Жизнь и творчество Майкла Фарадея

РЕФЕРАТ Жизнь и творчество Майкла Фарадея Содержание Содержание: Открытие э лектромагнитной индукции. Экспериме нтальные исследования по электричеству Вторая пол овина жизни Литератур а Первый эт ап жизни Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 год а в Лондоне, в одном из беднейших его кварталов. Его отец был кузнецом, а ма ть — дочерью земледельца-арендатора. Квартира, в которой появился на св ет и провел первые годы своей жизни великий ученый, находилась на заднем дворе и помещалась над конюшнями. Когда Фарадей достиг школьного возраста, его отдали в нача льную школу. Курс, пройденный Майклом, был очень узок и ограничивался тол ько обучением чтению, письму и началам счета. В нескольких шагах от дома, в котором жила семья Фарадеев, н аходилась книжная лавка, которая вместе, с тем была и переплетным заведе нием. Сюда-то и попал Фарадей, закончив курс начальной школы, когда возник вопрос о выборе профессии для него. Фарадею в это время минуло только 13 ле т. Само собою разумеется, что, пользуясь для чтения таким слу чайным источником, как переплетная мастерская, Фарадей не мог придержив аться какой-либо системы, а должен был читать все, что попадется под руку. Но уже в юношеском возрасте, когда Фарадей только начинал свое самообраз ование, он стремился опираться исключительно на факты и проверять сообщ ения других собственными опытами. Эти стремления проявлялись в нем всю ж изнь как основные черты его научной деятельности. Физические и химические опыты Фарадей стал проделывать е ще мальчиком при первом же знакомстве с физикой и химией. Так как он не пол учал за свою работу в переплетной мастерской никакого вознаграждения, т о его средства были более чем ничтожны, образуясь из случайного заработк а, перепадавшего на его долю. Некоторые из заказчиков его хозяина, принадлежавшие к нау чному миру и посещавшие переплетную мастерскую, заинтересовались пред анным науке учеником переплетчика и, желая дать ему возможность получит ь хоть какие-то систематические познания в любимых науках — физике и хи мии, — устроили ему доступ на лекции тогдашних ученых, предназначавшиес я для публики. Однажды Майкл Фарадей посетил одну из лекций Хэмфри Деви, великого английского физика, изобретателя безопасной лампы для шахтер ов. Фарадей сделал подробную запись лекции, переплел ее и отослал Деви. То т был настолько поражен, что предложил Фарадею работать с ним в качестве секретаря. Вскоре Деви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея. За два года они посетили крупнейшие европейские университеты. Вернувшись в Лондон в 1815 году, Фарадей начал работать ассис тентом в одной из лабораторий Королевского института в Лондоне. В то вре мя это была одна из лучших физических лабораторий мира. С 1816 по 1818 год Фараде й напечатал ряд мелких заметок и небольших мемуаров по химии. К 1818 году отн осится первая работа Фарадея по физике, посвященная исследованию поюще го пламени. По большому счету, этот период был для Фарадея лишь подгот овительною школой. Он не столько работал самостоятельно, сколько учился и готовился к тем блестящим работам, которые составили эпоху в истории ф изики и химии. 12 июня 1821 года Майкл женится на мисс Бернард. Ее семейство бы ло давно и дружески знакомо с Фарадеями; оно принадлежало к той же секте « зандеманов», членами которой был и Фарадей. Со своей невестой Фарадей бы л в наилучших отношениях еще с детства. Бракосочетание совершилось без в сякой пышности — соответственно характеру «зандеманства», равно как и характеру самого Фарадея. Брак Фарадея был очень счастлив. Вскоре после брака Фарадей сделался главою общины «зандеманов». Материальное положение его к этому времени также, было упр очено, его избрали смотрителем дома Королевского института, а затем дире ктором химической лаборатории с соответствующим содержанием. Вместе с тем это избрание давало ему теперь прекрасную возможность работать для науки без всяких помех и стеснений. Опираясь на опыты своих предшественников, он скомбиниров ал несколько собственных опытов, а к сентябрю 1821 года Майкл напечатал «Ис торию успехов электромагнетизма». Уже в это время он составил вполне пра вильное понятие о сущности явления отклонения магнитной стрелки под де йствием тока. Добившись этого успеха» Фарадей на целых десять лет оставл яет занятия в области электричества, посвятив себя исследованию целого ряда предметов иного рода. В том же году, еще работая над вопросом о вращении магнитно й стрелки под влиянием тока, он случайно натолкнулся на явление испарени я ртути при обыкновенной температуре. Позже Фарадей посвятил немало вни мания изучению этого предмета и, основываясь на своих исследованиях, уст ановил совершенно новый взгляд на сущность испарения. Теперь же он остав ил этот вопрос, увлекаясь все новыми предметами исследований. Так, вскор е он стал заниматься опытами над составом стали и впоследствии любил ода ривать своих друзей стальными бритвами из открытого им сплава. В 1823 году Фарадеем было произведено одно из важнейших откры тий в области физики — он впервые добился сжижения газа и вместе с тем ус тановил простой, но действительный метод обращения газов в жидкость. В 1824 году Фарадей установил, что свет влияет на цвет стекла, и зменяя его. В следующем году Фарадей снова обращается от физики к химии, и результатом его работ в этой