В области теории электричества физики в сороковых годах нашего столетия очутились в тяжелом положении. Оптика и учение о теплоте в это время уже отказались от особых основных материй и сошлись на едином эфире как наитончайшей и наиболее упругой материи, пронизывающей все прочие вещества без заметного сопротивления и только потому невесомой. В электричестве же и в магнетизме все еще оставались особые невесомые электрические жидкости, а порою и магнитные, роль которых было трудно понять и трудно ограничить. Представляют ли собою эти жидкости действительно особые вещества, отличные от светового и теплового эфира, или же электрические и магнитные явления следует рассматривать лишь как особый вид действия того же эфира? Этот вопрос требовал уже не простого утверждения или отрицания, а фактического доказательства, что эти явления действительно могут быть выведены из особых движений эфира. Поэтому большинство физиков, может быть, и отвечало на этот вопрос, в положительном смысле молча, про себя, но лишь немногие попытались открыто обосновать эту точку зрения.
И, действительно, немногочисленные предпринятые в это время попытки перенести волновую теорию на электричество обещали очень мало успеха, а попытки некоторых физиков открыть в электрических явлениях надежные признаки волнообразных движений привели только к отрицательным результатам. Так, Вартман в 1845 г. тщетно пытался открыть в электричестве явления интерференции, а в следующем году с таким же отрицательным результатом работал де-Гальда, пытавшийся открыть в магнетизме отражение, преломление или диффузию. Поэтому даже и те физики, которые всегда интересуются общей связью явлений, оставив пока в стороне вопрос о сущности того движения, которое мы называем электричеством, пытались лишь выработать такое воззрение, которое прямо не требовало бы допущения особых электрических жидкостей. Эта группа ученых, с самим Фарадеем во главе, оставив дуалистическую теорию электричества, считавшуюся столь долгое время бесспорной, вернулась к теории единой жидкости, которую можно было без особого труда отождествить с эфиром. Само собою понятно, что это воззрение встретило сочувствие прежде всего в Англии, среди соотечественников Фарадея. Но во Франции и Германии против него возражали, указывая, что при современном состоянии знания о строении материи подобное воззрение еще не имеет реального значения, являясь в то же время значительно менее удобным и плодотворным для математической разработки электрических явлений, чем общепризнанная дуалистическая теория. Поэтому ограничились тем, что старое воззрение стали рассматривать только как полезную вспомогательную гипотезу, не претендующую на объективную действительность, и сохранили ее в силе без дальнейших изменений.
Большим успехом сопровождалось изучение количественной стороны электрических явлений и именно этими достижениями, начавшими особенно быстро накопляться с сороковых годов, в значительной мере определились поразительные успехи современной электротехники. Правда, в начале этого периода, когда закон Ома начал получать все большее признание, были сделаны попытки, преимущественно с французской стороны, оспорить его общность и точность. Так, Мариè Дави в 1846 г. заявил: «Итак, следует остерегаться приписывать законам Ома общность, которой они не имеют. У меня имеются, может быть, основания сомневаться в их точности даже в применении к термоэлектрическим токам; что же касается простых гидроэлектрических цепей. то они значительно уклоняются от этих законов». Соответственно этому и Депре в 1852 г. заявил, что закон Ома отнюдь не представляет собою точного выражения явлений, а Секки согласился с ним в отношении тех случаев, когда в цепь введены большие сопротивления. Однако Муаньо, помещая статью Депре в своем журнале «Cosmos», отметил, что он лично совершенно не согласен со школой, которая ставит себе задачей доказывать неполное совпадение теоретически доказанных законов с практикой и пытается заменить эти законы набором отдельных наблюдений и эмпирических формул. Еще резче выразился в своем отзыве об этих работах Беетц: «Подобное напоминание особенно уместно в парижском журнале, так как «Comptes rendus» Парижской академии наук больше всех других журналов отличаются тем, что обременяют науку подобными исследованиями, не приводящими ни к каким выводам и физическим законам». Между тем в 1847 и в 1848 гг. Кольрауш при помощи устроенного им электрометра измерил электрическое напряжение на полюсах разомкнутой гальванической батареи и полностью подтвердил предпосылки Ома относительно этих напряжений. После этого отпали всякие сомнения в действительности закона Ома. Г. Кирхгоф еще в 1847 г. уверенно положил закон Ома в основание своих знаменитых работ о разветвлении тока; в 1849 г. он дал более полное обоснование своего закона; при этом он не исходил подобно Ому из положения, что напряжение в элементе тока пропорционально плотности массы электричества в нем, а определил это напряжение с помощью потенциала электричества в соответствующем месте. Таким образом, Кирхгоф стал одним из первых физиков, которые признали важное значение понятия электрического потенциала, позволяющего исключить проблематическое понятие плотности электрической массы, и стали его применять соответствующим образом. Гельмгольц, в своей работе 1851 г., еще более расширил область применения закона Ома. Он показал, что этот закон имеет силу не только для постоянных токов, в которых выравнивание силы тока происходит по всей длине проводника, но что видоизмененное выражение этого закона может быть применено и к индуцированным токам, вызванным колебаниями тока, и что с увеличением периода это выражение асимптоматически приближается к закону Ома. В конце концов, Комиссия британской ассоциации в 1876 г. еще раз подтвердила этот достаточно старый, много раз уже проверенный закон.
Проблема разветвления тока, как мы уже частью указали раньше, была разработана для некоторых отдельных случаев Омом, Пуллье, Уитстоном, Поггендорфом и В. Вебером. Однако только Кирхгоф поставил и разрешил эту задачу в столь общем виде, что все последующие работы основывались на его решении. Оба закона, в которых содержится разрешение всех проблем разветвления тока, он дал еще в 1845 г., будучи студентом 21 года, в прибавлении к своей работе «Über den Durchgang eines Stromes durch eine Ebene, insbesondere eine kreisförmige» («О прохождении тока через плоскость, в частности — ограниченную окружностью»). Эти законы гласят: «Если через систему проводов, связанных между собою произвольным образом, проходят гальванические токи, то 1) в случае, если провода 1, 2, ..., m сходятся в одной точке,
I1+I2+...+Im=0,
где I1, I2, ... обозначают силы токов, проходящих по соответствующим проводам, причем все токи, направленные к упомянутой точке, являются положительными; 2) в случае, если провода 1,2, ..., n образуют замкнутую фигуру, равно сумме всех электродвижущих сил, образующихся на пути 1, 2, ..., n, где w1, w2, ... обозначают сопротивления проводов, I1, I2...— силы протекающих по ним токов, причем токи, текущие в одном направлении, считаются положительными». Подробный вывод этих законов последовал двумя годами позже, и общее решение вопроса о разветвлении тока было дано Кирхгофом в следующих словах: «Пусть m представляет собою общее число точек пересечения, т. е. точек встречи двух или большего числа проводов, и пусть m=n—m+1; тогда общим знаменателем для всех величин I будет сумма тех сочетаний из w1, w2, ..., wn по m элементов в каждом, wk1, wk2,..., wkm, которые обладают тем свойством, что по удалении проволок k1, k2,..., km не остается ни одной замкнутой фигуры; а числителем для Il является сумма сочетаний из w1, w2, ..., wn по m—1 элементов в каждом, wk1, wk2,..., wkm-1, имеющих то свойство, что по удалении проводов k1, k2,..., km-1 остается замкнутая фигура, заключающая в себе l проводов; каждое из этих сочетаний помножается на сумму электродвижущих сил, находящихся на соответствующей замкнутой фигуре. При этом электродвижущие силы следует считать положительными в том направлении, в котором I считается положительным». Доказательство своих законов Кирхгоф дал сначала для случая линейных проводников; в следующем году он распространил его на случай телесных проводников, приближающихся подобно проволокам к линейной форме, и таким образом распространил свое доказательство на все вообще формы проводников, применяемые при опытах. В то самое время, когда таким образом закладывалось прочное основание для математической разработки динамического электричества, без внимания не оставлялась и математическая разработка статического электричества, потому что именно здесь было где развернуться математическому таланту. Так как согласно Кулону электрические жидкости принадлежат к тем веществам, которые действуют прямо пропорционально массам и обратно пропорционально квадратам расстояний, то знаменитое сочинение Гаусса «Allgemeine Lehrsätze in Beziehung auf die im verkehrten Verhältnisse des Quadrats der Entfernung wirkenden Anziehungs- und Abstossungskräfte» («Общие георемы, касающиеся сил притяжения и отталкивания, действующих обратно пропорционально квадрату расстояния») оказалось применимым и ко всем проблемам статического электричества. По стопам Гаусса пошел Лежен-Дирихле, между тем как позднее Риман больше приблизился к направлению Грина. Затем эту разработку успешно продолжали в Германии Нейман, В. Вебер, Кирхгоф и особенно Клаузиус, а у англичан У. Томсон и Клерк Максвелл. Систематические же сочинения, охватывающие все достижения того времени в области математического учения об электричестве, дали Клаузиус и Клерк Максвелл. В работах по статическому электричеству главное внимание было уделено распределению электрических масс на отдельных поверхностях и телах любой формы, а также взаимной электрической индукции между несколькими телами. При этом, однако, математические трудности оказались столь большими, что упомянутые проблемы получили свое разрешение лишь для случаев простейших форм поверхностей и тел.
