II. FEJEZET
A HŐ MIVOLTA. – AZ ANYAGI ELMÉLET. – A MOZGÁSI ELMÉLET. – A MOZGÓ LÉG HŐHATÁSAI. – HŐFEJLESZTÉS A DELEJ KÉT SARKA KÖZÖTTI FORGÓ MOZGÁS ÁLTAL. – RUMFORD, DAVY ÉS JOULE KISÉRLETEI. – A HŐ MECHANIKAI EGYENÉRTÉKE. – HŐFEJLESZTÉS A LÖVEVÉNYEK ÁLTAL. – A FÖLD MOZGÁSÁNAK MEGAKASZTÁSÁBÓL SZÁRMAZHATÓ HŐRŐL. – A NAP HEVÉNEK METEORI ELMÉLETE. – A LÁNGRÓL A MOZGÁSI ELMÉLETHEZ VALÓ VONATKOZÁSÁBAN.
FÜGGELÉK: KIVONATOK BACO ÉS RUMFORD MŰVEIBŐL.
17. Midőn e helyen múlt alkalommal összejöttünk, a mechanikai erő által eszközölt hőfejlesztést sok idevágó kisérlettel világosítottuk fel. Az emberi szellemet azonban a puszta tények nem elégítik ki; vágyódunk megtudni a tények okait is s kutatjuk az elvet, melynek művelete a természeti tüneményeket alkotja. Miért keletkezik hő mechanikai munka által, s mi az így keletkezett hatónak tulajdonképeni mivolta? Két elméletet állítottak fel e kérdések megoldására, az egyiket anyagi elméletnek, a másikat mozgási vagy mechanikai elmélet nek nevezik. Az elsőnek – az anyagi elméletnek – hosszú ideig több volt a követője. Bizonyos határokon belül igen egyszerűek voltak felvételei [feltevései], s ezen egyszerűség biztosította számára az általános tetszést. Ezen anyagi elmélet az anyagnak bizonyos nemévé teszi a hőt, valami finom folyadékká (fluidummá), mely a testatómok közelben fel van halmozva. A szorgalmas Gmelin például vegytani kézikönyvében következőleg határozza meg a hőt: "a hő azon anyag, mely ha testünkbe lép, a melegnek, s ha onnét kilép, a hidegnek érzetét
gerjeszti bennünk"; úgy is beszél a hőről, mintha az a testekkel vegyülne olyformán, mint a mérlegelhető anyagok vegyülnek egymással. Még más kiváló vegyészek is ugyane szempontból fogták fel e tárgyat.
18. A hőnek mechanikai eszközökkel való fejlesztése, főleg mivel határtalannak látszott, nagy nehézség volt a fentebbi elmélet követőinek. A kibúvót azon tényben keresték – e tényt alább bővebben fogom tárgyalni, – hogy a hőbefogadás ereje, ha ugyan szabad e kifejezéssel élnem, különböző testekben különböző mérvben van meg. Vegyünk például egy font vizet és egy font higanyt s melegítsük mind a két folyadékot, mondjuk, 50 fokról 60 fokra. Az absolut hőmennyiség, mely a víznek kell, hogy hőmérséke 10 fokkal emeltessék, 30-szor akkora mint a hő, melyet a higany veszen ugyane czélra igénybe. A műkifejezéssel élve, ezt így mondjuk: a víznek hőfoghatósága (capacitása) nagyobb mint a higanyé. E szó "foghatóság" egyuttal jelzi azok álláspontját, kik e szót használatba hozták. Föltették, hogy a víznek megvan a képessége, felszedni magába a caloricumot vagyis a hőanyagot s elnyelni belőle annyit, miként harminczszor annyi kell e hőanyagból, ha ugyanazt az észrevehető hatást akarjuk vele a vizen eléidézni, melyet a higanyon már a mértékegység eszközöl.
19. Minden anyagnak kisebb-nagyobb mérvben megvan e látszólagos képessége hőt magába takaríthatni. Megvan ez többi között az ólomban is, s a nyomás által megmelegített golyóra vonatkozó kisérletünket következőleg magyarázták az anyagi elmélet hívei. Az ólomnak, ezt mondták, mielőtt összenyomatnék, nagyobb hőfoghatósága van mint azután. Raktárai, melyek az atómok között vannak, a nyomás következtében kisebbek lesznek. Ez az oka, hogy az elébb elrejtett hőnek egy része napfényre jő; az összenyomott anyag ugyanis nem birja azt tovább is magába rejteni. Hasonló módon magyarázták a surlódásra és az ütésre vonatkozó kisérleteket. Hogy új hő létesíthető, e gondolatot az anyagi elmélet hívei el nem fogadták. Nézetök szerint a
hő mennyisége épen oly változhatatlan, mint a mérlegelhető anyagoké, s a hőt illetőleg többet sem mechanikai, sem vegyi erők által elérni nem lehet, mint azt valahol összegyüjteni, vagy rejtekeiből a napvilágra hozni.
20. A mozgási, vagy mint néha nevezik, a mechanikai hőelmélet elveti azon fogalmat, mely szerint a hőt anyagnak kellene tekinteni. Ezen elmélet hívei nem anyagnak tekintik a hőt, hanem az anyag körülményének vagy állapotának, és pedig az anyagbeli elemi alkatrészek mozgásának. Bizonyos hőtűneményeknek közvetetlen megfigyelése ösztönszerűleg vezeti a gondolkodó szellemet annak gyanítására, hogy a hő a mozgás egyik neme. Baco * ebben a nézetben volt s Locke is hasonlót állított fel különösen szerencsés alakban. Locke ezeket mondja: "a hő valamely tárgy észrevehetetlen legkisebb részeinek igen élénk mozgása, mely azon érzést idézi bennünk elé, a melynél fogva mi ama tárgyat melegnek mondjuk. Az tehát, a mi az érzéki észrevételben mint hő tünik elé, magán a tárgyon csak mozgás".
Rumfordnak az ágyúfúrás alkalmával tett kisérleteit már elébb említettem. ** Rumford bebizonyította, hogy az ágyújából levágott forgácsok hőfoghatósága nem változott, összeszedte azonfelül és megmérlegelte a fém súrolásánál képződött törmelékeket és portömegeket, s azután pedig azt kérdezte: hihető-e hogy az a roppant hőmennyiség, mely fejlődött, csupán e fémrészecskékből sajtolódott ki. Az ily nézet követőinek bátran mondhatta volna: "resteltétek megvizsgálni, hogy hozott-e létre a surlódás valamely változást a fém hőfoghatóságában. Serények vagytok ugyan az érvek kigondolásában, midőn az általatok felállított elmélet fennállása forog kérdés-
* Lásd az e fejezethez tartozó függeléket.
** Örömmel figyelmeztetem az olvasót Rumford gróf értekezésének kivonatára mely a dörzsölés által eszközölt hőfejlesztésről szól. A kivonat e fejezet függelékében található. Ezen értekezésében Rumford megdönti az anyagi elméletet. Nevezetesebbet e tárgyról az óta sem igen irtak.
ben, de lassúk, midőn azt kellene megvizsgálni, nem saját agyvelőtök finomul szőtt képzeletei-e ezen érvek?" Elméleteket nem nélkülözhetünk; néha azonban úgy hatnak ezek a szellemre, mint a kábító szerek. Megszokják az emberek, mint a pálinkával való élést s izgatottak és kedvetlenek lesznek, ha phantasiájok izgató szerét tőlük elvonják.
21. Teljes jelentőségében lép fel e helyütt Sir H. Davynek * egyik kisérlete. A jég szilárd víz; hőfoghatósága szilárd állapotban csak félakkora mint a folyékony vizé. Ugyanaz a hőmennyiség, mely egy font jégnek a hőmérsékét tíz fokkal képes emelni, egy font víznek a hőmérsékét csak öt fokkal emelheti. Igen nagy hőmennyiség szükséges továbbá ahhoz, hogy a jég csak folyékonynyá tétessék, s e közben e hő oly teljesen elnyelődik, vagy elrejtőzik, hogy többé épen [egyáltalán] nem hat a hőmérőre. A "rejtett hő" kérdését taglalni fogjuk a maga helyén és idején, most csak azt akarnám jól emlékezetökbe vésni, hogy a folyékony víznek a fagyponton sokkal nagyobb a hőtartalma, mint a fagyponton levő jégé.
22. Davy így okoskodott **: "midőn a jeget dörzsöléssel folyékonynyá teszem, oly anyagot kapok, melynek absolut hőtartalma a jég hőtartalmánál sokkal jelentékenyebb, s ez esetben nem lehet észszerűen azt állítani, hogy nem míveltem egyebet, mint hogy észrevehetővé tettem a megfagyott tömegben elébb elrejtett hőt. A jég folyékonyodása ez esetben véglegesen be fogja bizonyítani a hő képződését".
