Квинтэссенция. Книга первая
Шрифт:
Фарадей при помощи тщательных опытов не только установил основной закон электролиза: количество выделившихся продуктов электролиза в точности пропорционально количеству прошедшего электричества, но и указал, что собирая и взвешивая продукты электрохимического разложения можно с большой точностью измерять количество прошедшего электричества.
Цикл опытов с электролитами привлек внимание Фарадея к старому вопросу: представляет ли электрический ток в проводниках одновременное движение двух различных электрических флюидов в противоположных направлениях
Фарадей решил этот вопрос радикально, в свойственной ему четкой форме: электрический ток — вовсе не флюид, а «… ось сил, в которой силы, в точности равные по величине, направлены в противоположные стороны».
Мы, с высот современности, можем считать это определение ошибочным. Ведь мы знаем, что электрический ток есть движение электрических зарядов.
Но следует признать, что Фарадей этим определением полностью отвергает возможность представлять электрический ток посредством механической модели, течением некоего флюида. Фарадей, далекий от математики, определяет сущность электрического тока посредством математического понятия — ось равных и противоположных сил.
Фарадей ставит перед собой следующий вопрос, волновавший физиков и философов со времен Ньютона: как осуществляется взаимодействие двух тел — на расстоянии или при помощи среды? Ньютон не верил в возможность действия на расстоянии. Но он уклонился от ответа на поставленный им же вопрос. Ведь математическая формула закона тяготения не содержит времени. Как объяснить это, отрицая дальнодействие?
Исследования электрических и магнитных сил снова возродили старую проблему. Многие крупные ученые верили в дальнодействие электрических и магнитных сил.
Фарадей считал, что проблема может быть решена эксперимантально и приступил к ней в 1837 году. Он рассуждал так. Действие на расстоянии может проявляться только по прямой линии, соединяющей взаимодействующие тела. Если же в процессе участвует среда, расположенная между взаимодействующими телами, то взаимодействие может передаваться и по кривой. И далее, — если среда не участвует во взаимодействии, то природа промежуточного вещества не должна влиять на результат; если же среда играет роль в передаче взаимодействия, то ее природа должна проявляться при измерениях.
Для проведения этих опытов Фарадей построил деревянную кабину, обтянутую металлической сеткой. Мы называем ее клеткой Фарадея. При сколь угодно больших зарядах, они располагаются на внешних поверхностях сетки, а внутри нее нет зарядов, мешающих проведению экспериментов.
Затем Фарадей проводит опыты со сферическими конденсаторами одинакового размера, но с различными изолирующими прокладками. Оказывается, что величина заряда сильно зависит от свойств изолятора. Значит среда влияет на взаимодействие, значит, взаимодействие происходит при участии среды, но так может быть только в случае близкодействия. Сняв верхнюю полусферу с заряженного конденсатора и коснувшись ею нижней полусферы, Фарадей «заряжал» их. Но поставив верхнюю полусферу на место, он убеждается, что конденсатор вновь оказывается заряженным. Его вывод — диэлектрик сохранил свое поляризованное состояние; заряд с его поверхности перешел на обкладку конденсатора.
Как объяснить в этом случае влияние среды, как она передает электрическое взаимодействие?
Ответ Фарадея: электростатическая индукция — влияние заряженного тела на тело, первоначально не заряженное, передается в веществе действием смежных частиц. Частицы вещества поляризуются под действием соседних заряженных частиц.
ДВА ПРОКЛЯТЫХ ВОПРОСА
Еще вопрос, мучивший Фарадея и ждавший своей очереди. Существует ли связь между электричеством и светом, между магнетизмом и светом?
В 1834–1838 годах Фарадей проводил опыты с целью обнаружить действие электричества на свет, но не обнаружил его. Затем он приступил к магнитооптическим опытам. Первые опыты тоже были неудачными.
Наконец, удача! Фарадей поместил между полюсами сильного электромагнита параллепипед из тяжелого стекла, содержавшего борнокислый свинец. Оптики называют его «флинтгас». Он пропускал через него поляризованный луч света, например света, прошедшего через кристалл исландского шпата, который исследовал еще Гюйгенс.
Кристалл был расположен так, что луч света оказывался поляризованным параллельно силовым линиям магнитного поля, возникавшим при включении электромагнита. При помощи второго кристалла исландского шпата, установленного таким образом, что он полностью задерживал свет, прошедший через первый кристалл и стекло, Фарадей обнаружил долгожданное действие магнитного поля на свет. При включении электромагнита свет проходил и через второй кристалл. Это могло происходить только в том случае, если магнитное поле при посредстве стекла влияло на проходящий через него свет. Оно поворачивало плоскость поляризации света.
Поясняя свое открытие Фарадей написал в ноябре 1845 года:
«Я полагаю, что в опытах, описываемых мною в настоящей статье, свет испытывал на себе магнитное действие, то есть, магнитному действию подвергалось то, что является магнитным в силах материи, а последнее, в свою очередь воздействовало на то, что является подлинно магнитным в свете».
Вспомним, что в то время общепризнанной была теория Френеля, объяснявшая оптические явления волнами в эфире, не имеющими ничего общего с магнетизмом!
Заменив магнит спиралью и пропустив через нее электрический ток, Фарадей наблюдал, что и в этом случае в стекле возникает вращение плоскости поляризации света в направление тока.
Влияние магнитного поля на поляризацию света, эффект Фарадея — имеет важные практические применения в радиотехнике сверхвысоких частот и в ряде оптических приборов. Так создают затворы или модуляторы электромагнитных волн, управляемые электрическим током.
Открыв влияние магнитного поля на свет, Фарадей установил, что оно возникает не во всех веществах и не наблюдается в пустоте.