2.3. Тепловое действие тока

Среди тепловых эффектов, производи­мых током батареи, самым наглядным, без сомнения, была дуга между двумя угольными проводниками. В 1810 г. Дэви с помощью большой батареи, состоявшей из 2000 элементов и построенной им на средства Королевского института. Помимо различных опытов по быст­рому накаливанию и расплавлению металлов, которыми он поражал публику на своей первой лекции, проведенной после сооружения этой колоссальной батареи, Дэви также провел опыт с кусками угля длиной с дюйм и толщиной в шестую часть дюйма, включенными в цепь батареи. После того, как цепь тoка была замкнута, проскочила ярчайшая искра и куски угля накалились добела более чем на половину своей длины, «когда же оба куска угля стали удалять друг от друга, образовался непре­рывный разряд через раскаленный воздух на расстоянии по крайней мере в четыре дюйма в виде необыкновенно яркой широкой световой дуги конической формы, обращенной выпуклостью вверх».

Дэви сразу же проверил, насколько высока температура этой дуги, которая плавила платину, «как будто то был воск в пламени свечи». Длину дуги можно было увеличивать, помещая ее под колпак пневматической маши­ны и разрежая воздух, и если разреженность была достаточно сильной, удавалось получать дугу очень эффектного пурпурного цвета длиной в шесть или семь дюймов.

Если опыт с дугой поражал своей эффектностью, то другие тепловые явления казались весьма запутанными. Так, проведя по совету Волластона опыт с двумя платиновыми проволоками, Чилдрен (1815) обнаружил, что из двух платиновых проволок одинаковой длины, но разного диаметра, под­ключенных в цепь последовательно, раскалялась только более тонкая, тогда как при параллельном включении раскалялась только более толстая. Дэви (1821), нагревая лампой часть цепи, добивался уменьшения температуры другой ее части, а охлаждая ее льдом, получал увеличение температуры другой части.

Вплоть до 1841 г. все попытки объяснить эти и многие другие странные явления оказывались несостоятельными, но все более укреплялось мнение, что нагревание проводников связано с сопротивлением, которое они оказыва­ют проходящему через них току, так что большему сопротивлению соответ­ствует большее выделение тепла. Это мнение было высказано еще Киннерсли по поводу тепла, выделяемого разрядом лейденской банки. Основываясь на упомянутых выше опытах, Дэви пошел дальше, утверждая, что «...проводящая способность металлов меняется с изменением температуры и уменьшается в том же отношении, в каком растет температура».

Этот закон сейчас хорошо известен; гораздо менее известно, кто открыл его.

2.4. Магнитное действие тока

Возможное существование тесной связи между элек­тричеством и магнетизмом предполагали уже самые первые исследователи, пораженные аналогией электростатических и магнитостатических явлений притяжения и отталкивания. Это представление было настолько распро­странено, что сначала Кардан, а затем и Гильберт считали его предрассудком и всячески старались показать различие этих двух явлений. Но это предполо­жение снова возникло в XVIII в. уже с большим основанием, когда было установлено намагничивающее действие молнии, а Франклину и Беккариа удалось добиться намагничивания с помощью разряда лейденской банки. Законы Кулона, формально одинаковые для электростатических и магнитостатических явлений, вновь выдвинули эту проблему.

После того как благодаря батарее Вольта появилась возможность полу­чать электрический ток в течение долгого времени, попытки обнаружить связь между электрическими и магнитными явлениями стали более частыми и более интенсивными. И все же, несмотря на интенсивные поиски, открытие заставило себя ждать целых двадцать лет. Причины такой задержки следует искать в научных представлениях, господствовавших в те времена. Все силы понимались только в ньютоновском смысле, т.е. как силы, которые действуют между материальными частицами по соединяющей их прямой. Поэтому исследователи старались обнаружить силы именно этого рода, создавая при­способления, с помощью которых они надеялись обнаружить предполагаемое притяжение или отталкивание между магнитным полюсом и электрическим током (или, выражаясь более общим образом, между «гальваническим» флюи­дом и магнитным флюидом) или же пытались намагнитить стальную иглу, направляя по ней ток.

Когда 21 июля 1820 г. в статье на латинском языке, озаглавленной “Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam”, датский физик Ганс Христиан Эрстед (1777 – 1851) описал фундаментальный опыт по электромагнетизму, доказывающий, что ток в прямолинейном проводнике, идущем вдоль меридиана, отклоняет магнитную иглу от направления меридиана, интерес и удивление ученых были велики не только потому, что было получено столь долго разыскивавшееся разрешение проблемы, но и потому, что новый опыт, как сразу же стало ясно, указывал на силу неньютоновского типа. В самом деле, из опыта Эрстеда ясно было видно, что сила, действую­щая между магнитным полюсом и элементом тока, направлена не по соеди­няющей их прямой, а по нормали к этой прямой, т.е. она, как тогда говори­ли, является «силой поворачивающей». Значение этого факта чувствовалось уже тогда, хотя полностью оно было осознано лишь много лет спустя. Опыт Эрстеда вызвал первую трещину в ньютоновской модели мира.

О том затруднении, в которое попала наука, можно судить, например, по замешательству, в котором находились итальянские, французские, англий­ские и немецкие переводчики, переводившие на родной язык латинскую статью Эрстеда. Часто, сделав буквальный перевод, представлявшийся им неясным, они приводили в примечании латинский оригинал.

Действительно неясным в статье Эрстеда еще и сегодня остается объяс­нение, которое он пытается дать наблюдавшимся им явлениям, обусловлен­ным, по его мнению, двумя противоположно направленными спиральными движениями вокруг проводника «электрической материи, соот­ветственно положительной и отрицательной».

Исключительность явления, открытого Эрстедом, сразу же привлекла к нему большое вни­мание экспериментаторов и тео­ретиков. Араго, вернувшись из Женевы, где он присутствовал при аналогичных опытах, по­вторенных Де ла Ривом, рас­сказал о них в Париже, а в сен­тябре 1820 г. собрал свою известную установку с вертикальным проводником тока, проходящим сквозь горизонтально распо­ложенный кусок картона, посыпанный железными опилками. Но окружно­стей из железных опилок, которые мы обычно замечаем при проведении этого опыта, он не обнаружил. Экспериментаторы видят ясно эти окружности с тех пор, как Фарадей выдвинул теорию «магнитных кривых», или «сило­вых линий». Действительно, нередко, чтобы увидеть что-то, нужно очень желать этого! Араго же видел только, что проводник, по его выражению, «облепливается железными опилками так, как если б это был магнит», из чего он сделал заключение, что «ток вызывает магнетизм в железе, которое не подвергалось предварительному намагничиванию».