II. FEJEZET.
A VILLÁMHÁRÍTÓK.
[Jegyzet]
1. A villámhárítók szerkesztésének alapelvei.
ARAGO a Notice sur le Tonnerre czímű szép értekezésében szemlét tart különböző eljárások fölött, melyeknek a tudósok balhiedelme, az ókortól kezdve egész FRANKLIN-ig, sőt napjainkig, viharoszlató s villám ellen biztosító hatásokat tulajdonít. Ez eljárásoknak nagy része nem egyéb babonás véleményben gyökeredző szokásnál s említést sem érdemel. Egynémelyikök pedig kisérletileg nem igazolt hipothéziseken vagy pedig olyan alapelveken nyugszik, melyekre nézve a megfigyelések mindekkoráig ellenmondó eredményekre vezettek.
Igy például azt hitték, hogy a szabad levegőn rakott nagy tüzek a felhők villámos tulajdonságait, legalább is részben, megszüntetik. VOLTÁ-nak ez volt a véleménye, melyet kétségen kívül arra a kísérleti tényre alapított, hogy a meleg gázok jól vezetik az elektromosságot. Kérdés azonban, hogy a szabadban rakott tüzekből felszálló gázoszlopok fölemelkednek-e oly nagy magasságra, hogy a viharos felhőket elérjék? Igaz, hogy hivatkoztak olyan helyekre, melyeken a földmívesek a mezőn szanaszét heverő szalmarakásokat meggyujtották s a melyeket aztán a villám és a jégeső valóban megkimélt. De másrészről vihar alkalmával vagy kevéssel vihar előtt nagy tűzesetek fordultak elő, a nélkül hogy még a legközelebb álló felhőkön is csak a legkisebb nyomát lehetett volna észrevenni annak, hőgy elektromosságukat elveszítették. Ennek az óvószernek hatályossága tehát legalább is bizonytalan.
A tengerészek s a földmívelők mindenféle felhőnek, tehát a viharos felhőknek is az eloszlatására elég gyakran alkalmaztak egy másik eljárást. Nem egyéb ez hatalmas lövés-durranások előidézésénél, ágyúk vagy mozsarak elsütése által. De azok a nagyon szabatos példák, melyeket ARAGO erre a
módszerre vonatkozólag pro és contra idéz, azt bizonyítják, hogy e módszer hatályossága korántsem biztos. Még az sincs bebizonyulva, hogy a felhők szétoszlatására valaha bármiféle hatása lett volna, s az ismeretes esetekből ép oly jogosan lehetne ellenkező következtetést vonni.
Ugyanez áll a harangszóról. A templomok harangjainak kongatása viharok alkalmával csak babonaságnak tulajdonítandó, s eme szokásnak eredménye az, hogy a harangozók valóságos veszélynek tétetnek ki, midőn a jóval kisebb veszélyt képzeletbeli óvószerrel akarják elhárítani. Valóban, a villám rendszerint magas tárgyakra csap le, különösen olyanokra, melyek, mint a tornyok is, majdnem mindig szigetelt fémrészekkel vannak borítva. Azóta hogy FRANKLIN a villámhárítót feltalálta, a tudomány az épületek, házak s ezek lakóinak a villám ellen való védelmére semmi más eszközt nem ajánlhat mint ezt az egyszerű készüléket, mely majdnem mindig hatályos, ha ugyan a kísérlet s az elmélet egybehangzó kivánalmai szerint van készítve s elhelyezve.
A villámhárító nem egyéb mint alkalmazása a fémcsúcsok azon képességének, mely szerint a közelökben levő testek elektromosságát elvonják, s ezen tulajdonság értékesítésének eszméje, mely az amerikai híres fizikusban megfogamzott, természetszerű következménye volt ama nézetének, hogy a villám és a dörgés nem egyebek elektromos tüneményeknél. Tudva van, hogy a kisérletek, melyek ezt az azonosságot eldöntötték, majdnem egyidejűleg Amerikában és Francziaországban 1752-ben hajttattak végre. FRANKLIN ez időtájban ereszté fel Philadelphia környékén az ő híres fémcsúcsos sárkányát s szikrákat húzott egy viharos felhőből. DALIBARD franczia fizikus ugyanabban az évben valósítá meg FRANKLIN eszméit, a mikor is a marly-la-ville-i síkságon egy 14 méter magas rudat állított fel.
