Ana sayfa Bilim Gündemi Bilimin Öncüleri: Michael Faraday (1791-1867)

Bilimin Öncüleri: Michael Faraday (1791-1867)

2640

Bilimin öncüleri arasında, modern yaşam koşulları üzerindeki etkisi bakımından, Faraday ile boy ölçüşe­bilecek bir başka ad kolayca gösterilemez. “Deneysel Bilimin Prensi” Faraday, bir ömre sığmayacak sayıda önemli pek çok çalışma ortaya koydu: Kimya, elektrokimya, metalürji alanlarında pratik sonuçlarından bugün de yararlandığımız de­neyler yaptı. Maden ocaklarında kullanılan Davy lambasını ge­liştirmede katkıları oldu. Elektrokimyadaki deneyleriyle kendi adıyla bilinen elektroliz yasalarına ulaştı. Deneysel olarak, bir maddeden geçen belli miktarda elektrik akımının, o maddenin bileşenlerinde belli miktarda bir çözülüme yol açtığını göster­di. Bu sonuç ilk elektrik sayaçlarının üretimine olanak verir. Faraday’ın bir başka önemli katkısı da “amper” denilen akım biriminin kesin tanımını vermiş olmasıdır. Elektrolizde geçen “elektrot”, “anot”, “katot”, “elektrolit”, “iyon” vb. terimleri de ona borçluyuz.

Faraday’ın yetişme koşullarına baktığımızda başarıları gözü­müzde daha da büyümektedir.

Michael Faraday, Londra’da yoksul bir ailenin çocuğu ola­rak dünyaya gelmişti. Babası demirci, annesi ev hizmetçisiydi. Kısa süren öğreniminde okuma, yazma, bir miktar aritmetik öğrenmekle kalmıştı. Henüz 13 yaşında iken bir kitapçının ya­nında çırak olarak çalışmaya başlamıştı. Ancak çok geçmeden kitap ciltleme becerisini kazandı. Bu iş ona yaşamının büyük fırsatını sağlar. Boş bulduğu zamanlarını kitap okumakla, il­gilendiği konularda not almakla dolduran Michael, ustasının sempati ve anlayışından da yararlanarak, eksik kalan eğitimini kendi kendine tamamlama çabası içine girer. Daha sonra yaz­dığı anılarında, “O sıra okuduklarım arasında ilgimi en çok iki kitap çekmişti” der. “Bunlardan biri elektrik konusunda bana ilk bilgileri sağlayan Britannica Ansiklopedisi, diğeri Jane Mar­cet’in Kimya Üzerine Söyleşiler adlı kitabıydı.” Bu kaynakların, onun düşünce yapısının kurulmasındaki önemi kesin, çünkü kimya ile elektrik yaşamı boyunca ilgilendiği başlıca iki konu olmuştur.

Faraday 19 yaşına geldiğinde, bilim merakı bir tutkuya dönüş­ müş, kendi olanakları içinde ciddi deneylere bile koyulmuştu. 1812’de bir müşterinin sağladığı biletle, dönemin seçkin bilim adamı Sir Humphrey Davy’nin (1778 – 1829) Kraliyet Enstitü­sü’nde düzenlenen konferanslarına katılma olanağı bulur. Bura­da dinledikleriyle öğrenme tutkusu daha derinleşen Faraday’ın bilimden kopması olanaksızdı artık. Konferansta tuttuğu notlar­la deneyleri ilişkin şekilleri bir kitapta toplayarak asistanlık için Davy’ye başvurur. Davy’den beklediği yanıtı hemen alamazsa da, ciltçilik işinde de daha fazla kalamazdı, artık! Kısa bir süre için de olsa Faraday işsiz kalmıştı, ama umutsuz değildi. Bir süre sonra şans yüzüne güler: Kraliyet Enstitüsü’nden uzaklaştırılan bir asistanın yerine bir başkası alınacaktır. Davy, daha önceki başvurusunu hatırlayarak, Faraday’ı göreve çağırır. Genç araş­tırmacı çok geçmeden giriştiği deneyleriyle yeteneğini ispatlar. Daha işe başladığı ilk yıl içinde deney sonuçlarını yayımlamaya, Enstitü’de ders vermeye başlar. Bu arada yeni evlendiği eşine hazırladığı sürpriz de ilginçtir: Bir Noel sabahı Faraday eşini Kraliyet Enstitüsü’ne götürür. Bayan Faraday kendisini bekleyen Noel armağanının merak ve heyecanı içindedir. Ama bulduğu yalnız kendisine değil, tüm dünyaya verilen bir armağandır: Elektrik akımıyla sürekli mekanik devinim sağlayan basit bir düzenek! Oyuncak trenlerden büyük elektrik lokomotiflerin­deki makinelere değin bildiğimiz elektrik motorlarının ortaya konmuş ilk örneği.

