بزرگ ترین کشف من فاراده است

 

مایکل فاراده

«مغناطیس به الکتریسیته تبدیل می شود.»
این خلاصه مطلبی است که مایکل فاراده در سال 1822 بیان کرد.
علت این حکم نامفهوم طرح یکی از مسائل علمی بود که احتیاج به جواب قانع کننده ای داشت. ولی می بایست این موضوع را کنار گذاشت چون فاراده سرگرم حل مسائل عملی بود و سایر دانشمندان جهان نیز در جست و جوی راه حلی برای این مسئله نظری روز بودند. مایکل فاراده به علل زیاد یکی از بزرگ ترین علمای تجربی و کارآزموده عصر خویش بود و مقام شامخی داشت ولی افتخار عمده وقتی نصیبش شد که به دنیا نشان داد که چگونه می توان مغناطیس را به الکتریسیته تبدیل نمود.
مایکل فاراده در 22سپتامبر 1791 در یکی از آبادی های حومه شهر لندن به دنیا آمد. پدرش آهنگری فقیر بود. مایکل چندان معلومات مدرسه ای نداشت و فقط خواندن و نوشتن و حساب را آموخت. در سیزده سالگی مجبور شد مدرسه را ترک کند و به کار توزیع روزنامه در مغازه کتاب فروشی مشغول شد. در عرض یک سالی که به این کار می پرداخت کار مایکل مورد توجه کتاب فروش قرار گرفت و از او در کار صحافی نیز کمک گرفت. او این کار را دوست نمی داشت ولی چون بنا به رسم زمان مجبور بود از استادش اطاعت کند به کارش ادامه داد و هنگام فراغت کتاب هایی را که در دسترس داشت مطالعه می کرد. استاد مهربان، او را به مطالعه و خودتربیتی تشویق کرد.
بعدها فاراده نوشت: «دو کتاب به من کمک شایانی کردند، یکی دایره المعارف بریتانیکا، که اطلاعات مربوط به الکتریسیته را از آن کسب کردم، و دیگری گفتارهای خانم جین مارست، درباره شیمی، و از این کتاب ها مبانی علوم را آموختم.» شاید همین کتاب ها مبانی محکم دانش او را تشکیل می دادند چون فاراده بعدها تمام عمر خودش را صرف تحقیق در شیمی و الکتریسیته کرد. در سال 1810 در چند جلسه سخنرانی درباره فلسفه طبیعی اطلاعاتی کسب کرد. تمام مطالب سخنرانی ها را یادداشت کرد و با مهارتی که در صحافی داشت آن ها را به صورت چند جلد کتاب درآورد. استعداد او در ثبت هر آنچه که می شنید و می دید کمک زیادی به او کرد.
در بیست و یک سالگی شغل صحافی و خدمت استاد را رها کرد و به جست و جوی کار روزمزد پرداخت. ولی از کار جدیدش ناراضی بود چون اربابش شخص سخت گیر و خشنی بود و کارش یکنواخت و ملال آور بود و دنیای علم خیال و اندیشه او را تسخیر کرده بود.
فاراده نامه ای به سر هامفری دیوی، فیزیک دان معروف، که در انجمن سلطنتی بود نوشت. صحاف پیشین می خواست کارش را رها کند و در یکی از آزمایشگاه های علمی مشغول به کار شود. به همراه این نامه مجموعه ای از یادداشت هایی را که از سخنرانی های هامفری تهیه کرده بود برای مصاحبه فرستاد. این مجموعه مسیر زندگی او را عوض کرد و او را برای مصاحبه خواستند. اکنون فاراده می توانست آزمایش هایی را که خودش در زمینه شیمی و الکتروشیمی انجام داده بود به اعضای انجمن شرح دهد. او یادداشت هایی از آزمایش های خود نیز تهیه کرده بود. فاراده یک پیل ولتا ساخته بود و چند ترکیب شیمیایی را تجزیه کرده بود. دیوی تحت تأثیر نبوغ او قرار گرفت و به عنوان دستیار آزمایشگاه انجمن سلطنتی او را به کار گماشت. سال ها بعد سر هامفری دیوی گفت: «بزرگ ترین کشف من وجود فاراده است.»
