Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

• Название: Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Энергоатомиздат
• Жанр: Физика
• Год: 1988
• ISBN: 5-283-02929-8

В популярной и занимательной форме рассказывается об истории решения проблемы, волнующей в равной степени и ученых, и инженеров. Эта проблема — получение сильных магнитных полей. Известно, что чем большее магнитное поле удается создать в машине, тем меньшие габариты она имеет и дешевле стоит. Ученые разработали несколько эффективных способов получения сильного магнитного поля. Об успехах и неудачах на этом пути и рассказывается в книге.

Для учащихся старших классов, читателей, интересующихся историей и современными достижениями науки и техники.

---

магнит…" Его соображения были — простыми: электричество рождает свет — искру,

звук — треск, наконец, оно может производить тепло — проволока, замыкающая

зажимы лейденской банки, нагревается. Не может ли электричество производить

магнитных действий? Говорят, Эрстед не расставался с магнитом. Этот кусочек

металла должен был заставлять его думать.

Идея связи электричества и магнетизма носилась в воздухе, и многие лучшие умы

Европы были ею увлечены. Еще Франц Ульрих Теодор Эпинус подмечал их сходство, а

француз Франсуа Араго потратил много лет для сбора таинственных, на первый

взгляд, историй о кораблях, сокровищах и необычных небесных явлениях, в которых

он тоже видел эту ускользающую связь.

Однажды на рейде Пальмы, главного порта Майорки, появилось французское военное

судно "Ля-Ралейн". Состояние его было настолько жалким, что корабль едва дошел

до причала. Когда команда сошла на берег и уступила палубу нескольким именитым

французским ученым, в том числе двадцатидвухлетнему Араго, выяснилось, что

корабль разрушен молнией. Пока члены комиссии осматривали судно, покачивая

головами при виде обгоревших мачт и надстроек, Араго поспешил к компасам и там

увидел примерно то, что ожидал: стрелки компасов указывали в разные стороны…

Через год, копаясь в том, что еще несколько дней назад было генуэзским судном

(оно разбилось, наскочив на скалы вблизи берегов Алжира), Араго снова обнаружил,

что стрелки компасов размагничены. В кромешной тьме южной туманной ночи капитан,

направив по компасу судно к северу, подальше от опасных мест, на самом деле

неудержимо двигался к тому, чего так старательно пытался избежать. Корабль шел к

югу, прямо на скалы, обманутый пораженным молнией магнитным компасом…

Все эти, на первый взгляд, малозначащие и не связанные между собой факты Араго

собирал не зря. Молния — это гигантская электрическая искра! Сейчас нам трудно

почувствовать сенсационность такого утверждения, но в то время многие простые

люди, не то что ученые, восторженно приветствовали открытие Франклина: оно

открывало путь в область новых "серендипити" — открытий на каждом шагу. Араго,

собравший множество фактов, свидетельствующих о связи молнии с магнетизмом,

чувствовал, что он на пороге нового открытия.

Радость и досада — вот, возможно, те чувства, которые он испытал, когда узнал

решение долго не дававшейся ему задачи, решение, найденное Эрстедом.

Историки науки, возможно, еще долго будут оставаться в неведении и недоумении

относительно обстоятельств этого странного открытия, которое стало чуть ли не

классическим примером счастливой случайности.

Не ясна даже дата открытия. Одни исследователи относят его к 1819 г., другие — к

1820. Кое-кто сомневается даже в авторстве Эрстеда. Действительно,

обстоятельства открытия дают возможность для кривотолков. 15 февраля 1820 г.

Эрстед, уже заслуженный профессор, читал студентам лекции по физике. На

лабораторном столе находились вольтов столб, провод, замыкающий его, зажимы и

компас. В то время, когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса вздрагивала и

поворачивалась по направлению к проводу. Это было первое непосредственное

подтверждение связи электричества и магнетизма. Это было то, что так долго

искали все европейские и американские физики. Решение проблемы было потрясающе

просто.