Bilim çevrelerinde pek rastlanmayan bir hızla ün kazanan Faraday, 1823’te Kraliyet Bilim Akademisi üyeliğine seçilir; bir yıl sonra da çalıştığı Enstitü’de laboratuvar direktörlüğüne atanır.

Faraday Enstitü’nün başına geçtikten sonra da deneylerini sürdürmekten geri kalmaz; “Faraday yasaları” diye bilinen iliş­kileri ortaya koyar. Bunlardan en önemlisi, bir maddeden geçen elektrik miktarıyla o maddeden ayrılan bileşenlerin miktarı arasındaki ilişkidir. Bunun ortaya koyduğu bir sonuç atomların yalnızca belli miktarlarda elektrikle bağıntılı olduğu olayıdır ki, bilimsel açıklaması ancak yüzyılımızın başında Rutherford’un atomun yapısını belirlemesiyle verilebilmiştir. Faraday elektrokimya alanındaki çalışmasıyla yetinseydi bile, bilim tarihinde önemli bir yeri olacaktı. Ama onu bilimin ön­cüleri arasına sokan asıl başarısı elektromanyetik konusundaki buluşlarıdır.

19.yüzyılın başlarına gelinceye dek elektriğe gizemli bir olay gözüyle bakılıyordu. Elektrik Benjamin Franklin (1706 – 1790) için bir tür akışkandı. Kimisine göre ise, elektrik pozitif ve ne­gatif olmak üzere iki değişik akışkandı. İlk kez Faraday elektriği bir “kuvvet” diye niteler. Elektrik gibi manyetizma da ilgi çeken, tartışılan bir konuydu; ama ikisi arasındaki ilişki henüz bilinmi­yordu. 1820’de Danimarkalı bilim adamı Hans Oersted (1777 – 1851), elektrik akımı taşıyan bir telin yakınındaki bir pusula ibresini devindirdiğini saptamıştı. Bu gözlem pek çok deneylere, bu arada elektrik akımının manyetik etkilerine ilişkin amper kuramına yol açar. Ancak bu konudaki asıl açıklama Faraday’ın mıknatısın elektriksel etkisini sezinlemesiyle gerçekleşir. Buna göre, bir tel bobinde oluşan manyetik etki, ikinci bir bobinde elektriksel etki olarak ortaya çıkmalıdır. “Elektromanyetik indüksiyon” denen bu olayı Faraday deneysel olarak 1831’de belirler.

Şekilde de görüldüğü üzere, ip ya da kumaş parçasıyla yalı­tılmış demir bir halkanın karşıt yanlarına bakır telden iki bobin yerleştirilmiş olsun. Bobinlerden birinin uçları bir batarya ve şal­tere, diğerinin uçları ise altında mıknatıslı bir ibre olan kuzey – güney doğrultusundaki bir tele bağlandığında, birinci bobinden elektrik akımının geçmesiyle mıknatıslı ibrenin devindiği görü­lür. Bu, bir anlık olan akımın ikinci telde mıknatısın etkisiyle oluştuğu demektir. Oysa akım sürekli olursa ikinci telde öyle bir akım oluşmaz, ancak akım kesildiğinde mıknatıslı ibrenin bu kez ters yönde devindiği görülür. Bu da ikinci bobinde bir anlık ama tersine bir akımın oluştuğu demektir. Birinci bobinden ge­çen akım demir halkayı mıknatıslamakta, bu ise ikinci bobinde elektrik akımına yol açmaktadır. Aynı ilişkiyi değişik deneylerle de ortaya koyan Faraday, bir başka deneyinde çok büyük bir mıknatısın kutupları arasında bir bakır disk döndürür. Diskin kenarlarıyla dingili arasındaki akımın sürekli olduğu görülür. Bu sonuçta da ilk basit dinamo örneğini bulmaktayız.

