Жизнь и творчество Майкла Фарадея

    Затем было испытано другое устройство, связывающее  первые опыты по вольта-электрической  индукции с настоящими. Система спиралей, подобная вышеописанной, была навита на полый картонный цилиндр; спирали  состояли из восьми отрезков медной проволоки общей длиной в 220 футов; четыре из этих спиралей были соединены концы с концом, а затем с гальванометром; остальные четыре были также соединены конец с концом, н через них разряжалась батарея из ста пар. При таких условиях действие на гальванометр было едва ощутимым, хотя индуцированный ток обладал намагничивающей способностью. Однако, когда внутрь картонной трубки, окруженной спиралями, вводился цилиндр из мягкого железа, толщиной в семь восьмых дюйма и длиной в двенадцать дюймов, индуцированный ток оказывал на гальванометр очень сильное действие, сопровождающееся всеми вышеописанными явлениями. Намагничивающая способность, которой он обладал, была, по-видимому, также выше, чем в отсутствие железного цилиндра.

    Когда железный цилиндр заменялся таким же точно медным цилиндром, то не получалось никакого действия помимо того, какое имело место при наличии одних только спиралей. Устройство с железным цилиндром оказалось менее сильным, чем вышеописанное устройство с кольцом.

    Подобные действия были затем получены при помощи обыкновенных магнитов: так, все элементарные спирали 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 магнита длиной по двадцать четыре дюйма каждый были приложены друг к другу разноименными полюсами так, что давали подобие подковообразного магнита; другие два полюса прикладывались к концам железного цилиндра так, что он временно превращался в магнит (рис. 2); при размыкании магнитных контактов или при изменении их на обратные намагничение железного цилиндра можно было по желанию прекращать или изменять на противоположное.  

    Рисунок 2 

    В момент образования магнитного контакта стрелка отклонялась; при продолжительном  контакте стрелка становилась безразличной и возвращалась в свое первоначальное положение; при нарушении контакта она снова отклонялась, но в направлении, противоположном первому; а затем опять становилась безразличной. При обращении магнитных контактов отклонения стрелки также обращались.

    При образовании магнитного контакта отклонение стрелки было таково, что указывало  на ток электричества, индуцированный в направлении, обратном тому, которое способно образовать магнит той же полярности, какой получался в действительности при соприкосновении с полосовыми 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 направлении, где Р есть конец провода, идущего к положительному полюсу батареи, т. е. тот конец, к которому обращены цинковые пластины, a N — отрицательный провод. Такой ток намагнитил бы цилиндр в противоположном направлении по сравнению с магнитом, который образуется при соприкосновении с полюсами А и В; а такой ток направлен противоположно токам, которые, согласно прекрасной теории Ампера, образуют такой магнит, какой изображен на рисунке. 

    Рисунок 3 

    Однако, поскольку можно было бы предположить, что во всех предыдущих опытах, описанных в этой главе, мгновенный индуцированный ток возбуждался благодаря некоторому особому действию, имевшему место во время образования магнита, а не благодаря самому факту 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 гальванометром. Цилиндр из мягкого железа был заменен цилиндрическим магнитом в три четверти дюйма диаметром и в восемь с половиной дюймов длиной. Один конец этого магнита был введен внутрь спирали по ее оси (рис. 4), а затем, после 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 процессов. При оставлении магнита внутри стрелка возвращалась в свое первоначальное положение, а при вытаскивании его отклонялась в противоположном направлении. Действия эти не были особенно сильны; однако, вдвигая и выдвигая магнит таким образом, чтобы каждый последующий толчок прибавлялся к произведенным уже ранее, удавалось сообщить стрелке колебания размахом в 180° и более. 