Для измерения количеств статического электричества до сороковых годов преимущественно применяли еще старые электроскопы с золотыми листочками; однако для проверки полученных теперь математических выводов они оказались слишком неточными и ненадежными. Поэтому внимание обратилось в сторону усовершенствования крутильных весов Кулона, которые до этого времени почти вышли из употребления, вследствие трудности обращения с ними и связанной с этим ненадежностью результатов. Главными дефектами этого прибора оказались недостаточная устойчивость начального положения коромысла и изменчивость кручения подвесной нити. Сноу Гарисс попробовал для устранения этих недостатков подвесить коромысло на двойной нити (бифилярно), но результаты не оправдали ожиданий. В это же время Пельтье вернулся к мысли Швейггера и заменил коромысло магнитной иглой, вращающейся на острие; однако и эта поправка не имела успеха. Более плодотворной оказалась конструкция Эрстеда, данная им в 1840 г., заключавшаяся в сочетании идей Кулона и Швейггера. Он заменил шеллаковую палочку Кулона медной палочкой с припаянным к ней для подвешивания нити слабо намагниченным железным ушком, магнитность которого сообщала и медному коромыслу твердое начальное направление. Электричество подводилось не при помощи шара, а при посредстве двух медных рычажков, действовавших на оба конца коромысла. Дельман, применявший весы Кулона в их первоначальном «виде еще в 1840 г. для своих наблюдений над атмосферным электричеством, изменил их в 1842 г. следующим образом: коромыслом служила у него медная палочка, как у Эрстеда, а электричество подводилось, как у Пельтье, другою медною палочкой, которая была расположена под коромыслом параллельно последнему и, следовательно, действовала на него всей своей длиной. Для фиксирования начального положения коромысло (немагнитное) имело посредине изгиб, благодаря чему оно могло быть положено одной половиной на одну сторону приводящего стержня, а другой половиной — на другую часть его. Ромерсгаузен в 1846 г. заменил приводящую проволоку полоской; он расщепил ее посредине и выгнул обе половины в противоположном направлении, так что прямое коромысло можно было «положить в желобок. Наконец, Кольрауш в 1847 г. до известной степени завершил усовершенствование этого прибора. Нить кокона он заменил стеклянною с большею силою кручения; для более удобного заряжения он от проводящей полоски провел стерженек наружу, пропустив его изолированно через дно прибора; воздух в последнем он осушал при помощи концентрированной серной кислоты; стеклянное дно и стеклянные боковые стенки прибора он заменил металлическими (во избежание их заряжения) и оставил стеклянной лишь покрышку, через которую при помощи лупы он и наблюдал отклонения стержня. При помощи такого именно прибора Кольрауш провел указанную выше работу по проверке закона Ома, а также формул Кирхгофа для интенсивности разветвляющихся токов. Другой прибор, устроенный наподобие синус-буссоли и названный синус-электрометром, был изготовлен Кольраушем в 1853 г. Электрометр Рисса, примененный последним при его измерениях, начиная с 1855 г., очень мало отличался от только что указанного.
Электростатические измерения снова с полной достоверностью установили, частью непосредственно, частью путем проверки математических выводов, что электростатические и магнитные силы полностью и без изъятия подчиняются кулоновскому закону действия пропорционально массам и обратно пропорционально квадратам расстояний. Поэтому многие физики были склонны предполагать, что этот вид действия должен рассматриваться как основное свойство всех сил природы, и отсюда далее заключили, что по аналогии с явлениями тяготения и все прочие естественные явления следует объяснять непосредственным действием на расстоянии. Однако с таким строгим единством природы, при котором даже было трудно предусмотреть возможность разнородных действий сил природы, электродинамические явления были совершенно несовместимы. Ньютоновское воззрение не знало для сил никакой иной зависимости, как только от массы и расстояния тела; закон сложения скоростей, сообщаемых телу ускоряющей силой, и вообще закон сложения сил в том виде, как его точно сформулировал Ньютон, прямо отрицал зависимость действия сил от движения действующих тел, и ни один астроном никогда не вводил в свои исчисления зависимости тяготения от космических скоростей тяготеющих тел. Наоборот, электродинамические силы обязательно предполагали движение действующих масс и вполне явно зависели от этого движения, а именно, поскольку при покое электричества они вообще не возникали и по самому своему понятию требовали движения.
Ампера вопрос об этом противоречии не интересовал. Он установил понятие силы, или интенсивности, тока в качестве основного понятия, а от вывода этой силы из сил электрических жидкостей он совершенно воздержался. Приняв для электродинамического взаимодействия двух элементов тока прямую пропорциональность произведению их интенсивностей и обратную пропорциональность некоторой степени их расстояния, он с внешней стороны как будто еще сохранил общую форму ньютоновского закона притяжения; но его формула не могла быть выведена из основных свойств электричества, а только из данных опыта; ее чисто эмпирический характер выражался и в том, что она допускала применение только в своей специальной области, а именно, к случаю взаимодействия двух электрических токов.
Амперовская формула не соответствовала какому-либо общему воззрению на сущность нового случая действия сил, она была лишь выражением чисто эмпирического факта. Это особенно подчеркнул В. Вебер при выводе им нового основного электрического закона, отметивший для обоснования своей мысли, что формула Ампера отнюдь не выявила себя в качестве истинного закона природы, каким, например, является закон тяготения; что она не оказалась плодотворным орудием при открытии новых явлений, а также при изучении родственных явлений, и что все последующие успехи, например открытое индукции и ее законов, были достигнуты независимо от теории Ампера. Вебер считает необходимым оба закона действия, приводившиеся до сих пор отдельно для электростатических и электродинамических действий, т. е. законы Кулона и Ампера, слить в единый закон, который охватил бы все электрические явления. Для этого, прежде всего, необходимо, чтобы понятие об интенсивности тока было сведено к основным представлениям о взаимодействии электрических масс.
