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.
Чтобы узнать, насколько намагничен образец, его приближают к магнитометру. Под магнитным действием образца стрелка поворачивается. Замерив угол, на который она повернулась, и расстояние между ею и образцом, можно вычислить степень его намагниченности.
Работать с магнитометром — дело очень хлопотное и кропотливое. Обращаться с прибором надо с большой осторожностью. Магнитная стрелка капризна — не терпит ни малейшей тряски.
Чтобы защитить ее от сотрясений почвы, магнитометры приходится ставить в подвале, водружая их там на специальные фундаменты. Но, несмотря на такие меры, прибор остается изрядной недотрогой.
Процесс измерений с помощью магнитометров тогдашних конструкций протекал медленно до утомительности.
Устанавливать образец всякий раз нужно очень точно; делая замеры, необходимо учитывать много посторонних факторов, вводить поправки на действие магнитного поля Земли, на присутствие в лаборатории железных предметов и т. д.
Обработка результатов измерений тоже утомительна и громоздка. Для вычисления каждого из значений намагниченности образца приходится исписывать цифрами и замысловатыми уравнениями страницы.
Но недостатки магнитометрического метода не исчерпываются тем, что работа с магнитометром сложна и кропотлива.
Есть у этого метода недостаток и посерьезнее.
Работая с магнитометром, трудно найти истинные данные о магнитных свойствах испытуемого материала.
В этом виновен даже не сам прибор; причина ошибок, возникающих при использовании магнитометрического метода, коренится в природе самих испытуемых образцов.
Ошибки возникают вследствие любопытной особенности намагниченных брусков и стержней.
Магниты, как известно, создают вокруг себя силовое поле, превращают окружающее их пространство в область, где проявляется действие магнитных сил.
Всякий железный предмет по соседству с магнитом тоже становится магнитом.
Но магнит действует не только на окружающие предметы. Ведь и сам он находится в зоне, где действуют порожденные им магнитные силы.
Магнит действует и на самого себя!
Это кажется парадоксальным, чем-то напоминающим басню о бароне Мюнхгаузене, поднявшем самого себя за волосы, но тем не менее это неоспоримый факт.
Направление магнитных силовых линий по отношению к породившему их магниту таково, что магнитное поле стремится как бы перемагнитить его, образовать северный магнитный полюс на том конце, где у магнита находится южный, и наоборот.
Один конец магнита действует на другой: северный полюс на южный, южный на северный.
Этим воздействием ослабляется намагниченность образца. Размагничивающее действие проявляется неодинаково у образцов разной формы. Чем короче магнит, чем меньше расстояние между его полюсами и чем он толще, тем больше у него размагничивающий фактор, тем сильнее ослабляет он свою же собственную намагниченность.
В одной и той же намагничивающей катушке, в совершенно одинаковых условиях, образцы, сделанные из одного и того же материала, но отличающиеся своей формой, намагнитятся по-разному.
Действие их на магнитометр будет неодинаковым. Показания прибора зависят от формы, которая придана испытуемому образцу.
Отклонения стрелки прибора говорят о магнитных свойствах не самого железа как вещества. По этим отклонениям можно судить лишь о том, как намагничивается именно этот определенной, характерной формы стержень или брусок.
Для того чтобы по показаниям магнитометра можно было рассчитать магнитные свойства железа, — а именно эти свойства и нужно выяснить, — необходимо знать величину размагничивающего действия для каждого данного образца; только тогда можно будет внести нужные поправки в результаты измерений.
Однако учесть размагничивающее действие очень трудно. Теория говорила, что размагничивающий фактор можно точно рассчитать только для образцов, имеющих форму сложного геометрического тела — правильного эллипсоида.
Изготовить из железа правильные эллипсоиды — дело невероятно трудное, а брать для исследования
