушкодженим завдяки тому, що він працював у скляній масці.

Водночас Фарадей скористався  можливістю слухати лекції і доповіді, які виголошувалися в Королівському інституті, завдяки чому постійно поповнював свої знання. Він також аналізував свої враження від прослуханих лекцій і намагався пояснити собі, чому ці лекції іноді подобалися, а іноді ні. Це допомогло йому виробити належні прийоми читання лекцій, і він згодом славився як чудовий лектор. До речі, в Інтернеті є дуже цікава стаття: Сигер Р. "Михаил Фарадей и искусство чтения лекций" (Успехи физических наук. 1970. Т.100. Вып.1. С.147-162).

Королівський інститут у ЛондоніЧерез кілька місяців після того, як Фарадей почав працювати в Королівському інституті, Гемфрі Деві з дружиною вирушив у подорож  країнами Європи. Він узяв із собою портативну хімічну лабораторію і запропонував Фарадею стати його помічником і секретарем на час подорожі. А коли за кілька днів до поїздки відмовився їхати слуга Деві , той запропонував Фарадею тимчасово – доки не знайде іншого – виконувати і обв'язки слуги.

Під час подорожі Фарадей вів щоденник, до якого заносив усі враження і думки. Щоденник цей дає чітке уявлення про те, як багато дізнався Фарадей за цю подорож. Адже до того він 22 роки прожив у Лондоні, і якщо виїжджав, то не далі 12 миль. А разом з Гемфрі Деві Фарадей побував у Франції, Італії, Швейцарії та  інших країнах.

У Парижі Деві зустрічався і обговорював наукові проблеми з Ж.-Л.Гей-Люссаком, А. фон Гумбольдтом, К.Л.Бертоле та іншими відомими вченими. І не лише обговорював, але й проводив певні дослідження. Зокрема, виконавши аналіз золи морських водоростей, яка містила йод, Деві зробив висновок, що йод – це хімічний елемент, схожий на хлор. З цим висновком Гей-Люссак категорично не погодився, але через два роки, після численних дослідів, визнав правоту Деві.

У Генуї Фарадей допомагав Деві проводити досліди з електричним скатом, метою яких було з'ясувати, чи не викликає електричний розряд ската розкладання води.

 У Флоренції Деві зі своїм помічником провів спалювання алмазу в атмосфері кисню і остаточно довів єдину природу алмазу і графіту. При цьому Деві скористався унікальною за величиною лінзою, що належала великому герцогу Тосканському. За її допомогою Деві разом з Фарадеєм направили промені сонця на алмаз, який лежав у платиновій чашці під скляним ковпаком, заповненим киснем. У Флоренції Фарадей і Деві також оглянули телескоп, виготовлений самим Галілеєм.

 У щоденнику Фарадея є запис: "П'ятниця, 17 червня 1814 р., Мілан. Бачив Вольта, який прийшов до сера Г. Деві: він бадьорий старий, на грудях – червона стрічка, дуже легкий у розмові".

У Женеві Деві і Фарадей познайомилися з лікарем і фізиком Шарлем Делярівом і його сином Огюстом, якому було на той час лише 13 років. Через шість років, улітку 1820 р., Огюст Делярів покаже Франсуа Араго дослід Ерстеда із впливу електричного струму на магнітну стрілку. У вересні Араго покаже цей дослід на засіданні Паризької Академії наук, після чого академіки А.-М.Ампер, Гей-Люссак, Ж.Біо, Ф.Савар та інші розпочнуть дослідження електричних і магнітних явищ.

Важко переоцінити роль цієї поїздки для становлення Фарадея як дослідника. Деві був великим ученим, і допомога йому у проведенні дослідів була чудовою школою для експериментатора, а просто присутність при розмовах великих учених уважному і допитливому юнаку могла замінити купу підручників і ввести його в коло новітніх наукових проблем.

Повернувшись у 1815 році до Лондона, Фарадей знову почав працювати в хімічній лабораторії Королівського інституту. Він брав діяльну участь у підготовці лекцій з хімії та фізики, а також у проведенні різного роду аналізів та інших робіт, що виконувалися в хімічній лабораторії. Йому підвищили платню. У 1816 році в журналі "Quarterly Journal of Science", який видавався Королівським інститутом, вийшла перша друкована праця Фарадея. Це сталося з легкої руки Деві: він доручив Фарадею виконати хімічний аналіз тосканського вапна, зразок якого отримав з Італії, а коли Фарадей надав Деві результати, той віддав їх для публікації в журнал.

Із 1816 по 1820 р. Фарадей виконував різноманітні дослідження з хімії і фізики та публікував їх результати в журналі Королівського інституту. Він завоював серед колег такий авторитет, що в 1819 році йому доручили редагувати цей журнал. У 1820 році він надрукував роботу "Про дві нові сполуки хлору і вуглецю і про нову сполуку йоду, вуглецю і водню". Ця робота мала такий високий рівень, що її зачитали на засіданні Лондонського Королівського товариства і опублікували в журналі товариства "Philosophical Transactions".

Утім, усі ці дослідження, як виявилося згодом, були для Фарадея лише сходинками до головних його наукових звершень, які почалися після 1820 року і відкрили нову епоху в історії фізики і техніки.

Майкл ФарадейГемфрі ДевіКоролівський інститут у ЛондоніІлюстрація з книги Джейн Марсе Бесіди про хімію

В. Миколаєнко

x

Електронний кампус

Інформаційні ресурси

Викладачі КПІ

GitHub репозиторій