Динамическое действие тока может зависеть только от массы электричества, действующей в данной точке в течение известного времени; или интенсивность тока должна быть пропорциональна количеству электричества, протекающего в единицу времени через каждое поперечное сечение провода. Следовательно, если через е обозначить массу положительного электричества, заключенного в единице длины провода, а через u — его скорость, то интенсивность i положительного тока должна быть пропорциональна произведению eu, или должно иметь место равенство i=aeu, если а обозначает постоянное отношение между массой и ее дееспособностью. От такого определения интенсивности тока есть лишь два пути к основному электродинамическому закону: либо можно показать, каким образом из элементарных действий слагаются фактически наблюдаемые действия, либо можно формулу Ампера, выражающую общий результат действий, разложить на составные части, соответствующие элементарным действиям. Вебер использовал оба эти пути.
Если в формулу Ампера для интенсивности тока вставить выражения Вебера, то получается:
или же
если, по Амперу, подставить dr/ds вместо cosq, — dr/ds’вместо cosq1, и
(вместо cosq. Если, далее, принять, — а согласно дуалистической теории электричества это представляется необходимым, — что через каждый элемент проводника одновременно протекают в противоположных направлениях два одинаковых количества положительного и отрицательного электричества, то взаимодействие двух элементов тока сложится из четырех элементарных действий, двух притяжений и двух отталкиваний; тогда приведенное выше выражение соответствует величине взаимного отталкивания двух положительных электричеств в обоих элементах тока. Для трех остальных действий мы можем вывести совершенно аналогичные формулы. Во всех этих формулах величины dr/ds, dr/ds' и т. д. могут быть исключены и заменены скоростями. В самом деле, если принять во внимание, что расстояния r зависят от положения элементов в цепи тока, т. е. от s, а, следовательно, и от времени t, то путем двукратного дифференцирования можно получить:
и
или, если подставить u вместо ds/dt и u' вместо ds'/dt и возвести первую формулу в квадрат, то
и
Подставив эти значения в приведенную выше формулу электродинамического действия двух положительных элементов, составив соответствующие выражения для остальных трех действий и сложив эти четыре выражения, мы получим для совокупного действия обоих элементов
причем следует лишь принять во внимание, что все dr/ds и d2r/ds2, где ds суть элементы провода, должны быть равны между собою и что формула Ампера, выражающая совокупное действие, здесь применена и просуммирована четыре раза. С другой стороны, последняя формула может быть разложена на четыре части, которые все имеют следующий вид:
и которые с переменой знаков е и е' переходят одна в другую. Каждая из них в отдельности обозначает элементарное действие четырех электричеств, протекающих по элементам тока, а приведенная выше формула представляет собою общий закон взаимодействия движущихся количеств электричества. Так как в это выражение уже не входят интенсивности токов, а только количества электричества, и так как оно представляет отдельно действия различных электричестве, то к нему легко присоединить выражение для статического действия электричеств. Тогда взаимное действие двух электрических масс eds и e'ds', независимо от того, находится ли электричество в покое или в движении, выразится самым общим образом в следующем виде:
или, если через v обозначить относительную скорость обеих электрических масс, отнесенную к соединяющей их линии:
Таким образом, формула Ампера привела Вебера к тому выводу, что взаимное действие электрических масс зависит не только от электрической материи как таковой, но также от состояния се движения, от ее скорости и ускорения.
К такому же результату должны были привести, независимо от теории Ампера, и основные электродинамические опыты. Если представить себе два элемента положительного электричества е и е' протекающими по двум проводам, то их электростатическое отталкивание ee'/r2 должно под влиянием движения измениться, ибо в противном случае электродинамическое действие было бы вообще невозможно. Но тогда, во-первых, спрашивается, должно ли движение увеличивать или уменьшать силу. Рассмотрим два элемента, расположенных на одной прямой и движущиеся в одном и том же направлении. Здесь имеют место два отталкивания двух положительных или двух отрицательных электричеств и два притяжения разноименных электричеств. Но так как в рассматриваемом случае результирующей силой является отталкивание, и, следовательно, отталкивания элементов с меньшею относительною скоростью имеют перевес над притяжениями элементов с большею относительною скоростью, то скорость должна производить ослабление электростатических сил, ибо увеличения сил под влиянием скорости мы допустить не можем. Но отталкивание остается совершенно тем же, когда направление токов заменяется противоположным; следовательно, ослабление силы может зависеть не от нечетной, а лишь от четной степени скорости. Если сделать наиболее простое предположение, что ослабление силы пропорционально квадрату скорости, за что говорит и закон действия сил любых движущихся масс, то взаимное действие двух частиц тока можно будет выразить через (ee'dsds'/r2)(1—av2), где a обозначает неопределенную пока еще постоянную, a v — относительную скорость обеих частиц. Однако это выражение еще недостаточно для электрических действий. Представим себе два параллельных и одинаково направленных пути тока S и S' (см. черт. 1) и пусть интенсивность тока, а, следовательно, и скорость в S будет больше, чем в S'.
Представим себе, далее, два элемента тока ds и ds', которые расположены прямо друг против друга; тогда здесь относительная скорость электричеств будет как раз равна нулю, до этого места она уменьшалась до нуля, а за ним она будет возрастать. Однако, так как и в этой точке, где относительная скорость равна нулю, электродинамическое действие все-таки существует, а именно, здесь имеет место притяжение, то, значит, все взаимодействие должно вообще зависеть не только от относительной скорости, но также от ускорения, причем влияние последнего должно быть противоположно влиянию скорости. Следовательно, к полученному нами выражению для электрической силы следует еще прибавить новый член, пропорциональный ускорению. В силу этого, если через b обозначить еще вторую неопределенную постоянную, взаимодействие двух движущихся масс электричества будет равно
Если затем сложить соответствующие действия четырех количеств электричества в обоих токах и сравнить эту сумму с формулой Ампера, то для действия двух движущихся количеств электричества снова получаем прежнее выражение
Постоянной а можно теперь придать более наглядный вид. Для этого представим себе, что токи имеют столь большую постоянную относительную скорость с, что электрическое взаимодействие их равно нулю; в таком случае должно быть:
отсюда для взаимного действия масс электричества получается следующее выражение:
Электрический закон силы Вебера был революционным актом первостепенной важности, чреватым великими последствиями. Со времени Ньютона все действия сил в последнем счете сводили к основным свойствам материи, которые в своих действиях были совершенно независимы от состояния движения. По Веберу же эти основные действия видоизменяются под влиянием движения, и не только скорость, но даже ускорение вызывает новые силы, независимые от свойств покоящейся материи. Таким образом, единое ньютоновское воззрение на силу, считавшееся прочно установленным для всей области физики, было снова поставлено под знак вопроса благодаря старому революционному элементу — электричеству, вследствие чего стал несомненным возврат к прежнему воззрению на движение как на действительное начало, порождающее силы. Однако у физиков того времени было еще мало склонности заниматься столь принципиальными вопросами в этой области, поэтому против новых воззрений на действие электрических сил в то время не было высказано особых возражений. С другой стороны, Веберу необходимо было разобраться в исследованиях других физиков, которые разрабатывали гальваническую индукцию с совершенно иной точки зрения, но в то же время пришли к выводам, вполне согласным с наблюдением.
