РЕФЕРАТ
Життя і творчість Майкла Фарадея
Перший етап життя
Майкл Фарадей народився 22 вересня 1791 року в Лондоні, в одному з найбідніших його кварталів. Його батько був ковалем, а мати — дочкою землероба-орендаря. Квартира, в якій з'явився на світ і провів перші роки свого життя великий учений, знаходилася на задньому дворі і поміщалася над стайнями.
Коли Фарадей досяг шкільного віку, його віддали в початкову школу. Курс, пройдений Майклом, був дуже вузький і обмежувався тільки навчанням читанню, листу і початкам рахунку.
В декількох кроках від будинку, в якому жила сім'я Фарадєєв, знаходилася книжкова лавка, яка разом, з тим була і палітурним закладом. Сюди-то і потрапив Фарадей, закінчивши курс початкової школи, коли виникло питання про вибір професії для нього. Фарадею в цей час минуло тільки 13 років.
Саме собою розуміє, що, користуючись для читання таким випадковим джерелом, як палітурна майстерня, Фарадей не міг дотримуватися якої-небудь системи, а повинен був читати все, що попадеться під руку. Але вже в юнацькому віці, коли Фарадей тільки починав свою самоосвіту, він прагнув спиратися виключно на факти і перевіряти повідомлення інших власними дослідами. Ці прагнення виявлялися в ньому все життя як основні риси його наукової діяльності.
Фізичні і хімічні досліди Фарадей став проробляти ще хлопчиком при першому ж знайомстві з фізикою і хімією. Оскільки він не одержував за свою роботу в палітурній майстерні ніякої винагороди, то його засоби були більш ніж нікчемні, утворюючись з випадкового заробітку, що перепадав на його частку.
Деякі із замовників його господаря, що належали до наукового світу і відвідуючі палітурну майстерню, зацікавилися зрадженим науці учнем палітурника і, бажаючи дати йому можливість отримати хоч якісь систематичні пізнання в улюблених науках — фізиці і хімії, — влаштували йому доступ на лекції тодішніх учених, що призначалися для публіки.
Одного разу Майкл Фарадей відвідав одну з лекцій Хемфрі Деві, великого англійського фізика, винахідника безпечної лампи для шахтарів. Фарадей зробив докладний запис лекції, переплів її і відіслав Деві. Той був настільки уражений, що запропонував Фарадею працювати з ним як секретар. Незабаром Деві відправився в подорож по Європі і узяв з собою Фарадея. За два роки вони відвідали найбільші європейські університети.
Повернувшися до Лондона в 1815 році, Фарадей почав працювати асистентом в одній з лабораторій Королівського інституту в Лондоні. У той час це була одна з кращих фізичних лабораторій миру. З 1816 по 1818 рік Фарадей надрукував ряд дрібних заміток і невеликих мемуарів по хімії. До 1818 року відноситься перша робота Фарадея по фізиці, присвячена дослідженню співаючого полум'я.
За великим рахунком, цей період був для Фарадея лише підготовчою школою. Він не стільки працював самостійно, скільки вчився і готувався до тих блискучих робіт, які склали епоху в історії фізики і хімії.
12 червня 1821 року Майкл одружується на міс Бернард. Її сімейство було давно і дружньо знайомо з Фарадеямі; воно належало до тієї ж секти «зандеманів», членами якої був і Фарадей. З своєю нареченою Фарадей був в якнайкращих відносинах ще з дитинства. Одруження скоїлося без жодної пишноти — відповідно характеру «зандеманства», рівно як і характеру самого Фарадея. Брак Фарадея був дуже щасливий. Незабаром після шлюбу Фарадей зробився головою общини «зандеманів».
Матеріальне положення його до цього часу також, було зміцнене, його вибрали доглядачем удома Королівського інституту, а потім директором хімічної лабораторії з відповідним змістом. Разом з тим це обрання давало йому тепер прекрасну можливість працювати для науки без жодних перешкод і утруднень.
Спираючись на досліди своїх попередників, він скомбінував декілька власних дослідів, а до вересня 1821 року Майкл надрукував «Історію успіхів електромагнетизму». Вже в цей час він склав цілком правильне поняття про єство явища відхилення магнітної стрілки під дією струму. Домігшися цього успіху» Фарадей на цілі десять років залишає заняття в області електрики, присвятивши себе дослідженню цілого ряду предметів іншого роду.
В тому ж році, ще працюючи над питанням про обертання магнітної стрілки під впливом струму, він випадково натрапив на явище випаровування ртуті при звичайній температурі. Пізніше Фарадей присвятив немало уваги вивченню цього предмету і, грунтуючись на своїх дослідженнях, встановив абсолютно новий погляд на єство випаровування. Тепер же він залишив це питання, захоплюючись все новими предметами досліджень. Так, незабаром він став займатися дослідами над складом сталі і згодом любив одаровувати своїх друзів сталевими бритвами з відкритого ним сплаву.
В 1823 році Фарадєєм було проведене одне з найважливіших відкриттів в області фізики — він вперше добився зріджування газу і разом з тим встановив простий, але дійсний метод обігу газів в рідину.
