Творец подлинной науки

Уроженец Севера, Ломоносов еще ребенком любовался красивым и величественным явлением природы — полярными сияниями. Он видел, как ясной зимней ночью высоко над землей появляется лента, сотканная из нежных, мерцающих лучей зеленоватого света и похожая на край бархатного занавеса, спустившегося из заоблачной выси.

Занавес непрерывно колышется, как бы под дуновением неощутимого ветерка. По его лучистой бахроме пробегают волны, и сияние колеблется, словно дышит, то разгораясь, то притухая.

Иногда вместо зеленоватой ленты над полюсом встают столбы света желтоватого, розового или фиолетового оттенков. Они подымаются ввысь, неожиданно разворачиваются веером, превращаются в лучистую корону или сказочную арку, сверкающую над снежной равниной.

Спустя некоторое время сияние расплывается, тускнеет, и на его месте остается бесформенное светящееся облако, которое, постепенно слабея, исчезает, растворяясь во тьме полярной ночи.

Рис. 16. Ясной зимней ночью высоко над землей появляется лента, как бы сотканная из нежных мерцающих лучей.

Северные сияния видны не только на крайнем Севере, ими случается любоваться и в Ленинграде, в Москве и даже в более южных городах.

В 1743 году в Петербурге наблюдали особенно большое и яркое полярное сияние, и тогда М. В. Ломоносов написал торжественное стихотворение:

В этом стихотворении Ломоносов впервые выразил мысль, что полярные сияния — сродни молнии. Они, следовательно, электрические явления, — в электрической природе молнии Ломоносов нисколько не сомневался.

На мысли об электрической сущности полярных сияний Ломоносова наводил общеизвестный в те времена опыт «с трясением барометра».

Ртутные барометры делали тогда из стеклянных трубок, запаянных с одного конца. Такую трубку наполняли ртутью и затем переворачивали открытым концом в чашку с ртутью. Часть ртути выливалась в чашку, а часть, удерживаемая атмосферным давлением, оставалась в трубке. При этом в верхнем запаянном конце трубки над ртутью создавалась полость, содержащая сильно разреженный воздух и пары ртути.

Когда такой барометр сильно встряхивали, то в полости над ртутью возникало зеленоватое свечение. Некоторые ученые думали, что свечение барометра родственно свечению фосфора, но опыты не подтвердили этого предположения.

У Ломоносова имелась электрическая машина наподобие той, что была у Герике, но только вместо серного шара в ней вращался пустотелый стеклянный шар, из которого был выкачан воздух.

Когда шар вращали, одновременно натирая его ладонями, то внутри шара появлялось довольно яркое свечение, которое «в темноте изрядную палату освещать могло». Это свечение несомненно вызывалось электризацией шара. Когда на поверхности шара накапливались и искрили электрические заряды, — внутри его струился зеленоватый свет, такой же, как и в ртутном барометре.

И Ломоносов пришел к гениальному выводу: «Свет в трубках без воздуха электрический!».

Свечение разреженного воздуха в приборах было чрезвычайно похоже на игру полярных сияний, возникающих в самых верхних, разреженных слоях земной атмосферы. Высоту полярных сияний Ломоносов определил почти безошибочно — в 400 километров, а на такой высоте воздух действительно сильно разрежен. Поэтому причину полярных сияний Ломоносов видел в электрических разрядах, образующихся вследствие трения водяных паров и частичек воздуха в восходящих потоках атмосферы.

Ломоносов был прав, считая, что природа полярных сияний электрическая. Однако причина свечения — другая. Теперь известно, что Солнце выбрасывает в пространство потоки заряженных частиц. Они-то и вызывают свечение газов в верхних слоях атмосферы.

 

Героическая смерть Рихмана

Об электрической природе молнии некоторые ученые догадывались еще до Ломоносова. В 1698 году некто Уолл, раздобыв большой кусок янтаря, стал натирать его и получил искру в дюйм длиной.

При этом «раздался такой звук, точно в печке лопнул кусок угля».

То было подобие молнии и грома, воспроизведенных в маленьком, комнатном масштабе. Сходство имелось несомненное, но сходство — не доказательство. Чтобы убедиться в действительном родстве между электрической искрой и молнией надлежало «поймать» настоящую молнию и установить ее электрическую природу.

Это осуществили летом 1752 года М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман.

Рихман взял железный прут длиной в 180 сантиметров, продел его сквозь бутылку с отверстием в донышке и укрепил на крыше своего дома. Ученый привязал к пруту железную проволоку и, тщательно изолировав ее от стен дома, провел в комнату. С конца проволоки свешивалась линейка с льняной или шелковой нитью, служившей для измерения величины электрических зарядов. Когда в проволоке появлялись электрические заряды, нить отходила от линейки и «гонялась за пальцем».

Свой прибор ученые назвали «громовой машиной». Она служила для многочисленных наблюдений силы и характера электрических разрядов в атмосфере. Такую же «громовую машину» установили и в доме Ломоносова (рис. 17).

Рис. 17. Электрическая стрела Ломоносова.

Оба ученых самоотверженно работали, не считаясь с опасностью для жизни.

26 июля 1753 года, во время заседания в Академии наук, Рихман заметил, что приближается гроза, и поспешил домой. Он хотел в этот день показать гравировальному мастеру Соколову электрические явления и действие «громовой машины», чтобы Соколов смог выгравировать рисунки для печати.

Рихман и Соколов прошли в комнату, где находился прибор. Рихман поглядел в окно и сказал, что гроза еще далеко и опасности нет никакой. Он стоял возле самого прибора и смотрел на электрометр.

В этот миг Соколов увидел, что от «громовой машины» отделился бледно-синеватый огненный клубок, величиною с кулак, и коснулся лба Рихмана. Академик, не издав ни единого звука, упал навзничь. «В самый тот момент последовал такой удар, будто бы из малой пушки выпалено было», — рассказывал потом Соколов. Сам он отделался лишь испугом, легкими ушибами да изорванным кафтаном.

Слуга Рихмана тотчас побежал к Ломоносову сообщить, что «господина профессора громом зашибло». Ломоносов поспешил на квартиру Рихмана, но вернуть жизнь другу не удалось…

Ломоносов писал о происшедшем: «Мы старались движение крови в нем возобновить, за тем, что он был еще тепл; однако голова его повреждена и больше нет надежды. И так он плачевным опытом уверил, что електрическую громовую силу отвратить можно, однако на шест с железом, который должен стоять на пустом месте, в которое бы гром бил сколько хочешь. Между тем, умер господин Рихман прекрасной смертью, исполняя по своей профессии должность. Память его никогда не умолкнет».

 

Движение мельчайших частичек

Трагическая гибель друга не остановила М. В. Ломоносова. Он продолжал опыты.