فاراده در مارس 1913 به کار مشغول شد. هفت ماه بعد، در اکتبر، سر هامفری و خانمش، بانو دیوی، برای گردش علمی در قاره اروپا و ماه عسل مدت دو سال و نیم محل خدمت خود را ترک کردند و فاراده را نیز به عنوان منشی و دستیار آزمایشگاهی با خود بردند. در مدت کمتر از یک سال محیط زندگی و میدان دید آهنگرزاده کاملاً عوض شد. صحاف پیشین به همراه هامفری دیوی در آزمایش ها و سخنرانی ها حاضر می شد و با دانشمندان معروف آشنایی پیدا می کرد. در سال 1815 مسافرت آن ها به پایان رسید و فاراده به محل کار خود در انجمن سلطنتی بازگشت و بقیه عمر پرحاصل خود را در آن جا گذراند و بعد به عنوان رئیس آزمایشگاه ها جانشین دیوی شد.
چند سال فاراده به تحقیقاتی که مورد علاقه دیوی بود پرداخت. او آزمایش های زیادی در شیمی و الکتروشیمی و متالوژی (علم تجزیه فلزات) انجام داد. و نیز به توسعه ساختن لامپ های بی خطر معروف دیوی کمک کرد.
در اثر علاقه و پشتکار، فاراده توانست قوانین الکترولیز را کشف کند که امروز به نام قوانین فاراده معروف است. الکترولیز نام عملی است که الکتریسیته هنگام عبور از مایعی انجام می دهد.
دانشمندان پی برده بودند که آب در اثر عبور الکتریسیته به دو عنصر اکسیژن و هیدروژن تجزیه می شود. سر هامفری دیوی جریان الکتریسیته را از هیدرواکسید پتاسیم گذرانده بود و پتاسیم تهیه کرده بود. فاراده آزمایش های دقیقی انجام داد و نتیجه گرفت که هرگاه مقدار معینی الکتریسیته از ماده ای عبور کند مقدار معینی از آن را به اجزای مرکب تجزیه می کند. با استفاده از این قانون اولین دستگاه اندازه گیری الکتریسیته ساخته شد. جریان الکتریسیته معمولی را از یک ظرف کوچک که دارای دو الکترود نقره ای بود عبور داد. در آخر هر ماه الکترودها را وزن کردند و میزان کاهش وزن آن ها مقدار الکتریسیته مصرف شده را معین می کرد. تصادفاً اصطلاحاتی که در عمل الکترولیز به کار می روند مانند الکترود، آند، کاتد، الکترولیت و یون ها را فاراده نام گذاری کرده است. نکته دیگر امکان تعریف دقیق آمپر بود که واحد جریان الکتریسیته است، آمپر عبارت از مقداری الکتریسیته است که از تجزیه نیترات نقره در هر ثانیه 001118/ 0 گرم نقره بدهد. جالب توجه این که در کنگره امریکا، در سال 1894، لایحه ای گذراندند و تعریف آمپر واحد جریان الکتریکی را هم چنان پذیرفتند.
در صبح یکی از روزهای سرد سال 1821 مایکل فاراده زن خود را از آپارتمان واقع در انجمن سلطنتی به آزمایشگاه خود برد. همان روز کریسمس بود و عروس جوان در این فکر بود که چه هدیه جالبی دریافت خواهد داشت. در حالی که هیجان و خوشحالی وجودش را انباشته بود به آزمایشگاه رسید و دید که هدیه نه تنها برای او است بلکه برای همه مردم دنیا است. برای نخستین بار در اثر جریان الکتریسیته حرکت مداوم مکانیکی ایجاد شده بود. هر موتور الکتریکی اعم از اسباب بازی های برقی یا موتورهای لوکوموتیوهای عظیم برقی همه روی همان اصل فیزیکی که مایکل فاراده آن را کشف کرد کار می کنند و این همان حادثه جالبی است که در آن روز تاریخی کریسمس عرضه شد.