В 1824 році Фарадей встановив, що світло впливає на колір скла, змінюючи його. Наступного року Фарадей знову звертається від фізики до хімії, і результатом його робіт в цій області є відкриття бензину і сірчано-нафталінової кислоти.
В 1831 році Фарадей опублікував трактат «Об особливого роду оптичному обмані», що послужив підставою прекрасного і цікавого оптичного снаряда, іменованого «хромотропом». В тому ж році вийшов трактат Фарадея «Про вібруючі пластинки».
Відкриття електромагнітної індукції
Дослідження в області електромагнетизму і індукційної електрики, складові найцінніший алмаз у вінці слави Фарадея, поглинули велику частину його життя і його сил. По своєму звичаю Фарадей почав ряд дослідів, які повинні були з'ясувати суть справи. На одну і ту ж дерев'яну качалку Фарадей намотав паралельно один одному дві ізольовані дроту; кінці одного дроту він з'єднав з батареєю з десяти елементів, а кінці іншої — з чутливим гальванометром. Виявилося, що в той момент, коли в перший дріт пропускається струм, а також коли це пропускання припиняється, в другому дроті також збуджується струм, що має в першому випадку протилежний напрям з першим струмом і однакове з ним в другому випадку і що продовжується всього одна мить.
Ці вторинні миттєві струми, що викликаються впливом первинних індукцією, названі Фарадєєм індуктивними, і ця назва збереглася за ними досі. Будучи миттєвими, вмить зникаючи вслід за своєю появою, індуктивні струми не мали б ніякого практичного значення, якби Фарадей не знайшов спосіб за допомогою дотепного пристосування (комутатора) безупинно переривати і знову проводити первинний струм, що йде від батареї по першому дроту. Завдяки цьому в другому дроті безперервно збуджуються всі нові і нові індуктивні струми, що стають, таким чином, постійними. Так був знайдено нове джерело електричної енергії, крім раніше відомих (тертя і хімічних процесів), — індукція, і новий вид цієї енергії — індукційна електрика.
Ці відкриття спричинили за собою нові. Якщо можна викликати індуктивний струм замиканням і припиненням гальванічного струму, то чи не вийде той же результат від намагнічення і розмагнічування заліза?
Він проводить досвід такого роду: навкруги залізного кільця були обмотані дві ізольовані дроту; причому один дріт був обмотаний навкруги однієї половини кільця, а інша — навкруги іншої. Через один дріт пропускався струм від гальванічної батареї, а кінці іншої були сполучені з гальванометром. І ось, коли струм замикався або припинявся і коли, отже, залізне кільце намагнічувалося або розмагнічувалося, стрілка гальванометра швидко коливалася і потім швидко зупинялася, тобто в нейтральному дроті збуджувалися всі ті ж миттєві індуктивні струми — цього разу вже під впливом магнетизму. Таким чином, тут вперше магнетизм був перетворений на електрику.
Фарадей також помітив, що дія магніту виявляється і на деякій відстані від нього. Це явище він назвав магнітним полем.
Експериментальні дослідження по електриці
Перша серія
Властиве електриці напруги властивість створювати поблизу себе протилежний електричний стан отримала загальну назву індукції. Оскільки воно увійшло до наукової мови, назвою цією можна з повною підставою користуватися в такому ж загальному значенні і в тому випадку, якщо б електричні струми виявилися здатними переводити ту, що знаходиться в безпосередній близькості від них матерію в деякий особливий стан, який до того був байдужим. В цьому саме значенні я і припускаю використовувати цей термін в справжньому докладі.
Цілий ряд дій, що викликаються індукцією електричних струмів, був знайдений і описаний раніше, якось: намагнічення, досліди Ампера з тим, що підніс мідного диска до плоскої спіралі, повторення ним за допомогою електромагнітів чудових дослідів Араго і, можливо, деякі інші. Проте здавалося неймовірним, щоб цим вичерпувалися всі дії, які може проводити індукція струмів, тим паче, що у відсутності заліза майже всі ці явища відпадають, тоді як є незліченна безліч тіл, що знаходять певні явища індукції від електрики напруги, і тіла ці дотепер ще не були піддані дії індукції від електрики в русі.
Далі: чи приймемо ми прекрасну теорію Ампера або яку-небудь іншу, або в думках відмовимося від теорій, все ж таки представляється вельми надзвичайним, щоб, з одного боку, всякий електричний струм супроводився магнітною дією відповідної інтенсивності, направленою під прямим кутом до струму, і щоб в той же час в добрих провідниках електрики, поміщених в сферу цієї дії, зовсім не індукувався струм, не виникала яка-небудь відчутна дія, еквівалентна по силі такому струму.
Ці міркування і витікаюча з них як наслідок надія отримати електрику за допомогою звичайного магнетизму в різні часи спонукали мене експериментально вивчити індуктивну дію електричних струмів. Недавно я добився позитивних результатів, і при цьому не тільки виправдалися мої надії, але я отримав в руки ключ, який, як мені здається, відкриває двері до повного пояснення магнітних явищ Араго, а також до відкриття деякого нового стану, який, мабуть, грає велику роль в деяких найважливіших діях електричних струмів.
