Будущие физики учатся в лаборатории ставить опыты. Они знакомятся с основными приемами измерительной техники. В список задач физического практикума входит определение удельного веса тел, длины секундного маятника, числа колебаний камертонов, измерение показателей преломления и длины световых волн. В лаборатории студенты могут познакомиться с последними достижениями науки. Здесь есть установка, на которой студенты изучают спектральный анализ, недавно открытый. Много задач посвящено исследованию электрических явлений. Студенты измеряют сопротивление проволок, силу тока, напряжение гальванических элементов, учатся измерять силу земного магнетизма.
Занятия в лаборатории университетское начальство не сделало обязательными. Оно предоставило студентам самим выбирать, будут ли они работать в лаборатории или ограничатся только слушанием лекций. Но желающих заниматься в лаборатории находится множество. В ней с самых первых дней ее существования становится тесно и оживленно.
Лаборатория служит не только студентам. Она сразу же становится местом, где ведут свои экспериментальные исследования и профессора, и их помощники, и многие молодые ученые.
Осенью 1873 года Р. А. Колли начинает в лаборатории опыты, послужившие основой его магистерской диссертации.
Он принимается за свое первое научное исследование: ставит опыты по определению работы, производимой гальваническим током. Он решает исследовать вопрос, влияет ли механическая работа на электрические процессы. При электролизе химических соединений, как известно, выделяющиеся вещества движутся к электродам, опущенным в ванну. Колли решает повернуть опыт по-иному. Обычно электроды располагаются один рядом с другим. А что, если один электрод будет находиться над другим, думает Колли. Ведь в этом случае частицам, выделяющимся из электролита, придется либо подниматься вверх, преодолевая тяжесть, либо опускаться вниз. В этом случае сила тяжести будет помогать их движению. Скажется ли это обстоятельство на химическом действии электрического тока? Очевидно, должно сказаться. Ведь закон сохранения энергии незыблем, и если часть энергии выделяется или поглощается в виде механической энергии, значит какая-то доля электрической энергии должна либо недорасходоваться, либо перерасходоваться.
Опыты по проверке своей гипотезы Колли ставил еще у себя дома. Однако удовлетворительных результатов в пользу ее он не получил. И вот теперь, в новой лаборатории, где он работает с таким замечательным учителем, как Столетов, Колли возвращается к своей идее.
Столетов ходит именинником вокруг стола, где Колли собирает установку для опытов. Работа Колли первая работа молодой лаборатории.
И как оригинальна ее идея!
Колли одерживает полную победу. Он доказывает, что механическая работа по переносу атомов может превращаться в энергию электрического тока.
Вскоре и сам Столетов начинает в лаборатории свою первую на родине экспериментальную работу.
Он ставит давно задуманный опыт по определению соотношения между электростатическими и электромагнитными единицами.
Для того чтобы сравнить между собой электростатические и электромагнитные единицы, Столетов решает измерить в этих единицах величину одного и того же электрического заряда.
Электрический заряд может находиться в статическом положении. Если, например, присоединить к источнику электрического напряжения конденсатор — две металлические обкладки, разделенные между собой промежутком, — конденсатор зарядится. На его обкладках появятся электрические заряды.
Заряды эти будут неподвижны. Зная напряжение батареи и электрическую емкость конденсатора, можно узнать, какой электрический заряд скопился на его обкладках. Величина заряда в этом случае будет измеряться в электростатических единицах.
Но заряды могут и двигаться. Электрический ток — это как раз и есть движущиеся электрические заряды.
Осевшим на обкладках конденсатора зарядам можно дать возможность двигаться, если соединить обкладки проволокой. Конденсатор начнет разряжаться. Заряды побегут по проволоке — в ней возникнет электрический ток.
Измерив приборами разрядный ток, можно будет рассчитать, какой заряд прошел через проволоку при разряжении конденсатора. Величина прежде неподвижного заряда будет измерена в электромагнитных единицах.
Сердцевиной установки Столетова, созданной им для измерения величины одного и того же заряда, и вначале, когда он находится в покое, и потом, когда он движется, и был конденсатор.
Когда знакомишься с работой Столетова по определению коэфициента пропорциональности между электрическими единицами, припоминается известный рассказ о художнике Брюллове.
Поправляя однажды картину своего ученика, знаменитый художник только чуть-чуть прикоснулся к ней кистью. И безжизненная прежде картина от этого сразу ожила. В ответ на удивленный вопрос ученика, пораженного таким эффектом, Брюллов сказал: «Искусство начинается там, где начинается „чуть- чуть“».
Своей работой Столетов ярко показал, что слова Брюллова можно отнести и к искусству экспериментатора.
Между работой Столетова и работами его предшественников Вебера и Кольрауша было большое сходство.
Чтобы найти отношение между электростатическими и электромагнитными единицами, эти ученые также измеряли величину электрического заряда, вначале покоящегося, а потом двигающегося.
Сердцевиной созданной ими установки также был конденсатор, который они сначала заряжали, а потом разряжали.
Но было и различие между установкой, придуманной Столетовым, и установкой Вебера и Кольрауша, различие, обеспечившее опытам Столетова несравненное превосходство над опытами других ученых, пробовавших измерить коэфициент пропорциональности.
Вебер и Кольрауш пользовались конденсатором старого типа — лейденской банкой, стеклянным стаканом, оклеенным снаружи и внутри станиолем. Вычислить электрическую емкость лейденской банки со сколько-нибудь достаточной точностью было невозможно. Поэтому ученые «были вынуждены, — как писал Столетов, — измерять эту емкость обходным путем».
Погрешности, возникавшие при определении емкости, были одним из источников ошибок, вкрадывавшихся в результаты опытов.
Столетов же сконструировал конденсатор, емкость которого можно было рассчитывать точно.
Конденсатор состоял из двух расположенных один над другим металлических дисков, расстояние между которыми можно было изменять, действуя микрометрическими винтами. С помощью винтов и трех микроскопов, нацеленных с разных сторон на промежуток между дисками, их можно было устанавливать строго параллельно друг другу, точно соблюдая желаемую величину зазора. В целях достижения большей точности при измерении емкости конденсатора Столетов снабдил один из дисков охватывающим его охранным кольцом. Кольцо предотвращало появление искажений электрического поля на краях диска.
Зная диаметр дисков и величину зазора между ними, Столетов получил возможность с чрезвычайной точностью рассчитать емкость своего конденсатора.
По-другому решил Столетов вопрос об измерении разрядного тока. Измерить этот ток было делом непростым. Разряд конденсатора длится всего лишь мгновенья.
Чтобы измерить разрядный ток, Вебер, Кольрауш, а также Эйртон и Перри, начавшие свои исследования позже Столетова, применяли баллистический гальванометр.
По-иному действовал Столетов. Ученый нашел гениально простой, остроумный и изящный способ «остановить мгновенье», продлить разрядный ток.
Конденсатор, решил Столетов, надо многократно и очень часто то заряжать, то разряжать.
Частые импульсы тока, следующие подряд один за другим, будут сливаться в как бы непрерывно идущий по проводнику ток. Несложный прибор легко определит величину этого тока. Для многократного заряжения и разряжения конденсатора Столетов включил в свою установку сконструированный им вращающийся коммутатор. Этот коммутатор приводился в действие маленьким электрическим мотором. При вращении мотора коммутатор то присоединял конденсатор к электрической батарее, заставляя его заряжаться, то
