VI. FEJEZET.
A GALVAN-OSZLOP.

1. Galvani kisérletei. Volta felfödözései.

MINDEN eddig leirt kisérletben a testek felületén fejlesztett elektromosságnak egyedüli forrása mechanikai művelet volt: a dörzsölés. A mult század végeig csakis ezt ismerték, midőn a szerencsés véletlen egyszerre e titokzatos hatónak új fejlesztésmódját tárta fel a fizikusok előtt s valamint tisztán tudományos, úgy gyakorlati alkalmazások szempontjából egyaránt rendkívül érdekes felfedezések sorát nyitotta meg. E mozgalom kezdete, mely az elektromosság tudományát oly nagy haladás megtevésére képesítette, két nagy névhez: a GALVANI és VOLTA nevéhez fűződik.

GALVANI, a tudós orvos és a bolognai egyetemen az anatomia tanára 1780. év egyik estéjén laboratoriumában néhány barátjával az állatok ideg-fludiumára vonatkozó kisérletekkel volt elfoglalva. Egy asztalra, melyen a kísérletekre szolgáló elektromozó gép volt felállítva, véletlenségből frissen leölt, levesfőzésre szánt békákat tettek le. GALVANI egyik segédje véletlenül az egyik állat belső czomb-izmát bonczoló késének hegyével megérintette; s íme, a tagok összes izmai azonnal hevesen rángatózni kezdenek! Jelen volt Galvani felesége is; a tünemény újdonsága meglepte; úgy hitte, hogy az elektromos szikra képződésével egy időben látja. (P. SUE, Histoire du Galvanisme). Értesítette férjét, ki e különös tényt haladéktalanul törekedett kideríteni s csakugyan felismerte, hogy valahányszor szikrát húznak, a béka-izom rángatózni kezd, míg ellenben, ha a gép nem működik, a rángatózás is megszűnik.

E megfigyelés bolognai orvosunkra nézve számos kisérlet kiinduló pontját képezte, melyekkel az állatok ideg-nedvének s az elektromosságnak azonosságát törekedett bebizonyítani. 1786-ban még mindig az ide vágó vizsgálatokkal foglalkozott. Midőn egy ízben azt akarta látni, vajjon a

231

légköri elektromosságnak ugyanazon hatása van-e a békaczombokra, mint az elektromozó gépekben fejlesztett elektromosságnak, e végből néhány lenyúzott békát a háza erkélyének rácsozatára függesztett. Ez állatok hátsó végtagjai az erkély vasrácsozatára vörösréz drót segélyével voltak akasztva, mely a gerincz-izom alatt haladt át. GALVANI meglepetéssel vette észre, hogy valahányszor a lábak a rácsozatot érintették, a béka tagjai heves rángatózással összehúzódtak, noha e pillanatban a viharos felhőknek nyoma sem volt s így a légköri elektromosság hatásának sem.

158. ábra. – Galvani.

E tények GALVANI-t arra az eszmére vezették, hogy van olyan elektromosság, mely az állatok tulajdona, mely a szervezetükhöz tartozik s hogy ez az elektromosság az agytól kiválasztva, kiválóan az idegekben székel s ezek közletésével az egész testtel közlődik; hogy "ezen állati elektromosságnak főtárházai az izmok, melyeknek minden egyes rostját úgy

232

159. ábra. – A béka izmainak összehúzódása.
Galvani kisérletének ismétlése.

lehet tekinteni, mintha két felülettel s e szerint positiv és negatív elektromossággal volna felruházva, s melyek ezenkívül egyenként – hogy úgy mondjuk – leydeni palaczkot alkotnak, melynek az idegek konduktorai". Innét van, hogy ő a békákon és más állatokon megfigyelt izom-összehúzódásokat a leydeni palaczk előidézte rázkódásokhoz hasonlította.

VOLTA SÁNDOR, abban az időben tanár Páviában, GALVANI kisérleteit ismételte, de magyarázatukat csakhamar módosította. VOLTA szerint a fejlesztett elektromosság ugyanoly természetű, mint a minőt az elektromos készülékek hoznak létre; az elektromosság képződésének oka a különnemű fémek érintkezésében rejlik, a mennyiben az egyik fém positiv, a másik pedig negativ elektromossággal telik meg melyek az izmok és az idegek vezető közegén áthaladva egyesülnek. A két hírneves fizikus között vita támadt, mindkettőjökre nézve dicsőséges harcz, mely kivált a tudománynak hajtott hasznot, nagyszámú új ténynyel gazdagítván azt. Annak a csodálatos eszköznek felfedezése, mely a Volta-féle oszlop nevét nyeré, végül a páviai tanár elmélete javára döntött, jóllehet GALVANI-nak az állati elektromosságra vonatkozó feltevesét ma részben igaznak ismerik el s más részt a VOLTA nézetei is gyökeres módosuláson mentek át. Egyébiránt itt nincs annak helye, hogy a most említett harcz történetét vagy azon sokoldalú vizsgálatokat elmondjuk, melyek követték; szorítkozzunk az elektromosság ezen ágára vonatkozó legfőbb tünemények leirására s napjainkban dívó magyarázataikra.

Láttuk, hogy VOLTA gondolata szerint két különnemű fém érintkezése elegendő arra, hogy elektromosság fejlődjék. E fejlődés körülményeit vizsgálandó, az aranylemezes elektroskópnál érzékenyebb elektromosság-mutatót szerkesztett; ez azon elektroskóp, melynek leirását a megelőző fejezetben adtuk. Vörös-réz és czink darabból összeforrasztott lemezt kezébe fogva, a vörösrezet a sűrítő egyik tányérával érintkezésbe hozta, mialatt a másik tányért az újjával a földdel vezetőleg összekötötte.

