Следующими словами Фарадей описал свой первый опыт: «Я изготовил железное кольцо (из мягкого железа). Железо было взято круглое в 7/8 дюйма толщиной, и кольцо имело внешний диаметр в 6 дюймов. Вокруг железного сердечника было намотано много витков медной проволоки, причем половина обмотки отделена при помощи шнурка и коленкора. Было намотано три куска проволоки, каждый около 24 футов длиной, и они могли быть соединены в одну общую обмотку или употребляться раздельно. Изоляция отдельных частей этой обмотки была установлена путем проверки при помощи батареи. Будем называть эту сторону кольца А. На другой стороне, но с интервалами от первой обмотки, было намотано два куска проволоки общей длиной около 60 футов. Будем называть эту сторону В.
Была заряжена батарея из десяти пар пластин по 4 кв. дюйма. Витки на стороне В составляли одну обмотку, и концы ее были соединены медной проволокой, отходящей в сторону на некоторое расстояние и как раз над магнитной стрелкой, находившейся в 3-х футах от кольца. Затем концы одной из обмоток на стороне А присоединились к батарее: немедленно — заметное действие на стрелку. Она колебалась и, наконец, пришла в начальное положение. При прерывании соединения обмотки А с батареей — снова бросок стрелки».
На второй день своей работы, т. е. 30 августа, Фарадей констатирует связь между полученными им результатами и так называемым магнитным явлением Араго (открытым французским ученым в 1822 году): «Если медную пластинку вращать близко от магнитной стрелки или магнита, подвешенного так, чтобы последний мог вращаться в плоскости, параллельной плоскости медной пластинки, магнит будет стремиться следовать за движением пластинки: если же вращать магнит, то пластинка будет стремиться следовать за его движением. Действие это настолько сильно, что можно таким образом вращать магниты и пластинки, весящие много фунтов. Если магнит и пластинка находятся в состоянии покоя по отношению друг к другу, между ними не может быть обнаружено ни малейшего действия, ни притягательного, ни отталкивательного, ни какого-либо другого. Это и есть явление, открытое мастером Араго».
30 августа Фарадей уже совершенно отчетливо осознал связь открытого им явления с таинственными результатами экспериментов Араго. Тем не менее, пока Фарадей не завершил всех опытов и не пришел к окончательным и ясным выводам, он говорил о своих исследованиях очень осторожно и скупо. Ричарду Филлипсу, с которым он постоянно делился результатами своих работ, он написал 23 сентября: «Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и полагаю, что напал на хорошую мысль, но я еще не могу ничего сказать. Возможно, что я вытащил кочан капусты вместо рыбы. Мне кажется, что я знаю, почему металлы становятся магнитными, когда они находятся в движении, и почему они не магнитны (в общем), когда они находятся в состоянии покоя».
Третий день опьгтов Фарадея относится к 24 сентября 1831 года. В этот день он пытался установить действие соленоида[12], заряженного батареей из десяти пар пластин, на проволоку, соединенную с гальванометром. — «Никакого индуктирующего влияния», — отметил он в дневнике. Более длинные и самые разнообразные металлические соленоиды также не дали никаких результатов. Тогда Фарадей оставил эти опыты и начал экспериментировать с полосовым магнитом вместо кольцевого, как это он делал в первый день. Опыты этого дня отмечены в его записной книжке следующими словами: «Железный цилиндр имел намотанный на нем соленоид. Концы проволок соленоида были на некотором расстоянии соединены медной проволокой с указательным соленоидом. Затем между полосами полосовых магнитов было помещено железо, как показано на прилагаемом рисунке.
Каждый раз, когда магнитный контакт в N или S замыкался или прерывался, у указательного соленоида имелось магнитное движение, причем эффект, как и в первых случаях, был не постоянным, а представлял собой кратковременный толчок или натяжение. Но если электрическая связь (при помощи медной проволоки) прерывалась, тогда размыкание и контакты не производили никакого действия. Следовательно, здесь происходило определенное превращение магнетизма в электричество».
В четвертый день — 1 октября 1831 года — Фарадей описал открытие индуктированных электрических токов, получаемых при отсутствии железа: «Батарея из десяти ящиков, — писал он, — из которых каждый состоял из десяти пар пластин в 4 кв. дюйма, была заряжена соответствующей смесью серной и азотной кислоты, и с нею в указанном порядке были проделаны следующие опыты:
Одна из катушек (соленоида из медной проволоки длиной в 203 фута) была соединена с плоским соленоидом, а вторая (катушка той же длины, намотанная на таком же деревянном бруске) — была соединена с полюсами батареи (было найдено, что между ними не было металлического контакта); магнитная стрелка у указательного плоского соленоида отклонилась, но так мало, что это едва было ощутимо. Когда вместо указательного соленоида был применен гальванометр и когда контакт батареи был замкнут и прерван, был замечен внезапный толчок, но настолько незначительный, что его едва было видно. Он имел одно направление при замыкании, другое — при прерывании, а в промежутках времени между ними стрелка занимала свое естественное положение. Следовательно, имеется индуктирующий эффект в отсутствии железа, но он или очень слаб, или слишком кратковременен, так что не успевает отклонить стрелку. Я скорее подозреваю последнее».
Пятый рабочий день был 17 октября 1831 года. Опыты этого дня завершились получением электричества от приближения магнита к проводнику (проволоке). Это и было собственно центральным моментом во всей серии опытов: проблема «превратить магнетизм в электричество» была разрешена.
Все неудачи, которые Фарадей терпел до этого времени, об'ясняются тем, что в опытах и магнит и проводник оставались в состоянии покоя. Как говорит Сильванус Томпсон (один из биографов Фарадея), магнит мог лежать близ проводника преспокойно сто лет и никакого действия не произвел бы. «Цилиндрический полосовой магнит, — гласит запись этого дня, — диаметром в три четверти дюйма и длиной в восемь с половиной дюймов одним концом был вставлен в конец цилиндра с соленоидом (220 футов длиной); затем он был быстро внесен внутрь во всю свою длину, и стрелка гальванометра отклонилась; далее он был удален, и стрелка снова отклонилась, но в противоположном направлении. Этот эффект повторялся каждый раз, когда магнит вносили или удаляли. Из этого следует, что волна электричества создавалась от простого приближения магнита, а не от его образования in situ[13].
Из дальнейшего наибольший интерес представляет девятый день его опытов, 28 октября 1831 года. Эта дата может считаться днем рождения прототипа современных динамомашин — так называемого «медного диска Фарадея». В его записной книжке отмечено, что он «заставил медный диск вращаться между полюсами подковообразного магнита Королевского общества. Ось и край диска были соединены с гальванометром. Стрелка отклонялась по мере вращения диска». Последним днем опытов было 4 ноября 1831 года. В записях этого дня замечательны следующие слова: «Медная проволока в одну восьмую дюйма, протянутая между полюсами и проводниками, произвела то же действие». В статье, в которой Фарадей сообщил о полученных им результатах, описывая опыт 4 ноября, он впервые употребляет знаменитое выражение: «линии магнитных сил», сыгравшее столь важную роль в его дальнейших исследованиях, и отчетливо говорит о «пересечении магнитных линий движущейся поперек них медной проволоки».
Медный диск Фарадея (факсимиле)
Вся эта исключительно напряженная работа была проделана менее, чем в полтора месяца. Верный своему методу, — начав работу, довести ее до конца и опубликовать, — Фарадей привел в систему все полученные им данные и составил доклад для Королевского общества, который и был им прочитан 24 ноября 1831 года. Этот доклад послужил основанием первой серии знаменитых «Опытных исследований по электричеству».
