РЕФЕРАТ
Життя і творчість Майкла ФарадеяЗміст
Зміст: 1
Відкриття електромагнітної індукції. 3
Експериментальні дослідження з електрики. 4
Друга половина життя. 14
Література. 18
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 вчений, перебувала 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.
За кілька кроків від будинку, в якому жила сім'я Фарадея, знаходилася книжкова крамниця, 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.
Само собою зрозуміло, 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 своє самоосвіта, 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. Так як він не одержував за свою роботу в палітурній майстерні жодної винагороди, то його кошти були більш ніж незначні, утворюючись з випадкового заробітку, перепадає на його частку.
Деякі із замовників його господаря, що належали до наукового світу і відвідували палітурну майстерню, зацікавилися зрадженим науці учнем палітурника і, бажаючи дати йому можливість отримати хоч якісь систематичні пізнання в улюблених науках - фізиці та хімії, - влаштували йому доступ на лекції тодішніх учених, 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 вражений, що запропонував Фарадею працювати з ним в якості секретаря. Незабаром Деві відправився в подорож по Європі і узяв з собою Фарадея. За два роки вони відвідали найбільші європейські університети.
Повернувшись до Лондона в 1815 році, Фарадей почав працювати асистентом в одній з лабораторій Королівського інституту в Лондоні. У той час це була одна з найкращих фізичних лабораторій світу. З 1816 по 1818 рік Фарадей надрукував ряд дрібних заміток і невеликих мемуарів з хімії. До 1818 року відноситься перша робота Фарадея з фізики, присвячена дослідженню співаючого полум'я.
За великим рахунком, цей період був для Фарадея лише підготовчим 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 Майкл одружується на міс Бернард. Її сімейство було давно і дружньо знайомо з Фарадея; воно належало до тієї ж секті «зандеманов», членами якої був і Фарадей. Зі своєю нареченою Фарадей був у найкращих стосунках ще з дитинства. Одруження відбулося без будь-якої пишноти - відповідно характеру «зандеманства», так само як і характеру самого Фарадея. Шлюб Фарадея був дуже щасливий. Незабаром після шлюбу Фарадей зробився головою громади «зандеманов».
Матеріальне становище його до цього часу також, посилилося, його обрали доглядачем будинку Королівського інституту, а потім директором хімічної лабораторії з відповідним змістом. Разом з тим це обрання давало йому тепер прекрасну можливість працювати для науки без всяких перешкод і утруднень.
Спираючись на досліди своїх попередників, він скомбінував кілька власних дослідів, а до вересня 1821 року Майкл надрукував «Історію успіхів електромагнетизму». Вже в цей час він склав цілком правильне поняття про сутність явища відхилення магнітної стрілки під дією струму. Домігшись цього успіху »Фарадей на цілих десять років залишає заняття в області електрики, присвятивши себе дослідженню цілого ряду предметів іншого роду.
У 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 сутність випаровування. Тепер же він залишив це питання, захоплюючись все новими предметами досліджень. Так, незабаром він став займатися дослідами над складом сталі і згодом любив обдаровувати своїх друзів сталевими бритвами з відкритого ним сплаву.
У 1823 році Фарадеєм було вироблено одне з найважливіших відкриттів у галузі фізики - він вперше домігся скраплення газу і разом з тим встановив простий, але дійсний метод звернення газів в рідину.
У 1824 році Фарадей встановив, що світло впливає на колір скла, змінюючи його. У наступному році Фарадей знову звертається від фізики до хімії, і результатом його робіт у цій області є відкриття бензину та сірчано-нафталінової кислоти.
У 1831 році Фарадей опублікував трактат «Про особливого роду оптичному обмані», що послужив підставою прекрасного і цікавого оптичного снаряда, іменованого «хромотропом». У тому ж році вийшов трактат Фарадея «Про вібруючих платівках».
Відкриття електромагнітної індукції
Дослідження в області електромагнетизму і індукційного електрики, складові найцінніший алмаз у вінці слави Фарадея, поглинули велику частину його життя і його сил. За своїм звичаєм Фарадей почав ряд дослідів, долженствовавшей 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 другого - з чутливим гальванометром. Виявилося, що в той момент, коли в першу дріт пропускається струм, а також коли це пропускання припиняється, у другій дроті також порушується струм, що має в першому випадку протилежний напрямок з першим струмом і однакове з ним у другому випадку і триває всього одну мить.
Ці вторинні миттєві струми, викликані впливом первинних індукцією, названі були Фарадеєм 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 першій дроті. Завдяки цьому у другій дроті безперервно збуджуються всі нові і нові індуктивні струми, що стають, таким чином, постійними. Так було 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: навколо залізного кільця були обмотані дві ізольовані дроту; причому одна дріт була обмотана навколо однієї половини кільця, а інша - навколо 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 намагнічується або розмагнічуються, стрілка гальванометра швидко коливалася і потім швидко зупинялася, тобто в нейтральній дроті порушувалися 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 з електрики
Перша серія
Притаманне електрики напруги властивість створювати поблизу себе протилежне електричний стан отримала загальну назву індукції. Оскільки воно увійшло в наукову мову, назвою цим можна з повною підставою користуватися в такому ж загальному сенсі і в тому випадку, якщо б електричні струми виявилися здатними переводити знаходиться в безпосередній близькості від них матерію в деякий особливий стан, який до того було байдуже. У цьому сенсі саме я і припускаю вживати цей термін в цьому звіті.
Цілий ряд дій, що викликаються індукцією електричних струмів, був знайдений і описаний раніше, як-то: намагнічування, досліди Ампера з піднесенням мідного диска до плоскої спіралі, повторення ним за допомогою електромагнітів чудових дослідів Араго і, може бути, деякі інші. Проте здавалося неймовірним, щоб цим вичерпувалися всі дії, які може виробляти індукція струмів, тим більше, що у відсутності заліза майже всі ці явища відпадають, тоді як є незліченна безліч тіл, виявляють певні явища індукції від електрики напруги, і тіла ці до цих пір ще не були піддані дії індукції від електрики в русі.