области является открытие бензина и серно-н афталиновой кислоты. В 1831 году Фарадей опубликовал трактат «Об особого рода опти ческом обмане», послуживший основанием прекрасного и любопытного опти ческого снаряда, именуемого «хромотропом». В том же году вышел трактат Ф арадея «О вибрирующих пластинках». Открытие элек тромагнитной индукции Исследования в области электромагне тизма и индукционного электричества, составляющие наиболее ценный алм аз в венце славы Фарадея, поглотили большую часть его жизни и его сил. По с воему 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 соедин ил с батареей из десяти элементов, а концы другой — с чувствительным гал ьванометром. Оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропус кается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй провол оке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное нап равление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающ ийся всего одно мгновение. Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием перви чных индукцией, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохра нилось за ними доселе. Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического з начения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспосо бления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичны й ток, идущий от батареи по первой проволоке. Благодаря этому во второй пр оволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, ст ановящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник эл ектрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процес сов), — индукция, и новый вид этой энергии — индукционное электричество. Эти открытия повлекли за собой новые. Если можно вызвать и ндуктивный ток замыканием и прекращением гальванического тока, то не по лучится ли тот же результат от намагничивания и размагничивания железа? Он проводит опыт такого рода: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки; причем одна проволока была обмот ана вокруг одной половины кольца, а другая — вокруг другой. Через одну пр оволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были с оединены с гальванометром. И вот, когда ток замыкался или прекращался и к огда, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничива лось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавли валась, то есть в нейтральной проволоке возбуждались все те же мгновенны е индуктивные токи — на этот раз уже под влиянием магнетизма. Таким обра зом, здесь впервые магнетизм был превращен в электричество. Фарадей также заметил, что действие магнита проявляется и на некотором расстоянии от него. Это явление он назвал магнитным полем. Экспериментальные исследов ания по электричеству Первая серия Присущее электричеству напряжения свойство создавать вб лизи себя противоположное электрическое состояние получило общее назв ание индукции. Поскольку оно вошло в научный язык, названием этим можно с полным основанием пользоваться в таком же общем смысле и в том случае, ес ли бы электрические токи оказались способными переводить находящуюся в непосредственной близости от них материю в некоторое особое состояни е, которое до того было безразличным. В этом именно смысле я и предполагаю употреблять этот термин в настоящем докладе. Целый ряд действий, вызываемых индукцией электрических т оков, был найден и описан ранее, как-то: намагничивание, опыты Ампера с под несением медного диска к плоской спирали, повторение им при помощи элект ромагнитов замечательных опытов Араго и, может быть, кое-какие другие. Од нако казалось невероятным, чтобы этим исчерпывались все действия, котор ые может производить индукция токов, тем более, что в отсутствии железа п очти все эти явления отпадают, тогда как имеется бесчисленное множество тел, обнаруживающих определенные явления индукции от электричества на пряжения, и тела эти до сих пор еще не были подвергнуты действию индукции от электричества в движении. Далее: примем ли мы прекрасную теорию Ампера или какую-либ о другую, или мысленно откажемся от теорий, все же представляется весьма необычайным, чтобы, с одной стороны, всякий электрический ток сопровожда лся магнитным действием соответствующей интенсивности, направленным п од прямым углом к току, и чтобы в то же время в хороших проводниках электри чества, помещенных в сферу этого действия, совсем не индуцировался ток, н е возникало какое-либо ощутимое действие, эквивалентное по силе такому т оку. Эти рассуждения и вытекающая из них как следствие надежда получить электричество при помощи обыкновенного магнетизма в разные в ремена побуждали меня экспериментально изучить индуктивное действие э лектрических токов. Недавно я добился положительных результатов, и при э том не только оправдались мои надежды, но я получил в руки ключ, который, к ак мне кажется, открывает дверь к полному объяснению магнитных явлений А раго, а также к открытию некоторого нового состояния, которое, быть может, играет большую роль в некоторых наиболее важных действиях электрическ их токов. Эти результаты я предполагаю описать не в том порядке, в ка ком они были получены, а таким образом, чтобы дать наиболее сжатое образо вание их в целом. Около двадцати шести футов медной проволоки диаметром в о дну двадцатую дюйма было намотано на деревянный цилиндр в виде спирали; отдельные витки спирали предохранялись от касания проложенным между н ими тонким шнурком. Эта спираль была покрыта коленкором, а затем таким же способом была навита вторая проволока. Этим путем были навиты одна на др угую двенадцать спиралей длиной в среднем по двадцать семь футов провол оки каждая, и все в одном направлении. Первая, третья, пятая, седьмая, девят ая и одиннадцатая спирали были соединены конец с концом так, что образов али одну общую катушку; остальные были соединены таким же способом; таки м образом, получились две основные, тесно переплетенные друг с другом сп ирали, имеющие одинаковое направление, нигде не соприкасающиеся и содер жащие каждая по сто пятьдесят пять футов проволоки. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, дру гая — с хорошо заряженной гальванической батареей из десяти пар пласти н в четыре квадратных дюйма каждая, причем медные пластины были двойные; однако не удалось наблюдать ни малейшего отклонения стрелки гальваном етра. Была изготовлена подобная же составная катушка, состояща я из шести отрезков медной проволоки и шести отрезков проволоки из мягко го железа. Полученная таким образом железная катушка содержала двести ч етырнадцать футов проволоки, а медная — двести восемь; однако, независи мо от того, как проходил ток батареи: через медную или через железную кату шку,— гальванометром не удавалось обнаружить никакого действия на дру гую катушку. В этих, как и многих подобных, опытах между железом и другим и металлами не было обнаружено никакой разницы в действии. Двести три фута медной проволоки в одном куске были намота ны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же провол оки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем м еталлический контакт был везде устранен посредством шнурка. Одна из эти х спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряжен ной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными мед ными пластинами. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело мес то при размыкании контакта с батареей. Но в дальнейшем, при прохождении г альванического тока по одной из спиралей, не удавалось обнаружить откло нения гальванометра или иного действия на вторую спираль, похожего на ин дукцию, хотя мощность батареи и была явно велика, о чем можно было судить п о нагреванию всей присоединенной к ней спирали и по яркости разряда, есл и он пропускался через древесный уголь. Повторение опытов с батареей из ста двадцати пар пластин н е производило других действий; но в этом, как и в предыдущем, случае было у становлено, что незначительное отклонение стрелки, получающееся в моме нт замыкания контакта, всегда имело одно и то же направление и что подобн ое ему слабое отклонение, вызываемое размыканием контакта, было направл ено в обратную сторону, и далее, что эти действия наблюдались и с прежними катушками. Результаты, которые к этому времени были мною получены с м агнитами, привели меня к мысли, что ток от батареи при пропускании его чер ез один проводник действительно индуцирует подобный же ток в другом про воднике, но что этот ток длится всего один момент и по природе своей поход ит скорее на электрическую волну, возникающую при разряде обыкновенной лейденской банки, чем на ток от гальванической батареи, и что поэтому он, б ыть может, окажется в состоянии намагнитить стальную иглу, хотя на гальв анометр действует едва-едва. Это предположение подтвердилось: действительно, когда я, з аменив гальванометр небольшой полой спиралью, намотанной на стеклянну ю трубку, ввел внутрь ее стальную иглу, соединил батарею, как и ранее, с инд уцирующим проводом и затем вынул иглу еще до момента размыкания контакт а с батареей, то она оказалась намагниченной. Если сначала включить батарею и уже после этого ввести вов нутрь служившей для наблюдения небольшой спирали ненамагниченную иглу и, наконец, разомкнуть контакт с батареей, то игла оказывается намагниче нной и, по-видимому, в такой же степени, как и раньше, но полюсы оказываются противоположного знака. Такие же действия имели место при опытах с описанными боль шими составными спиралями. Если ненамагниченная игла вводилась внутрь испытательно й спирали раньше, чем был соединен с батареей индуцирующий провод, и оста валась там до момента размыкания контакта, то она совсем не обнаруживала магнетизма или обнаруживала его лишь в слабой степени; в этом случае пер вое действие было почти целиком нейтрализовано вторы. Сила действия ток а, индуцируемого при замыкании контакта, оказывалась всегда больше той, которая индуцировалась при размыкании контакта; поэтому, когда контакт замыкался и размыкался много раз подряд, причем игла оставалась внутри и спытательной спирали, то она, в конце концов, оказывалась обладающей нек оторым намагничением, но намагничивалась таким образом, как будто на нее действовал только ток, индуцированный при замыкании контакта. Это дейст вие может объясняться так называемой аккумуляцией на полюсах разомкну той батареи; вследствие этой аккумуляции ток при первоначальном замыка нии контакта оказывается более сильным, чем впоследствии при размыкани и его. Если цепь между спиралью или подвергаемым индукции прово дом и гальванометром, или испытательной спиралью не была замкнута перед тем, как замыкалось или размыкалось соединение между батареей и индуцир ующим проводом, то нельзя обнаружить никакого действия на гальванометр. Таким образом, если сначала сделать соединения в цепи батареи, а затем со единить подвергаемый индукции провод с испытательной спиралью, то нама гничивающая способность не проявляется. Но если теперь сохранить эти со единения и размыкать соединения батареи, то в спирали образуется магнит , но второго рода, т.