Летопись электричества

Глава 26. «ЦАРЬ ФИЗИКОВ»

ТАК НЕРЕДКО НАЗЫВАЛИ гениального английского физика и химика Майкла Фарадея его признательные ученики и последователи.

Научная работа была жизненной потребностью Фарадея, этого потомственного пролетария-самоучки.

Поднявшись на вершины науки, Фарадей сохранил свою скромность и честность, любовь к труду и упорство. Он много раз рисковал своей жизнью во имя науки. Не раз при взрывах во время опытов он бывал контужен и получал ранения. Его учитель, знаменитый Дэви, поражался необычайной «живучести переплетчика».

Когда Фарадей добился ожижения газа хлора, Дэви стал завистливо и недружелюбно смотреть на успехи своего лаборанта, не стеснялся приписывать себе некоторые работы Фарадея.

В 1824 году, несмотря на резкое сопротивление Дэви, который стал президентом Королевского общества, Майкл Фарадей за свои научные открытия был избран членом этого общества.

— Вы должны взять назад предложение об избрании, — заявил Дэви.

— Не я внес это предложение, а члены общества. Я не вправе взять его назад, — отвечал Фарадей.

— Тогда вы должны побудить к этому авторов предложения!

— Я уверен, они этого не сделают!

— В таком случае, я как президент сделаю это!

— Я убежден, что сэр Дэви сделает только то, что считает благородным! — закончил разговор побледневший Фарадей.

И все же Фарадей был избран. Слава и авторитет его росли. Уже через год он был назначен директором лаборатории, а еще через два года полностью заместил Дэви как профессор.

Тогда Дэви резко изменил свое отношение к бывшему своему помощнику и не переставал искренне радоваться успехам Фарадея и гордиться тем, что он «открыл» Фарадея.

Целый год Фарадей брал уроки ораторского искусства, чтобы научиться четко и ясно излагать свои мысли.

Фарадей требовал от своих друзей, чтобы они тщательно записывали все оговорки, неточности и ошибки, которые он делал, читая лекции. Ассистент должен был подойти и положить на кафедру плакат с надписью: «Медленней!» или «Пора!», когда Фарадей увлекался сверх меры.

— Нужно не только самому знать, но и уметь передавать свои знания другим! — неоднократно говорил Фарадей, когда его спрашивали, почему он так серьезно готовится к лекциям, которые им читались повторно.

29 августа 1831 года Фарадей, как и всегда, с самого утра пришел в лабораторию.

— Продолжите ли вы сегодня свои опыты? — спросил его ассистент.

— Да, Эндерсон, я буду продолжать все те же опыты. Я их веду десятый год… Эта цель неуклонно и всюду владеет мною. Нужно превратить магнетизм в электричество! Понимаете, Эндерсон? Я записал эту короткую фразу девять лет назад. Если провода с током проявляют магнитные свойства, то можно надеяться получить и электрический ток при помощи магнита. Однако мои многочисленные опыты пока этого не подтверждают…

Но в этот исторический день настойчивость Фарадея увенчалась полным успехом.

Присоединим намотанную на картонный цилиндр проволочную катушку (соленоид) к зажимам электроизмерительного прибора. Затем возьмем стержневой магнит, приблизим его конец к верхнему отверстию катушки и быстро опустим магнит внутрь катушки.

Стрелка прибора отклонится и снова вернется на место, как только прекратится движение магнита. Следовательно, в катушке возникал кратковременный ток.

Многократно опуская магнит в соленоид и вынимая его оттуда, мы убедимся в том, что при этом в соленоиде каждый раз возникает ток. Направление тока зависит от того, какой именно конец магнита опускается в соленоид. При вынимании магнита из соленоида направление тока изменяется на обратное.

Видоизменим теперь наш опыт, сохранив его сущность. С этой целью приготовим два соленоида разных размеров. Меньший соленоид должен свободно входить внутрь большего. К меньшему соленоиду присоединим провода от гальванической батареи.

Провод с током — это магнит, как, показал Ампер. Следовательно, опускание приключенного к батарее маленького соленоида в большой равносильно опусканию магнита внутрь соленоида. Опыт вполне подтверждает это соображение.

В подобных опытах Фарадею удалось получить так называемые наведенные, или индукционные, токи.

Фарадей перевернул страницу своей толстой тетради и задумался. В его голове возникали планы новых опытов, которые должны были всесторонне подтвердить уже наблюдавшийся результат.

