Андре Мари Ампер
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
*** 1954 ***
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Блестящее открытие, сделанное недавно г. Эрстедом, состоит, как известно, в действии, оказываемом вольта-ическим током на предварительно намагниченную стальную стрелку. Повторяя опыты датского физика, я обнаружил, что тот же ток развивает в большой степени магнитную силу в таких пластинках железа и стали, которые первоначально были ее совершенно лишены.
Приделав достаточно тонкую медную цилиндрическую проволоку к одному из концов вольтаической батареи, я заметил, что в то мгновенье, когда эта проволока соединялась с противоположным полюсом, она притягивала опилки мягкого железа, как это сделал бы настоящий магнит. Когда проволока была погружена в опилки, они приставали к ней со всех сторон, так что она благодаря этому достигала толщины, почти равной обычному диаметру трубки пера. Как только связь соединительной проволоки с обоими полюсами батареи прекращалась, опилки отделялись от нее и падали. Эти результаты не могли зависеть от первоначальной намагниченности опилок, так как проволока из мягкого железа или из стали не притягивала ни одной частички из этих опилок. Точно так же они остаются необъясненными, если их приписать обыкновенным электрическим действиям, так как при повторении того же опыта с медными, латунными или древесными опилками ни в одном случае нельзя было заметить их притяжения к соединительной проволоке. Это притяжение, оказываемое соединительной проволокой на железные опилки, очень быстро уменьшается по мере ослабления действия батареи. Может быть, в весе опилок, поднятых проволокой определенной длины, когда-нибудь будет найдено мерило энергии этого прибора в различные периоды одного и того же опыта. Действие соединительной проволоки на железо проявляется на расстоянии: действительно, легко видеть, что опилки поднимаются значительно раньше, чем их касается проволока. Я до сих пор говорил только о латунной соединительной проволоке, но проволоки из серебра, платины и т. д. дают аналогичные результаты. Остается, во всяком случае, исследовать, действуют ли проволоки из разных металлов, при одинаковой форме, массе или диаметре в точности с одной и той же интенсивностью. Соединительная проволока сообщает мягкому железу только временную намагниченность. Если употреблять маленькие частички стали, то им иногда сообщается постоянная намагниченность. Мне даже удалось вполне намагнитить таким образом швейную иголку. Г. Ампер, которому я показал эти опыты, сделал незадолго до того важное открытие, что две прямолинейные и параллельные проволоки, через которые проходят два электрических тока, притягиваются, когда токи идут в одинаковом направлении, и отталкиваются, когда токи направлены противоположно. Кроме того, он отсюда заключил по аналогии, что притягивающие и отталкивающие свойства магнитов зависят от электрических токов, циркулирующих вокруг молекул железа и стали в направлении, перпендикулярном к линии, соединяющей оба полюса. Г. Ампер предположил еще, что на верхней части горизонтальной, обращенной к северу магнитной стрелки ток движется с запада на восток. Эти теоретические воззрения тотчас же подсказали ему мысль, что более сильная намагниченность получится, если вместо прямой соединительной проволоки, какой пользовался я, взять проволоку, согнутую по винтовой линии, в центре которой была бы помещена стальная стрелка. Он надеялся, кроме того, что расположение полюсов будет благодаря этому постоянным, что не наблюдалось при моем способе. Эти предположения мы, г. Ампер и я, следующим образом подвергли проверке на опыте. Свернутая в виде винта медная проволока заканчивалась двумя прямолинейными участками, которые по желанию могли быть прилажены к противоположным концам сильной горизонтальной вольтаической батареи. Завернутая в бумагу стальная стрелка была введена внутрь винта, но только после того, как было установлено сообщение между обоими полюсами, дабы ожидаемый результат не мог быть приписан электрическому разряду, который появляется в тот самый момент, когда происходит примыкание соединительной проволоки к обоим полюсам. Во время опыта участок этой проволоки, внутри которого находилась стальная стрелка, оставался постоянно расположенным перпендикулярно к магнитному меридиану, так что не приходилось опасаться действия земного шара. И вот, после нескольких минут пребывания внутри винта, стальная стрелка получила достаточно сильную дозу магнетизма. Положение северного и южного полюсов вполне соответствовало при этом результату, который заранее был выведен г. Ампером из направления элементов винта и из