233

Mihelyt a közlekedéseket megszüntette, az aranylemezkék széthajoltak s felismerte, hogy az alsó tányér negativ elektromossággal volt töltve. VOLTA ebből a kisérletből azt következtette, hogy a két fém egyszerű érintkezése elég arra, hogy a rézen negativ elektromosság fejlődjék, melynek jelenlétét az elektrométer elárulja, a czinken pedig positiv elektromosság, mely a kisérlettevőnek testén keresztül a földbe áramlik. A mi ebben a véleményében megerősítette, az volt, hogy hosszas, kezdetben meddő próbálgatás után végül sikerült a positiv elektromosság jelenlétét a czinkben kimutatnia, akként, hogy a készülék tányérkáját evvel a fémmel érintette. Hogy azonban ezt az eredményt elérhesse, a czink és a tányérka közé savanyított vízzel áztatott posztódarabkát kellett közbetennie.

160. ábra. – Volta sürítője: az érintkezési elektromosságra vonatkozó kisérlet.

VOLTA mindezekben az újjaknak, melyek mindig többé-kevésbbé nedvesek, s a czinknek, ez igen könnyen oxidáló fémnek érintkezését, a második kísérletben pedig a savanyított víznek ugyan-e fémre való hatását semmibe sem vette. Különben bármiként is álljon a dolog, felveszi, hogy két különböző fémnek vagy általában két különnemű testnek érintkezése bizonyos erő fejlődésével jár, melyet elektromindító erőnek nevez, mivel az érintkezés miatt a testek felületén fellépő ellentett elektromosságok egyesülését akadályozza. Jóllehet ezen elméleti nézetek ma helyteleneknek vagy legalább is hiányosaknak vannak elismerve, a tény maga, melynek magyarázása czéljukat képezé, valósággal megvolt, s e tény a híres fizikust egy oly készülék szerkesztésére vezette, melyet joggal tekintenek a modern idők fizikai tudományának legfőbb felfedezéseül. A nevét viselő oszlopról, a Volta-féle oszlopról akarunk szólani, melyet 1800-ban gondolt ki.

Lássuk, miben áll ezen ép oly egyszerű, mint csodálatra méltó készülék.

Két egymásra helyezett kör-lemez, az egyik vörösrézből, a másik czinkből, alkotja, s ezt VOLTA elektromindító fém-párnak nevezte. Néhány ilyen fém-pár egymás fölé tétetik oly módon, hogy a két fém mindig ugyanazon rendben legyen elhelyezve, pl. a réz lefelé, a czink pedig fölfelé.

234

Azonkívül valamennyi egymásra következő fém-pár köralakú posztódarabkákkal van egymástól elválasztva, melyek pl. néhány csepp kénsav hozzáadásával savanyított vízzel vannak átáztatva. A fémpárok e halmaza, mely mintegy hengert vagy oszlopot alkot, három üveg-oszlop közé van foglalva s szintén szigetelő üvegkorongocskán faalapzatra állítva (161. ábra). Ilyen az oszlop, a mint annak idején VOLTA megszerkesztette, s mely azóta számos módosuláson ment keresztül, melyekről azonnal lesz szó. Nézzük most a tulajdonságait.

161. ábra. – A Volta-féle oszlop.

162. ábra. – Az elemek elrendezése az oszlopban.

A henger-alakú oszlop egyik végétől a másikig mindegyik fémpár elektromossággal van töltve; a czink positiv, a réz pedig negativ elektromossággal; erről a sűrítő elektroskóp segélyével könnyen meg lehet győződni. Az elektromos feszültség az oszlopvégeitől való távolság szerint változik: középen e feszültség semmi; innét kiindulva a negatív feszültség egészen a legalsó fémpárig növekszik, s a positiv feszültség ugyanoly módon növekszik a felső fémpárig. Mennél nagyobb az elemek vagyis a fém-párok száma, annál nagyobb az oszlop két végén az elektromos feszültség is.

A VOLTA által szerkesztett s az épen most leírt módon berendezett oszlop alsó végét rézlemez képezi, felül pedig czinklemezzel végződik. E két lemez a később szerkesztett oszlopokban el van hagyva, a következő okból. VOLTA azt hitte, hogy a tulajdonképeni elektromindító elem az érintkező két fém: a réz és a czink kapcsolata s hogy a nedves posztóda-

235

rabkák egyszerűen vezetők gyanánt szerepelnek. Ma már be van bizonyítva, hogy az elektromindító erő a nedves posztó és a czink érintkező felületén a fém és a sav chemiai egyesüléséből veszi eredetét; a tulajdonképeni elem tehát czink és rézből áll, melyeket a posztót nedvesítő folyadék választ el. E szerint az oszlop alsó végének rézlemeze, s felső végének czinklemeze hatástalan s ez okból el is szokták hagyni. Ezek elhagyása után az elektromos feszültségek eloszlása ugyanaz marad mint azelőtt volt, vagyis a feszültség negativ az alsó czinken és positiv a felső rézen. Innét erednek a negativ és a positiv pólus – sark – elnevezések, melyekkel az oszlopnak czink- s illetőleg a réz-végét szokták ellátni.

Az ily módon felépített és töltött oszlop két sarkát vezető testen keresztül közlekedésbe hozva, az ellentett elektromosságok egyesülnek, s az érintkezés pillanatában kisülés megy végbe. Ha pl. a positiv sarkot az egyik kézzel, a negativ sarkot pedig a másikkal érintjük, rázkodást érzünk, mely a leydeni palaczktól okozotthoz hasonló; ezt követőleg, ha az érintkezés még tovább tart, kezeinkben különös melegítő hatást és berzengést érzünk. * Ha a két sark két fémdróttal van összekötve, melyek közől az egyik a végső rézhez, a másik pedig a végső czinkhez van forrasztva, abban a pillanatban, melyben érintkezésbe jutnak, szikra képződik; de ezen részleges kisülés után az oszlop újból töltődik, s ugyane tünemények elég hosszú időn keresztül ismételhetők. Az oszlopnak ez a tulajdonsága, hogy elektromosságot folytonos módon fejleszt, jellemzi e becses készüléket; ez okból idézhet elő különféle hatásokat, melyeket majd később fogunk leírni.

