«Сборник статей по истории науки и технологии (Бюллетень 240 Смитсоновского института)»

Такое сокращение длины резьбы, которую можно было удобно нарезать, не являлось серьезным недостатком для многих видов работ. Это становится понятным из рисунка 16, на котором показана передняя бабка токарного станка с продольно-подвижным шпинделем, типичная для середины XIX века. За годы, прошедшие между станками на рисунках 12 и 16, общая конструкция была значительно улучшена за счет переноса ходовых винтов из центра шпинделя. Это позволило сделать шпиндель более коротким и гораздо более жестким, а также закрепить оба конца шпинделя в единой раме или передней бабке, а не в отдельных деталях, прикрепленных к станине. Теперь винты устанавливались снаружи подшипников шпинделя поочередно, в то время как ответные гайки были частично вырезаны по окружности диска, который можно было поворачивать, устанавливая в рабочее положение нужную гайку. При такой схеме можно было обеспечить широкий спектр как правых, так и левых шагов резьбы, а в дальнейшем устанавливать дополнительные шаги. Резьбонарезные станки такой конструкции очень долгое время были популярны среди изготовителей приборов и оптиков, у которых не было особой потребности нарезать резьбу большой длины.

Рисунок 11.— Детали резьбонарезного станка на переднем плане справа на рисунке 9, показывающие способ привода и поддержки детали. Из издания: L’Encyclopédie, vol. 9, plate 1.

Потребности расширяющейся промышленности в большей универсальности при производстве элементов машиностроения в конце XVIII века создали предпосылки для эволюции более сложных станков, которые начали вытеснять токарные станки со шпинделем с резьбой. Станок Модсли 1797–1800 годов (рис. 15) появился в это время, когда промышленность была восприимчива к быстрым инновациям. К сожалению, зубчатая передача, некогда соединявшая шпиндель передней бабки с ходовым винтом, давно утеряна. В настоящее время довольно трудно с уверенностью сказать, предлагал ли оригинальный комплект шестерен различные передаточные отношения, как это было на чуть более поздних станках Модсли, или фиксированное передаточное отношение. Правдоподобность теории о фиксированном отношении подтверждается весьма удобным средством, видимым на рисунке 15, для снятия ходового винта при подготовке к его замене на винт с другим шагом. Все, что требуется — это отвести поддерживающий центр со стороны задней бабки и вынуть винт из разъемной гайки [2] и из приводной муфты около передней бабки. Эту разъемную гайку также пришлось бы заменить на другую — с шагом, соответствующим шагу винта. Хотя это дороже сплошной гайки, такой подход изящно устраняет необходимость (и экономит время) вращать винт в обратную сторону, чтобы вернуть резец в исходную точку перед выполнением следующего прохода. Станок Дэвида Уилкинсона 1798 года (рис. 17), разработанный в Род-Айленде в то же время, демонстрирует тот же метод монтажа и привода мастер-винта. По крайней мере в Соединенных Штатах этот метод смены ходового винта вместо использования сменных шестерен оставался популярным на протяжении многих лет. Примеры такой конструкции со сменными винтами можно найти в станках, построенных для фабрики насосов компании W. & B. Douglas в Мидлтауне, штат Коннектикут [3], в 1830-х годах. Мидлтаун, бывший в то время одним из ведущих центров металлообработки в одном из главных промышленных штатов, много лет был местом расположения оружейного завода Симеона Норта, который соперничал с заводом Уитни. В такой атмосфере вполне естественно ожидать, что машины, построенные местными механиками, как это было принято в те дни, отражали самые признанные усовершенствования в конструкции станков.

Рисунок 12.— Хорошо разработанный пример передней бабки токарного станка с несколькими шагами на шпинделе и приспособлением для установки детали или патрона для зажима детали на шпинделе. По материалам издания: L’Encyclopédie, vol. 10, plate 13.

Рисунок 13.— Вид с торца передней бабки с рисунка 12, показывающий шпонки или полугайки, которые зацепляются со шпиндельным винтом, в рабочем и рассоединенном положениях. Из издания: L’Encyclopédie, vol. 10, plate 13.

Рисунок 14.— Шпиндель со станков на рисунках 12 и 13, показывающий различные шаги резьбы и многогранное посадочное место для приводного шкива. Обратите внимание на масштаб в футах. Из издания: L’Encyclopédie, vol. 10, plate 16.

Примерно двадцать лет спустя Джозеф Нейсон из Нью-Йорка запатентовал [4] имевший огромный коммерческий успех токарный станок для обработки латуни конструкции «Фокс» (рис. 18). Хотя в нем и присутствует передаточное отношение в паре шестерен, соединяющих шпиндель детали и мастер-винт, из патента ясно, что различные шаги получаются путем смены винтов, а не смены шестерен. В патенте это суммируется следующим образом:

Гайка на конце цапфы… отвинчивается, когда направляющий винт нужно снять или заменить. Два колеса… должны иметь в своем числе зубьев общее кратное. Они редко или никогда не снимаются, а их диаметры делаются различными исключительно для того, чтобы сообщить направляющему винту более медленную скорость движения по сравнению со скоростью шпинделя, благодаря чему он может быть выполнен с более крупным шагом, чем нарезаемый винт, а его износ существенно снижается.

Введение зубчатой передачи между шпинделем и ходовым винтом с какими бы то ни было целями неизбежно привносило переменные факторы, вызванные неточностями в самих шестернях и их монтаже. Для обычных работ они имели мало значения, особенно в сочетании с винтом, который сам по себе отличался сомнительной точностью. Возрастающие требования к точности научных приборов и самих станков после того, как они достигли относительно стабильной формы, диктовали необходимость уделить внимание повышению точности резьбовых компонентов.

Рисунок 15.— Известный резьбонарезной станок Модсли 1797–1800 годов, показывающий способ монтажа и привода сменных мастер-винтов. (Фото предоставлено Музеем науки, Лондон.)

Рисунок 16.— Передняя бабка немецкого токарного станка для изготовления приборов, типичная для середины XIX века, показывающая продольно-подвижный шпиндель, сменные ходовые винты и гайку, охватывающую часть окружности и содержащую несколько шагов резьбы. Гайка может приводиться в зацепление рычагом в верхней задней части передней бабки. Это освобождает механизм контроля осевого упора на шпинделе одновременно с зацеплением гайки. (Фото Смитсоновского института 49839.)

Рисунок 17.— Резьбонарезной токарный станок Дэвида Уилкинсона, запатентованный в Соединенных Штатах в 1798 году. Обратите внимание на легкость, с которой ходовой винт может быть заменен на другой, и на те же средства поддержки и привода, что и на рисунке 15. (Фото Национального архива США.)

