В. Болховитинов - Столетов

• Название: Столетов
• Автор: В. Болховитинов
• Жанр: Биографии и Мемуары

Книга посвящена выдающемуся русскому физику Александру Григорьевичу Столетову (1839–1896). Основные исследования Столетова посвящены электричеству и магнетизму. Столетов первым показал, что при увеличении намагничивающего поля магнитная восприимчивость железа сначала растет, а затем, после достижения максимума, уменьшается. В подтверждение теории Максвелла Столетов жразработал точный и надежный метод измерения скорости электромагнитных процессов, получив значение, близкое к скорости. Он создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, и стал основоположником количественных методов исследования фотоэффекта… Обнаружил постоянство отношения напряженности электрического тока к давлению газа при максимальном токе (константа Столетова). Много сил Столетов уделял также научно-организаторской и педагогической деятельности. При его активном участии возникла физическая школа Московского университета, из которой вышли многие известные русские физики.

---

Как мы знаем, в веществе в самом деле есть вечные токи, о существовании которых догадывался Ампер.

Вращающийся вокруг атомного ядра электрон, несущий в себе отрицательный заряд, — ведь это и есть вечный электрический ток.

Электрон вращается не только вокруг ядра, он вращается и вокруг своей оси, ведет себя подобно Земле, обращающейся вокруг Солнца. Вращение электрона вокруг своей оси также подобно электрическому току, также создает магнитное поле.

Магнетизм железа и других ферромагнитных металлов — никеля, кобальта — и объясняется в основном как раз вращением электронов атомов вокруг своей оси.

Гипотезы Вебера и Ампера, пытавшихся дать объяснение намагничению железа, давали только качественнее объяснение этому явлению. Для количественных расчетов эти гипотезы, в то время недостаточно разработанные, не ставшие еще законами, конечно, не годились.

Как именно происходит поворот молекулярных магнитиков под действием магнитного поля, как зависит способность железа намагничиваться от величины этого поля — оставалось неизвестным. Это было громадным пробелом в электротехнике.

Создатели динамомашин и электромоторов уже издавна пользовались железом. Этот металл — сердцевина всех электрических машин. Недаром инженеры назвали сердечниками железные части моторов, электромагнитов, динамомашин. Но, то и дело применяя железо, электротехники работали кустарно, почти вслепую.

Мало что было известно ученым о процессе намагничения железа, о том, через какие стадии проходит, намагничиваясь, железо, зависит ли, и если зависит, то как именно, способность железа «впитывать» магнетизм от силы магнитного поля, в котором оно находится, и от способности к намагничению различных сортов железа.

Обматывая сердечники своих машин проволокой, электротехники руководствовались простым соображением: чем больше намотать витков, тем сильнее будет магнитное поле, создаваемое катушкой. А о железе, помогающем усиливать это поле, они и не думали. В выгодные или невыгодные условия будет поставлено железо, в надлежащем ли режиме придется работать сердечнику — мысль об этом в те времена никого не беспокоила. Не было у электротехников и критерия, которым можно было бы руководствоваться при выборе сорта железа, формы и размеров сердечников.

Правда, электротехникам удавалось строить сносные по своим качествам машины и аппараты. Но это достигалось ценой бесконечных опытов, ценой долгого и утомительного подбора конструктивных размеров машин. Электротехника не была еще в те времена в полном смысле техникой. Она сохраняла в себе черты ремесла. Строгий математический расчет был вхож не во все ее области.

Область же электрических явлений, в которых принимает участие железо, была своеобразным медвежьим углом электротехники, заповедником, где царствовало откровенное ремесленничество.

Намагничение железа — вот проблема, которая стоит того, чтобы ею заняться. Узнать во всех подробностях, как, каким образом намагничивается железо — благодарная задача для исследователя. Узнать это — значит разрубить узел, связывающий электротехнику, мешающий ей итти вперед.

Мысль заняться исследованием процесса намагничения железа возникла у Столетова еще в Гейдельберге, незадолго перед возвращением на родину. Тогда он не успел осуществить свой замысел. Вернувшись в университет, Столетов не забыл о проблеме исследования тайн железа, которая увлекала еще Якоби и Ленца. Столетов постоянно проявлял свой интерес к ней: читал научную литературу, пристально следил за работами других ученых.

Но вести экспериментаторскую работу он был лишен возможности.

Листая страницы увесистых фолиантов — «Poggendorf's Annalen», «Philosophical Magazine», «Comptes Rendus» и других иностранных научных журналов, Столетов испытывает и разочарование и раздражение.