* "Az érzés, melyet az oszloppal való kisérlet alatt tapasztalunk, úgymond , P. SUE Histoire du Galvanisme czímű művében, egy nagy elektromos telep gyönge töltésének hatásához hasonlít. Működése oly jelentéktelen, hogy befolyása a száraz bőrön át nem hatolhat. Ez okból mindkét kezünket szükséges részben megnedvesíteni s azután fémdarabokkal, melyeket mindegyik kéz tart, az oszlop két végét vagy azon vezetőket, melyek a két véggel közlekednek, megérinteni. Ezeket a vezetőket vízzel töltött külön álló két edénybe is lehet bevezetni, melyekbe azután újjainkat mártjuk. A rázkódás annál erősebb, mennél nagyobb az érintkező darabok száma. Ha kellő figyelemmel járunk el, húsz elem olyan ütést ad, mely a karokban is érezhető. Száz darabbal az ütés a vállakban is érezhető. Az elektromos áramlás az állati szerkezetre azon egész idő alatt hat, a mely alatt a zárlat részét képezi; s ha az oszloppal érintkező végtagokon a legcsekélyebb metszés vagy karczolás van, a sérült helyen oly fájdalmas érzés tapasztalható melyet alig lehet elviselni."

236

2. A Volta-féle láncz különböző alakjai.

A VOLTA-féle oszlop, vagy láncz különböző alakokat kapott, melyeket abból a czélból gondoltak ki, hogy használatát kényelmesebbé tegyék, erejét pedig növeljék. Az eredeti oszlop-alakú lánczban az erő a folyadék kicsorgása miatt csökkent, minthogy a fémpárok nyomása alatt az oldalokon kiszivárgott s így a posztódarabkák kiszáradtak, mi a vezetőképességük csökkenését vonta maga után. Ezenkívül az oszlop felépítése hosszadalmas és kezelése nem épen kényelmes volt. Csakhamar belátták, hogy berendezésén változtatni kell, s különféle alakú lánczokat gondoltak ki, noha valamennyiben, melyet most majd le fogunk írni, az alapelv ugyanaz mint a VOLTA-féle elemben.

163. ábra. – A teknő-alakú láncz.

A teknőalakú oszlop (163. ábra), melyet CRUIKSHANK talált fel, egymáshoz forrasztott réz- és czinklemezekből áll, melyek fadézsában vagy

237

teknőben egymással párhuzamosan vannak elrendezve. A gyanta-mézgával elszigetelt elemek fiókokkal vannak egymástól elkülönítve, melyeket savanyított vízzel töltenek meg, midőn a két szélső lemezből kiinduló két fémdrótot összekötvén, az oszlopot működtetni akarják, mialatt a rézlemez mindig a positiv, a czink pedig a negativ sarkot alkotja. Ezen elrendezés mellett a másodrendű áramok nem képződhetnek s az oszlop-alakú láncznak legfőbb hibája el van hárítva.

VOLTA, miután az oszlop-alakú lánczot fölfedezte, a poharakból összeállított galván-lánczot gondolta ki, melynek elrendezését a 164. ábra ismerteti meg.

164. ábra. – Edényes vagy koszorú-alakú galvánláncz.

Képzeljenek egy sor poharat, melyek mind savanyított vízzel vannak töltve. Kétszer meghajlított lemez, egyik oldalán czinkből, a másikon pedig rézből, egy-egy végével két egymásra következő pohárba merül, úgy hogy ezekben egyszerre egy réz- és egy czinklemez foglaltatik. A két szélső edénynek két lemezét, a rezet és a czinket fémdrótokkal vagyis áramvezetőkkel összekötvén, a pohár-alakú elemek láncza áll előttünk, melyet még koszorú alakú oszlopnak (láncznak) is szokás nevezni, mivel az elemeket – mint a 164. ábra is mutatja – rendesen körbe szokás állítani.

WOLLASTON a következő berendezést gondolta ki: mindegyik négyszögletes rézlemez úgy van meghajlítva, hogy a czinklemezt mindkét oldalán födje, melytől különben fölül és alul fadarabokkal van elválasztva (165. ábra). A czink felső végéhez vörösréz-szalag van forrasztva, mely kétszer derékszög alatt meghajlítva, az utána következő elemnek rézlemezéhez tart. Végre, az összes hasonló szalagok egy fagerendához vannak erősítve, úgy az összes elemeket egyszerre lehet tetszés szerint fölemelni vagy lebocsátani. Mindegyik elem alá savanyított vízzel telt poharak vannak állítva; elég tehát a fagerendát lebocsátani, hogy a láncz müködésbe jöjjön (166. ábra). A WOLLASTON-féle galván láncznak előnye a kezelés könnyűségén kívül az, hogy a czink a savval nagy felületen érintkezik.

165. ábra. – Wollaston egyes eleme.

166. ábra. – A Wollaston-féle galván-oszlop.

238

A MUNCKE-féle láncz ugyanazon előnyökkel dicsekszik, mint a WOLLASTON-féle; azonban kisebb tért foglal el, mivel mindegyik eleme nem kiván külön edényt. U alakban görbített czink- és réz-lemezek sorából van képezve, melyek egymást átölelik, úgy mint azt a 167. ábra mutatja, mely a lemezek vízirányos keresztmetszetét tünteti elő. Az egész alul és felül fa-keretbe van foglalva, melyet savanyított vízzel megtöltött teknőbe merítenek, ha az oszlopot működtetni kivánják.

167. ábra. – Muncke oszlopa.

168. ábra. – Hare tekercs-alakú eleme.

