Michael Faraday – Buluşları ve Elektromanyetizma’ya Katkıları

Michael Faraday, tarihteki en büyük bilim insanlarından biri olarak kabul edilmektedir. Özellikle elektromanyetizma ve elektrokimya alanlarında yaptığı çalışmalarla tanınan Faraday elektromanyetik indükleme, zayıf manyetizma ve elektrikle ayrışım gibi temel prensipleri de keşfeden bir bilim insanıdır.

Başarılarının, bilimin genellikle zengin aileden gelen insanların tekelinde olduğu bir dönemde gerçekten hayret verici olduğunu söyleyebiliriz. Çünkü Michael Faraday, çok yoksul bir aileden geliyordu.

Babası, bir nalbant olup ciddi sağlık sorunlarına sahipti. Annesi ise evliliğinden önce hizmetçilik yapıyordu. Yani Faraday’ın ailesi gerçekten yoksul bir yaşam sürmekteydi.

Michael Faraday’ın Hayatı

Michael Faraday 22 Eylül 1791 yılında böyle bir ailenin içinde dünyaya gelmişti. Babası James, Hristiyanlığın Sandemancılar isimli bir mezhebine üyeydi. James Faraday, 1790 yılının kış ayında, eşi ve iki çocuğu ile birlikte Londra’ya taşınmıştı.

O yılın sonbaharında dünyaya gelen Michael ise dört kardeşten üçüncüsüydü. Çocukluk yıllarına gelindiğinde Michael, ailesinin maddi sıkıntılarından dolayı artık okula devam edemeyecek hale gelmişti. Ailesine yardım etmek amacıyla iş arayan Michael, bir kitapçıda ilk olarak servis elemanı olarak iş bulur.

Faraday yaklaşık bir yıl boyunca kitapçıda sıkı bir şekilde çalıştıktan sonra patronunu etkilemiş ve kitap ciltleme işinde çırak olarak çalışmaya başlamıştı.

Michael Faraday, çok meraklı ve zeki bir çocuktu. Ne zaman yeni müşteriler kitaplarını ciltlemek üzere dükkana getirse, Faraday bir yandan kitapları ciltlerken diğer yandan da onları okuyordu. Patronu George Riebau, 1813 yılında yazdığı bir mektupta Faraday’dan şöyle bahsetmekteydi:

Mesai saatleri bittikten hemen sonra kitap okumaya gömülüyordu. Dr.Watts’ın “Zihnin Gelişimi” adlı eserini sürekli okuyor ve cebinde taşıyordu. Bir yandan işini layıkıyla yaparken, diğer yandan da zihni sürekli çalışır haldeydi.

Bilim Camiasına İlk Adım

Michael Faraday, evren hakkında daha fazla şeyler öğrenmek istiyordu. Kendisini sadece dükkana gelen kitapları ciltleme işiyle sınırlamamıştı. Gün boyunca çalıştıktan sonra, ciltlemiş olduğu kitapları okuyarak akşamlarını geçiriyordu.

Zamanla bilimle ilgili daha fazla kitap okumaya başladı. Özellikle iki kitap onu çok etkilemişti: Britannica Ansiklopedisi ve Jane Marcet tarafından sıradan insanlar için yazılmış kimya kitabı olan Kimya Üzerine Konuşmalar.

Bu iki kitaptan o kadar çok büyülenmişti ki okuduğu şeylerin doğru olup olmadığından emin olmak için, kazandığı az parayla kimyasallar ve aletler satın almaya bile başlamıştı.

1812 yılına gelindiğinde Faraday henüz yirmi yaşındayken, kitapçı dükkanının bir müşterisinin ona bir teklif sunması, hayatının dönüm noktalarından biri olacaktı. William Dance isimli bu müşteri Faraday’a, o sıralar Kraliyet Topluluğu’nda ders vermekte olan Sir Humphry Davy’in derslerine katılmak isteyip istemeyeceğini sordu.

Sir Humphry Davy, o tarihte dünyanın en ünlü bilim insanlarından birisi sayılıyordu. Michael Faraday bu fırsatı geri çeviremezdi ve müşterisinin teklifini tereddüt etmeden kabul etti. O zamanlar kimya alanının en yeni problemlerinden biri olan, “asitler” konulu dört derse katılmıştı.

