Открытие электромагнетизма и дальнейшие успехи гальванизма

21 июля 1820 г. в Копенгагене вышла на латинском языке брошюра "Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку". Автор брошюры, профессор Копенгагенского университета гальванизма. Эрстед (14 августа 1777 г.- 9 марта 1851г.) разослал её во все учёные учреждения и физические журналы, и этим актом^* подчеркнул важность своего открытия. И, действительно, открытие Эрстеда произвело впечатление научной сенсации и вызвало столь мощный резонанс, что можно без преувеличения сказать: произошло второе рождение гальванизма. В чём была причина шумного успеха такого примитивного опыта, который в наши дни без труда воспроизводит любой школьник, располагающий батарейкой от карманного фонаря и компасом? Как выяснилось, Эрстед не был даже пионером своего открытия. В литературе были известны факты намагничивания стальных игл электрической искрой, размагничивания компасов молнией, в трактате по гальванизму Альдини (1804) упоминается о Можоне, намагнитившем стальную иглу вольтовым столбом, и Романьози, наблюдавшего отклонение магнитной стрелки при действии вольтова столба. Но все эти факты носили характер случайных наблюдений и не только не обобщались, но даже и не описывались сколько-нибудь точно.

^* (Впоследствии аналогичным образом поступил Рентген.)

Русские поморы, опытным путём открывшие "магнитные бури" компаса при "пазорях" (т. е. северных сияниях), с такими же правом могут претендовать на приоритет в открытии электромагнетизма. Заслуга Эрстеда заключается прежде всего в том, что он понял важность и новизну своего открытия и привлёк к нему внимание учёного мира.

"Гальваническое электричество, идущее с севера на юг над свободно подвешенной магнитной иглой, отклоняет её северной конец к востоку, а проходя в том же направлении под иглою, отклоняет его к западу". Так была резюмирована Эрстедом сущность открытия. При этом он первоначально ошибочно полагал, что соединительная проволока должна быть непременно накалённой, что вначале смущало физиков, полагавших, что для успеха опыта нужна непременно мощная батарея, но вскоре выяснилась ошибочность такого мнения, и опыты стали множиться в геометрической прогрессии. Сам Эрстед во второй статье в августе того же года (Schweiger's Journal, XXIX, 1820 г., стр. 364) отметил необязательность накаливания проволоки и показал, что свободно подвешенный замкнутый гальванически элемент в свою очередь отклоняется магнитом. Принципиальная важность открытия Эрстеда, послужившего стимулом к бессмертным открытиям Ампера и Фарадея, заключалась в следующем:

• Была установлена связь между двумя группами явлений, которые со времён Гильберта считались принципиально различными.
• Был открыт новый вид взаимодействия. До сих пор физика знала центральные силы. Провод не притягивает и не отталкивает полке в отделки, а устанавливает её перпендикулярно своей длине. Опыт Эрстеда совершенно противен элементарным правилам механики", замечает Араго.
• Наконец, новое открытие давало в руки физикам средство построить чувствительный и удобный индикатор электрического тока. И уже в сентябре 1820 г. Швейггер (1779-1857) изобрёл мультипликатор, а в 67-м томе "Гильбертовских анналов" за 1821 г. появилось описание Поггендорфа (1796-1877) конструкции мультипликатора в его современной школьной форме.
• И последнее, эффективность и гибкость нового взаимодействия заключали в себе зерно будущих технических приложений электрической силы. Если Земмеринг уже в 1810 г. пытался построить электрический телеграф, используя такой малоудобный эффект как электролиз, то какие же возможности только в этом отношении открывались теперь?

Эрстед

Поэтому вполне понятен тот повышенный интерес, который проявили физики к открытию Эрстеда. 18 сентября 1820 г. Парижская академия заслушала первый доклад Ампера об электромагнетизме. В 1827 т. вышла "Теория электродинамических, явлений, выведенная из опыта", по поводу которой Максвелл сказал: "Теория и опыт как будто 4 в полной силе и законченности - вылились сразу из головы "Ньютона электричества", и эта максвелловская оценка является наиболее точной характеристикой заслуг Ампера в развитии электродинамики.