Ці результати я припускаю описати не в тому порядку, в якому вони були отримані, а так, щоб дати саме стисле утворення їх в цілому.
Про індукцію електричних струмів
Близько двадцяти шести футів мідного дроту діаметром в одну двадцяту дюйма було намотане на дерев'яний циліндр у вигляді спіралі; окремі витки спіралі оберігалися від торкання прокладеним між ними тонким шнурком. Ця спіраль була покрита коленкором, а потім таким же способом був навитий другий дріт. Цим шляхом були навито одна на одну дванадцять спіралей завдовжки в середньому по двадцять сім футів дроту кожна, і все в одному напрямі. Перша, третя, п'ята, сьома, дев'ята і одинадцята спіралі були сполучені кінець з кінцем так, що утворили одну загальну катушку; інші були сполучені таким же способом; таким чином вийшли дві основні, тісно переплетені один з одним спіралі, мають однаковий напрям, ніде не дотичні і містять кожна по сто п'ятдесят п'ять футів дроту.
Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, інша — з добре зарядженою гальванічною батареєю з десяти пар пластин в чотири квадратні дюйми кожна, причому мідні пластини були подвійні; проте не вдалося спостерігати анінайменшого відхилення стрілки гальванометра.
Була виготовлена подібна ж складова катушка, що складається з шести відрізків мідного дроту і шести відрізків дроту з м'якого заліза. Отримана таким чином залізна катушка містила двісті чотирнадцять футів дроту, а мідна — двісті вісім; проте, незалежно від того, як проходив струм батареї: через мідну або через залізну катушку, — гальванометром не вдавалося знайти ніякої дії на іншу катушку.
В цих, як і багатьох подібних, дослідах між залізом і іншими металами не було знайдено ніякої різниці у дії.
Двісті три фути мідного дроту в одному шматку були намотано на великий дерев'яний барабан; інші двісті три фути такого ж дроту були прокладено у вигляді спіралі між витками першої обмотки, причому металевий контакт був скрізь усунений за допомогою шнурка. Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, а інша — з добре зарядженою батареєю із ста пар пластин в чотири квадратні дюйми з подвійними мідними пластинами. При замиканні контакту спостерігалася раптова, але дуже слаба дія на гальванометр, і подібна ж слаба дія мала місце при розмиканні контакту з батареєю. Але надалі, при проходженні гальванічного струму по одній із спіралей, не вдавалося знайти відхилення гальванометра або іншої дії на другу спіраль, схожого на індукцію, хоча потужність батареї і була явно велика, про що можна було судити по нагріванню всієї приєднаної до неї спіралі і по яскравості розряду, якщо він пропускався через деревне вугілля.
Повторення дослідів з батареєю із ста двадцяти пар пластин не проводило інших дій; але в цьому, як і в попередньому, випадку було встановлено, що незначне відхилення стрілки, що виходить у момент замикання контакту, завжди мало один і той же напрям і що подібне йому слабе відхилення, що викликається розмиканням контакту, було направлено у зворотний бік, і далі, що ці дії спостерігалися і з колишніми катушками.
Результати, які до цього часу були мною отримані з магнітами, привели мене до думки, що струм від батареї при пропусканні його через один провідник дійсно індукує подібний же струм в іншому провіднику, але що цей струм триває всього один момент і за природою своїй схожий швидше на електричну хвилю, що виникає при розряді звичайної лейденської банки, ніж на струм від гальванічної батареї, і що тому він, мабуть, виявиться в змозі намагнітити сталеву голку, хоча на гальванометр діє ледь-ледь.
Це припущення підтвердилося: дійсно, коли я, замінивши гальванометр невеликою порожнистою спіраллю, намотаною на скляну трубку, ввів всередину її сталеву голку, з'єднав батарею, як і раніше, з індукуючим дротом і потім вийняв голку ще до моменту розмикання контакту з батареєю, то вона виявилася намагніченою.
Якщо спочатку включити батарею і вже після цього ввести у всередину що служила для спостереження невеликій спіралі ненамагнічену голку і, нарешті, розімкнути контакт з батареєю, то голка виявляється намагніченою і, мабуть, в такому ж ступені, як і раніше, але полюси виявляються протилежного знака.
Такі ж дії мали місце при дослідах з описаними великими складовими спіралями.
Якщо ненамагнічена голка вводилася всередину випробувальної спіралі раніше, ніж був сполучений з батареєю індукуючий дріт, і залишалася там до моменту розмикання контакту, то вона зовсім не знаходила магнетизм або знаходила його лише в слабому ступені; в цьому випадку перша дія була майже цілком нейтралізована другою. Сила дії струму, індукованого при замиканні контакту, виявлялася завжди більше за ту, яка індукувалася при розмиканні контакту; тому, коли контакт замикався і розмикався багато раз підряд, причому голка залишалася усередині випробувальної спіралі, то вона врешті-решт виявлялася володіючою деяким намагніченням, але намагнічувалася таким чином, неначе на неї діяв тільки струм, індукований при замиканні контакту. Ця дія може пояснюватися так званою акумуляцією на полюсах розімкненої батареї; унаслідок цієї акумуляції струм при первинному замиканні контакту виявляється більш сильним, ніж згодом при розмиканні його.