Далі: чи приймемо ми прекрасну теорію Ампера або яку-небудь іншу, чи подумки відмовимося від теорій, все ж видається вельми незвичайним, щоб, з одного боку, всякий електричний струм супроводжувався магнітним дією відповідної інтенсивності, направленим під прямим кутом до струму, і щоб в той же час у хороших провідниках електрики, поміщених в сферу цієї дії, зовсім не індукований струм, не виникало будь-яке відчутне дію, еквівалентну за силі такого току.
Ці міркування і яка з них як наслідок надія отримати електрику за допомогою звичайного магнетизму в різні часи спонукали мене експериментально вивчити індуктивне дію електричних струмів. Нещодавно 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, можливо, відіграє велику роль в деяких найбільш важливих діях електричних струмів.
Ці результати я припускаю описати не в тому порядку, в якому вони були отримані, а таким чином, щоб дати найбільш стислий утворення їх в цілому.
Близько двадцяти шести футів мідного дроту діаметром в одну двадцяту дюйма було намотано 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 була навита другий дріт. Цим шляхом були навиті одна на іншу дванадцять спіралей завдовжки в середньому по двадцять сім футів дроту кожна, і всі в одному напрямку. Перша, третя, п'ята, сьома, дев'ята і одинадцята спіралі були сполучені кінець з кінцем так, що утворили одну загальну катушку; інші були з'єднані таким же способом; таким чином, вийшли дві основні, тісно переплетені один з одним спіралі, що мають однаковий напрямок, 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, а 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 котушка містила двісті чотирнадцять футів дроту, а мідна - двісті вісім, а проте, незалежно від того, як проходив струм батареї: через мідну або через залізницю котушку, - гальванометром не вдавалося виявити ніякої дії на іншу котушку.
У цих, як і багатьох подібних, дослідах між залізом і іншими металами не було виявлено жодної різниці у дії.
Двісті три фути мідного дроту в одному шматку були намотані на великий дерев'яний барабан; інші двісті три фути такого ж дроту були прокладені 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 зі ста пар пластин в чотири квадратні дюйми з подвійними мідними пластинами. При замиканні контакту спостерігалося раптове, але дуже слабку дію на гальванометр, і подібна ж слабке дія мала місце при розмиканні контакту з батареєю. Але в подальшому, при проходженні гальванічного струму по одній з спіралей, не вдавалося виявити 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 зі ста двадцяти пар пластин не проводило інших дій, бо в цьому, як і в попередньому, випадку було встановлено, що незначне відхилення стрілки, що виходить в момент замикання контакту, завжди мало один і той же напрямок і що подібне йому слабке відхилення, що викликається розмиканням контакту, було направлено у зворотний бік, і далі, що ці дії спостерігалися і з колишніми котушками.
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 своєю скидається радше на електричну хвилю, яка виникає при розряді звичайної лейденської банки, ніж на струм від гальванічної батареї, і що тому він, бути може, виявиться в стані 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 індукують 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 всередину що служила для спостереження невеликий спіралі ненамагніченим голку і, нарешті, розімкнути контакт з батареєю, то голка виявляється намагніченої і, мабуть, в такій же мірі, як і раніше, але полюси виявляються протилежного знака .
Такі ж дії мали місце при дослідах з описаними великими складовими спіралями.
Якщо ненамагніченим голка вводилася всередину випробувальної спіралі раніше, ніж був сполучений з батареєю індукуючий дріт, і залишалася там до моменту розмикання контакту, то вона зовсім не виявляла магнетизму або виявляла його лише в слабкому ступені; в цьому випадку перше дія була майже цілком нейтралізовано втори. Сила дії струму, індукованого при замиканні контакту, виявлялася завжди більше тієї, яка індукувати при розмиканні контакту; тому, коли контакт замикався і розмикався багато разів поспіль, причому голка залишалася усередині випробувальної спіралі, то вона, врешті-решт, виявлялася володіє деякими намагнічування, але намагнічується таким чином, начебто на неї діяв тільки струм, індукований при замиканні контакту. Ця дія може пояснюватися так званої акумуляцією на полюсах розімкнутого батареї; внаслідок цієї акумуляції струм при первинному замиканні контакту виявляється сильнішим, ніж згодом при розмиканні його.
Якщо ланцюг між спіраллю або що піддаються індукції дротом і гальванометром, або випробувальної спіраллю не була замкнута перед тим, як замикає або розмикає з'єднання між батареєю і індукують дротом, то не можна виявити 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 намагнічує здатність не проявляється. Але якщо тепер зберегти ці сполуки і розмикати з'єднання батареї, то в спіралі утворюється магніт, але другого роду, тобто з полюсами, що вказують на існування струму того ж напрямку, що і струм батареї, або струму, який завжди індукується при припиненні струму батареї.
У попередніх дослідах дроти були розташовані близько один від одного, і контакт індукує дроти приєднувався до батареї на той час, коли було потрібно мати індукційне дію. Але так як можна було б припускати, що це особлива дія виявляється тільки в моменти замикання і розмикання контакту, то я виробляв індукцію і іншим шляхом. Кілька футів мідного дроту були натягнуті великими зигзагами, у вигляді букви W, на поверхні широкої дошки; другий дріт був натягнутий точно такими ж зигзагами на другій дошці, так що при піднесенні її до першої дроти торкнулися б один одного на всьому протязі, якби між ними не був прокладений лист товстого паперу. Один з цих проводів був з'єднаний з гальванометром, а інший - з гальванічною батареєю. Потім перший провід переміщався по напрямку до другого, і під час його наближення стрільця відхилялася. Під час видалення дроту стрілка відхилялася в протилежному напрямку. Якщо змушувати дроти зближуватися, а потім віддалятися один від одного в такт з коливаннями стрілки, останні скоро ставали вельми значними, а проте після припинення руху проводів у напрямку один до одного або один від одного стрілка гальванометра незабаром поверталася в своє звичайне положення.