Sok esetben előnyösebbnek bizonyúl, ha a galván-láncz elemeinek száma helyett felületüket nagyobbítjuk; ez esetben, noha csekély feszültségű, de nagy mennyiségű elektromosságot nyerünk. E czélnak a tekercsalakú elem felel meg, melynek feltalálója az amerikai HARE. Két hosszú és széles réz- és czinklemezből van készítve, melyek együtt egy fahengerre vannak felgöngyölítve, de a két fémnek egymásra következő tekeredései fagyűrűkkel vagy posztódarabokkal vannak egymástól elszigetelve. Midőn az elemet működésbe akarjuk hozni, az egészet savanyított vízzel telt dézsába kell alámeríteni (168. ábra). POUILLET a párisi Faculté des Sciences számára HARE-féle rendszerű elemeket készíttetett, melyekben mindegyik fém 5–6 négyszög-méter felületű lemez volt. "Ez elemek

239

közől egyetlenegy, úgymond, igen erélyes fizikai hatásokat képes előidézni és ha csak 20 hasonló elem egyesíttetik, rendkívül erélyességű telep keletkezik, mely nem fémhuzalokat, hanem valóságos fémrudakat képes pillanat alatt fölmelegíteni s megömleszteni." HARE egy ilyen hatalmas telepet készíttetett, melyet deflagratornak keresztelt el.

Jó hosszú ideig csakis a most leírt, vagy más ezekhez hasonló szerkezetű elemeket ismertek és alkalmaztak a tudományos vizsgálatoknál. Később igen sok újat gondoltak ki, melyek közől a legnevezetesebbeket és leghasználatosabbakat a következő fejezetben fogjuk leírni. Előbb azonban POUILLET után az elsőkre és hatásaikra vonatkozólag néhány adatot közlünk.

A londoni Royal Societynek már 1806-ban 2000 darab teknő-alakú eleme volt; mindegyik elemnek fölülete 5–6 négyszögdecimétert tett. Evvel a készülékkel sikerült DAVY-nak két évvel később nagy és szép fölfedezését: a nátron és a káli szétbontását elérnie. Ugyanabban az időben GAY-LUSSAC és THÉNARD a párisi École Polytechnique számára 600 db., egyenkint 9 négyszög-deciméter fölületű elemet készíttettek, melyeket fontos chemiai kisérleteikben használtak. "A leghatalmasabb közönséges elektromozó gépek, teszi hozzá POUILLET, semmiképen sem közelítik meg e félelmetes telepeket. Elég volna a sarkai között a közlekedést kezeinkkel csak egy pillanatra helyreállítani, hogy mintegy villámtól lesújtva, megölessünk. 5–6 milliméter átmérőjű és több mint egy méter hosszúságú platinarudakat a sarkok közé iktatva, a legélénkebb izzásban

240

vannak, közel a megömléshez mindaddig, míg a sarkokat összekötik; a többi fémek hasonlóképen izzásba jönnek vagy elégnek, a szerint a mint többé vagy kevésbbé elektromosság-vezetők, többé vagy kevésbbé olvadók, vagy pedig oxidálhatók. Végül, nincs olyan vezető vegyület, melynek elemei szét nem szakíttatnának, ha e telepek sarkai közé helyeztetnek. Mindamellett ritkán szükséges az ilyen hatalmas telepekhez folyamodni. – A teknőalakú galvánláncznak mintegy 100 eleme, 20–30 WOLLASTON-féle elem, vagy pedig 15–20 tekercs-alakú elem elegendő arra, hogy a különféle hatásokról fogalmat nyújtson. Ezekkel a rázkódások gyengékké válnak s majd mindig szükséges a kezeket megnedvesíteni, hogy érezhetők legyenek. A megömlesztés vagy elégetés fizikai hatásait csakis vékony arany-, ezüst- vagy ónlemezeken, vagy pedig néhány centiméter hosszaságú vékony platina-drótokon, vagy ugyanoly méretű vas- vagy aczél drótokon lehet érezhetőkké tenni. A fizikai hatások még kisebb intenzitás mellett is nyilvánulnak."


3. Állandó áramú galván-elemek.

Az imént leírt galván-elemekben az áramok s az általok előidézett hatások intenzitása nagyon rohamosan fogy. E gyengülés okát könnyű belátni. Egyrészt a czink a vizet részben felbontván és oxigénjét magához ragadván, oxidálódik; az így képződő czink-oxid az elem folyadékában foglalt kénsavval egyesül s így bizonyos mennyiségű kénsavas czink képződésére ad alkalmat. E szerint tehát ezen chemiai folyamat hatása folytán a galván-elem folyadéka megváltozik s így működése és az áram, melyet létesít, csökken. Másrészt az elbontott víznek hidrogénje a vörösréz-lemezre megy át; a buborékok, melyek a felületre lerakódnak, csakhamar összefüggő gáz-réteggel vonják be, melynek csekély vezető képessége az áram ellenében, gátat emel. Azonkívül még az is megesik, hogy a kénsavas czink mennyisége folytonosan növekedvén, az áram hatása alatt a rézlemezre czink-réteget rak le, úgy hogy ez utóbbi csakhamar nem különbözik többé a negativ sarkvégtől; ekkor az elem működése teljesen megszünik.

A gyengülés ezen okainak s az elhárításukra szolgáló módszereknek tanulmányozását BECQUEREL-nek köszönjük, ki már 1829-ben kijelentette, hogy két különböző folyadékot kell alkalmazni, melyek valamiféle likacsos testtel legyenek egymástól elkülönítve s melyekbe külön merüljenek a fémek. Ezen elvből kiindulva, fedezték fel az első állandó áramú galván-elemeket, melyeket most fogunk leírni.

241

Kezdjük a DANIELL-féle elemmel, mely annak a tudósnak neve után neveztetett így el, ki azt 1836-ban kieszelte.

169. ábra. – A Daniell-féle elem.

A DANIELL-féle elektromindító oszlop eleme a 169. ábrában van előtüntetve. Két edényből áll, melyek közöl az egyik, a külső, üvegből vagy mázos cserépből van, a másik pedig likacsos agyagból, s az elsőbe van állítva. E két edény közé savanyított vizet – higított kénsavat – öntenek, a likacsos edénybe pedig telített rézgálicz – kénsavas réz – oldatot. Az előbbi folyadékba henger-alakú, foncsorozott nagy czink-lemezt helyeznek, a másikba pedig rézhengert állítanak. A rézen és a czinken a kétféle elektromosság fejlődése a következő módon megy végbe.