Шаг к решению этой проблемы, который интересно возвращается к фундаментальному принципу движения от мастер-винта без вмешательства других механизмов (рис. 19), охватывается патентом [5], выданным Чарльзу Вандер Вурду, в прошлом суперюнтенданту компании Waltham Watch Company. Проблема хорошо изложена в патенте:

Это изобретение относится к производству ходовых винтов, используемых для целей, требующих наивысшей достижимой степени точности при нарезании резьбы на указанном винте… как, например, в машинах для нанесения штрихов на стеклянные пластинки с целью получения дифракционных [sic] решеток для разложения линий солнечного спектра; такие машины должны наносить много тысяч штрихов на дюйм пространства с помощью разметочного устройства, которое совершает возвратно-поступательное движение над стеклянной пластинкой и подается под действием ходового винта после формирования каждого штриха. Большие трудности возникали при создании ходового винта для этой и других целей, резьба в котором была бы настолько точной, чтобы не производить заметных вариаций в микроскопических интервалах между нанесенными штрихами или решетками… Различные причины препятствуют формированию резьбы на стержне или заготовке, которая была бы абсолютно равномерной и точной от одного конца стержня до другого. Среди прочих причин — колебания температуры с течением времени, несовершенство действующего ходового винта, упругий изгиб ходового винта и нарезаемого стержня, а также другие неизбежные причины; все они, хотя и кажутся незначительными и вызывают лишь небольшие отклонения резьбы на разных участках стержня или заготовки, имеют достаточный вес, чтобы принимать их во внимание, когда требуется винт абсолютной точности.

Рисунок 18.— Станок Нейсона, запатентованный в 1854 году, с главным ходовым винтом, приводимым во вращение со скоростью ниже скорости детали, благодаря чему мастер-винт мог иметь более крупный и прочный шаг, чем обрабатываемая деталь. Патент США 10383.

Интересно отметить на рисунке 19, что машина Вандер Вурда во избежание описанных в его патенте проблем вернулась к суровой простоте конструкции. Однако нам не сообщают, как именно он изготовил этот мастер-винт, используемый для получения точных резьбовых деталей. Более поздние поколения в поисках еще большей точности также возвращались к фундаментальной простоте мастер-винта, как мы увидим, когда будем рассматривать усовершенствования механизмов, необходимые для масштабного развития автомобилестроения и авиации.

Рисунок 19.— Патент Вандер Вурда, показанный здесь, охватывал комбинацию мастер-винта, суппорта резца и детали в жесткой раме, которая поддерживалась и приводилась в движение внешними средствами, не требующими никакой точности. Патент США 293930 от февраля 1884 года.

По мере роста мощности и скорости автомобилей и самолетов критически важные детали стали подвергаться более высоким нагрузкам. Зубчатые колеса и резьбовые детали были особенно проблемными узлами механизмов из-за сосредоточенных в них напряжений, а в случае шестерен — из-за внутренних и внешних напряжений, возникающих от малейших отклонений от идеальной формы и шага зубьев. Эти проблемы не были совершенно новыми, но до сих пор они решались увеличением размеров деталей — путь ограниченной полезности для конструкторов в этих областях, где так важны как общий вес, так и эффекты массы и инерции. Изготавливая эти детали из термообработанной стали, можно было обеспечить необходимую прочность, сохраняя размеры и массу деталей в разумных пределах. Необходимые процессы термообработки не всегда применимы к готовым деталям, так как они иногда уничтожают как качество обработки поверхности, так и точность. Шлифование, хорошо отработанное для простых плоских, цилиндрических и конических поверхностей, столь широко используемых в механизмах, пришлось распространить на резьбу и шестерни, чтобы их можно было дорабатывать после термообработки. Иногда шлифованию подвергались сами зубья шестерен; для других применений было достаточно повысить точность зуборезного инструмента.

Рисунок 20.— Станок для шлифования червячных фрез, запатентованный в 1932 году и включающий принцип мастер-винта. Патент США 1874592 Карла Г. Олсона.

Попытки получать червячные фрезы, свободные от несовершенств и искажений, вносимых термообработкой, привели к очередному возврату к использованию главного ходового винта. На рисунке 20 изображен станок с такой особенностью, запатентованный в 1932 году Карлом Г. Олсоном [6]. Говоря о механизме привода шпинделя, раскрытом в более ранних патентах, патент продолжает:

Этот приводной механизм включает в себя единый шпиндель 20, один конец которого предназначен для поддержки червячной фрезы 22, а другой конец сформирован так, чтобы представлять собой ходовой винт 24. Шпиндель 20 смонтирован между подшипником 26 и подшипником 28, причем последний подшипник образует гайку, в которой вращается ходовой винт 24… Из приведенного описания должно быть очевидно, что вращение ходового винта 24 внутри подшипника или гайки 28 приведет к осевому перемещению червячной фрезы, причем шаг винта 24 равен шагу резьбы в червячной фрезе.

Пункт 8 формулы изобретения, завершающий описательную часть патентов, гласит в частности:

В станке для шлифования червячных фрез указанного класса: вращающийся шпиндель поддержки детали, средство для осуществления продольного перемещения шпинделя, держатель инструмента для поддержки шлифовального круга в рабочем положении по отношению к детали, поддерживаемой шпинделем во время его вращательного и продольного движения…

Еще до того, как была подана заявка на этот патент, рассматривалась другая патентная заявка, целью которой было изменение шага ходового винта без использования сменных шестерен, несмотря на широкое признание таких зубчатых механизмов на протяжении более чем ста лет.

Рисунок 21.— Станок для шлифования червячных фрез 1933 года, показывающий использование мастер-винта с механизмом коррекции, но без сменных шестерен. Патент США 1901926 Карла Г. Олсона.

Рисунок 22.— Синусное устройство для модификации эффективного шага главного ходового винта без внедрения сложного механизма, который было бы трудно как изготавливать, так и эксплуатировать в пределах требуемых жестких допусков. Патент США 1901926 Карла Г. Олсона (1933 г.).

На рисунке 21 показан вид в плане [7] станка, а на рисунке 22 — детальный вид синусного механизма, приводимого в действие мастер-винтом 6 для изменения эффективного шага ходового винта в соответствии с реалиями практики, как указано в преамбуле патента:

Это изобретение относится к станкам для обработки материалов и, в частности, к таким станкам, как шлифовальные станки для червячных фрез и им подобные, в которых деталь совершает возвратно-поступательное движение посредством ходового винта.

