(Danh nhân) Michael Faraday- Nhà vật lý thiên tài

1. Cuộc đời và sự nghiệp

Michael Faraday sinh ngày 22/9/1791 ở Newington Butts, ngoại ô Luân Đôn, trong một gia đình nghèo có bố làm nghề thợ rèn. Từ nhỏ, Faraday đã tỏ ra thông minh và hiếu học, nhưng phải sớm nghỉ học để phụ giúp gia đình.

Khi đời sống của gia đình càng khó khăn, năm 1804, khi mới 13 tuổi, Faraday đến xin việc tại “Hiệu bán sách và đóng sách Ritô” ở Luân Đôn. Faraday vừa học nghề đóng sách, vừa tự học qua việc đọc sách. Ông đặc biệt chú ý đến các quyển sách về khoa học và còn tự làm thí nghiệm đơn giản để kiểm nghiệm lại những điều khẳng định trong sách. Cứ thế trong thời gian rảnh rỗi, Faraday lại say mê cùng những điều lý thú của khoa học, nhất là lĩnh vực điện năng. Cho đến một ngày, anh thợ đóng sách trẻ Faraday háo hức dự các lớp học buổi tối do Hội Triết học tổ chức để trau dồi kiến thức, bù lại khoảng thời gian không được cắp sách đến trường. Faraday ham học đến nỗi đêm nào cũng đọc sách tới khuya khiến cho nhiều lần ngủ gật trong giờ làm việc.

Năm 1812, Faraday được người chủ hiệu sách tặng cho một tấm vé tham dự buổi thuyết giảng của giáo sư Hóa học Humphry Davy, hội viên Hội Khoa học Hoàng gia Luân Đôn. Faraday sau đó đóng một quyển sách có tên “Ghi chép về buổi diễn thuyết của tước sĩ Humphry Davy” và một bức thư tự tiến cử gửi tới giáo sư Davy. Nội dung ghi chép cùng những kiến giải riêng của Faraday thể hiện trong quyển sách đã khiến giáo sư Davy hết sức ấn tượng.

Bức tranh vẽ của James Gillray về buổi giảng Hóa học tại Học viện hoàng gia của giáo sư Humphry Davy - Ảnh: famousscientists.org

Tháng 10/1812, cuộc đời Faraday đã bước hẳn sang một trang mới khi được nhận làm phụ tá ở phòng thí nghiệm của giáo sư Davy. Dù chỉ nhận được số lương ít ỏi, Faraday vẫn hăng hái với công việc. Faraday không những ghi chép rất chính xác các ý tưởng khoa học của Davy mà còn tham gia đóng góp ý kiến, phân tích các số liệu thực nghiệm, nhận xét các kết luận khái quát của nhà bác học. Faraday được thăng chức trợ lý khoa học vào tháng 3/1813.

Từ năm 1813-1815, trong các chuyến đi đến Pháp, Ý của giáo sư Davy, Faraday đều được đi cùng và có cơ hội gặp gỡ, học hỏi từ nhiều nhà bác học như Ampère, De la Rive... Faraday đã rất chịu khó ghi chép và tích lũy kiến thức trong suốt hành trình.

Lần đầu tiên Faraday viết một luận văn khoa học là vào năm 1816 dưới sự chỉ đạo của giáo sư Davy. Chỉ trong 2 năm sau đó, ông tiếp tục có tới 17 bài luận văn phân tích Hóa học.

Từ năm 1818 đến năm 1823, trong quá trình nghiên cứu để phục chế thép Faraday đã sáng tạo ra phương pháp phân tích kim loại.

Năm 1821, Faraday cưới Sarah Barnard. Mặc dù đã lập gia đình, người phụ tá của giáo sư Davy vẫn cần cù ngày hai buổi tới chuẩn bị bài giảng cho các giáo sư của Hội khoa học Hoàng gia, và nhiều buổi trưa, buổi tối anh vẫn cặm cụi ở lại phòng thí nghiệm đọc nốt một chương sách hay làm nốt một thí nghiệm dở dang.

Năm 1824, Faraday được bầu làm hội viên Hội Khoa học Hoàng gia Luân Đôn và bắt đầu giảng dạy tại Học viện Hoàng gia Anh.

Năm 1825, Faraday bắt tay vào việc nghiên cứu loại khí thể dùng để chiếu sáng cho thành phố Luân Đôn. Loại khí này được đặt tên là khí Clo. Cũng trong năm này, Faraday được giao trách nhiệm chỉ đạo phòng thí nghiệm.

Giai đoạn năm 1830-1839 là thời kỳ mà Faraday đạt được nhiều thành quả khoa học nhất. Ông bắt tay vào việc nghiên cứu vật lý mà cơ bản là phần điện học hiện đại.