    Рисунок 4 

    Все попытки получить посредством индуцированных токов электричества химические действия оказались неудачными, хотя были приняты не только все описанные  выше меры предосторожности, но и всякие другие, какие только можно было вообразить. Не получалось никакого ощущения на язык; равным образом не обнаруживалось судорожного сокращения конечностей лягушки. Не удавалось также накалить ни древесный уголь, ни тонкую проволоку. Но при повторении на досуге опытов в Королевском институте с оправленным магнитным железняком, принадлежащим проф. Даниэлю (он был способен поднять около тридцати фунтов), наблюдались сильные сокращения мышц лягушки при каждом замыкании магнитного контакта. Сначала не удавалось вызывать сокращений при разрыве магнитного контакта; однако, предположив, что отсутствие действия обусловлено сравнительной медленностью разъединения, я стал производить это последнее ударом, и тогда лягушка содрогалась весьма сильно. Чем более мгновенно происходит соединение и разъединение, тем сильнее содрогание. Мне показалось также, что я мог заметить ощущение на язык и вспышку перед глазами, но никаких признаков химического разложения я обнаружить не мог.

    Различные опыты, описанные в этом разделе, подтверждают, я полагаю, с достаточной полнотой получение электричества при помощи обыкновенного магнетизма. Что напряжение его очень слабо, а количество мало, это не будет казаться удивительным, если припомнить, что, подобно термоэлектричеству, оно развивается полностью внутри самого вещества металлов, сохраняющих всю свою проводящую способность. Но если что-то проходит описанным способом вдоль металлических проводов, если оно проявляет при этом прохождении особые магнитные действия и силу, присущие электрическому току, если оно может приводить в движение конечности лягушки и вызывать их содрогание, если, наконец, оно может производить искру при разряде 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 магнитам профессоров Молля (Moll), Генри (Henry), Тэн-Эйке (Ten Eyke) и др., способным поднимать до двух тысяч фунтов, и что в этом случае" не только возможно получить более яркую искру, но можно было бы также раскалить проволоки и, поскольку ток способен проходить через жидкости, произвести и химическое действие. Вероятность получения таких действий станет еще больше, если силой подобных аппаратов возбуждать магнитоэлектрические устройства, описанные в разделе 4.

    Доходящее почти до тождества сходство действия обычных магнитов, с одной стороны, и электромагнитов или вольта-электрических  токов, с другой, находится в поразительном  согласии с теорией г. Ампера, подтверждая  последнюю и давая сильные доводы в пользу предположения, что действие в обоих случаях одинаково; однако, поскольку все же требуется различие в наименовании, то я предлагаю называть это действие, обнаруживаемое обыкновенными магнитами, магнитоэлектрической или электрической индукцией.

    Единственное, резко бросающееся в глаза  различие, существующее между вольта-электрической  и магнитоэлектрической индукцией, заключается в том, что первая происходит внезапно, а вторая требует  ощутимого времени; однако, даже в  настоящей ранней стадии исследований некоторые факты все же как будто указывают на то, что при дальнейшем изучении вопроса это несходство потеряет значение различия в физической природе явлений. 

    Вторая  половина жизни 

    Фарадея интересуют законы электрохимических  явлений. Первый закон, установленный Фарадеем, состоит в том, что количество электрохимического действия не зависит ни от величины электродов, ни от напряженности тока, ни от крепости разлагаемого раствора, а единственно от количества электричества, проходящего в цепи; иначе говоря, количество электричества необходимо пропорционально количеству химического действия. Закон этот выведен Фарадеем из бесчисленного множества опытов, условия которых он разнообразил до бесконечности.

    Второй, еще более важный закон электрохимического действия, установленный Фарадеем, состоит в том, что количество электричества, необходимое для разложения различных веществ, всегда обратно пропорционально атомному весу вещества, или, выражаясь иначе, для разложения молекулы (частицы) какого бы то ни было вещества требуется всегда одно и то же количество электричества.

    Обширные  и разносторонние работы не могли  не отразиться на здоровье Фарадея. В  последние годы этого периода  своей жизни он работал уже  с большим трудом. В 1839 и 1840 годах  состояние Фарадея было таково, что он нередко вынужден был прерывать свои занятия и уезжать куда-нибудь в приморские местечки Англии. В 1841 году друзья убедили Фарадея поехать в Швейцарию, чтобы основательным отдыхом восстановить силы для новых работ.