е. с полюсами, указывающими на существование тока того же направления, что и ток батареи, или тока, который всегда индуцируется п ри прекращении тока батареи. В предыдущих опытах провода были расположены близко друг от друга, и контакт индуцирующего провода присоединялся к батарее на то время, когда требовалось иметь индукционное действие. Но так как можно б ыло бы предполагать, что это особое действие проявляется только в момент ы замыкания и размыкания контакта, то я производил индукцию и другим пут ем. Несколько футов медного провода были натянуты большими зигзагами, в виде буквы W , на поверхности широкой доски; второй провод был натянут точно такими же зигзагами на второй дос ке, так что при поднесении ее к первой провода коснулись бы друг друга на в сем протяжении, если бы между ними не был проложен лист толстой бумаги. Од ин из этих проводов был соединен с гальванометром, а другой — с гальвани ческой батареей. Затем первый провод перемещался по направлению ко втор ому, и во время его приближения стрелка отклонялась. Во время удаления пр овода стрелка отклонялась в противоположном направлении. Если заставл ять провода сближаться, а затем удаляться друг от друга в такт с колебани ями стрелки, последние скоро становились весьма значительными; однако п о прекращении движения проводов по направлению друг к другу или друг от друга стрелка гальванометра в скором времени возвращалась в свое обычн ое положение. При сближении проводов индуцированный ток имел направле ние, обратное направлению индуцирующего тока. При удалении друг от друга проводов индуцированный ток имел то же направление, что и индуцирующий ток. Когда провода оставались неподвижными, индуцированного тока не был о вовсе. Когда в цепь между гальванометром и его спиралью или прово дом вводилась небольшая гальваническая установка таким образом, чтобы создалось постоянное отклонение стрелки в 30 или 40°, а затем индуцирующий провод соединялся с батареей из ста пластин, то, как и ранее, имело место м гновенное действие; однако стрелка гальванометра немедленно возвращал ась обратно и неизменно сохраняла свое положение, несмотря на продолжаю щийся контакт между индуцирующим проводом и батареей. Это явление проис ходит независимо от того, каким способом производился контакт. Отсюда, по-видимому, следует, что расположенные рядом токи — как одинакового, так и противоположного направления — не обнаружива ют способности оказывать друг на друга непрерывное индуцирующее дейст вие, могущее сказаться на их величине или же на их напряжении. Мне не удалось убедиться в прохождении электричества чер ез подвергаемый индукции проводник ни с помощью ощущения на язык, ни пос редством искры, ни путем нагревания тонкой проволоки или древесного угл я; равным образом я не мог получить никаких химических действий, хотя кон такты с растворами металлических и других солей замыкались и размыкали сь с контактами батареи попеременно, так что второе действие индукции не должно было бы ни противодействовать первому, ни нейтрализовать его. Такое отсутствие действия обусловлено отнюдь не тем, что и ндуцированный ток электричества не может проходить через жидкости, а, ве роятно, его малой продолжительностью и слабой интенсивностью, ибо при вв едении в цепь на индуцируемой стороне двух больших медных пластин, погру женных в раствор поваренной соли и предохраняемых от соприкосновения п роложенной между ними материей, действие на регистрирующий гальваноме тр или же на испытательную спираль имело место, как и ранее. Индуцируемое электричество проходило также через гальванический элемент. Когда, одн ако, количество промежуточной жидкости было уменьшено до капли, то гальв анометр не давал показаний. Попытки получить аналогичные явления при употреблении п роводов, несущих обыкновенное электричество, оказались по своим резуль татам сомнительными. Была взята составная спираль, сходная с уже описанн ой и содержащая восемь элементарных спиралей. Подобные концы четырех сп иралей были связаны друг с другом проволокой, и полученные таким образом два главных конца были соединены с небольшой намагничивающей спиралью, заключавшей в себе ненамагниченную иглу. Остальные четыре спирали были устроены таким же образом, но концы их были соединены с лейденской банко й. При пропускании разряда игла становилась магнитом; однако было не лиш ено вероятности, что часть электричества из лейденской банки прошла в ма ленькую спираль и таким образом намагнитила иглу. В самом деле, не было ос нований ожидать, чтобы электричество от лейденской банки, обладающее, ка к известно, высоким напряжением, не распространялось через все металлич еские части, находящиеся между изолирующими прокладками. Однако же отсюда не следует, что разряд обыкновенного элек тричества через провод не вызывает явлений, аналогичных тем, которые соз даются гальваническим электричеством; но так как представляется невоз можным отделить действия, производимые в момент начала разряда, от равны х им, но противоположных действий, производимых при его исчезновении, по скольку для обыкновенного электричества эти моменты совпадают, трудно