При зближенні проводів індукований струм мав напрям, зворотне напрямку індукуючого струму. При видаленні один від одного проводів 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 таким чином, щоб склалося постійне відхилення стрілки в 30 або 40 °, а потім індукуючий провід з'єднувався з батареєю зі ста пластин, то, як і раніше, мало місце миттєве дію; проте стрілка гальванометра негайно поверталася назад і незмінно зберігала своє становище, незважаючи на триваючий контакт між індукують дротом і батареєю. Це явище відбувається незалежно від того, яким способом проводився контакт.
Звідси, мабуть, слід, що розташовані поруч струми - як однакового, так і протилежного напрямку - не виявляють здібності надавати один на одного безперервне індукуюча 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 повинно було 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 слабкою інтенсивністю, бо при введенні в ланцюг на індукованій стороні двох великих мідних пластин, занурених у розчин кухонної солі і оберігає від дотику прокладеної між ними матерією, дія на реєструючий гальванометр або ж на випробувальну спіраль мало місце, як і раніше. Індуковані електрику проходило також через гальванічний елемент. Коли, однак, кількість проміжної рідини була зменшена до краплі, то гальванометр не давав свідчень.
Спроби отримати аналогічні явища при вживанні проводів, що несуть звичайне електрику, виявилися по своїх результатах сумнівними. Була взята складова спіраль, схожа з вже описаною і містить вісім елементарних спіралей. Подібні кінці чотирьох спіралей були пов'язані один з одним дротом, і отримані таким чином два головних кінця були з'єднані з невеликою намагнічує спіраллю, що містила в собі ненамагніченим голку. Інші чотири спіралі були влаштовані таким же чином, але кінці їх були сполучені з лейденської банкою. При пропущенні розряду голка ставала магнітом, а проте було навіть дуже можливо, що частина електрики з лейденської банки пройшла в маленьку спіраль і таким чином намагнітити голку. Справді, не було підстав очікувати, щоб електрику від лейденської банки, що володіє, як відомо, високою напругою, не поширювалося через всі металеві частини, що знаходяться між ізолюючими прокладками.
Проте ж звідси не випливає, що розряд звичайного електрики через дріт не викликає явищ, аналогічних тим, які створюються гальванічним електрикою; але оскільки представляється неможливим відділити дії, вироблені в момент початку розряду, від рівних їм, але протилежних дій, вироблюваних при його зникненні , оскільки для звичайного електрики ці моменти збігаються, важко сподіватися, щоб подібного роду дослідами можна було ці явища виявити.
Таким чином, очевидно, що струми гальванічного електрики виявляють явища індукції, до деякої міри аналогічні явищам, створюваним електрикою напруги, хоча, як буде видно далі, між ними існує багато відмінностей. Наслідком цього є створення інших струмів (які проте миттєві), паралельних або ж виявляють прагнення бути паралельними індукують току. По розташуванню полюсів голки, що виникає у випробувальній спіралі, і з відхилень стрілки гальванометра у всіх випадках було ясно, що індукований струм, вироблений перший дією індукує струму, був у напрямку протилежний останньому, а струм, вироблений припиненням індукуючого струму, мав однакове з ним напрямок . Для стислості я пропоную назвати цю дію струму від гальванічної батареї вольта-електричною індукцією. Властивості вторинного дроту, коли індукція вже провела перший струм і коли в сусідньому індукуюча дроті ще продовжує текти електрика від батареї, доводять існування особливого електричного стану, до розгляду якого ми повернемося далі. Всі ці результати були отримані з вольта приладом, що складався з однієї пари пластин.
З круглого брускового заліза 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 й у поєднанні; ця група позначена буквою А (мал. 1). На іншу частину кільця було намотано таким же способом близько шістдесяти футів такий же мідного дроту в двох шматках, що утворили спіраль В, яка мала однаковий напрям зі спіралями А, але була відділена від них на кожному кінці протягом приблизно напівдюйма голим залізом.
Спіраль У з'єднувалася мідними проводами 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 з'єднані 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 в десять разів потужнішою спіраллю без заліза (10), а проте, незважаючи на збереження контакту, дія припинялося, і стрілка незабаром поверталася в своє нормальне положення, виявляючи як би повну байдужість по відношенню до пов'язаної з нею електромагнітної схемою. При розмиканні контакту з батареєю стрілка знову сильно відхилялася, але в напрямку, протилежному тому, яке індукованої в першому випадку.
Малюнок SEQ Малюнок \ * ARABIC 1
При такому перетворенні приладу, коли спіраль В була включена, а гальванометр був приєднаний до одного з трьох проводів А, а два інших були сполучені в одну спіраль, через яку проходив струм від батареї, 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 напрямку з'єднань відхилення відбувалося в протилежну сторону. Відхилення при розмиканні контакту батареї було завжди протилежно відхиленню, одержуваному при замиканні. Відхилення при замиканні контакту батареї завжди вказувало на існування індукованого струму, у напрямку протилежного струму батареї; при розмиканні ж контакту відхилення указувало на струм, індукований в напрямі, що збігається з напрямком струму батареї. Ні замикання, ні розмикання контакту па стороні В або ж у будь-якому місці ланцюга гальванометра не надавало ніякої дії на останній. Подальше існування струму від батареї не викликало ніякого відхилення стрілки гальванометра. Оскільки наведені вище результати однакові для всіх цих та подібних їм дослідів зі звичайними магнітами, детально розглядаються далі, немає необхідності знову їх описувати.
Коли я користувався для згаданого вище кільця силою ста пар пластин, поштовх, який посилає гальванометра при замиканні і розмиканні контакту, був настільки великий, що стрілка починала обертатися і робила чотири або п'ять обертів, перш ніж тертя повітря і земний магнетизм зводили її рух до простих коливань .
При піднесенні до кінців спіралі У деревного вугілля можна було виявити іскорку при замиканні контакту з батареєю в ланцюзі А. Ця іскорка не могла бути викликана відгалуженням частини струму від батареї через залізо в спіраль В, тому що при збереженні контакту з батареєю гальванометр проте повертався до свого абсолютно байдужого стану. При розмиканні контакту іскра спостерігалася рідко. Платинову зволікання розжарити цим індукованим струмом не вдавалося; проте є, мабуть, всі підстави думати, що ця дія можна було б отримати при користуванні більш сильним початковим струмом або більш потужною комбінацією спіралей.