Ломоносов не был путником, блуждающим в лесу фактов, он не искал ощупью тропинку к научной истине, а шел напрямик к ней, как бы прорубая широкую просеку. Он всегда шел к цели своим путем, не преклоняясь перед иностранными авторитетами.

В апреле 1756 года Ломоносов начал писать большую работу: «Теория електричества, разработанная математическим способом», но успел закончить только две первые главы.

Ломоносов неопровержимо установил электрическую природу молнии, а также доказал, что в атмосфере, независимо от наличия грозовых туч, всегда имеются электрические заряды. Ломоносову принадлежит открытие электрической сущности полярных сияний.

Ломоносов высказал смелое предположение, что обычный свет костра, свечи или солнца — также электрического происхождения. Эта гениальная догадка М. В. Ломоносова подтвердилась только много лет спустя.

Прекрасно понимая, что одному человеку не под силу разрешить задачу о природе электрических явлений, Ломоносов стремился привлечь к ее решению ученых всего мира. По его настоянию Петербургская Академия наук объявила конкурс на лучшую научную работу о сущности электричества. В 1753 году было объявлено:

«Санкт-Петербургская Академия наук всем натуры испытателям при обещании обыкновенного награждения ста червонных на 1755 год к первому числу июня месяца для решения предлагает, чтобы сыскать подлинную електрической силы причину и составить точную ее теорию».

Задача, которую Ломоносов намеревался разрешить в два года, потребовала почти полутораста лет и труда нескольких сот ученых. Среди них первое, почетное место бесспорно принадлежало самому Ломоносову. Он наметил правильный путь решения задачи, он первый указал на родство тепловых и электрических явлений. В основе тех и других лежит общая причина — движение мельчайших частичек, из которых состоят все вещества. «Нельзя также отрицать движение там, где глаз его не видит, — писал Ломоносов, — кто будет отрицать, что движутся листья и ветви деревьев в лесу при сильном ветре, хотя издали он не заметит никакого движения. Как здесь из-за отдаленности, так и в горячих телах вследствие малости частичек движущегося вещества, движение скрывается от взора».

Эта теория помогла Ломоносову создать представление об электричестве более глубокое и более правильное, чем у всех его предшественников и многих ученых, живших после него.

«М. В. Ломоносову по необъятности его интересов принадлежит одно из самых видных мест в истории культуры всего человечества», — писал академик С. И. Вавилов.

 

Батарея академика Петрова

Новая эпоха в науке об электричестве началась в марте 1800 года, когда итальянский физик Алессандро Вольта изобрел прибор, позволявший получать непрерывный поток электрических зарядов. Это давало громадные преимущества по сравнению с прежними несовершенными способами добывания электричества.

Новый прибор стал известен в науке под названием Вольтова столба (рис. 18).

Рис. 18. Вольтов столб.

Вольтов столб состоял из набора металлических и суконных кружков. Кружки укладывались в таком порядке: на серебряном кружке лежал цинковый, затем — суконный кружок, смоченный водным раствором нашатыря, на нем серебряный и цинковый кружки и снова суконный. Серебро, цинк, сукно, серебро, цинк, сукно… и наконец, серебро, цинк. Первый и последний кружки в этом «первобытном» Вольтовом столбе играли роль проводников и по сути дела были совершенно лишними.

Электричество в Вольтовом столбе возникает непрерывно в результате химического взаимодействия двух различных металлов, смоченных раствором нашатыря.

Вольтов столб был прообразом будущих гальванических элементов, которые служили главным источником электричества в первой половине XIX века.

После изобретения Вольтова столба в распоряжении ученых оказался источник, способный непрерывно поддерживать движение электрических зарядов в проводнике. Такое движение назвали постоянным электрическим током. Изобретение источника тока открыло широкие возможности для новых исследований электричества. Вольтовым столбом спешили обзавестись физики, химики, медики и просто любители науки.

В Петербурге опыты с Вольтовым столбом проводил профессор физики Медико-хирургической Академии Василий Владимирович Петров. Это был талантливый физик и искусный экспериментатор.

Петров заказал 100 цинковых и 100 медных кружков диаметром по 10 дюймов. Каждый кружок весил более фунта. Из них Петров составил Вольтов столб, применив вместо суконных прокладок бумажные кружки, пропитанные водным раствором нашатыря. Однако мощность прибора не удовлетворила Петрова. Для опытов, которые он задумал, эта батарея была слабовата, и ученый заказал другую — «наипаче огромную батарею, состоявшую иногда из 4200 медных и цинковых кружков».

Рис. 19. Батарея В. В. Петрова.

В этой батарее Петров не стал располагать кружки столбиком. Столб из 4200 кружков получался, по расчетам Петрова, высотой в 40 футов, то есть более 12 метров. Обращаться с таким столбом было бы затруднительно, пришлось бы ломать потолки в лаборатории, и батарея поднялась бы над крышей здания, как фабричная труба. А главное, ученый опасался, что под тяжестью столба влага из прокладок в нижней части батареи будет выдавлена, и ожидаемого результата не получится.

Петров заказал ящики из красного дерева, разгороженные на восемь отделений. Внутренние стенки ящика и все перегородки он облил расплавленным сургучом. Когда сургуч застыл, получилась твердая, совершенно водонепроницаемая корка, служившая прекрасной изоляцией.

В каждое отделение Петров уложил по 525 медных и цинковых кружков.

Все секции своей батареи Петров соединил изолированными проводами, употребляя для изоляции шелк, сургуч, воск, лаки. Это было крупной технической новинкой. Но никто из ученых не понимал тогда, как важно тщательно изолировать проводники. Петров доказал, что только надежно изолированная батарея способна дать наиболее сильный ток.

В одном из своих опытов он положил на стеклянную скамеечку два куска угля, проводящего электрический ток; затем двумя металлическими стерженьками (на стеклянных ручках), соединенными с полюсами батареи, он сблизил угольки на расстояние примерно в 1–3 линии (линия — 2,54 миллиметра). Между угольками появился «весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или длительнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может».

Это было великое открытие! Петров создал электрическую дугу, — открыл один из видов электрического разряда — дуговой разряд.

И техника сварки металлов, и металлургия, и осветительная техника теперь широко применяют дугу Петрова.

Впервые в мире Петров исследовал электропроводность различных материалов и установил, что уголь может по-разному пропускать электрический ток: одни сорта угля проводят ток лучше, другие — хуже.

Продолжая свои опыты с электрической дугой, Петров вносил в ее пламя листочки олова, серебра, золота, меди, цинка, и они сгорали, окрашивая пламя в особые, свойственные им цвета.

