Вскоре после возвращения Столетова с конгресса, в 1882 году, на физико-математическом факультете университета происходят крупные изменения. Любимов уходит в отставку. Место профессора экспериментальной физики освобождается, и на это место назначают Столетова. Наконец-то Столетов получил возможность читать ту научную дисциплину, в область которой он, преподавая теоретическую физику, мог делать только незаконные набеги. Столетов давно уже мечтал о том, чтобы начать читать студентам экспериментальную физику.
Кафедру теоретической физики Столетов в 1883 году передает своему ученику, молодому магистру Алексею Петровичу Соколову. Ему же он передал заведование физической лабораторией. Но Столетов не порывал связи с лабораторией. Каждое новое начинание Соколов предпринимал, обязательно посоветовавшись со своим другом и учителем.
Столетов считает, что лаборатория — место, где студент сам непосредственно учится исследовать, — пожалуй, даже важнее, чем физический кабинет — хранилище приборов для демонстраций на лекциях. Главную часть сумм, отпускаемых на кафедру физики, он использует для пополнения оборудования физической лаборатории.
Столетов вносит коренные реформы в преподавание экспериментальной физики. Раньше экспериментальная физика читалась одновременно студентам физико-математического и медицинского факультетов. Ясно, что лектор должен был равняться на тех слушателей, для которых физика не была главным предметом. Читая лекции, профессора обращались к студентам-медикам. Курс читался очень элементарно, новейшие физические теории оставались за пределами этого курса. Элементарными были и демонстрации, которыми сопровождались лекции.
Столетов сделал чтение лекций по экспериментальной физике раздельным для медиков и студентов физико-математического факультета. Молодым физикам он читал курс особенно углубленно. Студенты получали от лекций Столетова отчетливое представление о современном уровне развития физики.
В своей деятельности Столетов нашел себе замечательного помощника в лице своего нового сотрудника — препаратора физического кабинета Ивана Филипповича Усагина (1855–1919).
Биография Усагина была во многом похожа на биографию Брюсова.
Выходец из крестьян, Усагин работал мальчиком в лавке своего отчима. Но торговля не увлекала его, ему хотелось заняться наукой. Мальчик на свои деньги покупает различные приборы и в маленькой каморке хлебного лабаза пробует сам делать физические опыты. Ему страшно хочется выбраться из лавки, попасть в такое место, где бы он мог заниматься наукой. Юноша посещает Любимова. Любимов заинтересовался талантливым самородком и стал хлопотать о том, чтобы его приняли учеником лаборанта в лицей. Отчим долгое время не соглашался отпустить своего пасынка, и только после того, как Любимов явился лично в лавку, надев все свои ордена, чтобы произвести больше впечатления на несговорчивого отчима, тот сдался, и Ваня Усагин начал свою деятельность в лабораториях лицея.
Усагин — необыкновенный экспериментатор. Этот могучий человек, с большими и, казалось бы, такими неуклюжими руками, мог делать поистине ювелирные вещи. Столетов сразу же понял, какой клад он получил в лице Ивана Филипповича. Усагин не только великолепно владел экспериментом, он был еще и крупный изобретатель, человек творческого, горячего ума.
В 1882 году Иван Филиппович сделал крупнейшее изобретение: он создал трансформатор — устройство, с помощью которого можно переменный ток низкого напряжения превращать в ток высокого напряжения и наоборот.
Это свое изобретение Усагин применил для освещения Всероссийской промышленно-художественной выставки в Москве. Председатель жюри выставки К. А. Тимирязев подписал Усагину особый диплом: «За успешные опыты электрического освещения через посредство отдельной индукции и в поощрение дальнейшей разработки этого метода».
Позже Усагин получил и еще один диплом — «За открытие трансформации токов».
Возглавив кафедру общей физики, Столетов немедленно возбудил вопрос о необходимости перестройки старой, темной, низкой физической аудитории. Продолжал он хлопотать и о расширении физической лаборатории.
Борясь за русскую физику, Столетов пускал в дело не только свое красноречие, но и свой талант журналиста. В 1881 году он пишет свою знаменитую статью «Физические лаборатории у нас и за границей». В этой статье он предъявляет правительству счет не только от московских физиков. Он говорит от имени всех русских университетов. Счет этот подтвержден неопровержимыми сведениями. Столетов отлично осведомлен о состоянии физики в других университетах. Вот два письма, показывающие, как детально сообщали о своих делах Столетову иногородние физики. В одном из них физик В. В. Лермантов рассказывает Столетову о своей лаборатории, сетуя на то, что его физический кабинет «может служить только «спартанским» примером».