Megtette a kisérletet; a jeget megolvasztotta csupán dörzsölés által; s ezen eredmény úgy tekinthető, mint az első tény, mely kétségtelenül bebizonyította a hőnek anyagtalanságát.
23. Midőn a pöröly harangra üt, mozgása ugyan megakasztódik, de ereje meg nem semmisűl; – rezgéssé forgá-
* Works of Sir. H. Davy, vol. II, pag. 11.
** Ugyanott.
csolódik: e rezgés közlődik a levegővel s mint hang nyilatkozik a hallás idegein. Ugyanaz történt, midőn a kovácspőröly ólomgolyónkra esett; a pörölynek lefelé való mozgása megakasztódott ugyan, de nem semmisült meg. A mozgás közlődött az ólom atómjaival s mint hő nyilatkozott az erre alkalmas idegeken. Az elmélet, melyet Rumford oly hatalmasan védett s Davy * oly ügyesen támogatott, következő: a hő egyik neme a tömecsmozgásnak s e mozgás épen úgy eléidézhető surlódás, nyomás, ütés, – mint égés által. Ez azon elmélet, melyet önök előtt kifejteni czélomúl tűztem; azon leszek, hogy egészen világossá váljék elméjökben. Kezdetben azonban türelemmel kell felfegyverkezniök. Sürjésbe indulunk s eleinte csak találomra hatolunk a haraszt közé; azonban apránként majd megismerkedünk feladatunk általános jellemével s ha kellően kitartók leszünk, minden nehézséget legyőzünk.
24. Már látták önök a hatást, melyet az összenyomott levegő eléidézett, midőn a hővillany-oszlop felületére áramlott. Az áram meghűtötte az oszlopot. De hiszen a levegő összenyomása hőt fejleszt; mi lett hát a hőből, – s ezt már többen kérdezték tőlem – mely az említett kisérletnél az összenyomott levegőben fejlődött. Tessék figyelni válaszomra. Feltéve, hogy az edény oly anyagból volna, mely a hőre nézve tökéletesen áthatlan; és feltéve, hogy az összes hő, melyet karom akkor fejlesztett, midőn a levegőt összenyomta, teljesen megmaradna az edényben: úgy ez a hőmennyiség épen elegendő volna arra, hogy tett munkámat ismét tétetlenné változ-
* Első tudományos értekezésében Davy taszító mozgásnak nevezi a hőt. "E mozgás – így mondja – különféle módon növelhető. Először is a mechanikai mozgásnak taszitó mozgássá való átalakítása, azaz súrlódás és ütés által. Ez esetben a tömeg által veszített mechanikai mozgás az atómok által nyert taszító mozgássá lesz". Nagyon megjegyzésre méltó hely. – Ezen iratnak némely más kivonatai a III. fejezethez tartozó függelékben olvashatók.
12. ábra.
tassa és a levegőt visszavezesse eredeti térfogatára és hőmérsékére. Ez az edény azonban a hőre nézve nem áthatlan s nem is volt szándékom a karom által fejlesztett hőt értékesíteni; békét hagytam tehát a sürített levegővel megtöltött edénynek mindaddig, míg az összenyomás által keletkezett összes hő szét nem szóródott s egyforma hőmérsék nem állott be az edényen belül és kívül. Ebből láthatják, hogy midőn a levegő kiözönlött, a nyomás által létesített hő már nem állott rendelkezésére, az a hő pedig, mely rugalmassági erőt kölcsönzött neki, csak arra volt elegendő, hogy megtartsa benne a küllevegő hőmérsékét. Mialatt a levegő munkát végzett, épen e hőből fogyasztott el annyit, mennyi a véghez vitt munkával egyenértékű volt. A kiáramló levegő ennek következtében meghűlt. Ne csüggedjenük, ha e következtetés önök előtt még nem egészen világos. Most még jóformán homályban vagyunk, de a mint előre haladunk, a világosság lassanként elé fog törni s a mostani sötétséget utólagosan fogja szétoszlatni".
25. Azt szeretném most önöknek bebizonyítani, hogy a levegő összenyomása által hőt fejlesztünk. Erős üveghengert látnak itt (TU), mely belől egyforma kerekre és igen simára van fúrva. A dugattyú légáthatlanúl illik belé; ha tehát lefelé hajtom e dugattyút, ez által hatalmasan összenyomom az alatta levő levegőt, s a mily rögtön összeszorítom a levegőt, ép oly rögtön hő keletkezik. Bizonyítsuk be. E darabka gyapot gyulékony folyadékba – szénkénegbe – van áztatva. A megáztatott gyapotot bedobom a hengerbe, s aztán rögtön kidobom belőle. Egy kevés pára a szénkénegből mégis benn marad. Rögtön összenyomom most a levegőt, íme fényvillanást látnak a henger belsejében. A nyomás által keletkezett hő elegendő volt, hogy a párát meggyujtsa. De nem is kell a gyapotot eltávolítani: újra bedobom a hengerbe, a dugattyút befelé hajtom, s – mint az imént, most is látják a villanást. Ha az égés folytán keletkezett gőzöket minden kísérlet után keskeny üvegcső segélyével kifúvom a hengerből, a kísérletet ismételhetem s a felvillanást eléidézhetem húszszor is egymásután, a nélkül hogy a gyapotot ki kellene vennem. |
13. ábra. |
26. Az összenyomott levegő kiáramlásának hütő hatása a villany-oszlopon már be lett önöknek mutatva. Még egy kisérletet készítettem elé, mely más példáját fogja adni azon hőhatásoknak, melyek a levegőben jönek létre, és pedig magának a levegőnek mechanikai hatása következtében. E mindkét végén zárt óncső egy légszivattyúval közlekedik. Az óncsőben most levegő van s gömbölyű külfelületével a hővillanyoszlop egyik lapjához támaszkodik. A galvanométer azt mutatja, hogy a cső megmelegítette a lapot. Erre el voltam készülve, mert tudtam, hogy a csőben lévő levegő melegebb a küllevegőnél. A jelen kísérletben a csőbeli levegővel munkát hajtatunk végre, s aztán megvizsgáljuk a cső hőállapotát. A szivattyút működésbe hozzuk; hengerei kiüríttetnek s
az óncsőben levő levegőt saját rugalmassági ereje a kiürített hengerekbe hajtja. Majd meglátják, hogy a delejtű, mely most a meleg miatt meglehetős elhajlást mutat, azon mérvben a mint a csövet kiszivattyúzzuk, elébb a zéruspontra tér vissza s az után 90 foknyi íven végig halad a hideg irányában. A szivattyú működik, figyeljenek a hatásra; a tű, mint előre mondtam, visszatér s a hideget jelző irányban halad, míg a felállított akadályokba nem ütődik.
27. Három szivattyúhúzás annyira meghűti a csövet, hogy a tű 90 fokra repül *. Hadd jöjjön nyugalomba. Sok időnkbe kerülne, ha azt akarnók bevárni, hogy a cső ismét a terem hőmérsékét érje el. A tű most már meglehetősen nyugodt, habár még mindig erősen hajlik a hideget jelző oldal felé. Ha e csapot felnyitom, a levegő berohan s mindegyik atómja, mintha belövetett volna, a cső belső falaiba ütődik. Az atómok mechanikai mozgása megsemmisül, de e mozgás helyett a neki megfelelő hőmennyiség jő létre. E hő elegendő, hogy a csövet újra megmelegítse, a jelen elhajlást megszüntesse s a tűt a zéruspont másik oldalára hajtsa. A levegő most már beözönlik; nézzék a hatást, a delejtű mozog s 90 fokig halad a meleget jelző irányban. **
* Az e kisérletnél alkalmazott galvanométer ugyanaz a szerfelett érzékeny készülék volt, melyet a magam vizsgálataiban használtam. A fennebbi kisérletek alkalmával színlapját villanyos fénynyel világítottam meg, s az így kapott 2 láb átmérőjű képet egy ernyőre vetettem.
** E kisérletnél a cső felülete csak egy vonal hosszában érintkezett az oszlop felületével, s a hő kénytelen volt a fémhüvelyen áthatolni, hogy a készülékhez juthasson. Mielőtt e berendezésre határoztam el magamat, a cső át volt fúrva és a hővillanyoszlop légáthatlanúl beléforrasztva úgy, hogy az oszlop felülete a cső belsejébe nyúlt. Ily módon az oszlop közvetetlen érintkezésben állott a levegővel s egész lapja ki volt téve a hatásnak. Az ilymódon nyert hatások igen erősek voltak, mivel azonban oda törekszem, hogy a tárgy mennél egyszerűbb kezelésben részesüljön, felhagytam az oszlop beforrasztásával, s a hallgatók által már ismert készüléket használtam. E berendezés mellett is oly jó eredményeket nyertem, hogy a rendelkezésemre álló készülékek hatásképességét csak részben kellett igénybe vennem.
