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法拉第的研究态度和金属研究

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前言
每一个学术领域都是建立在前人成就的积累之上的。 然而,我们通常只了解结果,而很少知道它们是如何获得的。 尽管过去的发现注定会过时,但我们认为从学习如何进行研究的角度了解它们是如何获得的总是很重要的。 迈克尔·法拉第(1791-1867)是一位在电磁学和电化学领域取得重大发现的英国实验科学家。 他的金属制品被其他显着成就所掩盖,但不可否认的是,他是该领域的先驱。
他对金属的研究包括对磁性材料的研究,但在这篇论文中,他开发了没有人尝试过的具有许多添加元素的合金钢,以及假设氧化薄膜的形成是原因的铁的钝化研究。
我们将跟随他的脚步,看看他是如何进行研究的,以及他是如何进行研究并取得成果的。 我相信我们仍然可以从他的研究精神中学到很多东西。


IP属地:河北本楼含有高级字体1楼2023-03-23 09:24回复
    我对法拉第的学术成就和研究态度都印象深刻。 他的学术成就可以归功于他以自强不息的努力和信念为基础的真诚研究态度。 我将描述他对研究的整体态度,这反映了他在进行具体研究时的品质和风格。
    意识到自己是铁匠出身,只受过初等教育,二十多岁的他进入了学习圈,以提高自己的基本学术技能,同时进行科学研究。
    在科学实验中,实践了自学、自查、自强。换言之,这是一种将科学实验的进行视为自我提升的过程的研究态度。 22 岁时,他被皇家研究所聘为戴维的助手,戴维是包括钾在内的六种元素的发现者。在 25 岁时写了第一篇论文,最初的学习过程一直到 30 岁左右。未来 10 年将是一个更高级的学习过程。在 40 岁时,他完成了他的学业,在接下来的 20 年中,他为哲学交易撰写了 30 篇系列论文《电力实验研究》。然而,他认为,对学习的热爱会持续一生。另一方面,他坚信基督教是他的人生信条。他的研究态度体现了他严格的自律,如不掩饰失败的诚实,不申请专利的财务无私,拒绝贵族爵位的谦逊。
    在后面的论文集中的演讲录Observations on Mental Education中可以了解他的教育观、研究观。人说应该自我钻研,如下所述。不盲目地遵从他人的意见。尽管如此,只寻找好的意见而无视反对意见是不好的。正确与否应当做自我反省。对自己应当抱有疑问。认为教育不是开导。指导者并不比被指导者聪明。教育的最重要事项是磨练判断力,应该通过自我钻研来达到。错误判断要靠判断力足。虽然我们的感觉很棒,单凭感觉判断是错误的。在信息不足的阶段判断不好。不必慌张判断。判断没有绝对,所以应该认为任何判断都处于保留状态。他认为做科学研究会敏锐思考,他认为其科学思考法本身对社会有帮助。基于他的研究态度的具体研究风格具有突出的以下特点。


    IP属地:河北2楼2023-03-23 09:28
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      ①撰写清晰的研究笔记
      他坚持做记录。 1831 年,40 岁的他,经过一段时间的反复试验,改变了自己写实验室笔记本的方式,开始对一组句子的段落进行连续编号。 本文的钝化研究附录中提供了示例。 最终数字在 68 岁时达到 16041 号。 虽然他自己称它为实验笔记,但它是一份研究笔记,因为它不仅包括实验结果,还包括研究计划、必读论文、实验方法和注意事项。 我将继续将其视为我在研究中取得进展的证明。 这是一个宝贵的资源,可以深入了解这一伟大发现的幕后。
      它是如何保存实验笔记和研究笔记,实验科学家应该如何进行研究,以及如何准备论文的典范。 目前以“法拉第日记”的形式出版,共 7 卷。
      ②真诚和诚实对待
      出于宗教良知,他没有伪造任何数据。 面对实验的失败,他坦诚相待。 作者比较和验证了他的研究笔记中的数据,并发表了关于他的电解研究的论文。 他的研究笔记和论文中的数据没有出入,也很少有选择。 论文中未使用的数据仅限于他认为不确定的数据。 作为如何处理失败的例子,当贝采利乌斯批评已发表的关于电解锑的结果时,他自己改进了实验方法,重新进行了实验,并发表了更正,称之前发表的实验结果有误。 他公开承认自己的错误,没有找任何借口。
      ③使用各种各样的实验样本
      鸟瞰他所做的研究会让任何人都不知所措。 就电解研究而言,他已经电解了各种能接触到的化学物质。 不仅水溶液而且熔盐和固体也被电解。 不仅金属而且非金属如石墨和二氧化铅也被用于电极。 在本文介绍的合金钢的开发中,他正在尝试将除铂之外的钯、铑、锇、铱等特殊铂族元素的铁合金化。 仅从有限物质的结果来看,他们一定担心无法发现物质的多样行为,可能会将物质的特殊性质误认为是一般性质。
      ④多种实验方法
      他不喜欢使用固定的实验方法,并不断改进它们。 他一个接一个地设计了七种电解槽,当他发现电解定律时就使用了这些电解槽。 他强调化学家掌握这项技术很重要,因为他擅长制造玻璃器皿。 他没有在相同的条件和相同的方法下重复实验。 他认为相同的方法无法消除该方法特有的怪癖。 此外,他的作风是尽量通过小规模的实验来获取知识。 在本文介绍的钝化实验中,实验是在试管中进行的,而不是在平底容器中进行,推荐这种方法。 最近,在教育环境中推荐使用尽可能少的样品和溶液进行化学实验的微尺度化学,法拉第是这方面的先驱。
      ⑤个人研究
      他聘请了一名助手来帮助进行实验工作,但这本质上是一项单独的研究。 因此,他对所有发表的论文都很熟悉。 据推测,他一个人做研究是因为他跟不上别人的步伐,而且他对自己演讲的内容有很强的责任感。 据说即使观察到同样的现象,每个人的感受也不一样。 他唯一的联合论文是与 Phillips 发现氯化碳以及与 Stodart 开发以下合金钢。 在他年轻的时候,他的论文被戴维纠正过,但他没有合著过任何论文。


