Michael Faraday

Faradayn ensimmäiset tutkimukset suuntautuivat enimmäkseen kemiaan. Hän tutki erityisesti elektrolyysiä. Viimeisenä vuotenaan kirjansitojan oppipoikana hän hajotti elektrolyyttisesti magnesiumsulfaattia rakentamallaan Voltan parilla, pariston esiasteella. Vuonna 1831 Faraday julkaisi elektrolyysiä koskevat lait, jotka nykyäänkin kantavat hänen nimeään.[7]

Faraday löysi muun muassa bentseenin ja kaksi hiilen ja kloorin yhdistettä, onnistui nesteyttämään kaasuja, tutki terässeoksia ja tuotti erilaisia lasityyppejä optisiin tarkoituksiin. Faraday keksi myös varhaisen version Bunsenlampusta, joka on yhä käytössä laboratorioissa ympäri maailmaa. Hän myös popularisoi nykyään yleistä kemian terminologiaa, kuten anodi, katodi, elektrodi ja ioni.[7]

1847 Faraday havaitsi ensimmäisenä jotain, jota myöhemmin alettiin kutsua metallisiksi nanohiukkasiksi. Kyseessä oli luultavasti ensimmäinen havainto kvanttitason tapahtumista.[8]

Michael Faraday laboratoriossaan. Harriet Mooren maalaus.

Faraday tunnetaan erityisesti työstään sähkön ja magnetismin parissa. Hän kiinnostui sähkömagneettisista ilmiöistä, kun Ørsted vuonna 1820 havaitsi sähkövirralla olevan vaikutus kompassineulaan ja Ampèren havaittua kahden sähkönjohtimen välisen voiman. Faraday teki kokeita, joiden pohjalta hän rakensi ensimmäisen homopolaarisen sähkömoottorin.[6]

1831 Faraday keksi sähkömagneettisen induktion havaittuaan ensin keskinäisinduktanssin kahden johtimen välillä, sitten havaitsemalla sähkövirran synnyn käämissä magneetin kulkiessa sen läpi. Jo pitkän aikaa oli yleisesti arveltu, että magneettikentän pitäisi synnyttää sähkövirtaa, sillä käänteinen ilmiö oli jo havaittu. Vasta Faradayn ansiosta ymmärrettiin, että sähkövirran synty on dynaaminen prosessi, joka edellyttää joko virran muutosta toisessa johtimessa tai magneetin asennon tai paikan muutosta. Joseph Henry sai samanlaisen idean samoihin aikoihin, mutta ei epäröinniltään julkaissut havaintojaan.[2] Kaksi vuotta myöhemmin Faraday osoitti, että induktion aiheuttama sähkö oli täsmälleen samanlaista kuin Voltan parista tai kitkasta peräisin oleva sähkö.[6]

Tutkimustensa pohjalta Faraday painotti erityisesti havaintoaan, että jokainen positiivinen varausyksikkö oli aina yhteydessä negatiiviseen varausyksikköön. Toisin sanoen Faradayn mukaan oli mahdoton tuottaa positiivista tai negatiivista “absoluuttista sähkövarausta” ilman, että johonkin toiseen kappaleeseen muodostuu yhtä suuri, mutta vastakkaismerkkinen varaus.[7] Täten Faraday keksi varauksen säilymislain, vaikka teoriaa elektroneista, protoneista ja nettovarauksettomista atomeista ei ollut vielä esitetty.

1845 Faraday havaitsi, että jotkin materiaalit kokevat heikon poistovoiman magneetin lähellä, minkä hän nimesi diamagneettisuudeksi. Hän ymmärsi myös, että valolla ja sähkömagneettisuudella on yhteys havaittuaan, että valon polarisaatiotaso kiertyy magneettikentässä. Viimeiseksi jääneessä tutkimuksessaan vuonna 1862 hän yritti havaita valonsäteiden jakautumista magneettikentässä, mutta kyseisen havainnon onnistui lopulta tekemään vasta Pieter Zeeman yli kolmekymmentä vuotta myöhemmin.[6] Faraday oli vakuuttunut, että myös gravitaatiolla ja sähkömagneettisuudella oli yhteys, vaikkei onnistunutkaan sitä havaitsemaan.[2]

Faradayn mielestä vallitseva käsitys, jonka mukaan voimat vaikuttivat kappaleisiin etäältä, ei ollut fysikaalisesti mielekäs. Sen sijaan hän visualisoi avaruuden täyteen voimaviivoja, joiden kautta sähköiset ja magneettiset voimat vaikuttivat kappaleisiin ja esitteli täten kentän käsitteen. Jokaisessa avaruuden pisteessä voitiin määrittää voiman suuruus kyseisessä kohdassa olevan voimaviivan suuruudesta. Kentän käsitteen käyttö ei yleistynyt, ennen kuin Maxwell muotoili Faradayn ajatukset matemaattisesti.[2]

Faraday keksi nykyään Faradayn häkeissä sovellettavan periaatteen staattisten varausten jakautumisista.