Ngày 24/11/1831, Faraday báo cáo trước Học viện Hoàng gia về vấn đề phát hiện cảm ứng của điện từ. Ông vinh dự được mời giữ chức chủ tịch Hội Khoa học Hoàng gia nhưng đã từ chối để chuyên tâm theo đuổi các nghiên cứu khoa học.

Thí nghiệm của Faraday về cảm ứng điện từ năm 1931 - Ảnh: en.wikipedia.org

Năm 1833, Faraday được cử làm giáo sư hóa học ở Học viện Hoàng gia thay thế giáo sư Davy, cũng chính năm này Faraday đưa ra lý thuyết và hiện tượng điện phân, đặt cơ sở lý luận cho các ngành công nghiệp điện - hóa. Ông phát biểu về các định luật định tính, định lượng. Chính các từ: "điện phân", "điện cực", "Ion" là do ông đặt ra.

Năm 1838, Faraday tiếp tục nêu ra hai khái niệm: từ trường điện, đường sức.

Năm 1843, Faraday đưa ra lý thuyết về sự nhiễm điện bằng cảm ứng.

Năm 1844, Faraday được viện Hàn lâm Khoa học Paris công nhận là người kế tục Dalton trong số 8 thành viên nước ngoài của Viện.

Năm 1846, ông khám phá ra rằng năng lượng tĩnh điện được định vị trong các chất điện môi, khám phá này chuẩn bị cho sự xuất hiện lý thyết điện tử của Maxwell sau này. Cùng với khám phá đó, Faraday tìm ra "hằng số điện môi".

Để thưởng công lao cho ông, nữ hoàng Victoria đã tặng ông ngôi nhà ở Hampton Court và phong cho chức Hầu tước, ông chỉ nhận nhà với sự biết ơn, và từ chối tước vị.

Ngoài thời gian dành cho khoa học, Faraday còn là người thầy xuất sắc. Ông có trách nhiệm cao và rất quan tâm đến phương pháp giảng dạy phải thực nghiệm để xây dựng hình tượng trực quan. Cho tới tận ngày nay, Học viện Hoàng gia Anh vẫn duy trì những nguyên tắc giảng dạy mà Faraday đã đề ra bằng kinh nghiệm và lòng tận tâm với công việc của ông.

Faraday giảng dạy tại Học viện Hoàng gia 1856 - Ảnh: en.wikipedia.org

Ngày 20/3/1862 là ngày cuối cùng đánh dấu công việc nghiên cứu của Michael Faraday. Trong cuốn sổ ghi kết quả nghiên cứu của ông người ta đọc được con số thí nghiệm cuối cùng của ông: 16041.

Mùa hè 1867, ông bị điếc và mất trí nhớ, ông qua đời ngày 25/8/1867 thọ 76 tuổi tại Hampton Court. Faraday đã để lại cho nhân loại những phát minh vĩ đại.

2. Thành tựu

Mặc dù Faraday được đào tạo ở trường rất ít và biết ít về toán cao cấp, như phép giải tích, nhưng ông là một trong những nhà khoa học có uy tín trong lịch sử. Các nhà nghiên cứu về lịch sử của khoa học cho rằng ông là người chủ nghĩa thực nghiệm tốt nhất trong lịch sử khoa học. Đơn vị SI của tụ điện, farad, được đặt theo tên của ông, cũng như hằng số Faraday, điện tích trong một đơn vị mole của electron (khoảng 96,485 coulomb). Định luật cảm ứng Faraday nói rằng luồng điện từ thay đổi trong thời gian nhất định tạo ra một lực điện động tỷ lệ.

2.1 Hóa học

Đóng góp sớm nhất của Faraday vào ngành hóa học là khi ông đang làm trợ lý cho Davy. Ông đã tham gia vào nghiên cứu về clo. Faraday cũng đã tiến hành các thí nghiệm về sự khuếch tán của khí. Ngoài ra, ông đã thành công trong việc hóa lỏng một số loại khí, nghiên cứu các hợp kim của thép và sản xuất một số loại thủy tinh mới dành cho mục đích quang học. Một trong những công trình đáng chú ý nhất của Faraday là phát minh ra dạng đầu đốt Bunsen sớm nhất (như chúng ta gọi là ngày nay), ngày nay vẫn được sử dụng trong các phòng thí nghiệm khoa học trên thế giới như một nguồn nhiệt phù hợp nhất. Công việc sâu rộng của ông trong lĩnh vực hóa học có thể được tìm ra từ thực tế là ông đã phát hiện ra chất hóa học benzen, một hợp chất hóa học của carbon và hydro. Faraday cũng phát hiện ra hai hợp chất mới trong clo và carbon. Trong khi một cái được sử dụng trong lựu đạn khói, cái còn lại được sử dụng trong lĩnh vực giặt khô và loại bỏ vết bẩn.Faraday cũng được ghi nhận vì đã khám phá ra các định luật điện phân và để phổ biến các thuật ngữ như cực dương, cực âm, điện cực và ion, mà anh ấy đã nhờ sự giúp đỡ của William Whewell. Người ta nói rằng Faraday lần đầu tiên báo cáo những gì chúng ta biết ngày nay là các hạt nano kim loại. Năm 1847, Faraday đã nghiên cứu rằng tính chất quang học của chất keo vàng khác với các kim loại khối tương ứng, và chính phát hiện này đã đánh dấu sự ra đời của khoa học nano.