28. Egy érdekes tényre kell most önöket figyelmesekké tennem, mely összefüggésben van a légnek gyérítés által eszközölt hűlésével. Nagy üvegharangot teszek a légszivattyú tányérjára. A harang levegője azonos a szoba levegőjével s mint minden, mesterségesen ki nem szárított, levegő sok vízpárát tart magában. E párák, mint ilyenek, egészen láthatatlanok, s hogy ezen állapotukban megmaradhassanak, bizonyos hőmérsékre van szükségök. Ha pedig a levegő lehűl e hőmérsék alá, a párák azonnal megsürűdnek s látható felleget képeznek. Ily felleg – emlékeznek, hogy az nem párákból, hanem finomul szétoszlott híg vízből áll – fog keletkezni az R üvegharang alatt, miután a levegőt belőle kiszivattyúztuk. Hogy a hatást mindnyájoknak láthatóvá tegyem, azok számára, a kik jobb- és baloldalomon s velem szemközt vannak, nyolcz gázlámpát helyeztem el félkörben a harang mögé. Egy vagy több ily lámpát mindegyikök láthat a harangon keresztül, s a lángok homályosodása azonnal fogja
14-ik ábra.
jelezni a felleg képződését. A szivattyú most gyorsan jár s íme nehány húzás elegendő, hogy a párák lecsapódjanak. Megtöltik az egész üvegharangot, s mialatt a fény keresztül süt a fellegen, nehányan láthatják ez utóbbi színeződését is. E színes tünemény hasonló ahhoz, melyet nagyobb mérvben néha a hold körül vehetünk észre. Ha megengedem, hogy a levegő ismét a harangba tóduljon, akkor a lég megmelegszik épen úgy, mint az óncsővel tett kisérletünkben. Ime a felleg eltűnik s a harangban ismét helyre van állítva a levegő tökéletes átlátszósága. *
29. Sir Humphry Davy a "Chemical Philosophy"-jében egy gépről szól, mely Magyarországban Selmeczbányán van felállítva s melyben a levegő 260 láb magas vizoszlop által nyomatik össze.** Ha az összenyomott levegő egy csap kinyitása következtében kiözönlött, oly hideg keletkezett, hogy a levegő vízpárái nem csak vizzé sürűdtek, hanem lehulló hóvá fagytak, a csövet pedig, melyből a lég kiáramlott, jégcsapok borították. Davy aztán így ír: "A magas hegyeken történő hóképződést dr. Darwin elmésen magyarázta, tulajdonítván azt azon vízgőzök lecsapódásának, melyeket a völgyekből és a síkságokról felemelkedő gyérített levegő tartalmaz. A majdnem az egyenlítő felett fekvő Andesek forró homoksivatagok közepette emelkednek fel, – félmagasságukon még kellemes, szelíd éghajlat uralkodik, csúcsaik pedig örök hóval födvék."
* Ennek megmutatására később sokkal szebb módszert követtem. A villanylámpa kamarájáról eltávolítottam a lencsét, minek következtében a széncsúcsoktól eredő fénysugarak széthajló irányban haladtak. Hogy a széthajló sugarak kúpját összehajló sugarak kúpjává változtassam, elül alkalmaztam egy síkdomború lencsét, s a súgárkúpot a harangon keresztül vezettem. Fénye nem volt észrevehető, nehány szivattyúhúzás azonban eléidézte a lecsapódást s a fénysugaraknak a légüres téren keresztül menő útja szilárd fehér rudacshoz hasonlított. A fény a harangon keresztül fehér ernyőre esett, melyen a hajlított fénybeli színek gyönyörűen láthatókká lettek, mihelyt a felleget a szivattyúzás eléidézte.
** Lásd e mű végén a magyar fordításhoz készített függeléket.
30. Most egy másik kisérletre szeretném irányítani figyelmöket; ennél oly ható fejleszt hőt, melyet önök közül sokan titokszerűuek nézhetnek s melyről valóban azok is, a kik közöttünk a legavatottabbak, csak igen keveset tudnak. Hőt kivánok fejleszteni olyasmi által, a mit az üres térrel való surlódásnak lehetne nevezni. Egyik neme ez talán, vagy valószinűleg, a világtér közegével való surlódásnak, melyre, bővebb tárgyalás czéljából, később vissza fogunk térni.
31. Látják e vastömeget – óriási horgonyláncznak egy szeme – melyet CC rézhuzal veszen körül számos tekerődvényben, s melyet egy pillanat alatt igen erős delejjé változtathatunk az által, hogy a rézhuzalon át villanyáramot vezetünk. Látják mily erőt nyer a vastömeg ezen gerjesztésmód által. Hozzátapad e fogó s a fogóhoz reszelők, vascsavarok és szögek. Ha lefelé fordíttatnék, e delej mindegyik sarkán ötven fontnyi terhet s az ebbe kapaszkodott tíz oly embert volna képes megtartani, kik az e teremben levők között a legnehezebbek. Adott jelre segédem megszakítja a villanyáramot; a vas lehull, s megszünik a bűvészet. A delej most már csak közönséges vas. Két darab vasat – mozgatható sarkoknak nevezik – fektetek a delej végeire; e vasdarabok, míg a delej nem működik, tetszésszerinti kölcsönös távolságba helyezhetők, de mihelyt villanyáram megyen át a huzalon, a delejhez tartozókká lesznek. Oly anyagot helyezek e kettő közé, melyet a delej akkor sem képes vonzani, midőn ereje a tetőpontra hág. Ez anyag nem egyéb, mint egy darabka ezüst, egy ezüstérem. Tőszomszédságába teszem azt a felgerjesztett delejnek, s vonzás mégsem mutatkozik. Azon gyönge hatás – oly gyönge, hogy e kisérletnél épen nem látható, – melyet a delej az ezüstre gyakorol, tényleg nem vonzó, hanem taszitó természetű.
32. A delej két sarka, PP közé függesztvén az érmet, a huzalba villanyáramot bocsátok. Az érem nyugodtan függ, nem vonzatik s nem taszíttatik, de ha mozgatni akarom,
15-ik ábra.
ellenállást érzek. Ezt az ellenállást le kell küzdenem, hogy az érmet megfordíthassam; úgy mozog, mintha nyúlós folyadék venné körül. E sajátságos hatást következő módon is
nyilvánossá lehet tenni. Itt van egy derékszögű rézlemez; ha ezt a feléje fordított sarkcsúcsok között, fűrész módjára, gyorsan ide-oda mozgatom, úgylátszik, ámbár semmit sem láthatunk köztök, mintha sajt- vagy vajféle tömeget fűrészelnék. * Ilyesmi épen nem vehető észre, ha a delej tevéketlen; a rézfűrész, a levegőnek végtelen gyönge ellenállásán kívül, más ellenállásra nem talál.
33. Állításaimat eddig szavamra voltak kénytelenek elfogadni; elékészítettem azonban egy kisérletet, mely döntő bizonyítékát fogja adni azon sajátságos hatásnak, melyet a delej az ezüstéremre gyakorol. Az érem felett kis (M) gúla függ; darab huzal köti a kettőt össze. A gúla négy darab, háromszögalakú tükörüvegből van összeállítva, hogy a fénysugarakat visszaverje. A gúla sodrott szálon függ az éremmel együtt. E szál azonnal visszasodródik, mihelyt megszabadul a tehertől, melyet tart. Egy villanylámpát úgy állítok fel, hogy erős fénysugár essék a kis gúlára. Látják, hogy a mint a tükör forog, a visszavert fény hosszú sugarai a teremnek porral telt levegőjén miként haladnak keresztül.
