Att utarbeta matematiska formler var ingenting för Michael Faraday som hellre visade resultaten av sina experiment genom att slänga en kolhink full med kol och några eldtänger mot en stor magnet. När de fastnade där, dånade åhörarnas skrattsalvor genom salen. Trots sin svaghet för sådana lustigheter var Faraday noggrann i sina experiment. Han visade att magnetism och elektricitet kunde skapa varandra och lade därmed grunden till den utveckling som gjort att vi idag tar elektriciteten som en naturlig – och nödvändig – del av vardagen.
Michael Faraday (1791-1867) var en brittisk fysiker och kemist som kom med viktiga bidrag inom elektromagnetism och elektrokemi. Faraday är en av historiens största vetenskapspersoner, och det var mycket tack vare honom som elektricitet blev möjligt att använda inom teknologi.
Magneter har varit välbekanta sedan antiken. Ordet magnet kommer från namnet på den gamla grekiska staden Magnesia, en av de platser där magneter först blev kända. En tidig beskrivning av magnetens egenskaper gjordes år 550 f.Kr av den grekiske filosofen Thales. Vissa former av elektricitet var också kända under antiken. Men det dröjde tusentals år innan forskarna kom på att de båda fenomenen hörde nära samman. De är två sidor av samma mynt.
Den som har största äran av att sambandet mellan magnetism och elektricitet började utforskas är Michael Faraday (1791-1867). Med hans forskningar öppnades den dörr på glänt inom fysiken som ledde till Einsteins relativitetsteori.
Faraday var tredje barnet till en fattig smed i en av Londons förstäder. Tidigt fick han själv skaffa sig mat för dagen. År 1801, när Napoleonkrigen hade drivit priserna i höjden, sägs Faraday ha levt på en brödlimpa i veckan. Skolan hann han bara gå i tillräckligt länge för att lära sig läsa, skriva och få de första grunderna i matematik.
ANNONS
Data och fakta
1791: Michael Faraday föds, son till en smed i en förstad till London.
1805: En bokbindare anställer Faraday som springpojke, men efter hand får Faraday börja binda in böcker - en del av dem läser han.
1813: Faraday blir assistent åt forskaren Humphry Davy och får dessutom följa med denne på en resa i Europa.
1820: Dansken Örsted upptäcker att en kompassnål ger utslag nära en ledning där en elektrisk ström passerar.
1831: Faraday bevisar att ett magnetfält skapar ett elektriskt fält och bygger den första transformatorn. Faraday konstruerar sedan den första generatorn.
1839: Efter många års hårt arbete får Faraday nervsammanbrott och måste vila upp sig några år.
1845: Faraday lyckas i ett experiment visa att ljus och magnetism på något sätt hänger samman.
1867: Faraday avlider efter att de sista åren av sitt liv ha varit drabbad av minnesförlust.
Bokbindaren som läste
13 år gammal fick Faraday arbete hos en bokbindare. Hans första uppgifter var att springa ärenden. Men snart hade bokbindaren lärt sig att uppskatta sin springpojke så mycket att han fick viktigare uppgifter. Faraday började binda in böcker, men passade också på att läsa dem för att lära sig sådant han aldrig hunnit i skolan.
En av de böcker som skulle bindas in var Förbättring av förståndet av Isaac Watt. Boken beskriver hur det går att utöka sin intellektuella kapacitet, och Faraday försökte följa råden. En annan bok som intresserade honom var ett band av uppslagsboken Encyclopedia Britannica. Där fanns bland annat en 127 sidor lång artikel om elektricitet som gjorde ett djupt intryck på Faraday.
En dag tog en kund i bokhandeln med Faraday till en serie föreläsningar. De hölls av Humphry Davy, en av de främsta brittiska vetenskapsmännen. Fängslad av föredragen gjorde Faraday anteckningar. Anteckningarna band han in i ett vackert bokband och sände så boken till Davy. Faraday bad om arbete. Affärsvärlden var "ond och självisk", sa han.
Assistent - och laboratoriechef
Davy hade först ingen plats att erbjuda. Men en av hans assistenter uppförde sig olämpligt, avskedades, och Faraday fick platsen.
Som assistent skötte sig Faraday väl, så väl att han fick följa med Davy och dennes hustru på en vetenskaplig resa i Europa 1813-1814. Faraday fick möta en imponerande rad vetenskapsmän och se mängder av experiment.
I Florens såg han Galileis första kikare, och i Paris fick han en glimt av Napoleon.
Tillbaka i London började Faraday experimentera och blev laboratoriechef. Han undersökte oljor som användes för uppvärmning och belysning och upptäckte bensol. Han framställde för första gången etylen och lyckades med konststycket att omvandla gaser till vätska. Det gäller att kyla ner gasen tillräckligt.
Faraday framställde också nya typer av glas, som kunde användas till linser.
När Faraday var på förslag att väljas in i Royal Society 1824 satte sig hans gamle vän Davy emot det. Faraday hade nämligen publicerat resultat från experiment han utfört utan att nämna Davys insatser. Faraday valdes in ändå, och även om han fortsatte att uppskatta Davy, blev de aldrig lika goda vänner som förut.
