HERMANN HELMHOLTZ
AZ ERŐ MEGMARADÁSÁRÓL
BEVEZETÉS
az 1862/3-ik tél folyamában
Carlsruheban tartott előadási cyklushoz
Tisztelt gyülekezet!
Midőn ez előadások tartására vállalkoztam, azon czél lebegett szemeim előtt, hogy önöket, a mennyire tőlem telik, egy alkalmas példában megismertessem azon tudományok sajátságos jellemével, melyeknek tanulmányozására éltemet szenteltem. A természettudományok az utolsó négy században gyakorlati alkalmazásaik, valamint szellemi befolyásuk által, a művelt nemzetek összes életviszonyaira oly nagy fokú s oly gyors befolyást gyakoroltak, e nemzeteket vagyonuk, s kényelmök növekedése, egészségi állapotuk biztositása, és az ipar és forgalom eszközeinek teremtése által még politikai szempontból is annyira gazdagitották, hogy mindenkinek, ki a viszonyokat, melyek között él, megérteni kivánja, még ha a részletek tanulmányozásába bo-
csátkozni nem is akarna, érdekkel kell viseltetnie a szellemi munkásság azon különös neme iránt, mely a nevezett tudományok körében működik és teremt.
Már más alkalommal * kifejtettem azon jellemző különbséget, mely a tudományos tevékenység terén a természeti és a szellemi tudományok között fennáll. Azt iparkodtam ott kimutatni, hogy különösen a természeti jelenségek- és termékeknek aránylag könnyen felismerhető törvényszerűsége az, mi e különbséget okozza. Nem mintha az egyének és nemzetek szellemi életének törvényszerűségét, a mint ez a bölcsészeti, nyelvészeti, történeti, erkölcstani és társadalmi tudományok tárgyát képezi, tagadni akarnám. De a szellemi életben az egymásba nyúló befolyások hálózata annyira bonyolódott, hogy szigorú törvényszerűsége csak kevés esetben mutatható ki világosan. Másként van az a természetben. A természeti jelenségek nem egy roppant terjedelmes csoportjára, lehetséges volt keletkezésök és lefolyásuk törvényét oly pontosan és tökéletesen felismerni, hogy jövendő bekövetkezésöket biztosan megjósolhatjuk, vagy a hol bekövetkezésök feltételeire befolyást gyakorolhatunk, befolyásukat tetszésünk szerint kormányozhatjuk. A legszembetünöbb példát arra, hogy az emberi ész a helyesen felismert törvény segélyével mit tehet a természeti jelenségekkel szemben, a jelenkori csillagászat szolgáltatja. A gravitatió egyszerű törvénye egymaga uralkodik nem csupán bolygórendszerünk égi testeinek mozgásai, hanem a sokkal távoliabb kettős csillagok felett is, melyektől még a fény, a természet e leggyorsabb hirnöke is, csak évek lefolyása alatt bir szemünkhöz jutni; s épen az egyszerű törvényszerűség okozza azt, hogy e testek mozgásait a számitás bonyolódottsága daczára, egészen a perczek tört részeig terjedő pontossággal évekre, sőt évszázadokra birjuk vissza vagy előre kiszá-
* L. "A természettudományok viszonya a tudományok összességéhez" czímű előadást e gyüjtemény első füzetében.
mitani. E szigorú törvényszerűségen alapul biztosságunk is, melylyel a gőznek fékezetlen erejét meghóditani, s szükségletünk szolgájává tenni tudjuk. E törvényszerűség okozza a szellemi érdekeltséget is, mely a természetbuvárt tárgyához köti. Egészen másnemű érdek ez, mint a szellemi tudományoké. Ez utóbbiak körében az ember s szellemi tevékenységének különböző irányzatai kötik le figyelmünket. Minden nagy tett, melyről a történet beszél, minden hatalmas szenvedély, melyet a müvészet ábrázol, minden tudósitás, melyet valamely távoli vagy régi nemzet szokásáról, állami szerkezetéről és művelődéséről nyerünk, érdekünket felébreszti, bár ha nem is tudományos összefüggésben közöltetnék velünk. Ily módon mindig találunk kiinduló pontokat saját képzelmeink és érzéseink összehasonlitására, s az által saját szellemünk rejtett képességeit és hajlamait is tanuljak ismerni, melyek a civilisált élet megszokott csendes folyamában felébresztetlenül maradnak.
Félreismerhetetlen az, hogy az érdekeltség e neme a természettudományok körében hiányzik. Az egyes tények magukban véve felébreszthetik ugyan kiváncsiságunkat, s bámulatra ragadhatnak, vagy gyakorlati alkalmazásuk szempontjából hasznunkra lehetnek, de szellemi megelégedést mégis csak az egésznek törvényszerű összefüggése nyújthat. Értelemnek azon képességünket nevezzük, melylyel a törvényeket felismerni s öntudatosan alkalmazni tudjuk. A tiszta értelem sajátságos erejének egész biztossága és érdeme szerint való alkalmazására nincs alkalmasabb küzdtér, mint a természetbuvárlat tere tágabb értelemben, a mennyiség-tant is belefoglalván. Pedig az öröm egyik leglényegesebb szellemi képességeink eredménydűs tevékenysége, s azon győzelme felett, melyet gondolkozásunk és akaratunk ereje a részben idegen, részben ellenséges külvilágnak ellenében kivivott, még nem képezi e munka egyetlen jutalmát; bizonyos müvészi megelégedés is kiséri azt, midőn a természet roppant gazdagságát, mint törvényszerűen rendezett egészet,
mint kosmost mint saját szellemünk rendszeres gondolkozásának tükörképét áttekintjük.
A természettudományok fejlődése az utolsó évtizedekben egy új, átalános törvény felismerésére vezetett mely rendkivüli messze terjedő hordereje s azon összefüggése útján, melyben az idő és helyre nézve legtávolabb s legkülönbözőbb tüneményekkel áll, különösen alkalmas arra, hogy a természettudományok emlitett sajátságát előtüntesse.
E törvény, melyet fentemlitett érdekes tulajdonságainál fogva előadásom tárgyául választottam, az erő megmaradása törvényének neveztetik. Ez elnevezés még magyarázatot kiván. A törvény nem egészen új, a természeti jelenetek szűkebb körére már a mult század folyamában kimondatott az Newton és Bernoulli Dániel által; kiterjedtebb érvényességét a hőtan egyes részeire főbb vonásaiban már Rumford és Humphrey Davy ismerték fel. Legátalánosabb érvényességének lehetőségét legelőször egy sváb orvos Dr. Julius Robert Mayer (jelenleg Heilbronnban) 1842-ben * mondta ki, mig egy angol technikus, James P[r]escott Joule Manchesterben vele csaknem egyidejűleg, s tőle függetlenül fontos és nehéz kisérleteket eszközölt a hő és mechanikai erő közötti összefüggés megállapitására, mely kisérletek leginkább arra szolgáltak, hogy betöltsék az új elmélet s a tapasztalat összehasonlitásában még sok helyen mutatkozó hézagot.
A törvény, mely itt szóban forog, azt fejezi ki, hogy a természet egyetemességében meglevő hatásképes erő mennyisége változatlan, tehát sem nem gyarapodhatik, sem nem kevesbedhetik. Első feladatom kifejteni azt mit kelljen az erő mennyisége, vagy, mint
* L. Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur. Liebig's Annalen XLII; továbbá: Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhange mit dem Stoffwechsel. Heilbronn 1845; és Beiträge zur Dynamik des Himmels, Heilbronn 1848.
e fogalmat a technikai alkalmazásokban népszerűen kifejezni szoktuk, a munka nagysága alatt értenünk.
A gépek és természeti folyamatok munkájának fogalma összehasonlitáson alapul az ember tevékenységével; s így az emberi munka az, melyen az itt szóban forgó viszonyokat legalkalmasabhan tanulmányozhatjuk. Midőn a gépek s a természeti erők munkájáról szólunk, természetesen el kell tekintenünk mind attól, mi az ember munkájában az értelem tevékenységeképen szerepel. Az ember már puszta gondolkozása által is nehéz és megerőltető munkára képes, mely csakúgy fáraszt, mint izmainak munkássága. A mi pedig a gépek munkájában az értelemből előfordul az, természetesen, csupán alkotójok szellemének műve, s a szerszám munkájának nem tulajdonítható.
Az ember külső munkája nagyon változatos, mind az erőt vagy könnyűséget, mind a munka kivitelére szükségelt mozgások módját és sebességét, valamint a létre hozott mű nemét illetőleg. De a kovács karja, midőn a hatalmas kalapácscsal súlyos ütéseket mér, valamint a hegedűsé, midőn a hang legfinomabb változatait hozza létre, és a szövő leány keze, midőn alig látható fonalakkal dolgozik: mindannyian ugyanazon módon s ugyanazon szervek által, t. i. a kar izmai által nyerik az erőt munkájok végzésére. Maga a kar, ha izmai bénitva vannak, munkát végezni nem képes; csak ha benne az izmok mozgató ereje tevékenységét gyakorolja, s ha az izmok az agyhoz vezető idegek parancsának engedelmeskedni tudnak, csak akkor képes e tagunk azon változatos mozdulatokat végrehajtani, s azon különnemű eszközöket kormányozni, melyekre sokféle műveleteink alkalmával szükségünk van.
Így van az gépeinknél is; a legkülönbözőbb műveletekre használjuk azokat s általuk a mozgásnak roppant különféleségét hozzuk létre, majd kisebb, majd nagyobb erővel és sebességgel mozogván; a hámoroktól és hengerművektől kezdve, melyek óriási vastömegeket vaj gyanánt
metszenek és formálnak, egész a fonó és szövő gépekig, melyeknek munkája csaknem a pókok művével versenyez. A jelen-kor gépészete sokféle módot ismer arra, hogy a forgó kerekek mozgását másokra nagyobb vagy kisebb sebességgel átvigye, vagy hogy e forgó mozgást a szivattyúköpű, a szövőszék vetélője s a hámorok kalapácsainak ide-oda mozgatására változtassa, vagy hogy egyenletes sebességű mozgásokat változó sebességű mozgásokká alakítson át, s i. t. Épen ez teszi a gépeket az ipar legkülönbözőbb ágaiban annyira haszonvehetőkké. Minden változatosságuk daczára azonban egy tekintetben mindannyian megegyeznek, mindannyian hajtóerőre szorulnak, mely őket mozgásba hozza és mozgásban tartja, hasonlóan az emberi kar működéséhez, mely minden tettében az izmok mozgató erejére szorul.