надеяться, чтобы подобного рода опытами можно было эти явления обнаружи ть. Таким образом, очевидно, что токи гальванического электри чества обнаруживают явления индукции, до некоторой степени аналогичны е явлениям, создаваемым электричеством напряжения, хотя, как будет видно далее, между ними существует много различий. Следствием этого является создание других токов (которые однако мгновенны), параллельных или же об наруживающих стремление быть параллельными индуцирующему току. По рас положению полюсов иглы, возникающему в испытательной спирали, и из откло нений стрелки гальванометра во всех случаях было ясно, что индуцируемый ток, производимый первым действием индуцирующего тока, был по направлен ию противоположен последнему, а ток, производимый прекращением индуцир ующего тока, имел одинаковое с ним направление. Для краткости я предлага ю назвать это действие тока от гальванической батареи вольта-электриче ской индукцией. Свойства вторичного провода, когда индукция уже произве ла первый ток и когда в соседнем индуцирующем проводе еще продолжает теч ь электричество от батареи, доказывают существование особого электрич еского состояния, к рассмотрению которого мы вернемся далее. Все эти рез ультаты были получены с вольтовым прибором, состоявшим из одной пары пла стин. Из круглого брускового железа было сварено кольцо; толщин а металла была равна семи восьмым дюйма, а наружный диаметр кольца — шес ти дюймам. На одну часть этого кольца было намотано три спирали, содержав шие каждая около двадцати четырех футов медной проволоки толщиной в одн у двадцатую дюйма. Спирали были изолированы от железа и друг от друга и на ложены одна на другую описанным выше способом, занимая приблизительно д евять дюймов по длине кольца. Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой А (рис. 1). На другую часть коль ца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медн ой проволоки в двух кусках, образовавших спираль В, которая имела одинак овое направление со спиралями А, но была отделена от них на каждом конце н а протяжении приблизительно полудюйма голым железом. Спираль В соединялась медными проводами с гальванометро м, помещенным на расстоянии трех футов от кольца. Отдельные спирали А сое динялись конец с концом так, что образовали общую спираль, концы которой были соединены с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйм а. Гальванометр реагировал немедленно, и притом значительно сильнее, чем это наблюдалось, как описано выше, при пользовании в десять раз более мощ ной спиралью без железа (10); однако, несмотря на сохранение контакта, дейст вие прекращалось, и стрелка вскоре возвращалась в свое нормальное полож ение, обнаруживая как бы полное безразличие по отношению к связанной с н ей электромагнитной схеме. При размыкании контакта с батареей стрелка с нова сильно отклонялась, но в направлении, противоположном тому, которое индуцировалось в первом случае. Рисунок 4 При таком видоизменении прибора, ког да спираль В была включена, а гальванометр был присоединен к одному из тр ех проводов А, а два остальных были соединены в одну спираль, через котору ю проходил ток от батареи, действия получались подобные же, но значитель но более сильные. Когда соединение с батареей производилось в одном опреде ленном направлении, стрелка гальванометра отклонялась в одну сторону; п ри обратном направлении соединений отклонение происходило в противопо ложную сторону. Отклонение при размыкании контакта батареи было всегда противоположно отклонению, получаемому при замыкании. Отклонение при з амыкании контакта батареи всегда указывало на существование индуциров анного тока, по направлению противоположного току батареи; при размыкан ии же контакта отклонение указывало на ток, индуцированный в направлени и, совпадающем с направлением тока батареи. Ни замыкание, ни размыкание к онтакта па стороне В или же в каком-либо месте цепи гальванометра не оказ ывало никакого действия на последний. Дальнейшее существование тока от батареи не вызывало никакого отклонения стрелки гальванометра. Поскол ьку приведенные выше результаты одинаковы для всех этих и подобных им оп ытов с обыкновенными магнитами, подробно рассматриваемыми далее, нет не обходимости снова их описывать. Когда я пользовался для упомянутого выше кольца силой ста пар пластин, толчок, сообщаемый гальванометру при замыкании и размыкани и контакта, был настолько велик, что стрелка начинала вращаться и делала четыре или пять оборотов, прежде чем трение воздуха и земной магнетизм с водили ее движение к простым колебаниям. При поднесении к концам спирали В древесного угля можно бы ло обнаружить искорку при замыкании контакта с батареей в цепи А. Эта иск орка не могла быть вызвана ответвлением части тока от батареи через желе зо в спираль В, так как при сохранении контакта с батареей гальванометр т ем не менее возвращался к своему совершенно безразличному состоянию. Пр и размыкании контакта искра наблюдалась редко. Платиновую проволочку р аскалить этим индуцированным током не удавалось; однако есть, по-видимом у, все основания думать, что это действие можно было бы получить при польз овании более сильным начальным током или более мощной комбинацией спир алей. Через спираль В и гальванометр был пропущен слабый гальва нический ток таким образом, чтобы стрелка отклонилась на 30 или 40°; после эт ого к цепи А была