"Фарадей" - читать интересную книгу автора (Радовский Моисей Израилевич)

Приложение III

Джозеф Генри

О получении электрических токов и искр из магнетизма

(Silliman's American Journal of Science, 1832 г., т. XII, стр. 403–408.)

Несмотря на то, что открытия Эрстеда, Араго, Фарадея и других самым поразительным образом установили тесную связь между электричеством и магнетизмом, и несмотря на то, что теория Ампера отнесла все явления обоих этих разделов науки к одним и тем же общим законам, все же до последнего времени нужно было доказать одно обстоятельство для более полного установления их тождественности, а именно: возможность получения электрических эффектов из магнетизма.

Известно, что удивительные магнитные действия можно легко получить из электричества, и на первый взгляд могло бы казаться, что электрические эффекты можно с такой же легкостью получить из магнетизма, но на самом деле это не так, ибо почти все попытки, которые делались для производства этого опыта, заканчивались неудачей.

У меня давно возникла мысль, что, если бы при исследованиях такого рода обычные магниты были заменены гальваническими [электромагнитами], можно было бы ожидать большего успеха. Кроме своей силы, эти магниты обладают другими свойствами, которые делают их важными инструментами в руках экспериментатора; их полярность может быть мгновенно изменена на обратную и их магнетизм может быть внезапно уничтожен или доведен до полной активности, в зависимости от требований данного момента. С этой целью я начал в августе прошлого года изготовление гораздо большего гальванического магнита, чем все те, которые пытались раньше изготовлять, и кроме того делал приготовления для проведения с ним в крупном масштабе ряда опытов, имеющих отношение к получению электричества из магнетизма. Однако продолжение моих опытов было в то время по некоторым причинам прервано, и я получил возможность снова к ним приступить только несколько недель назад и в гораздо меньшем масштабе, чем предполагалось вначале.

Тем временем в 117-м номере «Library of Useful Knowledge» было сообщено, что этот, с таким нетерпением ожидавшийся результат был получен мистером Фарадеем из Королевского института. В сообщении указывалось, что мистер Фарадей установил главный факт, заключающийся в том, что, при продвижении металла в любом направлении перед магнитным полюсом, в металле возникают электрические токи, которые проходят в направлении, находящемся под прямыми углами к его собственному движению, а также, что применение этого принципа дает полное и удовлетворительное об'яснение явлений магнитного вращения. В сообщении не было приведено никаких деталей опытов, и несколько странно, что результаты, представляющие такой большой интерес и несомненно создающие новую эру в истории электричества и магнетизма, до сего времени не могли быть более подробно описаны в английской литературе. Единственное упоминание о них я нашел в следующем кратком описании в «Annals of Philosophy» от апреля под заголовком «Протоколы Королевского института».

«17-е февраля. — М. Фарадей сделал доклад о первых двух частях своих исследований по электричеству, а именно, о вольта-электрической индукции и о магнито-электрической индукции. Если два провода А и В поместить рядом, но так, чтобы они не соприкасались, и через А пропустить вольтаический ток, мгновенно, вследствие индукции в В, получается электрический ток противоположного направления. Хотя главный ток в А и продолжается, все же не найдено, чтобы в В его сопровождал вторичный ток, ибо он через мгновение прекращается, но когда главный ток прекращают, тогда в В получается вторичный ток, имеющий направление, противоположное направлению первого тока, полученного вследствие индуктивного действия, или того же направления, что и направление главного тока.

Если провод, соединенный у обоих концов с гальванометром, намотать спиралеобразно на магнит, ток электричества не будет иметь в нем места. Опыт этот проделывался сотни раз различными лицами, и, как в других случаях, в которых желания экспериментаторов и факты находятся в противоречии друг с другом, он приводил к совершенно противоположным заключениям. Но если через такой соленоид пропускать магнит, вставляя его в соленоид или удаляя оттуда, то, пока магнит находится в движении, ток электричества будет возбуждаться, и его существование доказывается отклонением гальванометра. Если единичный провод пропускать около магнитного полюса, в нем будет индуктироваться ток электричества, который можно сделать ощутимым»[25].

До того, как я узнал о методе, данном в указанном выше описании, мне удалось получить электрические эффекты следующим способом, который отличается от способа, примененного мистером Фарадеем, и, как мне кажется, обнаруживает некоторые новые и интересные факты.

