Книга Фарадей. Электромагнитная индукция - Сержио Рарра Кастильо

* * *

Также Уоттс настаивал на том, что необходимо проверять все, что говорится и делается без обобщений, а говорить и писать нужно точно и понятно. Как мы видим, Фарадей был прекрасным писателем, способным дать представление о своих открытиях в понятной и четкой форме, не прибегая к математическим уравнениям, будто бы перенося свой ясный ход мыслей на бумагу. Также он стал одним из крупнейших популяризаторов науки своей эпохи, особенно это касалось его участия в публичных лекциях.

Еще одним важным аспектом, который выделял Уоттс, было ведение постоянных записей в блокноте. Фарадей строго следовал этому правилу и даже планировал собственноручно переплести все свои записи, чтобы получить большую книгу обо всех вещах, которые он узнал и не хотел бы забыть. Стремясь к порядку, ученый преобразовывал все данные, полученные в ходе экспериментов, в письменные работы — так он сам следовал собственному лозунгу, который однажды раскрыл английскому химику Уильяму Круксу: «Работай. Заверши. Опубликуй». Кроме 450 статей, его наследие включает следующие публикации: «Химические манипуляции» (изложение в четырех томах исследований Фарадея в области химии, 1827), «Экспериментальные исследования по химии и физике» (дополнение к предыдущей работе, 1859), «Экспериментальные исследования по электричеству» (три тома, опубликованных с 1839 по 1855 год), «Силы материи и их взаимоотношения» и «История свечи» (обе работы основаны на рождественских лекциях для юношества за 1860 и 1861 год соответственно), «Дневник Фарадея» (изложение семи томов рукописных записей ученого по лабораторным исследованиям в Королевском институте с 1820 по 1862 год).

Фарадей записывал различные идеи, которые надеялся однажды рассмотреть подробнее, а также вопросы, требовавшие ответов. Вопросы, на которые ему удавалось найти ответ, вычеркивались из списка, рядом он ставил дату, когда нашел решение. Например, среди ряда его идей, которые планировались для изучения в 1822 году, были переход магнетизма в электричество, состояние электричества внутри и на поверхности проводников, связь отклонения шарика из косточки бузины с изменением электричества в результате индукции.

Шотландский физик Джемс Клерк Максвелл (1831–1879), собравший наследие Фарадея, чтобы расширить его исследования и перевести его идеи на язык математики, так пишет о жизненных установках ученого, противопоставляя его другому гению электричества, французу Андре-Мари Амперу:

«Фарадей, напротив, показывает нам как свои неудавшиеся эксперименты, так и успешные, свои смутные догадки и хорошо разработанные идеи, поэтому читатель вне зависимости от уровня своих мыслительных способностей чувствует интерес, восхищение и думает, что при возможности тоже мог бы быть великим открывателем. Таким образом, каждый студент обязан прочесть работы Ампера, представляющие безукоризненный пример научного стиля при обосновании открытия, но также нужно изучать Фарадея, чтобы культивировать свой научный дух с помощью рассмотрения воздействия и реакции между новыми фактами, раскрытыми и представленными Фарадеем, и процессом рождения идей в его голове».

ГЛАВА 3.

Электрическая искра

Взявшись за вопросы электричества и магнетизма, Фарадей приблизил наступление великой экспериментальной революции. Его открытия, совершенные с использованием собственного метода, подсказанного твердой верой, привели к важным социальным изменениям: благодаря огромной силе, скрывавшейся в электромагнитных явлениях, не только возрос уровень жизни сограждан ученого, но и встал вопрос полного переоборудования производств, созданных в годы промышленной революции.

Как уже говорилось, в начале XIX века электричество больше связывалось с химией, чем с физикой, поэтому исследования Фарадея в области химии привели его к экспериментам с электричеством. В действительности ученый первым начал отделять электричество от химии, подчеркивая его фундаментальную связь с физикой.