присоединена батарея из ста пар пластин; однако по прекр ащении первого действия стрелка гальванометра возвращалась в положени е, строго соответствующее тому слабому току, который проходил по цепи са мого гальванометра. Это имеет место независимо от того, каким путем осущ ествлять соединение с батареей, и указывает, что и в этом случае не сущест вует постоянного влияния токов друг на друга ни в отношении их величины, ни в отношении их напряжения. Затем было испытано другое устройство, связывающее первы е опыты по вольта-электрической индукции с настоящими. Система спиралей , подобная вышеописанной, была навита на полый картонный цилиндр; спирал и состояли из восьми отрезков медной проволоки общей длиной в 220 футов; че тыре из этих спиралей были соединены концы с концом, а затем с гальваноме тром; остальные четыре были также соединены конец с концом, н через них ра зряжалась батарея из ста пар. При таких условиях действие на гальваномет р было едва ощутимым, хотя индуцированный ток обладал намагничивающей с пособностью. Однако, когда внутрь картонной трубки, окруженной спиралям и, вводился цилиндр из мягкого железа, толщиной в семь восьмых дюйма и дли ной в двенадцать дюймов, индуцированный ток оказывал на гальванометр оч ень сильное действие, сопровождающееся всеми вышеописанными явлениями . Намагничивающая способность, которой он обладал, была, по-видимому, такж е выше, чем в отсутствие железного цилиндра. Когда железный цилиндр заменялся таким же точно медным ци линдром, то не получалось никакого действия помимо того, какое имело мес то при наличии одних только спиралей. Устройство с железным цилиндром ок азалось менее сильным, чем вышеописанное устройство с кольцом. Подобные действия были зат ем получены при помощи обыкновенных магнитов: так, все элементарные спир али только что описанной полой спирали были соединены с гальванометром посредством двух медных проводов длиной по пять футов каждый; во внутрь спирали, по ее оси, был введен цилиндр из мягкого железа; два полосовых маг нита длиной по двадцать четыре дюйма каждый были приложены друг к другу разноименными полюсами так, что давали подобие подковообразного магни та; другие два полюса прикладывались к концам железного цилиндра так, чт о он временно превращался в магнит (рис. 2); при размыкании магнитных конта ктов или при изменении их на обратные намагничение железного цилиндра м ожно было по желанию прекращать или изменять на противоположное. Рисунок 4 В момент образования магнитного конт акта стрелка отклонялась; при продолжительном контакте стрелка станов илась безразличной и возвращалась в свое первоначальное положение; при нарушении контакта она снова отклонялась, но в направлении, противополо жном первому; а затем опять становилась безразличной. При обращении магн итных контактов отклонения стрелки также обращались. При образовании магнитного контакта отклонение стрелки было таково, что указывало на ток электричества, индуцированный в направ лении, обратном тому, которое способно образовать магнит той же полярнос ти, какой получался в действительности при соприкосновении с полосовым и магнитами. Так, когда полюс с меткой * и полюс без метки были расположены, как изображено на рис. 3, ток в спирали проходил в указанном на рисунке нап равлении, где Р есть конец провода, идущего к положительному полюсу бата реи, т. е. тот конец, к которому обращены цинковые пластины, a N — от рицательный провод. Такой ток намагнитил бы цилиндр в противоположном н аправлении по сравнению с магнитом, который образуется при соприкоснов ении с полюсами А и В; а такой ток направлен противоположно токам, которые , согласно прекрасной теории Ампера, образуют такой магнит, какой изобра жен на рисунке. Рисунок 4 Однако, поскольку можно было бы предп оложить, что во всех предыдущих опытах, описанных в этой главе, мгновенны й индуцированный ток возбуждался благодаря некоторому особому действи ю, имевшему место во время образования магнита, а не благодаря самому фак ту его приближения, то был произведен следующий опыт. Все тождественные концы составной полой спирали были соединены вместе медной проволокой, и образованные таким образом два главных вывода были связаны с гальвано метром. Цилиндр из мягкого железа был заменен цилиндрическим магнитом в три четверти дюйма диаметром и в восемь с половиной дюймов длиной. Один к онец этого магнита был введен внутрь спирали по ее оси (рис. 4), а затем, посл е того как стрелка гальванометра успокоилась, магнит был быстро вдвинут внутрь спирали; стрелка немедленно отклонялась в таком направлении, как если бы магнит был образован посредством одного из двух предыдущих проц ессов. При оставлении магнита внутри стрелка возвращалась в свое первон ачальное положение, а при вытаскивании его отклонялась в противоположн ом направлении. Действия эти не были особенно сильны; однако, вдвигая и вы двигая магнит таким образом, чтобы каждый последующий толчок прибавлял ся к произведенным уже ранее, удавалось сообщить стрелке колебания разм ахом в 180° и более. Рисунок 4 Все попытки получить посредством инд уцированных токов электричества химические действия оказались неудач ными, хотя были приняты не только все описанные выше меры предосторожнос ти, но и всякие другие, какие только можно было вообразить. Не получалось н икакого ощущения на язык; равным образом не обнаруживалось судорожного