Великие химики. В 2-х томах. Т. 1.
Шрифт:
— Объяснений пока нет, сообщается лишь сам факт.
— Для проверки можно повторить описанные опыты. Возможно, нам удастся проникнуть в суть явления.
Ученые занялись экспериментами, но вскоре Фарадей вынужден был продолжить работу один, так как Дэви занялся другими исследованиями. В конце 1821 года Фарадей закончил опыты. Ликующий, он вышел из лаборатории и отправился домой — в лоно спокойствия.
— Сара, сегодня у меня двойной праздник. Во-первых, я нашел окончательную формулировку нового закона: магнитная стрелка отклоняется точно под прямым углом к направлению электрического тока. А во-вторых, достроил прибор, в котором магнит может непрерывно вращаться вокруг неподвижного проводника.
— Майкл, я слабо разбираюсь в этих вещах, но искренне рада, если это так важно для тебя.
Фарадей установил принцип работы электромотора, однако развить идею до конца ему не удалось [329] .
Чета Фарадей мирно и счастливо встретила новый, 1822 год. Этот и последующие годы были исключительно плодотворными для ученого.
Члены Королевского общества понимали,
329
В своей статье «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма» Фарадей дал исключительно ясное физическое толкование проблемы трансформации электрической энергии в энергию механическую. Перевод этой статьи на русский язык см. в книге: Ефремов Д. В., Радовский М. И. Электродвигатель в его историческом развитии. — М. — Л.: Изд-во АН СССР, 1936, с. 1–20.
330
Джон Фредерик Уильям Гершель (1792–1871) — английский астроном, почетный иностранный член Петербургской Академии наук. Большое влияние на Фарадея оказали идеи Гершеля, который в отклонении магнитной стрелки под действием тока видел спиралевидную симметрию, аналогичную вращению плоскости поляризации светового луча при его прохождении через некоторые тела. Однако проведенные Фарадеем в 1834 г. и повторенные им в 1838 г. опыты с целью обнаружения действия электрического поля на свет не дали желаемого результата. О Гершеле см.: Колчинский И. Г. и др., ук. соч., с. 74; Еремеева А. И. Выдающиеся астрономы мира, ук. соч., с. 174–181.
В это время Фарадей стал работать в близком контакте с Гершелем. Молодой Гершель занимался изучением света. Для его исследований необходимы были самые разнообразные оптические приборы. Для их изготовления нужно было специальное оптическое стекло. Гершель обратился за помощью к Фарадею.
— Джордж Доллонд [331] выполнил все мои пожелания и сконструировал очень сложные приборы, но качество стекла линз меня не устраивает. Нужно стекло с лучшими свойствами преломления света. Я осмелюсь, господин Фарадей, попросить вашей помощи.
331
Джордж Доллонд (1774–1852) — один из членов потомственной английской семьи мастеров-инструментальщиков.
— В каком смысла?
— Попытайтесь создать стекло с хорошими преломляющими свойствами.
— Пожалуй, я попытаюсь помочь вам. Печь в подвале института, в которой когда-то варили сталь, еще сохранилась. Первые опыты проведем там. Для начала нам понадобится только несколько специальных тиглей.
Почти пять лет Фарадей получал и исследовал разнообразные сорта стекла. Он получил тяжелое боросиликатное стекло с очень хорошими оптическими свойствами [332] . Были получены и другие виды стекла. Однако постепенно Фарадей потерял интерес к этой работе. Его по-прежнему увлекало электричество. Но его аппаратура для исследований давно покрылась пылью: после смерти Дэви никто не занимался этими вопросами. Летом 1831 года Фарадей оставил все другие исследования и целиком посвятил себя этой проблеме. За короткий промежуток времени он открыл принцип действия трансформатора и динамомашины, явление электромагнитной индукции. Особенно интересными ему показались вопросы, связанные с прохождением электрического тока через различные вещества. Фарадей установил, что водные растворы некоторых веществ проводят электрический ток. Два конца проводника, которые он погружал в раствор электролита, были названы им электродами [333] . В это время он нередко встречался и беседовал с Реверендом Уэвеллом [334] , занимавшимся историей науки.
332
В процессе работы по улучшению качества оптического стекла (1824–1830 гг.) Фарадей получил тяжелое свинцовое стекло, хорошо отвечавшее требованиям оптики. Это стекло применялось в микроскопах и призмах. Спустя 20 лет, используя свое «тяжелое стекло», Фарадей открыл явление вращения плоскости поляризации света. Открытое Фарадеем явление сыграло большую роль в развитии стереохимии.
333
Фарадей предложил ряд электрохимических терминов, которые прочно вошли в науку: электролиз (с греческого — разложение электричеством), электрод (путь электричества), катод (путь вниз), анод (путь вверх), ион (идущий), электролит (вещество или раствор, подвергаемые электролизу), анион, катион, диэлектрик (Менпгуткин Б. Н., ук. соч., с. 176–177; Химия и жизнь, № 2, 1973; Выдающиеся физики мира,
334
Реверенд Уильям Уэвелл (Вэвелл) (1794–1866) — английский ученый-классик и историк науки, коллега по работе Фарадея, участвовал в компании по введению в электрохимию новой терминологии; в своей «Философии индуктивных наук» (1840 г.) впервые употребил слово «ученый». О Уэвелле см.: Химия и жизнь, № 2, 38 (1973); Мамчур Е. А. Тр. XIII Межд. конгресса по истории науки. Секция I. — М., 1974, с. 322–325.