Кусок медной проволоки около 30 дюймов длиной, покрытый эластичным лаком, был плотно намотай вокруг середины якоря из мягкого железа гальванического магнита, описанного в томе XIX «American Journal of Science», и который при возбуждении легко удерживает от 600 до 700 фунтов. Обмотки были наложены одна на другую так, чтобы они занимали только около 1 дюйма длины якоря, составлявшей всего 7 дюймов. Якорь, снабженный намотанной таким образом проволокой, был помещен в надлежащее положение к концам гальванического магнита и прикреплен там так, чтобы никакое движение не могло иметь места. Оба выступающие конца соленоида были погружены в две чашки с ртутью и соединены там с отдаленным гальванометром посредством двух медных проволок, каждая около 40 футов длиной. Когда это устройство было закончено, я занял место около гальванометра и предложил своему помощнику по словесному сигналу погрузить присоединенную к магниту гальваническую батарею в сосуд с слабой кислотой. В момент погружения северный конец иглы отклонился на 30° к западу, указывая на ток электричества, идущий от соленоида, намотанного на якорь. Эффект, однако, казался только как бы единичным импульсом, ибо игла после нескольких колебаний вернулась в свое прежнее положение покоя в магнитном меридиане, несмотря на то, что гальваническое действие батареи и, следовательно, магнитная сила продолжали еще существовать. Я был, однако, очень удивлен, когда увидел, что игла внезапно отклонилась от состояния покоя приблизительно на 20° к востоку или в противоположном направлении, когда батарея была удалена из кислоты, и снова отклонилась к западу, когда она была вновь в нее погружена. Эта операция была повторена несколько раз под ряд и постоянно с одним и тем же результатом, причем якорь все время оставался неподвижно прикрепленным к полюсам магнита, так как не требовалось никакого движения для получения этого эффекта, ввиду того, что он, повидимому, имел место только вследствие мгновенного проявления магнитного действия в одном случае и прекращения его — в другом.

Этот опыт самым поразительным образом показывает взаимодействие двух принципов — электричества и магнетизма, если он и не устанавливает их абсолютной тождественности. Во-первых, в мягком железе гальванического магнита под действием токов электричества от батареи наводится магнетизм, и, во-вторых, якорь, ставший магнитом вследствие соприкосновения с полюсами магнита, индуктирует в свою очередь токи электричества в окружающем его соленоиде; таким образом, мы как бы имеем электричество, превращенное в магнетизм, и этот магнетизм, снова превращенный в электричество.

Был обнаружен еще один факт, который представляет некоторый интерес, так как он в некотором отношении служит обобщению явлений. После того как батарея была удалена из кислоты и игле гальванометра дали вернуться в состояние покоя после вызванного этим действием отклонения, она опять была отклонена в том же направлении путем частичного отделения якоря от полюсов магнита, к которому он продолжал приставать из-за действия остаточного магнетизма, и таким образом был получен ряд отклонений просто путем постепенного отделения якоря до полного прекращения контакта. Следующая выдержка из записи опытов показывает относительные отклонения, замеченные при одном опыте такого рода.

Обратный эффект был получен в другом опыте, где игла, путем погружения батареи в кислоту сначала на небольшую глубину и затем путем постепенного полного ее погружения, была повернута рядом отклонений к западу.

Из вышеизложенных фактов явствует, что всякий раз, когда в мягком железе наводится магнетизм, в соленоиде из медной проволоки, окружающем этот кусок железа, возникает на мгновение ток электричества; и, когда магнитное действие прекращается, возникает ток противоположного направления; кроме того, что мгновенный ток того или иного направления сопровождает всякое изменение магнитной интенсивности железа.

После того как я прочел указанное выше описание применявшегося мистером Фарадеем метода для получения электрических токов, я сделал попытку соединить эффекты движения и индукции; для этой цели брусок мягкого железа в десять дюймов длиной и в один с четвертью дюйма диаметром был прикреплен к обычному токарному станку и обмотан четырьмя соленоидами из медной проволоки таким образом, чтобы его можно было, когда он находился в быстром движении, внезапно и сильно намагнитить путем передачи гальванических токов через три из его соленоидов; четвертый, соединенный с отдаленным гальванометром, был предназначен для передачи тока индуктированного электричества; все соленоиды были неподвижными, когда железный брусок вращался между ними на своей оси. Из ряда следовавших друг за другом опытов, первого — с бруском в одном направлении, затем — в противоположном и следующего — с бруском в состоянии покоя, было обнаружено, что вращательное движение железа в соединении с внезапным его намагничиванием не оказывало никакого заметного действия на интенсивность магнитоэлектрического тока.

Этот же прибор, однако, дал средство для отдельного измерения относительной силы движения и индукции при получении электрических токов. Железный брусок был сначала намагничен токами посредством соленоидов, присоединенных к батарее, и, когда в нем было наведено магнитное состояние, один из его концов был введен в соленоид, соединенный с гальванометром; отклонение иглы в этом случае равнялось 7°.

