Большим недостатком исследований Вебера и фон Квинтуса-Ицилиуса была и отрывочность их наблюдений. Каждый из ученых охватил своими исследованиями очень узкие области. Фон Квинтус-Ицилиус работал только со слабыми магнитными полями, Вебер же только с сильными. Ни один из ученых не рассмотрел процесса намагничения на всем его протяжении — от самых слабых до очень сильных полей.
Готовясь к исследованию процесса намагничения железа, Столетов внимательно анализирует и методы, которыми пользовались в своих опытах его предшественники.
Все они действовали по старинке. Исследуя магнитные свойства образцов, ученые пользовались магнитометром— прибором, похожим на компас: главной, рабочей частью магнитометра является висящая на нитке чувствительная магнитная стрелка.
Чтобы узнать, насколько намагничен образец, его приближают к магнитометру. Под магнитным действием образца стрелка поворачивается. Замерив угол, на который она повернулась, и расстояние между нею и образцом, можно вычислить степень его намагниченности.
Работать с магнитометром — дело очень хлопотное и кропотливое. Обращаться с прибором надо с большой осторожностью. Магнитная стрелка капризна — не терпит ни малейшей тряски.
Чтобы защитить ее от сотрясений почвы, магнитометры приходится ставить в подвале, водружая их там на специальные фундаменты. Но, несмотря на такие меры, прибор остается недотрогой.
Процесс измерений с помощью магнитометров тогдашних конструкций протекал медленно до утомительности.
Устанавливать образец всякий раз нужно очень точно; делая замеры, необходимо учитывать много посторонних факторов, вводить поправки на действие магнитного поля Земли, на присутствие в лаборатории железных предметов и т. д.
Обработка результатов измерений тоже утомительна и громоздка. Для вычисления каждого из значений намагниченности образца приходится исписывать цифрами и замысловатыми уравнениями страницы.
Но недостатки магнитометрического метода не исчерпываются тем, что работа с магнитометром сложна и кропотлива.
Есть у этого метода недостаток и посерьезнее.
Работая с магнитометром, трудно найти истинные данные о магнитных свойствах испытуемого материала.
В этом виновен даже не сам прибор; причина ошибок, возникающих при использовании магнитометрического метода, коренится в природе самих испытуемых образцов.
Ошибки возникают вследствие любопытной особенности намагниченных брусков и стержней.
Магниты, как известно, создают вокруг себя силовое поле, превращают окружающее их пространство в область, где проявляется действие магнитных сил.
Всякий железный предмет по соседству с магнитом тоже становится магнитом.
Но магнит действует не только на окружающие предметы. Ведь и сам он находится в зоне, где действуют порожденные им магнитные силы.
Магнит действует и на самого себя!
Это кажется парадоксальным, чем-то напоминающим басню о бароне Мюнхгаузене, поднявшем самого себя за волосы, но тем не менее это неоспоримый факт.
Направление магнитных силовых линий по отношению к породившему их магниту таково, что магнитное поле стремится как бы перемагнитить его, образовать северный магнитный полюс на том конце, где у магнита находится южный, и наоборот.
Один конец магнита действует на другой: северный полюс на южный, южный на северный.
Этим воздействием ослабляется намагниченность образца. Размагничивающее действие проявляется неодинаково у образцов разной формы. Чем короче магнит, чем меньше расстояние между его полюсами и чем он толще, тем больше у него размагничивающий фактор, тем сильнее ослабляет он свою же собственную намагниченность.
В одной и той же намагничивающей катушке, в совершенно одинаковых условиях, образцы, сделанные из одного и того же материала, но отличающиеся своей формой, намагнитятся по-разному.
Действие их на магнитометр будет неодинаковым. Показания прибора зависят от формы, которая придана испытуемому образцу.
Отклонения стрелки прибора говорят о магнитных свойствах не самого железа как вещества. По этим отклонениям можно судить лишь о том, как намагничивается именно этот — с его определенной формой — стержень или брусок.
Для того чтобы по показаниям магнитометра рассчитать магнитные свойства железа — а именно эти свойства и нужно выяснить, — необходимо знать величину размагничивающего действия для каждого данного образца; только тогда можно будет внести нужные поправки в результаты измерений.
Однако учесть размагничивающее действие очень трудно. Теория говорила, что размагничивающий фактор можно точно рассчитать только для образцов, имеющих форму сложного геометрического тела — правильного эллипсоида.
Изготовить из железа правильные эллипсоиды — дело невероятно трудное, а брать для исследования стержни и бруски, которыми пользовались исследователи, значило заранее обрекать себя на невозможность строгой теоретической обработки результатов измерений.
Существование у магнитов размагничивающего действия давно уже не представляло собой секрета. Предшественники Столетова знали об этой особенности образцов, с которыми они работали.
Пытаясь отделаться от ошибок, возникающих при пользовании магнитометрическим методом, ученые придумывали всяческие ухищрения.
Вебер, например, стремясь ослабить размагничивающее действие, изготавливал образцы в виде очень длинных и тонких цилиндров.
Фон Квинтус-Ицилиус пытался придать своим образцам форму эллипсоидов.
Но всеми этими ухищрениями можно только уменьшить ошибки, исключить же их целиком, действуя такими способами, нельзя. Нельзя же до бесконечности удлинять образцы, чтобы свести на нет размагничивающий фактор. Изготавливать эллипсоиды? Но и это тоже не выход. Не говоря уже о том, что сделать точный эллипсоид почти невозможно, метод фон Квинтуса-Ицилиуса тоже не гарантировал от появления ошибок. Анализируя этот метод, Столетов установил: для того чтобы быть вполне уверенным в результатах исследования, нужно брать очень длинные эллипсоиды. В противном же случае малейшая ошибка, допущенная при измерениях, сильно отразится на расчетах, в особенности когда придется иметь дело со слабыми полями.
Что же делать? Как определить истинные магнитные свойства железа?
Все исследователи топчутся в каком-то заколдованном круге. Для исследования магнитных явлений они, как издавна повелось, вооружаются магнитометром. А применение магнитометра неизбежно влечет за собой применение образцов в виде стержней, брусков, эллипсоидов, а значит, и появление ошибок, вызываемых размагничивающим действием, которое производят концы магнитов.
И тем не менее исследователи не пробуют разорвать порочный круг, в который заводит их магнитометрический метод, не пытаются найти какой-нибудь иной способ исследования магнитных явлений.
Выхода как будто и быть не может: как же уберечь магнит от действия создаваемого им же самим магнитного поля? Всякий магнит любого известного типа — и прямолинейный и подковообразный — окутывает себя идущими от одного полюса к другому силовыми магнитными линиями.
Но кто сказал, что магниты всегда обязаны иметь концы?
А что, если намагниченный брусок согнуть не в подкову, а смелее — в кольцо? Сомкнуть один полюс магнита с другим?
Разве от этого магнит перестанет быть магнитом? Нет, конечно. Но кольцеобразный магнит не сможет действовать сам на себя! Ведь он не создает вокруг себя магнитного поля!
У кольцеобразного магнита не будет размагничевающего фактора. Намагничение кольцеобразного образца не будет зависеть от размеров и формы сечения образца. Данные о магнитных свойствах кольца будут данными именно о магнитных свойствах материала, из которого оно сделано.
Итак, чтобы ликвидировать действие размагничивающего фактора, надо пользоваться образцами, сделанными в виде кольца, тороида. Кольцо, именно кольцо поможет магнитологам выбраться из порочного круга, в котором они находятся.