I. FEJEZET.
A MÁGNESEK.
1. A mágnesség általános jelenségei.
A MINERALOGUSOK vasoxidulnak vagy mágnesvasnak egy vasérczet neveznek, mely a két világ meglehetős nagyszámú bányájában található. Ez ásványt, amint a FeO + Fe2O3 chemiai képlet mutatja, a vasoxid meg a vasoxidul alkotja; oktaéder vagy még rhomb-dodekaéder alakban is kristályosodik. A vasoxidul némely példányának az a tulajdonsága van, hogy a hozzájuk közelített vas- vagy aczéldarabkákat bizonyos pontjaikon magukhoz vonják, s e jelenség következtében mágnesköveknek vagy egyszerűen természetes mágneseknek neveztetnek, megkülönböztetésül azon aczéldaraboktól, melyeknek e vonzó képességet úgy kölcsönözzük, s a melyeket mesterséges mágnes névvel jelölnek.
A mágnesvas legfontosabb fekhelyei Svéd- és Norvégországokban vannak, fémes fényű tömör tömegeket alkotva, valamint Elba szigetén, a Calamita-fokon kiaknázott érczek halmazában. Azonkívül még Auvergneban, Németországban, az Egyesült-Államokban és Algirban Bône vidékén s található. (1) A mágneskőnek színe rendesen feketés vagy barna, olykor pedig szürkés; külső megjelenése, mint már említők, fémszerű. Sűrűsége 5,10. Az összes vasérczek között ez a legjobb.
Mi sem könnyebb, mint akár a természetes, akár a mesterséges mágneseknek a vasra gyakorolt vonzását megmutatni. Elegendő, ha a mágnest vasreszelékbe, vagy e fém forgácsainak halmazába mártjuk; onnét kihúzva azt látjuk, hogy bizonyos pontjain egész rakás vasrészecskét többé-kevésbbé sűrű pamatok alakjában visszatart (1. ábra). A mágnesek ugyanazon pontjai vas- vagy aczéldarabokat, szegeket, tűket is magukhoz vonzanak, mely tárgyak a mágneshez esnek, ha a távolság, mely őket tőle elválasztja, eléggé kicsiny.
* Ez a szám, valamint a szövegben alább is előforduló ily számok a munka végén levő megjegyzésekre utalnak.
5
Ugyanazon tulajdonságot még egy kis eszköz, a mágnes-inga segélyével is szokás megmutatni, mely mindössze egy fonálon függő vasgolyóból áll (2. ábra). A mágnest oldalról közelítvén a golyóhoz, ez hozzá siet a fonalat a függélyes irányból kitéríti. A vonzás annál erősebb, mentől kisebb a mágnes távolsága. Másrészt, a mint azt a hatás és a visszahatás egyenlőségének elve előrelátni engedi, a mágnes vonzza a vasat, kell hogy a vas viszont vonzza a mágnest. Igy a mágnes, a 3-ik ábrában feltüntetett módon mozoghatóvá tétetvén, ha egy szilárdan álló vashengerhez közel hozzuk, oly módon forog a felfüggesztés tengelye körül, hogy kölcsönös távolságuk lehetőleg kisebbedjék.
1. ábra. – A vas vonzatása mágnesektől.
A mágnes-vonzás, a mint azt a megelőző kisérletek mutatják, nemcsak közvetetlen érintkezés közben, hanem távolságra is hat. Később látni fogjuk, hogy a vonzás erőssége növekedik, ha a távolság kisebbedik és meg is mondhatjuk majd, mily törvény szerint. De még akkor is érvényesül az, ha a vas és a mágnes közé idegen testek, és pedig akár szilárd, akár folyékony anyagok vannak helyezve; az ezek tömegéből képezett fal vastagsága nem változtatja a vonzás erősségét, s ez csakis annyiban változik, a mennyiben a távolság változása magával hozza. Fa, kemény papir,
2. ábra. – A mágnes-inga.
6
3. ábra. – A mágnes vonzódása a vashoz.
porczellán vagy rézlemezre vasreszeléket hintve, tűket vagy szegeket szórva, s a lemez alatt mágnest járatva, azt látjuk, hogy a fémdarabok ki mozdulnak, eltolódnak s a mágnes minden mozdulatát követik. A mágnesvonzás légüres térben szintúgy nyilvánul mint levegőben.