خانم فاراده خوشبخت، آن روز در آزمایشگاه چه دید؟ روی میز ظرفی قرار داشت که تا لبه پر از جیوه بود و یک سر میله آهن ربایی به ته ظرف متصل و سر دیگر میله از جیوه خارج شده بود؛ در روی میله آهن ربا یک میله مسی قرار داشت که انتهای دیگر آن به یک چوب پنبه که روی جیوه غوطه ور بود متصل می شد، میله مسی می توانست آزادانه حول آهن ربا به چرخش درآید، یک سر باتری به انتهای فوقانی و جیوه که به انتهای زیرین میله منتهی می شد متصل می گردید. وقتی که مدار وصل می شد میله مسی دور آهن ربا گردش می کرد. توضیح این عمل همان گونه که امروز می دانیم این است که جریان الکتریسته هنگام عبور از سیم تولید میدان مغناطیسی می کند. عکس العمل این میدان با میدان مغناطیسی آهن ربا و نیرویی که بین آن ها ایجاد می شود سبب می گردد که سیم مسی به دور آهن ربا به سرعت بچرخد. تمام تغییرات لازم را می توان داد و نتیجه را مشاهده کرد. دستگاه را می شود با عوض کردن اتصال باتری یا معکوس کردن قطب مغناطیسی در جهت مخالف به گردش درآورد. فاراده در دستگاه تغییری داد و میله مسی را ثابت نگه داشت و آهن ربا را حرکت داد.
او پی برد که احتیاجی به آهن ربا نیست و ترتیبی داد که از میدان آهن ربایی زمین استفاده کرد و در ساختن موتور خود نیروی آهن ربایی زمین را به کار گرفت. فاراده هادی جریان را در ظرفی از جیوه که با زاویه 40 درجه غوطه ور بود قرار داد. میدان مغناطیسی زمین در آن وقت در لندن برابر با 72 درجه بود، وقتی که جریان برق وصل شد هادی در حول خطوط نیروی مغناطیسی زمین چرخید.
به این ترتیب موتور الکتریکی ایجاد شد. اما مخترعان کنجکاو، این اختراع را عملی نمی دانستند. شاید عدم استقبال از این اختراع بدان جهت بود که عقیده داشتند این کار سبب مصرف زیاد برق و مخارج و ناراحتی های ناشی از نگهداری باتری ها که پیل می نامند خواهد شد ولی عده ای روی نظر او کار می کردند.
فاراده به تدریج مورد تحسین دانشمندان جهان قرار گرفت. تا به حال او را دستیار هامفری دیوی می شناختند ولی با تحقیقات علمی که انجام داد و موفقیت هایی که در زمینه موتورهای الکتریکی کسب کرد مقام او به عنوان دانشمندی ممتاز مشخص شد و به عضویت انجمن سلطنتی انتخاب شد. جالب این که سر هامفری دیوی با انتخاب او مخالفت می ورزید، شاید به علت حسادت بود که می دید دستیارش تا آن حد ترقی کرده است یا به نظرش رسید که شاگرد صحاف دیروزی که اکنون عالم شده شایسته نیل بدان مقام نمی باشد و هنوز برایش زود است.
فاراده ده سال بعد از آن روز کریسمس که اختراع خود را عرضه کرد سرگرم تحقیقات شیمیایی بود ولی هرگز این گفته را فراموش نمی کرد: «مغناطیس را می توان به الکتریسیته تبدیل کرد.» در اکتبر سال 1820 فیزیک دان دانمارکی، هانس کریستیان اورستد، کشف کرد که با عبور جریان برق از یک هادی، نیرویی پدید می آید که عقربه مغناطیسی را از وضع شمال به جنوب منحرف می کند. او دریافت که عبور جریان برق ایجاد میدان مغناطیسی می نماید همین که دنیای دانش به اهمیت این کشف پی برد علما کوشیدند که عکس این عمل را انجام دهند.
