стержни и бруски, которыми пользовались исследователи, значило заранее обрекать себя на невозможность строгой теоретической обработки результатов измерений.
Существование у магнитов размагничивающего действия давно уже не представляло собой секрета. Предшественники Столетова знали об этой особенности образцов, с которыми они работали.
Пытаясь отделаться от ошибок, возникающих при пользовании магнитометрическим методом, ученые придумывали всяческие ухищрения.
Вебер, например, стремясь ослабить размагничивающее действие, изготавливал образцы в виде очень длинных и тонких цилиндров.
Фон Квинтус-Ицилиус пытался придать своим образцам форму эллипсоидов — тел, для которых можно теоретически рассчитать размагничивающий фактор.
Но всеми этими ухищрениями можно только уменьшить ошибки, исключить же их целиком, действуя такими способами, нельзя. Нельзя же до бесконечности удлинять образцы, чтобы свести на нет размагничивающий фактор. Изготавливать эллипсоиды? Но и это тоже не выход. Не говоря уже о том, что сделать точный эллипсоид почти невозможно, метод фон Квиитуса-Ицилиуса тоже не гарантировал от появления ошибок. Анализируя этот метод, Столетов установил: для того чтобы быть вполне уверенным в результатах исследования, нужно брать очень длинные эллипсоиды. В противном же случае малейшая ошибка, допущенная при измерениях, сильно отразится на расчетах, в особенности когда придется иметь дело со слабыми полями.
Что же делать? Как определить истинные магнитные свойства железа?
Все исследователи топчутся в каком-то заколдованном круге. Для исследования магнитных явлений они, как издавна повелось, вооружаются магнитометром. А применение магнитометра неизбежно влечет за собой применение образцов в виде стержней, брусков, эллипсоидов, а значит, и появление ошибок, вызываемых размагничивающим действием, которое производят концы магнитов.
И тем не менее исследователи не пробуют разорвать порочный круг, в который заводит их магнитометрический метод, не пытаются найти какой-нибудь иной способ исследования магнитных явлений.
Какое-то схоластическое преклонение перед установившимися традициями довлеет над этими учеными. Покорно мирятся они с тем, что их образцы обладают размагничивающим фактором.
Выхода, как будто, и быть не может: как же уберечь магнит от действия создаваемого им же самим магнитного поля? Всякий магнит любого известного типа — и прямолинейный и подковообразный — окутывает себя идущими от одного полюса к другому силовыми магнитными линиями.
Но кто сказал, что магниты всегда обязаны иметь концы?
А что, если намагниченный брусок согнуть не в подкову, а смелее — в кольцо? Сомкнуть один полюс магнита с другим?
Разве от этого магнит перестанет быть магнитом? Нет, конечно. Но кольцеобразный магнит не сможет действовать сам на себя! Ведь он не создает вокруг себя магнитного поля!
У кольцеобразного магнита не будет размагничивающего фактора. Намагничение кольцеобразного образца не будет зависеть от размеров и формы сечения образца. Данные о магнитных свойствах кольца будут данными именно о магнитных свойствах материала, из которого оно сделано.
Итак, чтобы ликвидировать действие размагничивающего фактора, надо пользоваться образцами, сделанными в виде кольца, тороида. Кольцо, именно кольцо поможет магнитологам выбраться из порочного круга, в котором они находятся.
Как намагнитить кольцо — это ясно. Его надо обвить проволокой. Когда по обмотке пойдет электрический ток, кольцо намагнитится.
Но как узнать, как сильно оно намагнитилось?
Магнитометр в этом случае ничем не сможет помочь. Ведь у кольца нет концов, оно не создает в окружающем пространстве магнитного поля, в этом его преимущество перед образцами другой формы, но в этом кроется и невозможность применить для исследования кольцеобразных образцов магнитометр. Кольцо не будет действовать на магнитную стрелку этого прибора.