Faraday’a bilimde üstün konum sağlayan bir diğer önemli katkısı da bilime alan kavramını kazandırmış olmasıdır. Bu kavram yalnız elektromanyetik kuramın değil, Einstein’ın ge­nel görecelik kuramının da içerdiği bir kavramdır. Faraday’ı kavramı belirlemeye yönelten basit deneye bakalım: Üzerinde demir kırıntıları olan bir kartı mıknatıs üstünde tutup hafifçe fiskelediğimizde kırıntıların mıknatısın kuzey -güney kutapla­rını birleştiren birtakım çizgiler oluşturduğu görülür. Faraday bu çizgilere, “manyetik güç çizgileri” demişti. Bu şekilde oluşan çizgiler, mıknatısı çevreleyen manyetik alanı temsil etmekte, çizgilerin yönü ise manyetik alanın yönünü göstermektedir. Ayrıca, çizgilerin birbirine yakınlığı manyetik alanın güçlü, çiz­gilerin birbirine uzaklığı manyetik alanın zayıf olduğu demek­tir. Manyetik güç çizgilerinin bir devre tarafından kesilmesiyle elektrik akımının indükleneceğini belirten Faraday, uzayda da elektrik yüklü bir nesneyi çevreleyen manyetik güç çizgilerine benzer elektrik güç çizgilerinin olduğu kanısındaydı. Üstelik, elektrik güç çizgisinin bir pozitif yükten ona denk bir negatif yüke uzandığını düşünüyordu. Deneysel olarak da, bir tür elekt­rik indüklenirken, ona denk bir başka tür elektrik indüklenme­sinin kaçınılmaz olduğunu göstermişti. Örneğin, ipekle ovulan kuru bir cam parçası pozitif yük kazanır, elektrik güç çizgileri de camdan eşit negatif yük taşıyan çevresine uzanır.

Faraday bir atılım daha yaparak mıknatısın ışık üzerinde etki oluşturabileceği hipotezini ortaya koymuş, uzun deneylerden sonra ışığın gerçekten etkilendiğini kanıtlamıştı. Bilindiği gibi polarize ışık bir manyetik alan aracılığıyla döndürülebilmekte­dir. Ancak Faraday’ın belirlediği bu olguyu dönemin fizikçileri bir tür görmezlikten gelmişlerdi.

Faraday buluşlarının pratik sonuçlarıyla pek ilgilenmiyordu. Ama bu onun o sonuçların önemini kavramaktan uzak kaldığı demek değildi. Nitekim dönemin, başbakanı ona dinamonun ne işe yarayabileceğini sorduğunda, “Bilmiyorum, ama hükü­metinizin bir gün ondan vergi sağlayabileceğini söyleyebilirim” demişti.

Faraday’ın övgüye değer bir özelliği de bilimi halkın anlaya­cağı dil ve düzeyde yayma çabasıdır. Kraliyet Enstitüsü’nde halk için düzenlediği yıllık konferans ve dersler bugüne dek sürüp gelmektedir. Faraday büyük ilgi toplayan konferanslarından bir bölümünü yaşamının son yıllarında Mumun Kimyasal Tarihi adı altında bir kitapta toplayarak çocuklar için yayımlama yoluna bile gider.

Faraday’ın matematik bilgisi buluşlarını matematiksel olarak dile getirmek için yeterli değildi; ama nitel de olsa deney so­nuçlarını açıklayan bir kuramı vardı. Bu kuramın matematiksel olarak işlenmesi geçen yüzyılın büyük fizik bilgini James Clerk Maxwell’i bekleyecektir.

Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Eylül 2009, 30. Baskı, S.131-135