A víz szétbontatik; oxigénje a czinket megtámadja és czink-oxidot alkot, mely a külső edény kénsavával egyesül, a czink negativ elektromos feszültséget vesz fel. A víz hidrogénje a likacsos edényen áthatolva, a kénsavas rezet támadja meg, melynek oxidja szétbomlik; a réz fémállapotban ugyanazon nemű fémhengeren rakódik le, mely positiv elektromos feszültséget ölt. Mindkét chemiai folyamat elektromos áramot szül; az első a czinktől a sav felé, a másik pedig a réztől a környező oldat felé. A DANIELL-féle elem elektromindító ereje e két ellenkező erőnek eredője. A végleges áram erélye nem nagy, de ha gondoskodunk róla, hogy a belső hengerben mindig legyenek rézgálicz-kristályok, az áram majdnem teljesen állandó. A czink és a réz felületeiket tisztán, idegen anyagok lerakódásától mentes

242

állapotban tartják meg; de míg a czink vékonyodik, addig a réz vastagsága növekedik.

A BUNSEN-féle elem (170. ábra) úgy van elrendezve, mint a DANIELL-é. Csakhogy a rézhenger retorta-szénhengerrel van helyettesítve, s a kénsavas réz-oldat higított salétrom-savval. A BUNSEN-féle elem az áram erőssége szempontjából a DANIELL-féle elem fölött áll, de az állandóság tekintetében mögötte marad. Olykor a 171. ábrában feltüntetett alakban készítik, mely annyiban előnyösebb, hogy kisebb térfogatú folyadék mellett nagyobb felületű elektródjai vannak.

170. ábra. – Bunsen-féle elem.

171. ábra. – Négyszöpletes Bunsen-féle elemek.

243

Több hasonló elemet ellentett sarkaikkal összekötvén, DANIELL- vagy BUNSEN-féle oszlopokat képezünk, melyek ereje az ily módon összekapcsolt elemek számával arányos. A negatív sark mindkét oszlopban az utolsó elem czinkjén van, a positiv sark pedig az utolsó DANIELL-félc elem rézhengerén, vagy az utolsó BUNSEN-elem szénhengerén van, amint azt a 172. ábra mutatja.

172. – öt Bunsenféle elemből képezett oszlop.

A BUNSEN-féle elemet a GROVE-féle előzte meg, mely tőle annyiban különbözött, hogy réz vagy szén helyett platina, egy igen drága fém volt alkalmazva, mely végre meg is változott. Hathatósabb volt, mint a BUNSEN eleme, de az utóbbinak az az előnye, hogy sokkal gazdaságosabb. Oly alkalmazásokban, melyek nagy erőt igényelnek, a BUNSEN-féle elem igen el van terjedve, de avval a nagy alkamatlansággal van összekötve, hogy a lélekzésre veszedelmes gázokat (salétromsavat és alsalétromsavat) fejleszt, úgy hogy alig lehet másutt alkalmazni, mint oly helyen, hol a levegő könnyen megújúl. A kevésbbé hatályos DANIELL-elemnek nincs meg ez a kellemetlen oldala; s azonkívül állandósága mindannyiszor becsessé teszi, midőn nem nagy intenzitású áramokra van szükség. Az elektromos telegrafiában csakugyan nagy mérvű használatnak örvend.

Sir WILLIAM THOMSON, angol fizikus, néhány évvel ezelőtt a DANIELL-féle elemet módosította. CLERK MAXWELL a következő szavakkal írja le és méltatja e módosítást, mely a 173. ábrában van feltüntetve. A DANIELL-féle elem valamennyi alakjában a végeredmény az, hogy a kénsavas réz egészen a czinkig hatol, a mi az elemet rongálja. Hogy ez az eredmény a végtelenségig késleltessék, W. THOMSON a DANIELL-elemet a következő alakban készítette. Mindegyik elemben a réz-lemez az edény fenekén vízszintesen van elhelyezve, s erre telített kénsavas czink-oldatot öntenek.

173. ábra. – A Daniell-féle elem W. Thomson módosításában.

244

A czink rostély-alakú, s az oldat fölszinéhez közel, vízszintes irányban van elhelyezve. Az oldatba egy üvegcső van függőlegesen beállítva, úgy hogy alsó nyilása épen a rézlemezig ér le. Ebbe a csőbe rézgálicz-kristályokat rakunk; ezek a folyadékban oldódva, nagyobb sűrűségű oldatot képeznek, mint a kénsavas czinké magában, mely oldat ennek következtében a czinkhez csakis diffusio utján férhet. Hogy a diffusio folyamata késleltessék, üvegcsőből készített és pamut-béllel kitöltött szívó az egyik végével a czink és a réz közé eső térnek körülbelül a közepébe van állítva, mialatt a másik vége egy külső edényben végződik, úgy, hogy ezáltal a folyadék, magassága közepe táján, lassan felszivatik. Hogy ez kipótoltassék, ha szükségesnek mutatkozik, vizet vagy gyengén higított kénsavas czink-oldatot öntünk fel. Ily módon a diffusio útján a folyadékban felemelkedő rézgálicz-oldat legnagyobb részét a szívó eltávolítja, mtelott a czinkhez érkezhetett volna. Az elem működésének tartama alatt a réz a rézlemezre rakódik, a kénsav a folyadékon keresztül lassan a czinkhez emelkedik és kénsavas czinket képezve, vele egyesül. Igy a folyadék a réz kiválása miatt a fenéken kevésbbé sűrűvé válik, a felső pedig a czink hozzájárulása miatt sűrűbbé. Hogy megakadályozzuk, hogy e folyamat a rétegek sűrűségének rendjét megváltoztassa s így az edényben ingadozást és látható áramlásokat idézhessen elő, arra kell ügyelni, hogy a cső rézgálicz-kristályokkal mindig töltve legyen s felülről friss oldattal kell az elemet táplálni, melynek elég hígnak kell lennie, hogy az elem folyadékának bármely más rétegénél könnyebb legyen." A most leírt elemet sűrűségi elemnek nevezik. Az elnevezés oka megérthető.