Казалось бы, все ясно. Эрстед продемонстрировал студентам еще одно подтверждение

своей давнишней идеи о всеобщей связи разнородных явлений. Но почему же

возникают сомнения, почему вокруг этого события впоследствии разгорелось так

много жарких споров? Дело в том, что студенты, присутствовавшие на лекции,

рассказывали потом совсем другое. По их словам, Эрстед хотел продемонстрировать

на лекции всего лишь интересное свойство электричества нагревать проволоку, а

компас оказался на столе совершенно случайно. И именно случайностью объявили они

то, что компас лежал рядом с этой проволокой, и совсем случайно, по их мнению,

один из зорких студентов обратил внимание на поворачивающуюся стрелку, а

удивление профессора, по их словам, было неподдельным. Сам Эрстед в своих

позднейших работах писал: "Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что

я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было

случайностью, как бы хотел заключить профессор Гильберт из тех выражений,

которые я использовал при первом оповещении об открытии".

Следует сказать, что отклонение стрелки компаса в лекционном опыте было весьма

незначительным, и поэтому в июле 1820 г. Эрстед снова повторил эксперимент,

используя более мощные батареи. Эффект был значительно сильнее, причем тем

сильнее, чем толще проволока, которой он замыкал контакты батареи. (Чем больше

диаметр проволоки, тем меньше ее сопротивление и, стало быть, больше ток

короткого замыкания.) Кроме того, он выяснил одну странную вещь, не

укладывающуюся в ньютоновские представления о действии и противодействии.

Выражаясь его же словами, "магнитный эффект электрического тока имеет круговое

движение".

Чем же был поражен ученый? Почему в своем четырехстраничном памфлете он

тщательно перечисляет свидетелей, не забывая упомянуть ни об одной из их заслуг?

Среди них "Лауриц Эсмарх — видный ученый; министр юстиции, достойный человек

Влейкель — кавалер ордена Дании; удостоенный высочайших наград Гаук, чье

знакомство с естественными науками прославлено в стране, Рейнхард, профессор

естественной истории; Якобсон, профессор медицины, человек, обладающий

высочайшим мастерством проведения экспериментов; опытнейший химик Цейзе, доктор

философии…"

Дело в том, что Эрстед, трактуя эксперимент, заронил глубокую мысль, мысль о

вихревом характере электромагнитных явлений. "Вихреобразность" процесса,

вызывающего в памяти водоворот, вихрь, спираль, долго не находила сторонников, и

даже Фарадей поначалу не оценил эту мысль. Он еще долго был убежден в том, что

силы, действующие между проводниками с током и магнитной стрелкой, — это силы

притяжения и отталкивания, подчиняющиеся законам Ньютона.

Опыт Эрстеда доказывал не только связь между электричеством и магнетизмом. Не

напрасно Эрстед в своем памфлете перечисляет свидетелей. То, что открылось ему,

было новой тайной, не укладывающейся в рамки ньютоновских законов и прямо

нарушающей третий из них: направления возмущающей силы — электричества

(определяемого направлением провода) и силы реакции — магнетизма (определяемого

направлением магнитной стрелки) были у Эрстеда перпендикулярны. Ученые,

сгрудившиеся у лабораторного стола Эрстеда, впервые видели "противодействие", не

противоположное по направлению "действию".

Памфлет Эрстеда вышел в свет 21 июля 1820 г. Мы не случайно точно указываем дату.

Дальнейшие события развивались в весьма непривычном для неторопливой тогда науки

темпе. Уже через несколько дней памфлет появился в Женеве, где в то время

находился с визитом Араго. Первое же знакомство с опытом Эрстеда показало ему,

что найдена разгадка задачи, над которой бился и он, и многие другие.

Впечатление от опытов было столь велико, что один из присутствующих при

демонстрации поднялся и с волнением произнес ставшую впоследствии знаменитой

фразу: "Господа, происходит переворот…"

Араго возвращается в Париж потрясенный. На первом же заседании Академии, на

котором он присутствовал сразу по возвращении, 4 сентября 1820 г. он делает

устное сообщение об опытах Эрстеда. Записи, сделанные в академическом журнале

рукой протоколиста, свидетельствуют, что академики просили Араго уже на

следующем заседании, 11 сентября, т. е. через неделю, показать всем

присутствующим опыт Эрстеда.

Сообщение Араго слушал и внезапно побледневший академик Ампер. Он, должно быть,

почувствовал в тот момент, что пришла его пора перед лицом всего мира принять из

рук Эрстеда эстафету открытия. Он долго ждал этого часа, успел состариться,

превратиться из юноши в солидного профессора. И вот час пробил — 4 сентября

1820 г. Ампер понял, что должен действовать. Через две недели он сообщил о

рождении электродинамики.

После открытия почести посыпались на Эрстеда как из рога изобилия: он был избран

членом многих авторитетнейших научных обществ, в том числе Лондонского