Виктор Болховитинов - Столетов

• Название: Столетов
• Автор: Виктор Болховитинов
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1953

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 разработал точный и надежный метод измерения скорости электромагнитных процессов, получив значение, близкое к скорости света. 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.

---

3. По всей вероятности, кажущееся заряжение нейтральных тел лучами объясняется той же причиной.

4. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ<295×10-6 м/м). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.

5. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела. Чем больше поглощение активных лучей, тем поверхность чувствительнее к их разряжающему действию.

6. Такой чувствительностью, без значительных различий, обладают все металлы, но особенно высока она у некоторых красящих веществ (анилиновых красок). Вода, хорошо пропускающая активные лучи, лишена чувствительности.

7. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.

8. Разряжающее действие ceteris paribus[22] пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.

9. Действие обнаруживается даже при ничтожных отрицательных плотностях заряда; величина его зависит от этой плотности; с возрастанием плотности до некоторого предела оно растет быстрее, чем плотность, а потом медленнее и медленнее.

10. Две пластинки разнородных в ряду Вольты металлов, помещенные в воздухе, представляют род гальванического элемента, как скоро электроотрицательная пластинка освещена активными лучами.

11. Каков бы ни был механизм актино-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества, причем воздух (сам ли по себе или благодаря присутствию в нем посторонних частиц) играет роль дурного проводника. Кажущееся сопротивление этому току не подчиняется закону Ома, но в определенных условиях имеет определенную величину.

12. Актино-электрическое действие усиливается с повышением температуры».

Столетова занимал вопрос и о том, как можно использовать открытое им явление для практики. Замечательную идею высказывает он: «Едва ли есть другой способ так зорко следить за постоянством электрического света (или вернее напряженности лучистой категорий радиации), как эти актино-электрические наблюдения». Этим предложением использовать фотоэффект для целей фотометрии Столетов намного опередил западную науку. Только через три года Эльстер и Гейтель высказали мысль о возможности воспользоваться фотоэлементом для измерения освещенности.

В этой же статье Столетов излагает несколько предположений о природе фотоэффекта.

«Закончу одним замечанием, — писал Столетов. — Как бы ни пришлось окончательно сформулировать объяснение актино-электрических разрядов, нельзя не признать некоторой своеобразной аналогии между этими явлениями и давно знакомыми, но до сих пор мало понятыми, разрядами гейслеровых и круксовых трубок. Желая при моих первых опытах ориентироваться среди явлений, представляемых моим сетчатым конденсатором, я невольно говорил себе (понимая всю странность этих слов), что предо мною — гейслерова трубка[23], могущая действовать и без разрежения воздуха, трубка не с собственным, а с посторонним светом. Там и здесь явления электрические тесно связаны со световыми, там и здесь катод играет особенную роль и, повидимому, распыляется. Изучение актино-электрических разрядов обещает пролить свет на процессы распространения электричества в газах вообще».

В этой мысли Столетова кроется замечательная догадка о родстве между электрическими явлениями в пустотных трубках и фотоэффектом.

Поражаешься прозорливости русского ученого, уловившего это сходство в годы, когда не была известна ни природа явлений в пустотных трубках, ни природа фотоэффекта.

Теперь мы знаем — такое родство есть. И там и тут работают электроны. Так же пророчески прозвучали в те времена слова Столетова о том, что изучение фотоэффекта поможет познать процессы распространения электричества в газах. И этому познанию положил начало он сам — основоположник исследования фотоэффекта.

Столетов знал, что фотоэлектрический ток не возникает, если пластины конденсатора и сетка разделены не газовой средой, а жидкостью или твердым телом. Он делал, например, такой опыт: серебрил пластинку кварца с обеих сторон, прочерчивал на одной из них полосы, то-есть превращал серебряный слой в своеобразную сетку.

Затем эту пластинку он ставил в качестве конденсатора в свою установку.

Свой обычный конденсатор Столетов погружал в изолирующие жидкости — керосин, спирт, сернистый углерод.

Во всех этих случаях «следы электрических течений можно, правда, заметить, — писал Столетов, — но они иного характера, появляются и исчезают не мгновенно вместе с освещением, а исподволь».

Эти опыты, в которых Столетов близко подошел к исследованию так называемого внутреннего фотоэффекта (отвлекаться на изучение этого явления Столетов не стал), помогли ученому еще глубже осмыслить природу изучавшихся им актино-электрических явлений внешнего фотоэффекта, как мы теперь говорим.

Размышляя над особенностями фотоэффекта, Столетов приходит к гениальным заключениям.

Ему ясно, что исследуемое им явление состоит, по сути дела, из двух явлений. Свет отрывает с поверхности электрода что-то, имеющее отрицательный заряд. Это первое явление. Затем это «что-то» переносится к аноду через промежуток, разделяющий катод от анода.

Чтобы этот перенос был возможен, «нужна газовая среда, то-есть нужен простор и полная удобоподвижность частиц», — писал Столетов. Замечательными словами он продолжает этот вывод, гениально проникая в суть явления: «Одно это уже внушает мысль, что в разрядах, происходящих под действием лучей, необходимую роль играет механическая конвекция (перенос) электричества…»

«Здесь есть нечто вроде электрического ветра», — говорит исследователь.

В этих определениях, чтобы они стали современными определениями фотоэффекта, надо только вместо слова «частица» поставить слово «электрон». А ведь эти заключения Столетов высказал задолго до того, как физика открыла мельчайшие частицы вещества — электроны, носители отрицательного заряда.

— Что же это за конвекция? Какие же частицы переносят электрический заряд? — задает себе вопрос Столетов.

Может быть, это просто-напросто мельчайшие пылинки металла, отрываемые от катода светом, может быть, свет «распыляет» катод?

Некоторые физики придерживаются именно этой гипотезы. Столетов считает ее не вполне убедительной. Гипотеза «распыления» катода не вяжется с некоторыми из его опытов. Что же является переносчиком зарядов? Столетов честно признает, что современная ему физика ответить на этот вопрос не может.

Он говорит: «Но мы еще не поняли вполне, почему и как начинается процесс. Почему те или другие частицы отделяются от поверхности электрода, почему действие униполярно, почему оно стимулируется лишь лучами известной категории и стоит в тесной связи с поглощением этих лучей поверхностью катода? Эти-то пункты и составляют главный нерв загадки. Опыты относительно «распыления» составляют важный шаг вперед, но, в свою очередь, вызывают целый ряд вопросов».

Никому в мире еще не известно решение загадки фотоэффекта. Не знает его и сам первооткрыватель. Но он делает все, чтобы найти это решение. Он идет по пути к нему.

Замечательно, что в том же году, когда Столетов вел свои исследования, иное взаимодействие света и вещества, внутренний фотоэффект, изучает другой русский исследователь, В. А. Ульянин (1863–1931), будущий ассистент Столетова, а затем и профессор в Казани.

Ульянин исследует металл селен. У этого металла чудесные свойства. Когда селеновая пластинка освещается, ее сопротивление сразу же уменьшается. Внутри селена происходит что-то, отчего он начинает лучше проводить ток. Сила тока в цепи, в которую включена пластинка, возрастает, как только на селен падает луч света.

Изучая воздействие света на селен, Ульянин сделал выдающееся открытие. Нанеся на селеновую пластинку тончайший слой другого металла, сделав как бы «бутерброд», Ульянин получает замечательный прибор, превращающийся под действием света в электрический элемент. Как только на поверхность нанесенного на селен слоя падает свет, в проводах, соединяющих этот слой с селеном, возникает ток! Прибор Ульянина сам, без участия какой-либо батареи, превращал свет в электрический ток! Так в 1888 году Ульянин построил первый в мире фотоэлемент с запирающим слоем, более чем на 30 лет опередив немецкого физика Ланге, претендующего на первенство в создании фотоэлементов с запирающим слоем.

* * *

За опытами Столетова внимательно следят ученые всего мира.

С гордостью за отечественную науку читают известия о его опытах русские ученые.

«Я читал вашу статью и очень радовался. Желательно по возможности всесторонне далее исследовать явления», — пишет Столетову в мае 1888 года из Берлина его ученик, выдающийся физик В. А. Михельсон. «Желаю вам поскорее развязаться с экзаменами и погрузиться в ультрафиолетовый эфир», — шлет Михельсон пожелание своему учителю.