Андре Мари Ампер родился 22 января 1775 г. в Лионе в семье коммерсанта. Отец его Жан Жан Ампер был образованным человеком, и Ампер ещё мальчиком 14 лет прочитал с большим увлечением все двадцать томов "Энциклопедии" Дидро и Даламбера. Когда библиотека отца была исчерпана, Ампер стал ездить в городскую библиотеку Лиона. Чтобы читать Бернулли и Эйлера, он в несколько недель изучил латинский язык.

В 1793 г. Лион восстал против республики. При подавлении восстания отец Ампера был казнён как аристократ. Это событие тяжело отразилось на 18-летнем юноше, более года Ампер находился в состоянии глубокой депрессии. Первой книгой, возбудившей интерес Ампера после болезни, были "Письма о ботанике" Руссо. Увлечение ботаникой было настолько глубоким, что Ампер мог самостоятельно решать сложные задачи систематики растений. В 1799 г. Ампер женился. До женитьбы Ампер жил в Лионе на доходы от частных уроков. После рождения сына в 1800 г.^* потребовался более пробный источник существования, и в 1801 г. Ампер занял кафедру физики в Центральной школе г. Бурга.

^* (Сын Ампера - известный французский историк литературы, археолог и лингвист - закончил после смерти отца его книгу "Опыт философии наук".)

В 1802 г. вышел труд Ампера, посвященный теории вероятностей, "Соображения о математической теории игры". В 1805 г. Ампер получил место репетитора в Политехнической школе и много работает по вопросам чистой и прикладной математики. Наиболее значительными его работами являются: "Исследования о приложении вариационного исчисления к задачам механики", доказательство принципа возможных перемещений, исследования в области анализа и др.

Ампер

С 1813 г. Ампер - член института; занял это место после Лагранжа. Но Ампер не был узким специалистом: как истинный сын "Энциклопедии", он глубоко интересовался вопросами философии, психологии, лингвистики, сравнительной зоологии. Им была предложена классификация наук, правда не встретившая сочувствия даже у его современников. Но современники смеялись и над гениальной идеей Ампера об эволюции организмов. Ампер спорил с знаменитым Кювье, провозгласившим тезис раздельного существования однажды возникнувших видов. Противники Ампера, желая довести его, как полагали, до абсурда, спрашивали: "Неужели человек произошел от улитки?"- "Так, точно так,- отвечал Ампер.- После добросовестного изучения я уверился в законе, странном по наружности, но который со временем возьмёт своё. Я уверился, что человек образован по общему закону для всех животных".

Смерть этого замечательного человека и гениального учёного последовала по дороге в Марсель 10 июля 1836%г. Марсельский телеграф немедленно передал известие о смерти Ампера в Париж. Отмечая этот факт, Араго говорит, что телеграфист поступил в соответствии с государственным долгом, ибо "смерть Ампера - несчастие национальное". Араго преуменьшил значение события. Столетнюю годовщину смерти Ампера отмечал весь цивилизованный мир.

По сочинению Ампера трудно проникнуть в ход мыслей автора, и действительно, создаётся впечатление, что "теория и опыт... вылились сразу" из головы её создателя. Но это, разумеется, не так. События развёртывались следующим образом.

Летом 1820 г. в Женеве происходил съезд естествоиспытателей. На этом съезде Де-ля-Ри в демонстрировал опыт Эрстеда. Араго, присутствовавший на съезде, по возвращении во Францию сделал 4 сентября в академии сообщение о новом открытии, а через неделю воспроизвёл перед академиками эрстедовский эксперимент. Ещё через неделю последовало первое сообщение Ампера. В этом сообщении Ампер предложил своё знаменитое "Правило пловца" для определения направления отклонения стрелки и высказал мысль, что магнетизм земли вызывается круговыми токами, обтекающими землю в направлении с востока на запад. Очевидно, что Ампер уже знал магнитное действие кругового тока. Но тогда, заключает Ампер, и причину магнетизма постоянного магнита следует усматривать в круговых токах, обтекающих магнит в плоскостях, перпендикулярных его оси. А отсюда естественно вытекала идея эксперимента: изучить взаимодействие токов.

