Michael Faraday

Snelle feiten

Levensloop

Faraday werd geboren in een arm gezin aan de zuidkant van Londen. Zijn vader was smid en vaak ziek; Michael kreeg alleen het meest elementaire onderwijs: lezen, schrijven en rekenen. Op zijn veertiende werd hij leerling bij boekbinder George Riebau. Daar las hij de boeken die hij inbond, waaronder een encyclopedieartikel over elektriciteit en een populair scheikundeboek. ’s Avonds deed hij in een achterkamertje eenvoudige proeven na.

In 1812 kreeg hij kaartjes voor de lezingen van de beroemde scheikundige Humphry Davy aan de Royal Institution. Faraday schreef alles netjes uit, bond zijn aantekeningen in en stuurde ze naar Davy met de vraag of er werk voor hem was. In maart 1813 werd hij assistent in het laboratorium. Kort daarna reisde hij anderhalf jaar met Davy door Europa, als assistent en soms als knecht, en ontmoette hij grote geleerden als Ampère en Volta.

Terug in Londen groeide hij uit tot de belangrijkste onderzoeker van de Royal Institution. In 1821 trouwde hij met Sarah Barnard; ze kregen geen kinderen. In 1824 werd hij lid van de Royal Society, in 1825 directeur van het laboratorium en in 1833 de eerste Fullerian-hoogleraar scheikunde. Faraday was een vroom lid van een kleine protestantse gemeenschap, de Sandemanianen, en bleef bescheiden: hij weigerde een adellijke titel en sloeg tweemaal het voorzitterschap van de Royal Society af.

Faraday was ook een uitzonderlijk goede popularisator. Hij gaf vanaf 1827 talloze kerstlezingen voor jongeren; zijn reeks The Chemical History of a Candle (1860) wordt nog steeds gelezen. Vanaf de jaren 1840 kreeg hij last van zijn geheugen. In 1858 bood koningin Victoria hem een huis aan bij Hampton Court, waar hij in 1867 overleed. Hij ligt begraven op Highgate Cemetery in Londen.

Belangrijkste ontdekkingen

De eerste elektromotor (1821)

In 1820 ontdekte de Deen Ørsted dat een elektrische stroom een kompasnaald laat uitslaan. Faraday bouwde in 1821 een opstelling waarin een stroomvoerende draad continu rond een magneet draaide, in een bakje kwik. Dit was de eerste omzetting van elektrische energie in een draaiende beweging: het principe van de elektromotor.

Elektromagnetische inductie (1831)

Als stroom magnetisme oplevert, kan magnetisme dan ook stroom opleveren? Op 29 augustus 1831 wikkelde Faraday twee spoelen om één ijzeren ring. Toen hij de stroom door de eerste spoel aan- of uitzette, sloeg een meter op de tweede spoel heel even uit. Een constante stroom deed niets — alleen een verandering van het magneetveld wekte stroom op. Daarna liet hij zien dat een magneet die je in een spoel heen en weer beweegt hetzelfde doet, en bouwde hij met een draaiende koperen schijf tussen de polen van een magneet de eerste dynamo.

In moderne vorm heet dit de inductiewet van Faraday: de opgewekte spanning is evenredig met hoe snel de magnetische flux door een spoel verandert, U_ind = −N · ΔΦ/Δt. Een rekenvoorbeeld: verandert de flux door een spoel van 200 windingen in 0,10 s met 5,0 × 10⁻⁴ Wb, dan is de inductiespanning 200 × 5,0 × 10⁻⁴ / 0,10 = 1,0 V. Op dit principe draaien vandaag de generatoren in elke centrale en windturbine, de transformatoren in het stroomnet en de inductiekookplaat in de keuken. Zie ook elektrische energie en vermogen.

