Яков Абрамов - Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность

• Название: Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность
• Автор: Яков Абрамов
• Издательство: 3bd93a2a-1461-102c-96f3-af3a14b75ca4
• Жанр: Биографии и Мемуары

Эти биографические очерки были изданы около ста лет назад в серии «Жизнь замечательных людей», осуществленной Ф.Ф.Павленковым (1839–1900). Написанные в новом для того времени жанре поэтической хроники и историко-культурного исследования, эти тексты сохраняют ценность и по сей день. Писавшиеся «для простых людей», для российской провинции, сегодня они могут быть рекомендованы отнюдь не только библиофилам, но самой широкой читательской аудитории: и тем, кто совсем не искушен в истории и психологии великих людей, и тем, для кого эти предметы – профессия.

---

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.

Получив эти результаты, Фарадей стал разнообразить свои опыты. Вместо железного кольца он стал употреблять железную полосу; вместо возбуждения в железе магнетизма гальваническим током он намагничивал железо прикосновением его к постоянному стальному магниту, – результат получался тот же: в проволоке, обматывавшей железо, всегда возбуждался ток в момент намагничивания и размагничивания железа. Затем Фарадей вносил в проволочную спираль стальной магнит – приближение и удаление последнего вызывало в проволоке индукционные токи. Словом, магнетизм, в смысле возбуждения индукционных токов, действовал совершенно так же, как и гальванический ток.

В данное время физиков усиленно занимало одно загадочное явление, открытое в 1824 году Араго и не находившее объяснения, несмотря на то, что этого объяснения усиленно искали такие выдающиеся ученые того времени, как сам Араго, Ампер, Пуассон, Бабэдж и Гершель. Дело состояло в следующем. Магнитная стрелка, свободно висящая, быстро приходит в состояние покоя, если под нее подвести круг из немагнитного металла; если затем круг привести во вращательное движение, магнитная стрелка начинает двигаться за ним. В спокойном состоянии нельзя было открыть ни малейшего притяжения или отталкивания между кругом и стрелкой, между тем как тот же круг, находившийся в движении, тянул за собою не только легкую стрелку, но и тяжелый магнит. Это поистине чудесное явление казалось ученым того времени таинственной загадкой, чем-то выходящим за пределы естественного. Фарадей, исходя из своих вышеизложенных данных, сделал предположение, что кружок немагнитного металла, под влиянием магнита, во время вращения обегается индуктивными токами, которые оказывают воздействие на магнитную стрелку и влекут ее за магнитом. И действительно, введя край кружка между полюсами большого подковообразного магнита и соединив проволокою центр и край кружка с гальванометром, Фарадей получил при вращении кружка постоянный электрический ток.

Вслед за тем Фарадей остановился на другом вызывавшем тогда общее любопытство явлении. Как известно, если посыпать на магнит железных опилок, они группируются по определенным линиям, называемым магнитными кривыми. Фарадей, обратив внимание на это явление, дал в 1831 году магнитным кривым название “линий магнитной силы”, вошедшее затем во всеобщее употребление. Изучение этих “линий” привело Фарадея к новому открытию: оказалось, что для возбуждения индуктивных токов приближение и удаление источника от магнитного полюса необязательны и что для возбуждения токов достаточно пересечь известным образом линии магнитной силы.

Дальнейшие работы Фарадея в упомянутом направлении принимали с современной ему точки зрения характер чего-то совершенно чудесного. В начале 1832 года он демонстрировал прибор, в котором возбуждались индуктивные токи без помощи магнита или гальванического тока. Прибор состоял из железной полосы, помещенной в проволочной катушке. Прибор этот при обыкновенных условиях не давал ни малейшего признака появления в нем токов; но лишь только ему давалось направление, соответствующее направлению магнитной стрелки, в проволоке возбуждался ток. Затем Фарадей давал положение магнитной стрелки одной катушке и потом вводил в нее железную полосу: ток снова возбуждался. Причиною, вызывавшею в этих случаях ток, был земной магнетизм, вызывавший индуктивные токи подобно обыкновенному магниту или гальваническому току. Чтобы нагляднее показать и доказать это, Фарадей предпринял еще один опыт, вполне подтвердивший его соображения. Он рассуждал, что если круг из немагнитного металла, например, из меди, вращаясь в положении, при котором он пересекает линии магнитной силы соседнего магнита, дает индуктивный ток, то тот же круг, вращаясь в отсутствие магнита, но в положении, при котором круг будет пересекать линии земного магнетизма, тоже должен дать индуктивный ток. И действительно, медный круг, вращаемый в горизонтальной плоскости, дал индуктивный ток, производивший заметное отклонение стрелки гальванометра.

Тиндаль, характеризуя эту сторону работ Фарадея, выражается следующим образом: “Он играл земным магнетизмом, как волшебник магическим жезлом. Освещал невидимые линии, по которым действовала сила земного магнетизма, и, пересекая их своею волшебной палочкой, заставлял эту новую силу повиноваться его вызову”. Вот некоторые из относящихся сюда опытов Фарадея. Окружая магнитную стрелку простою проволочною петлей, Фарадей наклонял верхнюю часть петли к западу; северный полюс стрелки поворачивался к западу. В другом опыте Фарадей соединял полюс магнитной полосы с одним концом гальванометра, а экватор полосы с другим, вешал полосу вертикально и начинал вертеть ее вокруг собственной оси, – и ток стремился от магнита к гальванометру.