Kevéssel ezután állították föl az első villámhárítót Philadelphiában. Amerikából átszármazott a készülék Európába s az elsőt, melyet Francziaországban láttak, GUYTON DE MORVEAU állítá fel Dijonban.
A villámhárítók készítésére és használatára vonatkozó legújabb utasítást a franczia Tudományos Akadémia egy bizottsága dolgozta ki *; e
* [Ez] érdekes kérdésre vonatkozó első jelentés 1784 ápr. 24-ikéről kelteződik. A bizottságnak, mely kidolgozta, a többi között COULOMB, LAPLACE s maga FRANKLIN is tagjai valának.
1799, 1807, 1823 és 1855-ben új utasítások dolgoztattak ki, melyeket szintén az Akadémiától kiküldött szakbizottságok állítottak össze s az Akadémia szintén jóváhagyott.
dolgozatról 1867 jan. l4-én POUILLET tett jelentést. Ez a jelentés fog szolgálni a következő leírás alapjául.
Mindenekelőtt a viharos felhőknek s a villámhárítótól az elektromosságukra gyakorolt hatásnak elméletét fogjuk előterjeszteni.
"1. A villámos viharos felhők nem egyebek közönséges felhőknél, melyek nagy mennyiségű elektromossággal vannak megtöltve.
"Az égen czikázó villám roppant nagy elektromos szikra, melynek kiinduló pontjai ellenkező élektromossággal megtöltött felhőkön vannak.
"A dörgés nem egyéb a szikra okozta zajnál.
"Az átcsapó villám maga a szikra, mely az ellenkező elektromosságok egyesüléséből áll.
"Midőn a villám egyik kiindult pontja a földön van, azt mondjuk, hogy a villám lecsap s hogy a földi tárgyakba "belé üt a mennykő." A villám most sem egyéb, mint egyesülése vagy semlegesülése az ellenkező elektromosságoknak, melyek egyike a felhőn, másika pedig magán a földön van.
"Hogyan van az, hogy a föld, mely általában semleges állapotban van s a melyen észrevehető elektromosság nincs, most midőn a villám lecsap, egyszerre elektromossággal, még pedig a felhőével ellenkezővel van megtöltve?
"Ez az első kérdés, melyet meg kell vitatnunk.
"2. A viharos felhő, még mielőtt a villám czikázik, megosztólag hat még akkor is, ha több kilométernyi magasságban van, s az egynevű elektromosságot messzire taszítja, a különnevűt pedig magához vonzza. Ez a megosztás kiterjed valamennyi testre, de jelentős hatása persze hogy nem egyenlő mértékben csakis vezetőkre van; ilyenek a fémek, a víz, a nagyon nedves talaj, az élő testek, a növények, stb.
"Ugyanarra a vezetőre a felhő nagyon különböző mértékben hat aszerint, a mint a vezető alakja s méretei mások, különösen pedig aszerint, a mint a földdel való összeköttetése többé vagy kevésbé tökéletes.
"Például egy fa, mely csak kevéssé nedves talajban gyökeredzik, csak csekély megosztásnak van alávetve, mert ebből a talajból az egynevű elektromosság nem taszíttathatik messzire, mert ez a talaj az erős elektromos töltésekre nézve nagyon rosz vezető.
"Ellenben, ha ugyanez a fa nagyon nedves és e mellett nagy terjedelmű talajban gyökeredzik, nagyon is alá lesz vetve a megosztásnak, mert az egynevű elektromosság ebben a jó vezetőben messzire szétterülhet. Végre a fa a lehető legnagyobb megosztásnak lesz kitéve akkor, midőn ez a jó vezető maga is szoros összeköttetésben van nagy terjedelmű vizekkel.
"Midőn gépeink elektromosságáról van szó, a föld felületét, úgy a mint van, bátran elnevezhetjük közös medenczének (réservoir-nak) mert elég jó vezető arra, hogy a gépeink adta csekély elektromosságot szétszórja vagy semlegesítse.