В производстве червячных фрез обычной практикой является использование одного и того же станка для шлифования фрез различного диаметра, и чтобы использовать станок таким образом, шаг его ходового винта, приводящего в движение суппорт изделия, должен соответствовать осевому шагу шлифуемой фрезы. Это становится легко очевидным, если понимать, что углы подъема винтовой линии червячных фрез варьируются в соответствии с их диаметрами, и, следовательно, разница между нормальным шагом и осевым шагом соответствующим образом изменяется. Хотя требования к нормальному шагу могут быть одинаковыми для фрез разного диаметра, необходимо изменять осевой шаг в соответствии с изменением диаметра фрезы, причем этот осевой шаг фрезы равен шагу ходового винта, приводящего в движение суппорт изделия в ранее применявшихся шлифовальных станках. Следовательно, чтобы приспособить такие станки для работы в широком диапазоне шагов, необходимо иметь большое количество взаимозаменяемых ходовых винтов, что, очевидно, представляет собой крупные инвестиции, а замена этих винтов требует затрат значительного времени на переналадку станка для каждой работы.

Станки для шлифования резьбы разрабатывались одновременно с развитием станков для шлифования червячных фрез. Многие из них полностью концентрировались на особенностях, связанных с проблемами правки шлифовальных кругов и автоматизации. Изобретение, воплощающее использование мастер-винта и касающееся прецизионного шлифования витков червяков для использования в передачах, было запатентовано Фредериком А. Уордом в эту эпоху [8]. Часть изобретения, относящаяся к использованию мастер-винта: «вращающийся держатель детали, смонтированный на указанной каретке и снабженный приводным шпинделем, сменный мастер-винт и неподвижная гайка, съемно закрепленные на указанном шпинделе и передней бабке…» — показана на рисунке 23.

Рисунок 23.— Детали шпинделя изделия с деталью, показывающие использование главного ходового винта для управления шагом шлифуемой прецизионной червячной резьбы. Из патентной документации США 1899654 на станок для шлифования червяков Ф. А. Уорда, 1933 г.

Станки, воплощающие принцип главного ходового винта, находят постоянное применение в промышленности в настоящее время для специализированных задач. Когда технологические изменения вновь поднимут тему нарезания резьбы до нового уровня точности или потребуют переоценки популярных методов по какой-либо иной причине, мы можем ожидать очередного возрождения метода мастер-винта, поскольку ни одна другая конструкция не устраняет столь многие переменные факторы и не опирается на столь твердые и фундаментальные природные принципы, как станок из «Средневековой книги домашних ремесел» 1483 года — самый ранний из известных на сегодняшний день станков такого рода.

СНОСКИ

[1] Jacques Besson, Des instruments mathématiques, et méchaniques, servants à l’intelligence de plusieurs choses difficiles, & nécessaires à toutes républiques, 1st ed. (Orleans, 1569). [Также доступны более поздние издания на французском, немецком и испанском языках.]

[2] J. Foster Petree, introduction, Henry Maudslay, 1771-1831, and Maudslay Sons and Field, Ltd. (London: The Maudslay Society, 1949).

[3] American Machinist (September 28, 1916), vol. 45, no. 13, pp. 529-531.

[4] Патент США № 10383, выданный Джозефу Насону из Нью-Йорка 3 января 1854 г.

[5] Патент США № 293930, выданный Чарльзу Ван дер Верду из Уолтема, штат Массачусетс, 19 февраля 1884 г.

[6] Патент США № 1874592, заявка подана 8 июня 1929 г., выдан К. Г. Олсону из Чикаго, штат Иллинойс, 30 августа 1932 г., переуступлен компании Illinois Tool Works, также из Чикаго.

[7] Патент США № 1901926, заявка подана 16 февраля 1928 г., выдан К. Г. Олсону из Чикаго, штат Иллинойс, 21 марта 1933 г., переуступлен компании Illinois Tool Works, также из Чикаго.

[8] Патент США № 1899654, заявка подана 31 августа 1931 г., выдан Ф. А. Уорду из Детройта, штат Мичиган, 28 февраля 1933 г., переуступлен компании Gear Grinding Company из Детройта, штат Мичиган.

Статья 37 — Примечание переписчика

Страница 110: «… the spindle, to prevent …» (в оригинале было «pindle»)

Страница 120: «… servants à l'intelligence de plusieurs choses difficiles, & nécessaires …» (в оригинале было «a», «plusiers», «necessaires»)

Подготовлено Крисом Керноу, Джозефом Купером, Луизой Паттисон и группой Online Distributed Proofreading Team на сайте http://www.pgdp.net

Материалы Музея истории и технологии: Статья 38. Древнейшие электромагнитные приборы

Роберт А. Чипман

ELECTROSTATIC INSTRUMENTS BEFORE 1800 123

INSTRUMENTING VOLTAIC OR GALVANIC ELECTRICITY, 1800-1820 124

ELECTRICAL INSTRUMENTATION, 1800-1820 125

OERSTED’S DISCOVERY 126

BEGINNINGS OF ELECTROMAGNETIC INSTRUMENTATION 126

CHRONOLOGY AND PRIORITY 127

ORIGINAL ELECTROMAGNETIC MULTIPLIERS 129

CONCLUSIONS 135

ACKNOWLEDGMENTS 136

INDEX

Рисунок 1.— Модели различных электромагнитных приборов, созданных Швейггером, Поггендорфом и Каммингом в 1821 году, изготовленные для экспозиции в Музее истории и технологии Смитсоновского института. (Фото Смитсоновского института 49493.)

Роберт А. Чипман

ДРЕВНЕЙШИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

История ранних этапов развития электромагнитного приборостроения прослеживается здесь через деятельность людей, которые разрабатывали теории и конструировали приборы.

Несмотря на многочисленные применения вольтовых столбов после объявления Вольта о своем изобретении «батареи» в 1800 году, прошло два десятилетия, прежде чем Эрстед открыл магнитное действие вольтова тока. В результате этого и в течение пятимесячного периода три исследователя, судя по всему независимо друг от друга, объявили об изобретении «первого» электромагнитного прибора. В данной статье подробно рассматриваются основания их претензий на приоритет.

Об авторе: Роберт А. Чипман — заведующий кафедрой электротехники в Университете Толедо в Толедо, штат Огайо, и консультант Смитсоновского института.

Электростатические приборы до 1800 года

Основная посылка прибороведения заключается в том, что устройство для обнаружения или измерения физической величины может быть основано на любом явлении, связанном с этой физической величиной. Хотя приборы электростатики в XVIII веке, например, опирались главным образом на явления притяжения и отталкивания, а также на вездесущие искры и другие проявления свечения фрикционного электричества, даже физиологическое ощущение электрического удара полуколичественно использовалось Генри Кавендишем в его известном предвосхищении исследований Ома. Аналогично, Вольта в 1800 [1] подробно описывал, как применение его батареи к соответствующим образом расположенным электродам на веках, на языке или в ухе вызывало стимуляцию органов зрения, вкуса и слуха; с другой стороны, он сообщал, что электроды в носу лишь вызывали «более или менее болезненное» ощущение покалывания без какого-либо впечатления запаха. К 1785 году было обнаружено, что разряды лейденских банок некоторых более крупных электростатических машин, таких как машина ван Марума в Лейдене, намагничивают куски железа и плавят длинные металлические проволоки [2].