Valamint az izmokat a kovács munkássága jobban megerőlteti mint a hegedűs foglalkozása, ép úgy a gépeknél is különböző azon hajtó erőnek nagysága és kitartása, melyet mozgatásukra igényelnek. Ezek az izmok különböző fokú megerőltetéseinek megfelelő különbségek azok, melyeket tekintetbe vennünk kell, ha a gép munkájának nagyságáról szólunk. E fogalom megállapitásánál tehát a gép hatásainak és működéseinek változatosságát figyelembe nem veszszük s csak az erő fogyasztására gondolunk.
Az erőfogyasztás, e megszokott kifejezés, mely kifejezi hogy az alkalmazott erő kiadatik és elvész, még egy más jellemző analogiát állapit meg az emberi kar és a gépek működési módja között. Mentől nagyobb a megerőltetés s mentől tovább tart az, annál inkább kifárad az emberi kar, annál könnyebben merül ki mozgató erejének készlete. Látni fogjuk, hogy a szervetlen természet hajtó erői is bírnak azon tulajdonsággal, miszerint munka alatt kifáradnak, s hogy az emberi kar kifáradása csak azon átalános törvények egyik következése, melylyel itt foglalkozunk. A fáradság beálltával izmainknak üdülésre van szükségök, melyet nyugalom
és táplálkozás által nyernek; így képesek leszünk a szervetlen hajtó erők kimerült hatásképességét is helyreállitani, bár arra átalában más eszközöket kell alkalmazni, mint az ember karját.
Izmaink megerőltetésének s kifáradásának érzése némi fogalmat adhat arról, mit kelljen a munka nagysága alatt értenünk; az eme hasonlatosságra alapitott határozatlan becslésnél fontosabb mégis az, hogy tiszta fogalmat alkossunk azon mértékről, melylyel a mnnka nagyságát mérnünk kell.
Könnyebben tehetjük ezt az egyszerű szervetlen mozgató erőkre, mint izmaink működésére nézve, melyek, mint rendkivül bonyolódott eszközök, egyszersmind rendkivül bonyolódott módon működnek.
Működtessük az általunk legjobban ismert legegyszerűbb erőt, a nehézséget, mozgató-erő-képen. Mint ilyen működik az például fali óráinkban, melyeket súly mozgat. E súly fonálra erősitve, mely az óramű első fogas kerekével összekötött hengerkerék körül van tekerve, a nehézség irányában nem mozoghat a nélkül, hogy az egész óraművet mozgásba ne hozza. Figyeljünk most a következőkre: A súly az órát nem mozgathatja a nélkül, hogy maga mindinkább alább ne szálljon. Ha maga a súly nem mozogna, úgy az órát sem mozgathatná. E mozgása pedig csak a nehézség irányában történhetik. Ha tehát az órát járatni akarjuk, úgy a súlynak mindig mélyebbre és mélyebbre, s végre addig kell alászállni, míg a fonál, mely azt tartja, letekerődzött; ekkor az óra megáll, ekkor súlyának hatás-képessége egyelőre kimerittetett. A súlynak nehézsége ezért nem veszett el, sőt nem is csökkent, a föld utóbb is ugyanazon mértékben fogja vonzani mint előbb, de elveszett a nehézség képessége az óramű mozgásának létrehozására; bár az erő a súlyt útjának legmélyebb pontjában ezentúl mozdulatlanul megtartja, mégis azt tova mozgatni nem birja.
Az órát azonban karunk erejével felhúzhatjuk, miközben a súlyt újra felemeljük. Mihelyest ez megtörtént, előbbi hatásképessége ismét helyre állittatott, s az óra ismét mozoghat.
Azt tanuljnk ebből, hogy az emelt súly bizonyos hajtóerővel bir; hogy azonban a súlynak szükségképen alá kell szállania, hogy e hajtó erő működhessék. E hajtó erő kimerül, midőn a súly alászállott, de egy új, más hajtó erő, t. i. karunk ereje által újra helyre állitható.
A munka, melyet a súly végez, midőn az órát mozgásban tartja, nem igen nagy. Csupán azon ellenállásokat kell folytonosan legyőznie, melyeket a tengelyek és fogak surlódása és a lég ellenállása gyakorol a kerekek mozgásának ellenében, s az erőt kell szolgáltatnia azon kis lökések és hangrezgések létre hozására, melyek az inga minden egyes lengésével együtt járnak. Ha a súlyt az óráról leemeljük, úgy az inga, mielőtt megnyugodnék, előbb még egy ideig ide-oda mozog, de mozgása folytonosan gyengül, s ama kis akadályok által lassanként felemésztetvén, végre egészen megszűnik. Épen ezért szükséges, hogy az óra mozgatására egy, bár kicsiny, de folytonosan működő hajtó erőt alkalmazzunk. Ilyet szolgáltat a súly.
E példa különben könnyen nyujt mértéket a munka nagyságának meghatározására. Tegyük fel, hogy az óra egy fontnyi súly által hajtatnék, s e súly huszonnégy óva alatt öt lábbal sülyedne. Vegyünk tiz ugyanilyen szerkezetű órát, úgy e tiz óramű 24 óráig fog hajtatni, s mivel ugyanazon idő alatt mindegyikök ugyanazon ellenállást győzi le, úgy összesen tizszeres munka fog végeztetni, a mennyiben tiz font öt lábbal sülyed. Ebből azt következtetjük, hogy ugyanazon esési magasság mellett a munka a súlylyal arányosan növekszik.
Ha a fonalat annyira meghosszabbithatjuk, hogy a súly tiz lábbal szállhasson alá, úgy az óra egy nap helyett két napig fog járni, s a súly kétszeres esési magasság mel-
lett a második napon megint annyi ellenállást fog legyőzni, mmt az első napon; s így egész munkája kétszer oly nagy lesz, mintha csak öt lábnyit szállott volna. Ugyanazon súly mellett tehát a mnnka az esési magassággal arányosan növekszik. Ebből az következik, hogy a súly nagyságának és esési magasságának szorzatát, legalább a tárgyalt esetben, a munka mértékének kell tekintenünk. E mérték alkalmazása azonban tettleg nincs ezen egyetlen esetre szoritva, mert a gyakorlatban átalánosan alkalmazott munka-mérték * ugyancsak a lábfont, vagy is azon munka, melyet egy fontnyi súly egy lábnyi magasságra emelve, végezhet.
A munkaerő ezen mértéke tettleg a gépek minden nemére alkalmazható; mert egy hengerkerékkel összekötött megfelelő súly által mindannyit mozgásba hozhatjuk. Ekként bármely hajtó erő nagyságát minden tetszőleges gépre nézve azon súly nagysága és esési magassága által fejezhetjük ki, mely szükséges volna arra, hogy a gépet működésben tartsa mindaddig, mig az valamely meghatározott munkát végzett. Ép ezért mérhetjük a munkaerőt átalában lábfontok szerint. Igaz, hogy a súly alkalmazása hajtó erőül ily esetekben nem lenne gyakorlatilag előnyös, midőn a súlyt saját karunk erejével kellene emelni, mert egyszerűebb [sic!] volna ilyenkor magát a gépet karunkkal mozgatni. Az óránál a súlyt azért alkalmazzuk, hogy ne kelljen egész napon át kerekei mellett állanunk, mint ezt tennünk kellene, ha közvetlenül akarnók mozgatni. Midőn az órát felhúzzuk, bizonyos munkaerő készletet halmozunk fel benne, mely a következő 24 óra szükségletének fedezésére szolgál.
Másként van a dolog, ha maga a természet emeli a súlyt, melynek munkáját hasznunkra fordithatjuk. Ez ugyan nem történik a szilárd testekkel, legalább nem elég szabá-
* Az itt emlitett munka-mérték nem egyéb, mint a munka gyakorlati vagyis technikai mértéke, melyet a tudományos mértékbe átszámithatunk, ha azt a nehézség intenzitásával szorozzuk.
lyosan, hogy abból hasznot huzhatnánk, de bőségesen történik ez a vizzel, mely a meteorologiai folyamatok által a hegyek magaslatára emeltetik, s aztán onnét ismét aláfoly. A viz súlyát hajtó erőül használjuk a vizi malmoknál, és pedig legközvetlenebbül az ú. n. felülcsapó vizikerekeknél,
12-ik ábra.
minőt a 12-ik ábra mutat. Kerületükön sorban nyilt szekrények vannak alkalmazva, melyek viztartókul szolgálnak s a keréknek a szemlélő felé forditott oldalán felfelé nyilnak, a belső, elfedett oldalon pedig nyilásaikat lefelé forditják. A víz M-nél felülről az előálló szekrényekbe foly, lent F-nél pedig, hol a szekrények nyilása lefelé kezd hajolni, ismét
kiömlik. A kerék kerületén alkalmazott szekrények közül e szerint a szemlélő felé forditottak mindig tele vannak, az előle elfödöttek pedig mindig üresek; az elsőket viztartalmuk nyomja, az utóbbiakat nem. A viz súlya tehát folytonosan hat a kerék egyik oldalára, s azt lefelé húzván, a kereket forgásba hozza; a kerék másik oldala pedig e forgásnak ellent nem áll, mert vizet nem tartalmaz. Lényegében véve itt is az aláeső viznek súlya az, mi a mozgást létrehozza, s így a hajtó erőt szolgáltatja. Könnyen beláthatjuk azonban, hogy a vizsúlynak, mely a malmot hajtja, a kerék mozgatása végett itt is szükségképen alá kell esnie, s hogy a viz, midőn alól [alul] megérkezett, súlyából mit sem veszitett, de a kereket tovább mozgatni még sem képes, ha csak az emberi kar vagy valamely más természeti erő segélyével útjának magasabb helyzetébe vissza nem emeltetik. Ha a viz a malomárok alsó részéből még mélyebb helyekre eshetik alá, úgy még más malomkerekek hajtására is használtathatik. Midőn végre pályájának legmélyebb helyére, a tengerbe érkezett, úgy a föld vonzásától nyert munka erejének utolsó maradványa is kimerült, s ekkor súlya új munkát nem végezhet mind addig, mig újra a magasba nem emeltetik. Meteorologiai folyamatok az utóbbi munkát valóban elvégzik, miből azt látjuk, hogy e folyamatokat is a munkaerő forrásainak kell tekintenünk.