Якщо ланцюг між спіраллю або що піддається індукції дротом і гальванометром, або випробувальною спіраллю не був замкнутий перед тим, як замикалося або розмикалося з'єднання між батареєю і індукуючим дротом, то не можна знайти ніякої дії на гальванометр. Таким чином, якщо спочатку зробити з'єднання в ланцюзі батареї, а потім з'єднати що піддається індукції дріт з випробувальною спіраллю, то здатність, що намагнічує, не виявляється. Але якщо тепер зберегти ці з'єднання і розмикати з'єднання батареї, то в спіралі утворюється магніт, але другого роду, тобто з полюсами, вказуючими на існування струму того ж напряму, що і струм батареї, або струму, який завжди індукується при припиненні струму батареї.
В попередніх дослідах дроти були розташовані близько один від одного, і контакт індукуючого дроту приєднувався до батареї на той час, коли вимагалося мати індукційну дію. Але оскільки можна було б припускати, що ця особлива дія виявляється тільки в моменти замикання і розмикання контакту, то я проводив індукцію і іншим шляхом. Декілька футів мідного дроту були натягнуто великими зигзагами, у вигляді букви W, на поверхні широкої дошки; другий дріт був натягнутий точно такими ж зигзагами на другій дошці, так що при тому, що підніс її до першої дроти торкнулися б один одного на всьому протязі, якби між ними не був прокладений лист товстого паперу. Один з цих дротів був сполучений з гальванометром, а інший — з гальванічною батареєю. Потім перший дріт переміщався у напрямку до другого, і під час його наближення стрільця відхилялася. Під час видалення дроту стрілка відхилялася в протилежному напрямі. Якщо примушувати дроти зближуватися, а потім віддалятися один від одного в такт з коливаннями стрілки, останні скоро ставали вельми значними; проте по припиненні руху дротів по напряму один до одного або один від одного стрільця гальванометра незабаром поверталася в своє звичайне положення.
При зближенні дротів індукований струм мав напрям, зворотний напряму індукуючого струму. При видаленні один від одного дротів індукований струм мав той же напрям, що і індукуючий струм . Коли дроти залишалися нерухомими, індукованого струму не було зовсім.
Коли в ланцюг між гальванометром і його спіраллю або дротом вводилася невелика гальванічна установка так, щоб створилося постійне відхилення стрілки в 30 або 40°, а потім індукуючий дріт з'єднувався з батареєю із ста пластин, то, як і раніше, мала місце миттєва дія; проте стрілка гальванометра негайно поверталася назад і незмінно зберігала своє положення, не дивлячись на контакт, що продовжується, між індукуючим дротом і батареєю. Це явище відбувається незалежно від того, яким способом проводився контакт.
Звідси, мабуть, витікає, що розташовані поряд струми — як однакового, так і протилежного напряму — не знаходять здатності надавати один на одного безперервну індукуючу дію, що може позначитися на їх величині або ж на їх напрузі.
Мені не вдалося переконатися в проходженні електрики через що піддається індукції провідник ні за допомогою відчуття на мову, ні за допомогою іскри, ні шляхом нагрівання тонкого дроту або деревного вугілля; рівним чином я не міг отримати ніяких хімічних дій, хоча контакти з розчинами металевих і інших солей замикалися і розмикалися з контактами батареї поперемінно, так що друга дія індукції не повинна була б ні протидіяти першому, ні нейтралізувати його.
Така відсутність дії обумовлена зовсім не тим, що індукований струм електрики не може проходити через рідини, а, ймовірно, його малою тривалістю і слабою інтенсивністю, бо при введенні в ланцюг на індукованій стороні двох великих мідних пластин, занурених в розчин куховарської солі і що оберігаються від зіткнення прокладеної між ними матерією, дія на реєструючий гальванометр або ж на випробувальну спіраль мало місце, як і раніше. Індукована електрика проходила також через гальванічний елемент. Коли, проте, кількість проміжної рідини була зменшена до краплі, то гальванометр не показував.
Спроби отримати аналогічні явища при вживанні дротів, несучих звичайну електрику, виявилися по своїх результатах сумнівними. Була узята складова спіраль, схожа з вже описаною і що містить вісім елементарних спіралей. Подібні кінці чотирьох спіралей були пов'язані один з одним дротом, і отримані таким чином два головні кінці були сполучено з невеликою намагнічує спіраллю, що містила в собі ненамагнічену голку. Решта чотирьох спіралей була влаштована таким же чином, але кінці їх були сполучені з лейденською банкою. При пропусканні розряду голка ставала магнітом; проте не було позбавлене вірогідності, що частина електрики з лейденської банки пройшла в маленьку спіраль і таким чином намагнітила голку. Насправді, не було підстав чекати, щоб електрика від лейденської банки, володіюче, як відомо, високою напругою, не розповсюджувалося через все металеві частини, що знаходяться між ізолюючими прокладками.
Проте ж звідси не витікає, що розряд звичайної електрики через дріт не викликає явищ, аналогічних тим, які створюються гальванічною електрикою; але оскільки представляється неможливим відділити дії, вироблювані у момент початку розряду, від рівних їм, але протилежних дій, вироблюваних при його зникненні, оскільки для звичайної електрики ці моменти співпадають, важко сподіватися, щоб подібного роду дослідами можна було ці явища знайти.
