Удивительным же было то, что обыкновенная швейная игла в опытах вела себя совершенно иначе. Она намагничивалась! Секрет этого феномена был открыт позже. Дело в том, что для того, чтобы удержать иголку в электрической цепи, экспериментатор подводящей медной проволокой намагничивал ее концы! Возможно, именно этот факт подсказал Амперу следующую идею, как пишет Араго, – «что более сильная намагниченность получится, если вместо прямой соединительной проволоки, какой пользовался я, взять проволоку, согнутую по ВИНТОВОЙ ЛИНИИ».
Проверка этой мысли Ампера превзошла все ожидания. «После нескольких минут пребывания внутри винта стальная стрелка получила достаточно сильную дозу магнетизма. Положение магнитных полюсов вполне соответствовало результату, который заранее был выведен Ампером». (Правило пловца.) Так была создана первая электромагнитная катушка, впоследствии названная Ампером СОЛЕНОИДОМ. Тут же и был разгадан феномен поведения швейной иглы. В местах контакта иглы соединительн
Араго начинает проверку действия соленоидов одинаковых размера и формы, но с различным направлением навивки провода (как правая и левая резьба на болтах). Результат не меняется. Отсюда делается важнейший вывод: «Если гальванический ток циркулирует вдоль витков винта, то всегда можно заранее предвидеть, где будут находиться северный и южный полюсы». Эта фраза позволяет считать Ф.Д. Араго создателем первого электромагнита.
Первый французский физик наблюдает удивительное и необъяснимое явление. Как сейчас становится понятным, это явление самоиндукции. Объяснить его он не мог, потому что до открытия электромагнитной индукции Фарадеем оставалось несколько лет, а до открытия самоиндукции еще больше. Но мы зафиксируем это наблюдение Араго. «Медная соединительная проволока обладает весьма интенсивной магнитной силой, поскольку она соединена с обоими полюсами батареи. Иногда мне удавалось находить у нее следы этого свойства еще спустя НЕСКОЛЬКО МГНОВЕНИЙ, после того как сообщение между обоими полюсами было прервано. Но это явление было крайне мимолетным, и я не мог воспроизводить его по произволу».
Предшественник Фарадея
Самым выдающимся открытием великого физика М. Фарадея считается открытие им электромагнитной индукции. Известно, что он отличался большой скромностью и порядочностью, поэтому на первой странице его же работы, посвященной образованию электричества из магнетизма, можно прочитать следующее. «Целый ряд действий, вызываемых индукцией электрических токов, был найден и описан ранее», и среди этих действий упоминаются «замечательные опыты Араго» [11].
Что это за опыты?
В 1824 г. Ф.Д. Араго попытался с помощью обыкновенной компасной магнитной стрелки определить, есть ли вкрапленные железные частички в полосе меди. Неизвестно, нашел он эти кусочки или нет, но обычно долго колеблющаяся стрелка на сей раз быстро успокаивалась.
7 марта 1825 г. после доклада Парижской Академии наук он опубликовал еще более поразительный опыт из этой же серии. Магнитная стрелка отклонялась, когда металлическая немагнитная и не обязательно медная круглая пластинка приводилась во вращение над или под стрелкой. При этом движение стрелки по своему направлению совпадало с вращениями пластинки. Получалось, что немагнитный диск каким-то образом увлекает за собой магнит при вращении. Ряд физиков (Зеебек, Нобили), повторив опыты, предположили, что при вращении диска напротив магнита в диске появляются магнитные диполи, как это происходит в железе при поднесении его к магниту. Эти диполи и привлекают к себе магнитную стрелку.
Данную гипотезу решил проверить первооткрыватель явления. Он подвесил намагниченную иглу к плечу уравновешенных лабораторных весов. Под иглой он стал вращать металлический немагнитный диск. Согласно гипотезе Зеебека стрелка должна была притягиваться к диску. Но увы! Она наоборот отталкивалась! Гипотеза была несостоятельной. Оставалось только предположить, что в природеами приводится рисунок 4 для демонстрации магнетизма вращения. На неподвижной оси вертикально и свободно висит магнитная стрелка с несколько утяжеленной нижней частью для самовозврата. Латунный диск А, никак механически не связанный со стрелкой, имеет ручной привод через зубчатую передачу. Прибор снабжен шкалой В, укрепленной на станине. При вращении ручки прибора начинает вращаться диск, который «увлекает» за собой стрелку. Когда вращение прекращается, стрелка опять устанавливается вертикально. Причем можно наблюдать закономерность: чем БЫСТРЕЕ вращается диск, тем БОЛЬШЕ отклоняется стрелка.