A vizerő az első szervetlen erő volt, melyet az ember saját és házi állatainak ereje helyett munka végzésére felhasználni tudott. Strabo tanusága szerint már a természetismereteiről egyébként is híres Mithridates pontnsi király ismerte a vizerő alkalmazását, s palotája mellett vizi kerék mozgott. A rómaiaknál az első császárok uralkodása alatt hozattak ezek alkalmazásba. Vizi malmokat a hegyes vidékek völgyeiben még ma is találunk mindenütt, hol gyors folyású és rendesen bő patakok és folyók vannak. A vizierőt egyátalában mindazon czélok elérésére alkalmazva találjuk, melyek gépek által elérhetők, s melyekre elegendő
munkaerőt bir szolgáltatni. Segélyével malmokat hajtunk, melyek gabnát [!] őrölnek, vagy fürészmalmokat hámorokat zúzóműveket, fonógyárakat, szövőszéket stb. A legolcsóbb hajtó erő ez, mely a természet kimerithetetlen készletéből az embernek folytonosan segítségére jő; de helyhez van kötve s csak hegyes vidékeken áll gazdagon rendelkezésünkre, mig a sík vidéken terjedelmes csatornázásra van szükség, hogy a viz hajtó erejéből csak némi hasznot húzhassunk.
Mielőtt másnemű hajtó erők megbeszélésére térnénk át, egy kételyt kell eloszlatnom, mely könnyen előállhatna. Tudjuk, hogy a gyakorlatban csigák, emeltyűk s egyéb olyan gépek vannak alkalmazásban, melyek segélyével nagy terheket aránylag csekély erőfeszítéssel lehet felemelni. Gyakran látjuk azt, hogy egy vagy két munkás oly súlyos köveket von fel magas épületek tetejére, melyeket közvetlenül megmozditani sem birna, vagy hogy egy vagy két munkás emelőcsiga segélyével a legnehezebb csomagokat a hajókból a partra emeli. Ha tehát egy nagy s nehéz súlyt használtunk volna valamely gép mozgatására, nem volna-e lehetséges azt emelőcsigák vagy emeltyűk segélyével minden megerőltetés nélkül újra felemelni, úgy hogy az még egyszer hajtó erő gyanánt szolgáljon; nem lehetne-e ily módon jelentékeny hajtó erőt teremteni a nélkül, hogy arra a súly emelésénél nagy erőmegfeszitést kellene forditanunk?
Azt felelhetjük erre, hogy ez eszközök, a mily mértékben könnyebbitik pillanatnyilag a megerőltetést, oly mértékben hoszszabbitják tartamát úgy, hogy alkalmazásuk által végre semmi munkaerőt nem nyerünk.
Tegyük fel, hogy négy munkásnak egyszerű csiga körül tekert kötél segélyével négy mázsányi súlyt kellene emelnie. Valahányszor a kötelet négy lábbal aláhúzzák, a súly mindannyiszor négy lábbal emelkedik. Függeszszük most ugyanazon súlyt egy négy csigából álló csigasorra, minőt a 13-ik ábra mutat. Egyetlen munkás képes lesz most
13-ik ábra.
a súlyt ugyanazon erőmegfeszitéssel felemelni, mint akkor, midőn negyedmagával működött. De ha most a munkás a csigasor kötelét négy lábbal húzza alább, akkor a súly csak egy lábbal emelkedik, mert a hossz, melylyel a kötelet a-nál lehúzza, a csigasor négy kötelére egyenletesen oszlik el, s így mindenikök csak ama hossz negyedével rövidül. Egy munkásnak tehát négyszer oly soká kell dolgoznia, mint négy munkásnak, hogy a súlyt ugyanazon magasságra emelje. A végzett munka azonban ugyanaz lesz, akár négy munkás egy negyedóráig, akár egy mnukás egy óráig dolgozott.
Hogy itt az emberi munkát súly munkája által helyettesithessük, függeszszünk a csigasor alsó végére 400 fontnyi súlyt; a kötél végére pedig a-nál, hol azt rendesen a munkások szokták húzni, 100 fontnyi súlyt. A csigasor akkor egyensúlyban lesz és karunk jelentékeny megerőltetése nélkül mozgatható. A 100 fontnyi súly sülyed, a 400 fontnyi emelkedik; s így a nehéz súlyt minden egyéb emlitésre méltó erőkifejtés nélkül csupán a könnyebb súlynak
sülyesztése által emeltük. De ne feledjük azt sem, hogy a könnyebb súly négyszer annyira sülyed, mint a mennyire a nehezebb felemelkedett. Száz font négy lábbal szorozva csak úgy négyszáz lábfontot ad, mint négyszáz font egy lábbal szorozva.
Az emeltyűk különböző nemei e tekintetben a csigák módjára működnek. Legyen ab (14-ik ábra) egy egyszerű, kétkarú emeltyű, mely c-nél meg van támasztva, s melynek egyik karja cb négyszer oly hosszú, mint a másik ac. Függeszszünk b végére egy fontnyi, másik a végére pedig négy fontnyi súlyt, s az emeltyű egyensúlyban lesz, úgy, hogy azt számitásba nem jövő erőmegfeszitéssel a'b' helyzetbe hozhatjuk, melyben a nehéz négy fontnyi súly emelkedett,
14-ik ábra.
a könnyebb egy fontnyi pedig sülyedt. De jegyezzük meg jól, hogy azért munkát ez esetben sem nyertünk, mert ha a nehéz súly egy hüvelykkel emelkedett, akkor a könnyebb négy hüvelykkel sülyedt, már pedig négy fontszor egy hüvelyk csak annyi munka, mint egy fontszor négy hüvelyk.
A legtöbb szilárd géprészeket más alakba öntött összetett emeltyűknek tekinthetjük. A fogaskerék például nem egyéb, mint az emeltyűk bizonyos sorozata, melyeknek végei az egyes fogak által vannak kijelelve, s melyeknek egyike
a másik után jő tevékenységbe, a mint az illető fog a szomszédos hajtó művet megfogja, vagy az által meg lesz fogva. Tekintsünk például a 15-ik ábrában rajzolt felhúzó gépre. A hajtó keréknek, mely a forgattyü tengelyén van megerősitve, 12 foga legyen, a HH fogas keréknek pedig hatszor anynyi, tehát 72. Hatszor kell itt a forgatyút megforgatnunk, mig a fogaskerék H s vele a hozzá erősitett henger D egy forgást tesz, s mig a súlyt hordó kötél a henger kerületének hosszával emelkedik. A munkás tehát hatszor annyi ideig, de az erőnek csak egy hatodrészével fog dolgozni, mint akkor, midőn ugyanezen munkát a D henger közvetlen forgatása által végezi.
15-ik ábra.
Mindezen gépekre és géprészekre nézve azt találjuk, hogy használatuknál az erő kisebbedik, akkor ha a munkavégzés ideje nagyobbodik; s megforditva, az erő nagyobbodik, ha a munkavégzés ideje kisebbedik; de hogy maga a munka nagyságát egy gép sem növeszti.
Az imént leirt felülcsapó malomkerekeknél a viz súlya által gyakorol hatást. Malomkerekeink egy másik fajánál az ú. n. alulcsapó kerekeknél, minőt a 16-ik ábra mutat, a viz csupán lökése által működik. E kerekeket ott szoktuk használni, hol a magasság, melyről a viz aláfoly, nem elég jelentékeny arra, hogy a vizet a kerék felső részére ömleszthessük. Alsó részükkel az áramló vizbe vannak mentve, mely a lapátokba ütközik, s ezeket magával ragadja. Gyorsan áramló folyamokon, mint például a Rajnán vagy a Dunán, melyeknek esése alig észrevehető, ily kerekeket hasznosan alkalmazhatunk. Nem szükséges ugyanis, hogy a viznek szomszédságukban nagy esése legyen, elég ha a kellő sebességgel érkezik oda. Ez esetben a munkaerőt a viznek sebessége szolgáltatja, mely a kerék lapátaira gyakorolt lökést okozza.
16-ik ábra.
A sebesség ilyetén hatására egy más példát a szélmalmok szolgáltatnak, minőket északi Németország, Németalföld és Magyarország rónáin a folyó vizek hiányában al-
kalmaznak. Itt a mozgó lég, t. i. a szél az, mely a malom szárnyait hajtja. A nyugvó lég ép oly kevéssé képes a szélmalmot hajtani, mint a nyugvó viz a vízi malmot. A hajtó erő tehát ez esetekben a mozgatott tömegek sebességéből ered.
A puskagolyó, kezünkben tartva, a legártatlanabb dolog a világon; nehézségével valami nagyobb hatást nem bir gyakorolni; de ellőve s nagy sebességgel fölszerelve, romboló hatalma korlátot nem ismer.
Ha a kalapács fejét csendesen egy szegre helyezem, úgy csekély súlya vagy karomnak nyomása nem lesz elég arra, hogy a szög a fába szorittassék. Midőn azonban a kalapácsot meglóditva nagy sebességgel ejtjük alá, akkor az új erőt nyer, mely még az emlitettnél jelentékenyebb ellenállásokat is képes legyőzni.
E példákból látjuk, hogy a mozgatott tömeg sebessége hajtó erőt képvisel. A mechanika a sebességet,
a mennyiben az hajtó erőül szolgál és munkát végezni képes, eleven erőnek hívja. Ez elnevezést szerencsésen választottnak nem mondhatjuk, (*) könnyen tévedésekre szolgáltathat alkalmat, ha az élő lények erejére gondolunk. A kalapács és a puskagolyó példájából látni lehet hogy a sebesség elvész, mihelyest munka végzésére fordittatik. A vizi malomnál és a szélmalomnál mégis pontosabban kellene vizsgálnunk a víz- és légrészek mozgását, ha meg akarnánk győződni arról, hogy a munka, melyet végeztek, sebességüknek egy részét felemésztette.
17-ik ábra.
A sebesség és a munkaerő kölcsönös viszonya minden esetre legközvetlenebbül előtűnik az egyszerű ingán, minőt könnyen előállithatunk, ha valamely súlyt fonalra függesztünk. Legyen M a 17-ik ábrában egy ilyen gömbalakú súlyos test; legyen AB a középpontján átmenő vizszintes egyenes, és P e fonálnak felső, megerősített vége. Ha most az M súlyt oldalt A-felé húzzuk, úgy az Ma köríven fog mozogni, melynek a vége valamivel magasabban fekszik, mint a vízszintes egyenesnek A pontja; a súlyt tehát Aa a magassággal emeltük. Karunknak épen ezért bizonyos munkát kell végeznie, midőn a súlyt a-ba viszi. A nehézség pedig ellentáll e mozgásnak s a súlyt a lehető legmélyebb pontba, M-be iparkodik visszahajtani.
Ha tehát a súlyt előbb a-ig emelem, s ott elbocsátom, úgy az a nehézség erejét követve M-felé mozog, s oda érve bizonyos sebességet nyer, de nem nyugszik meg, úgy mint elébb, hanem M-en túl b-ig halad, s végre ott egy pillanatig megállapodik, mintán B felé ép oly nagy ívet irt le, mint előbb A felé, s miután a vizszintes egyenes felett Bb hoszszal emelkedett, mely a másik oldalon elért Aa magassággal egyenlő. Az inga b-nél megfordul, s ugyanazon úton M-en át ismét a-hoz ér és így tovább, mindaddig, mig lengései a lég ellenállása és a surlódás által folytonosan gyengittetvén, végre megszünnek.
(*) Az "eleven erő" mai elnevezése "mozgási energia." Helmholtz idejében ezt a mennyiséget már széltében használták, de nem a mai nevén. Lásd a 328. oldali jegyzetet. [NF]
Látjuk ebből, hogy annak okát, hogy a súly, midőn a-ból jövén, M-en keresztül megy, ott meg nem áll, hanem a nehézség erejének ellenében b-felé emelkedik, csupán sebességében kell keresnünk. A sebesség, melyet akkor ért el, midőn az Aa magasságról lefelé mozgott, arra képesiti, hogy az Aa-val egyenlő Bb magasságra újból felemelkedjék. A mozgatott tömegnek (M) sebessége tehát e tömeget emelni, azaz mechanikai értelemben munkát végezni képes. Ugyanez történik, ha e sebességet a felfüggesztett súlylyal lökés által közöltük volna.
Egyszersmind azt tanuljuk ebből, mikép kell a sebesség munkaerejét, vagy más szavakkal, a mozgatott tömeg eleven erejét mérnünk; lábfontokban kifejezve azon munkával egyenlő az, melyet ama tömeg végezni bir, mintán már sebességét arra használtuk fel, hogy a tömeget a lehető legkedvezőbb körülmények között a lehető legnagyobb magasságra emeljük. * A sebesség iránya nem jön itt tekintetbe, mert midőn a súlyt a fonál körül forgatjuk, a lefelé irányzott mozgást könnyen felfelé irányzottá változtathatjuk.
Az inga mozgása világosan előtünteti azt is, miként alakulhat át a munkaerő egyik neme a másikba. Az a és b pontokban (17-ik ábra), a tömegnek nincs sebessége, de emelve van az Aa vagy Bb magasságra; az m pontban ellenben a lehető legmélyebb helyzetet foglalja el, de sebessége van. Midőn a súly a-ból m-be mozog, az emelt súly munkája eleven erővé változik, s midőn a súly m-ből b-ig folytatja útját, az eleven erő az emelt súly munkájává alakul. A munka tehát, melyet karunk az ingával kezdetben közölt,
* Az eleven erő mértéke az elméleti mechanika értelmében nem egyéb mint a súly és a sebesség négyzetének fél szorzata. Ha e mennyiséget a munka technkai mértékére akarjuk átszámitani, úgy még a nehézség intenzitásával (a szabad esés közben egy másodpercz alatt elért sebességgel) kell sokszorozni.
lengései közben nem vész el, – legalább a mennyiben a lég ellenállása s a surlódás befolyásátől eltekinthetünk, – de nem is gyarapodik, hanem alakját folytonosan változtatja.
Térjünk most át egyéb mechanikai erőknek, s különösen a ruganyos testek erőinek vizsgálatára. Zsebóráinkban s némely fali óráinkban a súlyok helyett aczélrugókat találunk, melyek az óra felhúzása alkalmával megfeszittetnek, s feszitő erejöket csak akkor vesztik el, midőn az óraművet már egy napon át mozgatták. A rugó megfeszitésére karunk erejét használjuk; karunk győzi le a rugó ruganyos ellenálló erejét, valamint az előbb tárgyalt esetben a súlynak nehézségét. A megfeszitett rugó azonban munkát képes végezni, s e képességet az óramű forgatása közben lassanként felemészti.
Midőn a kéz-íjjat megfeszitjük s kilőjük, a megfeszitett rugó a nyilat mozgásba hozza, s vele sebesség alakjában munkaerőt közöl. Hogy az ívet megfeszitsük, karunknak néhány másodperczig mnnkát kell végeznie; e munka a nyillal a kilövés pillanatában közöltetik. A kézíjj tehát arra szolgál, hogy az egész munkát, melyet karunk vele a megfeszités tartama alatt közölt, rendkívül rövid pillanatra gyüjtse össze; mig az óra a vele közlött munkaerőt egy vagy több napra osztja el. Munkát egyik esetben sem nyerünk, de az, melyet karunk az eszköznek átadott, czélszerűen fog kiadatni.
A ruganyos test megfeszitését azonban karnnk megerőltetése nélkül más természeti folyamatok utján is eszközölhetjük. A gázok erre különösen jó alkalmat szolgáltatnak.
Midőn például puskaporral töltött fegyvert kilövünk [elsütünk], az elégő puskapor nagy része rendkivül magas hőmérsékű gázokká változik át, melyek a szűk térben, hol keletkeztek, roppant nyomás által visszatartva, nagy erővel iparkodnak kiterjedni. Erőszakos kiterjedésük közben a golyót maguk előtt hajtják, s vele nagy sebességet közölnek, melylyel, mint a munkaerő egyik alakjával, már megismerkedtünk.
Ez esetben tehát karunk megerőltetése nélkül munkát nyertünk, de valami mégis elveszett, t. i. a puskapor, melynek alkatrészei oly vegyületekké alakultak át, melyekből azokat előbbi állapotukba egykönnyen nem vihetjük vissza. A munkaerőt tehát ez esetben vegyi folyamat utján nyertük.
Még sokkal nagyobb mértékben nyerünk ruganyos erőt gázok hevitése által.
Vegyük a példa egyszerűsége kedvéért a légköri levegőt. A 18-ik ábra egy eszközt mutat, melyet Regnault a hevitett gázok táguló erejének mérésére használt. Ha pontosabb mérésekre nincs szükség, úgy ez eszköznek még sokkal egyszerűbb szerkezetet adhatunk. C-nél száraz léggel telt üveggolyót látunk, a forróviz gőzei által megmelegitendő bádogedénybe betolva. E golyó valamely folyadékkal
18-ik ábra.
telt U-alakú Ss csövei van kapcsolatban, melynek szárai az R csap bizonyos állása mellett egymással közlekednek. Ha a folyadék az Ss csőben egyensúlyban volt akkor, midőn a golyó hideg volt: úgy az s szárban felemelkedik s végre felül kiömlik, mihelyest a golyót felhevitjük. Ha ellenben a folyadékot a golyó hevitése közben egyensúlyba hozzuk az által, hogy annak egy részét R-nél kieresztjük, úgy az a lehülés közben n felé fog felszivatni. Mind a két esetben a folyadék egy részének felemelése s ez által munka végeztetik.
Legnagyobb arányaiban látjuk e kisérletet a gőzgépeknél. A golyó (18-ik ábra) légtartalma helyett, mely bizonyos hőmérsék mellett tágulásának maximumát csakhamar eléri, a gőzkazánban vizet használunk, mely a hevités által lassanként gőzzé alakul, s amely így lehetővé teszi, hogy a kazánban folytonosan új, összenyomott gázok keletkezzenek. A vizgőz azonban, a meddig vizgőz, nem egyéb ruganyos gáznál, mely a légköri levegő módjára tágulni törekszik. A folyadék-oszlop helyett pedig, mely az utolsó kisérletünknél felemeltetett, a gőzgépben szilárd dugattyú lesz felemelve, mely mozgását egyéb szilárd géprészekre viszi át. A 19-ik ábrában a felső nyomású gőzgép működő alkatrészei elölről, a 20-ik ábrában pedig keresztmetszetben vannak lerajzolva. A gőzkazán, melyben a gőz előállittatik, nincs oda rajzolva; a gőz zz csövön (20-ik ábra) át AA hengerbe tolúl, melyben egy szorosan záró C dugattyú mozog. Azon részek, melyek zz cső és az AA henger között feküsznek, t. i. a tolószelep a KK szekrényben, és a két cső d és e arra szolgál, hogy a gőz a szelep állása szerint majd d-én át a henger alsó részébe a dugattyú alá, majd annak felső részébe a dugattyú fölé nyomulhasson, ez alatt a henger másik részében szabadon kifelé tolulván. Ha gőz a dugattyú alá kerül, úgy felfelé hajtja azt; mihelyest azonban a dugattyú fent megérkezett, a tolószelep állása megváltozik, s a gőz a dugattyú fölé nyomulván, azt újra
19-ik ábra.
lefelé tolja. A dugattyű rúdja a P könyökrúd közbenjárásával az X lenditő kerék Q forgantyújára hat, s azt forgásba hozza. E kerék mozgása viszont az s rúdszerkezet segélyével azt hozza létre, hogy a szelep annak idején áthelyeztessék. Nem szükséges, hogy e helyen, bár mennyire érdekes lenne is az, közelebbről foglalkozzunk e mechanikai szerkezetekkel. Nekünk itt csupán arra kell figyelnünk, hogy miként hoz a hő ruganyosan összenyomott gőzöket létre, s miként kényszerül a gőz, tágulása közben a gép szilárd részeit mozgatva, használatunkra munkaerőt szolgáltatni.