Термин электричество происходит от древнегреческого слова «янтарь» — elektron. Этот материал, потертый о шерсть, притягивает волокна соломы. В 1600 году Уильям Гильберт (1544–1603) выяснил, что этим странным свойством обладает не только янтарь, но также стекло, сера, соль и другие материалы, которые мы называем диэлектриками. Век спустя Стивен Грей (1666–1736) провел эксперименты, доказавшие, что электричество переходит с одних тел на другие, если они соединены металлом. В 1773 году Шарль Дюфе (1698–1739) открыл два вида электростатического взаимодействия — смоляное и стеклянное. Разные виды взаимно притягиваются, одинаковые — отталкиваются. Позднее Бенджамин Франклин сделал вывод о том, что каждое тело обладает определенным количеством электрического флюида: при трении одного тела о другое нарушается равновесие, у одного из тел возникает нехватка флюида (-) (эквивалентно смоляному электричеству), а у другого — избыток (+) (эквивалентно стеклянному электричеству). К 1760-м годам Даниил Бернулли, Пристли и Кавендиш пришли к выводу о том, что электростатическое взаимодействие изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, как и в случае с гравитационным взаимодействием. В 1785 году Шарль Кулон измерил данную зависимость, представив ее в виде закона, который сейчас носит его имя.

И все же, несмотря на некоторые достижения, электричество оставалось абсолютной загадкой. По словам нобелевского лауреата по физике Леона Ледермана (р. 1922), в эпоху, когда жил Фарадей, электричество вызывало столько же вопросов, сколько сегодня вызывают кварки — мельчайшие неуловимые частицы, входящие в состав протонов и нейтронов. Ни одна из имевшихся тогда обоснованных научных формул не могла объяснить явление, при котором ток проходит по медной проволоке и притягивает металлические опилки, несмотря на то что между ними только пустое пространство.

Уже в 1812 году Фарадей, проявляя склонность к экспериментаторству, заинтересовался этой загадкой и изготовил гальваническую батарею из семи монеток по одному пенни, семи цинковых дисков и шести листов бумаги, смоченных в растворе соляной кислоты. К сожалению, юношу отвлекли от собственных исследований задания, полученные от Дэви, так что Фарадей вернулся к собственной линии экспериментов спустя многие годы — после смерти Дэви в 1829 году. Ученый приступил к работе по данной теме, что привело к революции в существующих взглядах на электричество и магнетизм.

После открытия в 1821 году датским химиком Хансом Кристианом Эрстедом магнитного поля, образуемого электрическим током, Фарадей еще раз обратился к практике и создал серию аппаратов для получения, как он это называл, электромагнитного вращения. Так впервые появились электрический двигатель и динамо-машина. В 1831 году благодаря экспериментам, поставленным совместно с изобретателем и членом Королевского общества Чарльзом Уитстоуном (1802–1875), Фарадей начал изучать явление электромагнитной индукции и открыл, что при движении магнита в катушке индуцируется электрический ток. Это позволило математически описать закон, согласно которому магнит может производить электричество.

Однако работу Фарадея нарушило неожиданное препятствие — любовь. Это была 23-летняя дочь одного из членов общины сандеманиацнев, Сара Барнард (1800–1879). Она сразу же привлекла внимание ученого, но поставленные им цели в науке были так высоки, что он считал любую другую деятельность, в том числе любовь, лишь отвлекающим от работы фактором. Фарадей даже написал стихотворение, в котором обвинял любовь в том, что она отвлекает мужчин от важных дел. По иронии судьбы, именно это стихотворение стало причиной сближения Майкла и Сары: девушка очень обиделась на текст, и Фарадею пришлось объясниться с ней, чтобы восстановить хорошие отношения. В результате 12 июня 1821 года Майкл Фарадей, сын кузнеца-сандеманианца, заключил брак с Сарой Барнард, дочерью серебрянщика и сандеманианского пастора.