Реферат: Фарадей

Хотя 1822— 1831 гг. были полны кипучей научной деятельности в самых различных областях, тем не менее записной книжке Фарадея мы тогда же находим описание опытов «для получения электричества от магнетизма», правда, неизменно заканчивавшихся выводом: «безрезультатно».

Плодотворные результаты были достигнуты только в 1831 г. Летом этого года Фарадей стал усиленно обдумывать свою идею. Он решил отстраниться от всяко другой работы и все внимание посвятить новым экспериментам. В июле, получил снова предложение от Совета Королевского общества заняться оптическим стеклом, он ответил отказом и целиком занялся, как он это отмечал в лабораторном журнале, «опытом для получения электричества от магнетизма».

??? 29 ??????? 1831 ?. ???????, ??????????????? ? ?????????? ???????????? ?????????????? (???. 1), ???????? ????????? ???????????????? ?????????????? ????.

Рис 1

Решающим днем опытов было 17 октября 1831 г. Опыты этого дня завершились получением электрическо­го тока от приближения магнита к проводнику (прово­локе). Это и было собственно центральным моментом во всей серии опытов: задача «превратить магнетизм в электричество» была разрешена.

Все неудачи, которые Фарадей терпел до этого вре­мени, объясняются тем, что в опытах и магнит и про­водник оставались в состоянии покоя. Как говорит Сильванус Томпсон (один из биографов Фарадея), маг­нит мог лежать близ проводника преспокойно сто лет и никакого действия не произвел бы. «Цилиндрический по­лосовой магнит, — гласит запись этого дня, — диаметром в три четверти дюйма и длиной в восемь с половиной дюймов одним концом был вставлен в конец цилиндра с соленоидом (Рис. 2), затем он был быстро внесен

Рис. 2. Соленоид и цилиндрический магнит (схематическое изображение)

внутрь во всю свою длину, и стрелка гальванометра от­клонилась; далее он был удален, и стрелка снова откло­нилась, но в противоположном направлении. Этот эф­фект повторялся каждый раз, когда магнит вносили или удаляли. Из этого следует, что волна электричества со­здавалась от простого приближения магнита, а не от его нахождения in situ² ».

Из дальнейшего наибольший интерес представляют опыты, относящиеся к 28 октября 1831 г. Эта дата мо­жет считаться днем рождения прототипа современных динамо-машин — так называемого «медного диска Фарадея. В его записной книжке отмечено, что он «заставил медный диск вращаться между полюсами подковообразного магнита Королевского общества. Ось и край диска были соединены с гальванометром. Стрелка отклонялась, как только диск начинал вращаться».

Исключительно напряженная работа была проделана менее, чем в полтора месяца. Верный своему методу начав работу, довести ее до конца и опубликовать, Фарадей привел в систему все полученные им данные и составил доклад для Королевского общества, который и был им прочитан 24 ноября 1831 г. Этот доклад послу-

Фиг. 3. Медный диск Фарадея (собственноручный рисунок Фарадея).

жил основанием первой серии знаменитых «Опытных ис­следований по электричеству».

Заметим что в первых двух опытах о гальванометре не упоминается, появление индуцированного тока Фарадей наблюдал по отклонению магнитной стрелки, а уже в опыте с медным диском «ось и край диска были соединены с гальванометром»

Гальванометр Фарадей изготовил сам, вот так его описал сам автор.

«гальванометр был изготовлен примитивно, но все же был достаточно чувствителен в отношении своих показаний. Провод был медный с шелковой изоляцией, и содержал 16 или 18 витков. Две швейные иглы были намагничены и пропущены через высушенную соломинку параллельно одна другой. Эта система была подвешена на волокне из сученого шелка, так чтобы нижняя игла находилась внутри витков многократно намотанного провода, а верхняя под ними. Последняя являлась более сильным магнитом и давала устройству ориентировку относительно земли. На рис. 4 показано направление провода и игл, когда был помещен в магнитный меридиан. Для удобства дальнейших ссылок концы проводов отмечены буквами А и В, буквы S и N обозначают южный и северный концы иглы, когда на нее действует только земной магнетизм. Коней иглы N является, следовательно, отмеченным полюсом. Весь прибор был защищен стеклянной банкой; его положение и расстояние относительно большого магнита было такое же, как раньше.

Рис. 4

До открытия электромагнитной индукции многочис­ленные исследования, обогащая учение об электромаг­нетизме новыми данными, скорее осложняли, чем облег­чали, понимание получаемых фактов. Фарадей же внес полную ясность в эту область и тем самым открыл но­вые перспективы в изучении электромагнитных явлений. Именно с момента открытия электромагнитной индукции учение об электричестве пошло семимильными шагами вперед, обогащаясь все новыми и новыми достижения­ми. Больше всего плодов от этого открытия пожал сам Фарадей, придерживавшийся своеобразного мнения на права и судьбы ученого, возделавшего новое поле в науке.