"Ha ellenben villámról van szó, a növényzettel borított s rendes állapotában levő föld többé már nem az, amit közös medenczének nevezhetnénk, s viszonylag rosz vezetővé válik épen úgy, mint azok a különböző természetű geológiai képletek, melyeken nyugszik. Ilyenkor az első vízvezető területig, azaz a soha ki nem száradó kutak rétegéig (melyet itt állandó talajvíz rétegének fogunk nevezni) kell menni, hogy eléggé jól vezető rétegre találjunk. Ez a réteg aztán, nagy terjedelme s nagyszámú elágazásai miatt, nem lehet elszigetelve a szomszédos vizektől, hanem ezekkel, a folyók- és patakokkal, sőt magával a tengerrel együtt azt képezi, mit a villámos felhőkre, tehát a villámhárítókra nézve is, közös medenczének kell neveznünk.
"Valóban, midőn a viharos felhő minden alatta levő tárgyra megosztólag hat és pedig vonzólag a különnevű, taszítólag az egynevű elektromos fluidumra, az állandó talajvíz e hatásnak szerfelett nagy mértékben van alávetve. Ilyenkor az egész felülete meg lesz töltve a felhőtől vonzott különnevű elektromossággal, holott az egynevű elektromosság a közös medenczében messzire eltaszítattik és szétszóratik. Midőn tehát a villám lecsap, kiinduló pontjainak egyike a felhőn, másika pedig az állandó talajvizen van, mely réteg mintegy a robbanáshoz megkívántató második felhőnek a szerepét játszsza.
"Ilyeténképen a földgömb, anélkül hogy semleges állapota egészében megváltoznék, egyes pontjaiban a viharos felhők jelenléte miatt esetleg meg lesz elektromozva.
"Az épületek, fák, élő testek, melyekbe a villám beüt, csak úgy tekintendők mint az utjában levő közbülső testek, melyeket tovahaladtában csap meg.
"De ebből még sem szabad azt következtetnünk, hogy ezek a közbülső testek szükségképen passzívok és hogy sohasem járulnak a villámcsapás irányának módosításához, sőt határozott kijelöléséhez. Ellenkezőleg, bizonyos az, hogy e tekintetben annál nagyobb a hatásuk, mentül nagyobb a teijedelmük s mentül nagyobb a vezetőképességük. Midőn például a villám egy a nyílt tengeren levő hajóba csap, nagyon valószínű, hogy a villám nem követte azt a geométriailag legrövidebb útat, mely a vízhez vezet, s a mely felé a villám törekszik, hogy a benne levő ellenkező elektromosságtól semlegesíttesék, hanem hogy azt az útat választotta,
mely az elektromosság szempontjából a legrövidebb, még pedig azért, mert a felhő már előzetesen megosztólag hatott a hajó árboczaira, kötélzetére vagy a kisebb-nagyobb magasságban levő egyéb részeire.
"Ez a tünemény hasonlít ahhoz, melyet egy hatalmas elektromozó gép konduktorából nagy távolságból húzott szikra is mutat: e szikrát is el lehet téríteni legrövidebb útjától, ha ennek közelébe egy vagy több elszigetelt konduktort helyezünk; végtére is ugyanahhoz a ponthoz érkezik, de olyan úton, mely ha látszólag hosszabb is, az elektromosságra nézve mégis rövidebb.
"Ezek a szigetelt konduktorok itt a szikra irányát változtatják meg; azok a közbülső testek pedig, melyekről az előbb szólottunk, a villámcsapás irányát változtatják meg.
"Itt megelégszünk az egyszerű kifejezésével az alapelvnek, melyet itt bővebben ki nem fejthetünk; ez magában rejti a magyarázatát a villámcsapás néha annyira furcsa útjának s a tőle előidézett romboló hatásoknak; mindezekről lehetetlen számot adni, ha jól nem ismerjük a kiinduló pontokat s a sorozatát azoknak a közbülső testeknek, melyeket a néha egyszerű, néha töbszörös villámbarázda végig sujt."