Магнит, по представлению Ампера, аналогичен катушке, обтекаемой током. Поэтому Ампер сначала доказал, что такая катушка действительно действует на стрелку, а затем обследовал взаимодействие катушек. Таким образом, к основному факту своей теории - факту взаимодействия токов - Ампер пришёл на основе определённой гипотезы, которую можно назвать "электродинамической гипотезой магнетизма". Это - весьма существенное обстоятельство, так как в своём трактате Ампер стремится выдержать строго ньютоновский дух "hypotheses non fingo". Вместе с Ампером исследованием электромагнетизма занимался Араго, который нашёл, что медная проволока, пронизываемая током, притягивает железные опилки и что стальную иглу можно намагнитить, пропуская по ней ток. Ампер посоветовал Араго намагничивание производить током соленоида: стеклянная трубка обвивалась проволокой (изоляция ещё не была изобретена), по которой пропускался ток. Этот ток намагничивал иглу, помещённую внутрь трубки.

В такой форме был осуществлён первый электромагнит. 25 сентября 1820 г. Ампер доложил о сделанном им открытии взаимодействия токов, а Араго - об открытии намагничивания током.

После открытия взаимодействия круговых токов Ампер переходит к изучению взаимодействия линейных токов. По его заказу изготовляется известный "станок Ампера", на котором он открывает взаимодействие линейных токов: токи, текущие в одном направлении, взаимно притягиваются, в противоположных направлениях - отталкиваются. Взаимодействия токов оказываются совершенно отличными от электрических взаимодействий, поэтому Ампер предлагает назвать новые факты электродинамическими и разделить учение об электромагнетизме на две части: электростатику и электродинамику. Для магнетизма, как особого раздела физики, в системе Ампера места не остаётся. Магнетизм - это раздел электродинамики, магнитные взаимодействия - это взаимодействия круговых токов.

Круговой ток эквивалентен тонкому плоскому магниту. Магнитные полюса - это левая и правая стороны кругового тока. 16 октября Ампер объясняет опыты Араго с точки зрения своей теории. 30 октября Ампер сообщает о новом подтверждении своей теории: свободно подвешенный соленоид ориентируется в магнитном поле земли как магнитная стрелка. На этом же заседании Био и Савар сообщили о найденном им законе действия прямого тока на магнитную стрелу:

Рис. 193. Станок Ампера

"Если проводник с проходящим по нему вольтовым током действует o на частицу северного или южного магнетизма, находящуюся в известном удалении от середины проводника, то равнодействующая всех сил из проводника направлена перпендикулярно к кратчайшему расстоянию частицы от проволоки, и общее действие проводника на любой южно- или северомагнитный элементы обратно пропорционально расстоянию последнего от проволоки".

Лаплас показал, что закон Био-Савара может быть выведен из допущения, что действие тока слагается из действий его отдельных элементов. Элементарный закон Био-Савара-Лапласа положил начало математической теории электродинамики, развиваемой в духе классических образцов ньютонианской механики. Теория Ампера была первой теорией такого рода. В конце 1820 г. Ампером были сформулированы следующие основные предпосылки своей теории.

Рис. 200 и 201. К закону Ампера

1. Два близких тока, параллельных друг Другу и текущих в противоположном направлении, не оказывают действия на внешние токи (рис. 200, 201).
2. Внешнего действия не будет и в том случае, если второй ток обвивает первый зигзагообразной линией (рис. 200, 201).

Это означает, во-первых, что сила взаимодействия токов изменяется с изменением направления токов, что два тока равной длины, силы и направления эквивалентны по своим действиям. Отсюда можно положить, что искомая сила взаимодействия токов:

Это означает, во-вторых, что линейный элемент тока АВ эквивалентен геометрической сумме элементов AC, CD, DB (рис. 200,201), т. е. элементы тока можно заменять по законам геометрического сложения. Далее Ампер устанавливает, что если плоскость, в которой лежит элемент, перпендикулярна оси действующего на него элемента тока, то F = 0. Так как между параллельными токами действуют силы притягательные, антипараллельные токи отталкиваются, а токи, направления которых образуют тупой или острый угол, поворачиваются в противоположных направлениях так, чтобы стать параллельно друг другу, то это предположение Ампера может быть обосновано. Но отсюда следует, что сила взаимодействия зависит он угла s между элементами.

Она зависит также от расстояния:

где θ₁, θ₂ - углы элементов ds₁ и ds₂ с расстоянием r.