Через спіраль В і гальванометр був пропущений слабкий гальванічний струм таким чином, щоб стрілка відхилилася на 30 або 40 °; після цього до ланцюга А була приєднана батарея із ста пар пластин; проте за припинення першої дії стрілка гальванометра поверталася в положення, строго відповідне тому слабкому току, який проходив по ланцюгу самого гальванометра. Це має місце незалежно від того, яким шляхом здійснювати з'єднання з батареєю, і вказує, що і в цьому випадку не існує постійного впливу струмів один на одного ні відносно їх величини, ні відносно їх напруги.
Потім було випробувано інший пристрій, що зв'язує перші досліди по вольта-електричної індукції з справжніми. Система спіралей, подібна вищеописаної, 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; останні чотири були також з'єднані кінець з кінцем, н через них розряджалася батарея із ста пар. За таких умов дія на гальванометр було ледь відчутним, хоча індукований струм володів намагничивающей здатністю. Проте, коли всередину картонної трубки, оточеної спіралями, вводився циліндр з м'якого заліза, товщиною в сім восьмих дюйма і завдовжки в дванадцять дюймів, індукований струм надавав на гальванометр дуже сильну дію, що супроводжується всіма вищеописаними явищами. Намагнічує здатність, якою він володів, була, мабуть, також вище, ніж у відсутність залізного циліндра.
Коли залізний циліндр замінювався таким же точно мідним циліндром, щось не виходило ніякого дії крім того, яке мало місце при наявності одних тільки спіралей. Пристрій із залізним циліндром виявився менш сильним, ніж вищеописане 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 проводів довжиною по п'ять футів кожний; у всередину спіралі, по її осі, був введений циліндр з м'якого заліза, два смугових магніту завдовжки по двадцять чотири дюйми кожний були включені один до одного різнойменними полюсами так, що давали подібність підковоподібного магніту; 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 SEQ Малюнок \ * ARABIC 2
У момент утворення магнітного контакту стрілка відхилялася; при тривалому контакті стрільця ставала байдужою і поверталася в своє початкове положення; при порушенні контакту вона знову відхилялася, але в напрямку, протилежному перше; а потім знову ставала байдужою. При зверненні магнітних контактів відхилення стрілки також зверталися.
При утворенні магнітного контакту відхилення стрілки було таке, що вказувало на струм електрики, індукований в напрямі, зворотному тому, яке здатне утворити магніт тієї ж полярності, який виходив в дійсності при зіткненні з смуговими магнітами. Так, коли полюс з міткою * і полюс без мітки були розташовані, як зображено на рис. 3, струм в спіралі проходив у вказаному на малюнку напрямку, де Р є кінець дроту, що йде до позитивного полюсу батареї, тобто той кінець, до якого звернені цинкові пластини, a N - негативний дріт. Такий струм намагнітити б циліндр в протилежному напрямку порівняно з магнітом, який утворюється при зіткненні з полюсами А і В, а такий струм направлений протилежно струмам, які, згідно з прекрасної теорії Ампера, утворюють такий магніт, який зображений на малюнку.
Малюнок SEQ Малюнок \ * ARABIC 3
Однак, оскільки можна було б припустити, що у всіх попередніх дослідах, описаних у цій главі, миттєвий індукований струм збуджувався завдяки деякому особливому дії, що мав місце під час утворення магніта, а не завдяки самому факту його наближення, то був проведений наступний досвід. Всі тотожні кінці складовою порожнистої спіралі були сполучені разом мідним дротом, і утворені таким чином два головні висновки були пов'язані з гальванометром. Циліндр з м'якого заліза був замінений циліндричним магнітом в три чверті 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 був швидко вдвинут всередину спіралі; стрілка негайно відхилялася в такому напрямі, як якщо б магніт був утворений за допомогою одного з двох попередніх процесів. При залишенні магніта усередині стрільця поверталася в своє початкове положення, а при витягуванні його відхилялася в протилежному напрямку. Дії ці не були особливо сильні, а проте, усуваючи і висуваючи магніт таким чином, щоб кожний наступний поштовх додавався до виробленим вже раніше, вдавалося повідомити стрілкою коливання розмахом в 180 ° і більше.
Малюнок SEQ Малюнок \ * ARABIC 4
Всі спроби отримати за допомогою індукованих струмів електрики хімічні дії виявилися невдалими, хоча були прийняті не тільки всі описані вище заходи обережності, але і всякі інші, які тільки можна було уявити. Не виходило ніякого відчуття на мову; рівним чином не виявлялося судорожного скорочення кінцівок жаби. Не вдавалося також загострити ні деревне вугілля, ні тонкий дріт. Але при повторенні на дозвіллі дослідів в Королівському інституті з відправленням магнітним залізняком, що 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; однак, припустивши, що відсутність дії обумовлена порівняльною повільністю роз'єднання, я став проводити це останнє ударом, і тоді жаба здригалася вельми сильно. Чим більше миттєво відбувається з'єднання і роз'єднання, тим сильніше здригання. Мені здалося також, що я міг помітити відчуття на мову і спалах перед очима, але ніяких ознак хімічного розкладання я виявити 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 буде здаватися дивним, якщо пригадати, що, подібно термоелектрики, 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 виробляти іскру при розряді через деревне вугілля, то це щось може бути тільки електрикою. Оскільки всі дії можуть проводитися електромагнітами з залізом, то немає сумніву, що для цих дослідів придатні пристрої, подібні магнітам професорів Молля (Moll), Генрі (Henry), Тен-Ейке (Ten Eyke) та 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. Імовірність отримання таких дій стане ще більше, якщо силою подібних апаратів порушувати магнітоелектричні пристрою, описані в розділі 4.