Полезными приборами, появившимися в результате всего этого опыта, стали различные отклоняющиеся «электрометры» и «электроскопы» (эти слова в то время строго не разграничивались), включая важный электрометр с золотыми листками, приписываемый Абрахаму Беннету в 1787 году [3].

В 1786 году Гальвани впервые наблюдал подергивание лапок препарированной лягушки, вызванное разрядами находящейся поблизости электростатической машины, обнаружив тем самым еще один «эффект» электричества. Затем он обнаружил, что определенные комбинации металлов, находящихся в контакте с нервами лягушки, вызывают такое же подергивание, что подразумевало нечто электрическое в системе «лягушка — металл» в целом. Хотя Гальвани и его племянник Альдини сделали из этих экспериментов ошибочные выводы о «животном электричестве», которые оспаривались Вольтой в его теории металлического контакта, с точки зрения приборостроения показательно, что лапки лягушки были, без сомнения, самым чувствительным детектором электрических эффектов металлического контакта из всех доступных в то время. Без их вмешательства развитие всей этой предметной области, включая создание химических элементов, могло бы задержаться на многие годы. Сам Вольта понимал, что решающая проверка между его теорией и теорией Гальвани требует подтверждения существования электричества от контакта металлов с помощью какого-либо электрического, но не физиологического детектора. Он успешно провел эту проверку с помощью электроскопа, используя «конденсаторную» технику, изобретенную им более чем за десятилетие до этого.

Приборы для вольтова или гальванического электричества, 1800-1820 гг.

В своем знаменитом письме от 20 марта 1800 года, написанном по-французски из Комо (Италия) президенту Королевского общества в Лондоне, Вольта впервые публично объявил как о своей «батарее» (первый английский переводчик использовал слово «колонна»), так и о «короне из чаш» (тот же переводчик использовал выражение «цепь из чаш» для вольтовой «couronne de tasses»). Первая представляла собой вертикальный столб из круглых дисков, в котором последовательность «медь — цинк — картон» повторялась 10, 20 или даже 60 раз, причем картон смачивался соленой водой. «Корону из чаш», по словам Вольты, удобнее всего было изготавливать из питьевых стаканов, помещая в каждый стакан раздельные пластинки меди и цинка размером в квадратный дюйм в соленой воде, причем медный лист в одном стакане соединялся с помощью промежуточного проводника и паяных соединений с цинком в следующем стакане.

Вольта считал «корону из чаш» и «батарею» по сути идентичными и в подтверждение электрической природы последней говорил:

…если она содержит около 20 таких этажей или пар металлов, то она будет способна не только подавать признаки электричества по электрометру Кавалло при помощи конденсатора сверх 10° или 15° и заряжать этот конденсатор простым контактом так, чтобы он испускал искру и т. д., но и давать пальцам, которыми касались ее краев (нижней и верхней частей колонны), несколько небольших ударов, более или менее частых в зависимости от того, повторялось ли касание. Каждый из этих ударов имеет полное сходство с тем легким ударом, который испытывают от слабо заряженной лейденской банки, или еще более слабо заряженной батареи, либо от электрического ската в чрезвычайно вялом состоянии, который еще лучше имитирует действие моего аппарата благодаря серии повторяющихся ударов, которые он может непрерывно передавать. [4]

Таким образом, «эффектами», обеспечиваемыми вольтовым столбом и короной из чаш, являются отклонение электроскопа, искры и удары. Далее в письме он описывает стимуляцию зрения, вкуса и слуха, как отмечалось ранее, но нигде не упоминает о каких-либо химических явлениях или о нагревании проволоки, соединяющей клеммы любого из устройств. Следовательно, за исключением дополнительных физиологических реакций, он ничего не добавляет к каталогу наблюдений, на которых могут основываться приборы. Его знакомство с повадками электрического ската представляется весьма близким.

Чтение письма Вольты в Королевском обществе 26 июня 1800 года, его публикация в издании общества Philosophical Transactions (на французском языке) сразу после этого и его публикация на английском языке в Philosophical Magazine за сентябрь 1800 года [5] дали ученым по всей Европе легко создаваемый и непрерывно работающий источник электричества, с помощью которого можно было проводить бесчисленные новые физические, химические и физиологические эксперименты. Редактор и инженер Уильям Николсон прочитал письмо Вольты до его публикации, и к концу апреля они с хирургом Энтони Карлайлом построили вольтов столб. Нанеся каплю воды для улучшения «контакта» проволоки, лежащей на металлической пластине, они случайно заметили пузырьки газа, образующиеся на проволоке, и развили это наблюдение до выявления электрического разложения воды на водород и кислород.

В течение двух-трех лет были описаны бесчисленные электрохимические реакции, некоторые из которых, как можно было бы подумать, могли послужить принципами действия для электрических приборов. Хотя явления газообразования и осаждения металлов действительно широко использовались в качестве грубых индикаторов полярности и относительной силы вольтовых столбов и химических элементов в период 1800-1820 годов (а пузырьки газа были положены С. Т. Земмерингом в основу телеграфного приемника), количественные законы электролиза были разработаны Фарадеем только после 1830 года, и лишь в 1834 году он убедился, что электролитическое разложение воды изучено достаточно хорошо, чтобы стать основой для полезного измерительного прибора. Описывая свое устройство для электролиза воды в том году, он писал:

Прибор представляет собой единственный фактический измеритель [курсив его] вольтова электричества, которым мы в настоящее время располагаем. Ибо, не подвергаясь вообще никаким изменениям во времени или интенсивности, или изменениям в самом токе какого бы то ни было рода, от какой бы то ни было причины, или даже перерывам в действии, он точно фиксирует количество электричества, прошедшее через него, и обнаруживает это количество при осмотре; поэтому я назвал его ВОЛЬТАЭЛЕКТРОМЕТРОМ. [6]

Между делом Фарадей отметил, что попытки Гей-Люссака и Тенара использовать химическое разложение в качестве «меры электричества вольтова столба» в 1811 году были преждевременными, поскольку «принципы и меры предосторожности», задействованные в этом, тогда не были известны. Он также отметил, что детали осаждения металла при электролизе все еще недостаточно изучены, чтобы разрешить его применение в приборе [7].

