Покоренный электрон

Ивановский Михаил Петрович

Начиная с 1600 по 1800 год — в течение двух веков — ученые исследовали только электрические заряды, их образование, накапливание, взаимодействие между собой, а также действие электрических разрядов.

С 1800 по 1831 год, то есть до открытия электромагнитной индукции, ученые все свое внимание обратили на новое явление — движение зарядов по проводникам исследовали особенности прохождения тока в металлах и жидкостях.

С 1831 года начинается новая эпоха. Ученые углубляются в изучение свойств полей — электрического и магнитного.

Теория Фарадея встречает возражения

Известие об открытии электромагнитной индукции облетело все

академии мира. Ученые на равные лады и каждый по-своему повторяли опыты Фарадея. Некоторые замечали новые особенности этого явления, ставившие их в тупик. Возражения против выводов Фарадея сыпались, как желуди с дуба в ветреный день. У индуктивного тока обнаруживали какие-то особые свойства, отличающие его будто бы от тока, поставляемого обычной гальванической батареей. Было объявлено о существовании нового, «индуктивного» электричества.

Нашлись также «ученые», которые стали доказывать, что электромагнитная индукция позволяет осуществить вечное движение, и в подтверждение ссылались на опыты Фарадея с катушкой и магнитом, когда движение магнита внутри катушки вызывало в проволочной обмотке индуктированный ток.

Фарадей объяснял смысл своего опыта так: силовые линии магнитного поля, окружающего железный стержень, пересекают витки проволочной катушки и тем самым вызывают в ней ток.

Такое объяснение правильно, но оно не исчерпывает сути явления. Превратно толкуя результаты опыта, некоторые физики вообразили, что ток в данном случае рождается магнитом. А так как магнит, сколько его ни двигай взад и вперед, не портится, не ослабевает, и его «сила» никак не расходуется, то, очевидно, катушка с магнитом внутри является настоящим вечным двигателем, способным рождать электрическую энергию из ничего.

Основной и всеобщий ломоносовский закон: «из ничего не может возникнуть что-то» был чужд и непонятен большинству ученых того времени. Даже позже, в 1851 году, немецкого ученого Юлия Майера, который собрал неопровержимые доказательства в пользу закона сохранения энергии, попросту объявили умалишенным и поместили в сумасшедший дом.

Фарадей не довел до конца объяснение открытого им явления. Этим-то и воспользовались невежды, пытавшиеся воскресить порочную идею вечного двигателя.

Решительное слово Ленца

В 1833 году исследованиями электромагнитной индукции занялся молодой русский ученый Э. X. Ленц. Он весьма глубоко разобрал все возражения, выдвинутые против Фарадея, и методично, многочисленными опытами, показал, что все эти возражения и опровержения основаны на ошибках тех людей, которые повторяли опыты Фарадея. Они либо не умели правильно поставить эти опыты, либо совершенно произвольно их истолковывали.

Особо тщательно Ленц изучал взаимодействие между магнитом и проволочной катушкой. Он установил, что приближение намагниченного стержня к замкнутой [2] катушке вызывает в ней индуктивные токи такого направления, что их магнитное поле противодействует, сопротивляется движению стержня. Магнитное поле катушки выталкивает назад магнитный стержень, и для того, чтобы вдвинуть его в катушку, необходимо преодолеть это сопротивление, то есть совершить определенную работу против сил магнитного поля индуктивного тока.

2

Индуктивный ток не может возникнуть в разомкнутой катушке, около нее не образуется магнитного поля, и она не мешает движению магнита.

Индуктивный ток,

возникая в катушке, не рождается из ничего. Для его образования приходится затрачивать энергию, то есть работать. Значит, энергия не рождается, а лишь преобразуется: механическая энергия превращается в электрическую.

Если к проволочной катушке поднести железный стержень, а затем пропустить по катушке достаточно сильный ток, то катушка втянет в себя стержень, то есть электрическая энергия перейдет в механическую — в движение стержня.

Ленц нашел также закон преобразования электрической энергии в тепловую (рис. 29).

Рис. 29. Изображен опыт Ленца: ток, проходя по спирали, которая погружена в воду, нагревает ее, а приборы измеряют затраченную электроэнергию, термометр показывает выделение тепла.

Он ясно показал, что и для электрических явлений закон сохранения энергии остается незыблемым. И впервые мир услыхал от Ленца новое слово — электрическая энергия.

Энергия, затрачиваемая током на преодоление сопротивления проводника, превращается в тепловую энергию. Мы пользуемся ею для нагревания воды в электрическом чайнике, для накаливания нитей осветительных лампочек. В электромоторах электрическая энергия превращается в механическую работу и т. д.

Безграничны области применения этого вида энергии, впервые подробно изученной Ленцем.

Появляются новые термины

Закончив опыты с электромагнитной индукцией, свою следующую работу Фарадей посвятил исследованию химического действия тока. Ученый стал пропускать электрический ток через различные растворы, наблюдая, как под действием тока разлагаются химические соединения.

Во время опытов Фарадей убедился, что ему трудно составлять описание их, у него для этой цели не хватает терминов. Чтобы описать какую- нибудь пустяковую проволочку, опущенную в воду, приходится сочинять длинную запутанную фразу. Фарадей решил придумать новые простые и короткие названия, составив их из древнегреческих слов.

Разложение растворенного вещества с помощью электрического тока получило название: электролиз — электрическое разложение. Жидкость, которую наливают в батарею или в сосуд для разложения ее на составные части, Фарадей назвал электролит.

Проволочки, пластинки, стержни, по которым ток проникает в прибор или выходит из него, стали называться электродами.

Тот электрод, через который ток «входит» в какой-либо прибор, Фарадей назвал анод — что значит восход (ано — вверх, одос — путь; анодос — путь вверх). Электрод, через который ток уходит из прибора, — катод («иду вниз» — заход). Фарадей, следуя установившейся традиции, тоже считал, что ток идет от плюса к минусу.

Частицы вещества в электролите, которые переносят электрические заряды, Фарадей назвал ионами, что значит — странствующие. Ионы, двигающиеся при электролизе к аноду, получили название анионов; ионы, движущиеся к катоду, — катионов (рис. 31).

Рис. 31. Движение заряженных частичек — ионов — в электролите.

Все эти термины сохранились в науке до настоящего времени.

Химическое действие тока