сокращения конечностей лягушки. Не удавалось также накалить ни древесн ый уголь, ни тонкую проволоку. Но при повторении на досуге опытов в Короле вском институте с оправленным магнитным железняком, принадлежащим про ф. Даниэлю (он был способен поднять около тридцати фунтов), наблюдались си льные сокращения мышц лягушки при каждом замыкании магнитного контакт а. Сначала не удавалось вызывать сокращений при разрыве магнитного конт акта; однако, предположив, что отсутствие действия обусловлено сравните льной медленностью разъединения, я стал производить это последнее удар ом, и тогда лягушка содрогалась весьма сильно. Чем более мгновенно проис ходит соединение и разъединение, тем сильнее содрогание. Мне показалось также, что я мог заметить ощущение на язык и вспышку перед глазами, но ника ких признаков химического разложения я обнаружить не мог. Различные опыты, описанные в этом разделе, подтверждают, я полагаю, с достаточной полнотой получение электричества при помощи обы кновенного магнетизма. Что напряжение его очень слабо, а количество мало , это не будет казаться удивительным, если припомнить, что, подобно термоэ лектричеству, оно развивается полностью внутри самого вещества металл ов, сохраняющих всю свою проводящую способность. Но если что-то проходит описанным способом вдоль металлических проводов, если оно проявляет пр и этом прохождении особые магнитные действия и силу, присущие электриче скому току, если оно может приводить в движение конечности лягушки и выз ывать их содрогание, если, наконец, оно может производить искру при разря де через древесный уголь, то это что-то может быть только электричеством. Поскольку все действия могут производиться электромагнитами с железом , то нет сомнения, что для этих опытов пригодны устройства, подобные магни там профессоров Молля ( Moll ), Генри ( Henry ), Тэн-Эйке ( Ten Eyke ) и др., способным поднима ть до двух тысяч фунтов, и что в этом случае" не только возможно получить б олее яркую искру, но можно было бы также раскалить проволоки и, поскольку ток способен проходить через жидкости, произвести и химическое действи е. Вероятность получения таких действий станет еще больше, если силой по добных аппаратов возбуждать магнитоэлектрические устройства, описанн ые в разделе 4. Доходящее почти до тождества сходство действия обычных м агнитов, с одной стороны, и электромагнитов или вольта-электрических ток ов, с другой, находится в поразительном согласии с теорией г. Ампера, подтв ерждая последнюю и давая сильные доводы в пользу предположения, что дейс твие в обоих случаях одинаково; однако, поскольку все же требуется разли чие в наименовании, то я предлагаю называть это действие, обнаруживаемое обыкновенными магнитами, магнитоэлектрической или электрической инду кцией. Единственное, резко бросающееся в глаза различие, существ ующее между вольта-электрической и магнитоэлектрической индукцией, за ключается в том, что первая происходит внезапно, а вторая требует ощутим ого времени; однако, даже в настоящей ранней стадии исследований некотор ые факты все же как будто указывают на то, что при дальнейшем изучении воп роса это несходство потеряет значение различия в физической природе яв лений. Вторая половина жизни Фарадея интересуют законы электрохи мических явлений. Первый закон, установленный Фарадеем, состоит в том, чт о количество электрохимического действия не зависит ни от величины эле ктродов, ни от напряженности тока, ни от крепости разлагаемого раствора, а единственно от количества электричества, проходящего в цепи; иначе гов оря, количество электричества необходимо пропорционально количеству х имического действия. Закон этот выведен Фарадеем из бесчисленного множ ества опытов, условия которых он разнообразил до бесконечности. Второй, еще более важный закон электрохимического действ ия, установленный Фарадеем, состоит в том, что количество электричества, необходимое для разложения различных веществ, всегда обратно пропорци онально атомному весу вещества, или, выражаясь иначе, для разложения мол екулы (частицы) какого бы то ни было вещества требуется всегда одно и то же количество электричества. Обширные и разносторонние работы не могли не отразиться н а здоровье Фарадея. В последние годы этого периода своей жизни он работа л уже с большим трудом. В 1839 и 1840 годах состояние Фарадея было таково, что он н ередко вынужден был прерывать свои занятия и уезжать куда-нибудь в примо рские местечки Англии. В 1841 году друзья убедили Фарадея поехать в Швейцар ию, чтобы основательным отдыхом восстановить силы для новых работ. Это был первый настоящий отдых за долгое время. Жизнь Фара дея с тех пор, как он вступил в Королевский институт, сосредоточивалась, г лавным образом, на лаборатории и научных занятиях. В этих открытиях, в при водивших к ним научных занятиях и состояла жизнь Фарадея. Он весь отдава лся научным занятиям, и вне их у него не было жизни. Он отправлялся рано ут ром в свою лабораторию и возвращался в лоно семьи лишь поздно вечером, пр оводя все время среди своих приборов. И так он провел всю деятельную част ь своей жизни, решительно ничем не отвлекаясь от своих научных занятий. Э то была жизнь настоящего анахорета науки, и в этом, быть может, кроется сек рет многочисленности сделанных Фарадеем открытий. Возможность всецело отдаться научным занятиям для Фарад ея обусловливалась, однако, не