Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


предыдущая главасодержаниеследующая глава

Магнетизм как действие электрической материи

Великие открытия никогда не рождаются на пустом месте и не возникают вдруг. В 1804 году итальянский физик Джиованни Альдини в "Трактате о гальванизме" описал опыты своего коллеги из Генуи профессора химии Джузеппе Маджони: "Поместив горизонтально очень тонкие швейные иглы длиной в 2 дюйма каждая, он присоединил их обоими концами к батарее, состоящей из 100 сосудов. По истечении 20 дней он вынул иглы немного окислившимися, но в то же время намагниченными, с ярко выраженной полярностью". И дальше добавляет: "Это новое свойство гальванизма было впервые установлено Романьози, который открыл, что галь-ванизм отклоняет намагниченную стрелку".

В трактате самого Романьози описывается, что, построив вольтов столб, он прикрепил к нему серебряную проволоку, состоявшую из нескольких колен, связанных как звенья цепи. Последнее колено проходило через стеклянную трубку и имело на наружном конце серебряную пуговку. Затем он взял обыкновенную магнитную иглу, вроде корабельного компаса, заключенную в четырехугольном деревянном ящике, и, сняв прочь стеклянную крышку, поставил ящик на стеклянный изолятор... После этого, взяв в руки стеклянную трубку с последним коленом, он быстро прикасался пуговкой к магнитной игле, и последняя в течение нескольких секунд уклонялась на несколько градусов от своего положения. Когда серебряная цепь отнималась, игла оставалась в отклоненном состоянии... Прикладывая цепь вновь, он заставлял иглу уклоняться от магнитного меридиана все сильнее и сильнее: таким образом он достигал того, что стрелка оставалась в одном и том же положении, так что полярность оказывалась совершенно бессильной. Чтобы восстановить полярность, он прикасался несколько секунд большим и указательным пальцами обеих рук к изолированному ящику, стараясь не колебать его, и стрелка медленно возвращалась назад, приобретая снова полярность, но не сразу, а в несколько толчков.

Имя Джана Доменико Романьози (1761 -1835) почти неизвестно широкому читателю. Это и неудивительно. Он не являлся ни ученым, ни физиком. Адвокат по образованию и роду деятельности, Романьози отдавал дань курьезным опытам с электричеством, как и большинство образованных людей своего времени. Поисками доказательств связи электричества с магнетизмом занимались тогда очень многие - физико-химические приборы были распространены в зажиточных домах.

Обнаружив явление, вроде бы доказывающее желанную связь, физик-любитель на всякий случай записал условия и результаты опыта в домашний журнал, но не придал им особого значения. В ту пору его гораздо больше волновало - получит ли он кафедру публичного права в Падуанском университете... Он так и не собрался опубликовать результаты экспериментов, пока по всей Европе не прокатилась весть об открытии профессора физики Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда. Многие вспомнили тогда, что наблюдали те же явления, но не осознали важности обнаруженного, не поняли, не сумели оценить. В 20-х годах в разных странах появились статьи, оспаривавшие приоритет датского физика. В этом споре принял участие и адвокат Джан Доменико Романьози. Его трактат был напечатан неким Францем Зантедески, однако славы ни автору, ни издателю не принес.

Как же было совершено это открытке Эрстедом? В истории физики сохранились отдельные подробности события, и можно попробовать восстановить его с достаточной степенью достоверности.

В тот день в Копенгагенском университете должен был читать лекцию о связи электричества с теплотой профессор Ханс Кристиан Эрстед. Сорокатрехлетний ученый был известной фигурой в Данни. Родившись в семье аптекаря, он получил диплом фармацевта, а потом доктора философии, его научные интересы были широкими и разносторонними. За работы по получению хлористого и металлического алюминия Эрстед был принят в члены Датского королевского научного общества и стал его секретарем.

Эрстед был хорошим лектором и умелым популяризатором науки. Немудрено, что на его лекции собиралось много народу. В те годы свободного посещения студенты попросту игнорировали лекции профессоров, которые читали плохо или недостаточно знали предмет.

Рассказывая о нагревании проволоки под действием протекающей в ней электрической жидкости, профессор подошел к столу, чтобы показать опыт: подключил к полюсам вольтова столба платиновую проволочку, нагрел ее и дал желающим пощупать. Такой опыт в те времена вызывал настоящий восторг.

Случилось так, что на столе рядом с нагреваемой проволокой оказался компас. Он не имел никакого отношения к теме лекции. И его присутствие здесь было чистой случайностью. Но это была великолепная случайность!

Одни из студентов, которого, по-видимому, не слишком интересовали электрические опыты, обратил внимание па компас. Он заметил, что при включении гальванической цепи магнитная стрелка почему-то отклоняется. И надо же было этому студенту задать вопрос о причине обнаруженного явления! Он был любознательным молодым человеком. Как жаль, что мы никогда так и не узнаем его имени.

Эрстед даже растерялся от неожиданного вопроса.

- Я не понимаю, господин студент, о чем вы говорите?