Конец бруска был затем пропущен в тот же самый соленоид, когда брусок находился в естественном состоянии, и затем внезапно намагничен; отклонение в этом случае составило 30°, обнаружив большое преимущество метода индукции.

Следующей попыткой было повысить магнитоэлектрический эффект при неизменяющейся магнитной силе, и это мне удалось лучше.

Два железных бруска в 6 дюймов длиной и в 1 дюйм диаметром были каждый окружены двумя соленоидами и затем помещены перпендикулярно на поверхности якоря и между ним и полюсами магнита так, что каждый брусок образовал как бы продолжение полюсов и, когда магнит возбуждался, к ним приставал якорь. С этим устройством ток от одного соленоида дал отклонение в 37°; от двух соленоидов, находящихся на одном и том же бруске, — 52° и от трех — 59°; но, когда были применены четыре соленоида, отклонение равнялось только 55°, и после прибавления к ним соленоида с меньшим проводом вокруг якоря отклонение было не больше 30°. На этот результат, возможно, несколько влияло отсутствие надлежащей изоляции в нескольких витках соленоидов, но он все же устанавливает тот факт, что возрастание электрического тока получается благодаря применению не менее двух или трех соленоидов вместо одного. Тот же принцип был применен к другому устройству, которое, повидимому, дает максимальный электрический ток, могущий быть полученным из данной магнитной силы; вместо двух кусков железа и якоря, применявшихся в последних опытах, полюса магнита были соединены одним железным бруском, изогнутым в форме лошадиной подковы, и его концы были при помощи напильника сделаны совершенно плоскими, так чтобы они могли притти в полное соприкосновение с поверхностью полюсов; вокруг середины дуги этой подковы два проводника медного провода были плотно намотаны один на другой. Ток от одного из этих соленоидов отклонил иглу на 100°, и, когда были применены оба — игла отклонилась с такой силой, что завертелась. Но наиболее удивительный эффект был получен, когда, вместо пропускания тока по длинным проводам к гальванометру, противоположные концы соленоидов придерживали почти в соприкосновении друг с другом и магнит внезапно возбуждали; в этом случае видели, как между концами проводов проскакивала небольшая, но яркая искра, и этот эффект повторялся все время, пока менялось состояние [магнитной] интенсивности.

В этих опытах соединение батареи с проводами от магнита достигалось не посредством спаивания, но при помощи двух чашек ртути, что позволяло путем быстрого прерывания и образования связи посредством одной из этих чашек внезапно прекращать гальваническое действие на магнит и менять и снова изменять полярность без удаления батареи из кислоты; но наибольший эффект был получен, когда магнетизм был совершенно уничтожен и мгновенно восстановлен изменением полярности.

Из майского номера «Annals of Philosophy» видно, что я с моим опытом получения искр из магнетизма был предупрежден мистером Джемсом Д. Форбсом из Эдинбурга, получившим искру 30-го марта; мои же опыты производились в продолжение последних двух недель июня. Приводится простое сообщение о его результате, без всякого описания опыта, детали которого приберегаются для доклада, который будет сделан в Эдинбургском Королевском обществе; мой результат, следовательно, совершенно не зависит от его результата и был несомненно получен другим способом.

В связи с этим же самым вопросом я проделал различные другие опыты, но более важные обязанности не позволят мне во-время их проверить для описания в настоящей статье.

Я могу, однако, указать на один факт, о котором я не нашел никакого упоминания ни в одной из прочитанных мною работ и который, как мне кажется, принадлежит к тому же классу явлений, что и описанные выше; он заключается в следующем: когда небольшая батарея умеренно возбуждается слабой кислотой и ее полюса, которые должны заканчиваться чашками с ртутью, соединяются медным проводом длиной не более фута, — не наблюдается никакой искры при образовании или прерывании связи, но если вместо короткого провода применить провод длиной в 30 или 40 футов, хотя при образовании соединения никакой искры и не будет заметно, но при его прекращении, достигаемом путем удаления одного конца провода из чашки ртути, получится яркая искра. Если действие батареи будет очень интенсивным, искра будет производиться коротким проводом; в этом случае нужно только подождать несколько минут, пока действие частично не ослабнет и пока короткий провод не прекратит образование искр; если теперь заменить его длинным проводом, искра снова будет получена. Спиралеобразное наматывание провода, повидимому, несколько усиливает эффект; последний, видимо, в некоторой мере зависит также от длины провода. Я могу об'яснить эти явления только предположением, что длинный провод заряжается электричеством, которое вследствие действия на само себя дает при прерывании соединения искру.