Уже в 1845 г., т. е., таким образом, раньше упомянутых работ Вебера, появились два аналогичных исследования Г. Грассмана и Фр. Неймана, которые дали теорию гальванической индукции, не прибегая при этом к каким-либо новым предположениям о характере действия электрических сил.
Грассман признал электродинамический закон Ампера, безусловно, правильным по отношению к замкнутым токам, но считал применение его к частям или элементам тока невозможным; ибо, во-первых, этот закон предполагает, что направление взаимодействия между двумя бесконечно малыми частицами тока совладает с прямой, соединяющей последние, и, во-вторых, из формулы для параллельных элементов тока получается уничтожение электродинамического действия во всех тех случаях, когда косинус угла между элементами и прямой, соединяющей их центры, равен 
(2/3). Поэтому при выводе нового электродинамического основного закона он исходил из действия углов тока на элемент, лежащий, хотя бы своим началом, в плоскости угла. Поскольку угловой ток можно считать замкнутым на бесконечно большом расстоянии (см. черт. 2), к нему применим закон Ампера. Если, далее, вместе с последним принять, что действие углового тока на элемент тока пропорционально проекции последнего на плоскость тока, то из формулы Ампера получается для этого действия следующее выражение:
где i обозначает интенсивность углового тока, b1 — проекцию интенсивности элемента тока, r — расстояние вершины угла от начальной точки элемента тока, а и a' — углы, образуемые этой линией со сторонами угла. Но в этом выражении каждая часть в отдельности, очевидно, представляет действие каждой стороны угла на элемент тока; поэтому действие луча, идущего из какой-либо точки в бесконечность, на элемент тока должно быть равно
Наконец, если притягивающий элемент тока рассматривать как соединение двух бесконечно простирающихся лучей, обладающих направлением и интенсивностью этого элемента, причем по одному из них (положительному) ток протекает в том же направлении, что и по элементу, а по другому в противоположном, причем, далее, начальная точка элемента служит для одного началом, а для другого
концом (см. черт. 3), то для выражения действия элемента тока а на другой элемент b, удаленный от него на расстояние r, легко получается
где b1, обозначает нормальную проекцию b на плоскость, проведенную через а и r, а a представляет угол между а и лучом, проведенным к b. При этом движение происходит нормально к b (или b1) в плоскости, проходящей через a и r, в ту сторону, в которой видна сторона a угла a, если на нее смотреть с другой стороны этого угла. Таков основной электродинамический закон Грассмана, имеющий за собой, во всяком случае, преимущество простоты. Но против правильности его было выдвинуто возражение, что этот закон не удовлетворяет началу равенства действия и противодействия, так как он представляет лишь действие на элемент тока того элемента, который соответствует концу тока, но не дает обратного действия. К этому следует, во всяком случае, прибавить, что и Грассман сводит электродинамическое действие только к элементам тока, но не к силам электрических масс.
Нейман при рассмотрении электродинамических действий исходил из явлений гальванической индукции, но при этом тоже пришел к выводу взаимодействия электрических элементов. В основу своих выводов он положил следующие пять опытных положений: 1) индукционные токи возникают во всех тех случаях, когда возможное действие индуцирующего тока на проводник претерпевает изменение; 2) индуцированная электродвижущая сила не зависит от природы проводника; 3) при прочих равных условиях электродвижущая сила пропорциональна скорости перемещения элементов; 4) составляющая по направлению
движения электродинамического действия, которое индуцирующий ток производит на индуцированный, всегда отрицательна; 5) при прочих равных условиях интенсивность индуцированного тока пропорциональна интенсивности индуцирующего. Из этих положений он вывел математически, без дальнейших допущений, выражения для индуцированной силы тока и для индуцированной движущей силы. В самом деле, если представить себе проводник движущимся таким образом, что всего его элементы имеют одинаковую скорость v, и если обозначить через Cds составляющую по направлению движения электродинамического действия гальванического тока на элемент ds, по которому протекает единица тока, то из вышеприведенных опытных положений для величины электродвижущей силы, индуцированной током в элементе проводника, получается формула E=—enCvds, где e обозначает некоторый постоянный коэффициент. Это основная формула теории Неймана. Из нее для всей индуцированной в проводнике электродвижущей силы получается выражение Eds=—eSvCds, где суммирование S должно быть распространено на все элементы ds проводника. Произведение «силы тока на элемент времени Нейман называет дифференциальным током D, а, принимая во внимание, что D =Edt/w (где w обозначает сопротивление), он из предыдущего получает:
Отсюда для всего действия индуцированного тока за промежуток времени от t0 до t1 или для интегрального тока, получается формула:
Вставив затем в это выражение вместо С величину, исчисленную на основе закона Ампера, Нейман получает для J выражение, которое имеет силу для всех случаев индукции и из которого могут быть выведены частные значения для отдельных случаев, конечно, после довольно длинных и сложных математических выкладок. Прежде всего, он рассматривает случай, когда индукция вызывается только движением проводника, и, следовательно, индуцирующий ток остается в покое; противоположный случай, когда проводник остается в покое, а цепь тока движется, равно как случаи, когда оба они движутся, он сводит к первому случаю. Последний же случай, когда индукция происходит вследствие изменения интенсивности индуцирующего тока, оказывается труднее и требует уже допущения, что действие остается одинаковым, возбуждается ли индуцирующий ток внезапно в цепи, или же он внезапно переносится из далекого расстояния в его последнее положение, или, выражаясь общее, — допущения, что изменение интенсивности индуцирующего тока производит совершенно такое же действие, как если бы изменялось его расстояние от проводника. Но тогда можно еще общее доказать, что все изменения тока, вызывающие в проводнике индукцию, имеют равнозначную причину и определенную меру в изменение величины потенциала индуцирующего тока по отношению к проводнику в начале и конце индукции. Затем, во второй из приведенных выше работ Нейман формулирует свой общий закон потенциала в следующих ясных выражениях: «Если замкнутый и неразветвленный проводник AI, переходит путем какого-либо изменения своих элементов, но с сохранением проводящих связей, в другой проводник АII иной формы и положения, и если это изменение из АI в АII происходит под влиянием электрической системы тока ВI, которая одновременно в силу произвольного смещения своих элементов изменяет свое положение, форму и интенсивность и переходит из ВI в BII , то сумма электродвижущих сил, вызванных этими изменениями в проводнике, равна произведению постоянной индукции e на разность потенциалов тока ВII по отношению к АII и тока ВI по отношению к AI— в предположении, что через AI и АII протекает единица тока».
С этими-то выводами Неймана Вебер и должен был, прежде всего, согласовать свой общий закон элементарных электрических действий. Если последний был верен, то из него не только должны были вытекать все явления индукции, но следовало также доказать, что он находится в согласии с законами индукции других физиков, или же доказать, что последние неверны. Такой вывод законов индукции Вебер дал уже в первой своей работе и это обстоятельство, во всяком случае, являлось сильным доводом в пользу правильности самого закона. К сожалению, при сравнении этих результатов с неймановскими, выяснилось, что формулы обоих авторов, совпадая вполне для замкнутых токов, дают противоречивые результаты для действия индуцирующего тока на незамкнутый проводник. Вебер объяснил это противоречие тем обстоятельством, что Нейман обосновал свой закон на опытном положении Ленца (четвертое из вышеприведенных положений), выведенном из наблюдений над замкнутыми токами и неприменимом к незамкнутым токам.