ANNONS
Trots Faradays mångsidighet är det för sina studier av elektricitet och magnetism han främst blivit ihågkommen. Elektricitetens egenskaper var ännu på 1820-talet ganska okända.
Föregångsmännen
Italienaren Luigi Galvani (1737-1798) hade genom studier av grodor upptäckt att deras muskler drar ihop sig när, de vidrörs av metall. Han trodde sig ha upptäckt en sorts animal elektricitet, och tusentals grodor fick sätta livet till i olika experiment.
Men Galvanis landsman Alessandro Volta (1745- 1827) insåg att grodan kunde uteslutas - och räddade därmed livet på ett okänt antal grodor. Volta visade att det var fuktigheten i grodmuskeln som, när den vidrördes av metall, skapade en ström. Volta kunde genom sin upptäckt bygga de första batterierna bestående plattor av två olika metaller. Mellan plattorna låg ett lager av filt indränkt med svavelsyra.
Galvani har bland annat gett namn åt galvanometern, som används för att mäta svaga elektriska strömmar och galvanisering, en metod för att skydda järnföremål från rost. Voltas namn lever kvar i enheten för elektrisk spänning - volt.
1820 upptäckte dansken Örsted att en kompassnål gjorde utslag nära en ledning där elektrisk ström passerar. Det var känt sedan tidigare att kompassnålar drogs till magneter. Tydligen bildades ett magnetiskt fält vid den elektriska ledningen. Elektricitet gav upphov till magnetism!
Magnetism ger ström
Faraday kom på tanken att det också kunde vara tvärtom: att magnetism skapade elektricitet. 1831 genomförde Faraday ett berömt försök.
Han tog en koppartråd och lindade den runt en del av en järnring. En annan koppartråd lindades runt en annan del av ringen. Sedan anslöts den första koppartråden till ett batteri. Den andra koppartråden anslöts till en galvanometer.
Faraday visste att en järnbit som lindas med en koppartråd blir magnetisk om ström släpps genom tråden. Han hade tänkt ut att järnet genom strömmen från den första tråden skulle bli magnetiskt, vilket i sin tur skulle skapa en ström i den andra tråden. Men inget tycktes hända. Strömmen slogs på, men galvanometern gjorde inget utslag. Då upptäckte Faraday att precis i det ögonblick han slog på strömmen gjorde mätaren verkligen utslag - men bara då. Sedan återgick den till nolläget. När strömmen slogs av, gjorde mätaren ett snabbt utslag åt andra hållet och återgick sedan till nollläget.
Vad hade hänt? Faraday kom fram till att det var förändringen i magnetfältet som skapade den elektriska strömmen. När järnet blev magnetiskt, bildades ett magnetfält som spred sig. När kraftlinjerna i detta skar över den andra spolen, bildades en kortvarig strömstöt.
Faraday kunde snabbt bevisa att hans gissning var riktig. När han några veckor senare stack ner en magnet i en spole som lindats med koppartråd och anslutits till en galvanometer, gjorde denna utslag. Magneten kunde skapa elektricitet!
ANNONS
Fältbegreppet
Fältbegreppet kom att revolutionera fysiken. Det är en av Faradays största bedrifter att ha infört detta. Ett fält är det område inom vilket en kraft kan märkas. Ett sådant fält kan vara ett magnetfält. Fältet är då det område runt magneten där dess dragningskraft ger sig till känna.
Bild: Internet Archive Book Images Faraday ansåg att det mellan polerna på en magnet finns magnetiska kraftlinjer. Han visade det genom att lägga magneten under ett papper och strö järnfilspån ovanpå. Järnfilspånen kommer då att bilda ett mönster.
Om du strör järnfilspån på ett papper och håller en magnet under, formerar järnfilspånen sig i linjer. Faraday kallade dessa magnetiska kraftlinjer, och menade att de fanns i luften runt varje magnet. I själva verket var det de som bildade magnetens kraftfält, sa han. Linjerna var vanligen osynliga men kunde göras synliga exempelvis med järnfilspån. Det var när en ledare skär av sådana linjer som en elektrisk ström uppkom.
Faraday menade att det även fanns elektriska kraftlinjer. Han tänkte sig att tunna linjer gick i luften mellan en strömkällas plus- och minuspol.
Idag har linjerna avskaffats av de moderna fysikerna, men begreppet kraftfält finns kvar. Linjerna används i modeller av kraftfält - även om linjerna inte finns i verkligheten. De ger nämligen en tydlig bild av vad som sker. Idag används begreppet fältlinjer i stället för kraftlinjer.
Att järnfilspån på ett papper ovanför en magnet formerar sig i linjer beror på att spånen påverkar varandra. Magnetfältet består alltså inte av tydliga kraftlinjer som Faraday antog. Det finns inte heller områden mellan linjerna som saknar magnetfält.
Den första generatorn
Faraday byggde en ny anordning. Det var en kopparskiva som snurrade mellan en hästskomagnets båda ändar. På kopparskivan fanns också små kontakter fästade, och från dessa kunde ström ledas bort så länge skivan snurrade.
Vad Faraday byggt var en elektrisk generator. Den upptäckten ledde fram till dagens elmotorer och de generatorer som drivs av vattenkraftverkens turbiner och producerar mycket av den ström som bland annat får våra lampor att lysa. Ungefär samtidigt gjorde den amerikanske uppfinnaren Joseph Henry liknande upptäckter, men det är Faraday som fått äran eftersom han publicerade sina upptäckter först.
ANNONS
ANNONS
Fjärrkrafterna
Förutom elektricitet och magnetism kände forskarna till ytterligare två krafter som kunde verka på avstånd: ljus och gravitation. Faraday hade en aning om att även ljus och gravitation hörde nära samman med elektricitet och magnetism, men han kunde aldrig bevisa det. År 1845 lyckades han visa att ljus och magnetism på något sätt hängde samman - men riktigt hur lyckades han aldrig klarlägga.
Faradays stora styrka var experimenten - men han hade inte tillräckliga kunskaper i matematik för arbeta ut ekvationer som bevisade hans resultat.
Det var först James Clerk Maxwell som matematiskt kunde visa att ljus, magnetism och elektricitet egentligen var samma sak.
Faraday var nöjd om ett försök på tusen ledde till resultat. Han arbetade ihop med sin assistent - den gamle soldaten Anderson som lydde blint. En kväll glömde Faraday att säga åt sin assistent att gå hem, och nästa morgon hittade Faraday honom i laboratoriet fortfarande ivrigt arbetande.
Föreläsningen som evenemang
Faradays föreläsningar var berömda, och han hade ansträngt sig för att bli en god föreläsare. Faraday skrev ut regler åt sig själv. En löd:
- Om jag letar efter ett ord, ska jag inte säga öh-öh-öh utan tystna och vänta tills jag kommer på det.
Bild: Okänd Faraday är en av de största experimenterarna i vetenskapens historia. Hans föreläsningar var berömda, och ofta demonstrerade han med effektfulla experiment. Han kunde kasta en kolhink mot en stor magnet, och när den fastnade ekade skrattsalvorna.
Ett kort med texten LÅNGSAMT påminde om att inte prata för fort. När lektionen närmade sig sitt slut, stack Anderson till honom ett kort med orden "Tiden är ute".
Faraday underströk gärna sina föreläsningar med effektfulla experiment. När han slängde en kolhink full med kol, en eldgaffel och några eldtänger mot en stor magnet och de fastnade där, dånade skrattsalvorna genom salen berättade en åhörare.
Faraday var djupt religiös. Han avvisade erbjudandet om en adelstitel för sin insatser och motiverade sitt avslag med att Bibeln slog fast att människor inte skulle sträva efter att samla rikedomar och värdslig berömmelse.
ANNONS
ANNONS
- Jag vill hellre förbli den enkle Mr. Faraday resten av livet förklarade han.
Faraday arbetade intensivt, för intensivt; 48 år gammal fick han ett nervöst sammanbrott, drabbades av minnesförlust och måste vila upp sig i fyra år.
Som rådgivare åt den myndighet som såg till landets fyrar reste han runt till olika fyrtorn och fick välbehövlig avkoppling.
Faradays stora insatser gjorde att han belönades med ett hus av drottning Victoria år 1858. Här levde han de sista åren av sitt liv, åter drabbad av minnesförlust - den här gången gav den inte med sig.
Michael Faraday ses som en av största vetenskapsmännen genom tiderna. Albert Einstein hade en bild av honom på väggen, tillsammans med porträtt av Isaac Newton och James Clerk Maxwell.
Faraday hann inte gå i skolan så mycket. Var lyckades han lära sig tillräckligt om elektricitet för att bli forskningsassistent?
Hur upptäckte dansken Örsted att elektricitet skapar magnetism?
Faraday var en berömd föreläsare. Ge exempel på några knep han använde för att roa sin publik.
Beskriv Faradays första generator.
Efter många års hårt arbete drabbades Faraday av ett nervöst sammanbrott. Vad fick han för arbete efter detta?
Beskriv hur Faraday år 1831 lyckades visa att ett magnetiskt fält kan skapa en elektrisk ström.
Vad är ett kraftfält?
Litteratur: Daniel J Boorstein, The Discoverers, Random House, 1983 Rom Harré, Great Scientific Experiments, Oxford University Press, 1983 Roy Porter (red.), Man Masters Nature, BBC Books, 1987 David Eliot Brody och Arnold R Brody, Upptäckterna som förändrade världen och människorna bakom dem, Wahlström & Widstrand, 1999 Staffan Hansson, Teknikhistoria - en historia om tekniskt kunnande och dess betydelse för individ och samhälle från äldsta tid fram till 1900-talet, Studentlitteratur, 1990 Jan Hult och Bengt Nyström, Technology & industry, Science History Publ., 1992
FÖRFATTARE
Text: Kaj Hildingson, journalist och läromedelsförfattare