- Но я говорю о том, что видел собственными глазами. В момент включения вами, господин профессор, цепи стрелка компаса отклонилась.

- Вы уверены, что это было именно так? - медленно переспросил Эрстед, оглядывая демонстрационный стол. Он заметил, что один из проводов, идущий от батареи, образовал петлю и лежал на компасе почти параллельно стрелке.

- Но я могу поклясться, что это было именно так! - воскликнул возмущенный недоверием студент и стал продвигаться к столу.

- Не двигайтесь! - закричал Эрстед. - Я сейчас повторю опыт, ничего не изменяя. Следите за стрелкой и скажите, что вы увидите.

Он снова замкнул цепь и едва не оглох от дружного вопля студентов: "Отклонилась!"

Сколько времени Эрстед ждал этого момента! На какие ухищрения только не шел, чтобы обнаружить связь электричества с магнетизмом. А все оказалось просто...

- Отклонение магнитной стрелки, господа, может быть вызвано единственной причиной,- голос его дрожал от волнения и прерывался,- электрическим конфликтом, то есть воздействием на магнитную стрелку перемещающейся в проводнике электрической жидкости.

Пять месяцев спустя из печати вышел небольшой труд Эрстеда, озаглавленный "Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку". В нем было изложено правило, уже очень похожее па формулировку закона: "Гальваническое электричество, идущее с севера на юг над свободно подвешенной магнитной стрелкой, отклоняет ее северный конец к востоку, а проходя в том же направлении под стрелкой, отклоняет ее на запад".

Но вот почему все происходило именно так, а не иначе, Эрстед объяснить не мог. Для этого нужна была новая теория, и создал ее Ампер.

Доменик Франсуа Жан Араго был удивительный человек. На долю его выпало столько приключений, что их хватило бы на толстый роман, а между тем Араго был серьезным человеком, ученым.

Прежде всего его можно, пожалуй, назвать геодезистом и астрономом. Но еще он увлекался физикой, исследовал законы света вместе с Френелем и дружил с Ампером.

В 1820 году в Женеве Араго увидел на собрании натуралистов повторение опытов Эрстеда. И конечно, тут же решил познакомить с ними своих соотечественников. Вернувшись домой, он собрал нехитрую установку с вольтовым столбом и продумал программу экспериментов.

Чтобы стрелка компаса легче вращалась, понадобилось подпилить опорную иглу. Работа несложная. И вот - ток включен, магнитная стрелка отклоняется серебряным проводником с током от своего законного направления. Но что это? Какая-то грязь? Араго протирает серебряный проводник и снимает с него налипшие железные опилки. Однако стоит ему положить проводник на стол, как опилки вновь налипают на него...

Араго выключает ток, и опилки осыпаются с серебряной проволоки. Включает - и они облепляют ее, будто серебро стало магнитом. Серебро - магнитом! Необыкновенное явление, которое он заметил и тут же осознал его важность. Немагнитный в принципе серебряный про-водник, когда по нему проходит электрический ток, становится магнитом! Интересно! Очень интересно!

Снаружи раздался стук. Араго выглянул в окно и увидел сверху обвисшие поля шляпы. Это Ампер, академик Андре Мари Ампер, самый гениальный и самый рассеянный из его друзей. Пыль на его башмаках - доказательство того, что он уже давно вышел из своего дома и бродил по Парижу или по его предместьям, не разбирая дороги, как всегда погруженный в свои мысли.

- Входите, входите, мой друг! - В голосе Араго звучала неподдельная нежность. Он искренне любил этого нескладного и такого несчастного человека, вечного отшельника и глубокого мудреца Ампера. - Входите и давайте вашу шляпу. Я ее положу отдельно от других, чтобы вы не спутали...

Араго напомнил тот случай, когда после бурных споров по вопросам метафизики в одном из парижских домов Ампер схватил по рассеянности треуголку священника и ушел в ней домой, оставив духовному отцу свою круглую шляпу.

Ампер улыбнулся:

- Вы жестоки. А я-то бежал к вам, чтобы рассказать, к каким замечательным выводам пришел, обдумывая опыты Эрстеда. Вы знаете, его открытие знаменует собой начало новой эпохи в электричестве - электричестве не статическом, неподвижном, а наоборот, движущемся, выливающемся из гальванических батарей подобно потокам...

Араго проводил друга наверх в лабораторию и усадил в кресло.

- Я вижу, что и вы не чужды гальваническим увлечениям? - восклицает Ампер, кивая на приборы и вольтов столб.

- Вы правы. Я воспроизвел опыт Эрстеда и, как мне кажется, наткнулся на новое явление. Может быть, оно заинтересует вас?

Араго снова замыкает цепь и приближает проводники к опилкам. Тотчас же они облепляют проводники, ощетинившись как иглы. Ампер протянул к цепи руку. Араго выключил ток, и опилки легким дождем осыпались в ладонь Амперу...