Sok ideig azt hitték, hogy a vas az egyetlen anyag, melyet a mágnes vonzani képes, vagyis – e sajátság megjelölésére a fizikában használatos szóval élve – hogy ez az egyedüli mágnes-anyag. Ámde, még mielőtt a mágnesezés műveleteit, vagyis azon eljárást ismerték volna, mely az aczélrudat mágnessé alakítja, midőn az egyedül ismert mágnesek a természetes mágnesek valának: máris tudták, hogy vannak érczdarabok, melyek a vasat nem vonzzák ugyan, maguk mégis mágnesek – azaz a mágnesek vonzásának engedelmeskednek. A vasnak több más ércze ugyanilyen tulajdonságú.
Utóbb rájöttek, hogy más fémeknek is megvan az a sajátsága, mint a vasnak; ilyenek a nikkel, a kobalt, a chróm. A kobalt csak arzéntől mentes állapotában mágneses; a chróm pedig a közönséges melegben nem az, hanem WÖHLER szerint csak akkor, ha hőfoka 15°–20°-ra száll a 0° alá. A mangánt is a mágnes-anyagok közé sorolták; noha bizonyosnak látszik, hogy e tulajdonságát csakis a benne levő vasnak köszöni. Teljesen megtisztítva, elveszti eme tulajdonságát.
7
Őrizkedjünk attól, hogy a mágneses anyagokat a mágnesekkel össze ne zavarjuk! Jóllehet a természetes vagy mesterséges mágnesek és a mágnes anyagok között fennálló vonzás, mint épen láttuk, kölcsönös: ebből egyáltalában nem szabad arra következtetni, hogy tulajdonságaik is megegyezők. Sarkalatos különbség van közöttük, melyre már most rá kell mutatnunk s – mely abban áll, hogy az egyszerűen mágneses anyagok nem vonzzák egymást: az a vasdarab, mely mágnest vonz, semmi hatással sincs más vasdarabra, ha csak mágnes nincsen közelükben.
Még egy más különbség is van, melylyel bővebben kell foglalkoznunk. Ez abban áll, hogy míg a vasnak minden pontja egyformán vonzatik, addig a mágnesben a vonzás tulajdonsága egyenetlenűl van eloszolva: egyes pontokon a vonzás semmi, másokon pedig a legnagyobb. A következő kisérletek feltüntetik a mágnes-anyagok és a mágnesek között levő jellemző különbséget.
A vasreszelékbe mártott mágnest (1. ábra) szemlélve, feltűnik, hogy két ellentett tájon nemcsak hogy kiváló mértékben halmozódott fel a vasreszelék, hanem az is, hogy részecskéi bizonyos irány szerint rendeződnek, mintha azokon a helyeken, hol a vonzás a legerősebb, vonzó középpontok volnának. A rúd közepe táján ellenben egy oly helyet veszünk észre, melyre egyetlen egy vasdarabka sem tapadt. A mágnesnek két végét, melyről beszélünk, sarkoknak – pólusoknak – a középső keresztmetszetét pedig semleges – neutrális – vonalnak nevezik. Ime egy másik eljárás, mely még meggyőzőbb módon mutatja a sarkok s a semleges vonal lételét. A mágnesrúdra kemény papirlapot fektetünk s ezt szita segélyével igen finom vasporral behintjük. Látjuk, hogy a vasdarabkák szabályos módon helyezkednk el a p és p' pontok körül, melyek a mágnes sarkainak felelnek meg, és összehajló s az mm' semleges vonalhoz részarányos szálakba rendezkednek (4. ábra). *
* A mágnes-szálak, vagy a mint ő nevezte: az erővonalak elrendezkedését tanúlmányozandó, FARADAY a következő módszert követte, melynek leírását GORDON Experimental Treatise on Electricity and Magnetism művéből kölcsönözzük.
"Vegyünk egy fadeszkát, melynek vastagsága akkora, vagy nagyobb, mint a mágnesé és foglaljuk beléje a mágnest, úgy hogy ennek felső felülete a deszka felső lapjával egybeessék. Az egészre sima papirlapot fektetünk s ezt le is erősítjük. Ezt azután szűrő vagy szita segélyével igen finom vasreszelékkel behintjük.
Amint egy vasrészecske a mágnes közelébe esik, gerjesztés útján mágnessé válik s oly formán fordul, hogy leghosszabb átmérője a tőle elfoglalt helyen átmenő erővonalba helyezkedjék. Ezen parányi mágnesek mindegyike a szomszéd vasrészecskét úgy vonzza, hogy vasszemekből minden erővonal mentében folytonos láncz képződjék. Időről-időre ütögetjük a deszkát, hogy a vasreszelék surlódását a papiron leküzdjük."