Ismeretes mindannyiunk előtt, mily hatalmas s mily változatos műveletekre alkalmatosak a gőzgépek; az ipar óriási kifejlődése, mely századunkat az előbbiek fölött kitünteti, jóformán csak ezeknek köszönhető. Legnagyobb előnyük az előbb használatban levő hajtó erők fölött abban áll, hogy nincsenek helyhez kötve. A szénkészlet s az aránylag csekély vizmennyiség, melyek hajtó erejöknek forrásait képezik, könnyen elvihetők bárhova. Mi több, magukat a gőzgépeket is mozgókká tehetjük, mint ezt a gőzhajók és gőzmozdonyok mutatják. E gépek segélyével lehetségessé vált, hogy a földfelület bármely pontján, úgy, mint a bányák mély aknáiban, vagy a tenger közepén csaknem kimerithetlen munkaerőt fejtsünk ki; mig ellenben a vizi malmok és szélmalmok a szárazföld bizonyos pontjaihoz vannak kötve. A gőzmozdony ma oly nagy számban s oly sebességgel viszi az utasokat, hogy elődeink, kik szerény postakocsijokat hat utassal belsejében, óránként egy mértföldnyi sebességével, már roppant haladásnak tekintették, méltán hihetetlen mesének tarthatták volna azt. Gőzhajók a szelek irányátől függetlenül metszik át az oceánt, viharok ellen küzdve, melyek vitorlás hajókat útjokból messze eltávolitanának, czéljukat a meghatározott időben bizton elérik. Azon előny, mely az ügyes munkások csoportosulásából nagyobb városokban, hol a viz- és szélerő rendesen hiányzik, az ipar
20-ik ábra.
minden ágaira háramlik, a gőzgépek alkalmazása által érvényesithetővé válik, a mennyiben e gépek mindenütt helyet foglalván, a szükséges durva erőt szolgáltatják, úgy, hogy az értelmesebb emberi munka csak magasabb czélokra lesz felhasználva. Mindenütt, hol a talaj minősége, vagy a közlekedés előnyei az ipar fejlődését lehetővé teszik, erőforrásképen gőzgépeket találunk alkalmazásban.
Látjuk ezekből, hogy a hő mechanikai munkaerőt képes teremteni. Az eddig tárgyalt esetekbeu úgy találtuk, hogy a bizonyos physikai folyamat által létrehozott munkaerő mennyisége bizonyos határokon túl soha sem növekedhetik s hogy a végzett mű által maga a természeti erők további munkaképessége csökken. Mily szerepet játszik e tekintetben a hő?
E kérdés döntő fontossággal birt arra nézve, hogy az erő megmaradásának törvénye az összes természeti jelenségekre kiterjesztethessék. Megoldása legélesebben tüntette ki azon ellentétet, mely az itt tárgyalt viszonyok felfogására nézve a régi és az új nézet között fennállott. Ez okból az erő megmaradásának elvéu alapuló természetnézetet a physikusok közül sokan mechanikai hőelméletnek nevezik.
A régiebb nézet a hőt anyagnak tekintette, mely ámbár rendkivül finom és megmérhetetlen volna, de azért mégis birna az anyagnak ama lényeges alaptulajdonságával, miszerint azt megsemmisiteni, vagy annak mennyiségét megváltoztatni nem lehet. A természeti folyamatok nagy számánál a hőmérő által kimutatható hőmennyiséget valóban változatlannak találjuk.
Bár a hő, vezetés vagy sugárzás által, melegebb testekből hidegebbekbe átmehet, mégis a hőmennyiség, melyet amazok elveszitenek, emezekben a hőmérő által kimutathatóan újra fellép. Már régebben ismeretesek voltak egyes folyamatok, melyeknél, mint különösen a testek átalakulásánál, szilárd állapotukból cseppfolyó vagy gázalakú állapo-
tukba, a hő, legalább a hömérőre nézve, elveszett; de ha a gázalakú test újra a cseppfolyó, s a cseppfolyó újra a szilárd állapotba visszavitetett, úgy ezen hőmennyiség, mely előbb elveszettnek látszott, újra előtünt. Azt mondták ilyenkor, hogy a hő lappangóvá vált. A cseppfolyó viz, e nézet szerint a jégtől az által különbözik, hogy bizonyos mennyiségű kötött meleget tartalmaz, mely épen azért, mert le van kötve, nem képes a hőmérőre átmenni, s arra hatást gyakorolni. A vizgőzben ugyanez okból még nagyobb mennyiségű hőanyag van lekötve. Ha tehát a gőzt lecsapódni hagyjnk, vagy a cseppfolyó vizet újra megfagyasztjnk, úgy épen annyi hő válik szabaddá, mint a mennyi a jég olvadása és a viz elpárolgása közben lappangóvá vált.
Sok vegyi folyamatnál hő keletkezik, másoknál eltűnik. De még ezen jelenségeket is magyarázni lehetett azon feltevés segélyével, hogy a különböző vegyi elemek és vegyületek bizonyos lappangó hőt tartalmaznak, mely összetételük változása alkalmával majd szabaddá válik, majd kivülről pótlásra szorúl. Pontos kisérletek még azt is mntatták, hogy azon hőmennyiség, mely valami vegyi folyamatnál, így példáúl egy font tiszta szénnek szénsavvá égetésénél kifejlődik, mindig állandó, akár az elégetés lassan vagy gyorsan, akár egyszerre vagy fokozatosan eszközöltetnék. Mindez megegyeztethető volt azon feltevéssel, mely a régi hőelméletnek alapját képezte, hogy t. i. a hő nem egyéb, mint változatlan mennyiségű anyag. Az itt röviden emlitett természeti folyamatok terjedelmes kisérleti és mennyiségtani vizsgálódások tárgyáúl szolgáltak. Különösen a mult század második felének s e század elejének nagy franczia physikusai foglalkoztak e tárgygyal, s azt a physika gazdag fejezetévé tették, melyben azon feltevéssel, miszerint a hőt anyagnak kell tekinteni, minden megegyezni látszott. A hőmennyiség változatlanságát, mely mind ama folyamatoknál mutatkozott, az időben más úton magyarázni nem is tndták. A hőnek viszonya azonban a mechanikai
munkához ekkoráig nem méltattatott szigorú vizsgálatra. Csak egy franczia mérnök, Sadi Carnot, a franczia forradalom híres hadügyminiszterének unokaöcscse, tett kisérletet (1824) a hő által végzett munka létrejöttét azon feltevés által magyarázni, hogy a hőanyag a gázok módjára kiterjeszkedni törekszik. E feltevés alapján a hő munkaképességére nézve egy sajátságos törvényt állitott fel, mely újabb időben Clausius által átalakitva, még ma is az úgynevezett mechanikai hőelmélet alapkövei között foglal helyet, s melynek gyakorlati következtetései, a mennyiben a tapasztalással összehasonlithatók voltak, már akkor is helyeseknek mutatkoztak.
A mellett a tapasztalat még azt is mutatta, hogy valahányszor két mozgó test egymáshoz surlódik, mindannyiszor hő keletkezik, bár annak oka egészen ismeretlen volt.
E tényt mindenki ismeri; a kocsikerék roszúl kent és azért erősen surlódó tengelye néha felhevül annyira, hogy meggyullad, gyorsan forgó gépkerekek vastengelyei pedig néha az ágyakhoz forradnak. Már kevésbbé heves surlódásnál is jelentékeny hő fejlődik ki. Minden gyufa tanuskodhatik erről, midőn azt surlódás által egy pontjában annyira felhevitjük, hogy ott a phosphortartalmu anyag meggyullad. Ha száraz tenyereinket erősen összenyomva egymáshoz dörzsöljük, úgy közvetlenül érezzük ama dörzsölési meleget, mely sokkal jelentékenyebb azon melegítésnél, melyet a kezek nyugodtan egymásra helyezve előidéznek; az égetett szarvéhoz hasonló szag pedig, mely ilyenkor tenyereinkből kiárad, azt tanúsítja, hogy tenyerünknek szarúállományím felbőre felületesen meg lett pörkölve. Műveletlen népek fadarabokat dörzsölnek össze, hogy tüzet csináljanak. E czélból egy hegyes, orsóalakú kemény fadarabot, puhafából készült alapra támasztva, a 21-ik ábrán kijelelt módon hoznak mozgásba.
Mig csupán szilárd testek surlódásáról volt szó, mely mindig egyes, a felületen fekvő részecsek leszakitásával és
21-ik ábra.
összenyomásával járt együtt, addig arra lehetett gondolni, hogy a dörzsölt testek szerkezetének bizonyos változásai lappangó hőt szabaditanak fel, mely aztán mint dörzsölési hő tűnik elő.
Hőt azonban folyékony testek dörzsölése által is hozhatunk létre, melynél a szerkezet változásáról és a lappangó hő felszabadulásáról szó sem lehet. Az első döntő kisérletet ez irányban e század elején Sir Humphrey Davy eszközölte. Lehűtött térben két jégdarabot dörzsölés által megolvasztott. A lappangó hő, melyet a közben az újonnan alakult viz felvett, a hideg jégből vezetés utján oda nem juthatott, s nem is keletkezhetett a szerkezet megváltozása folytán; tehát dörzsölés folytán keletkezvén, csakis a dörzsölés eredménye lehetett.
Valamint a dörzsölés következtében, ép úgy a tökéletlenül ruganyos testek ütközése közben is keletkezik hő. Ez történik példáúl akkor, midőn kovával és aczéllal tüzet ütünk, vagy midőn vasszöget erős kalapácsütésekkel kiegyenesitünk.