Рис. 202. К выводу Ампера

Пусть (рис. 202) r - угол между плоскостями (r, ds₂) и (r, ds₁). Разложим элемент ds₂ на две взаимно перпендикулярные компоненты α₂, β₂ по направлению r и перпендикулярно к нему:

Элемент ds₁ разложим на три взаимно перпендикулярные компоненты: α₁ - по направлению r, β₁ - перпендикулярную к r и лежащую в плоскости (r, ds₂), γ - перпендикулярную к r и лежащую в плоскости, перпендикулярной (r, ds₂):

Отличными от нуля из всех шести взаимодействий будут только взаимодействия (α₁, α₂) и (β₁, β₂). Полагаем (выбрав соответственно единицу тока):

Следовательно,

Если ввести угол между элементами

и принять плоскость (rds₂) за плоскость (xy) и направление r за ось х, то и

и

Рис. 203. Взаимодействие круговых токов

Для определения пик Ампер использует результаты следующих экспериментов. На специальном станке подвешен круговой ток О₁, могущий свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Этот ток помещён между двумя неподвижными круговыми токами О, О_ц. Радиусы токов О, О₁, О_ц относятся, как 1:2:4 (рис. 203). По всем трём контурам пропускается один и тот же ток такого, направления, чтобы подвижной ток отталкивался неподвижными токами О_ц и О. Ток О₁ будет в равновесии, когда его центр будет удалён от центра О_ц на расстояние вдвое больше, чем от центра О. Если мы обозначим элемент длины тока О через ds₀, тока О₁ через ds₁ и тока О_ц через ds₂, то, очевидно, при данном отношении радиусов

Если OO₁ = r₀, то О₁O₂ = 2r₀. Условие равновесия даёт

откуда n = 2.

Рис. 204. К выводу Ампера

Другой опыт даёт возможность определить k. Металлическая дуга m (рис. 204) может вращаться в своей плоскости около оси, проходящей через её центр g. Если она закреплена перпендикулярно к ручке hg, то замкнутый ток (или магнит) не вызывает её движения, если же она будет повёрнута в точке h на некоторый угол, то она придёт в движение как под действием замкнутого тока, так и магнита. Отсюда следует, что сила, действующая со стороны замкнутого тока на элемент тока, перпендикулярна к этому элементу. Поэтому, интегрируя написанное выше выражение по всему замкнутому контуру ds₁ и приравнивая нулю составляющую полученной полной силы, параллельную ds₂, можно найти уравнение для определения k. Проделанное Ампером вычисление даёт

И окончательно формула Ампера для взаимодействия элементов тока принимает вид

Основной порок как формулы Ампера, так и последующих попыток (вплоть до Вебера) найти элементарный закон взаимодействия тока, заключается в том, что решение задачи не однозначно. Из экспериментов с замкнутыми токами нельзя вывести единственной формы элементарного закона. Та форма закона, которая была найдена впоследствии и оправдывается в опытах с движущимися электронами, отличается от формулы Ампера^*. Но для замкнутых токов обе формулы дают совершенно одинаковый результат, ибо отличаются между Собою на величину, которая при интегрировании по замкнутому контуру даёт нуль. Разложение действия тока на элементы не эквивалентно разложению притяжения тела на притяжения его элементов.

^* (См. Тамм, Основы теории электричества.)

Вполне понятно, что основные предпосылки теории Ампера подвергались критике. Но даже критикам не было ясно, что речь идёт о коренном отходе от ньютоновской механики, что в физику вторгается новая область, новый объект физического исследования - электромагнитное поле, так же, как это случилось, когда на смену ньютоновской оптике пришла оптика Юнга - Френеля.

Ампер сводил явления магнетизма к электричеству. И в этом пункте его воззрения подвергались критике. Подавляющее большинство физиков, в том числе и сам Эрстед, и далее Берцелиус, Био считали, что "суть явления заключается в том, что ток разлагает магнетизм. Био полагал, что при прохождении тока происходит молекулярное намагничивание. Насколько это воззрение было глубоким, можно судить по тому, что когда в 1821 г. Зеебек (1770-1831) открыл термоэлектричество, он исходил из идеи, что магнетизм может быть возбуждён контактом разнородных металлов. Присоединяя нажатием пальцев концы проволоки мультипликатора к соприкасающимся пластинкам из меди и висмута, он заметил отклонение стрелки. Холодная влажная рука не давала отклонения, тогда как нажатие тёплой рукой даже через стекло давало отклонение. Зеебек сделал правильный вывод, что причиной является разность температур, и назвал открытое им явление "термомагнетизмом". Эрстед и Фурье, повторяя опыты Зеебека, открыли, как они полагали, и разложение солей, поэтому они предложили назвать новое явление термоэлектричеством. Зеебек долго возражал против этой терминологии.