De wetten van elektrolyse (1833–1834)

Faraday ontdekte dat de hoeveelheid stof die bij elektrolyse aan een elektrode neerslaat, evenredig is met de hoeveelheid lading die erdoorheen gaat. Zo verbond hij elektriciteit en scheikunde kwantitatief — een hint dat elektrische lading in vaste “porties” voorkomt. De lading van één mol elektronen heet daarom de constante van Faraday: ongeveer 96 485 C/mol. Met de filosoof William Whewell bedacht hij woorden die we nog dagelijks gebruiken: elektrode, anode, kathode, elektrolyt en ion. Lees meer over de chemie erachter bij redoxreacties.

Scheikundig werk

Als chemicus maakte Faraday als eerste chloor vloeibaar door het onder druk af te koelen (1823) en ontdekte hij in 1825 benzeen, de basis van de aromatische koolwaterstoffen. Ook onderzocht hij legeringen van staal en optisch glas.

Licht, magnetisme en de kooi van Faraday

In 1836 toonde Faraday aan dat de lading op een geleider aan de buitenkant zit: in een metalen kooi merk je niets van elektrische velden buiten. Daarom ben je in een auto relatief veilig bij onweer en werkt de afscherming van een magnetron. In 1845 ontdekte hij dat een sterk magneetveld de trillingsrichting van gepolariseerd licht draait (het faradayeffect) — het eerste bewijs dat licht en magnetisme met elkaar te maken hebben. In hetzelfde jaar beschreef hij diamagnetisme: alle stoffen reageren op een magneetveld, sommige worden er zwak door afgestoten.

Het idee van een veld

Faraday kende vrijwel geen wiskunde. Hij dacht in beelden: rond een magneet of lading liggen onzichtbare “krachtlijnen” die de ruimte vullen, zoals je ziet als je ijzervijlsel rond een magneet strooit. Voor de wiskundig geschoolde natuurkundigen van zijn tijd was dat een naïef plaatje; zij dachten aan krachten die direct op afstand werken. James Clerk Maxwell nam Faradays krachtlijnen echter serieus en goot ze in vergelijkingen. Daaruit volgde dat licht een elektromagnetische golf is. Het veldbegrip is sindsdien de basis van de hele moderne natuurkunde, van elektromagnetisme tot de relativiteitstheorie van Einstein.

Erfenis

Faraday wordt vaak de beste experimentator uit de geschiedenis genoemd. Zijn ontdekkingen maakten de elektrificatie van de wereld mogelijk: zonder inductie geen elektriciteitscentrale, geen transformator en geen elektromotor. De eenheid van capaciteit, de farad, is naar hem genoemd, net als de constante van Faraday. Einstein had een portret van Faraday in zijn werkkamer hangen, naast die van Newton en Maxwell. Zijn levensverhaal — van arme boekbindersleerling tot wereldberoemd wetenschapper — inspireert nog steeds leerlingen die niet vanzelfsprekend de weg naar de wetenschap vinden. En zijn kerstlezingen voor jongeren worden aan de Royal Institution tot op de dag van vandaag gehouden.

Tijdlijn

1. 1791 — Geboren op 22 september in Newington Butts, Londen.
2. 1805 — Leerling bij boekbinder George Riebau.
3. 1813 — Assistent van Humphry Davy aan de Royal Institution; reis door Europa (1813–1815).
4. 1821 — Bouwt de eerste elektromotor; trouwt met Sarah Barnard.
5. 1823 — Maakt chloor vloeibaar.
6. 1824 — Lid van de Royal Society.
7. 1825 — Ontdekt benzeen; directeur van het laboratorium.
8. 1831 — Ontdekt elektromagnetische inductie en bouwt de eerste dynamo.
9. 1833–1834 — Formuleert de wetten van elektrolyse.
10. 1845 — Ontdekt het faradayeffect en diamagnetisme.
11. 1860 — Kerstlezingen The Chemical History of a Candle.
12. 1867 — Overleden op 25 augustus in Hampton Court.

Veelgestelde vragen

Verder lezen