«Удаление и приближение магнита к соленоиду, соединенному с измерительным прибором, равносильно тому, что в первом случае усиливается магнетизм магнита, а во втором — он ослабевает. Точно так же приближение соленоида с током равносильно усилению его магнитных свойств при помощи увеличения проходящего в нем тока. В таком случае, по-видимому, можно опустить маленький соленоид в большой и, больше не двигая его с места, действовать лишь размыкателем тока. Каждый раз, когда я буду замыкать и размыкать цепь катушки, связанной с гальванической батареей, должен появляться ток и во второй катушке», — рассуждал Фарадей.

Опыт подтвердил и это рассуждение Фарадея. Вместе с тем ученый заметил, что более сильное отклонение стрелки наблюдается в том случае, когда внутрь маленького соленоида помещается железный сердечник.

Теперь Фарадею была понятна причина неудачи его первых опытов. Ведь ток во второй цепи возбуждается лишь при замыкании и размыкании цепи, при приближении и удалении обмоток, при опускании и поднятии магнита или вообще во время изменения расположения цепей или возбуждающего магнита. А в первых его опытах все оставалось в покое. Кроме того, Фарадей не обращал раньше внимания на мультипликатор в моменты замыкания и размыкания цепи, так как ошибочно представлял себе, что новое явление должно произойти не в эти первый и последний моменты, но во время установившегося тока в первичной цепи.

24 ноября 1831 года Фарадей доложил собранию членов Королевского общества о своем великом открытии электромагнитной индукции. Этот доклад содержал сто тридцать девять пунктов с описанием большого числа опытов, проделанных ученым в подтверждение своего открытия.

— Теперь уже можно, наконец, магнетизм превращать в электричество! — говорил Фарадей.

Стало ясно, что на основании открытого Фарадеем явления электромагнитной индукции, или наведения, можно будет построить новые источники электричества.

Уже в июле 1832 года Фарадей получил письмо от некоего Р. М., который рассказывал об изобретенной им электрической машине. Р. М. писал, что свое изобретение он сделал на основании открытия Фарадея.

В разных странах изобретатели разрабатывали конструкции электрических машин, основанных на явлении электромагнитной индукции. В России академик Б. С. Якоби на основе открытия Фарадея изобрел электрический двигатель.

Благодаря открытию Фарадея стало возможным быстрое развитие электротехники и широкое применение дешевого электричества для различных производственных, бытовых и научных целей.

29 августа 1831 года, день знаменитого опыта Фарадея, вошло великим памятным днем в историю гениальных открытий. Этот день был поворотным также и для самого Фарадея. С этого времени и почти до самой смерти Фарадей занимался главным образом только исследованиями в области электричества и магнетизма.

В 1833–1834 годах Фарадей открыл законы прохождения токов через проводящие жидкости (электролиты) и законы их химического разложения (электролиза).

Давно уже было замечено действие электрического тока на проводящие жидкости, распадающиеся при этом па свои составные части. Например, вода при прохождении через нее тока распадается на водород и кислород.

На основании многочисленных опытов Фарадей установил следующий закон:

«Количество вещества, выделяющегося на токоподводящих пластинках (электродах), погруженных в жидкость, зависит от силы тока и от времени его прохождения: чем больше сила тока и чем дольше он проходит, тем большее количество вещества выделится из раствора».

Когда же Фарадей пропускал один и тот же ток последовательно через несколько различных растворов, он заметил, что количество выделившегося на электродах вещества неодинаково, хотя ток и время его прохождения были одними и теми же. Фарадей точно взвесил выделившиеся вещества и заметил, что вес их не случаен и зависит от химического состава вещества. На каждый грамм водорода всегда получалось около 23 граммов натрия, 35,5 грамма хлора, 107,9 грамма серебра и 31,8 грамма меди. Установленные Фарадеем законы стали основой для новой науки — электрохимии.

В 1835 году Фарадей открыл явление самоиндукции.