Петров разложил электрическим током воду на водород и кислород, то есть положил начало еще одному важному применению электрической энергии, которое впоследствии получило название электролиза.

Все эти опыты Петрова служили звеньями его основной работы. Он изучал, какое действие оказывает электрический ток на материалы, сквозь которые он проходит. С этой целью ученый испытывал сначала твердые тела и различные жидкости, а затем перешел к газам.

 

Ток проходит через газ

На медную тарелку воздушного насоса Петров поставил серебряный стакан, перевернутый вверх дном. Этот стакан он накрыл хрустальным колпаком, имевшим высоту 21,6 сантиметра и ширину 13 сантиметров.

В верхней части колпака было оставлено небольшое отверстие, плотно закрытое медной оправой. Через оправу в особом сальнике, набитом кожаными кольцами, проходил медный прут. Кожаные кольца сальника мешали наружному воздуху проникать внутрь колпака, но позволяли поворачивать, поднимать или опускать медный прут. Нижний конец прута, спускавшийся до дна серебряного стакана, в зависимости от характера опыта оканчивался либо шариком, либо стальной иголкой. Серебряный стакан понадобился Петрову только потому, что медный прут оказался коротковат (рис. 20).

Рис. 20. Прибор Петрова для исследования действия тока на разреженный газ.

Один провод своей батареи Петров присоединил к металлической тарелке насоса, а второй — к верхнему концу медного прута. Затем Петров привел в действие воздушный насос. Когда воздуха под колпаком осталось совсем мало, между иголкой и дном стакана возникло яркое свечение белого цвета, а иголка разогрелась до красного каления.

Петров заменил иглу шариком и наблюдал, что при большом разрежении воздуха в колпаке, возле шарика появилось свечение белого цвета, но у дна стакана оно было фиолетовое, а между ними — розово-красное.

Наибольшее разрежение, которого мог добиться Петров с помощью своего воздушного насоса, разнялось 1,5 миллиметрам ртутного столба, то есть 1/500 доле нормального атмосферного давления. Большего разрежения насос тогда дать не мог.

Петров был первым ученым, пропустившим электрический ток через разреженный газ. Этим он положил начало исследованию явлений, которые впоследствии раскрыли перед наукой и техникой невиданно широкие перспективы. Петров был пионером той обширной области электротехники, которая стала называться электроникой и развернулась в полном блеске только в самые последние десятилетия.

 

По стопам великого Ломоносова

В годы, когда В. В. Петров начинал свои исторические опыты, в переплетную мастерскую лондонского книготорговца Жоржа Рибо поступил учеником двенадцатилетний мальчик Михаил Фарадей. Заработков его отца — кузнеца не хватало на жизнь. Семья была большая. Мальчику пришлось оставить начальную школу и пойти работать.

Разлуку со школой Михаил Фарадей переживал очень тяжело. Он всячески старался пополнить свое образование, читал книги, которые приносили переплетать.

По вечерам, а также в воскресные дни, будущий ученый посещал публичные лекции по физике. Однажды ему удалось попасть на лекцию одного из крупнейших английских ученых того времени — Гемфри Дэви. Эта лекция произвела на Фарадея очень сильное впечатление.

Чтобы углубить свои знания по физике и химии, молодой переплетчик поступил слугой в лабораторию Дэви; там он мыл посуду, подметал пол и заменял Дэви в тех опытах, которые грозили взрывом.

Спустя некоторое время Фарадей начал сам производить опыты. В 1816 году он опубликовал свою первую научную работу.

В 1824 году Гемфри Дэви — президент Королевского общества (английская Академия наук) с возмущением узнал, что его бывший слуга выдвинут кандидатом в академики. Дэви потребовал, чтобы Фарадей снял свою кандидатуру. Фарадей отказался, и его единодушно избрали в члены Королевского общества при одном только голосе против. Этот единственный голос «против» принадлежал по всей вероятности Дэви.

В своей научной деятельности Фарадей развивал и углублял идеи, высказанные гениальным русским ученым — М. В. Ломоносовым.

Одной из самых любимых книг Фарадея, оказавшей большое влияние на его творчество, была книга русского академика Леонарда Эйлера: «Письма к немецкой принцессе». История этой книги такова.

В пятидесятых годах XVIII столетия Эйлер жил за границей. Между ним и Ломоносовым завязалась дружеская переписка. Взгляды Ломоносова и Эйлера во многом совпадали. Эйлер горячо поддерживал Ломоносова во всех его научных начинаниях.

В 1766 году Эйлер вернулся в Петербург и вскоре подготовил к печати книгу, высказав в ней те взгляды на природу, которые возникли у него в результате переписки с Ломоносовым и своих собственных исследований. Эта книга называлась «Письма о разных физических и философических материях, писанные к некоторой немецкой принцессе».

Читала ли какая-нибудь принцесса «Письма» Эйлера, поняла ли она в них что-нибудь — неизвестно. Но Фарадей их не только читал, но и внимательно изучал.

Эйлер, разделяя материалистические взгляду Ломоносова, предлагал решительно изгнать из науки всякие вздорные представления об «электрических жидкостях», «флюидах» и «теплородах».

Как и Ломоносов, Эйлер был убежден, что все тела, все вещества состоят из мельчайших «нечувствительных» частичек — корпускул или атомов. Следуя Ломоносову, он пришел к мысли о единстве явлений: механической силы, теплоты, света электричества, магнетизма.

Фарадей также был убежден в единстве магнитных и электрических явлений и решил доказать это на опыте.

 

Единство магнитных и электрических явлений

Еще задолго до Фарадея было известно, что молния может намагничивать и размагничивать стальные предметы. Например, в июле 1681 года молния ударила в корабль. Кроме обычных повреждений, причиненных ею, было замечено, что все три корабельных компаса испортились: два— размагнитились, у третьего северный конец стрелки стал показывать юг.

Однажды молния ударила в лавку торговца металлическими изделиями и разбила ящик, в котором лежали ножи и вилки. Некоторые ножи и вилки оплавились, другие оказались намагниченными.

Следовательно, электрический разряд способен придавать стали магнитные свойства и отнимать их.

Несколько важных наблюдений сделали ученые, искавшие связь между магнитными и электрическими явлениями. Один из них — датский физик Эрстед заметил, что электрический ток влияет на магнитную стрелку. Эрстед натянул провод от батареи в направлении с севера на юг. Под проводом он положил компас и пропустил по проводу ток. Стрелка компаса немедленно отклонилась в сторону.

Эрстед записал свое наблюдение: «гальваническое электричество, идущее с севера на юг над свободно подвешенной магнитной иглой, отклоняет ее северный конец к востоку, а, проходя в том же направлении под иглой, отклоняет ее к западу».

