I. FEJEZET.

KÉSZÜLÉKEK. – A HŐ KELETKEZÉSE SURLÓDÁS, ÖSSZENYOMÁS ÉS ÜTKÖZÉS ÚTJÁN. – RUMFORD KISÉRLETEI. – A VÍZ FÖLFORRALÁSA SURLÓDÁS ÁLTAL. – A HŐ ÁTVÁLTOZÁSA MUNKÁVÁ.

FÜGGELÉK: ÉSZREVÉTELEK A HŐVILLANY-OSZLOPRÓL ÉS A GALVANOMÉTERRŐL.

1. A természet szemlélete felkölti az emberben a vizsgálódás szellemét. Valamint a szem a látásra, a fül a hallásra, úgy az emberi szellem a természeti jelenségek kapcsolatának kikutatására és megértésére van alkotva. A mai természettudomány az ekként felruházott értelem egyenes kifolyása. Egyik kiváló jellemvonása a folytonos növekedés: gyümölcsöző benne minden tény, s minden új fölfedezés rögtön új vizsgálódások csirája lesz. Növekedésére azonban nincs szebb példa, mint annak a nagy tárgynak az utólsó 25 év alatt történt kiterjeszkedése és fejlődése, mely ma veendi igénybe figyelmünket.

A tudományos kézikönyvekben eddig csak igen szűken tárgyalták a modern hőelméletet, s így a közönség ismerete e tekintetben az elérhető színvonal alatt maradott. E tartózkodás azonban természetes volt. A tárgy ugyanis igen bonyolódott; s mi is, midőn nyomozásába bocsátkozunk, el lehetünk


2

készülve, hogy sok nehézségre bukkanunk. De nincs is a természettudományok egész terén kérdés, melynek megoldása a természetvizsgáló fáradságára érdemesebb és jutalmazóbb lenne. Hiszen a különböző természeterők között oly szoros a kölcsönhatás, hogy a közöttök létező általános összefüggést tisztán belátjuk, mihelyt a hő törvényeit és vonatkozásait megértettük. Fogjunk tehát munkánkhoz szívvel és lélekkel, ismerkedjünk meg a legújabb képzetekkel és tényekkel, melyek erre a mindent átható ágensre vonatkoznak és keressük buzgón ama törvény lánczszemeit, mely e tényeket összeköti s egységet hoz létre a legváltozatosabb jelenésalakok között. Ha elérjük szándékunkat, úgy a lelkök mélyében lakó szépség- és rendérzéke nem közönséges mérvben fog kielégítetni. A magaslatról, hová igyekszünk, dicsőbb kilátásunk lesz az egész természetrendszerre, mint lenne akkor, ha vezetői minőségemben csupán az alantasabb helyekre és járottabb ösvényekre szorítkoznám.

2. Első kötelességem megismertetni önökkel nehányat azon készülékek közül, melyeket e kérdések vizsgálatánál alkalmazni fogok. Módokról és eszközökről kellett gondoskodnom, hogy mindnyájok előtt tisztán láthatóvá tegyem a hőmérsékbeli különbségek jelzéseit. E czélra a közönséges hőmérő épen nem használható, mert azon nem vehetnék e változásokat észre; pedig azt kivánom, hogy saját szemeikkel győződjenek meg azokról a tényekről, melyeken elméletünk alapszik. Kezökre akarom adni a független itélethez megkivántató anyagot, hogy következtetéseimet helyeseljék, ha igazaknak találják; vagy ha eltévednék, útba igazítsanak; vagy pedig rosszalásukat fejezzék ki, ha azt vennék észre, hogy hamis következtetéseket törekszem becsempészni. Ez okból a közönséges hőmérő helyett e kis készüléket leszek kénytelen használni, mely előttem áll az asztalon. *

3. E készülék (1-ső ábra A B) hővillany-oszlopnak neveztetik. Használata következő: a hozzá jutó melegség benne

* A hővillany-oszlop rövid leirását lásd e fejezet függelékében.


3

villanyáramot idéz elé; a villanyáramnak ereje van elhajlást eszközölni a szabadon felfüggesztett delejtűn, ha egyenközűen halad el mellette. Ily (m n) delejtűt látnak itt; selyemmel körülfont rézhuzal környezi, a huzal szabad (w w) végei pedig a hővillanyoszloppal közlekednek. A delejtű (s s) sodratlan selyemszálon függ s hogy a léghuzam ne zavarja, (G) üvegharanggal be van födve. A delejtű mindegyik végét hegyezett papirszeletkével jegyeztem meg; az egyiket kékkel, másikat vörössel. E papirdarabkákat mindazok, a kik jelen vannak, észrevehetik, s ha a delejtű mozogni fog, e mozgást a legtávolabb állók is láthatják. Ily készüléknek galvanométer a neve.*

1-ső ábra.

4. Jelenleg a delejtű tökéletesen nyugszik s az alatta fekvő, fokokra osztott körlemez zérus-pontjára mutat. E helyzet azt bizonyítja, hogy nem jár benne villanyáram. Most rálehelek egyet az oszlopnak födetlen (A) felületére. Egy rálehelés elegendő volt czélomra. A delejtű megindul s 90 foknyi iven fut végig; még tovább is mozogna, ha lengésé-

* A leirt galvanométer az előadás alatt egy zsámolyon állott az experimentáló asztal előtt, huzalok asztaltól egészen a zsámolyig érvén. A galvanométer részletesebb leirását lásd e fejezet függelékében.