Ещё одно явление, открытое всё тем же Араго, казалось, подтверждало мысль о разложении или индукции магнетизма в проводниках. В ноябре 1824 г. Араго доложил академии, что качающаяся магнитная стрелка успокаивается быстрее, когда под неё подводится медная или другая металлическая пластинка. А 7 марта он доложил о ещё более замечательном эффекте: при вращении металлической пластинки магнитная стрелка, находившаяся под ней или над ней, также начинала вращаться. Это явление было названо "магнетизмом вращения". Тот же Араго заметил, что "магнетизм вращения" отличается от обычного магнетизма: стрелка, помешенная на чашке весов, не притягивается к вращающемуся диску, а следует за ним. Ещё раньше, в 1821 г., Фарадей открыл электромагнитное вращение, и независимо от него Ампер осуществил вращение тока магнитом в том же году. Становилось ясным, что найден новый вид взаимодействия, однако только Фа радею удалось вскрыть сущность новой физической связи.

Прежде чем перейти к характеристике дальнейших успехов гальванизма, связанных с получением новых индикаторов и измерителей тока, мы должны остановиться на биографии Араго.

Араго

Араго играл важную роль во всех достижениях революционной и послереволюционной французской физики. Он заканчивал после смерти Мешена и отъезда Б и о градусное измерение в Испании. Он активно участвовал в астрономических исследованиях и был сотрудником и учеником Лапласа. Он вместе с Френелем закладывал основы новой оптики и вместе с Ампером - основы электродинамики. Его ближайшими друзьями были Гей-Люссак и Малюс. Араго, исполняя в качестве непременного секретаря должность биографа умерших членов академии, был живым историографом рассматриваемого нами этапа истории физики.

Нам неоднократно приходилось обращаться к его замечательным биографиям, так же как это приходилось делать и предыдущим историкам науки. Вот почему в Пантеоне великих физиков конца XVIII - начала XIX в. наряду с именами Лапласа, Френеля и Ампера следует поместить и имя Араго, имя их сотрудника и биографа.

Франсуа Доминик Араго родился 26 февраля 1786г. в селении Эстажеле в департаменте Восточных Пиренеи. "Отец мой,- говорит Араго,- баккалавр прав, владел небольшой пахотною землей, виноградником и оливковою плантациею, и доходами с них содержал своё многочисленное семейство". Итак, по своему происхождению Араго принадлежал к сословию адвокатов и к тем землевладельцам, которые были опорой и буржуазной революции и наполеоновского режима. Но Араго не был ни бонапартистом, ни роялистом, ни якобинцем. Он был "независимым либерально-демократическим буржуа".

Близость к испанской границе, к которой всё время подводились французские войска, сыграли в биографии Араго немаловажную роль. С детства Араго дышал атмосферой войны, он неоднократно пытался убежать вслед за войсками, и после встречи с военным инженером - выпускником Политехнической школы - ревностно принялся за изучение математических наук (до этого Араго изучал классиков). Во Франции тех времён война и точные науки были связаны тесными узами. В Тулузе Араго блестяще выдержал трудный вступительный экзамен, не менее блестящим был его успех на переходном экзамене, на котором он покорил знаменитого Лежандра. Интересный эпизод разыгрался в школе, когда Наполеону присваивался титул императора: многие учащиеся, в числе которых был и Араго, протестовали против акта уничтожения республики. Начальник школы донёс о настроениях учащихся Наполеону. Предоставим слово Араго:

"Господин Лакюэ (начальник школы)!- вскричал Наполеон посреди придворных, одобрявших его и словами и жестами, - вы не можете терпеть воспитанников, высказавших столь горячую привязанность к республиканизму: выгоните их". Потом, одумавшись, Наполеон прибавил: "Сперва я хочу знать их имена и их успехи". Взглянув на другой день на список, он остановился при первом имени (Араго), которое стояло первым по артиллерии. "Я не могу выгнать первых воспитанников,- сказал император,- жаль, что они не последние. Г. Лакюэ, оставьте это дело".