Доходить майже до тотожності схожість дії звичайних магнітів, з одного боку, і електромагнітів або вольта-електричних струмів, з іншого, перебуває у вражаючому згоді з теорією р. Ампера, підтверджуючи останню і даючи сильні доводи на користь припущення, що дія в обох випадках однаково ; однак, оскільки все ж таки потрібна відмінність в найменуванні, то я пропоную називати цю дію, що виявляється звичайними магнітами, магнітоелектричної або електричної індукцією.
Єдине, різко впадає в очі різниця, що існує між вольта-електричної та магнітоелектричної індукцією, полягає в тому, що перша відбувається раптово, а друга вимагає відчутного часу, а проте, навіть у цій ранній стадії досліджень деякі факти все ж ніби вказують на те, що при подальшому вивченні питання це несхожість втратить значення відмінності у фізичній природі явищ.
Друга половина життя
Фарадея цікавлять закони електрохімічних явищ. Перший закон, встановлений Фарадеєм, полягає в тому, що кількість електрохімічного дії не залежить ні від величини електродів, ні від напруженості струму, ні від фортеці розкладаного розчину, а єдино від кількості електрики, що проходить у ланцюзі, інакше кажучи, кількість електрики необхідно пропорційно кількості хімічної дії. Закон цей виведений Фарадеєм з незліченної безлічі дослідів, умови яких він урізноманітнив до нескінченності.
Другий, ще більш важливий закон електрохімічного дії, встановлений Фарадеєм, полягає в тому, що кількість електрики, необхідне для розкладання різних речовин, завжди обернено пропорційно атомній вазі речовини, або, висловлюючись інакше, для розкладання молекули (частинки) якого б то не було речовини потрібно завжди одне і те ж кількість електрики.
Великі і різнобічні роботи не могли не позначитися на здоров'ї Фарадея. В останні роки цього періоду свого життя він працював вже з великими труднощами. У 1839 і 1840 роках стан Фарадея було таке, що він нерідко змушений був переривати свої заняття і виїжджати абикуди в приморські містечка Англії. У 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 та наукових заняттях. У ці відкриття, в що приводили до них наукових заняттях і складалася життя Фарадея. Він весь віддавався науковим заняттям, і поза їх у нього не було життя. Він вирушав рано вранці в свою лабораторію і повертався в лоно сім'ї лише пізно ввечері, 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, можливо, криється секрет численності зроблених Фарадеєм відкриттів.
Можливість цілком віддатися науковим заняттям для Фарадея обумовлювалася, однак, не тільки відомої матеріальною забезпеченістю, але ще більше тим, що всі зовнішні життєві турботи були зняті з нього жінкою, його справжнім ангелом-охоронцем. Любляча дружина взяла на себе всі тяготи життя, щоб дати можливість чоловіку цілком віддатися науці. Ніколи протягом тривалої спільного 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 кращим розрадою в неприємностях, що випадали на його долю в перші роки його наукової діяльності.
Вчений, що пережив свою дружину, писав про своє сімейне життя, згадуючи про себе в третій особі, наступне: «12 червня 1821 року він одружився; ця обставина більше всякого іншого сприяло його земному щастю і здоров'ю його розуму. Союз цей тривав 28 років, ні в чому не змінившись, хіба тільки взаємна прихильність з плином часу стала глибше і сильніше ». Деякі люди можуть дати про себе подібну автобіографічну довідку.
У Швейцарії Фарадей пробув близько року. Тут він, крім листування з друзями та ведення щоденника, не мав ніяких інших занять. Перебування в Швейцарії дуже благотворно позначилося на здоров'ї Фарадея, і він, повернувшись 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 визнається за відкриттями великого вченого в галузі індукційного електрики.
Першим таким відкриттям, опублікованим після повернення зі Швейцарії, було «намагнічення світла», як висловлювався Фарадей, або «магнітне обертання площини поляризації», як прийнято говорити тепер.
На початку XIX століття було показано, що світло являє собою поперечні хвилі, але в ті роки ніхто не мав ні найменшого уявлення про те, що саме коливається в світлових хвилях. Було багато розмов про «невловимі флюїди», 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 Ніколя, між полюсами свого найбільшого електромагніту і перевірив, скориставшись іншою призмою Ніколя як аналізатор, чи не впливає як-небудь включення струму на ступінь поляризації світла. Ніякого ефекту не спостерігалося. Тоді Фарадей спробував ввести між полюсами магніту шматок свинцевого скла і знову не виявив ніякого ефекту. Але чи правильно було докладено полі? Може бути, воно має збігатися з напрямком поширення світла? Очевидно, з одним електромагнітом досвід поставити не можна, бо полюси виявилися б на шляху світла, тому Фарадей використовував два електромагніту рис. 5. На цей раз ефект був виявлений. Ступінь поляризації світла як ніби зменшилася.
Отриманий результат не був цілком переконливим, але він вказував 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 Ніколя гасила поляризоване світло, коли струму не було, то при включенні струму світло знову з'являвся; 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 жодних явних підстав вважати, що між магнетизмом і світлом повинен бути зв'язок. Але такий зв'язок був, вона стала зрозумілою лише майже 20 років потому, перед самою смертю Фарадея, коли Максвелл 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 намагається з'ясувати природу речовини, визначити відносини між атомом і простором, між простором і силами, зупиняється на питанні про гіпотетичний ефірі як носії сил і так далі.
Однак 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 Фарада почав читати свої знамениті різдвяні лекції. Одна з найвідоміших з них називалася «Історія свічки з точки зору хімії». Пізніше вона була видана окремою книгою і стала одним з перших науково-популярних видань у світі. Ця ініціатива була підхоплена і розвинена багатьма іншими науковими організаціями.
Учений не припиняв наукової діяльності до самої кончини. Фарадей помер 25 серпня 1867 року.