Как же теперь поступить? Ведь прежний метод исследования магнитных свойств не годится.
Но неужели, исследуя магнитные явления, надо обязательно хвататься за магнитную стрелку, как за якорь спасения, следовать традиционным представлениям о том, что силу магнита надо измерять с помощью магнита же?
Разве нельзя магнитные явления изучать с помощью электрических приборов? Ведь магнетизм и электричество тесно связаны между собою, это уже давно известно.
Если помахать мотком проволоки перед магнитом, в проволоке возбудится электрический ток. То же самое произойдет, если начать двигать магнит перед неподвижным мотком. В обоих случаях соблюдается условие, необходимое для возникновения электрического тока под действием магнитного поля: проволока пересекает магнитные силовые линии.
Замерив силу порожденного в проволоке тока, можно оценить степень намагниченности магнита. Но как воспользоваться явлением электромагнитной индукции для исследования магнитных свойств кольца?
Распилить поперек кольцо и двигать в прорези витки проволоки. Это, конечно, практически неудобно. Кроме того, перед нами будет уже не совсем кольцо.
Но обязательно ли для возникновения электромагнитной индукции движение проволоки относительно магнита? Нет, конечно. Если и магнит и проволока будут неподвижны, но намагниченность образца будет меняться, число магнитных силовых линий будет расти или уменьшаться, то это будет равносильно перемещению магнита и проволоки относительно друг друга.
Когда же меняется намагниченность кольца? В моменты включения или выключения тока, подаваемого в намагничивающую обмотку образца.
При включении тока намагниченность кольца быстро возрастает, пока не достигнет значения, соответствующего данной силе тока и числу витков обмотки. После этого магнитное поле, создаваемое кольцом, остается постоянным. Но ведь оно не сразу стало таким. Оно пусть и короткий срок, но все же менялось. А ведь меняющееся магнитное поле должно индуктировать, порождать ток в проводнике, поставленном на пути магнитных силовых линий. Если на кольцо надеть еще одну обмотку, то в ней в момент включения тока в первичную обмотку должен возникнуть ток. Этот ток будет итти только короткое мгновение: по вторичной обмотке пробегает импульс тока. Ток возникнет и при отключении обмотки кольца от источника тока. Магнитное поле, исчезая, также породит во вторичной обмотке импульс электрического тока. Вот эти-то периоды рождения и исчезновения намагниченности образца и должен подстеречь экспериментатор.
Если замерить количество электричества, протекающее в эти периоды через вторичную обмотку, то можно будет определить теоретически, каково было магнитное поле, вызвавшее этот импульс тока. А узнать магнитное поле, создаваемое кольцом, — это значит узнать и степень намагничения железного образца.
Зарегистрировать импульс тока, измерить количество заряда, прошедшего через вторичную обмотку, — дело нехитрое.
Для этого нужно будет употребить баллистический гальванометр. Обычный гальванометр отзывается только на длительный ток, равномерно текущий по проводнику. А баллистический гальванометр способен улавливать и кратковременные толчки электрического тока. Подвижная система — магнит или проволочная рамка — этого гальванометра делается более тяжелой, чем у обычного. Рамка баллистического гальванометра не сразу отзывается на толчок идущего через нее тока. Обладая большой инерцией, она некоторое время остается почти неподвижной, накапливая энергию, сообщаемую ей толчком тока. Рамка начинает поворачиваться уже после того, как исчез мимолетный, быстрый импульс тока.
Измерив угол, на который повернется рамка, можно узнать, какое количество электричества прошло через нее за время существования импульса тока, а зная это, рассчитать и то, какую намагниченность приобрел образец.
Баллистический гальванометр, работая в паре со вторичной обмоткой, сможет определить намагниченность кольца, сделать то, что недоступно магнитометру.
Вот каким методом надо исследовать магнитные свойства железа.
К концу весны 1871 года у Столетова полностью созревает замечательный план исследований железа.