4

nek határt nem vetettem volna az által, hogy 90° mellett vékony csillámlemezkét erősítettem meg függélyes helyzetben. A tűnek e mozgását az a csekély hőmennyiség eszközölte, melyet leheletem az oszlop egyik oldalára szállított; egy közönséges hőmérő sem jelzette volna ezt ily sikeresen és ily gyorsan. Vegyék tekintetbe az elhajlás irányát: a vörös vég tőlem önök felé szaladt. Várakozzunk, mig a hő eloszlik; csak rövid idő kell hozzá, íme észrevehetik, hogy a tű azon mérvben közeledik elébbi helyzetéhez, a mint az oszlop hül. Figyeljék meg most a hidegnek hatását az oszlop lapjára. E fémlemezt meghűtöm az által, hogy jégre teszem; a most már hideg fémet megtörlöm s megérintem vele az oszlopot. Látják a hatást. Pillanatnyi érintés elegendő, hogy gyors es erélyes elhajlást eszközöljön a delejtűn. Tessék azonban megfigyelni, hogy mily értelemben történt az elhajlás. Midőn az oszlopot melegítettük, a vörös vég tőlem Önök felé mozgott, most pedig önöktől felém jő. Ennek annyiban van nagy jelentősége, a mennyiben a tűmozgás irányán biztosan felismerhetjük, vajjon hideg vagy meleg érte-e az oszlopot; a mozgás ereje pedig – a gyorsaság, melylyel a tű elhagyja nyugpontját – némi fogalmat ad az oszloppal közlött hidegnek vagy melegnek mennyiségéről. Későbbi alkalommal megmagyarázom önöknek, miképen lehet a hő viszonylagos mennyiségének szabatos számkifejezést adni, – ma beérjük készülékeink működésének általános ismeretével.

5. Legelső szándékom az lesz, megmutatni önöknek a hő vonatkozásait az erők ismertebb nemeihez. Ezt elérendő, mindenekelőtt a tényeknek egy egész halmazát fogom elsorolni – csupa oly tényeknek, melyek példaképen szolgálhatnak a hőnek létesítésére mechanikai cselekedetek által. A szomszéd-szobában nehány darab fám van, melyeket segédem el fog hozni. Ama szobában a hőmérsék kissé alantabb áll mint itt; a fa tehát, mely most már előttem fekszik, kissé hidegebb mint az oszlop lapja. Győződjünk meg róla. Mialatt a fa az oszlopot érinti, a vörös tűvég


5

önöktől felém mozog s ezzel azt mutatja, hogy ez az érintés meghűtötte az oszlopot. Most a fát óvatosan az oszlop lapjához dörzsölörn, mondom "óvatosan", mert az oszlop törékeny jószág s a durva kezelést el nem birja. Most tessék figyelni arra, a mi történik. A tűnek önök felé irányuló gyors és erős mozgása mutatja, hogy e gyenge dörzsölés megmelegítette az oszlop felületét. Látják, hogy a tű 90 fokon fut végig és pedig oly iráuyban, mely ellenkezője a dörzsölés előttinek.

6. E kísérletek, melyek a hőnek mechanikai eszközökkel való fejlesztését példázzák, nálunk arra fognak szolgálni, mire a tanuló fiúnál az iskolai gyakorlatok szolgálnak. És hogy emlékezetünkbe jól bevésődjenek s tökéletesen hatalmunkba essenek, gyakran kell azokat ismételni s különféleképen változtatni rajtok. Kérem tehát, kövessenek e feladatban. Itt van egy, parafára erősített lapos sárgaréz-darab. A parafát újjam közé veszem, de úgy, hogy kezem hozzá ne érjen a fémhez. E fémmel megérintem az oszlopot; a delejtű mozog s azt mutatja, hogy a sárgarézdarab hideg. Most hideg fához dörzsölöm a fémet s azután ismét az oszlophoz tartom; íme úgy megmelegedett, hogy – ha hosszabb ideig érintkeznék a készülékkel – az ez által támasztott villanyáram erősen hozzá lökné a tűt a csillámlemezkéhez sőt valószinű, hogy meg is zavarná a delejességét. Látják a jelentékeny elhajlást, melyet e pillanatnyi érintés elé birt idézni. Emlékszem, mint oskolás fiú nem egyszer égettem meg kezemet rézpitykével, melyet erősen dörzsöltem az oskola padjához. Itt van ez a jégen hűtött borotva s ez az olajozatlan fenőkő, melyen a hideg kést végig vonom, mintha élesíteni akarnám. A borotvát az oszlophoz tartom, látják hogy az aczél, mely az imént hideg volt, most már meleg. Most meg felveszem e kést a deszkával együtt, melyen fekszik; mind a két tárgy hideg. A kést a deszkához súrolom s midőn az oszlophoz tartom, melegnek bizonyul be. E hideg fűrészt hideg fán vonom végig, s először a fának a fűrész


6

által súrolt lapját érintem az oszlophoz. A delejtű azonnal megmozdul, s mozgása iránya mutatja, hogy a fa meleg. Hagyjuk a delejtűt visszatérni a zéruspontra, ismételjük a kísérletet a fűrészszel; ez is meleg. Legegyszerűbb és legközönségesebb példák ezek a hő keletkezésére surlódás által; épen ezért választottam őket. Bár jelentékteleneknek látszhatnak, mégis oly elvet példának, mely az anyagi világegyetemet kormányozza.