Таким чином очевидно, що струми гальванічної електрики знаходять явища індукції, до деякої міри аналогічні явищам, створюваною електрикою напруги, хоча, як буде видний далі, між ними існує багато відмінностей. Слідством цього є створення інших струмів (які проте миттєві), паралельних або ж що знаходять прагнення бути паралельними індукуючому струму. По розташуванню полюсів голки, що виникає у випробувальній спіралі, і з відхилень стрілки гальванометра у всіх випадках було ясно, що індукований струм, вироблюваний першою дією індукуючого струму, був по напряму протиставлений останньому, а струм, вироблюваний припиненням індукуючого струму, мав однакове з ним напрям. Скорочено я пропоную назвати цю дію струму від гальванічної батареї вольто-еллектричною індукцією. Властивості вторинного дроту, коли індукція вже провела перший струм і коли в сусідньому індукуючому дроті ще продовжує текти електрика від батареї, доводять існування особливого електричного стану, до розгляду якого ми повернемося далі. Всі ці результати були отримані з приладом вольта, що складався з однієї пари пластин.
РОЗДІЛ 2
Про утворення електрики з магнетизму
З круглого заліза бруска було зварено кільце; товщина металу була рівна семи восьмим дюйма, а зовнішній діаметр кільця — шести дюймам. На одну частину цього кільця було намотано три спіралі, що містили кожна близько двадцяти чотирьох футів мідного дроту товщиною в одну двадцяту дюйма. Спіралі були ізольовані від заліза і один від одного і накладені одна на одну описаним вище способом, займаючи приблизно дев'ять дюймів по довжині кільця. Ними можна було користуватися по окремості і в з'єднанні; ця група позначена буквою А (мал. 1). На іншу частину кільця було намотано таким же способом близько шістдесяти футів такого ж мідного дроту в двох шматках, що утворили спіраль В, яка мала однаковий напрям із спіралями А, але була відокремлена від них на кожному кінці на протязі приблизно напівдюйма голим залізом.
Спіраль В з'єднувалася мідними дротами з гальванометром, поміщеним на відстані трьох футів від кільця. Окремі спіралі А з'єднувалися кінець з кінцем так, що утворили загальну спіраль, кінці якої були сполучені з батареєю з десяти пар пластин в чотири квадратні дюйми. Гальванометр реагував негайно, і притому значно сильніше, ніж це спостерігалося, як описано вище, при користуванні вдесятеро більш могутньою спіраллю без заліза (10); проте, незважаючи
Малюнок 1
на збереження контакту, дія припинялася, і стрілка незабаром поверталася в своє нормальне положення, знаходячи як би повну байдужість по відношенню до пов'язаній з нею електромагнітної схеми. При розмиканні контакту з батареєю стрільця знову сильно відхилялася, але в напрямі, протилежному тому, яке індуктувалося в першому випадку.
При такій видозміні приладу, коли спіраль В була включена, а гальванометр був приєднаний до одного з трьох дротів А, а два інших були сполучені в одну спіраль, через яку проходив струм від батареї (28), дії виходили подібні ж, але значно більш сильні.
Коли з'єднання з батареєю проводилося в одному певному напрямі, стрілка гальванометра відхилялася в одну сторону; при зворотному напрямі з'єднань відхилення відбувалося в протилежну сторону. Відхилення при розмиканні контакту батареї було завжди протилежне відхиленню, одержуваному при замиканні. Відхилення при замиканні контакту батареї завжди указувало на існування індукованого струму, по напряму протилежного струму батареї; при розмиканні ж контакту відхилення указувало на струм, індукований в напрямі, співпадаючому з напрямом струму батареї. Ні замикання, ні розмикання контакту па стороні В або ж в якому-небудь місці ланцюга гальванометра не надавало ніякої дії на останній. Подальше існування струму від батареї не викликало ніякого відхилення стрілки гальванометра. Оскільки приведені вище результати однакові для всіх цих і подібних їм дослідів із звичайними магнітами, детально що розглядаються далі, немає необхідності знову їх описувати.
Коли я користувався для згаданого вище кільця силою ста пар пластин, поштовх, повідомляється гальванометр при замиканні і розмиканні контакту, був настільки великий, що стрілка починала обертатися і робила чотири або п'ять оборотів, перш ніж тертя повітря і земний магнетизм зводили її рух до простих коливань.
При тому, що підніс до кінців спіралі В деревного вугілля можна було знайти іскорку при замиканні контакту з батареєю в ланцюзі А. Эта іскорка не могла бути викликаний відгалуженням частини струму від батареї через залізо в спіраль В, оскільки при збереженні контакту з батареєю гальванометр проте повертався до свого абсолютно байдужого стану. При розмиканні контакту іскра спостерігалася рідко. Платинове зволікання розжарити цим індукованим струмом не вдавалося; проте є, мабуть, всі підстави думати, що цю дію можна було б отримати при користуванні більш сильним початковим струмом або більш могутньою комбінацією спіралей.