Известие об этом открытии Эрстед опубликовал 21 июля 1820 года.

Два месяца спустя — 25 сентября 1820 года — французский ученый Араго намотал на стеклянную трубочку несколько витков проволоки и положил в трубочку стальную иглу.

Когда по проволоке пропустили сильный электрический ток, игла намагнитилась.

Одновременно с Араго другой французский ученый — Ампер показал, что электрический ток, текущий по проводам, обладает магнитными свойствами. Он изобрел особый прибор, устройство которого показано на рис. 21: два прочных проводника разной длины изогнуты в виде буквы Г и укреплены вертикально.

Рис. 21. Прибор Ампера.

В верхней части этих Г-образных стоек сделаны чашечки. Обе стойки укреплены в приборе так, чтобы чашечки находились одна над другой.

В чашечки Ампер налил ртуть и опустил в них иголки, служившие опорой для проволочной четырехугольной рамки. Ртуть обеспечивала надежный контакт, а на иголках рамка могла вращаться очень легко, почти без всякого трения.

Перед опытом рамка была повернута так, чтобы один ее край находился против стойки, соединенной с плюсом батареи. Как только Ампер включил ток, рамка тотчас повернулась. Ее край отодвинулся от стойки, присоединенной к плюсу батареи, и приблизился к стойке, соединенной с минусом батареи. Сколько Ампер ни поворачивал рамку, она неизменно и упорно возвращалась к стойке, соединенной с минусом батареи.

Ампер установил, что электрический ток обладает магнитными свойствами: рамка, по которой течет ток, становится как бы магнитом. Токи, текущие в одном направлении, взаимно притягиваются, а токи, текущие в противоположных направлениях, отталкиваются.

Эрстед, Араго и Ампер неопровержимо доказали существование связи между магнитными и электрическими явлениями.

Фарадей же был убежден в большем. Он считал, что электричество и магнетизм, — как орел и решка из монете, — две стороны одного и того же явления. А чтобы доказать это — требовалось «превратить электричество в магнетизм и магнетизм в электричество». Так и было записано в 1821 году в дневнике Фарадея.

 

Через неудачи к победе

Вот как Фарадей выполнил свою задачу. Он намотал на деревянный барабан кусок медной проволоки длиной около 8 метров; чтобы витки не соприкасались между собой, Фарадей изолировал их тонким шнурком, который он наматывал вместе с проволокой (изолированных проводников тогда делать не умели).

Первый слой своей катушки ученый обернул коленкоровой лентой и поверх нее стал наматывать второй слой. Надежно изолировав второй слой, Фарадей намотал третий. Так была изготовлена проволочная катушка из 12 слоев, изолированных один от другого.

Первый, третий, пятый… — все нечетные слои Фарадей соединил последовательно, и они составили одну общую катушку. Точно так же были соединены вторая, четвертая, шестая — все четные слои обмотки. В результате у Фарадея получились как бы две катушки, намотанные одна внутри другой и надежно изолированные друг от друга. Концы проводов от одной катушки были присоединены к чувствительному гальванометру, а концы другой катушки — к батарее.

Из опытов Ампера Фарадей знал, что наибольшим магнитным действием обладает проводник, свернутый спиралью или намотанный катушкой.

Поэтому он предполагал, что ток, пройдя по одной катушке, окажет свое действие на другую, причем настолько сильное, что в ней возникнет ток, который отклонит стрелку гальванометра.

Присоединив катушку к батарее, Фарадей посмотрел на стрелку гальванометра, она стояла на нуле.

Ток шел по одной катушке и на другую катушку никакого влияния не оказывал (рис. 22).

Рис. 22. Прибор для повторения опыта Фарадея. В момент включения или выключения рубильника во внешней катушке проходит кратковременный ток.

Фарадей повторял опыт несколько раз, менял концы проводов у гальванометра и батарей. Все было безрезультатно.

Ожидания Фарадея не оправдались.

Ученого, который слепо преклоняется перед опытом, эта неудача заставила бы бросить начатую работу. Опыт не удается — ничего не поделаешь! Но Фарадей не принадлежал к таким ученым. «Если опыт не удался, — рассуждал Фарадей, — значит я не сумел его поставить. Ток должен влиять! Ток в одной катушке должен вызвать ответный ток во второй катушке!»

Фарадей упрямо продолжал опыты, кропотливо отыскивая причину неудач. Он продумывал каждую мелочь, каждое свое движение. На опыты ушло несколько лет настойчивого труда. Уже потеряв надежду на успех, Фарадей случайно обратил внимание на то, что он сначала присоединяет провода к батарее, а потом смотрит на гальванометр!

Оплошность!

Фарадей прикрутил провод катушки к одному полюсу батареи, поставил гальванометр так, чтобы можно было одновременно и присоединить второй провод и видеть стрелку гальванометра. Не сводя глаз со стрелки, Фарадей коснулся проводом полюса батареи. В момент соприкосновения стрелка гальванометра едва заметно вздрогнула.

Первый успех!

Фарадей коренным образом изменил свой прибор. Он намотал две медные изолированные спирали не на деревянный цилиндр, а на кольцо, сваренное из мягкого железа. Одна спираль охватывала правую половину кольца, вторая — левую. Между спиралями оставались небольшие промежутки железа. Иначе говоря, он сделал два электромагнита, для которых железное кольцо служило общим сердечником.

Концы проволок от одной спирали Фарадей прикрепил к гальванометру, затем, внимательно глядя на прибор, он подключил батарею ко второй спирали. Стрелка гальванометра не только дрогнула, она прыгнула, заметалась из стороны в сторону, далеко отлетая каждый раз от нуля. Стрелка как бы повторяла движения концов проводника, которые Фарадей держал в руках, и успокоилась только тогда, когда ученый поплотнее скрутил провода.

Это была долгожданная победа — плод беспримерного терпения, настойчивости и глубокого убеждения в правоте своей идеи.

После работ Ломоносова и Петрова открытие Фарадея было крупнейшим успехом науки об электричестве.

Единство магнитных и электрических явлений стало очевидным.

Явление, открытое Фарадеем, получило название электромагнитной индукции, то есть электромагнитного наведения или влияния.

 

Магнитное поле электрического тока

Опыт с магнитом и железными опилками известен с давних пор: магнит прикрывают бумажкой, а на бумагу насыпают железные опилки, и они, падая на бумагу, ложатся не бесформенной грудой, а собираются над полюсами магнита, составляя фигуру, слегка напоминающую двух многоногих пауков.

Опилки размещаются между полюсами и вокруг них по каким-то дорожкам. Магнитные силы заставляют частички металла сцепляться, укладываться вдоль магнитных «дорожек» цепочками, образуя симметричные узоры, состоящие из отдельных, правильно изогнутых линий (рис. 23).