7. Tegyünk most meg egy más kisérletet, hogy megismerjük a nyomás által eszközölt hőfejlesztést. Darab fenyőfát látnak itt, mely e szoba hőmérséke alá van hűtve s mely az oszloppal érintkezvén, s hideget jelző elhajlást létesíti. A fát kis víz-sajtó lemezei közé teszem s erős nyomásnak vetem alá. Miután a fa már össze van sajtolva, megérintem vele az oszlopot, s a galvanométer mutatja, hogy e nyomás által hőt létesítettem. Ugyanez történik, ha est az ólomtömböt sajtó alá teszem s laposra nyomom.

8. Figyeljük meg most az ütés hatásait. E hideg ólom-golyót hideg üllőre teszem s hideg pőrölylyel ráütök. A pőröly bizonyos mechanikai erővel zuhan le; mozgását rögtön feltartóztatja a golyó és az üllő. Ugy látszik, hogy a pőröly eraje elveszett. De ha az ólmot megvizsgáljuk, azt találjuk, hogy megmelegedett. Majd később megtudják, hogy az esetben, ha az ütés által létrehozott összes hőt összegyüjthetnők, s minden veszteség nélkül ismét mechanikai munkára fordíthatnók, a pőrölyt ily módon ugyanazon magasságra emelhetnők, a melyről az imént leesett.

Még egy kísérletet készítettem elé, mely finomabb semhogy oly nagyobb fajta eszközökkel, milyeneket előadási kisérleteinknél használunk, véghez vihető lenne; de alkalmas készülékekkel mindamellett igen könnyen megmutatható. E kis edényben valamelyes higany van, mely a szomszéd szobában kissé hidegebb lett. A hővillanyoszlopnak egyik oldala mázzal van bevonva, hogy meg legyen őrizve a higanynak


7

rontó befolyásától. Az ilymódon biztosított készüléket a higanyba mártom; a tű elhajlása mutatja, hogy a fém hideg.

2-ik ábra.

Itt van két üvegedény (2-ik ábra A és B) posztószalaggal erősen körülfonva, nehogy kezem melege a higanyhoz juthasson. A hideg higanyt az egyik edényből a másikba öntöm s abból ismét visszaöntöm ebbe. A higany bizonyos mechanikai erővel zuhan le; a mozgás megsemmisül, de helyette hő fejlődik. Az egyszeri átöntés szülte hőmennyiség rendkívül csekély; mekkoraságát könnyen meg lehetne ugyan határoznom, de quantitativ meghatározásokba még most ne bocsátkozznnk. Tiz vagy tizenötször öntöm át a higanyt egyik edényből a másikba. Tessék megfigyelni a hatást, ha most mártom az oszlopot a higanyba, a delejtű elmozdúl s mozgása azt bizonyítja, hogy a higany, mely a kisérlet elején hidegebb volt, most már melegebb az oszlopnál. Ezzel egy oly hatást mutattam be önöknek, mely minden vízesés alján előfordul. Az itt jelenlévők között vannak barátaim, kik egykor a Niagara habjaiban állottak. Ha ott a víz hőmérsékét az esés felett és alatt eléggé érzékeny hőmérőkkel megmérik vala, azt találták volna, hogy a víz melegebb alant mint fent. A ten-


8

gerészhit is, mely szerint a tenger vize zivatar után melegebb mint zivatar előtt, legalább elméletileg tökéletesen helyes, mert a hullámok mechanikai rohama végtére is hővé alakul át.

9. A surlódás legyőzése mindig hőt fejleszt, s a keletkezett hő pontos mértéke azon erőnek, mely a surlódás legyőzésére fordíttatott. A keletkezett hő semmi egyéb mint az eredeti erő más alakban; s ha ezen átalakulást kikerülni kivánjuk, meg kell gátolnunk a surlódást. A fenőkövet olajjal, a fűrészt zsírral kenjük meg s azon vagyunk, hogy vasúti járműveink tengelyei folytonosan jó csúszósak legyenek. Mi okból teszszük mindezt? Azon legyünk elébb, hogy általános fogalmakat szerezünk s majd azután törekedjünk a kifejezés szigorú szabatosságára. A vasúti mérnöknek az a feladata, a vonatot egyik helyről a másikra hajtani; e czélra a gőznek, vagyis inkább a tüzelőnek erejét kivánja alkalmazni, melytől a gőz feszerőt kap. Nincs érdekében, hogy ennek az erőnek egy része más, és pedig oly alakot vegyen fel, mely őt czéljának elérésében gátolná. Megmelegedett tengelyeket nem használhat; lehetőleg kerülni fogja tehát, hogy a rendelkezésére álló erő azok hevítésére fordíttassék, hiszen eredetileg hőből nyerte a gőzerőt s épen nem szándékozik az így nyert erőt elébbi, eredeti alakjára visszavezetni. Minden fok melegség, melyet a tengelyek surlódása szül, a hajtó erőnek bizonyos megszabott mennyiségét vonná el a géptől. Absolut veszteség nincs. Ha a surlódás szülte hőt mind összegyüjthetnők s mechanikailag alkalmazhatnók, ez által a sebességnek ugyanazon mértékét közölhetnők a vonattal, melyet ez épen a surlódás következtében veszített. E szerint a vasuti munkás, midőn sárga zsírral telt edényével körüljár s felnyitja a kis szelenczéket a kocsitengelyeken, a nélkül hogy tudná, azon nagy elvet példázza, mely a világot fűzi össze. Midőn így cselekszik, tudtán kívül azt állítja, hogy meg van győződve az erőnek [energiának] átalakítható és el nem pusztítható voltáról. Tettével azt állítja, hogy a mechanikai erő