Ha a dörzsölés és a nem ruganyos ütközés mechanikai jelentőségét keressük, úgy azt találjuk, hogy ezek oly folyamatok, melyek által a mozgó földi testek elébb-utóbb nyugvásba hozatnak. Valamely mozgó test, melynek mozgása ellenálló erők által nem akadályoztatnék, örökké mozogna. Példát találunk arra a bolygók mozgásában. A földi testek mozgásánál azonban sohasem történik az, mert ezek más, nyugvó testekkel érintkezvén, ezek részéről folytonosan surlódást szenvednek. E surlódást kisebbithetjük ugyan, de egészen megsemmisiteni nem birjuk. Ha egy kereket hozunk mozgásba, mely pontosan dolgozott tengely körül forog, úgy az forgó mozgását sokáig folytatni fogja; még pedig annál tovább, mennél finomabb és simább a tengely, mennél tökéletesebben van az megkenve, s mennél csekélyebb nyomásnak van alávetve. Az ily kerékkel a meglökés pillanatában közlött mozgás eleven ereje a surlódás által lassanként mégis elvész. Eltűnik az, s a dolog felületesen megvizsgálva úgy néz ki, mintha a keréknek eleven ereje minden megfelelő pótlék nélkül egyszerűen megsemmisittetett volna.
Ha egy golyót sík pályán elgurítunk, úgy az tovább gurul mindaddig, mig mozgása megsemmisittetik, azon kis lökések által, melyeket reá a pálya egyenetlenségei surlódás alakjában gyakorolnak.
Az inga jól felfüggesztve, órákon át minden óramű segítsége nélkül mozoghat; a környező légben és a felfüggesztési pontban reá gyakorolt gyenge surlódás végre mégis nyugvásba hozza.
A kő, mely a magasból esik le, a földre érve bizonyos sebességgel bír; tudjuk, hogy az bizonyos mechanikai munkával egyenértékű; míg e sebesség, mint sebesség van meg, addig képesek vagyunk azt alkalmas berendezések által felfelé irányozni, s így arra használni, hogy a követ újból a magasba hajitsuk. A kő azonban rendesen a földhöz ütközik s ott nyugalomba jő; ez ütközet látszólag megsem-
misiti a sebességet, s vele együtt a munkát is, melyet az végezni tudott volna.
Foglaljuk össze ezen a mindennapi életből meritett példákat, s azon eredményhez jutunk, hogy: e surlódás és a nem ruganyos ütközés oly folyamatok, melyeknél mechanikai munka megsemmisittetik, s a helyett hő keletkezik.
Joule-nak már előbb emlitett kisérletei egy lépéssel még előbbre vezetnek. Ő lábfontokban mérte meg azon munka mennyiségét, mely majd szilárd, majd folyékony testek surlódásánál megsemmisittetik, s viszont azon hőmennyiséget is, mely a közben keletkezik. Így e két mennyiség között bizonyos állandó viszonyt állapitott meg. Kisérletei ugyanis azt bizonyitják, hogy valahányszor a mechanikai munka rovására hő keletkezik, mindannyiszor bizonyos meghatározott munkamennyiség szükséges arra, hogy azon hőmennyiség keletkezzék, melyet a physikusok a hő egységeül választottak, t. i. azon hőmennyiség, mely egy gram viznek hőmérsékét a százfokú hőmérő egy fokával emeli. A hőegység keletkezésére felhasznált munka Joule legpontosabb kisérletei szerint azon munkával egyenlő, melyet egy gram 425 méternyi magasságból aláesvén, végezne.
Lássunk egynehányat azon kisérleti sorozatok közül, melyeket Joule módszerének végleges tökéletesitése eredményezett.
1. Kisérleti sorozat, melynél bádog edényben zárt viz surlódás által melegittetett. Az edény belsejében függőleges tengely forgott, melyhez tizenhat lapát volt erősitve; az így keletkezett vizörvény az edényhez erősitett válaszfalak által megtöretett. E válaszfalakon nyilások voltak kimetszve, melyeken a lapátok átmehettek. Az egyenérték 424,9 méter * volt.
* Szokásosabb a hő mechanikai egyenértékét a hőegységnek megfelelő munka által kifejezni. Így ez esetben 424,9 gramméterről kellene szólanunk. Ford.
2. Két hasonló kisérleti sorozatból, melynél a surlódó folyadék higany volt, ez egyenérték 425, és 426,3 méterrel találtatott egyenlőnek.
3. Két más kisérleti sorozat folyamában, hol egy kúp alakú vasgyürű egy másikhoz dörzsölődött, s mindkettő higanynyal vétetett körül, 426,7 és 425,6 méter találtatott.
Ez arány a hő s a megfelelő munka mennyisége között a megforditott folyamatra nézve, azaz akkor is helyesnek találtatott, midőn hő munkát végez. Hogy e folyamatot lehetőleg könnyen ellenőrizhető viszonyok között tanulmányozhassuk, czélszerűbb lesz, ha állandó gázokat veszünk tekintetbe s nem gőzöket, melyek különben gyakorlati szempontból nagy munkamennyiségek előállitására az állandó gázoknál alkalmasabbak. A gázok, lassan kiterjedvén, lehülnek. Joule mutatta ki legelőször, hogy mi ezen lehülésnek oka. A gáznak ugyanis kiterjedése közben azon ellenállást kell legyőznie, melyet a kiterjedés ellenében a lég nyomása és az edénynek lassanként engedő falai gyakorolnak; vagy ha elégtelen lenne ezen ellenállást legyőzni, legalább segítségére van az észlelő karjának, mely a kitágulást eszközli. A gáz tehát valóban dolgozik, s e munkáját hőtartalmának rovására végzi. Ez magyarázza a lehülést. Midőn azonban a gáz tökéletesen légüres térbe gyorsan átömlik, úgy ellenállásra nem találván, mint Joule megmutatta, egyátalában nem is hül le; vagy ha egyes részei lehülnek is, más részök megmelegszik akként, hogy hőmérsékletük a rögtöni kiterjedés után kiegyenlitődvén, épen akkora, mint az előtt volt.
Mennyi hőt fejlesztenek a különböző gázok az összenyomatáskor? mennyi munka szükséges összenyomatásukra? vagy megforditva, mennyi hő tűnik el, midőn saját nyomásukkal egyenlő ellennyomás alatt terjednek ki? mennyi munkát végeznek ez ellennyomás legyőzése közben? mind e kérdéseket részben már régibb physikai kisérletek, részben Regnault-nak újabb, rendkivül tökéletesitett módszerek szerint eszközölt kisérletei által döntötték el. A
legpontosabb, ilynemü adatokra alapitott számitás a hő mechanikai egyenértékérc nézve, következő értékekre vezetett:
| kisérletekből | légköri levegővel | 426,0 méter |
" |
oxygénnel | 425,7 " |
" |
nitrogénnel | 431,3 " |
" |
hydrogénnel | 425,3 " |
Ha e számokat összehasonlitjuk azokkal, melyek a hő és mechanikai munka egyenértékére nézve a surlódás tanulmányozásábŐl következtek, úgy megegyezéseiket valóban meglepőnek mondhatjuk, különösen ha meggondoljuk, hogy e számértékek különböző észlelők által, s különböző módszerek útján találtattak.
Az eredmény tehát a következő: bizonyos meghatározott hőmennyiség bizonyos meghatározott munkamennyiséggé alakulhat; e munkamennyiség azonban újra hővé, még pedig épen oly nagy hőmennyiséggé alakulhat át, mint a melyből keletkezett; e munka és hő mechanikai értelemben egymással egyenértékűek. A hő csak új alak, melyben a munkaerő előtünhetik.
E tények, melyek azt mutatják, miszerint a hőnek mennyisége nem változatlan, össze nem férnek azon nézettel, mely szerint a hőt anyagnak kellene tekintenünk. Hőt lehet teremteni és megsemmisiteni; teremteni akkor, midőn a testek látható mozgásának eleven erejét megsemmisitjük; és megsemmisiteni akkor, midőn hőt látható mozgássá alakitunk. Inkább azt kell tehát következtetnünk, hogy a hő maga is a mozgásnak egyik neme, még pedig a testek legkisebb elemi részeinek láthatatlan mozgása. Valahányszor tehát a surlódás és ütközés közben látszólag mozgás vész el, mindannyiszor nem vész az tettleg [ténylegesen] el, hanem csak a nagy látható tömegekről legkisebb részeikre megy át. A gőzgépnél ennek ellenkezője történik, mert ott a felhevitett gázrészecskék belső láthatlan mozgása alakittatik át a dugattyú mozgásává.
Milyen ezen mozgás, azt eddigelé csakis a gázokra nézve tudhatjuk némi valószinűséggel. A gázrészecskék, valószinűleg egyenes utakon, minden irányban össze-vissza mozognak, mig más részecsekkel összeütközvén, vagy a falról visszapattanván, mozgásuk irányát megváltoztatják. Ez alapon a gázokat szúnyog-rajokhoz hasonlithatjuk, melyek végtelenül kisebb és végtelenül tömöttebben összehalmozott részecskékből állanak. Ezen Kroenig, Clausius és Maxwell által érvényesitett feltevés tettleg számot ad a gázok összes jelenségeiről.
Az, mit a physikusok régebben a hőanyag állandó mennyiségének tartottak, nem egyéb, mint a hőmozgásnak összes munkaereje; mely mindaddig állandó marad, mig más alakba nem öntetik, vagy a munka más alakjaiból újra nem keletkezik.
A természeti erők egy másik munkaképes alakjára, a vegyi erőkre fogunk most áttérni. Az erők e nemével már volt dolgunk. A puskapor vagy a gőzgép hatásait végelemzésben ezek hozzák létre, a mennyiben a hő, melyet a gőzgép felhasznál, a szén elégetéséből, tehát vegyi folyamatból nyeretik. A szén elégetése nem egyéb, mint a tiszta szén és a légben foglalt oxygénnek vegyi egyesülése, mely e két anyag vegyrokonsági ereje folytán megy véghez.