245

Az előadási és laboratoriumi kisérleteknél igen kényelmes alkalmazású a chrómsavas káli-elem (174. ábra). Ez egyetlenegy folyadékú elem, a következő berendezéssel. Retorta-szénből vágott két lap egymással összekapcsolva, a positiv elektródot alkotja; mindkettő telített kettős chrómsavas káli oldatba merül, melyhez kénsav van keverve. A két lap az elem edényének ebonit-fedőjéhez van erősítve. A negativ elektród czinklemezből áll, melynek hossza félakkora, mint a széné s melyet egy toló rúd segélyével a két positiv lemez közé lehet állítani. A folyadékban kénsavas chróm és káli képződik s a felszabaduló oxigén hidrogénnel egyesülve, vizet ad, miáltal a hidrogénnek a positiv elektródon való lerakódásait meggátolja. Ha az elem nem működik, a középső pálcza felhuzatik, s a czink a folyadékból kiemelhető. Az oldalt álló két szorító csavar közől az egyik a szénlapokkal van összekötve és a positiv sarkot képezi, a másik pedig a középen álló czinkkel, s az elem negativ sarkát alkotja. A kettős chrómsavas káli alkalmazása POGGENDORFF-tól ered.

174. ábra. – Kettős chrómsavas káli-elem.

Még felemhítjük a MARIÉ-DAVY, CALLAUD és LECLANCHÉ elemeit, melyekkel az "Alkalmazásoknak" az elektromos telegrafiára vonatkozó fejezeteiben még találkozni fogunk.

175. ábra. – A Marié-Davy-féle kettős elem.

A MARIÉ-DAVY-féle oszlopnak egy kettős elemét egy lapos és két részre osztott üvegedény képezi. A fenéken szénlap van, mely kénsavas higany-oxidul péppel van bevonva; fölül fogantyúval ellátott czinklemez van, mely a falakhoz erősített fém-támaszokon nyugszik. A lemezeket savanyított víz nedvesíti; az egyik osztálynak szén-lemeze drót segélyével a szomszédos osztály czinkjéhez van kapcsolva s az egész egy elemet képez, melyet hasonló elemekkel egybekötvén, oszlopot lehet belőlük összeállítani. Ezen első berendezés különben módosult és a MRIÉ-DVY-féle

246

elem a DANIELL-féléhez hasonló alakot kapott, likacsos edénynyel és elkülönített folyadékokkal. Nagy állandóságot tanusít; de egy nagy bajban szenved: a kénsavas higanyoxid igen mérges só és alkalmazása nagyon veszedelmes.

A CALLAUD-féle elem, melynek különböző alakjait a 176., 177. és 178-ik ábrák tüntetik elő, sűrűségi elem; leírását magának a szerzőnek szavaival adjuk elő.

176. ábra. – Callaud-féle elem; első minta.

"A czél, úgymond, melyet a feltaláló maga elé tűzött, a DANIELL-féle elem likacsos edényének kiküszöbölése. A DANIELL-elem többi anyagai megtartattak, minthogy a folyadékok sűrűségbeli különbsége itt nagyobb, mint a többi elemek alkotó részeinél.... Azon alak, mely e rendszernek típusa, a 176-ik ábrában van előtüntetve. A fő edénynek a telegráfiában használt elemek nagysága adatott; a- és b-nél át van lyukasztva; mindegyik lyukon egy-egy tartó, csavarmenetben végződő fémrudacska megy át, melyek közöl a felsőre a czink-, az alsóra pedig a rézhenger van forrasztva; a megeresztésre kaucsuk-gyűrű van alkalmazva; az egészet kívülről rápörgetett csavarfej tartja össze; egy drótcsiptető a csavarfőre csavarva és megszorítva, az áramvezetők befogadására szolgál. Egy üvegkehely, melyet a czink tart, alsó kis csövét egészen a rézlemez fölületéig bocsátja le. Az elembe tiszta, vagy pedig kevés kénsavas czinkkel, sóval vagy kénsavval föleresztett vizet öntünk, a kehelybe pedig kénsavas rézoldatot; ez az oldat, mivel nagyon sűrű, az edény aljába zuhan le, a nélkül hogy vele összekeverődnék és a felső folyadékot fölemeli, mely most a czinket veszi körül. Az áram haladéktalanul megjelenik. Az üvegkehelybe rézgálicz kristályokat dobunk, melyek a folyadékot telített állapotban tartják, abban a mértékben, a mint azt az elem működése higítani fogná."

247

A 177-ik ábra szerinti példányon a czinket egy dudorodás tartja, mely az üvegedény falában a magasság közepe táján befelé irányul. A fenéken levő rézlemez tekercsbe csavarodik, mint a CALLAUD-féle elem amerikai mintájában is, (178. ábra), melyben a czinknek négy rúdú órakerék alakja van, a közepén egy kis oszlopkára levén erősítve. A lemezeknek tekercsbe hajtásának az a czélja, hogy az elektródok felülete nagyobbíttassék.

177. ábra. – Callaud-féle elem; a telegráf-szolgálat mintája.

178. ábra. – Callaud-féle elem; amerikai minta.

A MEIDINGER-féle oszlop, melynek egyik eleme a 179-ik ábrában van előtüntetve, ismét egy más alakja a sűrűségek különbségén alapuló galván-elemeknek; keresztmetszete, melyet itt közlünk, a leírást fölöslegessé teszi.

179. ábra. – A Meidinger-elem.

180. ábra. – Leclanché-féle elem.

