Ранние годы
Майкл Фарадей происходил из йоркширской семьи, которая во главе с отцом, кузнецом Джемсом Фарадеем, еще до рождения Майкла переехала в графство близ Лондона. Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в местечке, известном под названием Ньюингтонские полигоны. Под полигоном обычно имеют в виду территорию, используемую для упражнений в стрельбе, и Ньюингтонские полигоны первоначально действительно предназначались для тренировки лучников. В то время это была провинциальная деревушка.
Переезд Джемса Фарадея с семьей из Йоркшира в район Лондона, по-видимому, связан с промышленным переворотом, который происходил в Англии примерно с середины восемнадцатого до середины девятнадцатого столетия и привел к перемещению значительной части сельского населения в большие города, где было легче найти работу. Промышленные перевороты затронули, конечно, и другие страны, но там они начались позже, чем в Великобритании.
Материальное положение семьи Фарадея было довольно стесненным. В 1801 году, когда продукты питания были исключительно дорогими, Майкл Фарадей, в то время девятилетний мальчик, обходился одним караваем хлеба в неделю.
Он был воспитан в духе раннего христианства, основным принципам которого он старался сохранить верность всю жизнь. Его раннее воспитание и начальное образование носили довольно элементарный характер. О своем начальном образовании Фарадей рассказывает так:
Мое образование было самым заурядным и включало в себя начальные навыки чтения, письма и арифметики, полученные в обычной дневной школе. Свободное время проводил дома и на улице. (Фарадей)
Когда Фарадею было около двенадцати лет, он поступил на работу посыльным в книжный магазин, принадлежащий мистеру Джорджу Рибо. В обязанности Фарадея входило разносить газеты, которые доставлял клиентам его хозяин. Работа в качестве мальчика-рассыльного или газетчика всегда связывалась в Англии тех дней с определенной классовой принадлежностью. В Северной Америке ощущается контраст в этом смысле по сравнению с Англией. Любой американец считает, что карьера мальчика-газетчика - почти необходимая ступенька на пути к креслу президента Соединенных Штатов Америки или премьер-министра Канады.
Позже, работая подмастерьем переплетчика в том же магазине, Фарадей имел возможность (которой при других обстоятельствах могло и не быть) просматривать и читать научные книги. Когда Фарадею было около девятнадцати лет, некий мистер Дэне, посещавший книжный магазин, дал ему билеты на цикл лекций, которые должен был прочесть в Лондоне сэр Хэмфри Дэви. Если и бывает поворотный пункт в жизни человека, то именно посещение этих лекций явилось таковым для Фарадея. Хэмфри Дэви был блестящим профессором химии Королевского института в Лондоне, и вся научная карьера Фарадея оказалась связанной с Королевским институтом.
Ранние исследования электричества
Электричество в той или иной форме было известно уже несколько столетий, и люди даже научились запасать сравнительно небольшие количества электричества в устройствах, названных лейденскими банками. Сейчас такие устройства, состоящие из двух кусков металла (или металлической фольги), расположенных неподалеку друг от друга, называются конденсаторами. Заряженный конденсатор можно разрядить, приложив кусок провода к двум металлическим пластинам. При этом возникает яркая искра. Если кто-нибудь окажется настолько неосторожным, что попытается схватить заряженный конденсатор, он может получить опасный электрический удар. Электрические конденсаторы чрезвычайно важны и по сей день:
- с их помощью, например, можно получить очень большие по величине, но кратковременные импульсы тока, медленно (в течение нескольких минут) заряжая батарею конденсаторов, а затем разряжая их за доли секунды. Такие непродолжительные, но очень большие по величине электрические токи можно использовать для создания сильных магнитных полей, нужных экспериментатору, но аппаратура, предназначенная для выяснения того, что происходит за эти короткие промежутки времени, очень громоздка.
- от конденсатора можно получить только то количество электричества, вторым его зарядили, и уже во времена Дэви считали весьма скучным делом заряжать конденсаторы, разряд которых происходит мгновенно.
И для множества практических целей, и для того, чтобы иметь возможность продвигаться вперед в изучении электричества, крайне необходимо было устройство, которое могло служить стабильным источником электрического тока в течение достаточно продолжительного времени. Это типичная ситуация, возникающая при разработке любого нового физического принципа или открытия.
Например, на раннем этапе работ по сжижению газов был построен небольшой прибор, с помощью которого, удалось получить несколько нестабильных, тут же испаряющихся капель жидкого кислорода. И все же эта стадия работы над открытием была жизненно необходимой, поскольку она подтверждала, что вещь может быть сделана. Однако, как заметил кто-то позднее, нельзя было успокаиваться до тех пор, пока в распоряжении экспериментатора не оказался хотя бы литр жидкого кислорода, спокойно кипящего в сосуде.
И действительно, часто очень важные научные эксперименты, открывающие какие-либо новые закономерности, выполняются с помощью подсобного оборудования и приборов из веревочек и сургуча.
Важный шаг вперед на пути к стабильным источникам электричества сделал Алессандро Вольта, который около 1800 года изготовил первые «вольтовы элементы», или батареи. Когда два различных металла приводят в соприкосновение, возникает разность электрических потенциалов (называемая вольтовой или контактной), но с помощью такого устройства еще невозможно поддерживать электрический ток.
Если же погрузить два различных металла в специально приготовленный проводящий раствор (электролит), получится элемент, в котором начнется химическая реакция между электродами и электролитом и который даст стабильный электрический ток в течение продолжительного времени. Энергия, обеспечивающая протекание электрического тока, возникает за счет непрерывного химического изменения материала электродов, и эти изменения происходят все время, пока вы потребляете от элемента ток.
Если дать возможность химической реакции протекать безостановочно, то элемент окажется никуда не годным. Для некоторых типов электрохимических элементов, например для автомобильных аккумуляторов, химическая реакция обратима в том смысле, что, после того как вы в течение некоторого времени потребляли от батареи ток, можно заставить химическую реакцию идти в обратном направлении и возвратить элемент в его первоначальное состояние, специально пропуская через него ток в направлении, противоположном первоначальному. Именно так аккумуляторы автомобиля подзаряжаются от автомобильного генератора.
С помощью отдельных элементов можно получить интенсивные источники света и тепла, создавая непрерывный разряд между двумя угольными стержнями. В течение очень многих лет дуговые лампы использовали в театральных прожекторах и в кинопроекторах.