9

hővé válhat, s hogy az átalakulás után mint mechanikai erő megszünt lenni, minden egy-egy foknyi melegséggel, mely a tengelyekben fejlődik, a gépből annyi mozdító erő tünvén el, a mennyi a keletkezett hővel tökéletesen egyenértékű. Gőzmozdonyaink minden ereje hőtől ered s esetleg ismét hővé válhatik. Hogy a vonatot a kivánt sebességben megtartsuk, folytonosan győzködni kell a surlódással, s az ide fordított erő tisztára hővé alakul át. E folyamatot egy kitünő író * a lepárolással hasonlította össze. A gőzkazánbeli hő erélye a vonat mechanikai mozgásába megyen által s ismét mint hő jelenik meg a kerekeken, a tengelyeken és a síneken. Midőn valamely vonat, mely, mondjuk, hat mértföldnyi sebességgel halad óránként, állomás közelébe érkezik, féket alkalmaznak, s a kerék, melyet a fék nyom, szikrát szór és füstöt hány. A vonat megáll. Miért? egyszerűen azért, mert a fék az összes mozdító erőt, mely azelőtt a vonatban volt, hővé változtatta.

10. Ugyanígy áll a dolog, midőn az ács zsírral keni meg fűrészét. Karjának izomerejét arra akarja használni, hogy szétfűrészelje, azaz, hogy a fűrész fogaival szétválaszsza a fát és legyőzze benne a mechanikai összefüggést. Ha a fűrész széles lapján erős a surlódás, a fűrész csak nehezen mozoghat, s ugyanaz az erőkifejtés ez esetben csekélyebb eredményt ér el, mint midőn a szerszám surlódás nélkül dolgozik. Mennyiben csekélyebb az eredmény? Absolute véve nem csekélyebb; csak a fűrészelés munkasikere csekélyebb. Az erő, mely nem szolgál a fűrészelés javára, az sem vész el, hanem hővé alakul; erre ép az imént mondtam egy példát. Itt is ha a surlódás szülte hőt összegyüjthetnők s a fűrész mozgatására fordíthatnók, ép annyi erőt kapnánk vissza, mennyit az ács más alakra hozott az által, hogy fűrészét jó csúszóssá tenni elmulasztotta.

* Dr. Robert Julius Mayer Heilbronnban.


10

11. Kezünket dörzsöléssel melengetjük; ily módon törekszünk az elfagyott tagoknak is visszaadni ismét a szükséges meleget. A vadak értenek hozzá, tüzet gerjeszteni az által, hogy két, különösen e czélra választott fadarabot egymáshoz dörzsölnek. Könnyű dolog, fát esztergán megszenesíteni. A gyufát dörzsölés által hevítjük a meggyulás hőfokáig. A hampshirei kovás országúton a munkások talpa alól sötét estén látható szikrák pattannak elé, amint patkószögeik az országút kemény tűzkövével összeütköznek. Ugyanezt tapasztaljuk gyakran a London utczáin haladó omnibuslovak patkóin. Ha kiütünk kovával és aczéllal, a leütött fémrészecskéket ez által annyira megmelegítjük, hogy meggyúlnak s a levegőben elégnek. De a hő megelőzi az elégést. Davy ugyanis azt találta, hogy szikrák ugyan nem támadnak, midőn kovás lőfegyvert légüres térben sütünk el, de a leütött fémrészecskéken mikroskóp alatt olvadás nyomai láthatók. * Itt van egy nagy hegyi kristály; e kisebbet csak gyorsan végig kell rajta vonnom, hogy hőt és fényt gerjeszszek. E két kvarczkavicsot egymáshoz dörzsölöm; ime fényleni kezdenek.

12. Már Aristoteles beszél a nyilvesszők megmelegedéséről a léggel való surlódás következtében. A puskagolyó is, midőn a levegőt hasítja, a surlódás által megmelegszik. A hulló-csillagok leghihetőbb elmélete szerint: kisebb bolygóféle testek azok, melyek a Nap körül keringenek, de a földvonzás által pályájukból kisodortatuak, s légkörünkbe jutván és a levegővel surlódván, fehér-izzókká válnak. E nézet Chladnitól ered és Joule bebizonyította, hogy a légköri surlódás csakugyan elegendő arra, hogy a mondott hatást eléidézze. Ez utóbbinak azon nézete, hogy meteorköveink nagyobb részét a nagy hő szétrobbantja, s ez által földünket rettenetes bombázástól kiméli meg, hasonlóképen igen

* Works of Sir H. Davy, vol. II. pag. 8.


11

valószinű. *) E testek bolygóféle sebességgel mozognak. A négy alsó bolygó ugyanis következő sebességgel futja pályáját:

  földrajzi mérföldek
másodperczenként
Merkur
Venus
Föld
Mars
6,59
4,82
4,10
3,32

a meteórok sebessége 4 és 8 földrajzi mérföld között ingadozik. Az e rendkívül nagy sebesség következtében támadt surlódás bizonyára elegendő, hogy a neki tulajdonított hatást eléidézhesse.