      IP属地:河北3楼2023-03-23 09:29
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        合金钢的发展
        铁是最重要的金属,就像其他金属统称为有色金属一样。 有句话叫“钢铁为国”。 在工业革命的同时,需要对铁进行广泛的研究和开发。 人们认识到,当向其中添加碳时,铁的性质会发生显着变化。 试图通过添加其他物质来获得有用的特性是一种自然的结果。 然而,直到法拉第系统地研究了添加物的影响,才对合金进行了全面的研究。 我想介绍一下他是如何接受开发合金钢的挑战的,因为它可以被认为是金属研究人员研究方法的起源。另外还有铃木和田中对法拉第合金钢的解说。
        以往研究
        在英国,1740 年,亨斯迈发明了坩埚炼钢法,将钢密封在坩埚中加热熔化。谢菲尔德从早期就开始进行炼铁,进一步发展成为铁城。在他 1812 年出版的书中,戴维详细描述了当时已知金属的特性。根据结果,定性地知道铁的性质会因碳含量和热处理效果而发生显着变化。锡钢被认为是一种有用的合金。法拉第添加了许多金属,但它们在不久后才被发现。镍于 1751 年被发现,钛于 1795 年被发现,铬于 1797 年被发现。铂族钯于 1802 年发现,铑于 1803 年由沃拉斯顿发现,铱和锇于 1803 年由坦南特发现。
        法拉第专注于适合制作刀具的印度乌兹钢和号称不生锈的陨铁。 大马士革剑由乌兹钢制成。 木纹图案被称为锦缎图案。 1795 年,Pearson 研究了乌兹钢与其他钢的冶金特性。 18世纪末,来自世界各地的陨石和铁陨石被带到了英国皇家学会的成员手中,人们对它们的兴趣越来越广泛。 长期以来,来自外太空的陨铁一直引起人们的兴趣,埃及和美索不达米亚用它制成了匕首和餐具。 陨铁被认为是一种镍钢,并且还分析了镍含量。


        IP属地:河北本楼含有高级字体4楼2023-03-23 09:29
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          哈德菲尔德验证
          哈德菲尔德(Robert A. Hadfield,1858-1940)是来自谢菲尔德的冶金学家,以开发锰钢和硅钢而闻名。他检查了近一个世纪前法拉第论文的内容。幸运的是,我们能够在法拉第留下的样品盒中准备了79个实验样品(其中一个用于初步测试),以及一些捐赠给伦敦科学博物馆的样品,其中一些仍然在展出. 对刀具样品等进行化学分析,进行硬度、金属显微镜观察、腐蚀试验等。对法拉第纯铁的分析发现当时是低碳0.07%C的纯铁。
          法拉第没有测量硬度,但是如果用硬度测量优于使用当时的钢的布氏硬度测量的金刚石压头测量并换算成布氏硬度,则有14个被玻璃划伤的600以上的硬度样品。总体而言,我们确认了法拉第研究结果的有效性,并对他的工作给予了高度评价。法拉第的成就在于合金钢的发展,当时根本不知道可以生产什么样的合金。他设立了一个项目,大胆地迎接挑战,并为后来的研究人员提供了指导方针。这就是为什么哈德菲尔德称法拉第为“钢铁和合金的先驱”。
          钝化研究
          铁一般在酸中腐蚀,但在浓硝酸中钝化。 1836 年,来自德国的 C. H. Schäonbein(用英语写于 Schoenbein,1799-1868 年)的一封信报告说,如果铁被加热,即使在不会钝化的硝酸浓度下,它也可以保持其钝化状态。这促使法拉第开始他的研究。


          IP属地:河北本楼含有高级字体5楼2023-03-23 09:30
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            合金钢的开发
            这是法拉第难得的联合研究项目。发展目标是开发可用于医疗的刀具钢,以及以不生锈的铁为目标的耐腐蚀钢的开发。它需要一种经过深思熟虑的开发方法。首先,他研究了著名的大马士革剑所用钢的化学成分并进行了模拟,他阐明了通过改变添加到钢中的各种金属的成分比和进行结构研究来从根本上改变钢性能的可能性。钝化研究:从 Schoenbein 所说中发现了一个奇特的现象,并被要求推荐将其提交给英国期刊。
            他对内容很感兴趣,并自己用一种新方法确认了这一现象。他研究了硝酸中各种金属与铁结合的电位水平,发现银和铁表现出反电位振荡现象。
            尽管他不同意 Schoenbein 的观点,但他假设铁上覆盖了一层肉眼看不见的薄氧化膜,变得钝化。这一发现对后来的钝化研究做出了很大贡献。那是一个短短一个多月的短期实验,从研究笔记可以看出,研究时间每天都在浓缩。他做研究的速度感是常人无法模仿的,但让我意识到研究是应该这样去做的。


            IP属地:河北本楼含有高级字体6楼2023-03-23 09:30
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