только известной материальной обеспечен ностью, но еще более тем, что все внешние жизненные заботы были сняты с нег о женою, его настоящим ангелом-хранителем. Любящая жена приняла на себя в се тяготы жизни, чтобы дать возможность мужу всецело отдаться науке. Ник огда в течение продолжительной совместной жизни Фарадей не чувствовал затруднений материального свойства, которые ведала лишь жена и которые не отвлекали ум неутомимого исследователя от его великих работ. Семейно е счастье служило для Фарадея и лучшим утешением в неприятностях, выпада вших на его долю в первые годы его научной деятельности. Ученый, переживший свою жену, писал о своей семейной жизни, упоминая о себе в третьем лице, следующее: «12 июня 1821 года он женился; это обс тоятельство более всякого другого содействовало его земному счастью и здоровью его ума. Союз этот продолжался 28 лет, ни в чем не изменившись, разв е только взаимная привязанность с течением времени стала глубже и сильн ее». Немногие люди могут дать о себе подобную автобиографическую справк у. В Швейцарии Фарадей пробыл около года. Здесь он, кроме пере писки с друзьями и ведения дневника, не имел никаких других занятий. Преб ывание в Швейцарии весьма благотворно сказалось на здоровье Фарадея, и о н, вернувшись в Англию, мог приступить к научной деятельности. Работы этого последнего периода его жизни были посвящены всецело явлениям магнетизма, хотя открытия, сделанные за этот период, не имеют того грандиозного значения, какое справедливо признается за откр ытиями великого ученого в области индукционного электричества. Первым таким открытием, опубликованным по возвращении из Швейцарии, было «намагничивание света», как выражался Фарадей, или «магн итное вращение плоскости поляризации», как принято говорить теперь. В начале XIX века было п оказано, что свет представляет собой поперечные волны; но в те годы никто не имел ни малейшего представления о том, что именно колеблется в светов ых волнах. Было много разговоров о «неосязаемом флюиде», которому присво или название «эфир». Однако нельзя предаваться иллюзии и считать, что мы понимаем какое-то явление только потому, что дали ему название. Подход Фа радея был более основательным. Его интересовало, существует ли связь меж ду светом и каким-нибудь другим физическим явлением, скажем магнетизмом. Фарадей придумал следующий эксперимент. Он пропустил пуч ок света, поляризованный в результате прохождения через призму Николя, м ежду полюсами своего самого большого электромагнита и проверил, воспол ьзовавшись другой призмой Николя в качестве анализатора, не влияет ли ка к-нибудь включение тока на степень поляризации света. Никакого эффекта н е наблюдалось. Тогда Фарадей попробовал ввести между полюсами магнита к усок свинцового стекла и опять не обнаружил никакого эффекта. Но правиль но ли было приложено поле? Может быть, оно должно совпадать с направление м распространения света? Очевидно, с одним электромагнитом опыт постави ть нельзя, ибо полюсы оказались бы на пути света, поэтому Фарадей использ овал два электромагнита рис. 5. На этот раз эффект был обнаружен. Степень п оляризации света как будто уменьшилась. Полученный результат не был вполне убедительным, но он ука зывал верный путь для дальнейших поисков. Фарадей раздобыл более сильны й электромагнит и провел новую серию опытов с несколькими кусками стекл а. Одно из стекол с хорошо отполированными гранями дало «превосходный эф фект». Если вторая призма Николя гасила поляризованный свет, когда тока не было, то при включении тока свет снова появлялся; можно было снова пога сить свет, повернув призму Николя в новое положение. Фарадей установил, т аким образом, что магнитное поле поворачивает плоскость поляризации па дающего света. Это был замечательный результат, поскольку не было никаки х явных оснований считать, что между магнетизмом и светом должна быть св язь. Но такая связь была, она стала понятной лишь почти 20 лет спустя, перед с амой смертью Фарадея, когда Максвелл выдвинул электромагнитную теорию света. Вторую половину сороковых годов заняли работы над магнет измом кристаллов. Затем Фарадей обратился к только что открытым тогда Ба нкаляри магнитным явлениям пламени. И, наконец, Фарадей обращается к вопросам чисто философско го характера. Он старается выяснить природу вещества, определить отноше ния между атомом и пространством, между пространством и силами, останавл ивается на вопросе о гипотетическом эфире как носителе сил и так далее. Однако ученый прославился не только многочисленными отк рытиями. Фарадей хотел, чтобы его открытия были понятны и тем, кто не получ ил специального образования. Для этого он занялся популяризацией научн ых знаний. С 1826 года Фарадей начал читать свои знаменитые рождественс кие лекции. Одна из самых известных из них называлась «История свечи с то чки зрения химии». Позже она была издана отдельной книгой и стала одним и з первых научно-популярных изданий в мире. Эта инициатива была подхвачен а и развита многими другими научными организациями. Ученый не прекращал научной деятельности до самой кончин ы. Фарадей умер 25 августа 1867 года. Литература 1. Самин Д.К. 100 великих ученых. М.: Вече, 2000 Спасский Б.И. История физики, ч. I . М., «Высшая школа», 1977 Голин Г.М. Классики физической науки (с древнейших времен д о начала ХХ века), 1989 Липсон Г. Великие эксперименты в физике, 1972