Через спіраль В і гальванометр був пропущений слабий гальванічний струм так, щоб стрілка відхилилася на 30 або 40°; після цього до ланцюга А була приєднана батарея із ста пар пластин; проте по припиненні першої дії стрільця гальванометра поверталася в положення, строго відповідне тому слабому струму, який проходив по ланцюгу самого гальванометра. Це має місце незалежно від того, яким шляхом здійснювати з'єднання з батареєю, і указує, що і в цьому випадку не існує постійного впливу струмів один на одного ні відносно їх величини, ні відносно їх напруги.
Потім був випробуваний інший пристрій, що зв'язує перші досліди по вольто-еллектричної індукції з теперішніми часами. Система спіралей, подібна вищеописаній, була навита на порожнистий картонний циліндр; спіралі складалися з восьми відрізків мідного дроту загальною довжиною в 220 футів; чотири з цих спіралей були сполучені кінці з кінцем, а потім з гальванометром; інші чотири були також сполучені кінець з кінцем, н через них розряджалася батарея із ста пар. За таких умов дія на гальванометр була ледве відчутною, хоча індукований струм володів здатністю, що намагнічує. Проте, коли всередину картонної трубки, оточеної спіралями, вводився циліндр з м'якого заліза, товщиною в семи восьмих дюйма і завдовжки в дванадцять дюймів, індукований струм надавав на гальванометр дуже сильну дію, що супроводиться всіма вищеописаними явищами. Здатність, якої він володів, що намагнічує, була, мабуть, також вище, ніж у відсутність залізного циліндра.
Коли залізний циліндр замінювався таким же точно мідним циліндром, то не виходило ніякої дії крім того, яке мало місце за наявності одних тільки спіралей. Пристрій із залізним циліндром виявився менш сильним, ніж вищеописаний пристрій з кільцем.
Подібні дії були потім отримані за допомогою звичайних магнітів: так, всі елементарні спіралі тільки що описаної порожнистої спіралі були сполучені з гальванометром за допомогою двох мідних дротів завдовжки по п'ять футів кожний; у всередину спіралі, по її осі, був введений циліндр з м'якого заліза; два смугові магніти завдовжки по двадцять чотири дюйми кожний були прикладено один до одного різнойменними полюсами так, що давали подібність магніта у формі підкови; інші два полюси прикладалися до кінців залізного циліндра так, що він тимчасово перетворювався на магніт (мал. 2); при розмиканні магнітних контактів або при зміні їх на зворотні намагнічення залізного циліндра можна було за бажанням припиняти або змінювати на протилежне.
Малюнок 2
У момент утворення магнітного контакту стрілка відхилялася; при тривалому контакті стрільця ставала байдужою і поверталася в своє первинне положення; при порушенні контакту вона знову відхилялася, але в напрямі, протилежному першому; а потім знову ставала байдужою. При обігу магнітних контактів відхилення стрілки також зверталися.
При утворенні магнітного контакту відхилення стрілки було таке, що указувало на струм електрики, індуктованний в напрямі, зворотному тому, яке здатний утворити магніт тієї ж полярності, якої виходив насправді при зіткненні із смуговими магнітами. Так, коли полюс з міткою * і полюс без мітки були розташовані, як зображено на мал. 3, тік в спіралі проходив у вказаному на малюнку напрямі, де Р є кінець дроту, що йде до позитивного полюса батареї, тобто той кінець, до якого звернені цинкові пластини, аN — негативний дріт. Такий струм намагнітив би циліндр в протилежному напрямі в порівнянні з магнітом, який утворюється при зіткненні з полюсами А і В; а такий струм направлений протилежно струмам, які, згідно прекрасної теорії Ампера, утворюють такий магніт, який зображений на малюнку.
Малюнок 3
Проте, оскільки можна було б припустити, що у всіх попередніх дослідах, описаних в цьому розділі, миттєвий індукований струм збуджувався завдяки деякій особливій дії, що мала місце під час утворення магніта, а не завдяки самому факту його наближення, то провадив наступний дослід. Всі тотожні кінці складової порожнистої спіралі були сполучені разом мідним дротом, і утворені таким чином два головні висновки були пов'язано з гальванометром. Циліндр з м'якого заліза був замінений циліндровим магнітом в три четверті дюйма діаметром і у вісім з половиною дюймів завдовжки. Один кінець цього магніта був введений всередину спіралі по її осі (мал. 4), а потім, після того, як стрілка гальванометра заспокоїлася, магніт швидко всував всередину спіралі; стрілка негайно відхилялася в такому напрямі, неначебто магніт був утворений за допомогою одного з двох попередніх процесів. При залишенні магніта усередині стрільця поверталася в своє первинне положення, а при витягуванні його відхилялася в протилежному напрямі. Дії ці не були особливо сильні; проте, всуваючи і висуваючи магніт так, щоб кожний подальший поштовх додавався до проведених вже раніше, вдавалося повідомити стрілку коливання розмахом в 180° і більш.