"Ha az ekként előállított görbéket állandósítani akarjuk, alsó lapján enyvezett kemény lappal – kártyapapirral – leborítjuk; az enyv megszáradván, a vasreszelék a laphoz ragad. Papír helyett czélszerűbb a mágnest üvegtábla alá helyezni, mi egyúttal a mágnes befoglalását is fölöslegessé teszi.
A görbék állandósításának egy másik jó módja – kivált ha azokat bűvös lámpa segélyével vetíteni akarjuk – abban áll, hogy az üveglapot olyan átlátszó ragasztó szerrel voujuk be, mely melegítve megolvad. Midőn egészen megkeményedett, a mágnest az üveglap alá helyezzük s a vasreszeléket ráhintjük. Erre az üveglapot nagy vigyázva melegítőbe helyezzük s felmelegítjük, a míg a ragasztó meg nem olvad; a vasreszelék most bemélyedik ebbe. – Az üveglapot eltávolítva és lehűtve, a részecskék mind kötve maradnak helyeikhez."
8
4. ábra. – Mágnességi görbék. A vasreszelék elrendezkedése mágnes fölött.
Némely mágnesnek olykor kettőnél több sarka is van. A végeken levő sarkokon kívül, melyek létezését ép az imént mutattuk ki, közbeeső pontok is jelentkeznek, melyekhez reszelék tapad s a melyeket azonkívül
semleges vonalak választanak el egymástól, a mint ez az 5. ábrán feltüntetett mágneses képen látható. Ezeket váltópontoknak nevezik. Most már könnyű dolog a mágnesek és a mágneses anyagok között meglevő különbséget kifejezni. Ez utóbbiaknak sem sarkaik, sem semleges vonalaik nincsenek: akármely pontjuk közelíttessék is a mágnes sarkaihoz, mindig van kölcsönös vonzás, míg a mágnes csak sarkaival hathat.
5. ábra. – A mágnesnek váltópontjai vagy másodrendű pólusai.
A mágneseket az egyszerű mágnesanyagoktól megkülönböztetendő azt mondják, hogy amazoknak poláros mágnességök van. Később, midőn
9
a mágneseknek mágnesekre gyakorolt hatását fogjuk tárgyalni, más tüneményeket is leírunk, melyek a különbséget egész szabatosan megjelölik.
E pillanatban elégedjünk meg annak kimondásával, hogy a mágnes-anyagok között vannak olyanok, melyekkel a poláros mágnességet maradandóan lehet közölni. Ilyenek az edzett vas, az aczél, kobalt és nikkel. Ámde eme testek, ha meg vannak mágnesezve, mágnességöket elveszítik, ha többé-kevésbbé magas hőmérsékletre hevíttetnek. A nikkel 350°-nál veszti el mágnességét, a kobalt pedig a fehér izzásnál. A melegnek eme hatása az egyszerű mágnes-anyagokon is jelentkezik. Már NEWTON megmutatta, hogy a vörös izzásig hevített vasat a mágnes nem vonzza; BARLOW bebizonyította, hogy ugyanez áll be az öntött vasnál is, ha fehér izzásban van, s a chrómról már tudjuk, hogy közönséges hőmérsékletnél nem mágneses.
Szabad-e e tényekből POUILLET-val azt következtetni, hogy minden anyag lehetne mágneses, csak a hőmérsékletét tudnók kellőleg leszállítani? E hipothézis jogosultsága felett csak a kisérlet dönthet. Később látni fogjuk, hogy minden anyag mágnessé válik, ha bizonyos körülmények között nagy erejű mágnesek hatásának van kitéve.
Mielőtt a mágnesek s a mágnes-anyagok sajátságos tüneményeinek leirását folytatnók, melyeknek ismeretlen okát mágnességnek nevezik, vessünk egy futólagos pillantást a mágnesnek a legrégibb időktől napjainkig terjedő történetére.