34. Engedjük, hogy a forgás lassan kezdődjék. Most a sugár átszeli a szobát, és a falat találja. Midőn a tükör forgásnak indul, a fénysáv is mozog, elébb lassan a terem padlásán és falain. De a forgás gyorsul, s most már meg nem különböztethetik az egyes fénysávokat, hanem pompás világító szalagot látnak helyettök, húsz lábnyi átmérővel, melyet a visszavert sugarak, gyors forgásuk folytán, a fal hosszában képeznek. Adott jelre hatóvá tétetik a delej, s az érem forgása azonnal megakad. Látják a hatást; a forgó érem a delej behatása alatt egyszerre megáll, mintha villám csapott volna belé. A világító szalag rögtön eltűnik, s a falon ismét láthatják az egyes fénysávot. E sajátságos mechanikai hatás beáll a nélkül, hogy a sarkok közötti térben bármily látható vál-
* Ez Faraday kisérlete. Ugyan ő volt az első, a ki delej által a keringő koczka mozgását feltartóztatta.
tozás történt volna. Vegyék most tekintetbe a fénysávnak a falon való lassú mozgását. A szál feszültsége, mely e mozgást eléidézi, láthatatlan ellenséggel küzd. Olyan e mozgas, mintha az érem, a helyett hogy levegő venné körül, szörppel telt edénybe mártatott volna. Megszüntetem a delejes erőt, s azonnal eltűnik a sarkok közötti térnek nyúlós folyadékféle jellege; az érem ismét forog, mint elébb; itt vannak megint a visszavert sugarak, itt a világító szalag. Újra felgerjesztem a delejt; a sugarak mozdulatlanok, a szalag eltűnik.
35. Kezem erejével leküzdhetem ez ellenállást, s az érmet forgathatom; de hogy forgathassam, erőt kell kifejtenem. Mi lesz ezen erőből? hővé alakul. Az érem, ha erőszakkal kényszerítjük a forgásra, megmelegszik. Önök közül bizonyosan sokan ismerik Faradaynek azon nagy felfedezését, hogy, ha valamely delej sarkai között jó villanyvezető mozog, villanyáramok gerjednek. Ily villanyáramok itt is keletkeznek, s ezek elegendők, hogy az érmet megmelegítsék. De mik ezek az áramok? Mily vonatkozásban állanak a delejsarkok közötti térhez s a gerjesztésükre fordított izomerőhöz? Még most nem tudjuk, de lassan-lassan meg fogjuk tudni. Nem kevésbbé érdekessé teszi e kisérletet az is, hogy karomnak ereje, mielőtt mint hő tünnék elé, más alakban és pedig a villanyosságéban jelenik meg. Az eredmény ugyanaz marad: a végül kifejtett hő tökéletes egyenértéke azon erőnek, mely az éremnek a felgerjesztett delejes térben való forgatására fordíttatott.
36. Most azon leszek, hogy a jelenlevőknek megmutassam az ekként eszközölt hőfejlesztést. Itt van egy tömör fémhenger; belső magva oly fémből való, mely könnyebben olvad, mint a külső hüvelye. A hüvely réz; a mag kemény, de könnyen megömlő ötvény. A hengert úgy helyezem el a delejnek kúpalakú PP sarkai közé, hogy felfelé álljon; e mellett még ss zsinór által egy esztergával függ össze s gyors forgásba jö, ha az esztergát megindítom. Nem gerjesztett delejnek sarkai között itéletnapig is foroghatna, a kivánt
16-ik ábra.
eredmény még sem jőne létre; de ha a delejt tevékenynyé teszszük, oly fokú hő fog fejlődni, mely elegendő, hogy a henger beltartalmát megömleszsze; s ha a kisérlet sikerül, szemök láttára kiöntöm a megömlött fémet. Két percz elegendő. A henger forog, felső vége födetlen; úgy hagyom, míg a megömlött fém a sarkok fölé nem kezd frecscsegni. Alig mult el egy percz a kísérlet kezdete óta, s már látom a fém-permetezést. Pillanatra megállítom a forgást, hogy a henger felső végét bedugaszolhassam s megakadályozzam a fém elszóródását. Meg vagyok róla győződve, hogy ha elébbi eljárásunkat még fél perczig folytatjuk, az egész mag megömlik. Most már felveszem a hengert, a dugaszt eltávolítom s önök előtt kiöntöm a megömlött ötvényt. *
37. Ideje már, hogy az eddiginél mélyebben fontolóra vegyük: mily viszony létezik a mechanikai munka által fejlesztett hő és az erő között, mely ama hőt létesítette. Mielőtt e viszony szabatos kifejezést nyert s tények által bebizonyíttatott volna, határozatlan képzete bizonyosan már nem egy szellem előtt lebegett. Már a híres Montgolfier foglalkozott a hő és a mechanikai munka egyenértékűségének gondolatával, s eszméjét unokája, Séguin fejtette ki tovább, az 1839-ben nyomatott, "a vasutak befolyása" czímű művében. A ki az életfolyamatokról, a táplálékban foglalt erőnek
* Dr. Joule volt az első, a ki hőt fejlesztett az által, hogy jó villanyvezetőt delej sarkai között mozgatott (Philosoph. Magazin vol. XXIII, 3 Series. 1843, pp. 355 és 439). Igen meglepő alakot adott később e kisérletnek Foucault. A fennleirt fogás, t. i. a henger beltartalmának megömlesztése, nyilvános eléadásokra igen alkalmas.
az izomerőhöz való viszonyáról, az állati testben eléjövő változásokról gondolkozik, önmagától jő az ezen erők kölcsönös összefüggésének gondolatára. Nem csoda tehát, hogy egy orvos volt az első, a ki a hő és a mechanikai munka egyenértékűségének s általában a természeterők kölcsönös átalakulási képességének fogalmát bölcsészeti tisztaságig fejtette ki lelkében. Dr. Mayer, heilbronni orvos jelentette ki 1842-ik évben * azt a megszabott viszonyt, mely a hő és a munka között van. Ő számította ki először a "hőnek mechanikai egyenértékét", s mint annak idején látni fogjuk, a felállított elvet bátran nyomozta a legvégsőbb consequentiákig. Mayer sejtelmeinek azonban kisérlet által kellett elébb igazoltatniok, s dr. Joulet – Manchesterben – illeti az érdem hogy ezen elmélet igaz voltának első döntő bizonyítékát szolgáltatta ,** Mayertől egészen függetlenül, s el nem csüggedve azon közönyösség miatt, melylyel – mint látszik – első munkáit fogadták: éveken át, kitartón folytatta kísérleteit, hogy bebizonyítsa a hő és a közönséges mechanikai munka között levő viszonynak változatlanságát. Vizet öntött alkalmas edénybe s a vizet lapátos kerekek által mozgatván, meghatározta úgy a víz mozgása folytán létre jött hőmennyiséget, mint pedig az e hőnek kifejtésére fordított munka mennyiségét. Ismé-
* Liebig's Annalen XLII kötet, p. 233. Phil. Mag. Ser. 4, vol. XXIV, p. 371 és kivonata Phil. Mag. vol. XXV p. 378. Wheatstone úrnak köszönöm, hogy G. Rebensteinnak sajátságos és ritka értekezéséről tudomásom van. Ezen értekezés czíme: "Korunk haladása. Hő-fejlesztés tüzelő anyag nélkül, vagy physikai és mathematikai bizonyításokra fektetett leirása oly eljárásnak, mely szerint hőt a levegőből lehet meríteni és nagy mérvben összpontosítani. Legolcsóbb helyettesítője a tüzelőanyagnak valamennyi esetben, a hol tüzelésre van szükség". Rebenstein Dulong kisérleteiből vezeti le a hőnek azon mennyiségét, mely valamely gáz összenyomásánál fejlődik. A dynamikai elméletnek nyoma sincs ez iratban. Rebensteinnál anyag (Wärmestoff) a hő, mely a levegőből kisajtolható úgy, mint szivacsból a víz.
** Phil. Mag. 1863. Aug. Joule úrnak a hő mechanikai egyenértékére vonatkozó kisérletei 1843-tól 1849-ig terjednek.
telte a kísérletet higanynyal és bálnaolajjal. Öntöttvas-korongokat dörzsölt egymáshoz; s megmérte a surlódás által keletkezett hőt s a surlódás leküzdésére alkalmazott erőt. Vizet hajtott hajcsőveken keresztül; s meghatározta a hőmennyiséget, mely a folyadék és a cső falai közötti surlódás következtében létrejött. Kisérletének eredményei legcsekélyebb kétkedést nem engednek a felett, hogy az erőnek ugyanazon mennyisége által kifejtett hőmennyiség, minden körülmények között, megszabott és változhatatlan. Az erőnek egy bizonyos adott mennyisége tökéletesen ugyanazt a hőmennyiséget hozta létre, akár arra fordíttatott, hogy egymáshoz dörzsölödő vaskorongokat forgasson, akár arra, hogy vizet, higanyt, vagy bálnaolajat mozgasson. Természetes, hogy egy-egy kisérlet befejeztével a hőmérsék igen különböző volt minden egyes esetben. A víz hőmérséke például csak 1/30-részét képezte a higany hőmérsékének, mert a víz hőfoghatósága, mint már tudjuk, harminczszor akkora, mint a higanyé. Tekintetbe is vette Joule e tényt a kisérleteivel összefüggő számitásoknál, s mint már említettem, azt találta, hogy az absolut hőmennyiség, mely keletkezett, ugyanazon erőfogyasztás mellett valamennyi esetben ugyanaz volt, habár a használt anyagok különböző hőfoghatósága következtében a hőmérséki különbségek nagyok voltak.
38. E módon bebizonyíttatott, hogy az a hőmennyiség, mely egy font víz hőmérsékének egy Fahrenheit-féle fokkal való emelésére megkivántatik, egyenlő azon hőmennyiséggel, mely úgy keletkeznék, ha egy font súlyú test 772 lábnyi magasságról a földre esnék. Viszont pedig az a hőmennyiség, mely egy font viznek a hőmérsékét egy fokkal emeli, mcchanikailag alkalmaztatván, képes volna egy fontot 772 lábnyi, vagy 772 fontot egy lábnyi magasságra fölemelni. E kifejezés "lábfont" a végett hozatott használatba, hogy kényelmesen meg lehessen jelölni egy fontnak egy lábnyi magasságra való emelését. Ha tehát az egy font víz hőmérsékének egy Fahrenheit-féle fokkal való emelésére szük-
séges hőt veszszük mértékegységül, akkor a 772 lábfont az, mit a hő mechanikai egyenértékének * nevezünk. Celsius-féle fokokban fejezvén ki a hőmérséket, az egyenérték 1390 lábfont **
39. Hogy a magasról leeső test hőhatását emlékezetükbe vessem, egy ólomgolyót bocsáttatok le e szoba padlásáról a padlóra. Az ólomgolyó e pillanatban kissé hidegebb, mint a szoba levegője; bebizonyítom ezt, ha a golyót hővillanyoszlopunkhoz érintem. A delejtű elhajlása hideget jelez. Egy vaslemez, mely szinte [szintén] hidegebb, mint az e helyiségben lévő levegő, úgy lesz a padlón elhelyezve, hogy a golyó reá essék. Egyik segédem a felső emeleten van, a ki a golyót, miután azt e zsinórhoz csatoltam, felhúzza; e mellett nem
* Lásd e mű végén a magyar fordításhoz készített függeléket.
** A kopenhágai királyi társulatnak, 1843-ik évben, Colding nevű dán természetvizsgáló következő czímű értekezést nyujtott be: "Tételek az erőről". Colding már akkor azon volt, hogy kiszámítsa a különféle fémeknek egymáshoz és más anyagokhoz való súrlódása által kifejtett hőmennyiséget és a kifejtésére elfogyasztott mechanikai munkának a mennyiségét. A vizsgálatairól szóló jelentésében (Phil. Mag. vol. XXVII, pag. 56), 200 kisérleteinek eredményeképen azt mondja, hogy a nyert hő mindenkor viszonyban állott a mechanikai munkához. Colding úr azt találta, hogy azon hőmennyiség, mely egy font viz hőmérsékét 1 Celsiusféle fokkal képes emelni, egy fontot 1148 lábnyi magasságra emelhet és pedig függetlenül azon anyagtól, mely által a hő kifejtetett. Nagyon megjegyzésre méltó eredmény. Colding következő alapelvekből indul ki: "a természeterők szellemi, anyagtalan lények, melyeknek jelenlétéről csak a természet felett gyakorolt uralmuk által nyerünk tudomást. Mint ily lények felette állanak a természet minden anyagi dolgainak; nyilvánvaló lévén, hogy a bölcseség, melyet a természetben észleíünk és csodálunk, csak ezen erők által nyer kifejezést, látnivaló az is, hogy ezen erők vonatkozásban állanak azon szellemi, nemtesti és intellectualis hatalomhoz, mely a természetet haladásában vezérli. Ha ez áll, akkor ezen erők nem halandók és nem mulandók. Ez oknál fogva egyáltalán [teljességgel] nem-mulandónak kell ezen erőket tekintenünk". Colding úr esete mutatja, mint válhat oly szemlélődés is, mely épen nem physikai, nevezetes physikai eredmények eszközlőjévé, ha kisérletezésre indít.
fogja érinteni s nem is fogja engedni, hogy valamely tárgyhoz ütődjék. Most lebocsátotta; esik s a vaslemez felfogja. E magasság azonban sokkal csekélyebb, semhogy sok hőt létesíthetne az arról való leesés; felhuzatjuk s lebocsáttatjuk tehát a golyót még háromszor vagy négyszer. Most már négyszer esett, újra viszem tehát az oszlophoz, s az e pillanatban bekövetkezett elhajlás mutatja, hogy az elébb hideg fém megmelegedett. E hőt egyedül azon mozgási erély megsemmisülésének köszönhetjük, melylyel a golyó akkor birt, midőn a vaslemezbe ütközött. Elméletünknek megfelelőleg: itt azon mechanikai mozgás, mely a golyóra, mint tömegre volt elébb ruházva, most a tömeg atómjainak adatott át s azokat olynemű mozgalomba hozta, melyet mi hőnek nevezünk.
40. Könnyen kiszámíthatjuk az e kisérlet közben keletkezett hő mennyiségét. 26 lábat teszen a tér, melyet a golyó, minden egyes kisérletnél, esése közben átszelt; a létesített hő pedig arányos azon magassággal, melyről a test esik. Oly ólomgolyó, mely 772 lábnyi magasságról leesnék, annyi hőt fejlesztene, a mennyi elegendő volna arra, hogy hőmérséke 30 Fahrenheit-féle fokkal emeltessék; mert az ólom hőfoghatósága 1/30-ad része a víz hőfoghatóságának. A kisérletünknél keletkezett hőnek tehát, ha az ólomban maradna összpontosítva, golyónkat, midőn ez 26 lábnyi magasságról leesett, egy fokkal kellene megmelegítenie; mert 26, kerekszámban annyi mint 772-nek harminczadrésze. Ennyi a hőnek mennyisége egy esés után, s magától értődik, hogy négyakkorává kell növekednie, ha az esés négyszer ismétlődik. A hő azonban nincs teljesen a golyóban összpontosulva; csekély része a vaslemezben van, mely a golyót felfogta.
41. Bizonyosan nem szükséges megemlítenem, hogy minden mozgás megsemmisülése hőfejlesztéssel jár azon esetben is, ha a test nem a nehézségerő által, hanem más módon hozatik is mozgásba. A puskagolyó tetemesen megmelegszik , midőn czéltáblát talál. A hő mechanikai egyenértéke lehetővé teszi, hogy ismervén a puskagolyó
sebességét, pontosan kiszámíthassuk az általa kifejtendő hőmennyiséget. Oly pont ez, mely megérdemli figyelmünket; s midőn vele foglalkozom, engedjék meg, hogy főképen azokhoz forduljak e gyülekezetben, a kik előtt a mechanika alapfogalmai is ismeretlenek. Mennél nagyobb a magasság, melyről valamely test leesik, annál nagyobb, mint mindenki tudja, az erő, melylyel ama test a földhöz ütődik. Ered pedig ez ama nagyobb sebességtől, melyet a testnek a nagyobb magasságról való esés kölcsönöz. A test sebessége azonban nem arányos a magassággal, melyről a test leesik. Négyakkora magasság mellett a sebesség csak kétakkora, kilenczakkora magasság mellett csak háromakkora s ha a magasság tizenhatakkora, a sebesség csak négyakkora, vagy átalánosan fejezvén ki: a magasság a sebesség négyzetével arányos.
42. De a leeső test ütődése által kifejtett hő a magassággal egyszerűen arányos; következéskép a keletkezett hő a sebesség négyzete szerint növekszik.
43. Megkettőzvén valamely lövevény sebességét, úgy a hőt megnégyszerezzük, melyet a lövevény mozgásának megsemmisítése létesít; a sebesség háromszorozásával a hőt kilenczszerezzük, s négyakkorává tévén a sebességet, a hőt tizenhatakkorává teszszük, és úgy tovább.
44. A 772 lábnyi magasságról leeső testnek a nehézségerő kerekszámban 223 lábnyi sebességet kölcsönöz, egy másodperczre vonatkozólag; a mi annyit teszen, hogy ama testnek a sebessége, a földdel való összeütközését közvetlenül megelőző pillanatban, 223 láb. E sebesség hatszorosa, azaz 1338 láb másodperczenként, a kilőtt puskagolyónál még nem valami rendkívüli sebesség.
45. De a másodperczenként 223 lábnyi sebességgel mozgó ólomgolyó czéltáblába ütődvén, annyi hőt fejlesztene, a mennyi 30 F.-féle fokkal emelné a hőmérsékét; hatakkora sebesség mellett pedig harminczhatannyi hőt létesítene; és így 36×30=1080 fokra rúgna a golyó hőmérsék-emelkedése, ha másodperczenkónt 1338 lábnyi sebességgel haladván,
czéltáblát találna, s a hő magában a golyóban összpontosítva maradna. E hőmérsék pedig több mint elegendő, hogy az ólmot megömleszsze. Ha a golyó, ólom helyett, vasból volna, úgy a kifejlett hő, ugyanazon körülmények között, 1080 foknak csak harmad részével emelhetné a golyó hőmérsékét, mert a vas hőfoghatósága körülbelül háromakkora, mint az ólomé.
46. E szemlélődésekből következik, hogy a lövevény sebességét és súlyát ismerve, könnyen kiszámíthatjuk a hőmennyiséget, mely a lövevény mozgató erejének megsemmisülésénél fejlődik. Ismerjük például a föld súlyát és sebességét, melylyel a térben halad, s ezen adatokból egyszerű számítás által képesek vagyunk tökéletesen meghatározni a hőmennyiséget, mely azon esetben létesülne, ha a föld a maga pályafutásában, mint a golyó a czéltábla által, megakasztatnék. Megmondhatjuk például, hogy hány fokkal emelné a fennemlített feltételek mellett keletkezett hőmennyiség egy a földdel egyenlő vízgömbnek a hőmérsékét. Mayer és Helmholtz megtették e számítást s azt találták, hogy az e roppant ütődés által kifejtett hő nem csak arra volna elegendő, hogy a földet megömleszsze, hanem hogy azt nagyrészben gőzzé is változtassa. Ilymódon tehát "az elemek", egyszerűen az által, hogy a föld megakasztatnék a maga körjáratában, oda juthatnának, hogy az "izzás hevében megömöljenek." Az e módon kifejtett hőmennyiség egyenlő volna azzal, melyet tizennégy, földnagyságú széngömbnek elégetése eredményezne. És ha a föld ily megakasztás következtében a napba esnék, minek kétségtelenűl be kellene következnie, e lökés annyi hőt fejlesztene, a mennyi 5600 szilárd szénből álló földgömbnek elégetése által létesülne.
47. Az imént közlött ismeretek, a napban lévő erőnek forrásáról gondolkodó, több természetvizsgálót * azon nézetre
* Mayer lépett fel e nézettel 1848-ban s azt nagy terjedelemben kidolgozta. Tőle függetlenül állitotta fel későbben Waterston, s tovább fejtette William Thomson. (Transactions of the Royal Soc. of Edinb., 1853.) Lásd a XIII. fejezetet.
vezettek, mely szerint a nap hevét és fényét a meteórféle tömegeknek, a nap felületére való, folytonos lezuhanása tartja fenn. Az állatövi fényt meteorkövekből álló felhőnek hitték, s ama meteorféle tömegek esője, így képzelték, épen az állatövi fényből volna levezethető. E nézet igaz voltát ne feszegessük; megjegyzésre méltó minden esetre, hogy a meteóroknak fennemlített lezuhanása csakugyan elegendő volna a fényt és hőt fenntartani a napban. Egy későbbi alkalommal jobban ki fogom fejteni ezen elméletet. Most nem szükséges annak igaz, vagy téves volta felett gyanítólag nyilatkoznom, csak annyit mondok, hogy az ok, melyből ezen elmélet kiindul, elegendő hatásosság mellett, tökéletesen megfelelne a neki tulajdonított eredménynek.
48. Menjünk át a naptól olyasmihez, a mi csekélyebb, – hogy úgy mondjam, a természet ellenkező sarkához. Ebben nyilvánul igazán az emberi értelemnek isteni ereje, mely ha törvényről van szó, a puszta nagyságtól függetlenné tudja magát tenni. Elméletünk nem csak napokra és bolygókra, hanem az atómokra is alkalmazható. A jelenlévők közűl legtöbben ismerik a gyémánt tudományos történetét; e drágakövet Newton zsíros vagy elégethető anyagnak nyilvánította s ezzel megelőzte a modern vegytan felfedezéseit. Mai nap mindenki tudja, hogy ama fényes drágakő ugyanazon alkatrészekből áll, mint a közönséges szén, a graphit, vagy az irón. A gyémánt tiszta szén, és a szén elég az oxygénben. Itt van e kis, platinhurokba fogott gyémánt; e lángon vörösizzásig hevítem s azután oxygénnel telt palaczkba meritem. Látják: mint ragyog, miután a palaczkba tettem; most izzik, mint a csillag, tiszta fehér fényben. Hogyan kell már most képzelnünk az itt végbemenő hatást? tökéletesen úgy, mint a meteórköveknek a nap felületére való hullását. Minősége szerint mindkét képzet ugyanaz, s felfogni egyik sem nehezebb a másiknál. Ugy kell a dolgot képzelniök, hogy az oxygén atómjai minden oldalról a gyémánt felületére zuhannak. Vonzatnak pedig ide az úgynevezett vegyi rokonságnak
ereje által; de ezen erő tulajdonképen nem egyéb, mint a tiszta vonzó erő, és – ha szabad e kifejezéssel élnem – a nehézségerővel ugyanazon mechanikai minőségű. Minden egyes oxygénatóm, midőn a gyémánt felületéhez ütődik s haladó mozgásában a széntömeg által megakasztatik: azon nemét veszi fel a mozgásnak, melyet hőnek nevezünk; e hő pedig oly erős, a vonzás e parányi távolságokban oly hatalmas, hogy a gyémánt fehérizzóvá lesz, s a vegyület, mely a gyémánt és az oxygén atómjainak egyesüléséből támad, mint szénsavas gáz elillan.
49. Menjünk át a gyémántról a közönséges lángra. Itt van egy gázégető, melyből keskeny, magas gázláng nyúlik fel. Milyen e gázláng belalkata? Belsejét még el nem égett gáz alkotja, kívüle pedig a levegő oxygénje van. A gáz magvának külső felülete levegővel érintkezik, s itt ütköznek össze az atómok, és kölcsönös összeütődésök által itt fejtenek hőt és fényt. A láng részletes szerkezete kiváló figyelmet érdemel. Ide vágó ismereteinket Davy egyik legszebb vizsgálatának köszönjük. Világító gázunk úgynevezett szénhydrogén; s vegyileg egyesült szénből és hydrogénből áll. Ha az elégés tökéletlen, észrevehetjük, mint válik ki ezen átlátszó gázból a korom és lámpafösték. Benne van most is mind a kettő, de más anyagokkal átlátszó gázzá vegyülve. Itt tehát ennek az összetett gáznak felülete a levegő oxygénjével érintkezik; hőt juttatunk hozzá, s a vonzóerő rögtön és annyira fokozódik, hogy a gáz lángra lobban. Két társ között választhat az oxygén, s a melyikéhez jobban vonzódik, ahhoz csatlakozik. Elébb a hydrogénhez csatlakozik s szabaddá teszi a szenet. A szilárd szénnek számtalan sok részecskéje, szélylyel szórva az égő hydrogén között, erősen megmelegszik, parázszsá válik. E szénrészecskék fehérizzókká lesznek, s főképen nekik köszönjük lámpáink fényét. A szén bizonyos idő mulva vegyül ugyan az oxygénnel s szénsavvá lesz – vagy legalább azzá kellene lennie –, de mielőtt a hydrogéntől, melylyel elébb vegyülve volt, átmenne
az oxygénhez, melyhez elvégre csatlakozik, egy ideig szilárd állapotban van jelen s a közben fénye ragyogásában részesít bennünket.