Ez erőt vonzó erőnek tekinthetjük, mely azonban csak akkor működik, és pedig rendkivüli erélylyel, midőn a két anyag legkisebb részei legszorosabb szomszédságba jönek. Az elégésnél ez erők tettleg működésbe lépnek, a szén és az oxygénatomok elébb egymás felé rohanva, utóbb összetapadnak, s egyesülésök által egy új anyagot alkotnak, a szénsavat, melyet mindannyian ismerünk mint azon gáznemet, mely az erjedö s némely megerjedt italokban, így a sörben és a pezsgőben felfelé száll. E vonzó erő a szén és az oxygén atomjai között munkát végez épen úgy, mint azon vonzó erő, melyet a föld nehézség alakjában az emelt súlyra gyakorol. Midőn a súly földre esik, rázkódtatást
okoz, mely részben hangrezgések alakjában tovaterjed, részben mint hőmozgás a testben marad. Ugyanazon eredményt kell várnunk a vegyi vonzásoktól is. Midőn a szén-és oxygénatomok egymás felé rohanva szénsavvá egyesültek, az újonnan alakult szénsavrészecskéknek heves molekuláris mozgásba, úgynevezett hőmozgásba kellett jönniük. S valóban így van ez. Egy font szén oxygénnel szénsavvá égettetvén, annyi hőt szolgáltat, a mennyi arra szükséges, hogy 80 font viz a fagyponttól a forrpontig hevittessék, s valamint a súlynak esése közben mindig ugyanaz a munkamennyiség végeztetik, akár az lassan, akár gyorsan hull alá, ép úgy a szén elégetése közben is mindig ugyanaz a hőnmennyiség áll elő, akár az égés gyorsan, akár lassan, akár egyszerre, vagy fokozatosan eszközöltetnék.
Ha a szenet elégetjük, úgy helyette s a felhasznált oxygén helyett mint gázalakú érési terményt, szénsavat nyerünk. Közvetlenül az elégetés után izzó az. Ha később hevét a környezetnek által is adta, azért a szenet, az oxygént s az ezek közt működő vegyrokonsági erőt azontúl is magában foglalja. Csakhogy e rokonsági erő most csupán abban nyilvánul, hogy a szén- és oxygénatómokat szorosan összetartja, de munkát vagy hőt létre nem hozhat, ép úgy nem, mint a földre esett súly, mely munkát nem végezhet, mielőtt külső erők által újra fel nem emeltetik. Miután a szenet elégettük, nincs érdekünkben, hogy a szénsavat megőrizzük; nem tehet nekünk már semmi szolgálatot, s azért inkább azon fáradunk, hogy azt kéményeken át házainkból mennél előbb eltávolitsuk.
De lehetséges-e az, hogy a szénsavat újra alkatrészeire bontsuk, s az által velük újra azon hatásképességet közöljük, melylyel egyesülésük előtt birtak? Körülbelül úgy, mint a súlynak hatásképességét akkor helyreállitjuk, midőn azt a földről fölemeljük. Igenis, lehetséges. Látni fogjuk, hogy a növények életében csakugyan megtörténik ez; de lehetséges, bár csak hosszadalmas utakon, nem szerves fo-
lyamatok által is, melyeknek bővebb tárgyalása azonban feladatunktól messze elvezetne.
Egy más elemre, a hydrogénre nézve, mely épen úgy elég, mint a szén, ugyanezt könnyen és közvetlenül megtehetjük. A hydrogén a szén mellett az eléghető növény-anyagok egyik alkatrészét képezi; lényeges alkatrésze a világító gáznak is, melyet szobáink és utczáink világitására használunk; elkülönzött tiszta állapotban szintén gázállományú. Mindannyi gáz között a legkönnyebb, s meggyujtva gyengén világító kék lánggal ég. Ez elégésnél, vagy más szavakkal a hydrogén és az oxygén vegyi egyesülése közben jelentékeny hőmennyiség keletkezik, még pedig négyszer annyi, mint az elégetett hydrogén tömegével egyenlő széntömeg elégetése alkalmával. Az égési termény ez esetben viz lesz, mely többé égni nem képes, mert benne a hydrogén már telítve van oxygénnel. A hydrogén vegyrokonsági ereje e szerint az elégésnél munkát végez, mely hő alakjában lép föl, ép úgy, mint az a szén és az oxygén egyesülésénél történik. Az elégés útján keletkezett vizben a vegyrokonsági erő a két elem között még mindig fennáll ugyan, de munkaképessége elveszett. Újra el kell tehát az elemeket választanunk, újra szét kell atómjaikat szakitanunk, hogy tőlök újabb hatásokat nyerjünk.
Megtehetjük ezt az elektrikus folyamok segélyével. A 22. ábrában két megsavanyitott vizzel telt üvegedényt látunk a és a, melyek középen egy likacsos és vizzel jól átáztatott agyaglemez által vannak elválasztva. Mindkét oldalról a k platinahuzal az edények belsejébe nyúlik, végein az i és i' platinalemezeket hordván. Ha k platinahuzalokon át galvanikus áramot vezetünk a vizbe, rögtön azt látjuk, hogy az i és i' lemezekről gázbuborékok szállnak fel. E gázbuborékok a viz két alkotó eleméből állanak, t. i. az egyik oldalon hydrogénből, a másik oldalon oxygénből. E gázok g és g' csöveken át egymástól elkülönitve illannak el. Ha megvárjuk, mig a palaczkok felső részei és a csövek
22-ik ábra.
e gázokkal megtelnek, úgy az egyik oldalon a hydrogént meggyujthatjuk; kékes lánggal fog az égni. Ha pedig a másik cső végéhez pislogó gyuszálat közelitünk, úgy az lángra lobban, valamint az a tiszta oxygénben szokott történni, melyben az égési folyamatok egyátalában élénkebben mennek véghez, mint a körlégben, hol az oxygén nitrogénnel vegyülve, annak térfogatilag csak ötödét képezi.
Tartsunk hideg vizzel telt üvegpalaczkot a hydrogén lángja fölé, s látni fogjuk, hogy az égésnél keletkezett viz rácsapódik.
Ha a hydrogén alig világitó lángjába egy platinahuzalt tartunk, úgy az élénken izzóvá fog válni; mi több, az itt keletkezett hydrogén és oxygén keverékének dúsabb áramában a különben oly nehezen olvasztható platina meg is olvadna. A hydrogén, melyet az elektrikus folyam a vizből kiválasztott, újra képességet nyert tehát arra, hogy oxygénnel való egyesülése által nagy hőmennyiséget teremtsen; vegyrokonsága az oxygénhez újra munkaképes lett.
A munkaerőnek egy újabb forrásával ismerkedtünk itt meg, t. i. az elektrikus folyammal, mely a vizet elbontja. Maga e folyam galván elemek lánczolata által idéztetik elő, 23-ik ábra. A négy pohár mindegyike salétromsavat tar-
23-ik ábra.
talmaz, melybe tömött szénből készült üres henger merül be. A szénhenger belső üregében hengeralakú likacsos agyagedény áll, mely higított kénsavval van telve. Ez utóbbi folyadékba zinkhenger merül. Minden egyes zinkhenger az utánna következő pohár szénhengerével fémkapcsok által van összekötve, az utolsónak (n) kivételével, mely a vizelbontó készülék (22. ábra) egyik platinalemezével áll összeköttetésben, mig a másik platinalemez az első pohár szénhengerével (p) van egybekapcsolva.
Ha most e galván-készülék vezetékét bezárjuk s a viz elbontása megkezdődik, úgy azzal egyidejűleg magában a galván-lánczolatban is bizonyos vegyfolyamat fog véghez menni. A zink t. i. a környező vizből oxygént választ ki, s így lassan, de folytonosan égni fog. Az ekként keletkezett égési termény, a zink-oxyd, utóbb a kénsavval egyesül, melyhez nagy vegyrokonsággal bir, s így egy sónemű testet, a kénsavas zinket képezi, mely a folyadékban újra felolvad. A viz különben az oxygént, mely tőle elvonatik, azon salétromsavból pótolja, mely a szénhengereket körülveszi, s
mely gazdag oxygéntartalmának egy részét könnyen átengedi. A galván-lánczolatban tehát a zink a salétromsavban foglalt oxygén rovására kénsavas zinkoxyddá ég el.
Mialatt tehát egy égési termény, a viz, újra elbontatik, az alatt egy új elégés, a zink elégése megy véghez. Mig ott a vegyrokonság erőinek hatásképességét helyreállitjuk, addig itt megsemmisül az. Az elektrikus folyam nem szolgál egyébre, mint hogy az oxygénnel és a savval egyesülő zink vegyi munkaerejét a vizre vigye át, melyben az a hydrogén és az oxygén vegyrokonsági erejének legyőzésére fordittatik.
E szerint az elveszett munkaerőt ez esetben is helyreállithatjuk, de csak az által, hogy egy más munkaerőt, az oxygénnel egyesülő zink munkaerejét használjuk fel.
Az elektrikus folyam közvetitésével vegyi erőket vegyi erők által győztünk le. Ez eredményt azonban akkor is elérhetjük, ha az elektrikus folyamot egy magneto-elektrikus gép által (24. ábra) inditjuk meg. Ha a forgatyút mozgatjuk, úgy a nagy patkóalakú mágnesnek befont rézdróttal körültekert horgonya forgásba jő, s a közben a dróttekercsekben elektrikus folyamok keletkeznek, melyeket a és b pontokból el lehet vezetni. Kössük össze e drótvezetékek végeit a vizbontó készülékkel, úgy ily módon is nyerhetünk oxygént és hydrogént, bár sokkal csekélyebb mennyiségben, mint az előbb használt galván-lánczolat segélyével. E jelenség azonban különösen azért érdekes reánk nézve, mert annak folyamában karunk mechanikai ereje végzi a munkát, mely az összekötött vegyi elemek elválasztására szükségeltetik. Valamint a gőzgép a vegyi munkaerőt mechanikaivá, ép úgy a magneto-elektrikus gép a mechanikait vegyivé változtatja át.
Az elektrikus folyamok alkalmazása egyátalában tág körét nyitja meg a különböző természeterők közötti vonatkozásoknak. Ily folyamok által a vizet elemeire bontottuk, s ezt tehetnők a többi vegyületek nagy részével is. Más
oldalról a galván elemekben vegyi erők által elektrikus folyamokat hoztunk létre.
24-ik ábra.
A vezető közegek, melyeken e folyamok áthaladnak, mindig felhevülnek. Vékony platinahuzalt feszitek ki a galván lánczolat (23-ik ábra) n és p végei között, s az nem sokára
izzóva válik s végre megolvad. Más oldalról az úgynevezett thermo-elektrikus lánczokban hő által elektrikus folyamok keletkeznek.