- Прекрасно! - Ампер вскочил с места. - Это только лишний раз доказывает, что я прав. Покоящиеся заряды не взаимодействуют с магнитной стрелкой. Но стоит им прийти в движение, и они превращают серебряный проводник в магнит. Провод-магнит! Превосходно. - Он на мгновение задумался. - А как вы думаете, станут взаимодействовать два провода с током, как магниты?

Он уже не ждал ответа. Мысль его заработала...

Ампер стремительно шагал по набережной Сены, находясь в том счастливом состоянии духа, когда то, о чем так много и упорно думалось, представляется вдруг если еще и не совсем ясным в деталях, то уже понятным в целом.

Мальчишки плыли по течению, весело перекликаясь друг с другом, и Амперу вдруг пришла в голову мысль о простом правиле, с помощью которого можно всегда определить направление отклонения магнитной стрелки протекающим током. Он решил его назвать "правилом пловца". Если пустить человека плыть по направлению тока, лицом вниз, то северный конец стрелки всегда отклонится под действием этого тока вправо. Браво, Андре! А теперь токи... Он оглянулся: как было бы хорошо начертить все это, поставить стрелки, определить направление. Вот и кусок мела нашелся в кармане. Какое счастье, что рядом с ним его черная доска!

Парижане - сдержанная публика, когда дело касается чьих-либо чудачеств. Но это уж... Сначала один, потом двое, наконец, пятеро прохожих оглянулись с возмущением на пожилого, дурно одетого господина, который в самозабвении расчерчивал мелом заднюю стенку чьей-то черной кареты.

18 сентября 1820 года на заседании Парижской Академии наук академик Андре Мари Ампер начал свою знаменитую серию докладов по электромагнетизму.

- При самом начале явления, открытые Эрстедом, месье,- говорил Ампер, стоя на возвышении,- по справедливости названы электромагнитными. Однако в явлениях, о которых хочу говорить я, магнит не участвует. И потому правильнее будет дать им общее название электродинмических.

...Первый опыт, на который меня подтолкнули блестящие эксперименты нашего общего друга академика Араго, я проделал с двумя прямыми проволоками, по которым протекает электричество от вольтова столба. И мое открытие заключается в том, что две параллельные соединительные проволоки взаимно притягиваются, когда электричество движется по ним в одном направлении, и отталкиваются, когда направления токов противоположны...

По комнате, где проходило заседание, пробежал шепот. Открытие Ампера было так просто и поистине гениально. Оно вызвало разные чувства у присутствовавших. Араго гордился своим другом. Физик Био слушал с неослабевающим интересом, изредка поглядывая па молодого Савара, с которым его связывала дружба. Семидесятилетний Лаплас дремал. Однако было здесь немало и тех, кого с первых же слов Ампера начала снедать зависть.

- Подумаешь, открытие! - говорили они. - Притяжение и отталкивание токов - это не более чем видоизмененное притяжение и отталкивание заряженных тел, известное еще со времен Дюфе...

Ампер живо реагировал на это возражение:

- Одинаково наэлектризованные тела взаимно отталкиваются; два же одинаковых тока притягиваются... и, соприкоснувшись, остаются соединенными, как магниты.

- Но позвольте,- говорили завистники,- в чем же новизна открытия? Эрстед доказал действие тока на магнитную стрелку. Но если два тела способны действовать на третье, то они должны действовать и друг на друга... Не означает ли это, что взаимное притяжение и отталкивание проводов суть следствие, вытекающее из опытов того же Эрстеда?

И они садились на место, внутренне торжествуя. И тогда снова вскакивал Ампер. Он предлагал сомневающимся вывести самим из опытов Эрстеда направление взаимодействия токов. И когда его противникам это не удавалось, садился на место удовлетворенный. И так продолжалось не раз и не два...

Четыре понедельника подряд в октябре 1820 года выступал Ампер с трибуны Академии, докладывая о результатах своих исследований. Потом он выступал еще и еще... Он свернул провод в спираль и, пропустив по нему ток, обнаружил, что получившийся соленоид по своим свойствам ничем но отличается от обыкновенного магнита.

- Каждый магнит, месье, я в этом уверен,- с жаром говорил Ампер коллегам,- представляет из себя множество естественных соленоидов, по которым текут крошечные круговые токи. Именно гальванический ток, циркулирующий в каждой частице вещества, создает ее природный магнетизм. Только электрический ток определяет магнитные свойства тела.

Пока оси этих круговых токов разбросаны беспорядочно внутри тела, магнитные свойства не могут себя проявить, ибо они компенсируют друг друга. Но стоит веем осям по какой-то причине стать параллельными, выстроившись по ранжиру, и тогда железо и сталь становятся магнитами...

В 1821 году, устав от опытов, которые он проводил в собственной квартирке на улице Фоссе де Сеи-Виктор, за столиком, сделанным своими руками и с неуклюжими приборами, изготовленными бродячим слесарем, Ампер заявил, что переходит к составлению теории. В ней он хотел в ясной математической форме привести к единству результаты многочисленных электрических опытов.

Пожалуй, после этого французы стали называть близорукого и рассеянного чудака - наш Великий Ампер.

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru