— «cluso, non aperto».
Кроме того, Ханс Эрстед обнаружил удивительный факт — удаленный провод цепи, перпендикулярный к плоскости магнитного меридиана, на стрелку не действует (!!!)
(«Si filum conjungens perpendiculare ad planum meridiani magnetici, vel supra vel infra acum ponitur, hæc in quiete permanet» [35]),
— это опровергало труды и постулаты всех предшественников Эрстеда, в т. ч. великого Исаака Ньютона — идея о тождественности законов взаимодействия электрических и магнитных «зарядов» рухнула.
В своей работе Ханс Эрстед не избежал и ошибки — он считал, что на стрелку действует только накаливающаяся проводящая проволока, в то время как накаливание было следствием большого тока, а не причиной действия тока на стрелку.
Рис 12. Схема опыта Эрстеда, по [22] /
Неожиданное и прорывное открытие широко не известного датского физика Эрстеда внесло смятение с умы европейских физиков. Некоторые даже пытались оспорить его первенство — назывались имена итальянцев Альдине, Можоне, Романьози, эксперименты которых состояли в намагничивании игл при помощи гальванизма, либо попытке показать влияние магнитного поля Земли на столб Вольта (столб подвешивали горизонтально на шелковых нитях и т. д. [11]), но физики, в первую очередь французские, дружно признали — первенство в открытии электромагнетизма принадлежит профессору Хансу Эрстеду.
После изучения физиками работы Эрстеда открытия в области электричества и магнетизма посыпались в 1820 году как из рога изобилия [11, 12, 16, 27, 36]:
16 сентября 1820 г. профессор университета в Галле Иоганн Швейгер (1779–1857) на съезде естествоиспытателей в Галле впервые показал «мультипликатор» — первый измеритель силы тока, основанный на отклонении магнитной стрелки компаса в поле провода, свитого в виде катушки из нескольких (т. е. «мульти») витков, через который пропускается измеряемый ток. Швейгеру принадлежит термин «гальванометр», его прибор называли «мультипликатор Швейгера», в настоящее время потомок этого прибора обычно называется «амперметр». Швейгер независимо от Земмеринга и Шиллинга применил изоляцию витков навитого провода, первоначально он делал это воском и сургучом, а затем стал применять обвивку шелком — этот способ Швейгера-Земмеринга стал повсеместно распространен.
Профессор Политехнической школы Парижа Андре Ампер (1775–1836) в 1820 году повторил опыты Эрстеда и серьезно их развил:
18 сентября в Парижской академии он сделал первое сообщение о проверке опытов Эрстеда и о своих опытах. Андре Ампер первым применил термин «электрический ток», он дал некоторую теорию взаимодействия магнитной стрелки и тока, сформулировал правило отклонения стрелки (правило пловца);
25 сентября на втором докладе в Парижской академии Ампер сообщил об открытии взаимодействии (притяжении и отталкивании) токов в проводах, т. е. он заложил основы электродинамики (магнит в этих опытах Ампера отсутствовал), и взаимодействии токов в проволоках навитых спиралью и по винтовой линии вокруг стеклянной трубки — тем самым он первым создал прототип индуктивного дросселя;
2 октября он представил в академию резюме двух своих докладов, в котором дал четкое определение понятий «электрическое напряжение» и «электрический ток»;
30 октября он доложил об открытии действия магнитного поля Земли на ток;
4 декабря Ампер опубликовал теоретическую работу о законах взаимодействия элементарных токов.
Коллега Ампера профессор Политехнической школы Доминик Араго (1786–1853) 20 сентября на заседании в «Бюро долгот» доложил о своем открытии и первым продемонстрировал намагничивание и притяжение железных опилок проволокой, по которой протекает ток;
30 октября французские физики Жан-Батист Био (1774–1862) и Феликс Савар (1792–1841) на заседании Парижской академии доложили о проверке работ Эрстеда и своем открытии опытным путем закона о действии гальванического тока на магнит; этот закон известен как «закон Био-Савара-Лапласа».
1821 г. Дэви, Волластон, Фарадей
Как мы помним, в 1820 году, 21 июля, руководитель датской науки секретарь Датского королевского общества Ханс Эрстед опубликовал работу, которая знаменовала переворот в науке об электричестве, сравнимый разве что с созданием Вольта в 1800 году своего столба. А месяцем ранее, 19 июня 1820 года в Англии умер президент Лондонского королевского общества Джозеф Банкс, который возглавлял британскую науку 42 года. Временно президентом был избран Уильям Волластон (1766–1828) (наиболее известен как первооткрыватель палладия и родия), который 20 ноября 1820 года уступил свое место Хэмфри Дэви. Честолюбие Дэви было удовлетворено, но дополнительного авторитета он не снискал, ибо уже был известен в научном мире как великий химик. [37].
В 1821 году Дэви, заинтересовавшийся работами Эрстеда, сделал свое последнее крупное открытие — он обнаружил, что «вольтова дуга» отклоняется магнитом, о чем 5 июля 1821 года доложил на заседании королевского общества.
«В тот самый день, когда в Лондоне стала известна работа Эрстеда, Дэви принес в лабораторию Королевского института экземпляр статьи и вместе с Фарадеем приступил к опытам Эрстеда, проделывая их согласно описаниям автора.». [38].
В 1826 году Хэмфри Дэви серьезно заболел, в 1827 году он оставил пост президента и 29 мая 1829 года умер в Женеве — эпоха великого химика Дэви завершилась.
В апреле 1821 года Волластон, также заинтересовался работами Эрстеда и Ампера, и первым высказал мысль, что движение магнитной стрелки у проводника с током можно превратить в непрерывное вращение. Волластон провел серию экспериментов в лаборатории королевского института, но практического результата не достиг.
Вскоре работы Волластона без извещения последнего продолжил талантливый помощник Хэмфри Дэви самоучка Майкл Фарадей (1791–1867), который узнал об идее Волластона из его разговора с Дэви. Уже в 1821 году Фарадею первому удалось создать взаимноеэлектромагнитное вращение — он показал, что и проводник с током может вращаться вокруг магнита и намагниченные иглы могут вращаться вокруг проволоки с током. В декабре 1821 года Фарадею удался опыт с вращением проволоки с током в магнитном поле Земли. Все эти достижения проходили на фоне скандала с украденной Фарадеем у Волластона идеи о создании вращения — многие ученые обвинили Фарадея в плагиате. Проблема состояла и в том, что Фарадей опубликовал отчет о своих работах без упоминания заслуг Волластона. Первым кто осудил действия Фарадея был его учитель Дэви, и он оставался в своем мнении до конца. Фарадей объяснился с Волластоном, и знаменитый химик простил 30-летнего физика. Фарадей впоследствии сделал много выдающихся открытий, но не будем забывать и его некрасивый поступок в 1821 году.
1822 г. Ампер, Зеебек
Андре Ампер наиболее глубоко проник в суть открытия Эрстеда и первым провел новые оригинальные эксперименты. В 1822 году, 4 сентября, на заседании Парижской академии он доложил о своем успешном опыте по притягиванию магнитом подвешенного замкнутого витка плоской медной немагнитной проволоки, который находился в витке проволоки с током, — тем самым он первым пришел к выводу, что электрический ток, проходя близ тел способных проводить токи, способен возбуждать в них электричество и вызывать движение. Сообщение Ампера было воспринято с недоверием — некоторые ученые решили, что медная проволока у Ампера содержала примесь железа и именно поэтому притягивалась магнитом, в то время как это было новое большое открытие. [11]. На эффекте, открытом Ампером в 1822 году, и поныне работают все электродвигатели, более того чем чище медь провода у обмоток двигателя — тем выше качество работы электродвигателя.
В 1822 году появились сообщения об открытии в 1821 году членом Берлинской академии уроженцем города Ревель Томасом Зеебеком (1770–1831) явления «термомагнетизма», которое позднее стали называть «термоэлектричеством» или «эффектом Зеебека» — состоявшем в появлении электрического напряжения у пары металлов под действием теплоты. Работа Зеебека об его открытии «Magnetische Polarisation der Metalle durch Temperaturdifferenz» вышла в Берлине в 1825 году.
«Положив друг на друга две пластинки из меди и висмута, он присоединил их к обороту мультипликатора; при этом он заметил, что каждый раз, когда он прижимал рукой концы проволок мультипликатора к пластинкам, магнитная стрелка отклонялась на несколько градусов. При этом влажность руки не играла никакой роли, так как, нажимая на проволоки через мокрую бумагу, Зеебек вовсе не получал отклонений, тогда как продолжительное нажимание руками через стекло или металл тоже давало отклонение. Последнее обстоятельство навело Зеебека на счастливую мысль, что действующим агентом в данном случае является теплота руки, — что разность температур в местах соприкосновения металлической цепи является источником освобождающегося магнетизма, причиной магнитных действий. Находясь под влиянием господствовавших тогда представлений о совместном существовании в проволоке цепи электричества и магнетизма, Зеебек описал найденные им явления под названием термомагнетизма. Понятно, что позднее, когда было открыто явление гальванической индукции и в связи с этим за теорией Ампера была признана окончательная победа, приведенное выше название было заменено более подходящим термином — термоэлектричество.». [11].
На «эффекте Зеебека»