13. Rumford, a Royal-Iustitution egyik alapítója, több mint 64 évvel ezelőtt, a hőnek surlódásbeli fejlesztésére vonatkozólag sok kisérletet tett, melyek a mai hőelmélet szempontjából rendkívül érdekesek és fontosak. Általában azon érdemek, melyeket ez intézet alapítói és tanárai a természeti erők elméletének kérdésében szereztek, örökké feledhetetleuek maradnak. A fény hullám elméletének alapját Thomas Young vetette meg, s ezen elmélet teljesen alkalmazva mai hőelméletünket is magában foglalja. A mi a dolog lényegét illeti, Davynak már azok voltak a nézetei a hőről, melyeket én most előadni és megmagyarázni törekszem. A chemiai erők és a villanyosság között levő egyenértékűség törvényeit Faraday állapította meg, s az ő felfedezései, melyeket a delej-villanyosság körében tett, voltak azok az első tények, melyeket Joule a hő és a mechanikai erő kölcsönös átalakíthatóságára bizonyítékul használt. ** Rumford egy értekezésében, mely éles logikája és a benne tárgyalt kisérletek által egyaránt kitűnik, a hő természetéről szóló tant már 1798-ban *** ugyanazon módon védte, a mint az a legujabb

* Philosophical Magazine, 4 Series, vol. 32, pag. 349.
** Philosophical Magazine, 4 Series vol. 23, pag. 265, 347, 435.
*** Ez értekezés rövid kivonata a II. fejezet függelékében olvasható.


12

időkben, kitünő physikusok kísérletei által, biztos alapra lőn helyezve. Rumford azon időben ágyúk fúrásával foglalkozott Münchenben, és az e művelet közben fejlődő jelentékeny hő elannyira felébresztette figyelmét, hogy egy külön készüléket gondolt ki a surlódás szülte melegség vizsgálatára. Üres vashengert készittetett; ebbe egy tömör, jól beleillő és a henger fenekére nyomakodó ramács [**] volt illesztve. A hengert szekrény környezte, melybe 18 3/4 font víz volt öntve s belé hőmérő állítva. Eredetileg a víz hőmérséke 15,5 Celsius-fokú volt. A hengert lóerővel forgó mozgásra indította; és a surlódás kezdetétől számított egy óra múlva a víz hőmérséke 41,5 Celsius-fokra, tehát 26 fokkal emelkedett. Félórával később 61 C.-fokú volt a hőmérsék. A forgatást folytatta s két óra múlva a hőmérő 81 C.-fokot mutatott; két óra és husz percz múlva 93 C.-fokot, s két óra és harmincz percz múlva a víz tényleg forrni kezdett.

A hatást, melyet e kisérlet a szemtanúkra gyakorolt, Rumford pompásan írja le. "Nehéz volna, mondja, a csodálkozás és meglepetés ama kifejezését leírni, mely a körülállók arczán tükröződött, midőn látták, hogy e nagy víztömeg tűz nélkül megmelegszik s tényleg forrni kezd. Csodálni való magában a dologban ugyan semmi sem volt, mindamellett szívesen bevallom, hogy nekem igazi gyermekies örömet szerzett, melyet – ha valami komoly búvár hírére számot tartanék – inkább el kellene palástolnom, mint nyilvánosságra hoznom." Bizonyára mindannyian szívesen lemondunk afféle philosophus elvekről, melyek elfojtani törekednének az oly érzelmeket, minőket Rumford az imént vallott be. Joule ** kiszámította, mennyi mechanikai erő fordíttatott e meglepő kisérletben a hőfejlesztésre, s oly eredményt kapott, mely mint mondja, "nem nagyon különbözik a munka és a hő számbeli egyenértékére vonatkozó, saját búvárlatainak ered-

* Rumford Essays, vol. II, pag. 484.
** Philosophical Transactions, vol. 140, pag. 62.
[*] "Ramács" – "bunkós végü eszköz, mely vmely tárgy kifeszitésére szolgál; a keztyűsök ramácsa." (Ballagi: A magyar nyelv teljes szótára, 1873.) Mai szóval tehát sámfa. [NF]


13

ményeitől, noha neki már gazdagabb ismeretek és finomabb kísérletek állottak rendelkezésére.

14. Tapintatlanság volna Rumford kisérletét önök előtt a fent leírt módon ismételnem. Harmadfél órát nem szánhatok egy kisérletre; reménylem azonban, hogy képes leszek lényegében ugyanazt a hatást harmadfél percz alatt bemutatni önöknek. E sárgarézcsőnek (3-ik ábra b) belső átmérője három-negyed, hossza pedig négy hüvelyk. A fenekén zárt cső egyenes állásban keményen rá van csavarva egy forgó műre, melylyel együtt gyors forgásba hozható. Itt látnak két tölgyfa darabot csukló által összekötve, belül pedig kivájva, úgy hogy a félköralakú mélyedések befogadhatják a sárgarézcsövet. Ekkép a fadarabok mintegy fogó (T) gyanánt szerepelnek, s ha e fogó karjait összébb szorítjuk és a csövet forgó mozgásba hozzuk, cső és fa között surlódás jő létre. A csőbe hideg vizet öntök, de kevesebbet mint a mennyi belefér, felső nyílását pedig parafa-dugóval elzárom, nehogy a víz kilocscsanhasson. Most a gépet forgatni kezdem. Amint a forgatás tovább tart, a víz hőmérséke emelkedik s most már oly meleg, hogy az újjam ki nem állja. Folytatván még a forgatást, a dugó robbanó hevességgel kilódíttatjk, miközben az utána tóduló s lecsapódó vízgőz a légkörben kis felleget alkot.