Рис. 23. Магнит заставляет железные опилки располагаться вдоль магнитных силовых линий.

Если передвигать магнит под бумажкой с места на место, то и опилки будут перекатываться вслед за ним и располагаться в прежнем порядке вдоль дугообразных линий, окружающих полюсы магнита.

Эти дорожки-линии, по которым выстраиваются железные опилки, указывают направления, по которым действует магнитная сила.

Узор, составленный из опилок, дает наглядное представление о расположении магнитных силовых линий и доказывает, что магнит окружен магнитным полем, подобно тому, как электрический заряд окружен электрическим полем.

Магнитное поле представляет собой как бы продолжение магнита, его невидимую, но совершенно реальную материальную «оболочку». Если к северному полюсу магнита приближать северный полюс другого магнита, то сопротивление магнитных полей становится ощутимым — они пружинят, отталкивают, мешают соприкосновению одноименных полюсов.

Фарадей обнаружил, что не только природные магниты, но и каждый отрезок провода, по которому движутся электрические заряды, окружен со всех сторон кольцевыми силовыми линиями магнитного поля. Ученый доказал, что электрический ток всегда порождает магнитное поле вокруг проводника, по которому течет.

В существовании такого поля можно убедиться на опыте: проколоть кусок плотной бумаги иглой, продеть сквозь прокол провод и пропустить по нему сильный электрический ток (рис. 24).

Рис. 24. Электрический ток заставляет мелкие железные опилки укладываться возле проводника правильными кругами.

Если в это время сыпать на бумагу мелкие железные опилки, то они улягутся вокруг провода правильными концентрическими кольцами.

Теперь становится понятным опыт Эрстеда — магнитная стрелка под проводом, по которому бежит ток, отклоняется в сторону, потому что на нее действует магнитное поле электрического тока.

Магнитные свойства тока можно показать и более эффектным способом. Если к свободно подвешенному проводнику, по которому течет постоянный ток, поднести подковообразный магнит, проводник будет либо- втягиваться в подкову, либо выталкиваться из нее, в зависимости от направления тока и положения полюсов магнита (рис. 25).

Рис. 25. Подковообразный магнит втягивает в промежуток между полюсами проводник с током или выталкивает его в зависимости от положения полюсов магнита.

Открытие магнитного поля вокруг тока навело Фарадея на новую мысль.

Постоянный ток, текущий по проводу, хотя и окружен магнитным полем, но никакого влияния на соседний провод не оказывает. Индуктивного тока в нем не образуется. Он возникает только тогда, когда ток включают или выключают, то есть когда магнитное поле вокруг проводника либо разрастается, либо спадает. Следовательно, индуктивный ток порождается только изменяющимся магнитным полем.

При этом, когда в первичную обмотку включают ток, то во вторичной обмотке возникает «наведенный» индуктивный ток, он всегда течет навстречу току в первичной обмотке.

При размыкании — наоборот: во вторичной обмотке появляется индуктивный ток, текущий в том же самом направлении, что и в первичной обмотке.

Фарадей доказал, что «наведенный», индуктивный ток вторичной обмотки, в свою очередь, тоже влияет на первичную обмотку, он тоже вызывает в ней индуктивный ток. Подобное же явление наблюдается и в том случае, если для опыта возьмем только одну катушку.

Как только присоединим ее к полюсам батареи, по проводу катушки пойдет ток и в ней возникнет магнитное поле, усиливающееся вместе с током.

Усиление магнитного поля внутри катушки должно было бы индуктировать в ней же самой «встречный» ток, то есть противоположного направления. Однако по одному проводу ток одновременно в двух противоположных направлениях течь не может, и индукция будет лишь ослаблять включаемый ток. Значит, при включении тока возникающее магнитное поле замедляет нарастание его. Включенный ток достигает своей наибольшей силы не сразу, а постепенно.

Такое явление — влияние изменений силы тока в проводнике на самого себя — называется самоиндукцией. Самоиндукция имеет большое сходство с инерцией. Инерция препятствует мгновенному изменению скорости тела, а самоиндукция замедляет всякое изменение силы тока.

Особенно сильно проявляется самоиндукция у катушек с железными сердечниками. Когда включают большой электромагнит, ток в нем нарастает очень медленно — в течение нескольких секунд, и поэтому при включении в рубильнике проскакивает совсем маленькая искра, а то и вовсе ее не бывает. Зато когда выключают большой электромагнит, проскакивает сильная яркая искра, так как ток, поддерживаемый самоиндукцией, продолжает идти даже через воздушный промежуток, образующийся при разъединении контактов рубильника (рис. 26).

Рис. 26. Ток продолжает идти некоторое время после размыкания рубильника и образует яркую искру.

Явление самоиндукции особенно заметно, когда пропускают переменный ток по катушке с железным сердечником. При переменном токе движение зарядов происходит то в одну, то в другую сторону. Ток последовательно сначала нарастает, потом убывает, меняет направление и нарастает в другом направлении, вновь убывает, опять меняет направление и т. д. Он, а следовательно, и образуемое им магнитное поле все время меняются, а индуктивное действие поля все время мешает этим изменениям. Оно ослабляет ток.

Если включить в цепь лампочки накаливания, питаемой переменным током, катушку с железным сердечником, то она настолько ослабит ток, что лампочка почти потухнет. Если же сердечник вынуть, магнитное поле ослабеет, индуктивное действие его уменьшится, ток усилится и лампочка загорится (рис. 27).

Рис. 27. Железный стержень, вложенный в катушку, настолько увеличивает ее сопротивление переменному току, что лампочка гаснет.

 

Движения магнита рождают ток

Исследуя явление электромагнитной индукции, Фарадей решил воспользоваться для опытов самым обыкновенным магнитом. Ведь и постоянный магнит окружен магнитными силовыми линиями. Если постоянный магнит вдвигать внутрь проволочной катушки так, чтобы магнитные силовые линии пересекали витки проволоки, то в ней должен возникнуть электрический ток!

Для проверки своего вывода Фарадей намотал 220 футов медной проволоки на картонный цилиндр. Концы проводов от этой катушки он присоединил к гальванометру.

Затем он взял стальной намагниченный стержень и стал двигать его взад и вперед внутри своей катушки. Каждое движение магнита вызывало появление индуктивного тока.

Фарадей вдвигал стержень, и стрелка гальванометра отклонялась в одну сторону, а когда он выдвигал стержень, — стрелка отклонялась в другую сторону. Через гальванометр шел ток, и это был ток, рожденный не другим током, а движением обыкновенного магнита. Цель, которую преследовал Фарадей — «доказать неразрывную связь между электрическими и магнитными явлениями», была достигнута (рис. 28).

