Статьи и речи - Максвелл Джеймс Клерк

Мы должны теперь перейти к открытию, увенчавшему исследования Фарадея,— к открытию индукции электрических токов.

В декабре 1824 г. он пытался получить электрический ток при помощи магнита и трижды делал тщательные, но безуспешные попытки получить ток в одном проводе при помощи тока в Другом проводе или при помощи магнита. Он продолжал упорствовать и 29 августа 1831 г. получил первое доказательство того, что электрический ток может индуцировать ток в другой цепи. 23 сентября он пишет своему другу Р. Филлипсу: «Я теперь занимаюсь опять электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу ещё утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы». Это был его первый удачный опыт. Ещё через девять дней опытов он достиг результатов, описанных в его первой серии «Опытных исследований» («Experimental Researches») и доложенных в Королевском обществе 24 ноября 1831 г.

Напряжённым усилием своего мышления он меньше чем в три месяца развил новую идею из первоначального состояния её до полной зрелости. Все величие и оригинальность фарадеевского достижения могут быть оценены путём рассмотрения последующей истории этого открытия. Как и следовало ожидать, оно немедленно сделалось предметом исследований со стороны всего научного мира. Но некоторые из наиболее опытных физиков оказались неспособными избежать ошибок в формулировке изучаемого явления, полагая при этом, что они применяют более научный язык, чем язык Фарадея. До настоящего времени математики, отбросившие фарадеевский метод формулирования ого закона, как несоответствующий точности их науки, никогда не могли изобрести никакой другой существенно отличной формулы, которая бы полно изображала явление, не вводя гипотезы о взаимном действии вещей, не имеющих физического существования, как, например, элементы токов, вытекающих из ничего, затем текущих по проводу и, наконец, снова погружающихся в ничто.

После почти полувековой работы этого рода мы можем сказать, что хотя практические применения открытия Фарадея возросли и возрастают по количеству и по значению с каждым годом, не было найдено ни одного исключения из формулировки этих законов, данной Фарадеем, не прибавлен ни один новый закон, и его первоначальная формулировка и по сей день остаётся единственной, утверждающей не более того, что может быть проверено опытом, и единственной, при помощи которой теория этого явления может быть выражена строго и численно точно, оставаясь в то же время в рамках элементарных методов изложения.

В течение первого периода своих открытий Фарадей установил, кроме открытия индуктивного действия электрических токов, тождественность электризации, производимой разными способами; затем закон об определённом электролитическом действии тока и факт, которому он придавал огромное значение, что каждая единица положительной электризации определённым образом связана с единицей отрицательной электризации, так что невозможно получить то, что Фарадей называл «абсолютным электрическим зарядом» одного рода, не связанным с равным зарядом противоположного рода.

Он открыл также различие в свойстве разного рода веществ принимать участие в электрической индукции — факт, лишь в последние годы признанный учёными на континенте. Впрочем, из неопубликованных до последнего времени бумаг Генри Кавендиша видно, что он не только открыл ещё до 1773 г., что стекло, воск, шеллак и камедь имеют более высокую удельную индуктивную ёмкость, чем воздух, но и действительно определил численное соотношение этих постоянных. Это, конечно, было неизвестно как Фарадею, так и всем остальным физикам его времени.

Первый период открытий Фарадея в области электричества продолжался 10 лет. В 1841 г. он нашёл, что ему необходим отдых, и лишь в 1845 г. он вступил во второй период замечательных исследований, в течение которого он открыл действие магнетизма на поляризованный свет и явление диамагнетизма.

Фарадей давно уже думал о возможности использования луча поляризованного света как средства исследования состояния прозрачных тел, находящихся под действием электрических и магнитных сил. Д-р Бене Джонс («Life of Faraday», т. I, стр. 362) приводит следующую заметку из лабораторного дневника Фарадея от 10 сентября 1822 г.:

«Поляризовал отражением луч лампы и пытался определить, оказывает ли на него какое-нибудь деполяризующее действие вода, помещённая между обоими полюсами вольтового столба в стеклянном сосуде; однажды пользовался волластоновским сосудом; разлагаемыми жидкостями являлись чистая вода, слабый раствор сернокислого натрия и крепкая серная кислота. Ни одна из них не оказала никакого влияния на поляризованный свет ни в том случае, когда она была включена в электрическую цепь, ни в том случае, когда она не была включена, так что таким способом нельзя было установить никакого специального расположения частиц».

Одиннадцать лет спустя мы находим в его записной книжке другие записи от 2 мая 1833 г. («Life» Вепсе Jones, т. II, стр. 29). Он пытался исследовать не только действие постоянного тока, по и действие прерывания его.

«Поэтому я не думаю, чтобы разлагающиеся растворы или вещества оказывали в результате разложения или перегруппировок какое бы то ни было действие на поляризованный луч. Я испытаю теперь неразлагающиеся тела — как твёрдую селитру, азотнокислое серебро, буру, стекло и др.— в твёрдом состоянии, чтобы посмотреть, создаётся ли какое-нибудь внутреннее состояние, которое разрушается при разложении, т. е. существует ли, когда их нельзя разложить, какое-либо состояние электрического напряжения. Моё стекло с бурой хорошо и обычное электричество лучше вольтаического».

6 мая он производит дальнейшие опыты и заключает: «Следовательно, я не вижу никаких причин для того, чтобы предполагать, что можно сделать явной какую-либо структуру или напряжение в разлагающихся или в неразлагающихся телах, находящихся в состоянии непроводимости или же проводимости».

Подобные упомянутым выше опыты были недавно произведены в Глазго д-ром Кэрром, полагающим, что он получил явное свидетельство действия на луч поляризованного света, когда электрическая сила перпендикулярна к лучу и наклонена под углом в 45° к плоскости поляризации. Однако многие физики не были в состоянии получить результатов Кэрра.

Наконец, в 1845 г. Фарадей взялся за старую проблему, но на этот раз с полным успехом. Прежде чем описать полученные им результаты, мы упомянем о том, что в 1862 г. он избрал вопрос о связи между светом и магнетизмом предметом своей последней экспериментальной работы. Он пытался, но безуспешно, открыть какое-либо изменение в спектральных линиях пламени, подвергнутого действию мощного магнита.

Эта длинная серия исследований является примером его настойчивости. Его энергия проявилась в том пути, которому он следовал при своём открытии и в конце которого он все же добился успеха. Впервые явление вращения плоскости поляризации света под действием магнетизма было получено им 13 сентября 1845 г.; прозрачным веществом служило изобретённое им же тяжёлое стекло.

30 августа 1845 г. он начал работать над проблемой прохождения поляризованного света сквозь электролиты. Через три дня он работал с обычным электричеством, пробуя стекло, тяжёлое оптическое стекло, кварц, исландский шпат — все безрезультатно, так же как и при предыдущих попытках. 13 сентября он работал над линиями магнитных сил. Исследовались воздух, флинт, стекло, горный хрусталь, известковый шпат — по все безрезультатно.

«Производились опыты с тяжёлым стеклом. Оно не дало никаких результатов ни когда одинаковые магнитные полюсы или противоположные полюсы находились по разные стороны (относительно направления поляризованного луча), ни когда оба одинаковых полюса находились по одну сторону как при постоянном, так и при прерывистом токе. Но когда противоположные полюсы находились с одной стороны, то имелось воздействие на поляризованный луч, и таким образом было доказано, что магнитная сила и свет находятся в каком-то соотношении. Весьма вероятно, что этот факт окажется чрезвычайно плодотворным и весьма важным в деле исследования условий проявления сил природы».