Itt vége szakad a jelentés elméleti részének, mely a bizottsági tagok véleménye szerint a villámhárítók készítésére és elhelyezésére vonatkozó gyakorlati útmutatások alapjául szolgál. Foglaljuk most össze az utasítások lényegét.
2. A villámhárítók leirása és elhelyezése.
A villámhárító nem egyéb, mint egy szakadatlan jó vezető, melynek felső vége elég magas arra, hogy a megvédendő épületet dominálja, s a melynek alsó vége az állandó talajvízzel széles lappal érintkezik.
Minthogy a villám a vékony, egész 6 milliméterig terjedő átmérőjű fémdrótokat meg birja olvasztani és el birja párologtatni, de még nem volt rá eset, hogy 15 milliméternyi oldal-szélességű négyszögletes vaspálczákat egészen a sötétvörös izzásig birt volna hevíteni: a villámhárítót ilyen méretű vasrudakból kell készíteni.
A villámhárítónak két lényeges része van, az egyik a pálcza, a másik a vezető, vagy esetleg a vezetők. Ime mindkettőnek a leírása:
A vaspálcza, mely a felső véget alkotja, egy 2 cm. átmérőjű és 20–25 cm. hosszaságú vörösrézhengerben végződik, mely a pálczára csavarható (348. ábra). Magának a hengernek kúpos csúcsa van. A henger
alatt a pálcza négyszögletes, s egyenletesen vastagszik addig a pontig, a melyben a vezetővel össze van kapcsolva: itt a keresztmetszetének oldala 4–5 czentiméterre rúg. A pálczának teljes magassága a körülményekhez képest 3 és 5 méter között változik.
|
348. ábra. – A villámhárító kúpos vörösréz-csúcsa. |
349. ábra. – A villámhárító függélyes pálczája. |
Azelőtt azt ajánlották, hogy a pálczának igen finom és igen hegyes arany- vagy platinacsúcsa legyen. Ilyenkor megesett, hogy az első viharos idők alatt az elektromosság ezen a csúcson fényes, sötétben látható bóbita alakjában kiáramlott, s azt hitték, hogy az erősen megelektromozott
levegő felszáll egészen a felhőkig s ezek elektromosságát részben semlegesíti. Azonban az elektromos áram intenzitása elég nagy volt arra, hogy a platina- vagy aranycsúcsot a végén megolvassza, elannyira, hogy rövid idő eltelte után a hegyes csúcs eltűnt s helyén az olvadás előidézte széles fémbütyök keletkezett.
Látni való, hogy a hegyes csúcsnak, mely az elektromosságnak fényes bóbita alakjában való kiáramlását előidézte, csak korlátolt időre volt óvó hatása; az egésznek különben sem volt valami néven nevezendő haszna, ha a szél a pálczától megelektromozott levegőt nem a felhők felé, hanem oldalvást hordta. Ez oknál fogra jelenleg többre becsülik a rézhengerben és rézkúpban végződő pálczákat. Mindazonáltal később látni fogjuk, hogy a hegyes csúcsokat a többhegyű villámhárítók rendszerénél sikeresen alkalmazzák.
Az amúgy készített villámhárító-csúcsnál kevesebb a látványosság, mert a fényes bóbiták ritkábbak; de alakjánál és a réz nagy vezetőképességénél fogva sokkal jobban ellenáll a megolvadásnak a nélkül, hogy az épületet kevésbbé hatályosan védené. Fődolog, hogy a villám létrejötte alkalmával a felhőtől a villámhárítóig rohanó elektromos áram a pálczától egészen az állandó talajvízig szakadatlan vezetőre találjon.