A LECLANCHÉ-féle elem egy külső edényből áll, mely salmiák-sóoldatot tartalmaz; egy likacsos edény barnakő- s ugyanoly mennyiségű, öreg [nagy] szemekre zúzott retorta-szén keverékével van megtöltve: e keverék az, mely az elemnek depolarizáló hatóját alkotja. A likacsos edény közepét ólomfejben végződő szénlemez foglalja el, mely a positiv elektródot képezi. A külső edény nyakán keresztül egy czinkrúd nyúlik le a salmiák-oldatba s az elem negativ elektródjaképen szerepel. Ha a vezetéket a czinktől a szén felé zárjuk, a salmiák (chlór-ammonium) a czinket megtámadja; chlór-czink képződik és a hidrogén a likacsos edényen keresztül a szénhez hatol, hol barnakövet (mangán-superoxidot) talál s evvel mangán-oxidult és vizet alkot.

A 181-ik ábra mintáján a likacsos edény el van hagyva; a barna-kő és a szén keverékét jelentékeny nyomásnak vetvén alá, LECLANCHÉ egyen-

248

181. ábra. – Leclanché-féle elem.

letes, szilárd anyagot készített, melyhez a szénlemez hozzá van ragasztva. A czinkrúd, a vezető elektródtól fadarabbal elszigetelve, kancsuk-szalagokkal van hozzá kapcsolva. A LECLANCHÉ-féle elem ezen egyszerű alakjában nagy szolgálatot tesz az elektromos iparnak. Állandósága annyira megy, hogy hónapokon át megszakítás nélkül működhetik, s egy és ugyanazon oszlop éveken át használható.

4. A galván-elemek fizikai-chemiai elmélete.

Az eddig tárgyaltuk jelenségekben az elektromosság forrásai, vagy ha úgy tetszik, az elektromos ágens fejlesztésének különböző módszerei négy osztályba sorolhatók; a dörzsölés, a megosztás, az érintkezés és a chemiai hatások. A két elsőről mondottakhoz nincs hozzáadni valónk. A dörzsöléssel fejlesztett elektromosság úgy jelenik meg, mint a mechanikai erőnek átalakulása elektromos erővé. Miben áll ez utóbbi erő? micsoda neme a mozgásnak az, melyet az elektromozott testnek molekulái, avagy azon éter-atmoszférák végeznek, melyekkel őket beburkolva képzelik? Ezt nem tudni; vagy helyesebben, e kényes kérdésekre vonatkozólag mindeddig csak találgatásokba lehetett bocsátkozni. Csakis az ekként fejlesztett elektromosság hatásai azok, a mit ez irányban ismerünk; láttuk, hogy változatos alakban nyilvánulnak: vonzás és taszítás, meleg, fény, chemiai egyesülések és bontások alakjában; azaz látható mozgásokban, vagy pedig molekulák és atómok mozgásában. A mit tudunk, a mit a mechanikának ma már általánosan elfogadott elvének: az erő [energia] megmaradása elvének biztos folyományaképen el kell fogadnunk, az, hogy az elektromosság fejlesztésére fordított munka egyenlő értékű avval, melyet összeszedni vagy összeszámlálni lehetne, ha az összes mechanikai, chemiai és fizikai hatásokat, melyeket felsoroltunk, meghatároznók és összegeznők.

A különnemű testek érintkezésénél fejlődő elektromosság, melynek létezését VOLTA bebizonyítani törekedett, úgy látszik, ma már tökéletesen ki van mutatva. Majd mechanikai hatásokkal, – ilyen pl. fémek kölcsönös nyomása, – majd azon chemiai hatásokkal iparkodtak megmagyarázni, melyeket a kéz vagy a posztódarabkák nedvessége előidézhet, majd pedig a környező levegőrétegek hatásával. Annyi bizonyos, hogy VOLTA kísérleteiben mindezen körülmények hozzájárultak azon elektromosság fejlesztéséhez, melynek jelenlétéről sűrítő elektroskópja tanúskodott; behatóbb vizsgálatok határozottan igazat adtak az oszlop nagynevű feltalálójá-

249

nak s a különnemű fémek egyszerű érintkezését az elektromosság egyik forrásának kell tekintenünk.*

A mi az elektromosságot illeti, mely a chemiai folyamatok hatása alatt fejlődik, a számos galván-elem működésében ki van az mutatva. Közülök a lcgfőbbeket már leírtuk. Egyébiránt az alapelv megállapítására a következő kísérlet is elegendő.

Mártsunk egy vörösréz-lemezt egy pohárba, mely vízzel higított salétromsavat tartalmaz (182. ábra). A lemezt a sűrítő elektroskóp alsó tányérával közlekedésbe hozzuk, a folyadékot pedig s a felső tányért a földdel engedjük közlekedni. A mint az elektroskóp korongjait szétválasztjuk, az arany-lemezkék széthajlanak, s azt találjuk, hogy a készülék negatív elektromossággal van töltve. Ha pedig az összeköttetések rendjét fölcseréljük, s a folyadékot fémdrót segélyével az alsó koronggal kötjük össze, mi alatt a másik korong és a rézlemez a földdel vannak vezető közlekedésben, a készülék positiv elektromossággal lesz töltve. Ha réz helyett olyan fémet vennénk, melyet a salétromsav nem támad meg, pl. platinát, elektromosság nem fejlődik.

182. ábra. – A chemiai folyamatokban fejlesztett elektromosság.