Тогда и Нейман во второй из указанных выше работ провел это сравнение и подобно Веберу нашел, что для замкнутых токов их формулы действительно дают согласные результаты, а для индуцирующего тока со скользящими местами 1 — противоположные, т. е. противоположно направленные индуцированные токи, и что в данном случае только его формула подтверждается на опыте. Однако Нейман не сделал отсюда вывода о совершенной неправильности закона Вебера, а счел вероятным лишь неправильное применение его к данному случаю. И действительно, вскоре после этого Вебер показал, что и при существовании в проводнике скользящих мест из его закона можно получить величины, согласные с формулой Неймана, если принять в расчет не только электродвижущие силы, вызываемые подвижной частью тока и элементами, вновь возникающими в точке скольжения, но также электродвижущие силы, возникающие вследствие изменения скорости движения электричества в местах скольжения. После этого Нейман охотно признал, что «Веберу действительно удалось счастливо разрешить данное затруднение», и вообще высказался очень благоприятно о законе Вебера. «Успех, — заявил он, — оказался блестящим. С одной стороны, из этого закона очень просто вытекает закон Ампера для действия двух элементов тока, с другой, — и установленный нами общий закон индукции». После этого закон Вебера был большинством физиков признан, а в учебниках физики он стал применяться исключительно или преимущественно для математического вывода закона индукции. Лишь в последующий период, в течение 60-х и особенно 70-х годов, против основных предпосылок этого закона, а, следовательно, и против его состоятельности вообще были высказаны многочисленные и сильные возражения; но о последних мы будем говорить позднее.
Для количественного определения электродинамических действий и для проверки электродинамических законов до сих пор пользовались только проволочными прямоугольниками Ампера, представлявшими собою довольно неточные приборы. Вебер ввел усовершенствование и в эту часть измерительной техники, превратив бифилярный магнетометр в электродинамометр, допускавший достаточно тонкие и в то же время надежные измерения. Существенную часть этого прибора составляли две цилиндрические катушки с навитыми на них проволоками, из которых одна, неподвижная, была настолько велика, что другая могла в ней помещаться и свободно вращаться. Последняя подвешивалась бифилярно на двух серебряных нитях, придававших ей определенный момент вращения и одновременно служивших для подведения тока. Наблюдение отклонений производилось очень точно, при помощи зеркальца, прикрепленного к подвижной катушке. Начальное положение избиралось таким образом, чтобы плоскости обмоток обеих катушек были взаимно перпендикулярны. При помощи этого прибора Вебер получил возможность не только вновь подтвердить закон Ампера, который служил еще основой и для его собственного закона, но мот также совершенно точно проверить все последующие законы индукции.
Столь же важным и плодотворным как для науки, так и для техники оказалось введение в учение об электричестве системы абсолютных мер. Техник впервые приобрел возможность сравнить полученные им электрические силы с примененными для этого механическими силами и правильно оценить первые. С другой стороны, в области науки возможность приведения всех явлений природы к трем механическим единицам — пространства, времени и массы — представляла собою новое доказательство в пользу внутреннего единства и механической природы всех естественных сил. Конечно, как раз для электрических сил такое приведение было нелегкой задачей. Понятие электрической массы, без которого нельзя было обойтись в учении об электричестве, никоим образом не укладывалось в круг механических представлений; оно могло быть сведено к абсолютной мере лишь косвенно, через посредство выраженной уже в абсолютной мере единицы силы, и тем самым по существу дела оно было исключено из математических выкладок.
В качестве единицы массы для магнетизма, а, следовательно, и для статического электричества, уже Гаусс предложил избрать такую массу, которая, действуя на равную ей массу на расстоянии, равном единице, дает единицу силы. Но для интенсивности тока такое определение было недостаточно, так как здесь появляется новый действующий фактор — скорость. Однако, поскольку в системе абсолютных мер единица скорости определяется как производная величина, то и сила гальванического тока могла быть легко сведена к абсолютным единицам. Таким образом, в качестве единицы силы тока следовало принять силу такого тока, «который возникает, когда через каждое поперечное сечение цели в единицу времени проходит единица свободного положительного электричества в одном направлении и столько же отрицательного в противоположном». Эту единицу тока В. Вебер назвал механической, определенно напомнив, что абсолютные единицы мер сводят в идее все силы к механическим (т. е. к движущим) силам. К этому он, однако, тотчас же добавил, что измерение силы тока в этой мере не может быть произведено непосредственно, так как нам неизвестны ни количество нейтральной электрической жидкости, содержащейся в кубической единице проводника, ни скорость перемещения электричества в обоих токах. Сила тока не может быть измерена прямо при помощи количеств электричества, а только по действиям их сил, и из этих действий вытекают три относительные системы мер для силы тока. Соответственно химическому действию электролитической единицей силы тока называют такую, которая в единицу времени разлагает единицу массы воды на ее составные части. Соответственно магнитному действию магнитной единицей силы тока называют силу такого тока, который, обтекая плоскость размером в единицу площади, действует на расстоянии совершенно так же, как магнит, обладающий единицей магнетизма, помещенный посредине той же плоскости, причем магнитная ось его направлена перпендикулярно к последней (т. е. сила тока, отклоняющего стрелку тангенс-буссоли с простым кольцом радиуса R на угол f=arctg2p/TR, где Т обозначает горизонтальную составляющую земного магнетизма). Наконец, соответственно электродинамическому действию электродинамической единицей силы тока называют силу такого тока, который протекает по двум параллельным элементам тока, перпендикулярным к соединяющей их линии, когда эти элементы, будучи расположены друг от друга на расстоянии, равном единице, производят друг на друга действие, относящееся к единице силы, как произведение dsds' относится к единице поверхности.
Все эти единицы были указаны Вебером уже в его двух первых работах об электродинамических измерениях; там же были выведены и взаимные отношения этих единиц. При этом оказалось, что магнитная единица в 2 раз больше электродинамической и в 106 2/3 раза меньше электролитической. Затем в работе 1856 г. он переходит к установлению отношения этих единиц к механической единице силы тока с тем, чтобы, таким образом, окончательно свести силу тока к абсолютной мере. Для такого непосредственного сравнения с механической единицей Вебер избрал магнитную единицу тока. Задача сводилась, значит, к следующему. Если дан постоянный ток, отклоняющий стрелку тангенс-буссоли с простым мультипликационным кругом на угол f=arctg2p/RT, то следует определить отношение количества электричества, протекающего при таком токе в одну секунду через сечение проводника, к количеству электричества на каждом из двух одинаково заряженных (бесконечно) малых шаров, которые, находясь друг от друга на расстоянии 1 мм, отталкиваются с силой, равной единице. Но величина первого отталкивания стрелки мультипликатора, по которому в землю отводится некоторое количество свободного электричества из изолированного проводника, зависит только от количества электричества и не зависит от продолжительности разряда; то же самое можно допустить относительно отклонения под влиянием постоянного тока очень малой продолжительности. Далее, следует иметь в виду, что три равенстве отклонений от разряда и от постоянного тока количество электричества одного рода, протекающее через поперечное сечение проводника в последнем случае, представляет лишь половину того количества, которое протекает при разряде, так как в токе одно и то же действие производится двумя противоположными электричествами. Поэтому, если на одной и той же тангенс-буссоли получается одно и то же отклонение от разряда измеренного количества статического электричества E и от тока силы (магнитной), равной единице, действовавшего в течение короткого промежутка t, то в последнем случае через сечение проводника в течение этого промежутка протекало количество электричества E/2, а в единицу времени E/2t.