Даже не зная физики процесса, «магнетизму вращения» можно найти применение. Если вращать диск посредством гибкого вала от колеса автомобиля, то шкалу можно разградуировать в значениях скорости ее движения. Так собственно и устроен спидометр автомобиля. Сотни миллионов подобных автомобильных устройств, основанных на «магнетизме вращения», исправно несут службу на автодорогах Земного шара уже более столетия. Правда, нужно отметить, что в настоящее время новейшие цифровые спидометры, устанавливаемые на автомашинах, основаны на других принципах действия.
Разгадка феномена «магнетизма вращения» была в центре внимания многих физиков. И только в ноябре 1831 г. после открытия электромагнитной индукции М. Фарадеем был найден ответ.
При движении токопроводящего диска в магнитном поле компасной стрелки в нем появляются токи, которые создают свое магнитное поле. Взаимодействие двух магнитных полей и дает «магнетизм вращения». «Теперь, – записал в своей рабочей тетради Фарадей, – когда мы знаем о существовании этих токов, явления, открытые Араго, можно объяснить, не приписывая их тому, что в меди образуется полюс, противоположный приближающемуся».
Диск и магнит взаимодействуют независимо от того, вращается ли диск – за ним магнит, либо магнит, а за ним диск.
В 1879 г. Вальтер Байли сделал сообщение в Лондонском Физическом обществе «Об одном способе вращения Араго». Там содержалось такое умозаключение: «Вращение диска происходит вследствие вращения магнитного поля, в котором он помещен, и мы должны ждать, что если подобное вращение поля получится каким-нибудь иным способом, то вращение диска останется прежним» [II].
Байли создал электромагнит, состоящий из четырех катушек, соединенных попарно. При помощи специального коммутатора он от источника питания запитывал эти катушки таким образом, что сначала получала напряжение одна пара катушек, затем все четыре и наконец другая, установленная перпендикулярно первой. Получалась полная имитация вращающегося магнитного поля. Медный диск, установленный над электромагнитами, начинал сразу вращаться (рис. 5). На этом принципе вскоре появится и двухфазный электродвигатель переменного тока.
Развитие электроэнергетики в дальнейшем привело к созданию трехфазных систем, а основным электрическим двигателем в них стал асинхронный электродвигатель переменного тока. Правда, вместо диска буденный токопроводящей, так называемой «беличьей клеткой». Миллионы и миллионы таких электродвигателей исправно несут свою службу: преобразуя электрическую энергию в механическую, вращают насосы, станки, вентиляторы...
У истоков всего этого многообразия приборов и устройств стоял физик Франсуа Доминик Араго. Если у читателя возникнет желание воочию увидеть диск, названный именем Араго, можно заглянуть в окошечко своего квартирного электрического счетчика.
Список литературы
1. Смирнов Б. М. Проблема шаровой молнии. – М. – Наука, 1988, с. 7
2. Араго. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров. Пер. с французского Перевощикова. т. 1, СПБ, 1860; т.2 и 3, СПБ, 1861.
3. Гранин Д. Араго и Наполеон. /Пути в незнаемое. Писатели рассказывают о науке. Сб.9. М. – Сов. писатель, 1972, с. 217.
4. Ломоносов М. В. О действии химических растворителей. Полное собрание сочинений т. 1. М-Л.; АН СССР,. 1950, с. 146, с. 371.
5. Кравец Т. П. От Ньютона до Вавилова. – Л.; Наука, 1967, с. 21,113.
6. Старосельская-Никитина О. Очерки по истории науки и техники периода французской буржуазной революции. 1789–1794. М-Л.; АН СССР, с. 138.
7. Поль Таннери. Исторический очерк развития естествознания в Европе. Перевод с французского. – М-Л.; ГТТИ, 1934, с. 149–150.
8. Гельфер Я. М., Лешковцев В.А. Замечательные ученые. – М.; Наука, 1980, с. 73–74.
9. Араго Ф. Опыты, относящиеся к намагничиванию железа и стали действием вольтанического тока. В кн: А. М. Ампер. Электродинамика. – М.; АН СССР 1945, с. 440–448.
10. Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству. т. 1. – М.; АН СССР, 1947, с. 11, 57.
11. Гусев С. А. Очерки по истории развития электрических машин. – М-Л.; Госэнергоиздат, 1955, с. 45.
12. Большая энциклопедия под ред. Южакова С. Н. т. 1. – СПБ, 1900, с.780.
13. Льоцци М. История физики. Пер. с итальянского. – М.; Мир, 1970, с. 251.
14. Головня М. А. С чего начиналась фотография. – М.; Знание, 1991, с.115.
15. См. Л.1, с. 24.