Hasonló eredményeket, vagyis többé-kevésbbé erélyes elektromosságfejlődést tapasztalunk, ha két test között bármily más chemiai folyamatot

* "A fizikusok legnagyobb részének hitetlensége, kik nem akarják elfogadni, úgymond MASCART, főleg onnét ered, mert azt hiszik, hogy valami olyas következtetést, az örök mozgáshoz hasonlót lehetne belőle leszármaztatni. Láttuk azonban, hogy a Volta törvénye nem fejez ki mást, mint azt, hogy munka nélkül elektromosságot fejleszteni lehetetlen. Midőn pl. két különnemű lemez egymással érintkezésbe hozatik, kétségtelen, hogy a lemezek már csak azon tény alapján is, hogy ellenkezőleg elektromozva, vagy különböző potencziálon vannak, egymást vonzzák; már pedig, hogy ez az elektromosság hasznosítható legyen, a lemezeket szét kell választani s kölcsönös vonzódásukat teljesen leküzdeni. Ugyanez áll az aczéltűről is, mely mágnessel érintkezésbe van helyezve; a tű maga is mágneseződik, s a mágnes-erélyt, melyre szert tett, azon munka fejezi ki, melyet arra kellett fordítani, hogy a mágnestől eltávolíttassék. Az érintkezés elektromossága épen úgy, mint a mágnesség, semmiféle munkát nem képes végezni, anélkül, hogy vele egyenlő értékű munka ne emésztetnék fel". (MASCART, Traité d'Électricité statique t. II. p. 321.

250

idézünk elő. Két oldat, az egyik lúgos s a másik savanyú, vagy akár két só, ha az egyik savas, a másik pedig semleges vagy lúgos, egymással érintkezésbe hozva, elektromosságot fejleszt, mely a savképen szereplő testen positiv, az aljképen [bázisként] szereplőn pedig negativ.

Itt az ideje, hogy megértessük, miben különbözik a különféle galvánoszlopokon gyűjtött elektromosság attól, mely a dörzsölés vagy megosztás útján működő elektromozó gépekből ered. Mindenki tudja, hogy e két fajta elektromosságot két különböző elnevezéssel szokás egymástól megkülönböztetni: statikai elektromosságnak azt nevezik, mely az elektromozó gépek konduktorainak felületén, vagy szigetelőkön, például az elektrofór gyanta-lepényén jelenik meg, vagy a melyet a leydeni palaczk két fegyverzetén szoktak összesüríteni. Dinamikai elektromosságnak azt hívják, mely a galván-oszlop záró drótjaiban vagy áramvezetőiben áramlik, midőn az egybeillesztett drótok a készülék positiv és negativ sarkát összekötik. Az első elektromosságot a konduktorok felületén nyugalomban levőnek tekintik; az utóbbi folytonos mozgásban van.

Midőn egy elektromozó gépet, pl. korongos gépet működtetünk, az üvegen fejlesztett elektromosság megosztás útján a konduktorra vitetik át, melynek töltése csakhamar bizonyos határt ér el. Ezen a legnagyobb töltésen túl, mely különben a konduktor méreteitől függ, az az elektromosság, melyet fejlesztenénk, ha a forgattyút tovább is forgatnók, a levegőn és a lábakon keresztül elszóródnék. Ha a konduktor a helyett, hogy szigetelve volna, a talajjal közlekedésbe helyeztetnék, a fejlesztett elektromosság oly mértékben, a mint fejlődik, leáramlanék, s ezen áramlást ahhoz az áramhoz lehetne hasonlítani, melyet a galván-oszlop tart fenn; de a valóságban a közönséges gépekkel valamely testen fejlesztett elektromosság e test felületén nyugalomban marad, s ez az oka, hogy az ezen forrásból eredő tüneményeket a statikai elektromosság tüneményeinek mondják.

A galván-oszlopban ellenben az elektromos áram folytonos és addig tart, a meddig az a chemiai hatás tart, melynek az elektromosság fejlesztése köszönhető. Egyébiránt azt a kapcsolatot, mely a chemiai folyamat és az elektromosság fejlődése között fennáll, kétféle módon lehet felfogni; de a dinamikai elektromosság, vagy a mozgásban levő elektromosság elnevezésének az oka mindkettőben szembeszökő. GORDON Treatise on Electricity művében e két magyarázatot a következő szavakba foglalja össze: "Ha két fém egymáshoz közel, de mégis a nélkül hogy egymást érintenék, egy folyadékba vannak merítve, mely egyikökre erélyesebb chemiai hatást gyakorol, mint a másikra, a fémek úgy töltődnek, hogy az, a melyik kevésbbé van megtámadva, magasabb pontencziálon van, mint a jobban

251

megtámadott. A létesített potencziál-különbség csakis a fémek és a folyadék természetétől függ, nem pedig a fémlapok méretei- és helyzetétől. A mint a potencziál-különbség állandó értékét elérte, a chemiai hatás megszünik."

"De ha a fémek a folyadékon kívül levő fém-dróttal összeköttetnek, a potencziál-különbség csökkenni kezd, és a dróton elektromos áram halad át. Mihelyt a potencziál-különbség a két fémnek s a folyadéknak megfelelő maximum alá szállott, a chemiai folyamat újból kezdődik s a maximumot helyreállítja; így, ha semmi zavaró körülmény nem jő közbe, az áram addig kering, a míg a jobban megtámadott fém teljesen fel nem oldódik."

"A dolgok ezen felfogása a tényeket igen jól magyarázza. Mindamellett még nem bizonyos, milyen a tulajdonképeni igaz magyarázat s még a következőt is felhozzák. Ha két fém akár közvetetlenül, akár pedig fémdrót közvetítése mellett érintkezik, potencziál-különbség figyelhető meg. Ha a két fémet, egymással még mindig egyesítve, folyadékba mártjuk, mely egyikökre erélyesebben hat, mint a másikra, a chemiai folyamat a potencziálokat kiegyenlíti s ily módon működve, a közlekedő drótban elektromos áramot idéz elő. Abban a pillanatban, melyben a potencziálok kiegyenlítése megkezdődött, a különbség a fémek érintkező pontjain megújul, s így, ha zavaró ok nem jő közbe, folytonos elektromos áram keletkezik s addig tart, míg a hevesebben megtámadott fém teljesen fel nem oldódik."

Az egyik és másik elméletben az áram a galván-elem elektródjait képező két test elektromos töltésének különbségéből ered; csakhogy az elsőben a chemiai hatás oka e különbségnek, a másodikban pedig az érintkezés. De mindkét esetben a létesített áram elektrom-indító ereje megfelel a chemiai folyamat munkájának és mértékeűl a fölemésztett fém tömege szolgál.