Нагревание проволок в электрических цепях должно было наблюдаться настолько рано и так часто как при работе с электростатическими, так и с вольтовыми аппаратами, что никто не утруждал себя претензиями на приоритет или его отслеживанием в отношении этого «эффекта». Однако получение накала и еще более драматичное горение или «взрыв» полосок металлической фольги и тонких проволок имеют довольно богатую документальную историю. Одним из первых, кто сжег листовой металл с помощью вольтова столба, был И. Б. Троммсдорф из Эрфурта, который отметил в 1801 году отчетливо различающиеся цвета пламени, производимого различными распространенными металлами. В последующие несколько лет Хамфри Дэви в Королевском институте неоднократно демонстрировал на своих публичных лекциях проволоки, накаленные электрическим током.

Ранние электрические приборы, основанные на тепловом эффекте, приняли необычную форму. Вскоре после 1800 года английский врач У. Х. Волластон освоил метод получения ковкой платины. Он сохранял этот процесс в секрете и в течение нескольких лет пользовался чрезвычайно прибыльной монополией на продажу платиновых тиглей, проволоки и других изделий. Около 1810 года онобел технику получения платиновой проволоки толщиной всего в несколько миллионных долей дюйма, которая с тех пор известна как «проволока Волластона». В течение нескольких лет, предшествовавших 1820 году, ни один другой прибор не мог сравнивать «силы» двух вольтовых элементов лучше, чем проверка соответствующих максимальных длин этой проволоки, которые они могли нагреть до плавления. Можно понять замечание Камминга 1821 года о «трудности пайки проволок, которые едва видны» [8].

Электрические приборы, 1800-1820 гг.

20 лет, последовавших за объявлением об изобретении вольтова столба, были годами интенсивной экспериментальной работы с этим устройством. Было открыто много новых химических элементов, положено начало электрохимическому ряду элементов, электрическая дуга и накаленные платиновые проволоки намекали на возможности электрического освещения, а различные электрохимические наблюдения сулили другие практические применения, такие как рафинирование металлов, гальванопластика и массовое производство определенных газов. Исследователи остро осознавали, что все доступные средства измерения и сравнения электрических аспектов их экспериментов (сколь бы смутно эти «электрические аспекты» ни представлялись) были медленными, неуклюжими, неточными и ненадежными.

Обстановка была такова, что видные ученые повсюду были готовы немедленно ухватиться за любое сообщенное открытие нового электрического «эффекта», чтобы изучить его потенциал для приборостроения. В эту восприимчивую среду 21 июля 1820 года пришло сообщение Х. К. Эрстеда о магнитных эффектах вольтова тока [9].

Рисунок 2.— «Гальванометр» — такое название Бишоф дал этому золотистому электростатическому прибору в 1802 году, за 18 лет до того, как Ампер связал это слово с использованием электромагнитного опыта Эрстеда в качестве указывающего устройства.

Открытие Эрстеда

Многие авторы выражали удивление тем, что при всем использовании вольтовых элементов после 1800 года, включая огромные элементы, которые производили электрическую дугу и испаряли проволоку, в течение 20 лет никому не довелось увидеть отклонение какой-либо из неизбежно находившихся поблизости стрелок компаса, которые являлись базовым компонентом научного оборудования, хранимого любым экспериментатором того времени. Тем не менее это случилось. Удивление становится еще большим, если осознать, что многие из современных натурфилософов были твердо убеждены, даже при отсутствии прямых доказательств, что между электричеством и магнетизмом обязана существовать связь. Сам Эрстед придерживался этого последнего мнения и более или менее целенаправленно искал электромагнитные взаимосвязи в течение нескольких лет до того, как сделал свои решающие наблюдения.

Его знакомство с предметом было таковым, что он в полной мере оценил огромное значение своего открытия. Этим объясняется то, что он использовал довольно необычный способ публикации. Вместо того чтобы отправить письмо в научное общество или отчет редактору журнала, он отпечатал частным образом четырехстраничный памфлет с описанием своих результатов. Он разослал его одновременно в научные общества и выдающимся ученым по всей Европе. Написанная на латыни статья была опубликована в различных журналах на английском, французском, немецком, итальянском и датском языках в течение следующих нескольких недель [10].

В сухом остатке он сообщил, что стрелка компаса испытывает отклонения при помещении рядом с проволокой, соединяющей клеммы вольтовой батареи. Он подробно описал, как направление и величина отклонений стрелки изменяются в зависимости от относительного положения проволоки и полярности батареи, и заявил: «Из предыдущих фактов мы можем также заключить, что это взаимодействие совершает круги…». Замечание Эрстеда о том, что используемый вольтов аппарат должен «быть достаточно сильным, чтобы нагреть металлическую проволоку докрасна», не оправдывает 20-летней задержки открытия.

Зарождение электромагнитного приборостроения

Само размещение стрелки компаса над или под соответствующим образом сориентированным участком вольтовой цепи создало электрический прибор в тот момент, когда стал известен «эффект» Эрстеда, и именно этому базовому пространственному сопоставлению Ампер быстро дал название гальванометра [11]. Однако нельзя сказать, что ученые того времени сходились во мнениях относительно того, что этот прибор обнаруживал или измерял «электрический ток». Сам Вольта ссылался на «ток» в своих первоначальных цепи, а Ампер свободно и уверенно использовал это слово в своих электродинамических исследованиях 1820-1822 годов, но Эрстед использовал его не первым, и многие немецкие физики, продолжившие его работу, избегали его в течение нескольких лет. Еще в 1832 году Фарадей мог сделать лишь довольно уклончивое заявление: «Под током я понимаю все то, что движется поступательно, будь то жидкость электричества или вибрации, либо вообще поступательные силы» [12].

Тем не менее, какими бы словами или понятиями они ни пользовались, экспериментаторы сходились на том, что аппарат Эрстеда предоставляет способ контроля «силы» вольтовой цепи и средство сравнения, например, одной вольтовой батареи или цепи с другой.

Из памфлета Эрстеда было совершенно очевидно, что если стрелка компаса отклонялась по часовой стрелке, когда проволока определенной вольтовой цепи лежала над ней в магнитном меридиане, то та же стрелка также отклонилась бы по часовой стрелке, если бы проволоку развернули на 180 градусов и поместили под стрелкой компаса, не меняя остальной части цепи. Любой, кто осознавал этот факт, мог логически вывести, что если проволоку цепи сначала провести над стрелкой в магнитном меридиане, а затем сложить и вернуть по параллельному пути под стрелкой, то отклоняющее действие на стрелку повторится, и в результате получится более чувствительный индикатор, при условии, что любая дополнительная введенная проволока не оказала чрезмерного влияния на «цепь».