Рис. 28. Картина опыта Фарадея: движение намагниченного стержня вызывает образование электрического тока в проволочной катушке.

После открытия электромагнитной индукции Фарадей продолжал свои исследования. В январе 1833 года он закончил новую работу и установил тождественность так называемого «обыкновенного» электричества, возбуждаемого трением, и «гальванического», — возникающего в батарее.

Открытие электромагнитной индукции произвело переворот и в технике и в науке.

Начиная с 1600 по 1800 год — в течение двух веков — ученые исследовали только электрические заряды, их образование, накапливание, взаимодействие между собой, а также действие электрических разрядов.

С 1800 по 1831 год, то есть до открытия электромагнитной индукции, ученые все свое внимание обратили на новое явление — движение зарядов по проводникам исследовали особенности прохождения тока в металлах и жидкостях.

С 1831 года начинается новая эпоха. Ученые углубляются в изучение свойств полей — электрического и магнитного.

 

Теория Фарадея встречает возражения

Известие об открытии электромагнитной индукции облетело все академии мира. Ученые на равные лады и каждый по-своему повторяли опыты Фарадея. Некоторые замечали новые особенности этого явления, ставившие их в тупик. Возражения против выводов Фарадея сыпались, как желуди с дуба в ветреный день. У индуктивного тока обнаруживали какие-то особые свойства, отличающие его будто бы от тока, поставляемого обычной гальванической батареей. Было объявлено о существовании нового, «индуктивного» электричества.

Нашлись также «ученые», которые стали доказывать, что электромагнитная индукция позволяет осуществить вечное движение, и в подтверждение ссылались на опыты Фарадея с катушкой и магнитом, когда движение магнита внутри катушки вызывало в проволочной обмотке индуктированный ток.

Фарадей объяснял смысл своего опыта так: силовые линии магнитного поля, окружающего железный стержень, пересекают витки проволочной катушки и тем самым вызывают в ней ток.

Такое объяснение правильно, но оно не исчерпывает сути явления. Превратно толкуя результаты опыта, некоторые физики вообразили, что ток в данном случае рождается магнитом. А так как магнит, сколько его ни двигай взад и вперед, не портится, не ослабевает, и его «сила» никак не расходуется, то, очевидно, катушка с магнитом внутри является настоящим вечным двигателем, способным рождать электрическую энергию из ничего.

Основной и всеобщий ломоносовский закон: «из ничего не может возникнуть что-то» был чужд и непонятен большинству ученых того времени. Даже позже, в 1851 году, немецкого ученого Юлия Майера, который собрал неопровержимые доказательства в пользу закона сохранения энергии, попросту объявили умалишенным и поместили в сумасшедший дом.

Фарадей не довел до конца объяснение открытого им явления. Этим-то и воспользовались невежды, пытавшиеся воскресить порочную идею вечного двигателя.

 

Решительное слово Ленца

В 1833 году исследованиями электромагнитной индукции занялся молодой русский ученый Э. X. Ленц. Он весьма глубоко разобрал все возражения, выдвинутые против Фарадея, и методично, многочисленными опытами, показал, что все эти возражения и опровержения основаны на ошибках тех людей, которые повторяли опыты Фарадея. Они либо не умели правильно поставить эти опыты, либо совершенно произвольно их истолковывали.

Особо тщательно Ленц изучал взаимодействие между магнитом и проволочной катушкой. Он установил, что приближение намагниченного стержня к замкнутой катушке вызывает в ней индуктивные токи такого направления, что их магнитное поле противодействует, сопротивляется движению стержня. Магнитное поле катушки выталкивает назад магнитный стержень, и для того, чтобы вдвинуть его в катушку, необходимо преодолеть это сопротивление, то есть совершить определенную работу против сил магнитного поля индуктивного тока.

Индуктивный ток, возникая в катушке, не рождается из ничего. Для его образования приходится затрачивать энергию, то есть работать. Значит, энергия не рождается, а лишь преобразуется: механическая энергия превращается в электрическую.

Если к проволочной катушке поднести железный стержень, а затем пропустить по катушке достаточно сильный ток, то катушка втянет в себя стержень, то есть электрическая энергия перейдет в механическую — в движение стержня.

Ленц нашел также закон преобразования электрической энергии в тепловую (рис. 29).

Рис. 29. Изображен опыт Ленца: ток, проходя по спирали, которая погружена в воду, нагревает ее, а приборы измеряют затраченную электроэнергию, термометр показывает выделение тепла.

Он ясно показал, что и для электрических явлений закон сохранения энергии остается незыблемым. И впервые мир услыхал от Ленца новое слово — электрическая энергия.

Энергия, затрачиваемая током на преодоление сопротивления проводника, превращается в тепловую энергию. Мы пользуемся ею для нагревания воды в электрическом чайнике, для накаливания нитей осветительных лампочек. В электромоторах электрическая энергия превращается в механическую работу и т. д.

Безграничны области применения этого вида энергии, впервые подробно изученной Ленцем.

 

Появляются новые термины

Закончив опыты с электромагнитной индукцией, свою следующую работу Фарадей посвятил исследованию химического действия тока. Ученый стал пропускать электрический ток через различные растворы, наблюдая, как под действием тока разлагаются химические соединения.

Во время опытов Фарадей убедился, что ему трудно составлять описание их, у него для этой цели не хватает терминов. Чтобы описать какую- нибудь пустяковую проволочку, опущенную в воду, приходится сочинять длинную запутанную фразу. Фарадей решил придумать новые простые и короткие названия, составив их из древнегреческих слов.

Разложение растворенного вещества с помощью электрического тока получило название: электролиз — электрическое разложение. Жидкость, которую наливают в батарею или в сосуд для разложения ее на составные части, Фарадей назвал электролит.

Проволочки, пластинки, стержни, по которым ток проникает в прибор или выходит из него, стали называться электродами.

Тот электрод, через который ток «входит» в какой-либо прибор, Фарадей назвал анод — что значит восход (ано — вверх, одос — путь; анодос — путь вверх). Электрод, через который ток уходит из прибора, — катод («иду вниз» — заход). Фарадей, следуя установившейся традиции, тоже считал, что ток идет от плюса к минусу.

Частицы вещества в электролите, которые переносят электрические заряды, Фарадей назвал ионами, что значит — странствующие. Ионы, двигающиеся при электролизе к аноду, получили название анионов; ионы, движущиеся к катоду, — катионов (рис. 31).

Рис. 31. Движение заряженных частичек — ионов — в электролите.

Все эти термины сохранились в науке до настоящего времени.