3-ik ábra.


14

15. Az eddig bemutatott esetekben azt tapasztalták önök, hogy a mechanikai erő rovására hő keletkezett. Több kisérlet mutatta, hogy a hol mechanikai erő veszendőbe megyen, hő szülemlik. Helyén lesz most az ellenkező kisérletet megmutatnom s bebizonyítanom a hő fogyasztását mechanikai munka kifejtésekor. Ez erős edény jelenleg összenyomott levegővel van megtöltve. A levegő már nehány óra óta össze van benne nyomva, hőmérséke tehát egyenlő e szoba hőmérsékével. E pillanatban a levegő nyomást gyakorol az edény falaira, s ha e csapot kinyitom, a levegő egy része hevesen kiözönlik a hengerből. De e szó "kiözönlik" csak homályos fogalmat ad a valódi tényállásról. A kiözönlő levegőt ugyanis kihajtja a mögötte lévő; s így ez utóbbi az, mely a légáram kiszorításakor munkát fejt. Mi történik ezalatt a dolgozó levegővel? Meghűl, mert mechanikai munkát végez és e mellett más hatót nem vehet segítségre

4-ik ábra.


15

mint saját melegét, szülőjét azon rugalmassági erőnek, melylyel az edény falaira nyomást gyakorol. E hőnek egy részét elfogyasztja, azaz a levegő meghűl. Figyeljenek a kisérletre. Kinyitom a csapot (4-ik ábra) s a légáramot (V) edényből (P) oszlop lapja felé irányítom. Ugyan e pillanatban megmozdul a delejtű; vörös vége, felém közeledvén, bizonyítja, hogy a légáram meghűtötte az oszlopot.

16. Más a hatás, ha közönséges fúvó csövéből hajtjuk a levegőt a hővillany-oszlop felé. Utolsó kisérletünknél maga a levegő végezte a légkihajtás mechanikai munkáját; s ezen erőfeszítés melegének egy részét elfogyasztotta. A fúvónál karom izmai végzik a munkát. Felemelem a fúvó felső lemezét, a levegő beözönlik; a két lemezt bizonyos gyorsasággal egymásfelé hajtom, a levegő kiözönlik; a kihajtott levegő, melyet az összenyomás már kissé megmelegített, az oszlop felületéhez ütődik; mozgása akadályra talál s rögtön annyi hő keletkezik, a mennyi a megsemmisített mozgással egyenértékű. Észreveszik, hogy midőn a fúvóval légáramot

5-ik ábra.


16

hajtok az oszlop felé, a vörös tűvég önök felé mozog s jelzi, hogy a levegő ez esetben hevítette az oszlopot. *

Itt van még egy palaczk szódavíz, mely most valamivel melegebb mint az oszlop; észreveszik ezt a tű gyönge elhajlásán. Átmetszvén a dugót tartó huzalt, a szénsav gáz rugalmassági ereje kiröpíti a dugót. A gáz munkát fejt s ennek következtében hőt fogyaszt. A delejtű elhajlása, melyet a palaczk most eszközöl, a hideget jelző elhajlás. Látják, hogy a mindennapi élet apró részleteiben is valódi költészet található s hogy lassanként még az olyas foglalatosságokban is, melyekben minden gyermek jártas, illustratióját leljük azon általános alapelveknek, melyektől a természeti tünemények függenek.

* E kisérlet megkivánja, hogy a fúvó erősen működjék s nyilása az oszlop tő-szomszédságában álljon, mert ha a nyílás távol van, úgy a levegő, mely a fúvóból melegen jött ki, saját kiterjedése közben meghűl, sőt az is megtörténhetik, hogy a benne levő vízpárák leverődnek.


17

FÜGGELÉK AZ ELSŐ FEJEZETHEZ.

Jegyzet a hővillany-oszlop szerkezetéről.

Forraszszunk össze egy AB antimon (6. ábra) és egy BC bizmútrudacsot (B-nél), s kössük össze a szabad A és D végeket ADC huzallal. Ha a forrasztás helyét B-t hevítjük, villanyáram keletkezik, mely a forrasztás helyén a bizmúttól az antimon felé tart, (tehát a betürend ellenében) az összekötő huzalban pedig az antimontól a bizmút felé, tehát a betürendben. A nyilak jelölik az áram irányát.

Ha a forrasztás helyét B-t lehűtjük, ugy az elébivel ellenkező irányú villanyáram keletkezik. Az ábra egy hővillanypárt vagy elemet – így nevezik – ábrázol.

6-ik ábra.

Több hővillanyelemet egyesítvén, ezekkel erősebb áramot létesíthetünk mint egy elemmel. Ily berendezést ábrázol a 7-ik ábra; a sötét rudacsok a bizmút, a világosabbak pedig az antimon rudacsok képét viselik; hevítvén mindazon forrasztási helyeket, melyek B betüvel jelölvék, miudenikben keletkezik áram s mindezen áramoknak egy az irányuk; valamennyinek összege tehát erősebb áramot ad annál, melyet egy elemből nyerhetnénk.

Az egy-egy pár által képezett V-nek nem kell oly szélesnek lennie mint a 7-ik ábráhan; összébb húzhatjuk a nélkül, hogy ártanánk a láncznak. Ha több elemet kis térben kell egyesíteni, akkor minden egyes párt úgy lehet összeilleszteni, mint a 8-ik ábra mutatja, melyben a sötét vonalak bizmútrudacesokat, a világosabbak pedig keskeny antimonrudacsokat ábrázolnak. Végökön össze vannak forrasztva s hosszuk irányában közönségesen papiros-foszlányok választják el őket egymástól. E lánczok nagyobb száma kis térben egyesítve alkotja a hővillanyoszlopot; ilyet ábrázol a 9-ik ábra.


