Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность - Яков Абрамов

В 1831 году Фарадей опубликовал трактат “Об особого рода оптическом обмане”, послуживший основанием прекрасного и любопытного оптического снаряда, именуемого “хромотропом”. В том же году вышел трактат Фарадея “О вибрирующих пластинках”. Вопрос, которому был посвящен этот последний трактат, очень занимал ученых того времени и казался крайне трудным для разрешения. Было замечено, что легкие тела – например, семена ликоподия – собираются на вибрирующих местах звучащих поверхностей, тогда как песок располагается по узловым линиям. Фарадей показал, что вопрос решается очень просто: он доказал, что легкие тела увлекаются небольшими воздушными вихрями, между тем как это воздушное движение не производит влияния на более тяжелые тела. Все эти разнообразные работы, частью имеющие только чисто научный интерес, частью приведшие к значительным практическим результатам, были для Фарадея только подготовительной школой для работ в области электричества, которым он всецело отдался с 1831 года. Этот подготовительный период выработал в Фарадее остроумного экспериментатора и вместе с тем тонкого мыслителя, который в равной мере владел и анализом, и синтезом. В течение этого периода Фарадей испытал свои силы, проверил свои склонности и окончательно остановился на области знания, которая тогда была еще не разработана и привлекала его пытливый ум своею таинственностью. Работы в этой области и наполнили затем жизнь Фарадея, начиная с 1831 года, доставив ему ту славу “царя физиков”, которая остается за ним доселе.

ГЛАВА III. “ЦАРЬ ФИЗИКОВ”

Электромагнитная индукция; индукционное электричество. – Индукция, возбуждаемая земным магнетизмом. – Тождество электричества. – Измерение количества электричества. – Закон электрической проводимости. – Электрохимия. – Металлы, сгущающие газы. – Законы электрохимического разложения. – Источник силы в вольтовом столбе и общий закон сил. – Кривые электричества. – Проводники и изоляторы. – Усталость и поездка в Швейцарию

“Физику необходимо двадцать лет работы, чтобы возмужать, – говорил Фарадей, – до того он переживает состояние детства”. Справедливость этой мысли, прежде всего, оправдалась на самом Фарадее. Только к сорока годам у Фарадея развернулись вполне его силы, и он начинает делать открытие за открытием, приводящие в изумление весь мир. Все же предыдущие работы за почти 20 лет, из которых, впрочем, некоторые (например, сжижение газов) могли сами по себе обессмертить имя их автора, являются действительно детскими сравнительно с колоссальными открытиями, сделанными Фарадеем во второй период его научной деятельности (1831–1840 гг.).

К тому времени, когда Фарадей окончательно посвятил себя исследованиям в области электричества, было установлено, что при обыкновенных условиях достаточно присутствия наэлектризованного тела, чтобы влияние его возбудило электричество во всяком другом теле. Вместе с тем, было известно, что проволока, по которой проходит ток и которая также представляет собою наэлектризованное тело, не оказывает никакого влияния на помещенные рядом другие проволоки. Отчего зависело это исключение? Вот вопрос, который заинтересовал Фарадея и решение которого привело его к важнейшим открытиям относительно индукционного электричества.

По своему обыкновению Фарадей начал ряд опытов, долженствовавших выяснить суть дела. На одну и ту же деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированные проволоки; концы одной проволоки он соединил с батареей из десяти элементов, а концы другой – с чувствительным гальванометром. Когда был пропущен ток через первую проволоку, Фарадей обратил все свое внимание на гальванометр, ожидая заметить по колебаниям его появление тока и во второй проволоке. Однако ничего подобного не было: гальванометр оставался спокойным. Фарадей решил увеличить силу тока и ввел в цепь 120 гальванических элементов; результаты снова те же. Фарадей повторил этот опыт десятки раз и все с тем же успехом. Всякий другой на его месте оставил бы опыты, убежденный, что ток, проходящий через проволоку, не оказывает никакого действия на соседнюю проволоку. Но Фарадей старался всегда извлечь из своих опытов и наблюдений все, что они могут дать, и потому, не получив прямого действия на проволоку, соединенную с гальванометром, стал искать побочные явления. Сразу же он заметил, что гальванометр, оставаясь совершенно спокойным во все время прохождения тока, приходит в колебание при самом замыкании цепи и при размыкании ее. Оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропускается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй проволоке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное направление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающийся всего одно мгновение. Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных, индукцией, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось за ними доселе. Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспособления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичный ток, идущий от батареи по первой проволоке, благодаря чему во второй проволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, становящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), – индукция, и новый вид этой энергии – индукционное электричество.

Продолжая свои опыты, Фарадей открыл далее, что достаточно простого приближения проволоки, закрученной в замкнутую кривую, к другой, по которой идет гальванический ток, чтобы в нейтральной проволоке возбудить индуктивный ток направления, обратного гальваническому току, что удаление нейтральной проволоки снова возбуждает в ней индуктивный ток уже одинакового направления с гальваническим, идущим по неподвижной проволоке, и что, наконец, эти индуктивные токи возбуждаются только во время приближения и удаления проволоки к проводнику гальванического тока и что без этого движения токи не возбуждаются, как бы близко друг к другу проволоки ни находились. Таким образом, было открыто новое явление, аналогичное вышеописанному явлению индукции при замыкании и прекращении гальванического тока.

Эти открытия повели за собою новые. Если можно вызвать индуктивный ток замыканием и прекращением гальванического тока, то не получится ли тот же результат от намагничивания и размагничивания железа? Работы Эрштеда и Ампера установили уже родство магнетизма и электричества; было известно, что железо делается магнитом, когда вокруг него обмотана изолированная проволока и по последней проходит гальванический ток, и что магнитные свойства этого железа прекращаются, как только прекращается ток. Исходя из этого, Фарадей придумал такого рода опыт: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки; причем одна проволока была обмотана вокруг одной половины кольца, а другая – вокруг другой. Через одну проволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были соединены с гальванометром. И вот, когда ток замыкался или прекращался и когда, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничивалось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавливалась, то есть в нейтральной проволоке возбуждались все те же мгновенные индуктивные токи – на этот раз уже под влиянием магнетизма. Таким образом, здесь впервые магнетизм был превращен в электричество.