Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность - Яков Абрамов

Работая над основными вопросами электрохимии, Фарадей не мог не остановиться на занимавшем тогда умы физиков и возбуждавшем горячие споры вопросе об источнике силы в вольтовом столбе. Изучение этого вопроса Фарадеем не только дало его решение, но и привело Фарадея к установлению основного закона силы, легшего в основание современного воззрения на единство сил природы. Вольтов столб, как известно, состоит из чередующихся медных и цинковых кружков, разъединенных суконками, смоченными подкисленной водой. В чем же заключается причина возбуждающегося в этом снаряде электрического тока, который затем может дать свет (путем накаливания угля или проволоки), теплоту и движение? Вольт полагал, что причина эта состоит в простом соприкосновении металлов в столбе через смоченный проводник. По этому воззрению выходило, что сила, развивающаяся в вольтовом столбе, образуется, собственно говоря, из ничего. Как ни странным кажется нам это воззрение теперь, но в то время оно было широко распространено, в особенности среди немецких ученых, и поддерживалось отсутствием заметного взаимодействия веществ, входящих в состав вольтова столба. Когда над этим вопросом стал работать Фарадей, против теории прикосновения раздавались уже многие голоса, но они не могли выставить против своих противников точных исследований. Фарадей решил бесповоротно вопрос посредством удачно скомбинированных опытов, в каковом отношении он не имел соперников. Он употребил для смачивания разделяющего медные и цинковые кружки проводника такие жидкости, которые были способны проводить самое слабое электричество, но которые не оказывали никакого химического воздействия на медь и цинк: в этом случае ток не обнаруживался. Наоборот, когда к подобной нейтральной жидкости примешивалось хотя бы самое ничтожное количество жидкости, способной химически воздействовать на цинк и медь, ток немедленно появлялся. Таким образом, было точно установлено, что причина возбуждения тока в вольтовом столбе – не соприкосновение металлов, а химический процесс, вызываемый действием на цинк и медь жидкости (обыкновенно серной кислоты), пропитывающей ткань, разделяющую цинковые и медные кружки в вольтовом столбе.

Покончив с опытной стороной вопроса, Фарадей переходит к обобщениям и высказывает, гораздо ранее Мейера, Джоуля и других, кто работал над выяснением единства физических сил, основной закон силы, состоящий в том, что сила не творится, а только переходит из одного состояния в другое, и что таким же образом сила никогда не пропадает, а лишь изменяет форму своего проявления. Приводим здесь подлинные слова Фарадея, касающиеся данного предмета, – слова образные и весьма характерные для его манеры изложения. “Теория прикосновения, – говорит он, – принимает, что из ничего может возникнуть сила, могущая преодолевать громадные сопротивления, например, худых и хороших проводников, по которым проходит ток, и сопротивление электролитного действия, производящего разложение тела; что без всякого изменения в природе действующего вещества или без всякой траты действующей силы можно произвести ток, который будет действовать безостановочно наперекор постоянному препятствию и прекратится только в силу окончательного разрушения, которое он произведет на своем пути. Это было бы поистине сотворением силы из ничего, подобного чему нет в природе. У нас есть много способов изменять проявление данной силы, так что можно сказать, будто существует переход одной силы в другую. Мы можем, например, превратить химическую силу в электрический ток и обратно: электрический ток в химическую силу. Прекрасные опыты Зебека и Пельтье показывают взаимные переходы теплоты и электричества; другие опыты Эрштеда и мои показывают превращаемость электричества в магнетизм и обратно. Однако нигде, даже в электрическом угре и скате, не творится новая сила без соответственных трат на это чего-либо другого”.

К работам в области электрохимии принадлежит и напечатанный в 1835 году Фарадеем мемуар об улучшенной форме вольтова столба. После этой работы он обращается к общим вопросам о сущности электрической силы во всех ее проявлениях, о способах ее действия и о законах, которым подчиняются проявления электричества. В 1836 и 1837 годах Фарадея усиленно занимает вопрос о линиях электрического действия – вопрос, который затем был оставлен без внимания до самого последнего времени, когда им занялся Герц, основавший на работах Фарадея свои знаменитые опыты, которые доказали, что электричество является в такой же мере результатом колебания эфира, как и свет, и что проявления его подчиняются одним законам с проявлениями света. Именно Фарадей доказал в 1837 году, что электрическое действие происходит не по прямым линиям, а по кривым. Фарадей нашел, что можно индукцией наэлектризовать изолированный шар, помещенный в тени от тела, не проводящего электричество и защищающего шар от электрического действия по прямому направлению. Он начертил линии электрической силы, как они огибают края экрана и снова соединяются по другую сторону; он доказал, что во многих случаях увеличение расстояния между изолированным шаром и индуктирующим телом усиливало, а не ослабляло электрическое напряжение шара. Это явление Фарадей приписал тому, что кривые линии электрической силы сходятся на известном расстоянии позади экрана. Как видим, от этих открытий к открытию волн электричества, сделанному несколько лет тому назад Герцем и наделавшему так много шума, только один шаг.

Вслед за тем Фарадей ставит себе вопрос, почему одни тела проводят электричество, а другие – нет? Опыты, которые предпринял Фарадей для разъяснения этого вопроса, привели к совершенно неожиданному результату. Мы не будем описывать здесь эти опыты как ввиду их сложности, так и многочисленности; укажем только на конечный результат. Фарадей установил, что в научном смысле деление тел по отношению к проводимости электричества на проводники и изоляторы (непроводники) не выдерживает критики, что все тела являются одновременно и проводниками и изоляторами, что разница между ними лишь в том, что одни тела больше и скорее проводят электричество, а другие меньше и медленнее. Фарадею удалось построить аппарат, обнаруживающий способность к электропроводимости даже в таких телах, которые дотоле считались совершенно неспособными проводить электричество.

Обширные и разносторонние работы, изложенные в настоящей главе, не могли не отразиться на здоровье Фарадея. В последние годы этого периода своей жизни он работал уже с большим трудом. В 1839 и 1840 годах состояние Фарадея было таково, что он нередко вынужден был прерывать свои занятия и уезжать куда-нибудь в приморские местечки Англии. Здесь он чувствовал себя настолько обессилевшим, что по целым дням ничего не в состоянии был делать, и, сидя у открытого окна, любовался морем и небом. Такое вынужденное бездействие сильно тяготило Фарадея и наводило его на мрачные мысли о своей якобы неспособности к серьезному умственному труду. Он не хотел понимать, что все дело в усталости, что ему необходим значительный отдых, – и при первом же ощущении возврата сил снова брался за работу и снова убеждался в своей слабости. Наконец, в 1841 году друзья убедили Фарадея поехать в Швейцарию, чтобы основательным отдыхом собрать силы для новых работ. Здесь мы прервем изложение научных изысканий Фарадея и сделаем обзор внешних событий его жизни за рассмотренные нами периоды его научной деятельности.