18

7-ik ábra.

8-ik ábra.

9-ik ábra.

Mivel a melegítés szülte áram a megmelegített forrasztáshelyen mindenkor a bizmúttól antimon felé megyen, világos, hogy ha az A-val jelölt forrasztáshelyeket melegítjük, oly áramot nyerünk, melynek iránya épen ellenkező a B forrasztáshelyek melegítése esetében keletkezett áram irányával. Megtekintvén a 7-ik ábrát az imént mondottakat azonnal belátjuk. Ennélfogva indít a hő ellenkező irányú áramokat a hővillanyoszlopon a szerint, a mint az oszlopnak egyik vagy másik oldalát találja. Ha mind a két lapon egyenlő a hőmérsék, az áramok semlegesítik egymást, bár mily erősen melegítvék is ama lapok; de ha az egyik oldal melegebb a másiknál, villanyáram keletkezik. Az áramot tehát az oszlop két oldalának hőmérsékbeli különbsége létesíti, s az áram erőssége bizonyos határok között tökéletesen arányos e különbséggel.

Hővillany-áramokat különben úgy is kaphatunk majd mindig, ha bármely más két fémet kötünk össze; legerősebbeket adnak azonban a bizmút és antimon. *

Jegyzet a galvanométer szerkezetéről.

A villanyáram jelenlétét és irányát fel lehet ismerni azon hatáson, melyet az áram a szabadon felfüggesztett delejtűre gyakorol.

Az ily tűt azonban a földnek delejes ereje a delejes délkörben fogva tartja; ezen erőt le kell az áramnak küzdenie, hogy az egyes delejtűt megmozdíthassa.

* A hővillanyosság felfedezését Thomas Seebeck berlini tanárnak köszönjük. Az első hővillanyoszlopot Nobili szerkesztette, Melloni tette azonban e készüléket oly fontossá, hogy a sugárzó hőt illető vizsgálatoknál valamennyi más készüléket kiszoritott. E czélra jövőre is fogjuk alkalmazni.


19

A gyönge áramok ezt nem birják megtenni elegendő erős mértékben; de hogy még is az ily gyönge áramok hatása is megérezhetőbbé tétessék, következő két segédeszközt alkalmaznak egyszerre:
először úgy tekergetik fel a huzalt, hogy többszörösen vegye körül a tűt. A tűnek szabadon kell lenghetnie a huzal tekerődvényein belül. Ily módon sokszorozva van az egyszerű áram hatása. A második segédeszköznek a föld irányító ereje semlegesítésében kell állnia, de a nélkül, hogy csorbát ejtenénk a tű delejességén. Eleget teszünk e feladatnak, ha egy delejtű helyett kettőt használunk, mind a kettőt egy közös függélyes nyélre erősítjük és pedig úgy, hogy ellenkező sarkaik egymás fölött álljanak, hogy tehát az egyiknek déli sarka ugyanarra nézzen, melyre a másiknak éjszaki sarka néz. Ily kettős tűt ábrázol a 10-ik ábra.

10-ik ábra.

A tűk egyikének az áramot vezető huzal tekerődvényein belül kell lennie, a másik azok felett leng szabadon, a közös nyél pedig a tekercsnek alkalmas résén van átbújtatva. Ha mind a két tű e tekercsen belül állana, akkor ugyanazon áram ellenkező irányban terelné el őket; de ha az egyik tű belül van elhelyezve, a másik pedig kívül; akkor ugyanaz az áram egy irányban mozgatja mind a kettőt.

Ily tűpárt következő módon állíthatunk elé: mind a két tűt a megtelésig delejesítjük s az után befüggesztjük valamely edénybe vagy üvegharangba, hogy a léghuzam ne bántsa. Valószinű, hogy a rendszer beállít a delejes délkörbe, mert az egyik tűnek, a legtöbb esetben, erosebb a delejessége a másikénál. Ekkor gyöngíteni kell az erősebbet valamely más, gyönge delejjel való óvatos érintés által. Ha a tűknek tökéletesen ugyanaz az erősségök, akkor a delejes délkörre merőleges állásba helyezkednek

Azt kellene vélni, hogy az egyenlő erősség esetében tökéletesen meg van szüntetve a földnek irányító ereje, hogy a kettős tű teljesen astatikus és a föld irányításához közönyös, úgy hogy tehát csak a selyemszál – ilyenen függ – sodrásának kell engedelmeskednie. Csakugyan így állana a dolog, ha mind a két tű delejes tengelyét mathematikailag pontosan ugyanazon függőleges síkba sikerülne beállltani. Gyakorlatilag ez majdnem lehetetlen; a két tengely mindig keresztbe vágja egymást. Legyen ns az egyik, n's' a másik tűnek a tengelye, (11. ábra a tulsó oldalon) melyek e szerint vágják egymást; legyen a delejes délkör egyközű az MN-el; tegyük fel továbbá, hogy


20

a föld vonzóereje nm irányban húzza az n sarkot, a földnek taszitó ereje ugyanakkor tökéletesen ellenkező irányban hajtván az s sarkot. Ha n' és s' sarkoknak tökéletesen egyenlő az erősségök, akkor az s'-re beható erőnek, az emeltyű-hatás szempontjából, a felvett esetben előnyben kell lennie s ennél fogva az n-re ható erőt le kell gyöznie. Az egymást keresztbevágó tűk ennek következtében még inkább el távolodnának a delejes délkörtől s némi gondolkodás arra tanít bennünket, hogy csak akkor jöhetnek nyugalomba, ha az egymással képezett szöget felező vonal merőlegesen áll a delejes délkörre.

