2.3 "Исследование о функции намагничивания мягкого железа"

В 1871 году А.Г. Столетов приступает к работе над докторской диссертацией. Теперь его интересуют магнитные свойства железа. Знать их очень важно для практики. Электротехника в то время не была еще наукой. Созданию хорошей электрической машины предшествовали бесчисленные опыты по подбору оптимальных размеров конструкции. И одной из важнейших задач электротехники было узнать, как намагничивается железо.

Физической лаборатории в университете по-прежнему нет, и для проведения необходимых экспериментов Столетов уезжает за границу. Всего четыре месяца проводит он в лаборатории Кирхгофа в Гейдельберге, но сколько сделано за эти четыре летних месяца! Продумана и сконструирована установка для исследования магнитных свойств железа, проведены все задуманные опыты.

Схема установки, разработанной А.Г. Столетовым для изучения магнитных свойств железа.

Установка, разработанная А.Г. Столетовым, представляла собой следующее. На железное кольцо намотаны две обмотки. Первая через переключатель соединена с батареей. В цепь второй обмотки включен баллистический гальванометр. В моменты включения (или выключения) тока, подаваемого в первичную обмотку, намагниченность железного кольца быстро возрастает (или убывает) до определенного значения, соответствующего данной силе тока и числу витков в первичной обмотке. Меняющееся в эти моменты магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. Измерив с помощью гальванометра количество электричества, протекающего за это время по вторичной обмотке, можно теоретически рассчитать величину магнитного поля, вызвавшего ток. А узнать магнитное поле, создаваемое кольцом, - это значит узнать намагниченность железного образца.

Петля гистерезиса при намагничивании железа теперь знакома каждому ученику 9 класса. Но когда Столетов начинал свои опыты, о магнитных свойствах железа было известно немного. В частности, считалось, что намагниченность железа прямо пропорциональна индукции В₀ намагничивающего внешнего поля.

Это означает, что магнитная проницаемость не зависит от намагниченности и постоянна. Данная теория, разработанная Пуассоном, не согласовывалась, однако, с последними опытами различных исследователей. Поэтому Кирхгофом была разработана новая теория, в которую вместо постоянной величины входила функция, зависящая от В₀ и формы железного тела. Изучением того, как зависит от В₀, и занялся Столетов. В опытах Столетова изучалась зависимость не самого , а так называемой магнитной восприимчивости .

До его исследований было известно, что при больших величинах индукции намагничивающего поля магнитная проницаемость падает с ростом В₀. В слабых полях ее поведение не изучалось. Начав опыты, Столетов обнаружил поразительный факт: при слабых полях с ростом В₀ величина не постоянна, а быстро возрастает, достигает максимума при некотором значении В₀ и медленно убывает. Причем максимальное значение было в несколько раз выше, чем известное из опытов других исследователей.

График зависимости от В₀.

Полученные Столетовым важные результаты давали в руки создателей электромоторов и динамо-машин ключ к решению многих стоящих перед ними задач. Сам ученый так характеризовал практическую сторону своего исследования. "Изучение функции намагничения железа может иметь практическую важность при устройстве и употреблении как электромагнитных двигателей, так и тех магнитоэлектрических машин нового рода, в которых временное намагничение железа играет главную роль. Знание свойств железа. также необходимо здесь, как необходимо знакомство со свойствами пара для теории паровых машин. Только при таком знании мы получим возможность обсудить a priori (заранее) наивыгоднейшую конструкцию подобного снаряда и наперед рассчитать его полезное действие".

В 1872 году Столетов успешно защищает докторскую диссертацию "Исследование о функции намагничения мягкого железа" и в следующем году утверждается в должности ординарного профессора Московского университета.

После работы о "Функции намагничения железа" имя А.Г. Столетова становится широко известно за границей. В 1874 году его приглашают на торжества по случаю открытия при Кембриджском университете физической лаборатории. В 1881 году Столетов достойно представляет русскую науку на I Всемирном конгрессе электриков в Париже. Он первый русский физик, участвующий в международном съезде.

На конгрессе Столетов делает доклад о своих исследованиях по определению коэффициента пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами, активно участвует в работе по выбору электротехнических единиц измерения. По предложению Столетова была утверждена единица электрического сопротивления - Ом и эталон сопротивления.