Література
1. Самін Д.К. 100 великих вчених. М.: Вече, 2000
2. Спаський Б.І. Історія фізики, ч. I. М., «Вища школа», 1977
3. Голін Г.М. Класики фізичної науки (з найдавніших часів до початку ХХ століття), 1989
4. Ліпсон Г. Великі експерименти у фізиці, 1972
При зближенні проводів індукований струм мав напрям, зворотне напрямку індукуючого струму. При видаленні один від одного проводів 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 таким чином, щоб склалося постійне відхилення стрілки в 30 або 40 °, а потім індукуючий провід з'єднувався з батареєю зі ста пластин, то, як і раніше, мало місце миттєве дію; проте стрілка гальванометра негайно поверталася назад і незмінно зберігала своє становище, незважаючи на триваючий контакт між індукують дротом і батареєю. Це явище відбувається незалежно від того, яким способом проводився контакт.
Звідси, мабуть, слід, що розташовані поруч струми - як однакового, так і протилежного напрямку - не виявляють здібності надавати один на одного безперервне індукуюча 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 повинно було 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 слабкою інтенсивністю, бо при введенні в ланцюг на індукованій стороні двох великих мідних пластин, занурених у розчин кухонної солі і оберігає від дотику прокладеної між ними матерією, дія на реєструючий гальванометр або ж на випробувальну спіраль мало місце, як і раніше. Індуковані електрику проходило також через гальванічний елемент. Коли, однак, кількість проміжної рідини була зменшена до краплі, то гальванометр не давав свідчень.
Спроби отримати аналогічні явища при вживанні проводів, що несуть звичайне електрику, виявилися по своїх результатах сумнівними. Була взята складова спіраль, схожа з вже описаною і містить вісім елементарних спіралей. Подібні кінці чотирьох спіралей були пов'язані один з одним дротом, і отримані таким чином два головних кінця були з'єднані з невеликою намагнічує спіраллю, що містила в собі ненамагніченим голку. Інші чотири спіралі були влаштовані таким же чином, але кінці їх були сполучені з лейденської банкою. При пропущенні розряду голка ставала магнітом, а проте було навіть дуже можливо, що частина електрики з лейденської банки пройшла в маленьку спіраль і таким чином намагнітити голку. Справді, не було підстав очікувати, щоб електрику від лейденської банки, що володіє, як відомо, високою напругою, не поширювалося через всі металеві частини, що знаходяться між ізолюючими прокладками.
Проте ж звідси не випливає, що розряд звичайного електрики через дріт не викликає явищ, аналогічних тим, які створюються гальванічним електрикою; але оскільки представляється неможливим відділити дії, вироблені в момент початку розряду, від рівних їм, але протилежних дій, вироблюваних при його зникненні , оскільки для звичайного електрики ці моменти збігаються, важко сподіватися, щоб подібного роду дослідами можна було ці явища виявити.
Таким чином, очевидно, що струми гальванічного електрики виявляють явища індукції, до деякої міри аналогічні явищам, створюваним електрикою напруги, хоча, як буде видно далі, між ними існує багато відмінностей. Наслідком цього є створення інших струмів (які проте миттєві), паралельних або ж виявляють прагнення бути паралельними індукують току. По розташуванню полюсів голки, що виникає у випробувальній спіралі, і з відхилень стрілки гальванометра у всіх випадках було ясно, що індукований струм, вироблений перший дією індукує струму, був у напрямку протилежний останньому, а струм, вироблений припиненням індукуючого струму, мав однакове з ним напрямок . Для стислості я пропоную назвати цю дію струму від гальванічної батареї вольта-електричною індукцією. Властивості вторинного дроту, коли індукція вже провела перший струм і коли в сусідньому індукуюча дроті ще продовжує текти електрика від батареї, доводять існування особливого електричного стану, до розгляду якого ми повернемося далі. Всі ці результати були отримані з вольта приладом, що складався з однієї пари пластин.
З круглого брускового заліза 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 й у поєднанні; ця група позначена буквою А (мал. 1). На іншу частину кільця було намотано таким же способом близько шістдесяти футів такий же мідного дроту в двох шматках, що утворили спіраль В, яка мала однаковий напрям зі спіралями А, але була відділена від них на кожному кінці протягом приблизно напівдюйма голим залізом.
Спіраль У з'єднувалася мідними проводами 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 з'єднані 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 в десять разів потужнішою спіраллю без заліза (10), а проте, незважаючи на збереження контакту, дія припинялося, і стрілка незабаром поверталася в своє нормальне положення, виявляючи як би повну байдужість по відношенню до пов'язаної з нею електромагнітної схемою. При розмиканні контакту з батареєю стрілка знову сильно відхилялася, але в напрямку, протилежному тому, яке індукованої в першому випадку.
Малюнок SEQ Малюнок \ * ARABIC 1
При такому перетворенні приладу, коли спіраль В була включена, а гальванометр був приєднаний до одного з трьох проводів А, а два інших були сполучені в одну спіраль, через яку проходив струм від батареї, 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 напрямку з'єднань відхилення відбувалося в протилежну сторону. Відхилення при розмиканні контакту батареї було завжди протилежно відхиленню, одержуваному при замиканні. Відхилення при замиканні контакту батареї завжди вказувало на існування індукованого струму, у напрямку протилежного струму батареї; при розмиканні ж контакту відхилення указувало на струм, індукований в напрямі, що збігається з напрямком струму батареї. Ні замикання, ні розмикання контакту па стороні В або ж у будь-якому місці ланцюга гальванометра не надавало ніякої дії на останній. Подальше існування струму від батареї не викликало ніякого відхилення стрілки гальванометра. Оскільки наведені вище результати однакові для всіх цих та подібних їм дослідів зі звичайними магнітами, детально розглядаються далі, немає необхідності знову їх описувати.
Коли я користувався для згаданого вище кільця силою ста пар пластин, поштовх, який посилає гальванометра при замиканні і розмиканні контакту, був настільки великий, що стрілка починала обертатися і робила чотири або п'ять обертів, перш ніж тертя повітря і земний магнетизм зводили її рух до простих коливань .
При піднесенні до кінців спіралі У деревного вугілля можна було виявити іскорку при замиканні контакту з батареєю в ланцюзі А. Ця іскорка не могла бути викликана відгалуженням частини струму від батареї через залізо в спіраль В, тому що при збереженні контакту з батареєю гальванометр проте повертався до свого абсолютно байдужого стану. При розмиканні контакту іскра спостерігалася рідко. Платинову зволікання розжарити цим індукованим струмом не вдавалося; проте є, мабуть, всі підстави думати, що ця дія можна було б отримати при користуванні більш сильним початковим струмом або більш потужною комбінацією спіралей.
