Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция

* * *

Гемфри Дэви, покровитель Фарадея

В жизни сэра Гемфри Дэви можно провести некоторые параллели с его помощником и протеже Майклом Фарадеем: ученый также происходил из бедной семьи. Дэви родился в Пензасе, в Корнуолле, 17 декабря 1778 года. Его отец был резчиком по дереву, а сам Дэви стал учеником аптекаря. Однако с 1797 года, вдохновившись книгой французского химика Антуана Лавуазье, Дэви принял решение стать химиком. Он был учеником у аптекаря, а по завершении обучения поступил помощником к врачу, который основал учреждение для исследования лечебных свойств газов. Уже в 20 лет Дэви стал заведующим учреждения и ставил эксперименты, опровергающие теорию о теплороде, предложенную самим Лавуазье, который вдохновил юношу к занятиям химией. Согласно данной теории, каждое тело обладает определенным количеством теплорода (вещества, отвечающего за тепловые процессы), и изменение температуры, происходящее при контакте двух тел с разной температурой, связано с передачей теплорода. Дэви показал, что при трении двух кусочков льда между собой они начинают таять, хотя не обладают достаточным для таяния количеством теплорода. После этого опыта он понял, что тепло каким-то образом связано с движением.

Член Королевского института

Уже став лектором Королевского института, в 1813 году Дэви опубликовал книгу, в которой впервые шла речь о применении химии в сельском хозяйстве. Однако самые заметные достижения сделаны Дэви в области электричества. Например, он создал самую мощную в мире батарейку, состоявшую из 250 металлических пластин. Это гигантское устройство использовалось для выделения калия, натрия, бария, стронция, кальция и магния. В 1811 году ученый серьезно пострадал из-за химического отравления, а через год сильно повредил себе глаза в результате взрыва трихлорида азота. Он был назначен президентом Королевского общества. Умер Дэви в Женеве 29 мая 1829 года, во время одного из путешествий по странам Европы, которые он совершал для обмена знаниями с коллегами-учеными.

* * * 

С лекции он вернулся в восторженном настроении: наконец-то перед ним открылся путь, о котором он мечтал. Однако дорога домой пролегала по темным улицам, на которых так не хватало городского освещения, и Фарадей начинал понимать, что после завершения цикла лекций Дэви ему придется оставить эту жизнь, найти себе более оплачиваемую работу, чтобы содержать семью, и, в конце концов, отказаться от надежд и мечтаний. Конечно, можно попробовать каким-то образом привлечь внимание Дэви, который обладал достаточным авторитетом, чтобы открыть талантливому переплетчику дверь в науку. Ho как это сделать, было непонятно.

В течение следующих месяцев, за которые Фарадей посетил еще три лекции Дэви, ему пришла в голову идея. Майкл скопировал свой конспект лекций, переплел его в книгу с изысканной обложкой и вручил Дэви как подарок. Фарадей хотел произвести на ученого такое же впечатление, какое некоторое время назад он произвел на Денса Джунра, подарившего ему билеты на лекции Дэви. Вместе с прекрасно переплетенной книгой конспектов Майкл также вручил ученому письмо с просьбой о работе. Фарадей рассчитывал встретить то же восхищение, как и произведенное на Денса Джунра. Подаренная книга из 396 страниц в искусном переплете представляла собой начисто переписанный конспект с цветными иллюстрациями.

В это время Дэви сделал перерыв в чтении лекций: он был произведен королевой в рыцари, а также женился на богатой вдове и отправился в медовый месяц в Шотландию до конца года. Однако Фарадей терпеливо ждал реакции Дэви на свой подарок и просьбу. Для него это был последний шанс осуществить свою мечту. Ho ответа все не было, и Майкл был вынужден приступить к трудам в качестве переплетчика. Срок его ученичества у Рибо закончился, он получил работу у нового хозяина, Анри Деляроша, которая оплачивалась выше, но Делярош считал, что научные мечты Фарадея только мешают работе.