— Когда я вращаю диск электрической машины, электричество, которое она создает, протекает через электроды в раствор. Оно вызывает разложение растворенного вещества на два вида частиц — катионы (несущие положительный заряд) и анионы (несущие отрицательный заряд). Потом катионы направляются к катоду, а анионы — к аноду. Здесь они теряют свои заряды и превращаются в нейтральные вещества. Вот схема процесса электролиза, — пояснил Фарадей.
— Будет ли этот процесс иметь практическое значение?
— Конечно. Еще до выяснения сущности этого явления Дэви сумел с его помощью получить калий, натрий, кальций и ряд других металлов.
— Занятно.
— Я могу показать действительно нечто занятное. Посмотрите. Эта бумажка пропитана раствором иодида калия. Присоединяю к ней оба проводника и начинаю вращать диск электрической машины. Видите, около одного электрода образовалось коричневое пятно. Это анод. Обратите внимание, как пятно постепенно увеличивается.
— Да, и чем дольше вы вращаете диск, тем обширнее становится коричневое пятно.
— Выделяется свободный иод. Но важнее другое. Вы имеете возможность наглядно убедиться в основной закономерности: количество выделенного на электродах вещества прямо пропорционально прошедшему через раствор количеству электричества.
Уэвелл остановил взгляд на склянке, наполненной каким-то раствором. В нее были погружены две пробирки, заполненные раствором.
— А это что такое?
Это вольт-электрометр. Закон электролиза, который я только что вам демонстрировал, может использоваться для измерения количества электричества. Если через этот раствор пропустить ток, в пробирках собираются водород и кислород. Чем больше соберется этих газов, тем большее количество электричества прошло через раствор.
— Придумано весьма остроумно.
— С помощью этого прибора я проверил, каков будет результат, если через различные растворы пропустить одно и то же количество электричества. И знаете, что установил?
Уэвелл с интересом ждал ответа.
— Количества веществ, выделенных одним и тем же количеством электричества, относятся друг к другу, как их химические эквиваленты.
Это были два великих закона — первый и второй законы электролиза.
— Знаете, Уэвелл, мне кажется, что я начинаю стареть.
— Вы еще полны энергии, Фарадей. О чем вы говорите?
— Что-то стали сильно побаливать ноги. У меня ведь ревматизм.
— А почему бы вам не отдохнуть? Поезжайте куда-нибудь на юг, подлечитесь.
— Я уж и так решил поехать с женой в Швейцарию.
Два года пребывания Фарадея в Швейцарии лишь ненамного облегчили его страдания. С 1835 года он сократил число лекций. Потом пришлось ограничить время и на исследования. Однако ученый не мог жить без лаборатории. Его постоянно занимали мысли об электричестве — этой таинственной и неизученной силе, которая порождается при движении проводника в магнитном поле, разлагает вещества, превращает кусок металла в магнит.
«Пространство около проводника приобретает особые свойства. Там создается электромагнитное поле, а интенсивность этого поля можно охарактеризовать посредством электромагнитных силовых линий…», — писал Фарадей.
Впервые ученый стал говорить об электромагнитных силовых линиях и электромагнитном поле [335] . Однако для объяснения сути сделанных им открытий была необходима математическая обработка, но это было не по силам Фарадею. Лишь позднее его идеи получили блестящее развитие в математической теории электромагнитного поля Джемса Клерка Максвелла [336] .
335
Фарадей был физиком-материалистом, верящим во взаимопревращаемость всех сил природы, но он выступал против атомистики. Тем не менее А. Г. Столетов писал: «Никогда со времен Галилея свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидит другого Фарадея…». О философских взглядах Фарадея см.: Кудрявцев П. С. Фарадей. — М.: Просвещение, 1968. — (Люди науки).
336
Джемс Клерк Максвелл (1831–1879) — выдающийся английский физик, крупнейший популяризатор, первый директор (с 1871 г.) Кавендишекой лаборатории Кембриджского университета, создатель теории электромагнитного поля (наряду с Фарадеем) и электромагнитной теории света; в 1860 г. открыл закон распределения молекул газа по скоростям. О Максвелле см.: Мак-Дональд Д., ук. соч., с. 63–115; Биографический словарь, ук. соч., т. 2, с. 9; Выдающиеся физики мира, ук. соч., с. 246–253; Томсон Д. П. Дух науки. — М.: Знание, 1970, с. 27–31; Карцев В. П. Приключения великих уравнений. — М.: Знание, 1971. — (Жизнь замечательных идей); Гернек Ф. Пионеры атомного века: Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга. Пер. с нем. — М.: Прогресс, 1974. с. 37–53; Карцев В. П. Максвелл. — М.: Мол. гвардия, 1974. — (ЖЗЛ); Кудрявцев П. С. Максвелл. — М.: Просвещение, 1976. — (Люди науки).