Таким образом, последнее число дает то количество механических единиц силы тока, которое равно магнитной единице силы. Из целого ряда тщательных опытов, давших в силу самой природы вещей, значительно расходящиеся результаты, Вебер и Кольрауш получили для этой величины следующие числа:
Итак, механическая единица относится к магнитной, в среднем, как 1:155 370•106, а в силу сказанного выше:
Этим выводом Вебер воспользовался, прежде всего, для того, чтобы определить постоянную с в своем основном электродинамическом законе
В своей второй работе об электродинамических измерениях Вебер доказал, что эта постоянная относится к 4, как электродинамическая единица меры к механической; поэтому из только что определенного отношения между последними он получил для с величину 439 440•106 мм или 59 320 миль. Из формулы легко усмотреть, что это число представляет постоянную относительную скорость, при которой электрические массы совершенно перестают действовать друг на друга. Поэтому Вебер особо отмечает, что при этой величине, постоянной с, электродинамическая часть
взаимодействия двух электрических частиц всегда должна исчезать по сравнению с электростатической частью ee'/rr, если, как это имеет место в гальваническом токе, электростатические силы не уничтожаются в результате нейтрализации положительного и отрицательного электричества. Работа Вебера 1856 г. была заключительным актом в деле введения абсолютных мер в учение об электричестве. Единицы электродвижущих сил и сопротивлений Вебер выразил в относительных единицах еще в своей работе 1852 г.; с помощью же механической меры силы тока он теперь получил возможность свести к той же мере и упомянутые две единицы. С помощью абсолютной меры магнетизма Вебер в качестве абсолютной единицы электродвижущей силы определил такую силу, которая возбуждается единицею магнитной силы в круговом проводнике единицы площади, когда последний в течение секунды поворачивается из положения, параллельного направлению магнитной силы, в положение, к нему перпендикулярное. Соответственно этому определению единица электродвижущей силы могла быть прямо измерена. Beбер устроил для этой цели особый прибор, названный им земным индуктором, так как в качестве индуцирующего магнетизма у него служил земной магнетизм.
После того как была найдена абсолютная мера для силы тока и для электродвижущей силы, абсолютная мера сопротивления могла быть уже легко определена по формуле W=E/J , вытекающей из закона Ома. Следовательно, абсолютной единицей сопротивления являлась такая величина последнего, при которой в цепи с единицей электродвижущей силы получалась единица силы тока. Эти измерения сопротивлений приобрели впоследствии особое значение не только в связи с непосредственным применением их ко многим теоретическим и практическим проблемам, но и косвенно для определения электродвижущей силы. В самом деле, в соответствии с характером избранной для последней единицы, прямое измерение электродвижущей силы было возможно только для индукционных толчков, вызываемых механической силой; для всех же прочих случаев возникновения электродвижущей силы непосредственное применение этой единицы было невозможно. Наоборот, для определения сопротивлений в абсолютной мере достаточно было только измерения этой мерою одного какого-либо известного сопротивления, все же остальные определялись тогда в абсолютных единицах путем сравнения с последним. Итак, если однажды было определено в абсолютной мере нормальное сопротивление, последнее уже служило непосредственной мерой для сопротивлений в отдельных случаях, а затем формула Ома Е=J•W могла быть применена и для определения электродвижущей силы в абсолютных единицах. Таким образом, наиболее точное определение нормального сопротивления, или общепризнанной единицы сопротивления, стало основной проблемой измерительной техники в области электричества. Предложенная Вебером абсолютная единица сопротивления соответствовала по своему смыслу скорости и была одной размерности с последнею; в соответствии с избранными единицами длины и времени она была обозначена мм/сек. Методы приведения любых сопротивлений к этой единице Вебер подробно описал в своей работе 1852 г., где он привел и несколько примеров такого приведения. В 1846 г. Якоби, разослав физикам медную проволоку 7619 3/4 мм длиной, 2/3 мм диаметра в сечении и 22 449 3/10 мг веса, предложил принять ее в качестве нормальной единицы сопротивления. Вебер определил это сопротивление в абсолютной мере и нашел его равным 598•107 мм/сек. Этот эталон был долгое время в употреблении, но мало-помалу выяснилось, что его сопротивление отнюдь не постоянно и что, следовательно, в качестве нормальной единицы он не пригоден. Поэтому в 1860 г. В. Сименс предложил принять в качестве единицы сопротивление призматического столба ртути в 1 м длиною и 1 мм2 сечения при нуле градусов. В работе 1861 г. Вебер определил абсолютную величину этой единицы и нашел ее равной 10 257 000 м/сек. Наконец, в 1861 г. этот вопрос вступил в новую стадию благодаря тому, что Британская ассоциация и Лондонское королевское общество назначили для разработки этого вопроса специальную комиссию с У. Томсоном во главе. Эта комиссия в принципе рекомендовала принять абсолютную единицу сопротивления Вебера, но для более удобного применения на практике предложила увеличить ее в 107 раз. Однако работы комиссии и дискуссии по поводу ее предложения затянулись настолько, что окончательное соглашение по этому вопросу последовало лишь двадцать лет спустя на Парижском конгрессе электриков 1881 г. Конгресс тоже принял абсолютную систему мер Вебера, но только вместо миллиметра, секунды и миллиграмма в качестве основных единиц им были приняты сантиметр, секунда и грамм, а в качестве абсолютной единицы сопротивления была принята величина, равная 109 см/сек. Для того чтобы при этих единицах оставить в силе закон Ома, пришлось увеличить в 108 раз веберовскую единицу электродвижущей силы и уменьшить в 10 раз его единицу силы тока. Определенные таким образом единицы, к которым прибавили еще единицы количества электричества и емкости, назвали, в честь соответствующих ученых, ом, вольт, ампер, кулон и фарада. К сожалению, имя Вебера, действительного основоположника всей этой системы мер, осталось при этом в стороне; это получилось по чисто внешней причине, так как словом «вебер» уже ранее была названа другая единица.