 

Химическое действие тока

Фарадей начал исследовать электролиз, повторяя опыты своих предшественников. Он разлагал электрическим током слегка подкисленную воду. Частицы воды при этом распадались на водород и кислород. Кислород собирался на аноде, водород — на катоде.

Чтобы эти газы во время опыта не улетучились, ученый надел на катод и на анод опрокинутые пробирки, заполненные водой. Пузырьки газов, отрываясь от электродов, подымались вверх и, вытесняя воду, скапливались под донышками пробирок. Это несложное приспособление позволяло измерять, сколько газов выделяется при электролизе (рис. 30).

Рис. 30. Размер и форма электродов не влияют на количество газов, выделившихся при электролизе.

После первых опытов у Фарадея зародилось предположение, что количество выделившихся газов зависит только от того, сколько тока было пропущено через электролит. Но прежде чем проверять свою догадку, Фарадей решил узнать, какое значение имеют размеры электродов. Он взял четыре одинаковые стеклянные банки и заполнил их слабым раствором серной кислоты. В первую банку Фарадей опустил самые большие пластинки, во вторую— поменьше, в третью — еще меньше, а в четвертую — тонкие короткие проволочки.

Все четыре банки Фарадей соединил проводами последовательно. Ток из первой банки переходил во вторую, из второй в третью, а из третьей — в четвертую. При таком соединении через каждую из банок проходит совершенно одинаковое количество электричества.

Фарадей присоединил провода к батарее и стал наблюдать. В пробирках побежали пузырьки газов.

Прошло десять минут, — водорода во всех банках выделилось поровну (то же можно было сказать и о количестве кислорода); ученый подождал еще 5 минут, — равенство не нарушилось, и на 25-й минуте опыта количество водорода во всех банках продолжало увеличиваться совершенно равномерно. Размеры электродов влияния на количество разложившегося вещества не оказывали.

За первым опытом последовали другие. Фарадей менял силу тока, концентрацию раствора кислоты, расстояние между электродами, но количество водорода всегда неизменно оставалось пропорциональным количеству электричества, пропущенного через электролит.

В последнем опыте Фарадей применил электроды одинакового размера и формы, но изготовленные из разных материалов. Катоды были платиновые, а аноды — один цинковый, другой — серебряный, третий — платиновый.

Банки, как и в первом опыте, были соединены последовательно. В результате оказалось, что водорода выделилось во всех банках поровну, а именно: 1 грамм (11,2 литра) на каждые 96500 кулонов электричества.

Закон, найденный в опытах с водой, Фарадей стал проверять на других веществах. Он разлагал током соединение хлора с медью. Пропустив 96500 кулонов, получил на аноде 35,5 грамма (тоже 11,2 литра!) хлора, а на катоде 32 грамма меди.

При разложении раствора медного купороса 96500 кулонов электричества тоже выделяли 32 грамма меди.

Эти числа остаются неизменными. Любое химическое соединение, содержащее хлор, выделяет 35,5 грамма хлора на 96500 кулонов электричества. Любое вещество, содержащее медь, выделяет 32 грамма меди притом же количестве электричества.

Числа, полученные Фарадеем, свидетельствовали о неразрывно прочной связи между количеством пропущенного через электролит электричества и количеством выделившегося вещества. Это был незыблемый закон.

Фарадей записал свои выводы примерно так:

1. Количество выделяющихся на электродах веществ прямо пропорционально количеству электричества, пропущенного через электролит.

2. Вес порции каждого вещества, выделяющегося при электролизе на каждые 96500 кулонов, неизменен и зависит только от химических свойств этих веществ, то есть водорода — выделяется 1 грамм, кислорода — 8 граммов, меди — 32 грамма, серебра— 108 граммов и так далее.

 

Переправа электрических путешественников

Как объяснить упрямое постоянство, проявляемое химическими элементами при электролизе? В чем кроется причина такого постоянства? Что переносит вещества с такой строгой точностью: ни пылинки меньше и ни пылинки больше?

На эти вопросы Фарадей ответа дать не мог.

Но в чем же все-таки дело? Почему 96500 кулонов электричества всегда выделяют ровно 108 граммов серебра и ни одной крупиночки больше?

Представим себе мысленно реку. На ее берегах две пристани. К пристаням подходят шоссейные дороги. По шоссе спешат на пристань путешественники. Они подбегают к пристани, торопятся попасть на другой берег, но, увы, — нет ни парома, ни парохода. Имеются только одноместные рыбачьи челноки.

Броситься вплавь? Но плавать наши путешественники не умеют. Переправиться можно лишь на одноместных челноках.

Каждый путешественник садится в челнок, переправляется на другой берег и спешит дальше; брошенный им челнок остается возле пристани.

Сколько путников переправилось, столько же осталось на берегу челноков.

Но, разумеется, все это будет обстоять так при условии, что вес и рост всех путешественников и размеры всех челноков одинаковы. Окажись среди путников малыши, которые могли бы втиснуться вдвоем в один челнок, или среди челноков — большие лодки, способные вместить несколько путников одновременно, строгое соответствие между числом переправившихся путников и числом брошенных челноков неминуемо нарушилось бы.

Теперь представим себе, что путешественники — это электрические заряды, шоссе — провода, пристани — катод и анод, река — электролит, а челноки — частицы вещества.

«Челнок с пассажиром» — это заряженная частица вещества, которая движется к катоду или аноду в зависимости от знака заряда. Сколько переправилось мельчайших зарядов, столько же выделилось частиц вещества. Отсюда — строгое соответствие количества вещества и электричества при электролизе.

Электролиз показывал, что существуют наименьшие электрические зарядики и что эти зарядики все одинаковы.

Подобное рассуждение невольно наводит на мысль — нельзя ли определить вместимость «лодочки» и узнать, таким образом, величину электрического зарядика?

О постановке такого опыта во времена Фарадея не приходилось думать — тогда даже изолированная проволока считалась редкостью, а постройка сложных, точных приборов и подавно была невозможна. Самое же главное, — идея о прерывистом, зернистом строении электричества только начинала пробивать себе дорогу в науке.

То, что каждое вещество состоит из одинаковых мельчайших частичек, называемых атомами, установил гениальный Ломоносов. Химики, жившие после Ломоносова, на многих примерах убедились, что все вещества действительно состоят из атомов.

Во времена Фарадея атомистическая теория имела много приверженцев, но Фарадей к их числу не принадлежал.

Из его наблюдений следовало, что электричество, как и вещество, состоит из мельчайших частичек — наименьших зарядиков или порций. Однако сделать этот решающий вывод Фарадей не смог.

В своих исследованиях индукции и самоиндукции Фарадей поступал как ученый-материалист. Он руководствовался передовой теорией, а она заставляет каждого исследователя искать связь между явлениями, устанавливать зависимости, вскрывать причины, находить следствие. Передовая теория привела Фарадея к важным открытиям.