Начиная с 1821 года в исторических описаниях истоков электромагнетизма распределение заслуг за концепцию и наблюдение этого электромагнитного эффекта «удвоения» (или «умножения», если сложение повторяется) ограничивается тремя лицами. Почти без исключения, однако, эти отчеты не содержат никакой конкретной информации о том, что именно каждый из этих трех совершил, какую физическую форму приняли их соответствующие творения, какие эксперименты они провели и какое функциональное понимание ситуации они, по-видимому, имели. Обычное утверждение сводится лишь к тому, что стрелка компаса помещалась в катушку из проволоки [13]. Главная цель настоящего обзора — изложить некоторые из этих деталей.

Ниже приводятся три кандидата, чьи имена тем или иным образом связываются с «изобретением» первого построенного электромагнитного прибора, или «мультипликатора», или примитивного гальванометра.

Иоганн Саломон Кристоф Швейггер (1779-1857) к 1820 году уже в течение нескольких лет был редактором Journal für Chemie und Physik и профессором химии в Университете Галле.

Иоганн Кристиан Поггендорф (1796-1877) в 1820 году совсем недавно поступил в Берлинский университет в качестве студента после нескольких лет работы учеником аптекаря и короткого периода работы аптекарем. Четыре года спустя он сменил Гильберта на посту редактора влиятельного журнала Annalen der Physik, которую занимал более 50 лет.

Джеймс Камминг (1771-1861) в 1820 году был профессором химии в Кембриджском университете.

Хронология и приоритет

Самая ранняя установленная дата в истории «мультипликатора» — 16 сентября 1820 года, когда Швейггер зачитал свой первый доклад Обществу естественной философии в Галле. Кажется, нет никаких оснований сомневаться в том, что этот доклад оправдывает часто используемый термин «мультипликатор Швейггера».

В своей пылкой поддержке позиции Швейггера Шпетер [14], не упоминая о Камминге и не намекая на детали «изобретения», показывает, что Поггендорф в 1821 году признал приоритет Швейггера, но претерпел некоторое помутнение памяти 40 лет спустя при написании разделов своего биографического словаря, оставив четкий намек на то, что изобретение принадлежало ему. Дополнительную путаницу для последующих поколений создали некоторые двусмысленные записи в Allgemeine Deutsche Biographie от 1888 года. Название «мультипликатор», по-видимому, возникло не у самого Швейггера. Шпетер приписывает его Майнеке как «работающему» редактору Journal Швейггера, однако Зеебек, судя по всему, использовал его гораздо раньше [15].

Признание приоритета концепции за Швейггером (Камминг не был реальным конкурентом в этом вопросе) не отменяет того факта, что все трое, по-видимому, пришли к своим результатам независимо друг от друга, что первая работа каждого из них по этой теме была опубликована в течение пяти месяцев, что между их концепциями использования и оптимальной конструкции их приборов существовали значительные различия и что совместными усилиями они заложили адекватный фундамент для последующего превращения гальванометра в основной электроизмерительный прибор.

В вопросе публикации Швейггер, как редактор того, что в просторечии называлось «журналом Швейггера», имел очевидное преимущество и изложил начало своих экспериментов на странице 1 первого тома своего Journal за 1821 год, изданного 1 января того же года [16]. Статья Эрстеда появилась двумя томами ранее. Он начал с того, что назвал открытие Эрстеда «самым интересным из представленных за тысячелетнюю историю магнетизма». Он был, по сути, настолько впечатлен эпохальным характером достижения Эрстеда, что увековечил его, дав своему Journal второе название, чтобы «том первый» под новым названием мог начаться в год после публикации Эрстеда.

Поггендорф, будучи сравнительно молодым студентом, не имел столь легкого доступа к огласке, но у него был преданный поклонник в лице одного из его профессоров, Пауля Эрмана из Берлинского университета. Эрман добавил семистраничное послесловие об изобретении Поггендорфа к своей книге «Очерк физических аспектов электрохимического магнетизма, открытого профессором Эрстедом», опубликованной до апреля 1821 года [17], со следующим вводным абзацем:

Господин Поггендорф, являющийся одним из прекраснейших украшений лекционного зала и лаборатории здешнего университета, провел весьма последовательное и хорошо продуманное исследование электрохимического магнетизма, шаг за шагом приводящее к методу усиления этого деятельного явления посредством его собственного действия.

Послесловие начинается с упоминания «конденсатора [Kondensator], только что привлеченного к моему вниманию господином Поггендорфом», и поясняет, что он не может выпустить свой трактат «без предварительного анонса этого предмета высочайшей важности». (Из текста можно сделать вывод, что название «конденсатор» было выбрано из-за усиления прибором магнитных измерений по аналогии с усилением электрических измерений электростатическим «конденсатором» Вольты.)

Сразу же по прочтении книги Швейггер опубликовал выписки, главным образом из послесловия, с возмущенными комментариями по поводу упущения (или того хуже) Эрмана, не упомянувшего о предшествующей работе Швейггера [18].

Впрочем, Эрман был не одинок в своем незнании — если таковое имело место — открытия Швейггера.

Коллега-редактор Гильдер из Annalen der Physik рецензировал Эрмана гораздо подробнее, чем Швейггер, перепечатав большую часть послесловия с явным энтузиазмом и заявив во введении, что изобретение приписывается «молодому физику, обучающемуся здесь, в Берлине, господину Поггендорфу» [19]. Лишь в сноске читатель направляется к другой сноске в следующей статье тома, где Гильдер наконец заявляет, что он «не может оставить без упоминания тот факт, что этот усиливающий аппарат, по-видимому, принадлежит господину профессору Швейггеру». Затем он довольно подробно цитирует первые две статьи Швейггера [16]. Эрстед в 1823 году объяснял сложившуюся ситуацию следующим образом: «Работа господина Поггендорфа, будучи упомянутой в книге по электромагнетизму знаменитого господина Эрмана, изданной очень скоро после его открытия, стала известна многим ученым раньше работы господина Швейггера. Именно по этой причине один и тот же аппарат носит разные названия» [20].

Та же путаница хорошо иллюстрируется статьей, к которой Гильдер прикрепил свою упомянутую выше покаянную сноску. Написанная профессором Рашигом из Дрездена 3 апреля 1821 года статья озаглавлена «Эксперименты с электромагнитным мультипликатором», но сам прибор на протяжении всей статьи неоднократно упоминается в фразе «конденсатор Поггендорфа, или, вернее, мультипликатор» — неуклюжее сочетание, наводящее на мысль о редакторском вмешательстве [21].

Работа Джеймса Камминга в Кембридже описана в двух докладах, которые он зачитал Кембриджному философскому обществу в 1821 году и которые впоследствии были должным образом опубликованы в Transactions этого общества. Первый, «О связи гальванизма и магнетизма», был зачитан 2 апреля 1821 года [22], а второй, «О применении магнетизма как меры электричества», — несколько недель спустя, 21 мая [23].

