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.

---

Стекло не пропускает ультрафиолетовых лучей. Они сильно поглощаются и атмосферой; до поверхности Земли их доходит мало. Значит, солнечный свет, более яркий, чем свет дуги, не должен действовать на конденсатор, решает Столетов.

И вот в один из погожих солнечных дней Иван Филиппович Усагин вынес на балкон конденсатор, провода от которого тянулись в глубь комнаты.

Мощный солнечный свет бил в начищенный цинк, но «зайчик» гальванометра не шелохнулся.

А ведь электрическая дуга загоняла «зайчик» на 640-е деление шкалы!

Догадка ученого о том, что действенными лучами являются лучи ультрафиолетовые, сменилась твердой убежденностью. Удивительную особенность взаимодействия света и заряженного тела обнаружил Столетов.

Для того чтобы возник фототок, недостаточно того, чтобы световое излучение было сильным. Даже очень яркий свет, но содержащий лучи с длинами волн большими, чем некоторая предельная длина, не породит фототока. И, напротив, слабое излучение, но богатое коротковолновыми лучами, способно вызвать фотоэффект. В спектре волн существует как бы порог, лишь переступив через него, можно вызвать фотоэффект.

Столетов держит друзей и соратников в курсе своих опытов. Уже 5 апреля 1888 года ученый на открытом заседании физического отделения Общества любителей естествознания делает сообщение «Действие лучей на электрические разряды», подробно рассказывая слушателям о всех перипетиях своих исследований.

Опыты следуют за опытами.

С интересом выясняет Столетов, как зависит фотоэффект от материала, из которого сделаны электроды.

Рядом опытов он подтверждает свою мысль, что чувствительность вещества конденсатора находится в прямой зависимости от того, как сильно это вещество поглощает действенные, ультрафиолетовые лучи.

Опыты эти, как и всегда у Столетова, просты и изящны.

В качестве испытуемых веществ он брал воду, водные, спиртовые и аммиачные растворы.

Каждый опыт состоял из двух стадий.

Вначале ученый испытывал жидкость как фотоэлектрод. Цинковый диск своего конденсатора он покрывал бумажным листком, пропитанным той или иной жидкостью, и определял фототок, рождаемый этим своеобразным электродом. Это давало возможность судить о фотоэлектрической чувствительности вещества.

Поглощательная способность этих жидкостей определялась на том же приборе.

Затем бумага снималась с цинкового диска, а на пути света ставилась тюлевая сетка, смоченная раствором той же самой жидкости.

Чем больше лучей застревало в жидкости, нанесенной на тюль, тем меньше их достигало цинкового диска и тем более слабый фототок возникал в цепи.

Так определял Столетов поглощательную способность жидкости.

Сравнение результатов, полученных для разных жидкостей, показало ему: он прав. Чем сильнее жидкость поглощала лучи, тем она была чувствительнее.

Эти опыты дали ему возможность сделать особенно чувствительные к свету электроды. Он нашел, что металлы, покрытые анилиновыми красками, своей чувствительностью превосходят все металлы, даже только что начищенные.

Исследуя чистые металлы — алюминий, никель, медь, серебро, ученый не установил больших различий в их чувствительности. Важно было только, заметил ученый, чтобы поверхность металла была гладка и хорошо очищена.

Ученый исследовал и такую тонкую особенность, как утомляемость металлических электродов. Он заметил, что «вычищенный круг быстрее утомляется, особенно под действием лучей, то-есть быстрее теряет чувствительность». «Поэтому при опытах, требующих постоянства эффекта, — писал Столетов, — я предпочитаю не употреблять только что чищенного диска, а делать чистку за несколько часов, еще лучше накануне».

Изучение чувствительности металлов было закончено. Можно было двигаться вперед.

Но в это время в печати появилась статья немецкого физика Гоора. Гоор утверждал, что фотоэлектрическое действие «следует приписать исключительно слоям газа, адсорбированного металлическими поверхностями». Если удалить эти прилипшие к металлу слои, продолжал немецкий физик, то металл потеряет чувствительность к свету.

Гоор сообщал, что, удаляя прилипшие к металлу молекулы воздуха нагреванием электрода до 55°, он добился сильного понижения его чувствительности.

Столетов, внимательно следивший за всем, что касалось фотоэффекта, заинтересовался статьей Гоора. Русский ученый решил опытом проверить его утверждения.