|
A vezetőül szolgáló, a mint mondók, körülbelül 15 mm. vastagságú vasrudat nagy gonddal kell a pálczához forrasztani (350. ábra); maga a pálcza szilárdan van az épületfa gerinczéhez erősítve. A vasrúdnak minden következő vízszintes, függélyes vagy meghajló darabja egymásba könyököl s hasonló gonddal van összeforrasztva, s az egésznek szilárdságát olyan villaalakú vastartók biztosítják, melyekben a rúd a hossza mentén elcsuszamodhatik a nélkül, hogy oldalvást eltolódhatnék. A merev rudak helyett némelykor három vagy négy vasdrótzsinegből vert kötelet használnak s ezt, nehogy megrozsdásodjék, megkátrányozzák.* |
350. ábra. A függélyes pálcza és a vezető összeforrasztása. |
* A vezető soha se álljon fémlánczból; POUILLET a franczia Tudományos Akadémiának 1854-ben közzétett pótutasításában a következőket mondja: "a lánczból álló vezető soha sem fogadható el s a láncznak e fajta alkalmazását okvetetlenül mellőzni kell, még pedig a következő okoknál fogva: a lánczszemek a fémfölület megváltozása s a rájuk tapadó piszok miatt csak tökéletlenül érintkeznek; s még ha fölteszszük is, hogy az érintkező pontok igen tiszták és fémiesek, mégis mindig csak nagyon csekély terjedelműek s az e pontokon összetorlodó elektromosság elegendő, hogy a vasat megolvassza és elégesse."
Ilyenkor arra kell ügyelni, hogy a kötél úgy legyen a pálczához erősítve, hogy a drótok s a pálcza között a lehető legterjedelmesebb fémies érintkezés legyen; a gondosan megtisztított drótokat a pálczához kell forrasztani.
Sőt nagyon lényeges, hogy az épületnek fémből készült minden alkotórésze, az ólom-vagy czink-ereszek és födélborítók, a vas- vagy öntött-vas-gerendák és padlók egymással és a villámhárító vezetőjével összekötve legyenek.
|
351. ábra. – A villámhárító elhelyezése: függélyes és hajlott pálczák. |
S most elérkeztünk ahhoz a leglényegesebb kellékhez, melyet, ha figyelmen kívül hagyunk, a villámhárító viharos időben az épületnek nem megoltalmazójává, hanem ellenkezőleg veszélyeztetőjévé válik. Ugyanis a földszínéig vett vezetőt oly mélyre kell a talajba beásni, hogy az állandó talajvízzel folytonosan összeköttetésben legyen. E végre olyan külön kútat kell ásni, hogy még a legnagyobb szárazság idején is legalább is egy méternyi magasságú víz legyen benne. Ha a vezető közelében folyóvizek, folyamok vagy szárazság idején sem kiapadó patakok, tavak vagy terjedelmes tócsák vannak, a vezetőnek a víztömeggel való állandó összekötése is megfelelhet a czélnak. A vezetőt végtére a talaj felső rétegével is össze lehet kötni, mely réteg, ha az eső kellőképen átáztatja, olyan kiegészítő medencze-félét képez; de mindez mit sem ér a legfőbb kellék, a kút nélkül, a melybe a vezető több ágra oszolva merül, miként ezt a 351. ábra mutatja. Midőn a földdel valamely oldallagos ágat kötünk |
össze, körül kell rakni eloltott szénparázszsal, mely anyag az elektromosságot jól vezeti s még a vasat a rozsdásodástól is megóvja.
A vezetőnek vízbe merülő felülete a lehető legnagyobb legyen. POUILLET és E. BECQUEREL kísérleteiből kitűnt, hogy a lepárolt víz elektromos ellenállása legalább is 900 milliószorta nagyobb mint a vasé. Hogy tehát azon a helyen, melyen a vezető a vízzel érintkezik, villámcsapás ne jöhessen létre, a vezető bemerülő részénél 900 milliószorta nagyobbnak kellene lennie a keresztmetszetének, vagyis körülbelül 4000 négyszögméter területtel kellene bírnia, ha a vasrúd vastagságát 15 milliméternek veszszük. A valóságban azonban a talajvíz korántsem tiszta; vezetőképessége, a benne föloldva levő sók miatt jóval meghaladja a tiszta vízét, tehát a bemerülő felület is jóval kisebb lehet. Két technikus, PERROT és CALLAUD, kik behatóan foglalkoztak a villámhárítók hatályosságának föltételeivel, rég felhívták a figyelmet erre a kényes kérdésre.