А для истолкования опытов с электролизом Фарадей пренебрег передовой атомистической теорией. И это сразу же обезоружило его. Он был вынужден остановиться на полдороге. Фарадей не смог сделать выводов из своих наблюдений и указать, что электролиз не только обнаруживает прерывистое «атомное» строение электричества, но и подтверждает мысль о прерывистом атомном строении вещества.

Только на склоне лет Фарадей признал атомистическую теорию, и у него зародилось смутное представление о связи между атомами и электрическими явлениями.

В одном из своих последних сочинений Фарадей писал: «Громадное количество фактов убеждает нас в том, что между атомами веществ и электрическими силами существует какая-то связь, и что именно этим силам атомы обязаны самыми поразительными свойствами и, между прочим, взаимным химическим сродством».

Эту связь установили другие ученые значительно позже, много лет спустя после смерти Фарадея.

 

Разница электрических уровней

Одновременно с Фарадеем жил и работал немецкий физик Георг Ом. Ом старался понять явление электрического тока, сравнивал его с другими, хорошо известными всем, явлениями природы.

«Почему река течет в море?» — спрашивал себя этот ученый. Потому, что уровень воды в ее верховьях выше, чем уровень воды в море. Разница уровней создает напор, и вода течет. А почему течет ток по проводам? Очевидно, и здесь существует разница уровней, создающая напор, заставляющая электричество течь от высокого уровня к более низкому. Если это так, то гальваническую батарею можно уподобить насосу, который перекачивает воду из одного сосуда в другой и создает разность уровней. Нижние части сосудов соединены трубкой, по которой вода течет из сосуда с более высоким уровнем в сосуд с более низким уровнем, а насос, своей работой постоянно поддерживая разность уровней, заставляет воду непрерывно течь по трубке (рис. 32).

Рис. 32. Разность уровней в сообщающихся сосудах создает напор и движение жидкости в трубке, которая эти сосуды соединяет, а насос наверху непрерывно создает разность уровней.

Трубка, соединяющая сосуды с водой, может быть различной и по форме, и по материалу, и по устройству. Очевидно, что по тонкой трубке воде труднее течь, чем по толстой, по короткой — лучше, чем по длинной; по трубке с гладкими стенками — свободней, по трубке, забитой песком или шероховатой — с трудом.

Тонкий провод окажет электрическому току большее сопротивление, чем толстый, а короткий — меньшее, чем длинный. Серебряный или медный провода подобны чистым хорошим трубкам; железная или никелиновая проволоки — это как бы трубки, забитые песком и шероховатые. По такому проводу току придется «пробираться» с большим усилием.

Какая же величина соответствует высоте уровня при протекании электрического тока? Поверхностям одинаковых уровней воды в сосудах соответствуют точки одинакового потенциала в цепи. Разность потенциалов — это разность электрических уровней. Она и вызывает движение электрических зарядов.

«Отчего же зависит сила тока?» — спрашивал себя Ом. Во-первых, от разности потенциалов: чем больше «напор», тем сильнее будет ток. Во-вторых, от сопротивления проводника: чем больше будет сопротивление проводника, тем слабее потечет ток.

Ученый проверил свои соображения на опыте и установил, что сила тока в проводнике равна разности потенциалов на концах проводника, деленной на сопротивление проводника (разумеется, все величины должны быть взяты в определенных мерах). Это и есть закон Ома. Его обычно выражают в виде формулы i = u/r , где i — сила тока, u — разность потенциалов (напряжение), r — сопротивление проводника.

Закон Ома — один из основных законов электротехники. Зная две величины, из входящих в формулу закона, всегда можно найти третью. Если известны сила тока и разность потенциалов — найдем сопротивление проводника: r = u/i .

Зная силу тока и сопротивление проводника, найдем напряжение: u = i/r .

Ученые встретили закон Ома с большим недоверием. Электрические явления казались им невероятно сложными, разнообразными, не поддающимися расчету. И вдруг выясняется, что все необычайно просто: i равно u, деленному на r. Простота отпугивала ученых. Они сомневались, возражали, отрицали выводы Ома.

Около двадцати лет продолжалась борьба, однако, опровергнуть закон Ома никто не смог. Исследования русского ученого Э. X. Ленца подтвердили правильность этой зависимости, и примерно с 1847 года закон Ома получил всеобщее признание.

 

Электротехнические меры

В 1881 году в Париже собрался первый международный конгресс электриков. В годы, предшествовавшие конгрессу, в электротехнике создалось нетерпимое положение, напоминавшее библейскую историю Вавилонской башни, которую строители якобы не могли закончить потому, что начали говорить на разных языках. Электрики с трудом понимали друг друга, — ведь в разных государствах и даже в пределах одного государства применялись самые различные единицы для измерений электрического тока. В 1880 году насчитывалось 15 различных единиц сопротивления, 12 единиц напряжения, 10 единиц силы тока. И каждый применял те единицы, какие ему казались удобнее.

На этом конгрессе, при деятельном участии знамени! ого русского физика А. Г. Столетова, разнобой в единицах устранили и установили международные меры для электричества.

По решению конгресса электрическим единицам присвоили имена выдающихся физиков, изучавших электричество.

Тогда единица количества электричества и была названа кулоном. Кулон равен тому количеству электричества, которое выделяет из раствора серебряной соли 1,118 миллиграмма серебра.

Единица силы тока получила название ампер. Ток силой в 1 ампер, протекая через водный раствор азотнокислого серебра, выделяет на катоде 1,118 миллиграмма серебра в течение одной секунды. Иначе говоря, если через какой-нибудь проводник в каждую секунду проходит 1 кулон электричества, такой ток имеет силу в 1 ампер. Обозначается ампер буквой а или А .

Единица сопротивления проводников, по предложению А. Г. Столетова, была названа омом.

Ом равен сопротивлению, которым обладает ртутный столбик постоянного сечения высотой в 106,3 сантиметра и весом в 14,4521 грамма. Обозначается ом просто — ом или греческой буквой омега — Ω.

Единица, служащая для измерения разности потенциалов или напряжения, получила название вольт.

Вольт равен напряжению, которое создает силу тока в 1 ампер в проводнике, имеющем сопротивление в 1 ом. Обозначается буквой в или V.

Единица электрической емкости называется фарадой. Фарада равна емкости проводника, который способен вместить 1 кулон электричества при напряжении в 1 вольт. Фарада — слишком большая мера. Емкость всего земного шара не составляет 1 фарады, а потому в практике для измерения электрических емкостей применяются более мелкие меры — миллионные доли фарады — микрофарады. Обозначается микрофарада так: мкф или μF .