Faraday, “İşte yaşamak istediğim hayat bu” diyordu kendi kendine. Sonrasında dersler esnasında aldığı notlardan oluşan, toplam 300 sayfalık kitabını Davy’e gönderdi. Davy çok etkilenmiş olacak ki Faraday’a gecikmeksizin ve kibar bir şekilde olumlu bir cevap vermişti.

Talihsizlikler Faraday’ın Yolunu Açıyor

Sir Humohry Davy, her zamanki gibi deneyler yapmaya devam ederken bir gün, yaptığı deney yanlış gittiği için bir patlama meydana gelmişti. Bu patlama ise Davy’i yaralamış ve yazma yeteneğini de geçici olarak etkilemişti.

Bunun üzerine Faraday birkaç günlüğüne de olsa Davy’nin notlarını yazma işini üstlendi. Böyle birkaç gün geçtikten sonra Faraday, Davy’nin yanında asistan olarak çalışıp çalışamayacağını soruyordu. Davy ise ona “laboratuvar asistanlığı” mesleğini yapıp yapmayacağı şeklinde başka bir soruyla karşılık verdi.

Kraliyet Enstitüsü’nde laboratuvar asistanlığı mı? Hem de dünyanın en ünlü bilim insanlarından birinin yanında? Faraday’ın bu teklife verebileceği tek bir cevap vardı: Evet.

Kraliyet Enstitüsü’nde Michael Faraday’ın Kariyeri

Michael Faraday, henüz 21 yaşındayken Britanya’nın Kraliyet Enstitüsü’nde çalışmaya başlamıştı. Maaşı son derece iyiydi. Hatta Enstitü’nün çatı katında kendisine bir oda da tahsis edilmişti. Faraday, her şeyin yolunda gittiğini düşünerek mutlu bir hayat yaşıyordu.

Kraliyet Enstitüsü’nde geçirdiği yedi aydan sonra Davy, on sekiz ay boyunca sürecek olan çıkacağı Avrupa turuna yanında Faraday’ı da almaya karar vermişti.

Seyahat sırasında Faraday, Paris’te Marie Ampere, Milan’da Alessandro Volta gibi dönemin en ünlü bilim insanlarıyla tanışma fırsatını bulacaktı. Tur sanki bir üniversite eğitimi gibi gerçekleşiyordu. Ve Faraday bu eğitimden çok şey öğreniyordu.

Ancak tur gerçekleşirken Faraday’ın mutsuz olduğu bir konu vardı. Davy’nin sekreterlik işini yapmasının yanında, Davy’e ve eşine ayrıca hizmetçi olarak da çalışmak zorundaydı. Davy’nin eşi ise Faraday’ı eşit bir statüde görmüyordu. Çünkü Faraday, “düşük sınıf” bir aileden geliyordu.

Londra’ya geri döndükleri zamansa işler Faraday açısından tekrar iyiye dönmeye başlamıştı. Kraliyet Enstitütsü Faraday’ın sözleşmesini yenilemiş ve maaşında zam yapmıştı. Hatta Davy ondan akademik makalelerinde bile bahsediyordu artık:

Katkı ve yardımlarından dolayı Bay Michael Faraday’a borçluyum.

Michael Faraday’ın Çalışmaları ve Fizik Bilimine Katkıları

Michael Faraday’ın hayatı boyunca yaptığı keşifleri detaylarıyla birlikte anlatsak, bir kitabı kolayca doldurabilirdi. Albert Einstein’in ofisinde sadece üç bilim insanının fotoğrafını bulundurması da bir tesadüf değildi: Isaac Newton, James Clerk Maxwell ve Michael Faraday.

Her ne kadar Faraday’ı bir bilim insanı olarak tanısak da ve o dönemde insanlar “fizikçi” kelimesini kullanmaya başlasa da Faraday, bu sıfattan çok hoşlanmıyordu ve her zaman kendisini bir filozof olarak niteliyordu.

Michael Faraday’ın İcatları ve Elektromanyetizma Kuramı’na Giden Yol

1821 yılı Faraday’ın bilimsel araştırmalarında diğer bir önemli dönüm noktasını oluşturmaktadır. Michael Faraday o güne kadar neredeyse hep kimya üzerine çalışmıştı. Halbuki çocukluğundan beri ilgisi olduğu alanlardan birisi de elektrikti.

1820’de Paris’te Arago ve Amper dahil birkaç bilim insanı, elektrik ve manyetizma arasında bir ilişkinin olduğunu ifade eden birkaç çalışma gerçekleştirmişti. Davy’de bu konuyla ilgiliydi ve böylece Faraday, elektrik üzerine çalışma fırsatı bulmuştu.

Elektrik ve manyetizma arasında bir ilişkinin olduğu keşfedildikten sonra Davy ve Britanyalı bilim insanı William Hyde Wollaston, bir elektrik motoru tasarlamaya çalıştı. Bu konu üzerine iki bilim insanıyla tartışan Faraday, “elektromanyetik rotasyon” dediği bir olguyu üretmek üzere iki alet tasarlayacaktı.

“Homopolar motor” olarak bilinen bu aletlerden birisi, içinde bir mıknatısın bulunduğu, merkür elementiyle dolu bir “havuza” uzanan bir tel etrafındaki dairesel manyetik kuvvetin sebep olduğu devamlı bir dairesel hareket üretiyordu.

Tel eğer kimyasal bir bataryadan gelecek bir akımla beslenirse mıknatıs etrafında dönecekti. İşte bu deney modern elektromanyetik teknolojinin temellerini oluşturacak olan deneydir.

Faraday’ın çarpıcı keşfi, demir bir halka etrafına yalıtılmış iki tel bobinini sarmasıyla gelmişti. Bobinlerden birinden akım geçirdiği zaman, diğer bobinde anlık bir akım oluşuyordu. Bu fenomen günümüzde “karşılıklı indüksiyon” ya da “karşılıklı indüktans” olarak bilinmektedir.

Michael Faraday yaptığı sonraki deneylerde, manyetik alanı değiştirdiği zaman, telin içinden bir elektrik akımının geçtiğini fark etti. Tam tersi olarak tel döngüsünü hareket ettirdiğinde de durağan bir mıknatıs üzerinden akım geçiyordu.

Bu, hem bilim hem de teknolojinin geleceği için devasa öneme sahip bir keşifti. Faraday, değişen manyetik alanın elektrik ürettiğini keşfetmişti.

Önceden insanlar sadece bir batarya yardımıyla elektrik akımı üretebiliyordu. Şimdi ise Faraday, hareketin elektriğe dönüşebileceğini göstermişti. Daha bilimsel bir ifade kullanırsak kinetik enerji, elektrik enerjisine dönüşebiliyordu.

Günümüzde evlerimizde kullandığımız elektriğin çoğu, bu prensip kullanılarak üretilmektedir. Kinetik enerji(dönüş enerjisi), elektromanyetik indüksiyon kullanılarak elektriğe dönüştürülür. Kinetik enerji ise kömür, gaz ya da nükleer enerji türbinlerinden gelen yüksek basınçlı buharla üretilebilmektedir.

Michael Faraday, değişen bir manyetik alanın bir elektrik alan ürettiğini keşfetmesinden sonra bu ilişki, James Clerk Maxwell tarafından matematiksel olarak modellenecek ve “Faraday Kanunu” olarak bilinecektir.

Sonrasında ise “dört Maxwell denklemlerinden birisi” olacak olan bu model, nihayetinde bugün “alan teorisi” olarak bilinen daha genel bir ifadeye evrilecektir.

Faraday bulduğu bu ilişkiyi, modern güç jeneratörlerinin ve elektrik motorunun atası sayılan elektrik dinamosu yapmak üzere kullanmıştır. James Clerk Maxwell, Faraday’ın çalışmalarını ve buluşlarını şu sözlerle özetlemektedir:

Faraday, elektromanyetizma biliminin babası olmuş ve her zamanda öyle kalacaktır.

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Deneysel Yöntemin Piri Michael Faraday

Birçok biyografi yazarı Michael Faraday’in hayatını anlatırken onun matematik bilmediğinden bahseder. Gerçekten de Faraday, ileri düzeyde matematik eğitimi almamıştır ve elektromanyetizma alanına yaptığı katkılar daha ziyade gerçekleştirdiği deneylerden gelmekteydi.

Ancak Faraday’ın elektromanyetizma alanındaki çalışmaları, elektrik ve manyetizmaya ilişkin kompleks matematiksel teorilerin geliştirilmesine yol açmıştır.

Özellikle James Clerk Maxwell tarafından, elektromanyetizma kuramıyla alakalı matematiksel teoriler, Faraday’ın deneysel yöntemle bulduğu keşifler olmadan mümkün olamazdı. Maxwell’de birçok yerde Faraday’ın çalışmalarının önemini vurgulamaktan kaçınmamıştır.

Küçük Bir Kıskançlık

1824 yılında Faraday, Kraliyet Topluluğu üyesi seçilmişti. Ancak patronu sayılan Humohry Davy, o dönemde Kraliyet Topluluğu Başkanı’yken emri altında çalışan bu adamın Topluluğa üye olarak seçilmesini kabul edemezdi.

Davy, Faraday’ın seçilmesine karşı çıksa da Faraday, diğer üyelerin oyuyla Kraliyet Topluluğu’nun bir üyesi seçilmiştir. Bu noktadan sonra Davy’nin Faraday’a bakışı da eskisi gibi olmayacaktı. Ancak Faraday, Davy’e hala eskisi gibi çok büyük bir saygı gösteriyordu.

Topluluğa üye seçilmesinin ardından iş yükü son derece artan Faraday’ın sağlığı kötüye gitmeye başlamıştı. Bunun sonucu olarak 1839 yılında bir sinir sistemi hastalığı geçirse de 1845 yılında tekrar iyileşmiş ve yoğun çalışmalarına kaldığı yerden devam etmişti.

Faraday Etkisinin Keşfi: Bir Manyeto-Optik Etkisi

Faraday Etkisi olarak adlandırılan bu etki, bilim tarihindeki bir diğer önemli deneyin sonucuydu: Elektromanyetizma ve ışık arasında bir bağlantı olduğunun ilk işareti. Bu bağlantı, ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu 1864 yılında kanıtlayan James Clerk Maxwell’in denklemleri tarafından sonradan daha da açığa kavuşturulacaktı.

Faraday yaptığı deneyle bir manyetik alanın, ışık polarizasyonunun dönmesine sebep olduğunu keşfetmişti. Bu keşfini şu sözlerle açıklıyordu:

Ters manyetik kutuplar aynı tarafta olduğu zaman, polarize ışınlarda görülen bir etki ortaya çıkıyordu. Bu nedenle manyetik kuvvet ve ışık arasında bir bağlantının olduğu kanıtlanmıştır.

Michael Faraday

1850’lerin ortalarına gelindiği zaman Faraday’ın sinir sistemindeki hastalıklar tekrar nüksetmeye başlamıştı. Yine yaklaşık bu zamanlarda Maxwell, Faraday’ın geliştirmiş olduğu elektromanyetizma alanına yönelik matematiksel teoriler inşa etmekle meşgul idi.

Faraday yakalandığı hastalığa rağmen Kraliyet Topluluğu’nda ders vermeye devam ediyordu. Fakat 1857 yılında Topluluğun başkanı olma teklifini geri çevirecekti.

1862 yılında Kraliyet Topluluğu’ndaki görevinden de istifa eden Michael Faraday, 1867 yılında hayata gözlerini yummuştur.

SONUÇ

Michael Faraday hayatı boyunca çok az bir eğitim görmüş olsa da tarihteki en etkili bilim insanlarından birisi olmuştur diyebiliriz.

Doğru akım taşıyan bir iletken etrafındaki manyetik alan üzerine yaptığı çalışmalar sayesinde Faraday, manyetizmanın ışığı etkileyebileceğini ve böylece bu ikisi arasında bir ilişkinin var olduğunu ortaya koymuştur.

Bunun yanı sıra elektromanyetik indüksiyon ve zayıf manyetizma ilkelerini, ayrıca elektrikle ayrışım kanununu keşfetmişti.

Michael Faraday, fikirlerini net ve basit bir dil ile aktarmayı başaran müthiş bir deney insanıydı. Ancak bahsettiğimiz üzere trigonometriden anlayacak kadar bile bir matematik bilgisine sahip değildi. Sadece cebrin en basit halini anlayabildiği söyleniyordu.

Fakat yaptığı çalışmalar, elektromanyetizmaya ilişkin günümüzdeki modern anlayışın temellerini atacak kadar da önemliydi. James Clerk Maxwell, Faraday ve diğerlerinin çalışmalarını alarak onları, elektromanyetik alanın bütün temel prensipleri olarak kabul edilen denklemlere dönüştürmeyi başarmıştı.