Хотя он цитирует некоторые не связанные с делом эксперименты Риттера в Германии конца XVIII века, публикацию Эрстеда 1807 года и электромагнитные эксперименты с соленоидами, проведенные Араго и Ампером в конце 1820 года, Камминг не упоминает ни Швейггера, ни Поггендорфа и никогда не использует слово «мультипликатор». Поэтому представляется вероятным, что его работа была проделана без знания немецких публикаций или изобретений.

Оригинальные электромагнитные мультипликаторы

Из трех комплектов приборов, созданных соответственно Швейггером, Поггендорфом и Каммингом, приборы Швейггера являются наиболее элементарными и наименее реалистичными с практической точки зрения. Он прилагает мало усилий для исследования влияния каких-либо конструктивных параметров, но представляет несколько странных конфигураций проводников, содержащих несущественные вариации базового принципа. Следующие выдержки из его первых трех статей [13] содержат основные упоминания о его концепции, конструкции и использовании своего мультипликатора.

PAPER READ IN HALLE, SEPTEMBER 16, 1820

То, что для этих экспериментов (Эрстеда) требуется мощный вольтов столб, я подтвердил на своих лекциях по физике, используя электрический столб, который был настолько силен, что легко получал металлический калий на второй и третий день после своего построения. Однако я вскоре увидел, что электромагнитный эффект связан не со столбом, а с простой цепью, и это привело меня к проведению эксперимента с гораздо большей чувствительностью. Чтобы усилить эти электромагнитные явления простой цепи, мне показалось необходимым принять расположение, отличное от инициированного Вольтой, с тем чтобы электрические явления его простой цепи могли быть подняты до более высокой степени.

Поскольку изменение эффекта на противоположный происходит в зависимости от того, лежит ли соединительная проволока над или под стрелкой, а также в зависимости от того, идет ли проволока от положительного или отрицательного полюса, отсюда, я говорю, легко сделать вывод о достижимости удвоения эффекта, что и подтверждается на практике.

Я представляю Обществу простой «аппарат удвоения» [Verdoppelungs-Apparat], где компас помещается между двумя проходящими вокруг него проволоками. Умножение эффекта легко достигается, когда проволока обернута вокруг не просто один, а много раз. Однако одного витка достаточно для демонстрации экспериментов Эрстеда с использованием небольших полосок цинка и меди, погруженных в раствор хлорида аммония.

Среди бесчисленных бессистемных теоретизирований (таких как «гидрирование влияет на магнетизм так же, как окисление влияет на гальванизм» или «сера, фосфор и углерод имеют особое значение в магнетизме, поскольку железо в сочетании с любым из этих горючих материалов становится материалом для магнита»), Швейггер объявляет, что он искал реактивную силу стрелки на соединительную проволоку в простом эксперименте Эрстеда и что он использовал свой «усиливающий аппарат» для поиска магнитных эффектов от электростатической машины, но безрезультатно в обоих случаях. Он предполагает, что продолжит проводить множество других электромагнитных экспериментов, поскольку «при использовании аппарата удвоения стрелка, вместо того чтобы нуждаться для возбуждения в способной генерировать искры ячейке, приближается по чувствительности к подергиванию нерва». Тем не менее «требуются дополнительные специальные эксперименты, чтобы выяснить, до каких пределов можно увеличить усиление с помощью созданного мной при конструировании этого аппарата удвоения метода с использованием множества витков проволоки».

Рисунок 3.— Эта «дугообразная» проволочная фигура была первой иллюстрацией «аппарата удвоения», данной Швейггером, хотя несколько ранее он представил словесное описание конструкции с одной катушкой. Целью дугообразной фигуры было показать, что стрелки компаса в центрах двух петлей отклонялись в противоположных направлениях. (Из Journal für Chemie und Physik.)

PAPER READ IN HALLE, NOVEMBER 4, 1820

[Первая половина этой статьи описывает успешные наблюдения реактивной силы магнитной стрелки на соединительную проволоку вольтовой цепи, осуществленные путем подвешивания соединительной проволоки в виде латунных стрелок над и под стрелкой компаса. Хотя конфигурация стрелки и проволоки в виде мультипликатора здесь фактически присутствует, Швейггер не упоминает о ней, очевидно рассматривая это как отдельный проект. Он продолжает.]

В своей лекции от 16 сентября я показал, что результаты Эрстеда зависят не от вольтова элемента, а только от соединительной цепи. Принципом, который я использовал для усиления эффектов, для построения, так сказать, электромагнитной батареи, было намотывание проволоки вокруг компаса, и я теперь представляю Обществу дугообразную фигуру из многократно намотанной, изолированной воском проволоки, рисунок 3. [К первой статье Швейггера не прилагалось никаких иллюстраций.] В то время как одна проволока при использовании здешней слабой электрической цепи отклоняет магнитную стрелку всего на 30° или 40°, если поместить компас в одно из отверстий этой фигуры, стрелка отклоняется на 90° на восток, а в другом отверстии — на 90° на запад при использовании той же слабой электрической цепи…

Устройство с «дугообразной фигурой» представляет лишь новизну и ничего не добавляет к прояснению феномена мультипликатора. То же самое относится и к следующему предложению Швейггера, показанному на рисунке 4. «…теперь я добавлю еще один аппарат, который является лишь продолжением предыдущего, благодаря которому стрелка может принимать любой угол от 0° до 180°». Короткий отрезок круглой стеклянной трубки внутреннего диаметра, достаточного для размещения стрелки компаса, стоит своей осью вертикально и имеет намотанные на него одиночные или многократные петли проволоки в вертикальных диаметральных плоскостях. На иллюстрации последовательные плоские катушки наклонены друг к другу под углом 30°. «…электрический ток течет по всей проволоке, и стрелка движется под действием всех этих токов и, попадая каждый раз в новую петлю, может принимать любой желаемый угол».

После множества дальнейших рассуждений о «корреляции магнетизма с когезией тел» Швейггер снова заявляет свою оценку своего открытия: «Эрстед преуспел в электромагнитных исследованиях, используя дающий искры элемент, который мог заставить проволоку светиться. Мое усиливающее электромагнитное устройство нуждается лишь в слабой цепи из меди, цинка и раствора хлорида аммония» [24].

Рисунок 4.— Швейггер изготовил эту своеобразную конструкцию из проволочных катушек, намотанных вплотную на короткий вертикальный участок стеклянной трубки со стрелкой компаса внутри, исключительно для того, чтобы поразить свою аудиторию в Галле тем фактом, что стрелка компаса может покоиться в любом из нескольких устойчивых положений. (Из Journal für Chemie und Physik.)