2. A mágnesség a régieknél.
A mágnesek alaptulajdonsága, mely a vas vonzásában nyilvánul, a régiek előtt is, az időszámításunk kezdetét megelőző VII. században ismeretes vala, minthogy THÁLES említést tesz róla. A természetes mágnesnek görög neve λίθος ηράκλεια [lithosz hérakleia], Herkules köve volt. Később, Plato ide-
10
jétől, a mágnes más nevet viselt: μαγνητις λίθος
[magnétisz lithosz], magnesiai kő, mi azon föltevésre vezetett, hogy Lydia egyik vagy másik Magnesia * nevú városa vidékén nagy bőségben volt található. De a régi szerzők nem egyeznek meg a mágnes eredetének helye iránt; némelyek Lydiát, mások Troast mondják, s ismét mások Indiában vagy még a Taprobane (ma Ceylon) és az aranyos Chersonesus (ma Malakka) között fekvő szigeteken keresik.
A régieknek a természetes mágnesre vonatkozó ismeretei egészen a középkorig nagyon korlátoltak valának. Tudták, hogy e kő a vasat vonzza és azt magán tartja, de az, hogy viszont a vas is a szabadon mozgó mágnest vonzza, nem volt ismeretes; sőt több filozofus abban fáradozott, hogy megmagyarázza, miért nem történik ez. A mágnesek poláros voltáról sehol sincs említés; egyes tények, melyek úgy látszik eme sajátságnak tulajdoníthatók, fel vannak ugyan jegyezve, de anélkül, hogy megértették volna azokat. Így PLINIUS szerint az ethiopiai mágnesnek volt egy faja, mely más mágneseket vonzott. Egy más követ théamedesnek nevezett, melynek az volt a tulajdonsága, hogy a vasat taszította; ez kétségtelenűl közönséges mágnes volt, melyhez mágnesezett vasat közelítettek. A régiek nem tudták, hogy a vassal maradandó módon lehet mágnesi tulajdonságát közölni. Ellenben az érintkezés útján való mágnesezést ismerték s mágneshez tapadó első vasgyűrűhöz egymásután több gyűrűt függesztve egymásra, mágnesi lánczot illesztettek össze, s konstatálták, hogy az érintkezés megszüntetésével a vasnak ez az ereje azonnal elvész. Végül CLAUDIUS említi, hogy a mágnes vassal érintkezéstől erősödik.
LUCRETIUS "De rerum natura" művének VI. énekében a következő mondat olvasható: **
"Megtörténik az is, hogy ezen kőtől a vas olykor
Elfordul, de szokott módját felvészi viszontag."
|
* E véleményt a
ηράκλεια λίθος elnevezés is megerősíti, mivel Lydia határán is volt egy Heraklea nevű város. TH. H. MARTIN szerint valószínű, hogy e vélemény, mely már PLÁTO idejében el volt terjedve, félreértésből, tévedésből eredt, melynek következtében a mágnes még lydiai kőnek: λίθος λυδία [lithosz lüdia] is neveztetett. Végül a görögök még a vaskő: σιδηριτις λίθος [szidéritisz lithosz] elnevezést is használták. Aristoteles a mágnest egyszerűen η λίθος [hé lithosz]-nak nevezi, vagyis tulajdonképeni kőnek. A latinok mágnes-nek nevezték, honnét a mi modern mágnesség nevünk is ered. A középkorban mágnes neve helyett még adamas is szolgált a természetes mágnes megjelölésére, mely egyúttal a gyémántnak is neve volt. Ebből ered a franczia aymant, végül aimant. Különben mindezen elnevezések jelentésére és etimológiájára vonatkozó magyarázatoknak híján nem vagyunk. Lásd e végből TH. H. MARTIN La foudre, l'électricité et le magnétisme chez les anciens.
** FÁBIÁN GÁBOR fordítása (Pest, 1870; a 230-ik lapon.)
11
[Jegyzet]
Első tekintetre úgy látszik, mintha a költő itt a mágnesek vonzásáról és taszításáról akarna szólani; ámde a folytatás azt bizonyítja, hogy az, a mit ő taszításnak nézett, nem volt egyéb, mint a vasnak távolságból való vonzatása idegen testeken keresztül.
"Még Samothrax vasazott gyűrűt is vickándani láttam,
Úgy réztálczában szökdelleni vasreszeléket,
A mikoronn ily mágneskő lőn téve alájok,
Annyira látszik a vas menekülni akarni a kőtől."
|
Ha LUCRETIUS az edényt felfordítja, a nélkül, hogy a mágnest az ellentett oldalról eltávolította volna, nagy meglepetésére azt tapasztalja, hogy a vasdarabkák a nehézségerő ellenére függve maradnak s megérti azt, hogy itt is csak vonzás tüneményével volt dolga.