Все эти изыскания в области индукции, производимой земным магнетизмом, дали Фарадею возможность высказать еще в 1832 году теорию телеграфа, которая затем и легла в основу этого благодетельного изобретения. Фарадей ясно представлял себе, что если концы телеграфной проволоки зарыть в землю, то, раз в проволоке будет возбужден ток, он неизбежно возбудится в противоположном направлении в земле между концами проволоки. Затем, он не сомневался, что земля, в свою очередь, возбудит ток в проволоке, концы которой опущены в землю. Опыты, направленные к обнаружению этого предположенного явления, не удавались Фарадею, но, как известно, теперь это точно установленный факт, с особенною резкостью наблюдаемый на подводных кабелях.

Этот ряд исследований в области электрической индукции Фарадей закончил открытием, сделанным в 1835 году, “индуктирующего влияния тока на самого себя”. Он выяснил, что при замыкании или размыкании гальванического тока в самой проволоке, служащей проводником для этого тока, возбуждаются моментальные индуктивные токи.

Мы выше уже сделали краткую оценку практического значения для человечества изложенных открытий Фарадея в области электрической индукции и электромагнетизма. Составляя основу современной электротехники, дав промышленности средство пользоваться громадными естественными силами течения рек, водопадов, ветра, морских приливов и так далее, путем превращения этих сил в электрическую энергию, которая затем приводит в движение машины, освещает города, дает тепло жилищам, производит химические процессы в различных производствах, служит лечебным средством и так далее, и так далее, открытия Фарадея дают ему полное право на звание великого благодетеля человечества. Но и в области чистой науки, в области естественной философии Фарадей приобрел не менее почетное имя. Благодаря ему мы теперь имеем целый ряд строго установленных фактов, точно обоснованных понятий относительно сил, действующих в природе. Основное понятие о единстве сил в значительной мере установилось благодаря трудам Фарадея. Как человек опыта, он никогда не удовлетворялся обобщениями, пока они не были подтверждены точными опытами; но если опыт давал фактические основания для обобщений, Фарадей делал все вытекавшие из последних выводы и считал их не подлежащими сомнению, как бы они ни противоречили установившимся взглядам. В 1833 году, закончив фактические работы в области электрической индукции, Фарадей ставит себе вопрос: действительно ли открытая им форма проявления энергии – электричество? Действительно ли сила, проявляемая обыкновенными электрическими машинами (с кругом), вольтовым столбом, электрическими угрями и скатами, магнитоэлектрическими и термоэлектрическими приборами, – тождественна, является одной и той же силою? Для всякого другого в этом не могло бы быть сомнения; но для Фарадея нужна была уверенность, основанная на фактах, не оставлявших места сомнению. Он проделал ряд опытов по превращению одной формы проявления электрической энергии в другую и, таким образом, опытным путем доказал тождество электричества во всех вышеупомянутых его проявлениях. А признав это тождество, Фарадей, уже не колеблясь, сделал вывод, что разные формы проявления электрической энергии соизмеримы, то есть что можно найти общую меру для определения количества электричества во всяких формах его проявления, как бы различны они ни были. Прежде всего, он установил различие напряженности электричества от его количества. Если сделать двадцать оборотов круга электрической машины и зарядить одну лейденскую банку, то в нее поступит количество электричества, соответствующее именно 20 оборотам машины; если затем новыми 20 оборотами машины зарядить 10 банок, то, очевидно, в последние поступит то же самое количество электричества. Это подтверждается и тем, что стрелка гальванометра испытывает одинаковое отклонение как от одной лейденской банки, так и от 10, раз для заряжения в обоих случаях было употреблено одинаковое число оборотов электрической машины. Но напряжение электричества в первом случае будет в 10 раз сильнее, нежели во втором, так как электричество в последнем случае рассеяно на площади, в 10 раз большей, нежели в первом. Исходя из этих положений, Фарадей установил различие между электричеством, даваемым машинами путем трения, и гальваническим, являющимся результатом химических процессов: первое проявляется в незначительном количестве, но с сильным напряжением; второе, напротив, имеет слабое напряжение, но дает большое количество. Так, для того, чтобы разложить ничтожнейшее количество йодистого калия, который пропитывает пропускную бумагу, количество настолько ничтожное, что его можно измерить только по величине бурого пятна, получающегося при этом на бумаге, – необходим такой заряд электричества, вырабатывающегося путем трения, который может убить крысу и едва переносится человеком; между тем, то же количество упомянутого вещества разлагается столь слабым по напряженности гальваническим током, что действие его даже не ощущается нашими нервами. Для того, чтобы разложить один гран воды на водород и кислород, необходимо 800 тысяч разряжений лейденской банки большого размера; наоборот, химическое действие одного грана воды на четыре грана цинка в состоянии развить столько электричества, что его будет достаточно на большую грозу; в то же время разряжение уже одной большой лейденской банки дает молнию, а для получения ничтожнейшей искры от гальванического тока необходимо громаднейшее множество гальванических элементов. В таком обратном отношении находятся количество и напряжение в электричествах, получаемых путем трения и путем химических процессов. Все это теперь азбучные истины в учении об электричестве, но эти истины были установлены именно Фарадеем, и именно благодаря его работам в этом направлении сделалось возможным производить те точные измерения силы электрической энергии, которыми пользуется современная электротехника.