    Это был первый настоящий отдых за долгое время. Жизнь Фарадея с тех пор, как он вступил в Королевский институт, сосредоточивалась, главным образом, на лаборатории и научных занятиях. В этих открытиях, в приводивших к ним научных занятиях и состояла жизнь Фарадея. Он весь отдавался научным занятиям, и вне их у него не было жизни. Он отправлялся рано утром в свою лабораторию и возвращался в лоно семьи лишь поздно вечером, проводя все время среди своих приборов. И так он провел всю деятельную часть своей жизни, решительно ничем не отвлекаясь от своих научных занятий. Это была жизнь настоящего анахорета науки, и в этом, быть может, кроется секрет многочисленности сделанных Фарадеем открытий.

    Возможность всецело отдаться научным занятиям для Фарадея обусловливалась, однако, не только известной материальной обеспеченностью, но еще более тем, что все внешние жизненные заботы были сняты с него женою, его настоящим ангелом-хранителем. Любящая жена приняла на себя все тяготы жизни, чтобы дать возможность мужу всецело отдаться науке. Никогда 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. Семейное счастье служило для Фарадея и лучшим утешением в неприятностях, выпадавших 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 обстоятельство более всякого другого содействовало его земному счастью и здоровью его ума. Союз этот продолжался 28 лет, ни в чем не изменившись, разве только взаимная привязанность с течением времени стала глубже и сильнее». Немногие люди могут дать о себе подобную автобиографическую справку.

    В Швейцарии Фарадей пробыл около  года. Здесь он, кроме переписки  с друзьями и ведения дневника, не имел никаких других занятий. Пребывание в Швейцарии весьма благотворно  сказалось на здоровье Фарадея, и  он, 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 открытиями великого ученого в  области индукционного электричества.

    Первым  таким открытием, опубликованным по возвращении из Швейцарии, было «намагничивание  света», как выражался Фарадей, или  «магнитное вращение плоскости поляризации», как принято говорить теперь.

    В начале XIX века было показано, что свет представляет собой поперечные волны; но в те годы никто не имел ни малейшего представления о том, что именно колеблется в световых волнах. Было много разговоров о «неосязаемом флюиде», которому присвоили название «эфир». Однако нельзя предаваться иллюзии и считать, что мы понимаем какое-то явление только потому, что дали ему название. Подход Фарадея был более основательным. Его интересовало, существует ли связь между светом и каким-нибудь другим физическим явлением, скажем магнетизмом.

    Фарадей придумал следующий эксперимент. Он пропустил пучок света, поляризованный в результате прохождения через призму Николя, между полюсами своего самого большого электромагнита и проверил, воспользовавшись другой призмой Николя в качестве анализатора, не влияет ли как-нибудь включение тока на степень поляризации света. Никакого эффекта не наблюдалось. Тогда Фарадей попробовал ввести между полюсами магнита кусок свинцового стекла и опять не обнаружил никакого эффекта. Но правильно ли было приложено поле? Может быть, оно должно совпадать с направлением распространения света? Очевидно, с одним электромагнитом опыт поставить нельзя, ибо полюсы оказались бы на пути света, поэтому Фарадей использовал два электромагнита рис. 5. На этот раз эффект был обнаружен. Степень поляризации света как будто уменьшилась.

    Полученный  результат не был вполне убедительным, но он указывал верный путь для дальнейших поисков. Фарадей раздобыл более  сильный электромагнит и провел новую серию опытов с несколькими  кусками стекла. Одно из стекол с хорошо отполированными гранями дало «превосходный эффект». Если вторая призма Николя гасила поляризованный свет, когда тока не было, то при включении тока свет снова появлялся; можно было снова погасить свет, повернув призму Николя в новое положение. Фарадей установил, таким образом, что магнитное поле поворачивает плоскость поляризации падающего света.