гипотезы, что электрический ток проходит по соединительной проволоке, идя от конца цинк батареи к концу медь. Эти опыты свидетельствуют, как видно, что положение полюсов у стальной проволоки, намагниченной проходящим вдоль нее гальваническим током, не определяется одним только направлением тока и что незначительные, почти неощутимые обстоятельства, как, например, слабые зачатки намагниченности, легкая неправильность в форме или в строении проволоки, могут совершенно изменить получающиеся результаты. Между тем, если гальванический ток циркули-рует вокруг стали, вдоль витков винта, то всегда можно заранее предвидеть, где будут находиться северный и где южный полюсы. Думая все же о странных несоответствиях в опытах с намагничиванием посредством электрических разрядов, которые обнаруживались у физиков, занимавшихся этим исследованием, я считал, что нужно подвергнуть более решающим испытаниям явления токов в винте. Читатель сможет судить, достигли ли мы этой цели. Я задумал сперва сделать из медной проволоки два симметричных винта,1 около 5 см длиной каждый, разделенных 1 Эти симметричные винты подобны тем, которые ботаники обозначают словами dextrorsum для одного и sinistrorsum для другого. Их диаметры равны, витки имеют одинаковый наклон, но они никак не могут быть наложены друг на друга, как их ни прикладывать один к другому: так что никаким поворачиванием нельзя изменить их вид. Винт (навернутый) dextrorsum встречается в природе у большого числа ползучих растений, также и в технике применяется почти исключительно винт этого рода. Стальной цилиндр, помещенный внутри винта dextrorsum, получает южный полюс (обращающийся к северу) с отрицательной стороны проводящей проволоки, т. е. со стороны меди. Между тем тот же полюс образуется с положительной стороны, или со стороны цинка, если пользоваться винтом sinistrorsum. Эти результаты согласуются с теорией г. Ампера. Dextroisum —вправо вращающееся; sinistrorsum —влево вращающееся. Прим. ред. прямолинейным участком той же проволоки. Обороты витков первого винта были направлены в одну сторону, а второго — в другую, но с таким же наклоном; диаметры были равны. Стальная проволока, заключенная в маленькую стеклянную трубочку, была вложена в первый винт. Затем я поместил в соседний винт точно такую же проволоку, также защищенную стеклянной оболочкой от всякого электрического разряда^ Небольшой кусок медной проволоки устанавливал постоянное сообщение между этим последним винтом и положительным полюсом батареи. Поэтому, чтобы начать опыт, доста-точно было прикрепить к отрицательному полюсу проволоку, которой оканчивался другой винт, и в тот момент, когда такое присоединение происходило, электричество, скопившееся на положительном полюсе прибора, вытекало через прямолинейную часть соединительной проволоки, достигало первого винта, проходило последовательно по всем его виткам, приходило ко второму винту через прямую проволоку, которая отделяла этот винт от предыдущего, проходило по его виткам и направлялось к отрицательному полюсу. Обе стальные проволоки оказываются, таким образом, подверженными во время опыта действию гальванического тока одной и той же силы. Этот ток в целом двигался в одном направлении, но если вокруг первой проволоки он циркулировал слева направо, то вокруг второй проволоки то же движение совершалось справа налево. И во всех опытах такого рода, которые мы производили у г. Ампера при помощи имеющейся, у него достаточно сильной батареи, было достаточно этога простого изменения в направлении тока, циркулировавшего вокруг стальных проволок, чтобы вызвать полное обращение полюсов. Таким образом, две проволоки, заключенные в двух симметричных винтах, одновременно были намагничены в про-тивоположных направлениях. В другом опыте я сгибал медную проволоку по винтовой линии справа налево на длине в 5 см, затем слева направо по такой же длине и, наконец, еще раз справа налево. Эти три винта были разделены прямолинейными участками той же проволоки. Одна и та же стальная проволока, достаточно длинная, диаметром более 1 мм, заключенная в стальную трубку, была помещена во все три винта сразу. Гальванический ток, проходя по виткам этих различных винтов, намагничивал каждый из соответствующих участков стальной проволоки, как если бы он был отделен от остальных. В самом деле, я нашел, что на одном из концов находился северный полюс, на расстоянии 5 см от него — южный полюс, дальше — второй южный полюс, за которым следовал северный, и, наконец, — третий северный полюс, а в 5 см от него, на другом конце стрелки—южный полюс. Таким образом, этот метод позволил бы произвольно увеличивать число таких промежуточных полюсов, которые