17-ik ábra. |
50. A gyertya égése elvben tökéletesen ugyanaz, mint a gázáram égése. Itt látnak egy darab viaszt vagy faggyút; közepében gyapotkanócz van, melyet meggyujtunk; ég és megömleszti a láng alatt lévő zsírt. A folyadék fölfelé emelkedik a kanóczban a hajcsővi vonzásnál fogva; a forróságban gőzzé lesz s e gőz nem egyéb, mint szénhydrogén, mely épen úgy ég, mint a gáz. Belül itt is égetlen gőz, kívül levegő s a kettő között azon réteg van, mely az összeütköző atómoknak csatatérűl szolgál s melyen azok hőt és fényt fejtenek. Alig van szebb valami az égő gyertyánál: alant a kanócz mellett homorú mélyedés, részben telve megömlött anyagokkal; a folyadék felkúszó emelkedése és elgőzölgése; a láng alkata, karcsúan hegyződő alakja s e mellett a légáramok, melyek összefutnak, hogy a láng szükségleteit fedezzék! Szépsége, világossága s mozgékony volta miatt a láng kedvencz jelvényévé lett a szellemi lénynek. Mióta Davy a lángot szétbontotta, épen nem csökkent a gyönyör, melyet szemlélése okoz, sőt ellenkezőleg, csodálás tárgya az a gondolkodó szellemre nézve most inkább, mint valaha. |
51. Most már világos képet alkothatnak maguknak a gyertyaláng szerkezetéről. Maguk előtt láthatják az el nem égett magvat és az ezt környező égő réteget. E rétegen keresztül illannak el a magból folytonosan s mennek át a
légbe a gyertya alkatrészei. A gyertyaláng tehát üreges kúp, égő anyagból. Képzeljük, hogy e kúpot vízszintes irányban keresztül szelnők. Égő gyűrü állana akkor önök előtt. A következő módon valóban keresztülszelhetjük a gyertya lángját: e fehér papirosdarabkát vízszintes helyzetben lebocsátom a lángba, úgy hogy majdnem érinti a kanóczot. Figyeljék meg a papiros felső lapját; szenesül, de mily módon? megszenesült gyűrüt látunk rajta, mely tökéletesen megfelel a láng égő gyűrüjének. Ugyanezt ismétlem a gázlánggal; s íme itt a gyűrü, melyet eléidézett. Látják, hogy a papiros a gyűrün belül érintetlen maradt, mert a papiros e helyére hat a gyertyának, vagy a gázáramnak égetlen gőze; szenesülés itt tehát nem állhat be.
18-ik ábra.
52. Lámpáink fényét e szerint, legnagyobbrészt, a szilárd szénrészecskék jelenlétének köszönjük. E részecskék azonban csak az oxygén távollétében maradhatnak kötetlen állapotban, mert ez amazokat lefoglalni törekszik. Ha azon pillanatban, midőn a szénrészeeskék a hydrogéntől, melylyel vegyűlve voltak, elszabadulnak, annyi oxygén volna jelen, a mennyi azokat megköthetné: vége volna kötetlen állapotuknak, s mi meg volnánk fosztva fényöktől. Ha tehát a csőből kiözönlő gázba annyi levegőt keverünk, hogy ennek oxygénje egészen a láng szivébe hatolhasson, úgy a láng fényét eltűntethetjük.
53. Bunsen tanár egy külön gázégetűt gondolt ki a végből, hogy a szilárd szénrészecskéket gyors elégetés által megsemmisíthesse. Az égető, melyből a gáz kiözönlik, egy csőbe tétetik, mely az égetővel együtt ugyanazon magasságban át van lyukasztva. A levegő a nyilásokon beözönlik,
19. ábra.
a gázzal összekeverődik, s e keverék a cső felső végén kiözönlik. A 19-ik ábra ily égetőt ábrázol. A gáz a nyilásos ss térbe ömölvén, itt levegővel keverődik s most mind a kettő együtt emelkedik fölfelé az aa csőben. d egy bogláralakú égető, melyet olyankor használunk, midőn a lángnak más alakot kivánunk adni. Most meggyújtom a keveréket, de a láng alig világít. Hőség itt a czél; s e nem világító láng sokkal forróbb a közönségesnél, mert sokkal gyorsabb és hatályosabb ís benne az elégés. * Elzárván az ss tér külső nyilásait, ez által megszüntetem a levegő odajutását, s íme a láng azonnal világit. Beáll ismét a közönséges eset, midőn t. i. égő réteg veszi körül az égetlen gáz magvát. Valamely gáznak világító ereje megbecsülhető azon levegő mennyiségébűl, mely a szilárd szénrészecskék lecsapódásának meggátlására szükséges. Mennél tartalmasabb a gáz, annál több levegőre van szükségünk, hogy e hatást eléidézzük.
* E láng oly testnek, melyre csak sugárait veti, nem forróbb: sőt még oly forró sem, mint a közönséges láng; de igen is forróbb oly testre nézve, mely belé meríttetik.
54. London utczáin, minden szeles szombatestén, érdekes észleletet tehetünk, ha figyelemmel kisérjük a nagy gázlángoknak – milyeneket a mészáros-boltokban szokás alkalmazni – rögtöni s majdnem tökéletes kialvását. Szeles időben az oxygén mechanikailag hajtatik be majdnem a lángok belsejébe, s a fehér fény egy pillanat alatt kisérteties halvány-kékes lánggá változik. Ugyanezen hatás vehető észre az ünnepélyes kivilágitások alkalmával; a világosság hiánya itt is, úgy, mint a Bunsen-féle égetőben, annak tulajdonítandó, hogy elegendő oxygén van jelen, mely azonnal felemészti a láng szenét.
55. Midőn 1859-ben az Alpesekbe utaztam, feladatomul tűztem ki többi között, meghatározni a magasság befolyását az égés fokozatára. Szerencse a tudományra nézve, hogy dr. Frankland urat kértem meg, követne engem ez alkalommal s vállalná az égésre vonatkozó kisérleteket. Magam a napsugárzást akartam tanulmányozni. Következő terv szerint jártunk el: hat szál, Chamouniban vett gyertyát gondosan megmérlegeltüuk. Azután meggyujtottuk, egy óráig hagytuk égni a Hôtel de l'Unionban s megmérlegeltük a súlyveszteséget. Ugyanazon gyertyákat magunkkal vittük a Mont-blancra s 1859-ik év augusztus 21-kén reggel egy óra hosszat hagytuk égni egy sátor alatt, hol tökéletesen védve voltak a léghuzam ellen. Csodálkozás fogott el mindkettőnket, midőn oda fent láttuk a hat lángot. Mintha csak kisérteteit láttuk volna a lángoknak, melyeket ugyanazon gyertyák a Chamouni völgyében adtak. Sápadt, bágyadt voltukból azt kellett következtetnünk, hogy az égés erélye tetemesen csökkent. A visszatértünkkor eszközölt gondos mérlegelés azon váratlan tényt eredményezte, hogy a lángok tökéletesen annyi stearint fogyasztottak el odafent, mint alant. Az égés tehát odafent épen oly erélyes volt, mint idelent; daczára annak, hogy a magasság roppant mértékben megcsökkentette a láng világító erejét. E nevezetes tünemény leginkább a nagy magasságban lévő levegő nagyobb mozgé-
konyságának tulajdonítható. Az oxygén-részecskék aránylag könnyen hatolhattak bc a lángba s megsemmisíthették a fényét, hatásuk gyorsasága által pótolván megcsökkent létszámukat. Azt találtam, hogy a levegő-atómok mozgékonyságát megkétszerezhetjük, ha a légköri levegő sürűségét felényire alászállitjuk.
56. Dr. Franklandot e kisérletek igen érdekes vizsgálatra indították. Megmutatta, hogy azon stearin-mennyiség, melyet a láng egy bizonyos idő alatt felemészt, messze határig független a levegő sürűségétől. Ennek oka az, hogy összenyomván a levegőt, növeljük ugyan a lánggal érintkező tevékeny részecskék számát, de majdnem ugyanazon mérvben csökkentjük mozgékonyságukat s lassítjuk az égést. Midőn szerfelett sok levegő veszi körül a lángot, hűtő befolyása oda fog hatni, hogy a szilárd szén-részecskék szabadon maradása tovább tartson, sőt még oda is, hogy végleges elégésök meggátoltassék. Dr. Frankland vizsgálataiból folyó szép kisérleti eredményeknek egyike az, hogy a halvány, füsttelen borszeszlángot, ha a körötte levő levegőt összenyomjuk, a gázláng világosságáig fokozhatjuk s kellő légsűrités által még füstössé is tehetjük, minthogy a közelében levő sürű oxygén most lomhábbá vált, mintsem hogy a szén tökéletes elégését eszközölhetné. *
57. De térjünk vissza az égésre vonatkozó elméletünkhöz. Lángjaink fényét és hevét annak tulajdonítjuk, hogy a levegő oxygénje és a világító gáznak, vagy a gyertyának alkatrészei egymásra zuhannak. Ha e Bunsen-féle égető lángjába vasreszeléket hintek: látják a csillagszerű sziporkázást, melyet az aczél elégése idéz elé. Ez esetben az aczél elébb addig hevül, míg a vonzóerő közötte és a levegő oxygénje között annyira nem növekszik, hogy vegyülésre birja mind a kettőt, s ezen röppentyűszerű fellobogás összeütközésök eredménye. Az oxygén-atómoknak a kénatómokhoz való ütő-
* Lásd e mű végén a magyar fordításhoz készített függeléket.
dése okozza a hőt és lángot, melyet tapasztalunk, midőn ként levegőben, vagy tiszta oxygénben égetünk; a hatályos hő és a vakító fény, mely a phosphornak oxygénben való elégetésekor keletkezik, az oxygén- és phosphoratómok összeütközésének tulajdonítandó. Chlór és antimon összeütközése szüli azon fényt és hőt, mely e két anyag összekeverésénél keletkezik; s a réz- és a kénatómoknak egymásra való zuhanása az, mely a tömeg izzását okozza, midőn e két anyagot együttesen hevítjük valamely lombikban. Szóval, minden égést a kölcsönös vonzó erejök által egymásra zuhintott atómok összeütközésének kell tulajdonítanunk.