2.2 Điện và từ tính

Faraday đã tạo ra một cơn bão trong lĩnh vực điện và từ tính với công việc của mình. Nghiên cứu về điện của ông có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của toán học. Faraday sườn thành công đầu tiên trong lĩnh vực điện đã đến khi ông chế tạo thành công động cơ điện đầu tiên. Các thí nghiệm và phát minh mà ông đã thực hiện sau đó, đã hình thành nên nền tảng của công nghệ điện từ hiện đại. Ông tiếp tục công việc trong phòng thí nghiệm khám phá các tính chất điện từ của vật liệu và phát triển kinh nghiệm cần thiết. Trong nỗ lực tìm hiểu xem liệu từ trường có thể điều chỉnh dòng điện trong một dây liền kề hay không, Faraday đã thiết lập một mạch nhưng anh ta không tìm thấy mối quan hệ nào. Bảy năm tiếp theo của cuộc sống Faraday, được dành riêng cho lĩnh vực thủy tinh chất lượng quang học (nặng), borosilicate của chì, mà ông đã sử dụng trong các nghiên cứu trong tương lai của mình kết nối ánh sáng với từ tính. Hai năm sau cái chết của Humphry Davy, Faraday đã tham gia vào một loạt các thí nghiệm trong đó ông phát hiện ra cảm ứng điện từ. Tuy nhiên, đỉnh cao chỉ đến khi anh ta quấn hai cuộn dây cách điện quanh một vòng sắt và thấy rằng, khi truyền một dòng điện qua một cuộn dây, một dòng điện nhất thời được tạo ra trong cuộn dây kia, một hiện tượng ngày nay được gọi là cảm ứng lẫn nhau . Trong các thí nghiệm sau này, Faraday đã phát hiện ra rằng một từ trường thay đổi tạo ra một điện trường. Mối quan hệ này đã được James Clerk Maxwell sử dụng sau này và ngày nay là một trong bốn phương trình Maxwell. Faraday, sau đó, đã sử dụng các nguyên tắc này để xây dựng máy phát điện, tiền thân của máy phát điện hiện đại. Vào năm 1839, Faraday đã tiến hành một loạt các thí nghiệm để kiểm tra bản chất cơ bản của điện. Để tạo ra hiện tượng thu hút tĩnh điện, điện phân và từ tính, Faraday đã sử dụng "tĩnh", pin và "điện động vật". Khi Faraday nghiên cứu lý thuyết rằng điện từ chảy vào không gian trống xung quanh một dây dẫn, một khái niệm ở cơ sở của cơ điện, nó đã bị từ chối nhưng sau đó đã được chấp thuận. Tuy nhiên, Faraday đã không sống để thấy sự chấp nhận của nó. Đó là vào năm 1845, Faraday đã nghiên cứu một thứ đáng chú ý, nhiều vật liệu cho thấy lực đẩy yếu từ một từ trường mà ông gọi là diamagnetism. Ngoài ra, ông cũng phát hiện ra thực tế rằng mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực tuyến tính có thể được quay bằng ứng dụng của từ trường bên ngoài được sắp xếp theo hướng mà ánh sáng di chuyển. Hiện tượng này ngày nay được gọi là Hiệu ứng Faraday. Trong quá trình nghiên cứu về tĩnh điện, thí nghiệm Faraday, cho thấy điện tích chỉ nằm ở bên ngoài của một dây dẫn tích điện và điện tích bên ngoài không có ảnh hưởng đến bất cứ thứ gì được bao bọc trong một dây dẫn. Điều này là do thực tế là các chi phí bên ngoài được phân phối lại theo cách mà các lĩnh vực bên trong do chúng bị hủy bỏ. Hiệu ứng bảo vệ này được sử dụng trong cái mà ngày nay chúng ta gọi là lồng Faraday.

xem thêm nội dung