Покоренный электрон - [12]

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).