Ha egy vasdarabot egy elektrikus folyamtól átjárt huzaltekeres közelébe viszünk, úgy az magnetikussá válik, s más vasdarabokat, vagy egy alkalmas helyzetben közelitett aczélmágnest magához vonz. Ily módon oly mechanikai hatásokat nyerünk, melyek, például az elektrikus távirászatban, gyakori alkalmazásra találnak. A 25. ábra Morse táviróját mutatja természetes nagyságának egy harmadára leszállitva. Az egésznek tevékeny része azon patkóalakú vasdarab, mely a bb rézhuzal tekercsekben van elhelyezve. E patkónak felfelé fordított végei felett a kicsiny cc aczélmágnes fekszik, melyet azok magukhoz vonzanak, mihelyest az elektrikus folyam a távirda vezetékén át a bb tekercsekbe jut. A ccc mágnes a dd emeltyűhöz van erősítve; annak másik végén pedig az iró tű van alkalmazva, mely r-nél az óramű által tovább tolt papirszalagra ir, valahányszor s a meddig a cc rúd az elektrikus folyam magnetikus hatása által lefelé húzatik. Viszont, ha a bb tekercsek vasmagvának magnetismusát megváltoztatnók, elektrikus folyamot nyernénk, ép úgy, mint a magneto-elektrikus gépnél (24. ábra) nyertünk; a tekercsek magvát ott is vasdarab képezi, mely a nagy patkóalakú mágnes sarkaihoz közeledvén, majd az egyik majd a másik értelemben válik magnetikussá.
25-ik ábra.
E viszonylatokra a példák számát nem akarom mértéken túl szaporitani, a következő előadásokban is fogunk több ilyennel találkozni. De pillantsuk még egyszer át a példák sorozatát, hogy bennök a mindannyira nézve közös törvényt felismerhessük.
A felemelt súly munkát végezhet, de ha azt teszi, úgy a magasból alá kell esnie, s midőn annyira esett, a menynyire eshetik, súlya ugyan változatlan marad, de több munkát végezni nem bir.
A megfeszitett rugó munkát végezhet, de ellankad mihelyest azt megtette.
Valamely mozgatott tömeg sebessége munkát végezhet, de a közben nyugvásba megy át. A hő munkát végezhet, de megsemmisül, midőn azt teszi.
A vegyi erők munkát végezhetnek, de munka közben kimerülnek.
Az elektrikus folyamok munkát végezhetnek, de fentartásukra vegyi, vagy mechanikai erőket, vagy hőt kell forditanunk.
Egész átalánosságban mondhatjuk tehát: Az összes ismert természeti erők közös jelleme az, miszerint munkaképességük kimerül azon arányban, a mint tettleg munkát végeznek.
Már előbb láttuk azonban, hogy midőn a súly egyéb munka végzése nélkül leesett vagy sebességet nyert vagy
hőt teremtett. A magneto-elektrikus gépet ugyancsak súlyok által hajthatnók, s nekünk akkor is elektrikus folyamokat szolgáltatna.
Láttuk azt is, hogy a vegyi erők működésök által hőt vagy elektrikus folyamokat, de néha mechanikai munkát is teremtenek.
Láttuk végre azt is, hogy a hőt munkává lehet alakitani; sőt, hogy általa bizonyos eszközökben (thermo-elektrikus lánczokban) elektrikus folyamokat is hozhatunk létre. A hő vegyi egyesülések közvetlen elbontására is szolgálhat; így például, midőn meszet égetünk, s a szénsav a mésztől elválik.
Valahányszor tehát valamely természeti erő hatásképessége megsemmisittetik, helyette mindannyiszor egy másik lép tevékenységbe. Sőt a szervetlen természeti erők körén belül képesek vagyunk bármelyiköket bármely más hatásképes természeti erő közvetitésével hatásra képesiteni. A physika által újabb időben felfedezett kapcsolatok a különböző természeti erők között ma már oly rendkivül számosak, hogy e feladatok bármelyikét képesek vagyunk több különböző úton megoldani.
Láttuk már, miként szokás a mechanikai munkát mérni, s mi módon sikerült a hő mechanikai egyenértékét meghatározni. A vegyi folyamatok munka-egyenértéke pedig azon hőmennyiség által méretik, melyet létrehoznak. A többi természeti erők munka-egyenértéke hasonló módon fejezhető ki a mechanikai munka mértékében.
Midőn tehát bizonyos mechanikai munka-mennyiség elvész, akkor az arra irányzott vizsgálódások egybevágó tanusága szerint vele egyenértékű hőmennyiség vagy vegyi munkaerő keletkezik; és viszont midőn hő vész el, akkor vele egyenértékű vegyi vagy mechanikai munkaerőt nyerünk, s midőn vegyi munkaerő vész el, akkor hőt és munkát nyerünk, úgy hogy mindezen szervetlen természeti erő csere-hatásai közben a munkaerő egyik alakjában eltünhetik
ugyan, de más alakban egyenértékű mennyiségben újra fellép, s így végre is se nem gyarapszik, se nem csökken, hanem örökké változatlan mennyiségben megmarad.
Meg fogunk győződni később arról, hogy e törvény, a mennyire az e kutatások eredményeiből eddig kitűnt, a szerves természet jelenségeire nézve is érvényes.
Az következik ebből, hogy az összes természet hatásképes erőmennyiségének összege, a természetben véghez menő változások daczára, örökké változatlan marad. A természet minden változása abban áll, hogy a munkaerő alakot és helyet cserél a nélkül, hogy mennyiségében megváltoznék. A világ-egyetem munkaerejében egyszer mindenkorra bizonyos kincscsel rendelkezik, mely a jelenségek változata közben nem gyarapodhatik, de nem is csökkenhet, s mely az összes változásokat létrehozza.
Azon okoskodások tehát, melyekkel ez előadás kezdetén csupán a technikai munka gyakorlati érdekeinek szempontjából foglalkoztunk, egy átalános természeti törvényre vezettek, mely, a mennyire ma tapasztalataink terjednek, az összes természeti jelenségeket felkarolja, rajtok uralkodik, s az emberi haszon gyakorlati szempontjain felül emelkedve, az összes természeti erőknek egy jellemző tulajdonságát mondja ki, s mely átalános érvényességét tekintve, a tömeg változatlanságának és a vegyi elemek változatlanságának törvényeivel versenyez.
Végleges határozatot mond e törvény azon nagy gyakorlati kérdésben is, mely a lefolyt két század tudósait annyira foglalkoztatta, s mely annyi hiábavaló kisérletre szolgáltatott alkalmat, t. i. a perpetuum mobile lehetőségének kérdésében. Oly gépet értettek ez elnevezés alatt, mely külső hajtó erők felhasználása nélkül folytonosan mozogna és a mellett munkát is végezne. E kérdés megoldása mérhetetlen hasznot igért. Az ily gép a gőzgépek minden előnyével birna, a nélkül, hogy tüzelő anyagot fogyasztana.
A munka pénz. Az oly gép tehát, mely munkát semmiből teremtene, annyit érne, mintha aranyat gyártana. Ezért foglalta el e kérdés hosszabb időn át az aranygyártás kérdésének helyét, és zavart meg nem egy okoskodó főt. Hogy az ismert mechanikai erők felhasználásával a perpetuum mobile nem lehetséges, azt az időközben kifejlődött mennyiségtani mechanika alapján már a mult században ki lehetett mondani. De hogy kitünjék, miszerint az akkor is lehetetlen, ha a mechanikai erők mellett még hő, elektricitás, magnetismns s vegyi erők működnek, arra az imént kimondott törvényt egész átalánosságában kellett ismerni. A perpetuum mobile lehetőségét véglegesen csak az erő megmaradásának törvénye czáfolta meg, úgy hogy e törvényt gyakorlati alakban akként is kimondhatnók, miszerint mnnkaerőt fogyasztás nélkül, semmiből nem teremthetünk.
E törvény jelentőségét s horderejét csak az fogja megitélhetni, ki annak alkalmazásaival az egyes természeti folyamatokra megismerkedett.
Már a kevés is, mit ma a rendelkezésünkre álló hajtó erők keletkezéséről elmondottam, laboratoriumaink és gyáraink korlátain túl azon nagyszerű folyamatokra utal, melyek földünknek és a világegyetemnek életében nyilvánulnak. Az erő, melylyel vizeink a hegyekből kiáramlanak, csakhamar elveszne, ha az eső és a hó új vizet nem hordana. Szükséges erre, hogy a légkörben vizgőz legyen, mely csak hő által jöhet létre, s e hőt a napból nyerjük. A gőzgép tüzelő anyagokat használ fel, melyeket részben a növényzet jelen élete, részben hajdani élete szolgáltat, azon hatalmas széntelepek által, melyeket tevékenységének folyamában a föld gyomrában lerakott. Később látni fogjuk azt is, mily benső összeköttetésben áll a napfény a növényi élettel. Az ember és állatok munkaerejét csak a táplálkozás tarthatja fenn; minden tápanyag végelemzésben a növényországból ered, s így ugyanazon forrásból keletkezik.
Midőn tehát azon hajtó erők forrásait keressük, melyeket szolgálatunkra forditunk, akkor a föld légkörének meteorologiai folyamataira, a növényi életre, a napra leszünk utalva.
Ez utat fogjuk a következő előadásokban követni. *
* Ezen következő előadások kidolgozását és közzétételét egyelőre elhalasztottam s pedig azért, mivel a körükbe eső tárgyak némelyike, mint a meteoritok eloszlása és mozgása, az üstökösök alkata, az állatok táplálkozása és munkaképessége s i. t. ez időben még függőben levő kérdések, melyeknek szigorú eldöntése eddigelé nem sikerült. Egyébiránt az odatartozó okoskodások magvát már az ezt megelőző előadásban körvonaloztam.
MŰSZÓTÁR
|
Állandó gázok, Permanente Gase. Alúlcsapó vizikerék, Unterschlächtiges Wasserrad. Felülcsapó vizikerék, Oberschlächtiges Wasserrad. Elektrikus, Electrisch. Erőfogyasztás, Kraftaufwand. Feltevés, Hypothese. Galvánelem, Galvanisches Element. |
Galvánlánczolat, Galvanische Kette. Hatásképesség, Leistungsfähigkeit. Kötött meleg, Gebundene Wärme . Lappangó hő, Latente Wärme. Magnetikus, Magnetisch. Nehézség, Schwere. Salétromsav, Salpetersäure. Toló szelep, Schieberventil. |