الکتریسیته تولید مغناطیس می کند. آیا مغناطیس هم ایجاد الکتریسیته می کند؟ چطور؟
امروزه برای ما مشکل است قبول کنیم که واقعاً چند سال طول کشید تا فاراده به این سوال پاسخ داد. بعد از چند آزمایش بی نتیجه، بالاخره در 17 اکتبر سال 1831 جواب درست به دست آمد.
اصل القای الکتریسیته چنین به دست آمد: دور یک استوانه مقوایی سیم مسی به طول 66 متر پیچید و بین لایه های سیم پارچه قرار داد و دوباره سیم پیچید و انتهای سیم را به گالوانومتری بست که عبور جریان الکتریسیته را نشان می داد. سپس یک آهن ربا را در داخل استوانه قرار داد و دید که گالوانومتر عبور جریان الکتریسیته را نشان داد آن گاه آهن ربا را بیرون آورد و دید که گالوانومتر در جهت مخالف حرکت کرد. وقتی که آهن ربا ثابت بود جریانی مشاهده نمی شد. این بار طور دیگری عمل کرد یعنی سیم پیچ را حرکت داد و آهن ربا را ثابت نگه داشت و باز هم موفق شد. یعنی چنین نتیجه گرفت که حرکت نسبی بین هادی و آهن ربا سبب تبدیل مغناطیس به الکتریسیته می گردد. فاراده به زودی وسیله ای ترتیب داد که بتوان حرکت را مداوم کرده ولتاژ القایی مداوم به دست آورد. او یک صفحه مسی به قطر 3/ 0 متر و به ضخامت 635 /0 سانتی متر را روی یک محور برنجی نصب کرد و صفحه را بین دو قطب یک آهن ربای قوی که در انجمن سلطنتی بود قرار داد. قطعه مسی را طوری قرار داد که با قطعه مس متحرک در تماس بود و یک جاروبک مسی دیگر با محور تماس داشت. جاروبک های مسی به گالوانومتر متصل شده بودند وقتی که صفحه شروع به گردش کرد، بلافاصله عقربه گالوانومتر منحرف شد و وجود الکتریسیته را نشان داد. یک ژنراتور (مولد) ساده الکتریکی مبنای تمام دیناموهای بزرگ امروز می باشد.
در نوامبر 1831 فاراده اختراع خودش را به انجمن سلطنتی شرح داد. هنگامی که قوانین الکتریسیته القایی را توضیح می داد از قوانین خطوط مغناطیسی و مدارهای آن ها استفاده کرد. قانون او یعنی نیروی الکتریسیته القایی بستگی به تعداد خطوط مغناطیسی ای که هر ثانیه با سیم قطع می شود دارد؛ و مبنای نظریه ها و کاربردهای الکتریکی تا امروز می شد.
فاراده برای گسترش اختراع خود، به منظور استفاده تجاری، فعالیتی نکرد؛ او فقط به تحقیقات علمی علاقه مند بود. هنگامی که مسئله اصلی و اساسی را حل کرد آن را رها نمود و به تحقیقات دیگر مشغول شد.
از سال 1831 تا روز مرگش، یعنی 26 اوت 1867، به تحقیقات علمی خود مشغول بود به جز چند سالی بین سال های 1841 تا 1845 که به علت ابتلا به بیماری ناشی از مسمومیت جیوه مریض شد و آن هم به سبب کار زیاد در آزمایشگاه ها بود. هرکدام از سایر مطالعاتی که فاراده کرده کافی بود تا او را از در زمره نوابغ علمی درآورد. او این حقیقت را بیان کرد که نور در طبیعت به صورت الکترومغناطیسی است که با انحراف نور پلاریزه به وسیله آهن ربا می توان آن را ثابت کرد.
مایکل فاراده، موجد موتور الکتریکی و ژنراتور (مولد) برق، نابغه از خود گذشته و بی تکبری بود. تمام صنعت الکتریسیته بر روی دوش این غول قرار دارد. نام او به یکی از مهم ترین واحدهای اندازه گیری الکتریسیته، فاراد، اطلاق شده و جاویدان گشته است.
منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی