ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday): บิดาแห่งไฟฟ้าแม่เหล็ก ผู้จุดประกายยุคไฟฟ้า

หากไฟฟ้าคือหัวใจของอารยธรรมยุคใหม่ ไมเคิล ฟาราเดย์คือผู้ที่ทำให้หัวใจดวงนี้เริ่มเต้น เขาไม่ใช่ศาสตราจารย์ผู้ร่ำรวย หากเติบโตมาจากครอบครัวยากจน เป็นเด็กฝึกงานร้านเข้าเล่มหนังสือ แต่ด้วยความใฝ่รู้และ “มือเปื้อนสารเคมี” ฟาราเดย์พลิกโลกด้วยชุดการทดลองเรียบง่ายแต่ลุ่มลึก จนคำว่า “ฟิสิกส์ของสนาม” และวิศวกรรมไฟฟ้าถือกำเนิดขึ้นอย่างแท้จริง

วัยเด็กและทางสู่ห้องแล็บ (1791–1820)

• เกิดวันที่ 22 กันยายน ค.ศ. 1791 ที่ Newington Butts ใกล้ลอนดอน อังกฤษ ครอบครัวยากจน การศึกษาน้อย
• อายุ 14 ปีเป็นเด็กฝึกงานร้านเข้าเล่มหนังสือ การได้อ่านตำราวิทยาศาสตร์ระหว่างงานทำให้เขาหลงใหลการทดลอง
• ปี 1812 ได้ตั๋วเข้าฟังบรรยายของเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี (Royal Institution) ฟาราเดย์จดเลคเชอร์อย่างประณีต เย็บเข้าเล่มแล้วส่งให้เดวี ชักนำให้เขาได้เข้าทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องทดลอง (1813)

จากผู้ช่วยของเดวีสู่ผู้ทดลองชั้นครู (1820s)

• ฟาราเดย์ร่วมเดินทางวิชาการไปยุโรปกับเดวี (1813–1815) กลับมาสู่ Royal Institution และเริ่มฉายแววทั้งด้านเคมีและไฟฟ้า
• แต่งงานกับซาราห์ บาร์นาร์ด (1821) ซึ่งเป็นกำลังใจสำคัญตลอดชีวิต

มอเตอร์ไฟฟ้าชิ้นแรก (1821)

ปี 1821 หลังอ็องเดร-มารี อ็องแปร์ แสดงความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้ากับแม่เหล็ก ฟาราเดย์สาธิต “การหมุนแบบฮอโมโพลาร์”—ตัวนำกระแสไฟหมุนรอบแท่งแม่เหล็ก—ต้นแบบของ มอเตอร์ไฟฟ้า ที่ปัจจุบันขับเคลื่อนทุกอย่างตั้งแต่พัดลมถึงรถยนต์ไฟฟ้า

คมี: เบนซีนและการทำให้ก๊าซเป็นของเหลว (ทศวรรษ 1820)

• ค.ศ. 1825 ฟาราเดย์ค้นพบ เบนซีน (benzene) จากเศษน้ำมันในกระบวนการผลิตแก๊สส่องสว่าง สร้างหมุดหมายให้เคมีอินทรีย์
• ทดลอง ทำให้คลอรีนและก๊าซอื่น ๆ กลายเป็นของเหลว ภายใต้ความดันและความเย็น จนเข้าใจพฤติกรรมสสารได้ดีขึ้น

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและไดนาโม (1831)

ผลงานที่เปลี่ยนโลกเกิดขึ้นในปี 1831 เมื่อฟาราเดย์พิสูจน์ว่า “การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก สามารถ เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในตัวนำได้” (Faraday’s law of induction) เขาสร้าง จานฟาราเดย์ หรือ ไดนาโมแบบฮอโมโพลาร์—เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชิ้นแรก ๆ ของโลก นี่คือหลักการเบื้องหลังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรงไฟฟ้า และเครื่องชาร์จยุคใหม่

กฎของฟาราเดย์ในอิเล็กโทรลิซิส (1834)

ฟาราเดย์แปลงไฟฟ้า-เคมีให้เป็นวิทยาศาสตร์เชิงปริมาณด้วย กฎอิเล็กโทรลิซิส 2 ข้อ อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณประจุและมวลสารที่แยกตัวที่ขั้วไฟฟ้า เขายังผลักดันศัพท์มาตรฐานอย่าง anion, cation, electrode, electrolyte (ร่วมกับนักปรัชญาวิทยาศาสตร์ William Whewell) กระทั่งเกิดค่าคงที่สำคัญ ค่าฟาราเดย์ (F) ประจุไฟฟ้าต่อโมลของอิเล็กตรอน

เส้นแรงและแนวคิด “สนาม”

ฟาราเดย์แนะนำภาพทางความคิดเรียบง่ายแต่ทรงพลัง: เส้นแรง (lines of force) เพื่ออธิบายพฤติกรรมไฟฟ้าและแม่เหล็กที่กระทำ “ผ่านอวกาศ” ไม่ใช่เฉพาะจากวัตถุสู่วัตถุ แนวคิดนี้ต่อมาถูกแปลเป็นภาษาคณิตศาสตร์โดยเจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ กลายเป็น สมการแมกซ์เวลล์—รากฐานทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าสมัยใหม่

Faraday Effect และไดอะแมกเนติก (1845)

• ค.ศ. 1845 ฟาราเดย์ค้นพบ Faraday Effect—สนามแม่เหล็กทำให้แนวโพลาไรเซชันของแสงหมุนได้ สะพานเชื่อมแรก ๆ ระหว่าง “แสง” กับ “ไฟฟ้าแม่เหล็ก”
• ศึกษา ไดอะแมกเนติก (สสารถูกผลักโดยสนามแม่เหล็ก) ขยายขอบเขตความเข้าใจสสารกับสนา

Faraday Cage (1836)

เพื่อแสดงให้เห็นว่าไฟฟ้าสถิตกระจายอยู่ที่ผิว ฟาราเดย์จึงสร้าง กรงฟาราเดย์ แสดงการป้องกันสนามไฟฟ้าสถิตภายนอก—หลักการที่ยังใช้ในห้องทดสอบสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ ตึกระฟ้า ไปจนถึงสายเคเบิลและรถยนต์

ครูวิทยาศาสตร์ของสาธารณชน

ฟาราเดย์คือดาวเด่นของ Royal Institution ผู้บรรยายเข้าใจง่ายและชวนให้ทึ่ง เขาเป็นคอลัมน์หลักของ Christmas Lectures ที่ต่อมาสืบเนื่องเป็นประเพณีวิทยาศาสตร์สำหรับเยาวชนในสหราชอาณาจักรหลายร้อยปี

เกียรติยศ เอกนิสัย และงานเพื่อสาธารณะ

• ได้รับตำแหน่ง Fullerian Professor of Chemistry (1833) ตลอดชีพ
• เป็นที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ให้ Trinity House พัฒนาระบบไฟสัญญาณทางทะเล/ประภาคาร
• ขึ้นชื่อเรื่องความถ่อมตน ยึดมั่นศาสนาคริสต์นิกาย Sandemanian และมัก ปฏิเสธเกียรติยศ/บรรดาศักดิ์ ที่เกี่ยวข้องกับฐานันดร
• ปลายชีวิตมีปัญหาสุขภาพและความจำเสื่อมเป็นระยะ เขาเสียชีวิตวันที่ 25 สิงหาคม 1867 ที่ Hampton Court

มรดกที่ยังเต้นอยู่ในปลั๊กไฟ

• หน่วย farad (F) ของความจุไฟฟ้าตั้งชื่อตามเขา
• แนวคิด “สนาม” จุดทางให้แมกซ์เวลล์ สู่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วิทยุ โทรทัศน์ เรดาร์ ไฟฟ้ากำลัง คอมพิวเตอร์ และเครือข่ายสื่อสาร
• หลักการจาก Faraday’s law ทำให้เครื่องกำเนิด/มอเตอร์ไฟฟ้าทุกชนิดทำงานได้

ไทม์ไลน์สำคัญ

• 1791 เกิดที่ Newington Butts, ลอนดอน
• 1805–1812 เด็กฝึกงานเข้าเล่มหนังสือ ฝึกอ่าน-จด-ทดลองด้วยตัวเอง
• 1813 เป็นผู้ช่วยเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี ที่ Royal Institution
• 1821 สาธิตมอเตอร์ไฟฟ้าชิ้นแรก (homopolar motor)
• 1825 ค้นพบเบนซีน
• 1831 ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สร้างจานฟาราเดย์ (ไดนาโม)
• 1833 ได้เป็น Fullerian Professor of Chemistry
• 1834 เสนอ “กฎของฟาราเดย์” ในอิเล็กโทรลิซิส
• 1836 สาธิตกรงฟาราเดย์
• 1845 ค้นพบ Faraday Effect และศึกษาดิอะแมกเนติก
• 1867 ถึงแก่อสัญกรรม อายุ 75 ปี

คำคมที่สะท้อนความเชื่อ

“Nothing is too wonderful to be true, if it be consistent with the laws of nature.”
(ไม่มีสิ่งใดวิเศษเกินกว่าจะเป็นจริง หากสอดคล้องกับกฎของธรรมชาติ)

เกร็ดน่ารู้

• ฟาราเดย์แทบไม่มีการศึกษาระดับมหาวิทยาลัย แต่กลายเป็นเสาหลักของวิทยาศาสตร์ด้วย “พลังของการทดลองและความคิดเชิงภาพ”
• เขาไม่ค่อยจดสิทธิบัตรวิธีการต่าง ๆ เพราะเชื่อว่าวิทยาศาสตร์ควรเป็นประโยชน์สาธารณะ
• ห้องทดลองและเลคเชอร์ของเขาทำให้วิทยาศาสตร์ “เป็นมิตร” ต่อสาธารณชนยุควิกตอเรียน