Через спіраль В і гальванометр був пропущений слабкий гальванічний струм таким чином, щоб стрілка відхилилася на 30 або 40 °; після цього до ланцюга А була приєднана батарея із ста пар пластин; проте за припинення першої дії стрілка гальванометра поверталася в положення, строго відповідне тому слабкому току, який проходив по ланцюгу самого гальванометра. Це має місце незалежно від того, яким шляхом здійснювати з'єднання з батареєю, і вказує, що і в цьому випадку не існує постійного впливу струмів один на одного ні відносно їх величини, ні відносно їх напруги.
Потім було випробувано інший пристрій, що зв'язує перші досліди по вольта-електричної індукції з справжніми. Система спіралей, подібна вищеописаної, 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; останні чотири були також з'єднані кінець з кінцем, н через них розряджалася батарея із ста пар. За таких умов дія на гальванометр було ледь відчутним, хоча індукований струм володів намагничивающей здатністю. Проте, коли всередину картонної трубки, оточеної спіралями, вводився циліндр з м'якого заліза, товщиною в сім восьмих дюйма і завдовжки в дванадцять дюймів, індукований струм надавав на гальванометр дуже сильну дію, що супроводжується всіма вищеописаними явищами. Намагнічує здатність, якою він володів, була, мабуть, також вище, ніж у відсутність залізного циліндра.
Коли залізний циліндр замінювався таким же точно мідним циліндром, щось не виходило ніякого дії крім того, яке мало місце при наявності одних тільки спіралей. Пристрій із залізним циліндром виявився менш сильним, ніж вищеописане 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 проводів довжиною по п'ять футів кожний; у всередину спіралі, по її осі, був введений циліндр з м'якого заліза, два смугових магніту завдовжки по двадцять чотири дюйми кожний були включені один до одного різнойменними полюсами так, що давали подібність підковоподібного магніту; 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 SEQ Малюнок \ * ARABIC 2
У момент утворення магнітного контакту стрілка відхилялася; при тривалому контакті стрільця ставала байдужою і поверталася в своє початкове положення; при порушенні контакту вона знову відхилялася, але в напрямку, протилежному перше; а потім знову ставала байдужою. При зверненні магнітних контактів відхилення стрілки також зверталися.
При утворенні магнітного контакту відхилення стрілки було таке, що вказувало на струм електрики, індукований в напрямі, зворотному тому, яке здатне утворити магніт тієї ж полярності, який виходив в дійсності при зіткненні з смуговими магнітами. Так, коли полюс з міткою * і полюс без мітки були розташовані, як зображено на рис. 3, струм в спіралі проходив у вказаному на малюнку напрямку, де Р є кінець дроту, що йде до позитивного полюсу батареї, тобто той кінець, до якого звернені цинкові пластини, a N - негативний дріт. Такий струм намагнітити б циліндр в протилежному напрямку порівняно з магнітом, який утворюється при зіткненні з полюсами А і В, а такий струм направлений протилежно струмам, які, згідно з прекрасної теорії Ампера, утворюють такий магніт, який зображений на малюнку.
Малюнок SEQ Малюнок \ * ARABIC 3
Однак, оскільки можна було б припустити, що у всіх попередніх дослідах, описаних у цій главі, миттєвий індукований струм збуджувався завдяки деякому особливому дії, що мав місце під час утворення магніта, а не завдяки самому факту його наближення, то був проведений наступний досвід. Всі тотожні кінці складовою порожнистої спіралі були сполучені разом мідним дротом, і утворені таким чином два головні висновки були пов'язані з гальванометром. Циліндр з м'якого заліза був замінений циліндричним магнітом в три чверті 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 був швидко вдвинут всередину спіралі; стрілка негайно відхилялася в такому напрямі, як якщо б магніт був утворений за допомогою одного з двох попередніх процесів. При залишенні магніта усередині стрільця поверталася в своє початкове положення, а при витягуванні його відхилялася в протилежному напрямку. Дії ці не були особливо сильні, а проте, усуваючи і висуваючи магніт таким чином, щоб кожний наступний поштовх додавався до виробленим вже раніше, вдавалося повідомити стрілкою коливання розмахом в 180 ° і більше.
Малюнок SEQ Малюнок \ * ARABIC 4
Всі спроби отримати за допомогою індукованих струмів електрики хімічні дії виявилися невдалими, хоча були прийняті не тільки всі описані вище заходи обережності, але і всякі інші, які тільки можна було уявити. Не виходило ніякого відчуття на мову; рівним чином не виявлялося судорожного скорочення кінцівок жаби. Не вдавалося також загострити ні деревне вугілля, ні тонкий дріт. Але при повторенні на дозвіллі дослідів в Королівському інституті з відправленням магнітним залізняком, що 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; однак, припустивши, що відсутність дії обумовлена порівняльною повільністю роз'єднання, я став проводити це останнє ударом, і тоді жаба здригалася вельми сильно. Чим більше миттєво відбувається з'єднання і роз'єднання, тим сильніше здригання. Мені здалося також, що я міг помітити відчуття на мову і спалах перед очима, але ніяких ознак хімічного розкладання я виявити 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 буде здаватися дивним, якщо пригадати, що, подібно термоелектрики, 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 виробляти іскру при розряді через деревне вугілля, то це щось може бути тільки електрикою. Оскільки всі дії можуть проводитися електромагнітами з залізом, то немає сумніву, що для цих дослідів придатні пристрої, подібні магнітам професорів Молля (Moll), Генрі (Henry), Тен-Ейке (Ten Eyke) та 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. Імовірність отримання таких дій стане ще більше, якщо силою подібних апаратів порушувати магнітоелектричні пристрою, описані в розділі 4.