A mágnesek ereje, függve tartó képességük a régiek előtt teljesen ismeretes volt. Különösen ez a tulajdonság volt az, mely a képzelődést megragadta: ennek hatásait azután csakugyan mód nélkül túlságosaknak rajzolták, s úgy a régiek, mint a középkorbelieknél is századokon keresztül a leghihetetlenebb meséknek volt keletök. Idézzünk közülök néhányat! PLINIUS szerint PTOLOMEUS PHILADELPHUS és építésze DINOCHARES, ARSINOE királynő számára templomot terveztek, melynek boltozatát mágneskövekből kellett volna összeállítani oly módon, hogy az új istennőnek vas szobra egyszerű érintkezés következtében függve maradjon rajta. AUSONIUS ezt mint végrehajtott dolgot adja elő. SZENT ÁGOSTON följegyzi, hogy a pogány papok a nép elámítása végett egy templom boltozatába és kövezetébe mágnesköveket rejtettek el, melyeknek ereje úgy volt kiszámítva, hogy egy vas szobrot a szabad levegőben egyensúlyban tartottak; ez sem felszállni, sem leesni nem bírván, a hívőknek örökös csoda látványát nyújtotta. Az ó- és a középkor számos történetírója hasonló tényekről értesít; leghíresebb ezek közöl a Mahomed koporsója, mely szabadon lebegett a mecset boltozatában.
A meséknek egy másik fajtája mutatja, hogy mennyire feltűnő volt a régiek előtt a mágnesi vonzásnak eme titokzatos ereje. "PTOLOMEUS, a nagyhírű csillagász és geografus, közbeszéd nyomán, – melynek hitelességeért különben nem kezeskedik – följegyzi, hogy a Manioli szigethez érkező hajókat egy rejtélyes erő fogva tartja, ha szerkezetök vasszegeit óvatosságból fapeczkekkel előre nem helyettesítették. PTOLOMEUS azt kérdi önmagától, vajjon e tüneményt nem a szigeteken elterülő nagy mágneskőbányák okozzák-e?" A hely fekvéséből itélve, melyet PTOLOMEUS a Manioli szigeteknek Taprobane és az aranyos Chersonesus (Ceylon és Ma-
12
lakka félsziget) között tulajdonít, e szigetek valószínűleg vagy az Andaman, vagy pedig a Nikobar szigetcsoportba tartoztak. "PLINIUS szerint az Indus vize mellett két hegy van; egyikök a vasat vonzza, a másik pedig taszítja, oly mértékben, hogy az utas, ha sarujában vasszegek vannak, az egyik hegyen lábával nem érheti a földet, a másikon pedig lábai a földhöz szegeződnek."
Már láttuk, hogy a régiek a mágnesezés műveleteit nem tudták s a mesterséges mágneseket nem ismerték. Mindamellett PLINIUS megjegyzi, hogy a vas, ha mágnessel való érintkezés következtében a vas vonzásának képességét elnyerte, e képességet az érintkezés megszüntetése után is elég hosszú időre megőrzi. Hozzá teszi, hogy azok a fegyverek, melyek ebből az elevennek nevezett vasból készültek, veszedelmesebb sebeket okoznak, mint mások.
Mindent összefoglalva, a régi bölcsek és tudósok a mágnesről többet nem tudtak, mint azt, hogy a vasat vonzza; a mágnesi taszítás nem volt ugyan előttük teljesen ismeretlen, de azt a mágnesek egy különös fajának tulajdonították, a mi abból magyarázható meg, hogy a mágnes poláros voltáról épen semmi fogalmuk sem volt. Végül a természetes mágnesek erejéről a legtúlzottabb s a legképtelenebb fogalmaik voltak.
Nemsokára látni fogjuk, hogy időszámításunk XI. vagy XII. százada felé a mágnesek egy más, igen fontos tulajdonságának ismerete terjedt el Európában: az t. i., hogy a szabadon függő mágnes minden helyen a horizonhoz képest állandó irányban helyezkedik el. A mágnes ezen sarkalatos tulajdonságára alapított iránytű nem csak a hajózásban s a földrajzi fölfedezések bővítésében tett nagy szolgálatokat, hanem a mágnesek sajátságainak tüzetesebb tanúlmányozását is lehetővé tette, noha eme tanúlmányok csakis a kisérletező megfigyelés tudományos módszerének alkalmazása után hozhatták meg gyümölcsüket. A régiek, a mint azt mind abból látjuk, mi irataikban reánk maradt, a puszta megfigyelésre szorítkoztak; kiindúlva néhány egyszerű tényből, melyet ez előttük föltárt, s a melyet leggyakrabban szóbeszéd után is, ellenőrzés nélkül elfogadtak, az okok felett szellemesen ugyan, de meddően értekeztek. Így magyarázható meg az a csekély haladás, melyet a fizikai tudományok terén felmutathatnak s különösen az adatok csekély száma, melyeket a mágnesre vonatkozólag összegyüjtöttek.