Малюнок 4
Всі спроби отримати за допомогою індукованих струмів електрики хімічні дії виявилися невдалими, хоча були вжиті не тільки всіх описані вище заходів обережності, але і всяких інші, які тільки можна було уявити. Не виходило ніякого відчуття. на мову; рівним чином не виявлялося судорожного скорочення кінцівок жаби. Не вдавалося також розжарити ні деревне вугілля, ні тонкий дріт. Але при повторенні на дозвіллі дослідів в Королівському інституті з облямованим магнітним залізняком, належить проф. Даніелю (він був здатний підняти близько тридцяти фунтів), спостерігалися сильні скорочення м'язів жаби при кожному замиканні магнітного контакту. Спочатку не вдавалося викликати скорочень при розриві магнітного контакту; проте, припустивши, що відсутність дії обумовлена порівняльною повільністю роз'єднання, я став проводити це останнє ударом, і тоді жаба здригалася вельми сильно. Чим більш миттєво відбувається з'єднання і роз'єднання, тим сильніше здригання. Мені показалося також, що я міг помітити відчуття на мову і спалах перед очима, але ніяких ознак хімічного розкладання я знайти не міг.
Різні досліди, описані в цьому розділі, підтверджують, я вважаю, з достатньою повнотою отримання електрики за допомогою звичайного магнетизму. Що напруга його дуже слабо, а кількість мало, це не здаватиметься дивним, якщо пригадати, що, подібно термоелектриці, воно розвивається повністю усередині самої речовини металів, що зберігають всю свою провідну здатність. Але якщо щось проходить описаним способом уздовж металевих дротів, якщо воно проявляє при цьому проходженні особливі магнітні дії і силу, властиві електричному струму, якщо воно може приводити в рух кінцівки жаби і викликати їх здригання, якщо, нарешті, воно може проводити іскру при розряді через деревне вугілля, то це щось може бути тільки електрикою. Оскільки всі дії можуть проводитися електромагнітами із залізом, то немає сумніву, що для цих дослідів придатні пристрої, подібні магнітам професорів Молля (Moll), Генрі (Henry), Тен-Ейке (Ten Eyke) і ін., здатним піднімати до двох тисяч фунтів, і що в цьому випадку" не тільки можливо отримати більш яскраву іскру, але можна було б також розжарити дроту і, оскільки струм здатний проходити через рідини, провести і хімічну дію. Вірогідність отримання таких дій стане ще більше, якщо силою подібних апаратів порушувати магнітоелектричні пристрої, описані в розділі 4.
Що доходить майже до тотожності схожість дії звичайних магнітів, з одного боку, і електромагнітів або вольто-электричних струмів, з іншою, знаходиться у вражаючій згоді з теорією р. Ампера, підтверджуючи останню і даючи сильні доводи на користь припущення, що дія в обох випадках однаково; проте, оскільки все ж таки потрібна відмінність в найменуванні, то я пропоную називати цю дію, що знаходиться звичайними магнітами, магнітоелектричної або магніто-електричною індукцією.
Єдина, різко впадаюча в очі відмінність, існуюча між вольто-электричною і магнітоелектричною індукцією, полягає в тому, що перша відбувається раптово, а друга вимагає відчутного часу; проте, навіть в справжній ранній стадії досліджень деякі факти все ж таки неначе указують на те, що при подальшому вивченні питання ця відмінність втратить значення відмінності у фізичній природі явищ.
Друга половина життя
Фарадея цікавлять закони електрохімічних явищ. Перший закон, встановлений Фарадєєм, полягає в тому, що кількість електрохімічної дії не залежить ні від величини електродів, ні від напруженості струму, ні від фортеці розкладаного розчину, а єдино від кількості електрики, що проходить в ланцюзі; інакше кажучи, кількість електрики необхідна пропорційно кількості хімічної дії. Закон цей виведений Фарадєєм з незліченної безлічі дослідів, умови яких він різноманітив до безкінечності.
Другий, ще більш важливий закон електрохімічної дії, встановлений Фарадєєм, полягає в тому, що кількість електрики, необхідне для розкладання різних речовин, завжди обернено пропорційно до атомної ваги речовини, або, виражаючись інакше, для розкладання молекули (частинки) якого б то ні було речовини потрібна завжди одна і та ж кількість електрики.
Обширні і різносторонні роботи не могли не відобразитися на здоров'я Фарадея. Останніми роками цього періоду свого життя він працював вже насилу. В 1839 і 1840 роках стан Фарадея був такий, що він нерідко був вимушений переривати свої заняття і виїжджати абикуди в приморські містечка Англії. В 1841 році друзі переконали Фарадея поїхати до Швейцарії, щоб грунтовним відпочинком відновити сили для нових робіт.
Це був перший справжній відпочинок за довгий час. Життя Фарадея з тих пір, як він вступив в Королівський інститут, зосереджувалася, головним чином, на лабораторії і наукових заняттях. В цих відкриттях, в що приводили до них наукових заняттях і полягало життя Фарадея. Він весь віддавався науковим заняттям, і зовні них у нього не було життя. Він відправлявся рано вранці в свою лабораторію і повертався в лоно сім'ї лише пізно увечері, проводячи весь час серед своїх приладів. І так він провів всю діяльну частину свого життя, рішуче нічим не відволікаючись від своїх наукових занять. Це було життя справжнього анахорета науки, і в цьому, мабуть, криється секрет численності зроблених Фарадєєм відкриттів.