С каким олимпийским спокойствием, с какой напыщенной ученостью зачастую повествуется там о кропотливых исследованиях третьестепенных частностей, о никому не нужных проблемах! Какую поразительную глухоту и пренебрежение к голосу жизни, к требованиям практики проявляют многие из авторов этих солидных изданий!

Послушать этих жрецов науки, может и впрямь показаться, что все обстоит благополучно, что все важнейшие проблемы физики уже решены.

А ведь в действительности дело обстоит иначе. С решением скольких необходимейших для техники проблем надо торопиться ученым!

Процесс намагничения железа!

С каждым годом все отчетливее назревает необходимость изучения его!

Но что смогут найти по этому вопросу в научных журналах конструкторы электрических машин?

Практически ничего, убеждается, внимательно читая журналы, Столетов. Дело, начатое Якоби и Ленцом, все еще не находит достойного продолжения. Правда, нельзя сказать, чтобы исследования магнитных свойств железа совсем никого не интересовали.

Нет, такие исследования ведутся. Однако даже самые лучшие из этих исследований производят впечатление топтания вокруг да около главных, коренных вопросов проблемы намагничения железа. Никто из ученых до сих пор не дал исчерпывающего анализа этого процесса.

Почему? Кто знает? Может быть, виной тому отсутствие у ученых сознания важности, насущности такого анализа; может быть, это происходит и из-за непонимания того, что же является главным в процессе намагничения, а возможно, и просто из-за неумения экспериментировать. Но так или иначе, факт остается фактом. Анализа процесса намагничения железа нет. А время не терпит. Ждать больше нельзя.

Чем сильнее потребность в создании совершенных динамомашин и моторов, тем ощутимее становится неосведомленность электротехников в процессе намагничения.

И Столетов решает прийти на помощь электротехникам. В начале весны 1871 года ученый твердо решает заняться исследованием магнитных свойств железа.

Эту задачу Столетов решает избрать темой своей докторской диссертации.

Его увлекает научная проблема, тесно связанная с интересами практики.

«Едва ли можно сомневаться в том, — писал К. А. Тимирязев, — что русская научная мысль движется наиболее успешно и естественно не в направлении метафизического умозрения, а в направлении точного знания и его приложения в жизни. Лобачевские, Зинины, Ценковские, Бутлеровы, Пироговы, Боткины, Менделеевы, Сеченовы, Столетовы, Ковалевские, Мечниковы — вот те русские люди, повторяю, после художников слова, которые в области мысли стяжали русскому имени прочную славу и за пределами отечества».

Задумав исследовать железо, Столетов еще раз внимательно просматривает научную литературу за последние годы: может быть, он прежде что-нибудь не заметил, пропустил что-либо существенное из сделанного на Западе, может быть, тайна железа уже кем-нибудь разгадана?

Но нет, все правильно, и за последние три года не появилось ничего, что изменило бы положение дела. Попрежнему лучшими из работ, посвященных интересующей его теме, приходится признать исследования немецких ученых фон Квинтуса-Ицилиуса (1824–1885) и Вебера, исследования, в которых Столетов нашел целый ряд пробелов, слабых мест и промахов.

Взять хотя бы уже то, что оба эти физика даже не сделали попытки выяснить зависимость способности железа намагничиваться — «впитывать» в себя магнетизм — от силы намагничивающего поля.

Поместив испытуемый железный стержень в проволочную катушку и задавая различные значения силе тока, пропускаемого через катушку, Вебер и фон Квинтус-Ицилиус всякий раз определяли только напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой, и соответствующую данному значению напряженности степень намагниченности образца.

Оба ученых и не подумали, поделив значения намагниченности образца на соответствующие значения силы магнитного поля, определить соотношение между ними, установить тем самым, как в различных стадиях процесса намагничения отзывается железо на действие магнитного поля. Иными словами, Вебер и фон Квинтус-Ицилиус даже не попытались исследовать функцию намагничения — магнитную восприимчивость, если пользоваться современной терминологией, — эту важнейшую характеристику магнитных свойств вещества.

Большим недостатком исследований Вебера и фон Квинтуса-Ицилиуса была и отрывочность их наблюдений. Каждый из ученых охватил своими исследованиями очень узкие области. Фон Квинтус-Ицилиус работал только со слабыми магнитными полями, Вебер же только с сильными. Ни один из ученых не рассмотрел процесса намагничения на всем его протяжении — от самых слабых до очень сильных полей.

Готовясь к исследованию процесса намагничения железа, Столетов внимательно анализирует и методы, которыми пользовались в своих опытах его предшественники.

Все они действовали по старинке. Исследуя магнитные свойства образцов, ученые пользовались магнитометром — прибором, похожим на компас: главной, рабочей частью магнитометра является висящая на нитке чувствительная магнитная стрелка.