11-ik ábra.

Ez a tűkre nézve delejességök tökéletes egyenlőségének a próbája; de míg a tűket ily tökéletes állapotba helyezhetjük, addig a delejes tengelyre vonatkozó ferde állásnak különböző fokait kell gyakran keresztül próbálnunk. Az egyik tűnek nagyobb erejét ezen esetekben kiegyenlíti a másik tűnek előnye, melyet mint emeltyű nyer a maga állása következtében. A szerencsés véletlen néha úgy hozza magával, hogy egyetlen érintéssel a delejhez a tökéletes egyenlőséget elérni sikerül, néha azonban megtörténik, hogy órák múlnak, mire e szerencsés eredményhez juthatunk. Magától értődik, hogy e teljes egyenlőség csak igen finom kísérleteknél szükséges, hanem ezeknél csakugyan nélkülözhetetlen.

Ha a tűk tökéletes delejesítése már megtörtént, még akkor is vár egy további nehézség a természetvizsgálóra. E tűk a leggyöngébb


21

delejes behatás iránt is fogékonyak; a galvanométer tekerődvényeit alkotó rézhuzal pedig közönségesen parányi vasat is tartalmaz s ez elegendő, hogy az elékészített tűt a maga helyes állásából elterelje. Voltak huzalaim, melyek a tűt 30 fokra elterelték s Du Bois Reymond tanárnak az állati villanyosság vizsgálatára használt gyönyörű készülékeiben néha még tetemesebb volt az eltérés. Melloni is tapasztalta e nehézséget s – az aczéllal vagy vassal való minden érintkezés kikerülése czéljából – azt indítványozta, hogy a huzalok agát-lyukakon vezettessenek keresztül. A háborítást mindenkor a rézhuzal vastartalmának tulajdonították s azért azt is indítványozták, hogy huzalul réz helyett tiszta ezüst alkalmaztassék.

Magnus, berlini tanár nagyon fáradságos villanyvegybontási műveletekkel eléállított tiszta rezet, hogy megnyugtató módon folytathassa hővillanyosságbeli szép vizsgálatait. De a fémet nyolczszor kellett egymásután megömleszteni s csak az után lehetett huzalt vonni belőle. A huzaltekercseknek fennérintett tisztátalansága valóban oly háborító volt a készülékek pontosságára nézve, hogy a legnagyobb fáradság is jóra volt fordítva, ha e nagy baj elhárítása volt a czélja.

Az e pontra vonatkozó saját tapasztalataim tanulságosak. Megrendelésemre nehány év előtt szép készüléket készített számomra Sauerwald Berlinben. De a kettős tű teljes 30 fokra tért el a zérus pontjától akkor is, ha áram nem ment a huzalon keresztül. Pontos méréseket e készülékkel teljes lehetetlen volt tenni.

Kértemre Becker úr eltávolította a huzalt s angol huzallal pótolta; az eltérés három fokra szállott alá.

Ez ugyan nagy haladás volt, de czélom tekintetéből engem ki nem elégített. Tudakozódtam, vajjon lehetséges-e tiszta rézhez jutni; biztató választ azonban nem kaptam. Már majdnem kétségbe estem, midőn következő gondolat szülemlett meg agyamban:

A huzaltekercs hatását egyedül a rézbe kevert vasnak lehet tulajdonítani, mert a tiszta réz diamagnetikus, ilyet pedig az erős delej gyöngén taszít. Magát a delejt használhatom tehát a vizsgálatra s azonnal felismerhetem, vajjon tiszta-e huzalom a delejes fémtől vagy sem?

A Sauerwald-féle huzalt erősen vonzotta a delej, a Becker-félét szintén, de sokkal csekélyebb mérvben.

Mind a két huzal zöld selyemmel volt körül fonva; a selymet eltávolítván, a berlini huzalt a delej még mindig vonzotta, de az angol huzalt gyöngén eltaszította, midőn födetlenül hozatott a közelébe. Ez utóbbi valóban diamagnetikus volt s kimutatható nyomokat a vasból nem tartalmazott. A hiba tehát a zöld selyemre háramlott, melynek föstésére valamiféle vastartalmú vegyületet alkalmaztak, s


22

nyilvánvaló, hogy ennek kellett tulajdonítani a tűnek a zérusponttól való eltérését.

Levétettem tehát a zöld selymet s fehér selyemmel vonattam be a huzalt; e munkát csak tiszta kézzel szabad tenni. Tökéletes galvanométer lett az eredmény. A tű pontosan a zéruspontra tér vissza, ha a villanyáramtól megszabadul, s a huzal részéről többé semmiféle delejes behatásokat sem szenved. Tényleg kezünkben volt az eszköz, melylyel a delejes huzal okozta akadálytől megszabadulhattunk, mi pedig agátlemezekre és más tudós segédeszközökre gondoltunk. Ha tehát jövőben delej segélyével keressük ki rézhuzalunkat, nem lesz nehéz fölfedeznünk, melyik ment a delejességtől.