Можливість цілком віддатися науковим заняттям для Фарадея обумовлювалася, проте, не тільки відомою матеріальною забезпеченістю, але ще більш тим, що всі зовнішні життєві турботи були зняті з нього дружиною, його справжнім ангелом-хранителем. Любляча дружина прийняла на себе всі тяготи життя, щоб дати можливість чоловіку цілком віддатися науці. Ніколи протягом тривалого сумісного життя Фарадей не відчував утруднень матеріальної властивості, які відала лише дружина і які не відволікали розум невтомного дослідника від його великих робіт. Сімейне щастя служило для Фарадея і кращою утіхою в неприємностях, що випадали на його частку в перші роки його наукової діяльності.
Учений, що пережив свою дружину, писав про своє сімейне життя, згадуючи про себе в третій особі, наступне: «12 червня 1821 року він одружувався; ця обставина більш всякого іншого сприяло його земному щастю і здоров'ю його розуму. Союз цей продовжувався 28 років, ні в чому не змінившися, хіба тільки взаємна прихильність з часом стала глибше і сильніше». Небагато людей можуть дати про себе подібну автобіографічну довідку.
В Швейцарії Фарадей пробув близько року. Тут він, окрім листування з друзями і ведення щоденника, не мав ніяких інших занять. Перебування в Швейцарії вельми благотворно позначилося на здоров'я Фарадея, і він, повернувшися до Англії, міг приступити до наукової діяльності.
Роботи цього останнього періоду його життя були присвячені цілком явищам магнетизму, хоча відкриття, зроблені за цей період, не мають того грандіозного значення, яке справедливо признається за відкриттями великого ученого в області індукційної електрики.
Першим таким відкриттям, опублікованим після повернення з Швейцарії, було «намагнічення світла», як виражався Фарадей, або «магнітне обертання площини поляризації», як прийнято говорити тепер.
На початку XIX століття було показано, що світло є поперечними хвилями; але в ті роки ніхто не мав анінайменшого уявлення про те, що саме коливається в світлових хвилях. Було багато розмов про «невідчутний флюїд», якому привласнили назву «ефір». Проте не можна вдаватися до ілюзії і вважати, що ми розуміємо якесь явище тільки тому що дали йому назву. Підхід Фарадея був більш грунтовним. Його цікавило, чи існує зв'язок між світлом і яким-небудь іншим фізичним явищем, скажемо магнетизмом.
Фарадей придумав наступний експеримент. Він пропустив пучок світла, поляризований в результаті проходження через призму Николя, між полюсами свого найбільшого електромагніту і перевірив, скориставшися іншою призмою Николя як аналізатор, чи не впливає як-небудь включення струму на ступінь поляризації світла. Ніякого ефекту не спостерігалося. Тоді Фарадей спробував ввести між полюсами магніта шматок свинцевого скла і знову не знайшов ніякого ефекту. Але чи правильно було прикладено поле? Можливо, воно повинне співпадати з напрямом розповсюдження світла? Очевидно, з одним електромагнітом досвід поставити не можна, бо полюси виявилися б на шляху світла, тому Фарадей використовував два електромагніти рис.5. Цього разу ефект був знайдений. Ступінь поляризації світла неначе зменшився.
Отриманий результат не був цілком переконливим, але він указував вірний шлях для подальших пошуків. Фарадей роздобув більш сильний електромагніт і провів нову серію дослідів з декількома шматками скла. Одне із стекол з добре відполірованими гранями дало «чудовий ефект». Якщо друга призма Николя гасила поляризоване світло, коли струму не було, то при включенні струму світло знову з'являлося; можна було знову погасити світло, повернувши призму Николя в нове положення. Фарадей встановив, таким чином, що магнітне поле повертає площину поляризації падаючого світла.
Це був чудовий результат, оскільки не було ніяких явних підстав вважати, що між магнетизмом і світлом повинен бути зв'язок. Але такий зв'язок був, вона стала зрозумілою лише майже 20 років опісля, перед самою смертю Фарадея, коли Максвел висунув електромагнітну теорію світла.
Другу половину сорокових років зайняли роботи над магнетизмом кристалів. Потім Фарадей звернувся до тільки що відкритим тоді Банкалярі магнітних явищ полум'я.
І, нарешті, Фарадей звертається до питань чисто філософського характеру. Він прагне з'ясувати природу речовини, визначити відносини між атомом і простором, між простором і силами, зупиняється на питанні про гіпотетичний ефір як носії сил і так далі.
Проте учений прославився не тільки численними відкриттями. Фарадей хотів, щоб його відкриття були зрозумілі і тим, хто не отримав спеціальної освіти. Для цього він зайнявся популяризацією наукових знань.
З 1826 року Фарадей почав читати свої знамениті різдвяні лекції. Одна з самих відомих з них називалася «Історія свічки з погляду хімії». Пізніше вона була видана окремою книгою і стала одним з перших науково-популярних видань в світі. Ця ініціатива була підхоплена і розвинута багатьма іншими науковими організаціями.
Учений не припиняв наукової діяльності до самої кончини. Фарадей помер 25 серпня 1867 року.
|