Следует еще упомянуть о нескольких отдельных явлениях этого периода, находящихся в меньшей связи с общим ходом научного развития. Уокер, Митчель и Гульд, каждый в отдельности, измерили в 1848 г. скорость электричества в телеграфных проводах и получили очень расходящиеся между собою, но, во всяком случае, значительно меньшие числа, чем Уитстон, а именно 25 000, 45 000 и 25 000 км в секунду. Наоборот, Физо и Гунелль, произведя соответствующие измерения над телеграфными проводами между Парижем и Руаном, «снова получили значительные величины; а именно, на железном проводе с 7-мм диаметром — 101 710 км, а на медном с 2,5-мм диаметром 177 722 км. Значительное колебание результатов отдельных опытов Физо был склонен приписать только многочисленности источников ошибок при этих измерениях; Гогэн же полагал, что продолжительность распространения электричества действительно не постоянна, а зависит от многих условий и что она может быть приравнена Cl2/kw, где С обозначает некоторый коэффициент заряжения, l — длину провода, k — проводимость и w — сечение провода. К совершенно таким же выводам пришел в новейшее время Гагенбах. Он указал на то обстоятельство, что при всех подобных измерениях наблюдается не скорость стационарного течения, а только скорость заряжения; на основании своих собственных опытов он нашел, что время заряжения, правда, не зависит от абсолютной величины потенциала заряда, но для различных проволок с одинаковыми относительными пограничными условиями оно изменяется пропорционально квадрату длины проволоки, емкости единицы и сопротивлению единицы и что, следовательно, с удлинением провода скорость распространения электричества убывает в квадратном отношении. С этим мнением вполне согласуется факт соединения незначительной скорости распространения электричества в морских подводных кабелях (определенной, например, между Лондоном и Брюсселем всего в 4300 км),— с резкими явлениями их заряжения, которые многократно наблюдали и отметили Уитстон, Фарадей и Сименс.
Упомянутые уже нами раньше исследования Фарадея над явлениями разряда электричеств и наблюденная им зависимость их от среды, в которой эти разряды происходят, привлекли внимание физиков к вопросу о проводимости газов и распространении электричества в пустоте. В 1835 г. А. Массону удалось пропустить ток сильной катушки Румкорфа через торичеллиеву пустоту; последняя при этом заполнилась бледным фосфоресцирующим светом. Однако по этому поводу тотчас же отметили, что вакуум здесь был неполный, и указали, что и в данном случае явления разряда в большой степени зависели от остатков разреженного воздуха и от присутствия ртутных паров. После этого Д. П. Гассиот с целью наблюдения этих интересных явлений устроил стеклянные трубки с выкачанным до немногих миллиметров давления воздухом, которые можно было наполнять другими сильно разреженными газами. Несколько лет спустя подобные трубки стали изготовлять Гейсслер в Бонне и притом настолько высокого качества, что они с тех пор стали носить его имя. Эти приборы возбудили очень большой интерес во всех слоях и вызвали до начала шестидесятых годов множество исследований над электрическими разрядами в пустоте. Однако, во всяком случае, в тот период они еще не вполне оправдали связанные с ними ожидания и оказались скорее интересными приборами для развлечения, чем для научных целей, и орудиями для привлечения скорее друзей науки, чем исследователей. Кроме мерцающего света на катоде, наблюдавшегося еще Фарадеем, и слоистого света на аноде, с помощью которого тщетно пытались найти доказательства в пользу волнообразного движения, или по крайней море интерференции электричества, а также кроме давно известного влияния на этот свет магнита, эти трубки не давали ничего особенного. Серьезное научное значение они приобрели лишь в течение последующего периода и особенно в самые последние годы. Для этих опытов, при наличии больших сопротивлений в трубках, могли применяться лишь разряды лейденских банок или индукционные токи высокого напряжения. После изобретения вагнеровского молоточка последние стали гораздо удобнее, и индукционные аппараты подобной конструкции уже давно были в ходу. Так, общеизвестный санный (так в оригинале, прим. копировщика) аппарат, употребляемый и до сих пор в своем первоначальном виде, был устроен дю-Буа-Реймоном еще до 1849 г. Румкорф же начал изготовлять свои сильные катушки в 1850 г.; в 1864 г. он получил за них наполеоновскую премию в 50 000 фр.
Приведенные исследования очень мало повлияли на теорию естественных разрядов атмосферного электричества, и отмеченные Араго линейные, плоские и шарообразные формы молнии оставались по-прежнему необъясненными. Впрочем, Т. де-Монсель попытался в своей «Théorie des éclairs» («Теория молний») найти для них аналогии в искусственных электрических разрядах. По его мнению, длина молний, а также отклонение их от прямолинейной формы являются результатом действия дождя и сгущенного водяного пара, служащих для них вторичным проводником. Если лакированную поверхность покрыть тонким слоем воды, то проскакивающая по ней искра индукционной катушки окрашивается в некоторый цвет, который зависит от толщины водяного слоя. Но при большей толщине последнего искра чаще заканчивается красным шаром, что соответствует шаровидной молнии. В 1859 г. Тессан дал другое объяснение этой форме молнии, которое, однако, представлялось маловероятным. Каждая шаровидная молния представляет собою, по его мнению, подобие лейденской банки. Изолятором последней служит шарообразный слой воздуха, сжимаемый изнутри и снаружи притяжением электричества. Вследствие непрерывного истечения электричества с поверхности этот шар светится, а вследствие большего или меньшего сжатия внутри воздуха он сравнительно медленно опускается или поднимается в атмосфере.
Наблюдениями над грозовым и вообще атмосферным электричеством занималось все больше исследователей. Г. Шюблер еще в предшествующий период наблюдал как дневной, так и годовой периоды нормального атмосферного электричества, а также установил зависимость грозового электричества от направления ветра. Делльман усовершенствовал приборы для наблюдений и производил последние все с большей точностью. Однако теория атмосферного электричества все-таки не сделала успехов — происхождение этого электричества, несмотря на обилие уверенных утверждений по этому вопросу, оставалось все же невыясненным. С начала этого столетия вслед за Соссюром и Вольтовой его источник искали в процессе испарения воды, полагая, что образовавшийся пар при этом оказывается наэлектризованным положительно, а остающаяся вода — отрицательно. Пуллье уточнил эту теорию, утверждая, что чистая вода при испарении не дает электричества, а дает его лишь в присутствии примесей, причем она наэлектризовывается отрицательно при наличии солей и кислот и положительно — при наличии щелочей. Пельтье оспаривал и это мнение, утверждая, что электричество может возникнуть лишь при быстром толчкообразном кипении воды в конце опыта Лейденфроста. Ф. Рейх нашел и это объяснение неправильным, утверждая, что без особых причин электричество никогда не возникает ни при испарении, ни при сгущении воды. Наконец, в 1846 г. П. Рисс прямо заявил: «Причина атмосферного электричества еще не выяснена»; если оно наблюдается при испарении воды, то оно происходит только вследствие трения частичек жидкости о стенки сосуда. Беккерель попытался подойти к этой проблеме с более широкой точки зрения. По его мнению, электрическое равновесие нарушается при всех молекулярных изменениях веществ, поэтому атмосферное электричество может иметь самые разнообразные источники своего происхождения. К числу подобных источников атмосферного электричества он относит: 1) истечение кислорода и угольной кислоты из листьев растений; 2) соприкосновение воды с сушей; 3) разложение органических веществ; 4) соприкосновение теплых и холодных вод. Этим объясняется относительно редкое появление грозы у полюсов, посредине морей и больших материков. По этому поводу обозреватель журнала «Fortschritle der Physik» отметил, что указанными источниками объясняется, может быть, атмосферное электричество, но никак не грозовое электричество, возникающее внезапно и столь сильно зависящее от ветров.