были названы физиками последовательными точками. Я должен, однако, отметить, что в этих опытах винты вообще оказывают влияние не только на те участки стальной проволоки, которые они охватывают, но также и на соседние участки. Так, например, если интервалы между последовательными винтами малы, то соответствующие им участки стальной проволоки сами будут намагничены, как если бы вращательное движение, сообщенное, по представлению г. Ампера, магнитной жидкости под влиянием винта, продолжалось за пределами последних витков. Когда изложенное выше было уже в печати, я пытался открыть, от каких обстоятельств зависит изменение положения полюсов, когда гальванический ток проходит по стальным проволокам в продольном направлении, и я неизменно находил, даже пользуясь очень активной батареей, что стальная проволока, помещенная на соединительной проволоке, если последняя совершенно прямая, не получает никакого магнетизма. Правда, швейная иголка, которой я пользовался при моих первых опытах, получила полюсы, но тогда действие формы соединительной проволоки не было известно, и я, чтобы легче было удержать иголку, слегка обернул проволокой ее концы. Из сказанного видно, что в предыдущих опытах я постоянно стремился к тому, чтобы никакой разряд не переходил с соединительной проволоки на стальной стерженек, с которым я манипулировал. Следовательно, нужно установить существенное различие между таким способом намагничивания и способом, который был предметом исследований Вильке, Франклина, Далибара, Беккариа, Фан-Свиндена и Фан-Марума, так как при этом втором способе намагничивание производится прохождением сильной электрической искры через стальной стержень. Во всяком случае, представляло интерес исследовать, не будет ли искра, даваемая батареей, вести себя так же, как искра, выскакивающая из обычной машины. Я узнал от г. Буажиро, репетитора физики в Военной школе в Сен-Сире, что он с успехом произвел этот опыт. Он подозревает, что при таком способе магнитная сила становится слегка заметной только в том случае, если участки, служащие для соединения иголки с полюсами медь и цинк, сами также стальные и образуют как бы две обкладки этой иголки. Г. Буажиро обещает произвести по этому вопросу новые опыты, о которых мы поспешим сообщить читателям. Медная соединительная проволока обладает, как мы видели, весьма интенсивной магнитной силой, поскольку она соединена с обоими полюсами батареи. Иногда мне удавалось находить у нее следы этого свойства еще спустя несколько мгновений после того, как сообщение между обоими полюсами было полностью прервано. Но это явление было крайне мимолетным, и я не мог воспроизводить его по произволу. Г. Баужиро оказался не более счастливым, чем я, хотя в одном случае платиновая проволока, которой он пользовался, после того как она была совершенно изолирована от батареи, сохранила достаточную силу, чтобы поддержать маленькую швейную иголку. Опыты г. Эрстеда могут, как мне кажется, быть повторены в условиях, которые еще более увеличили бы внушаемый ими интерес, позволив сделать дальнейший шаг к объяснению столь не постижимого до сих пор явления, как северное сияние. В Королевском институте в Лондоне имеется вольтаиче-ская батарея, состоящая из 2000 двойных пластинок по 4 дюйма в квадрате. Пользуясь этим мощным аппаратом, сэр Гемфри Дэви обнаружил, что между двумя угольными остриями, приделанными к концам положительного и отрицательного проводников, происходит электрический разряд даже тогда, когда эти острия еще отстоят друг от друга на 7зо или V40 дюйма. Первым результатом разряда является накаливание углей докрасна. Но как только накаливание установилось, острия могут быть постепенно удалены до 4 дюймов без того, чтобы промежуточный свет разрывался. Этот свет чрезвычайно яркий, и он больше посередине, чем у концов: он имеет форму дуги. Первую теорию электрического происхождения северных сияний предложил М. В. Ломоносов в своем „Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих" (1753). Некоторую смутную догадку об электрической природе северных сияний высказал независимо и одновременно также В. Франклин. Араго, видимо, исходит из ломоносовского представления о северном сиянии как об эффекте электрического разряда в верхних слоях атмосферы и связывает магнитные бури, сопровождающие северные сияния, с эффектом, наблюденным Эрстедом. Примерно ту же мысль высказал Г. Дэви, производивший в то время аналогичные опыты (Collected works of Sir Davy, т. VI, стр. 217—229). Прим. ред. Дуговой разряд был, как известно, впервые наблюден В. В. Петровым в 1802 г. в опытах с вольтовой батареей, состоявшей из 4200 медных и цинковых кружков. Прим. ред. |