Тиндаль писал в своих воспоминаниях: -«Фарадей держался того взгляда, что основатель важного закона или принципа имеет право на «остаточные колосья после жатвы» (его собственное выражение), т. .е. на все вы­воды из его открытий. Руководимый открытым принци­пом, его могучий ум с помощью чудесных десяти паль­цев обошел широкое поле и едва ли оставил для сбо­ра последователям хотя бы крохи фактов».

Открыв новый источник электричества, Фарадей стал размышлять о «тождестве двух электричеств», т. е. о том, одна ли и та же природа у электричеств, получае­мых от различных источников: электростатической ма­шины, гальванического элемента, термоэлемента и т. п. Этот вопрос возник сразу же как только вслед за элек­тростатической машиной появился новый источник элек­тричества—вольтов столб (гальванический элемент). Многие ученые отрицали, что вольтов столб производит то, что можно было бы назвать «электричеством», и не употребляли даже этого последнего термина в связи с вольтовым столбом, предпочитая в этом случае говорить «о гальванизме». В учебных пособиях по физике в нача­ле XIX века можно было встретить самостоятельные разделы: «электричество» и «гальванизм». Вопрос о то­ждестве электричёств до 20-х годов прошлого столетия оставался предметом дискуссий на страницах научных журналов.

Когда Фарадей направлял свой интерес на какую-либо проблему { в данном случае на проблему тожде­ства электричёств), он уже не переставал думать о ее разрешении до тех пор, пока не находил ясного ответа.

Проблемой тождества электричеств Фарадей зани­мался до конца 1832 г. В январе 1833 года он доложил Королевскому обществу о своих исследованиях, которые привели его к выводам, не допускающим никаких сом­нений в том, что природа всех видов электричества одинакова. Все эти виды, каково бы ни было их происхож­дение, в состоянии произвести все присущие электриче­ству действия — физиологические, химические, магнит­ные, световые и механические.

Фарадей опубликовал с 1831 по 1855 г. всего трид­цать серий «Опытных исследований», изложенных в форме кратких параграфов. Общее число этих парагра­фов достигло 30430. «Опытные исследования» периодически публиковались в журнале «Philosophical Transac­tions» — печатном органе Королевского общества.

Отличительной чертой научных взглядов Фарадея было твердое убеждение в единстве сил природы. Именно эта теоретическая установка побудила его добиваться «превращения магнетизма в электричество». Той же, мыслью он руководился и в дальнейших работах. Стремление доказать тождество электричеств является следующим шагом в утверждении идеи о единстве сил, природы.

Успешно завершив свои исследования по связи между магнетизмом и электричеством, Фарадей предпринял ряд опытов по установлению связи между химическими и электрическими явлениями. Этот вопрос, не менее чем другие, занимал внимание его современников и изучал­ся многими учеными. Фарадей указывает на «замеча­тельную теорию, предложенную сэром Гемфри Дэви и развитую Берцелиусом и другими выдающимися учены­ми, согласно которой обычное химическое сродство яв­ляется следствием электрического притяжения между частицами- вещества».

Исследования связи между химическими и электри­ческими явлениями привели к весьма важным результа­там. Фарадей приступил к этим исследованиям в 1832 г., т. е. тогда же, когда занимался проблемой тождества электричеств, а в 1833 г. он пришел к выводам, изве­стным в истории науки под названием «количественных электрохимических законов Фарадея». Поэтому-то Фара­дей справедливо считается одним из основателей элек­трохимии.

Открытие законов электролиза дало повод Фарадею высказать весьма важные соображения относительно атомной структуры электричества. Несомненно, с этим преемственно связано современное представление об электроне.

Фарадей ввел в научный язык основную, до сих пор сохранившуюся электрохимическую терминологию. Ему принадлежат употребляемые теперь во всем мире тер­мины: «электролит», «электрод», «анод», «катод»

Исследованиям по электрохимии Фарадей посвятив несколько серий. Электрохимия возникла вслед за изобретением «вольтова столба». По вопросу о причине возникновения. электродвижущей силы в вольтовом столба шел спор с самого начала его появления.

Первую теорию выдвинул сам Вольта. Эта теория известная в истории науки под названием «контактной теории» (в русской литературе часто употреблялся тер мин «теория прикосновения»), заключается в утверждении, что электрический ток возбуждается от прикосновения различных металлов. От этого прикосновениязарождается электродвижущая сила, которая «разделяет соединенные электричества и гонит их (в виде то ков) по противоположным направлениям»..