Когда умер Мешен, Араго по предложению Пуассона был назначен его преемником. Но Араго не оставил своих юношеских надежд на военную карьеру и поэтому не обнаруживал особой склонности к этой научной командировке. Понадобилось содействие Лапласа, чтобы Араго принял предложение, однако он выговорил себе право поступить в дальнейшем в артиллерию.

В начале 1806 г. Араго вместе с Био выехали в Испанию. Комиссарам Комиссии долгот приходилось вести опасную жизнь, мужество и выдержка неоднократно выручали Араго. Но француз Араго сумел оценить вольнолюбивый и угнетённый испанский народ. "О, как много силы в испанском народе!", восклицает он, описывая свои приключения в Испании.

Когда в Испании вспыхнула война против французских захватчиков, Араго был посажен в тюрьму. В тюрьму Араго, по его словам, "добрался в добром здоровье, но с лёгкою раною в ляжку". Так велика была ненависть испанцев к французам. Прочитав в заключении статью в журнале, описывавшую, как был повешен Араго, Араго понял, что надо бежать из тюрьмы. Побег состоялся, и 3 августа 1808 г. Араго прибыл в Алжир. Французский консул снабдил Араго и бежавшего с ним другого француза Бартемье фальшивыми паспортами и на марокканском судне они отплыли во Францию. Вблизи Марселя судно было захвачено испанским фрегатом. В плену Араго думал прежде всего о спасении результатов измерений, которые он носил под рубашкой, однако английский капитан, которого он просил передать рукопись в Королевское общество, отказал ему в содействии.

После длительных и опасных приключений в июле 1809 г. Араго прибыл во Францию. Повидав в Перпиньяне родных, Араго уехал в Париж, "где Комиссии долгот и Академии наук представил свои наблюдения, сохранённые мною среди опасностей и треволнений продолжительного странствования". 18 сентября 1809 г. двадцатитрёхлетний Араго был избран академиком.

После смерти Фурье, 7 июля 1830 г., Араго (был избран непременным секретарём академии. Этому обстоятельству история науки обязана ценными биографиями великих учёных: Юнга, Вольта, Монжа, Карно, Френеля, Ампера, Уатта, Кондорсе и других. С 1831 г. Араго отдаётся политической деятельности, сначала как член парламента, а в дни революции 1848 г. в качестве морского и военного министра. Убеждения Араго были прогрессивными. Он выступал за демократическое изменение избирательного закона и отказался принести присягу Луи-Наполеону. Но, конечно, Араго не был революционером. Он сам говорил, что он "друг прогресса", но не желает прогресса среди бури.

"Я хочу прогресса постоянного, правильного, без потрясений, без насилия". Это был истинный сын буржуазной революции, которую он считал законченной и не желал ни крайностей якобинцев, ни крайностей монархистов. Умер Араго 2 октября 1853 г. Сочинения Араго многочисленны и разнообразны. Он занимался астрономией, оптикой, электромагнетизмом, геофизикой, писал "Историю паровых машин" и "Популярную астрономию", о железных дорогах, артиллерии, на политические темы. О важнейших его открытиях в истории физики мы уже говорили выше.

Открытие связи между электричеством и магнетизмом, помимо своего крупнейшего научно-принципиального Значения, означало также приближение эпохи технических приложений электричества. Сын сапожника, артиллерист Вилльям Стэрджен (Sturgeon, 1783-1850) изобрёл электромагнит. Об этом изобретении он доложил 23 мая 1825 г. обществу ремёсел, представив одновременно коллекцию своих электромагнитов.

Электромагниты Стэрджена были изготовлены из лёгкого железа (стержни длиной 1 фут и диаметром 0,5 дм, покрытые для изоляции лаком). На сердечник навивалась голая толстая проволока. Американский физик Джозеф Генри (1799-1878), задавшись целью "получить наибольшую магнитную силу, усовершенствовал, изобретение Стэрджена, применив обмотку из проволоки, изолированной шёлком. Электромагниты Генри обладали подъёмной силой до 1 т. Ему же удалось осуществить первый электрический звонок, в котором роль молоточка играла магнитная стрелка. Изобретения Генри производили сильнейшее впечатление на современников, им казалось удивительным, как из малой силы (от одного элемента) "развивается такое неслыханное притяжение на полюсах магнита" (Берцелиус).