13
3. A poláros mágnesség; a mágnesek vonzása és taszítása.
Térjünk vissza a poláros mágnesség azon tüneményeihez, melyeket úgy a természetes, mint a mesterséges mágnesek mutatnak. A természetes mágnesekben a sarkok, vagyis azon pontok, melyeken a vonzás túlnyomó, általában nagyon szabálytalanúl vannak elosztva, mi valószinűleg az alkotó anyag egyenetlen összetételében, az egyneműség hiányában leli okát. A fizikusok ez okból a mágnesség törvényeinek feltüntetését czélzó kisérletekben mesterséges mágneseknek adnak elsőbbséget. Ezek többnyire hasábos rudak, vagy hengeralakú aczélpálczák. Ha e tömegek mágnesezése közben a megfelelő óvatossággal járunk el, a mesterséges mágneseknek csak két sarkuk lesz, melyek a rúd végei táján fekszenek. Gyakran vékony aczéllemezből vágják ki őket, nagyon megnyújtott dűlt négyszögek – rhombusok – alakjában; ezek közepébe kis mélyedést vájván, függőlegesen álló tűre, oszlopocskára fektethetők, úgy, hogy e mágnestűk a támaszpont körül szabadon foroghatnak, minthogy ez súlypontjukkal egybeesik.
Vegyünk egy efféle tűt s hagyjuk magára. Látjuk, hogy néhány folyvást kisebbedő lengés után a tű olyan egyensúlyi helyzetben állapodik meg, melyben a tengelye ugyanazon helyen, mindig egy irány felé mutat, azaz a hely délkörével – meridiánjával – állandó szöget alkot.
Midőn azt mondjuk, hogy ezen irány mindig ugyanaz, hogy a mágnestű tengelye és a meridián képezte szög egy és ugyanazon helyen állandó, szándékosan eltekintünk azon időszakos változásoktól, melyeket az akár egy nap, vagy akár hosszabb idő folyamában szenved; voltaképen csak azon időbeli középirányt vesszük szemügyre. Más tűk, ugyan azon módon felfüggesztve, s egymástól oly nagy távolságban felállítva, hogy egymásra ne hathassanak, mind ezen egy irányban helyezkednek el (6. ábra): tengelyeik párhuzamosak maradnak s ha eme nyugalmi helyzetökből kizavartatnak, azonnal visszatérnek abba, mihelyt a zavaró ok megszűnt hatni.
6. ábra. – A mágnestű mágnességi irányzódása.
A kisérletet még egy másik módon, t. i. mágnesezett rúddal is meg lehet tenni, a rúd papir- vagy réznyeregben, nem csavarodó fonálon függvén, mint ez a 6. ábrán látható. A kisérlet berendezésének harmadik módja abban áll, hogy a mágnesrúd vagy tű vízzel telt edényben úszó parafa-deszkára van fektetve (7. ábra). A mágnes megfordulván és súlypontja körül néhány lengést végezvén, az első kisérletben jelzett irányba helyezkedik el véglegesen.
7. ábra. – Az úszó mágnes mágnességi irányzódása.
14
Ez a sarkalatos tulajdonság szolgál az iránytű – busszola – szerkesztésének és használatának alapjául. Látni fogjuk később, hogy a földgömb mágnesi hatásából ered ez s ott majd elmondjuk azt, a mi fölfedezésének történetéről ismeretes.
E pillanatban csak arra szolgáljon nekünk, hogy a mágnes két sarka között a különbséget előlegesen megállapíthassuk. A mágnesezett tűnek vagy rúdnak a tengelye nem csak hogy állandó irányba helyezkedik, hanem mindig egy és ugyanaz a vége mutat a horizon ugyanazon pontja felé. Ha a tűt forgástengelye körül 180°-kal megfordítjuk, oly módon, hogy tengelyének iránya e közben ne változzék, mihelyt magára hagyjuk, mindjárt visszatér eredeti helyzetébe s néhány lengés után ugyanott megállapodik. Ha az észak felé mutató sarkot, a szokásnak megfelelőleg, N
15
betűvel, a délre mutatót pedig S-sel jelöljük meg, azt fogjuk tapasztalni, hogy e két sark mindig ugyanazon módon helyezkedik el. Így tehát, bár mi is legyen különben az irányító erő, mely a szabad mágneseket állandó irányba tereli, ez a két sarknak megkülönböztetését lehetővé teszi. Ha majd a mágneseknek más mágnesekre gyakorolt hatását tanúlmányozzuk, e különbséggel újból fogunk találkozni.