Доходить майже до тотожності схожість дії звичайних магнітів, з одного боку, і електромагнітів або вольта-електричних струмів, з іншого, перебуває у вражаючому згоді з теорією р. Ампера, підтверджуючи останню і даючи сильні доводи на користь припущення, що дія в обох випадках однаково ; однак, оскільки все ж таки потрібна відмінність в найменуванні, то я пропоную називати цю дію, що виявляється звичайними магнітами, магнітоелектричної або електричної індукцією.
Єдине, різко впадає в очі різниця, що існує між вольта-електричної та магнітоелектричної індукцією, полягає в тому, що перша відбувається раптово, а друга вимагає відчутного часу, а проте, навіть у цій ранній стадії досліджень деякі факти все ж ніби вказують на те, що при подальшому вивченні питання це несхожість втратить значення відмінності у фізичній природі явищ.
Друга половина життя
Фарадея цікавлять закони електрохімічних явищ. Перший закон, встановлений Фарадеєм, полягає в тому, що кількість електрохімічного дії не залежить ні від величини електродів, ні від напруженості струму, ні від фортеці розкладаного розчину, а єдино від кількості електрики, що проходить у ланцюзі, інакше кажучи, кількість електрики необхідно пропорційно кількості хімічної дії. Закон цей виведений Фарадеєм з незліченної безлічі дослідів, умови яких він урізноманітнив до нескінченності.
Другий, ще більш важливий закон електрохімічного дії, встановлений Фарадеєм, полягає в тому, що кількість електрики, необхідне для розкладання різних речовин, завжди обернено пропорційно атомній вазі речовини, або, висловлюючись інакше, для розкладання молекули (частинки) якого б то не було речовини потрібно завжди одне і те ж кількість електрики.
Великі і різнобічні роботи не могли не позначитися на здоров'ї Фарадея. В останні роки цього періоду свого життя він працював вже з великими труднощами. У 1839 і 1840 роках стан Фарадея було таке, що він нерідко змушений був переривати свої заняття і виїжджати абикуди в приморські містечка Англії. У 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 та наукових заняттях. У ці відкриття, в що приводили до них наукових заняттях і складалася життя Фарадея. Він весь віддавався науковим заняттям, і поза їх у нього не було життя. Він вирушав рано вранці в свою лабораторію і повертався в лоно сім'ї лише пізно ввечері, 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, можливо, криється секрет численності зроблених Фарадеєм відкриттів.
Можливість цілком віддатися науковим заняттям для Фарадея обумовлювалася, однак, не тільки відомої матеріальною забезпеченістю, але ще більше тим, що всі зовнішні життєві турботи були зняті з нього жінкою, його справжнім ангелом-охоронцем. Любляча дружина взяла на себе всі тяготи життя, щоб дати можливість чоловіку цілком віддатися науці. Ніколи протягом тривалої спільного 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 кращим розрадою в неприємностях, що випадали на його долю в перші роки його наукової діяльності.
Вчений, що пережив свою дружину, писав про своє сімейне життя, згадуючи про себе в третій особі, наступне: «12 червня 1821 року він одружився; ця обставина більше всякого іншого сприяло його земному щастю і здоров'ю його розуму. Союз цей тривав 28 років, ні в чому не змінившись, хіба тільки взаємна прихильність з плином часу стала глибше і сильніше ». Деякі люди можуть дати про себе подібну автобіографічну довідку.
У Швейцарії Фарадей пробув близько року. Тут він, крім листування з друзями та ведення щоденника, не мав ніяких інших занять. Перебування в Швейцарії дуже благотворно позначилося на здоров'ї Фарадея, і він, повернувшись 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 визнається за відкриттями великого вченого в галузі індукційного електрики.
Першим таким відкриттям, опублікованим після повернення зі Швейцарії, було «намагнічення світла», як висловлювався Фарадей, або «магнітне обертання площини поляризації», як прийнято говорити тепер.
На початку XIX століття було показано, що світло являє собою поперечні хвилі, але в ті роки ніхто не мав ні найменшого уявлення про те, що саме коливається в світлових хвилях. Було багато розмов про «невловимі флюїди», 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 Ніколя, між полюсами свого найбільшого електромагніту і перевірив, скориставшись іншою призмою Ніколя як аналізатор, чи не впливає як-небудь включення струму на ступінь поляризації світла. Ніякого ефекту не спостерігалося. Тоді Фарадей спробував ввести між полюсами магніту шматок свинцевого скла і знову не виявив ніякого ефекту. Але чи правильно було докладено полі? Може бути, воно має збігатися з напрямком поширення світла? Очевидно, з одним електромагнітом досвід поставити не можна, бо полюси виявилися б на шляху світла, тому Фарадей використовував два електромагніту рис. 5. На цей раз ефект був виявлений. Ступінь поляризації світла як ніби зменшилася.
Отриманий результат не був цілком переконливим, але він вказував 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 Ніколя гасила поляризоване світло, коли струму не було, то при включенні струму світло знову з'являвся; 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 жодних явних підстав вважати, що між магнетизмом і світлом повинен бути зв'язок. Але такий зв'язок був, вона стала зрозумілою лише майже 20 років потому, перед самою смертю Фарадея, коли Максвелл 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 намагається з'ясувати природу речовини, визначити відносини між атомом і простором, між простором і силами, зупиняється на питанні про гіпотетичний ефірі як носії сил і так далі.
Однак 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 Фарада почав читати свої знамениті різдвяні лекції. Одна з найвідоміших з них називалася «Історія свічки з точки зору хімії». Пізніше вона була видана окремою книгою і стала одним з перших науково-популярних видань у світі. Ця ініціатива була підхоплена і розвинена багатьма іншими науковими організаціями.
Учений не припиняв наукової діяльності до самої кончини. Фарадей помер 25 серпня 1867 року.
Література
1. Самін Д.К. 100 великих вчених. М.: Вече, 2000
2. Спаський Б.І. Історія фізики, ч. I. М., «Вища школа», 1977
3. Голін Г.М. Класики фізичної науки (з найдавніших часів до початку ХХ століття), 1989
4. Ліпсон Г. Великі експерименти у фізиці, 1972