— Сущность этого явления, — пояснял Фарадей, — заключается в том, что при каждом изменении силы тока в данном проводнике (особенно катушке с железным сердечником) изменяется окружающее проводник магнитное поле и, вследствие этого, в том же проводнике (в нем самом) наводится (индуктируется) добавочная электродвижущая сила. Самоиндукция проявляется в моменты замыкания и размыкания электрической цепи, а также при возрастании или убывании в ней тока. При замыкании цепи возникает ток, противодействующий основному. Поэтому проходит некоторое, хоть и небольшое время, прежде чем ток достигнет своей основной величины. При размыкании цепи ток самоиндукции имеет направление основного тока, поэтому заметно усиливает его и вместе с тем оттягивает момент прекращения тока. По этой же причине ток размыкания (экстраток) дает яркую искру, проскакивающую в месте разрыва цепи.

Еще через два года Фарадей показал, что не только железо и сталь обнаруживают магнитные свойства: подобными же свойствами, хотя и в значительно меньшей степени, обладают решительно все вещества.

Подвешивая на тонких нитях между полюсами сильного магнита небольшие кусочки различных веществ, ученый увидел, что стерженьки, сделанные из одних веществ, располагаются в направлении от полюса к полюсу. Эти тела Фарадей назвал парамагнитными («пара» по-гречески — вдоль[20]). Таковы, например, металлы алюминий, марганец, платина.

Стерженьки же из других веществ располагались перпендикулярно к линии, соединяющей магнитные полюсы. Фарадей назвал их диамагнитными (по-гречески «диа» — поперек[21]). Таковыми оказались медь, серебро, золото, вода, висмут и другие. Такими же свойствами обладают яблоко, хлеб, мясо.

Вещества, способные сильно намагничиваться, Фарадей назвал ферромагнитными (буквально — железомагнитными). Это железо, сталь, чугун, никель, кобальт и другие.

Опыты над магнитными свойствами различных веществ привели Фарадея к заключению о неодинаковой их «магнитной проницаемости».

Раскрывая одну за другой сокровенные тайны природы, Фарадей все больше и больше склонялся к такой мысли:

«Все силы природы способны превращаться друг в друга».

Давний спор между учеными о причине возникновения электричества в гальванических батареях закончился принятием точки зрения Фарадея:

«Химическое действие растворов на металл, а не только простое соприкосновение или контакт металлов, вызывает электрический ток. В гальванических батареях химическая энергия превращается в электрическую».

Фарадея чрезвычайно занимал вопрос о том, каким именно способом взаимодействуют между собою магниты, а также электрически заряженные проводники.

«Электрические и магнитные силы, — рассуждал Фарадей, — не могут действовать на расстоянии без посредства какой-то промежуточной среды».

Фарадей не мог указать, какая же это среда и как именно она передает действие электрических и магнитных сил, но он был твердо уверен в том, что этими передатчиками являются силовые линии.

Если взять лист бумаги, положить его на полюсы лежащего горизонтально подковообразного магнита и посыпать бумагу железными опилками, они расположатся на бумаге вдоль силовых магнитных линий. Это и есть так называемый магнитный спектр. Если же пропустить вертикальный провод с током сквозь плоскость горизонтально положенного листа картона, то железные опилки на этой плоскости также расположатся по линиям сил.

В катушке, внутрь которой при наведении электрического тока опускают магнит, силовые линии магнита пересекают витки обмотки катушки. Такое же явление происходит и во всех других случаях индукции, когда роль магнита играют проводники с током. Оказалось, что чем гуще поле силовых линий и чем быстрее их пересекает проводник, тем более сильный ток в нем наводится. Фарадей даже получил электрический ток без всякого магнита в проволочной рамке, которая быстро вращалась, так как она находилась в пространстве, заполненном магнитными линиями земного шара.

Учение об электрических и магнитных силовых линиях было одним из последних великих открытий Фарадея. Многолетняя упорная исследовательская работа сильно надломила его организм, изнурила и истощила его силы. Фарадей особенно тяжело переживал ослабление памяти. Бывали случаи, когда он по нескольку раз повторял один и тот же уже ранее проделанный опыт.

— Моя память слабеет с каждым днем. Я все забываю… — все чаще с отчаянием жаловался Фарадей своим близким.

12 марта 1862 года Фарадей в последний раз работал в лаборатории.

25 августа 1867 года великий исследователь навсегда заснул в своем кресле. Смерть Фарадея острой болью сжала сердца ученых всего мира. Новыми завоеваниями науки в области электричества и широким применением их на благо человечества почтили последующие поколения ученых память великого ученого.

Но Фарадей еще при жизни видел плоды своих трудов — первые замечательные изобретения, в которых применялось электричество.