Ezen érdekes pontra vonatkozólag az első kisérleteket GILBERT-nek, a tudós angolnak * köszönjük. A vizen e végből mágneseket usztatott, melyeknek sarkait előre meghatározta. Ezeket egymáshoz közelítve, azt látta, hogy azok vagy vonzzák, vagy pedig taszítják egymást, a szerint, hogy mily sarkokat állított egymással szembe. Napjainkban e kisérleteket ugyan e módon szokták végrehajtani, vagy pedig még kényelmesebben hegyes tartókon mozgó tűknek egész sorával vagy akár olyan mágnesrudakkal, melyek fonalakon vannak felfüggesztve. Ismételjük az egyik vagy másik módon e kisérleteket.
Vegyünk két mágnesezett rudat és függeszszük fel súlypontjaikon átmenő fonalakra. Ha kezdetben elég messze vannak egymástól, az imént említett irányító erő egymással párhuzamos helyzetben tartja őket. Közelítsük most az egyik mágnest egy másikhoz és állítsunk két olyan sarkot szembe, mely észak felé mutatott: látjuk, hogy ezek egymást kölcsönösen kitérítik.
Ugyancsak a taszítás tüneménye következik be, ha két délre mutató sark kerül egymással szembe. Ellenben, ha az egyik mágnes északi sarkát a másiknak déli sarkához közelítjük, ezek vonzzák egymást. Ugyanezen kisérlet még könnyebben ismételhető tartóikon álló mágnesezett tűkkel.
|
Mind eme tényeket meg lehet még állapítani anélkül is, hogy a sarkokat a mágnesi irányzódás egyformaságából előre meghatároztuk volna. – Tegyük fel, hogy több rendbeli mágnesezett rúd áll rendelkezésünkre, s hogy egyikök, MN, próbarúdul szolgál (8. ábra). Valamelyik mágnes megjelölt sarkát a próbarúd mindkét sarkához közelítvén, az egyiknél vonzás,
|
8. ábra. – A mágnesek sarkainak vonzása és taszítása.
|
* Erzsébet angol királynőnek híres orvosa, kinek a tudomány a mágnes fizikai tulajdonságaira vonatkozó első kisérleti vizsgálatokat köszöni. Tanúlmányainak és munkálkodásának erédményeit egy munkában írta le, melyet Londonban 1600-ban De magnete, magneticisque corporibus czím alatt bocsátott közre.
16
a másiknál pedig taszítás áll be. A többi mágnesek sarkaival ugyanez a tünemény mutatkozik. Mindazon sarkok, melyeket a próbamágnes M sarka vonz, eqynevűeknek mondatnak; jegyezzük meg ezeket A betűvel. Az M sarktól taszított sarkok szintén egynevűek, mivel a reájuk megegyező körülmények között gyakorolt hatás ugyan oly irányú; ezeket R-rel fogjuk megjelölni. Ha már most a próbamágnesnek N sarkát közelítjük a többi mágnesezettt rudak sarkaihoz, azt találjuk, hogy az valamennyi A sarkot taszítja, az R sarkokat pedig vonzza. E szerint minden arról tanúskodik, hogy a mágnesnek két ellentett sarka ellenkező nevű sark.
Lássuk már most, miképen hat egymásra két egynevű sark. Közelítsünk egymáshoz az A sarkok közül kettőt, vagy akár az R sarkok közül akármelyik kettőt; mindkét esetben taszítást fogunk látni. Ha ellenben két ellenkező nevű sarkot állítunk egymással szembe, ezek vonzzák egymást, a mi azt bizonyítja, hogy az előbbi kisérletben a próbamágnes M sarka ugyanoly nevű, mint az R sarkok, s hogy az N sark neve az A sarkokéval egyezik meg.
Foglaljuk össze mind ezeket egy tételbe:
Egy-ugyanazon mágnesnek két ellentett sarka ellenkező nevű; ha egyikök valamely adott sarkot vonz, a másik azt taszítja.