Наконец, 24 декабря элегантный лакей позвонил в дверь на Веймут-стрит и вручил Фарадею записку от самого ректора Королевского института Гемфри Дэви:

«Я очень далек от того, чтобы с неблагодарностью принять этот образец доверия, который Вы мне вручили и который является свидетельством рвения, внимания и способностей. Я вынужден отсутствовать в городе и не вернусь раньше конца января. Буду рад встретиться с Вами после возвращения, когда Вы пожелаете. Мне будет приятно помочь Вам в том, что будет в моих силах».

Фарадею был 21 год. Он встретился с Дэви, чтобы стать его учеником, однако ученый вынужден был отказать юноше, так как вакантных мест в институте не было. Майкл находился на грани отчаяния. Он видел перед собой только работу переплетчика, которая теперь казалась ему настоящим наказанием. Ho по воле судьбы помощник Дэви был уволен за драку, и ученый взял Фарадея под свое покровительство. Возможно, он решился принять на работу молодого человека без опыта, потому что и сам имел похожую судьбу: Дэви также в 22 года был принят лектором в Королевский институт его основателем Рум- фордом, несмотря на то что был молодым провинциальным ученым, и сам Румфорд сомневался в его талантах.

Дэви предложил Фарадею пост помощника в лаборатории — это была самая нижняя ступень в иерархии должностей Королевского института. Однако Фарадей принял предложение. Для него это была возможность попасть в круг образованных людей, оказаться в настоящей лаборатории, учиться у Дэви, а затем и самому подняться по социальной лестнице.

ПЕРВЫЕ ИСКРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Впервые у Фарадея появилась возможность изучить, что такое электричество. Такая же цель была и у физика, жившего в Дании, Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851).

В 1820 году Эрстед открыл, что под действием электрического тока стрелка компаса немного двигается, как будто бы сам ток ведет себя как магнит. Это открытие не смутило Фарадея, а напротив, подтвердило его убеждение в глубинной связи магнетизма и электричества. Все указывало на то, что обе силы взаимозаменяемы, но пока не было понятно, что в них общего. Если электричество может действовать как магнит, нужно было доказать, что магнетизм действует как электричество. Возможно ли получить электричество с помощью магнита?

Фарадей в те годы был очень живым и веселым юношей, и это подтверждает одна из историй, случившихся с ним в институте. Однажды вечером 1813 года он вместе со своим другом Эбботтом пробрался в лабораторию к запасам директора, чтобы подышать окисью азота — газом, вызывающим смех (или веселящим газом). При всем этом на работе Фарадей был очень серьезен и быстро показал себя как любознательный экспериментатор, трудолюбивый и аккуратный сотрудник, способный пойти ради дела на личные жертвы, что, вероятно, было следствием его религиозных взглядов. Однажды друг Фарадея Ричард Филлипс попросил его написать историческую справку об открытиях в области электричества для журнала Annals of Philosophy. Любой другой ограничился бы изучением нескольких библиографических источников, но Фарадей с невиданным энтузиазмом проштудировал все статьи, опубликованные по теме, а затем воспроизвел все описанные эксперименты. He ставя никаких далекоидущих целей, а лишь в ходе подготовки статьи Фарадей получил исчерпывающую информацию об электричестве, начал осознавать теоретические и экспериментальные границы знаний в этой области и задумался о новых исследованиях.

В ту эпоху было известно, что одинаковые электрические заряды отталкиваются. Также было известно, что электрический ток может создать магнитное поле: проходя по проводнику, он производит магнетическое действие, которое можно отследить с помощью компаса. Ho физики еще ничего не знали о природе электричества. Фарадей со своей незамутненной, как у ребенка, любознательностью предположил, что ближайшие исследования должны выявить связь между магнетизмом и электричеством. Это любопытство, а также сами поставленные цели могли бы возмутить ортодоксального ученого, но Фарадей, в отличие от современников-ученых, не был отягощен ни грузом академического образования, ни излишней привязанностью к математике, в развитие которой внес значительный вклад Исаак Ньютон в конце XVII века. Ньютонова вселенная работала как часы, в ней не было пустого пространства между твердыми телами, не было невидимой паутины связей между предметами.