Русская наука по праву может гордиться тем, что она сыграла первостепенную роль в развитии новой отрасли техники. По существу Россия - родина электротехники, ибо важнейшие открытия в этой области были сделаны русскими учёными. Генри говорит о себе, что он "первый намагнитил кусок лёгкого железа на расстоянии и первый обратил внимание на то, что это явление может быть применено для телеграфа". Но прежде чем был изобретён электромагнит, русский дипломат Павел Львович Шиллинг (1786-1857) взрывал на расстоянии мины посредством электрического тока (на манёврах под Красным в 1827 г.). Через пять лет после этого Шиллинг построил действующий телеграф с магнитными стрелками. Его изобретением заинтересовалось английское правительство, пытаясь купить патент, но Шиллинг отказался продать своё детище иностранцам^*. В дальнейшем мы рассмотрим специально вопрос о роли рус-ской физики в развитии учения об электричестве. Эта роль значительна.

^* (Англичанин Кук патент на стрелочный телеграф, заимствованный у Шиллинга.)

Наступила пора и для установления количественных закономерностей в гальванической цепи. Уже в начале XIX в. была подмечена роль площади пластин в увеличении действия вольтовой батареи и роль соединительной проволоки. Особенно замечательны в этом отношении опыты Дэви 1821 г. Дэви включал параллельно проволоку и сосуд для электролиза воды. Когда проводимость проволоки становилась большой, вода в сосуде переставала разлагаться. Дэви установил, что проводимость проволоки зависит от температуры (падает с увеличением температуры), от вещества (Дэви нашёл следующий ряд, в котором материалы расположены в порядке убывания проводимости: серебро, медь, свинец, золото, цинк, олово, платина, палладий, железо) и от площади поперечного сечения. Беккерель в 1825 г. подтвердил результаты Дэви.

Рис. 205. Телеграфный аппарат Шиллинга

В том же 1825 г. вопросом о проводимости занялся Георг Симон Ом (16 марта 1787 г.- 7 июля 1854 г.). В своих исследованиях Ом своеобразно применил метод Кулона. Расположив соединительную проволоку (по обычной в то время практике роль клеммы играли ртутные контакты) в направлении магнитного меридиана, он помещал над ней магнитную стрелку, подвешенную на нити, и закручиванием нити удерживал её в неотклоненном положении; величиной угла кручения измерялась отклоняющаяся сила тока. Помещая стрелку над различными участками цепи, Ом установил, что угол кручения оставался постоянным, и тем самым доказал постоянство "силы тока" в различных участках цепи. Далее он установил, что сила тока убывает с увеличением длины провода, с уменьшением его площади поперечного сечения, с изменением вещества и нашёл ряд веществ в порядке возрастания "сопротивления". Термин "сопротивление" принадлежит Ому, ему же принадлежит термин "сила тока", хотя Ампер также предложил различать "силу тока" и "напряжение".

Ом.

Так как гальванический элемент обладает переменным действием, то, по совету Поггендорфа, Ом заменил источник термоэлементом, состоящим нему медными стержнями. Один спай погружался в кипящую воду, другой - в тающий лёд. Концы стержней опускались в ртутные контакты чашечки. В результате своих измерений. Ом пришёл к выводу, что полученные им числа можно выразить уравнением

где X обозначает силу магнитного действия на проводниках, х - их длину, а величины а и b - постоянные, зависящие от возбуждающей силы и от сопротивления прочих частей цепи (Schweiger's Journal, 1826 г., стр. 151). В следующем, 1827 г. вышла основная работа Ома "Гальваническая цепь, разработанная математически д-ром Г. С. Омом".

В этой работе Ом впервые сознательно уподобляет движение электричества тепловому потоку и потоку воды. Роль "падения" температур или разности высот играет вольтовская разность напряжений. Эту разность напряжений Ом измеряет электроскопом. Руководясь такими наглядными представлениями у Ом и установил свой знаменитый закон, носящий его имя.

Следует отметить, что признание этого закона физиками затянулось, и неясная сбивчивая терминология гальванизма продолжала существовать ещё долго.