Két mágnesnek egynevű sarkai taszítják, a külön nevűek pedig vonzzák egymást.
4. A mágnes-gerjesztés (inductio) tüneményei. – Mágnesezés megosztás (influentia) útján.
Ha egy mágneshez sarka szomszédságában vasdarabot értetünk, a vas azonnal poláros mágnességet nyer, vagyis maga is két sarkú és semleges vonalú mágnessé válik. Eme vasdarabhoz egy másikat értetve, ez is mágnessé válik s így tovább. Az ideiglenes mágnesezésnek ily módon nyilvánuló tüneményét mágnesi gerjesztésnek vagy inductiónak nevezik. A vasdarabok sorát, melyek a mágnes rúd sarka alatt ily módon egymást függve tartják, mágnes-láncznak szokás nevezni. Láttuk, hogy a régiek a mágnesezés eme módját, a mágneserőnek eme rögtöni közlődését már jól ismerték.
9. ábra. – Mágnesezés megosztással, érintkezés utján. Mágnes-láncz.
A mágnes-láncz minden eleme valóságos mágnes; megvan a két sarka s a semleges vonala; két egymásra következő darab összeérő végei ellenkező nevű sarkok. A vasreszelék szálacskáinak elrendezkedése, miként ezt a mágnesi képen láttuk, ebben leli magyarázatát. A 4-ik és 5-dik ábrákra visszatekintve, azt látjuk, hogy a vasreszelék részecskéi szálakba
17
helyezkednek, melyek mindegyikét mágnesi láncznak lehet tekinteni: a mágnessel érintkező részecskék maguk is megannyi mágnesekké válnak, melyek a szomszédos darabkákat vonzzák, velök hasonló képen poláros mágnességet közölvén s darabról-darabra új vonzásokat idézvén elő. Ez úton számot adhatunk magunknak azon vonal-sorozatok képződéséről, melyeket FARADAY, mint már előbb láttuk, erővonalaknak nevezett el.
Ha a láncz létrejött, könnyű az egymásra következő darabjainak mágnesi állapotát előtüntetni azáltal, hogy vasreszelékbe helyezzük őket, vagy pedig mágnesi képöket idézzük elő. Az ideiglenes mágneseket sarkaikról és semleges vonalukról igen könnyű felismerni (10. ábra).
10. ábra. – Mágnesi képek megosztás utján, mágnesezett rudaknál.
A megosztás okozta mágnesezés nemcsak érintkezés útján jő létre; messziről is előidézhető (11. és 12. ábra), de annál kevesebb erélylyel, mentől nagyobb a távolság; a hatás határa egyébiránt a mágnes erősségétől függ. A mágnes-láncz szemeinek sorában az első vasdarab a mágnessel közvetetlenül érintkezvén, a legerősebb mágnesezést kapja; ettől távolodván, a mágnesező hatás folytonosan kisebbedik; a láncz egyik szeme sem bír el ugyanakkora súlyú darabot, mint a megelőző.
18
|
11. ábra. – A távolból ható gerjesztés okozta mágnesezés.
|
Említettük, hogy a megosztás előidézte mágnesség ideiglenes: ez föltételezi azt, hogy a mágnesekhez közelített vas puha vas [lágyvas] legyen. Ez esetben a mágnesi tulajdonságok gyengülnek és elenyésznek, mihelyt annyira távolítjuk a vasat, hogy a mágnes hatásának körén, vagy mint mondani szokás: a mágnesi mezőn kívül essék. Ha puha vas helyett edzett aczelat [!], vagy akár kovácsolt, lapított vagy nyújtott vasat használunk, észrevehető, hogy az megosztás útján nagyobb nehézséggel mágneseződik; de ha a
|
19
12. ábra. – A távolból ható gerjesztés okozta mágnesezés.
mágnesi mezőből eltávolíttatik, viszont azt is ki lehet mutatni, hogy a mágnes tulajdonságainak legalább egy részét megőrzi. A mágnesezés ez esetben permanenssé, maradandóvá vált. A nikel és kobalt, kis mennyiségű szénnel, kén-, foszfor-, arzén- vagy ónnal keverve, ugyanoly tulajdonságúak mint az aczél: vagyis megosztás útján nyert poláros mágnességöket megtartják. Erre vonatkozólag majd a mágnesezés műveleteinek leírásánál fogunk a szükséges részletekbe bocsátkozni.