Подобную же судьбу, как атмосферное электричество, испытал и земной магнетизм. Раньше земной магнетизм считали естественным состоянием земли, не требующим каких-либо дальнейших объяснений. Однако после того как наблюдения «Магнитного союза» и точные измерения магнитных постоянных в различных местах и в разное время с несомненностью доказали существование периодических и апериодических изменений этого состояния, пришлось сделать попытку свести и земной магнетизм к более отдаленным изменчивым причинам и привести его в более тесную связь, чем это было до сих пор, с другими силами природы. Проще всего представлялось, конечно, объяснить магнетизм земли, подобно магнетизму всякого другого тела, электрическими токами; а последние даже поставили в связь с разностью температур на земле, как только было открыто термоэлектричество. Теперь же надеялись при помощи проведенных повсюду телеграфных проводов непосредственно наблюдать, эти токи; и, действительно, У. Барлоу, равно как и другие физики, при опытах с телеграфными проводами, не находившимися в эксплуатации, установили, что по проводам, погруженным обоими концами в землю, всегда проходят токи, что эти токи появляются одновременно и в равном количестве на обеих станциях, что эти токи имеют своим источником не атмосферу, а землю, и что сила их проявляет колебания как регулярные, так и нерегулярные. Однако и для этих токов опять пришлось искать ближайшую причину, поэтому внимание было все-таки больше сосредоточено на тщательном изучении фактического состояния земного магнетизма на земле, чем на причинах последнего. Ганстен в 1855 г. попытался еще раз в противовес данному Гауссом распределению магнетизма на земле провести свою ранее предложенную гипотезу о четырех магнитных полюсах земли, но опять не имел успеха. Ламонт в 1851 г. вывел из мюнхенских наблюдений период колебания магнитных склонений приблизительно в 10,3 года. Р. Вольф по этому поводу в 1852 г. указал, что период магнитных колебаний совпадает с периодом солнечных пятен, но что этот последний составляет 11,1 лет. Некоторые другие физики указали на влияние луны на постоянные земного магнетизма, и эти наблюдения были тоже многократно подтверждены. Во всяком случае, из этих утверждений как будто вытекало, что солнце, луна, а может быть, и другие светила влияют на магнитные явления нашей земли, вследствие чего последние уже нельзя объяснять одними лишь тепловыми действиями.
После работ Ампера магнетизм мало привлекал к себе внимание физиков. Подобно тому, как естественный магнит все больше вытеснялся электромагнитом, так и учение о магнетизме, естественно, должно было все больше влиться в теорию электромагнетизма.
После работ Ампера магнетизм мало привлекал к себе внимание физиков. Подобно тому, как естественный магнит все больше вытеснялся электромагнитом, так и учение о магнетизме, естественно, должно было все больше влиться в теорию электромагнетизма. Но так как магнетизм все-таки обычно связывали с особым молекулярным состоянием материи, то исследователи попытались в свою очередь вызвать подобные молекулярные изменения при помощи магнетизма. Р. Гонт в 1846 г. сообщил о своем наблюдении, что под влиянием магнитного полюса соли «выкристаллизовываются из растворов по правильным кривым. Около этого же времени Джоуль наблюдал удлинение железных стержней при намагничивании их электрическим током — удлинение это зависело лишь от длины стержня к напряженности магнетизма и не сопровождалось заметным увеличением толщины стержня. В. Вертгейм в 1852 г. установил, что намагниченный до насыщения железный прут размагничивается в тот момент, когда он подвергается временному кручению, и снова приобретает магнетизм в момент раскручивания. Три года спустя он занялся этим явлением более подробно и нашел, что кручение и раскручивание сами по себе не намагничивают мягкого железа, но во время процесса намагничивания они, подобно всякому механическому встряхиванию, содействуют намагничиванию. Насыщенный же магнетизм от кручения ослабевает, а при раскручивании снова восстанавливается. Более твердые сорта железа дают результаты, отличающиеся от указанных лишь в количественном отношении. Для объяснения этих явлений прежние теории представлялись недостаточными. Вертгейм сделал допущение, что магнетизм заключается в эфирных колебаниях атмосфер молекул, которые всегда существуют в ненамагниченном железе и при намагничивании приобретают лишь полярность. Размагничивающая сила представляет собою, следовательно, косность эфира, противодействующего поляризации. Если, далее, принять, что весомые частицы при своем вращении увлекают за собою колебания эфира, то первоначально одинаково направленные колебания при кручении частично расстраиваются, а при раскручивании снова возвращаются в прежнее положение. Аналогичными молекулярными движениями Вертгейм объясняет и колебания земного магнетизма. После Вертгейма опытами, касающимися связи между магнетизмом и изменением положения молекул, занимался Г. Видеман, хотя последний и не углублялся в молекулярную теорию в такой степени, как его предшественник. Согласно его опытам магнитный стержень, намагниченный гальваническим током и затем размагниченный током противоположного направления, от простого сотрясения снова становится магнитным. Подобно тому, как кручение влияет на магнитность, так и, обратно, магнетизм влияет на кручение. Если железную проволоку закручивать во время или после прохождения гальванического тока, то она намагничивается и во время закручивания действует индуктивно на соседний провод. Подобно кручению действуют также изгибание, изменение температуры стержней и т. д.
Соотношение между магнетизмом и внутренними движениями в телах было особенно интересно для физиков, так как представлялось, что его можно объяснить, только исходя из допущения, что железо и сталь составлены из молекулярных магнитов, а это было чрезвычайно важно для атомистики. Беетц в своей работе «Über die innige Vorgänge, welche die Magnetisirung bedingen» («О внутренних процессах, обусловливающих намагничивание») исходит из положения Б. Вебера, согласно которому молекулярные изменения, которые должны происходить в железе и стали при переходе их в магнитное состояние, могут быть объяснены следующими четырьмя допущениями: 1) существованием двух магнитных жидкостей, которые обладают подвижностью независимо от своих весомых носителей (Кулон и Пуассон); 2) существованием двух магнитных жидкостей, которые могут двигаться лишь совместно с молекулами весомого вещества; 3) существованием непрерывных молекулярных токов, образуемых двумя электрическими жидкостями и способных вращаться вместе с молекулами (Ампер); 4) существованием двух подвижных электрических жидкостей, способных двигаться без сопротивления по особым путям вокруг покоящихся молекул. Вебер принял последнюю гипотезу, при этом, однако, он признал, что опыт скорее говорит в пользу вращающихся молекул. Бетц же исключил все гипотезы, исходящие из идеи о неисчерпаемом количестве электрических или магнитных жидкостей, так как опыты вполне определенно показали, что отношение m/p между интенсивностью магнетизма m и магнетизирующею силою р отнюдь не постоянно, хотя и приближается к известному пределу. Соответственно этому из приведенных гипотез он оставляет только две, согласно которым электрические или магнитные жидкости, которые своим разделением обусловливают намагничивание, имеются только в ограниченном количестве, или согласно которым намагничивание происходит только вследствие вращения молекул, которые следует рассматривать как молекулярные магниты, в силу ли постоянного разъединения жидкостей или вследствие обтекания их молекулярными токами. Опыты Видемана он считал уже достаточными для разрешения вопроса в пользу последней гипотезы. В качестве дальнейшего доказательства он приводит произведенный им опыт электролитического выделения железа в связанной форме из раствора по методу Р. Беттгера между ветвями магнита; при этом он получил пластинки железа, твердые, как стекло, и столь сильно намагниченные, что при всех последующих размагничиваниях и намагничиваниях они проявляли резко выраженную наклонность к сохранению своей первоначальной магнитности. Это явление, которое можно сравнить с упругим последствием и которое было отмечено также Видеманом, требовало, по его мнению, принятия гипотезы о вращении молекул при намагничивании, а, следовательно, и допущения молекулярных магнитов.