То, что действие света на воздушный слой, заключенный между пластинами электродов, не есть причина возникновения фототока, Столетов уже знал. Это хорошо доказывалось опытом: если бросать свет сбоку, так, чтобы лучи освещали лишь воздушный промежуток между пластинами, не задевая самих пластин, никакого фототока не возникает.

Установлено было совершенно точно: для того чтобы возник ток, лучи должны освещать именно пластинку.

Гоор не отрицал этого. Он спорил только о том, что же играет главную роль в фотоэффекте: металл или прилипшие к нему адсорбированные молекулы воздуха? Немецкий физик оставлял металлу скромную роль носителя этих воздушных молекул, а их объявлял первопричиной фотоэффекта.

Столетов начал опыты с нагретыми электродами. Он доводил их температуру до 100°. Вопреки Гоору, чувствительность их не только не падала, но росла.

«Но при нагревании, — наставительно писал Александр Григорьевич в своем ответе Гоору, — необходимо соблюсти чистоту металлической поверхности; если, например, — не без язвительности замечал Столетов, — треть на газовой горелке с передней стороны (то-есть с той, которая будет обращена к лучам), то ослабление произойдет, но оно объясняется налетом, оседающим из пламени».

Опровергнув Гоора, Столетов установил еще одну особенность фотоэффекта: его зависимость от температуры.

Чтобы исследовать эту зависимость, он сконструировал специальную установку, позволяющую нагревать весь конденсатор в условиях абсолютной чистоты до 300°. На этот раз он пользовался платиновыми электродами.

Рост силы фототока с ростом температуры был установлен неопровержимо.

«Ничего подобного тому, что утверждает Гоор, никогда не наблюдалось, — писал Столетов. — Статья Гоора по проверке оказалась по всем пунктам легкомысленной».

Русский ученый имел полное право на такой суровый приговор.

Вынужденный отойти несколько в сторону от намеченной линии исследования, Столетов теперь мог снова продолжить ее. Об этом уклонении он не жалел. Оно принесло ему новое открытие.

Теперь — вперед.

Еще в пору своей работы над контрольным конденсатором Александр Григорьевич задумался: в силу какой же именно причины существует постоянство соотношений в показаниях контрольного и главного гальванометров, соединенных с двумя совершенно различными, по-разному заряженными конденсаторами?

Глубоко раздумывая, он приходит к такой мысли: «Чтобы объяснить себе эту пропорциональность, необходимо допустить, что, при равных прочих условиях, действие (сила тока) пропорционально напряженности освещения или, лучше сказать, количеству активных лучей». Это была рабочая гипотеза.

Чтобы она стала теорией, нужен опыт — великий, неподкупный судья всякого теоретического построения. Придумать, как проверить на опыте догадку о пропорциональности между силой света и силой фототока, было совсем не просто.

Следовало один и тот же конденсатор освещать по-разному: то сильнее, то слабее. Силу света при этом нужно было изменять точно в заданном отношении. В результате долгих размышлений Столетов сумел сконструировать изящное и простое устройство, позволяющее точно управлять силой света.

На пути луча он поставил большой картонный круг с семью окошечками, расположенными по окружности.

Площадь всех окошек и промежутков между ними была одинаковой. Диск мог вращаться.

В начале опыта диск стоял неподвижно. Свет через окошко падал на конденсатор.

Показания гальванометра, соответствующие этой максимальной силе света, записывались.

Затем диск приводился в быстрое вращение. При каждом обороте луч света семь раз прерывался и семь раз пропускался. В среднем пластины конденсатора достигала только половина лучей, бросаемых фонарем. Таким образом, сила света фонаря была точнейшим образом уменьшена вдвое.

Это сразу почувствовал «зайчик» гальванометра. Когда диск завращался, «зайчик» стронулся и остановился на полпути к нулевому делению. Ток в цепи уменьшился вдвое, то-есть ровно во столько же, во сколько уменьшилась сила света.

«Значит, действительно, — удовлетворенно записал Столетов, — эффект пропорционален энергии активных лучей». Так скупыми словами сформулировал исследователь важнейший закон фотоэффекта.

Зависимость силы фотоэффекта от света проявляется и в другом опыте. Ученый меняет теперь не яркость луча, а величину освещаемой площади. Он ставит перед конденсатором непрозрачные экраны. Он оставляет освещенной половину диска, четверть его, восьмую часть…