Рисунок 5.— Предложение Швейггера по одному из возможных дизайнов усиливающего электромагнитного индикатора. Компонентами являются деревянные стержни и изолированная проволока. Положение b, упоминаемое в тексте, находится в нижней части диаграммы между буквами a и c. (Из Journal für Chemie und Physik.)

«ДАЛЬНЕЙШИЕ СЛОВА О НОВЫХ МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЯХ»

[Это, предположительно, было написано между 4 ноября 1820 года и датой публикации его Journal 1 января 1821 года.]

Эти удивительные новые электрические эффекты [25] легче всего сделать заметными с помощью описанных ранее проволочных петель. Чтобы сфокусировать внимание только на одном из витков рисунка 3, мы набросаем новый чертеж, рисунок 5… Поскольку первостепенное значение имеет то, чтобы эти петли были сделаны из покрытой шелком проволоки, ровно лежащей друг на друге, удобно намотать петли на две маленькие прорезанные деревянные палочки, хотя также возможно скрепить провода вместе с помощью воска или шеллака либо аккуратно связать их вместе шелковой нитью…

На рисунке 5 Aa и Cc обозначают небольшие прорезанные стержни из дерева, на которые намотана покрытая шелком проволока. На рисунке показаны только три витка, но я обычно использую втрое больше. Теперь t соединяется с медью, а d — с цинком, и компас B устанавливается между стержнями Aa и Cc так, чтобы катушка была перпендикулярна магнитному меридиану, а клеммы d, t находились на востоке.

В тот момент, когда Z и K погружаются в раствор хлорида аммония, стрелка поворачивается и замирает так, что северный полюс указывает на юг…

Если теперь вынуть компас из катушки и поместить в положение b, все эффекты меняются на противоположные и по понятным причинам становятся значительно слабее…

Имеет ровно такое же значение, переносим ли мы компас из B в b на рисунке 5 или из ячейки 1 в ячейку 2 на рисунке 3, за тем лишь исключением, что в последнем случае из-за охвата компаса с двух сторон получается более сильный эффект…

Если теперь повернуть катушку… так, чтобы сторона, бывшая ранее северной, теперь была обращена на юг, то при подключении электрической цепи на стрелке не наблюдается абсолютно никаких следов какого-либо эффекта, при условии, что концевые провода не перепутаны…

Кажется излишним отмечать, что наша магнитная катушка может быть помещена в направлении магнитного меридиана или под произвольным углом к нему…

После нескольких страниц дальнейших рассуждений об отношении «когезии к магнетизму» и о «монополярных и биполярных проводниках» единственным дополнительным интересным моментом является наблюдение того, что разряды лейденской банки (Kleistichen Flasche), достаточно сильные, чтобы сжигать полоски листового золота и намагничивать железный стержень в катушке, не приводили к отклонениям стрелки компаса даже с помощью «усиливающего аппарата».

Таким образом, Швейггер достаточно четко описал базовую идею мультипликатора в своей первой статье, но не предлагал эскиза простейшей конструкции до третьей статьи. Тем временем во второй статье он проиллюстрировал две своеобразные конструкции, задействующие этот принцип менее элементарными способами.

Его безразличие к тому, лежат ли проволочные петли в магнитном меридиане (рис. 3) или перпендикулярно ему (рис. 5), или «под любым другим произвольным углом к нему», свидетельствует о слабом понимании потенциала измерительного прибора. Его концепция представляется прежде всего концепцией детектора.

Изобретение Поггендорфа, впервые описанное Эрманом и представленное более широкой аудитории Гильдером [26], описывалось состоящим, как правило, из 40-50 витков покрытой шелком медной проволоки диаметром в 1/10 линии, туго связанных вместе, причем вся сборка сжималась с боков для образования эллиптического отверстия, в котором подвешенная стрелка компаса могла свободно перемещаться, сохраняя при этом зазор около 2 линий от проволоки во всех точках [27].

«Этот магнитный конденсатор может стать большим благом для электрохимии», — говорил Эрман, поскольку «он позволяет избежать всех трудностей электрических конденсаторов». Он отметил, что, используя конденсатор, Поггендорф уже установил электрический ряд для огромного числа тел, обнаружил различные аномалии в отношении проводимости и нашел способ обнаружения диссимметрии полюсов стрелки компаса. С другой стороны, даже с помощью конденсатора до сих пор не удалось получить никаких магнитных эффектов от мощного турмалина или от сухой батареи Замбони из 12 000 пар.

Собственный отчет Поггендорфа о его работе в конце концов появился в виде очень длинной статьи в журнале, известном как «Исида Окена» [28]. Упомянутые ранее редакторские споры вполне могли послужить причиной обращения к столь малозначительному в областях физики и химии периодическому изданию.

Источник видения Поггендорфом принципа мультипликатора немного отличался от вдохновения Швейггера. Стремясь к детальному анализу наблюдения Эрстеда, Поггендорф провел соединительную проволоку своей элементной цепи по вертикальной линии чуть выше или ниже точки подвеса стрелки компаса, затем после изгиба под прямым углом — горизонтально над или под одним из полюсов стрелки. Изучая отклонения, получающиеся для всех четырех возможных положений такой проволоки при обеих полярностях элемента, он пришел к пониманию того, что если прямоугольная проволочная петля в вертикальной плоскости охватывает стрелку компаса, то все части горизонтальных сторон петли будут производить суммарные отклонения. Отдельным экспериментом он показал, что вертикальные стороны петли также будут увеличивать отклонения. В то же время он увидел, что эффект дополнительных витков будет кумулятивным.

Многократное окружение стрелки покрытой шелком проволокой в плоскости, перпендикулярной длинной оси стрелки, предоставляет физику очень простое и чувствительное средство обнаружения малейшего следа гальванизма или производимого им магнетизма, в связи с чем я дал этой конструкции название магнитного конденсатора, хотя я не придаю этому названию особого значения…

При анализе поразительно возросшей мощности, которую конденсатор придает магнитному эффекту цепи, первый вопрос, который возникает, — это как эффект изменяется с числом витков, возрастает ли он до бесконечности или достигает максимума, за которым дополнительные витки не оказывают никакого влияния. Ответ на этот первый вопрос связан с решением другого, а именно: являются ли степени отклонения прямым выражением меры магнитной силы или нет.

Чтобы прояснить для себя этот момент, я воспользовался тремя раздельными цепями, каждая из которых содержала 8-витковый конденсатор, и расположил их как можно ближе друг к другу в магнитном меридиане… со стрелкой между витками. Каждая отдельная цепь… давала отклонение на 45°… Когда были соединены две, отклонение составило 60°, а когда наконец все три были приведены в магнитное действие, отклонение возросло лишь до 70°. Отсюда отчетливо видно, что угол отклонения не находится в простой пропорции с магнитной силой, действующей на стрелку…