FÜGGELÉK A II. FEJEZETHEZ.
Kivonatok a "Novum Organum" második könyvének huszadik aphorismusából.
Jól meg kell érteni a mit a mozgásról mondottunk, hogy úgy áll a hőhöz, mint a nem (genus) a fajhoz (species-hez); nem azt, hogy a mozgás hőt, vagy a hő mozgást szülne (habár némelykor így van), hanem azt, hogy maga a hő semmi egyéb, mint mozgás. Ezen állítmányokat, a mennyire lehet, korlátozzuk, elejét veendők a félreértésnek.....
A hő közlődését, vagyis tova terjedő természetét, melynél fogva a meleg testhez érintett test megmelegszik, nem szabad összetéveszteni a hőnek lényegével. Más a hő és más a megmelegedés. Surlódás által hő létesíthető a nélkül, hogy megelőzőleg hőnek jelen kellett volna lennie.....
A hő tágító mozgás, melynél fogva a test azon van, hogy kitáguljon, nagyobb tért foglaljon el, vagy nagyobb méreteket vegyen fel mint elébb. Különösen nyilatkozik e sajátság a lángban, hol a füst vagy zsiros gőz szemmel láthatólag kitágul és lánggá fejlődik.
Ugyanez mutatkozik a forró folyadékban, mely szemlátomást dagad, emelkedik, hólyagokká tágul ki; s ez öntágítás annyira megyen, hogy a folyadék egészen más, sokkal tágultabb testté alakul át, u. m. füstté, párává, levegővé......
***
Harmadik sajátsága a hőnek az, hogy oly mozgás, mely nem terjeszkedik egyenletesen az egész testen keresztül, hanem a kisebb részeken át, s egyúttal löktetve, taszítva és visszaveretve. Innét van az általa okozott váltakozó, rezgő, feltörekvő, felvillanó s a visszaütközés által újra felgerjesztett mozgás. Ebben keresendő a tüz és hő dühének oka.....
Ez abban is nyilvánul, hogy a levegő az osztályzatos üvegben akadály nélkül és egyenletesen tágulhatván, meleg nem vehető észre. Ép így a szél, ha zárt térből legnagyobb erővel tör is ki, nem fejleszt nagy meleget, mert a mozgásban az egész tömeg veszen részt a nélkül, hogy a részecskék váltakozó mozgásban lennének.....
E jellemző tulajdonság közösen meg van a melegben és a hidegben; az egyiknél ugyanis az összehuzó mozgásnak a tágulási törekvés, a másiknál a kitágító mozgásnak az összehuzódási törekvés szegül ellene.
***
Ezzel befejezzük az első szüretelést, vagyis észszerű vizsgálatát a hő lényegének. A hőnek röviden összefoglalt, (a mindenséghez, nem pedig egyedül az érzékekhez viszonyított) igaz meghatározása ez: a hő tágító, gátolt, a kisebb részecskéken át törekvő mozgás. E terjedés úgy módosul, hogy habár minden oldal felé törekszik, valamivel erősebben irányul mégis fölfelé. E terjedést és törekvést a részecskék úgy módosítják, hogy azt épen [egyáltalán] nem gátolják meg, sőt inkább még nagyobb hevességre ingerlik. *
Kivonat Rumford grófnak ilyczimű értekezéséből: "Vizsgálódás a surlódás által gerjesztett hő eredetéről." **
Rumford gróf a müncheni hadszertárban ágyúfúrás felügyeletével elfoglalva, elcsodálkozott azon jelentékeny hőmennyiségen, melyre fúrás közben a fémágyú rövid idő alatt szert tett, és még inkább a fúró által lefejtett fémforgácsoknak jóval nagyobb – a forró vizét meghaladó forróságán. Ez arra indította őt, hogy következő kérdéseket vessen fel magában:
"Honnét ered a fennemlített mechanikai folyamat által tényleg létesített hő?"
"A fémből lefejtett fémforgácsokból ered-e?"
Ha ez volna az eset, akkor a fémrészecskék hőfoghatóságának nem csak változnia kellene, hanem a részecskék által szenvedett ebbeli változásnak elegendő nagynak kellene lennie, hogy az összes kifejtett hő benne lelhesse magyarázatát. Semmiféle ily változás azonban nem történt; Rumford ugyanis azt találta, hogy a forgácsok hőfogha-
* Lásd a mű végén a magyar kiadáshoz készített függeléket.
** An Enquiry concerning the source of the heat which is excited by friction (olvastatott a Royal Society előtt, 1798 év jan. 25).
tósága csak olyan volt, mint azon szálkáké, melyeket finom fürészszel vágtak le ugyanabból a fémből a nélkül, hogy e szálkák megmelegedtek volna. Ebből meg az következik, hogy a kifejtett hőt lehetetlen a fémforgácsok rejtett melegének szolgáltatnia. Rumford részletesen leírja e kisérleteket, s ezek csakugyan döntők.
Egy hengert csupán arra a czélra szánt, hogy surlódással hőt fejleszszen; a hengernek tömör fenekéhez tompa fúró nyomakodott, magát a hengert pedig lovak forgatták tengelye körül. Hogy a kifejlődő hőt megmérhesse, kis lyukat fúratott a hengerbe és a lyukba kis higany-hőmérőt illesztett. A henger súlya 113,13 (avoir-du-poids) font volt.
Fúróúl egy lapos darab használtatott, keményített aczélból; vastagsága 0,63 hüvelyk, hossza 4 hüvelyk, szélessége pedig majdnem olyan volt, mint a henger fúrott lyukának a szélessége, t. i. 3 1/2 hüvelyk.
A fúrott lyuk fenekének a fúróval érintkező felülete majdnem 2 1/2 négyszög hüvelyket tett. A levegő hőmérséke árnyékban, úgy mint a hengeré, 60 F.-féle fokú volt a kisérlet kezdetén, 30 percz mulva pedig, mely idő alatt a henger 960-szor fordult meg tengelye körül, 130 F. fokra emelkedett.
Kivevén a fúrót, eltávolította a fémport, vagy inkább a lehámlott tömeget, mely a tompa aczélfúró által választatott le a henger fenekéről s azt találta, hogy e tömeg 837 szemert – gyógyszertári súly -nyomott. "Lehetséges-e – így szól – hogy az e kisérletnél kifejtett jelentékeny hőmennyiséget (oly hőmennyiséget, mely 113 font súlyú ágyúfémnek legalább 70 F.-féle fokkal emelte tényleg a hőmérsékét) a fémpornak ily jelentéktelen mennyisége adhassa, és pedig csak is hőfoghatóságának megváltozása következtében?"
De nem is kell épen ragaszkodnunk e feltevés valószinűtlen voltának állításához; jusson eszünkbe, hogy tényleg s csak is e czélból tett döntő kisérletek eredménye szerint azon fém hőfoghatósága, melyből nagy ágyúkat öntenek, nem változik észrevehetőleg, ha ama fémet forgácsokká fürészeljük. Hogy pedig a hőfoghatóság, ha egyáltalán változhatik, tetemesen változnék, mikor a fémet kevésbbé éles fúróval osztjuk szét igen sok apróbb forgácsokká, e felvetésuek, úgy látszik, semmi alapja.
Hengerét ez után hosszúkás deszkaszekrénybe tette s úgy intézkedett, hogy a henger vízáthatlanúl foroghatott a szekrény közepében, mialatt a fúró erősen nyomta a henger fenekét. Midőn a készüléket megindították, 60 F. fokú volt a víz hőmérséke.
Rumford ezt irja: "E Szép kisérlet sikere igazán meglepő volt; s az öröm, melyet nekem szerzett, dúsan jutalmazta a kisérletnél használt, bonyolult gépezet kigondolására és összeállítására fordított fáradságomat. A henger még csak rövid ideig forgott, midőn kezemet a
vízbe mártván és a henger felületét kivülről megérintvén, észrevettem, hogy hő fejlődik".
"Egy óra mulva a 18,77 font súlyú, vagyis 2 1/2 gallont mérő folyadéknak 47 fokkal emelkedett a hőmérséke; egészben véve tehát 107 fokú volt.
"További 30 percz, vagy a kisérlet kezdetétől számított egy óra és 30 percz mulva, 142 fokú volt a víz hőmérséke.
"A kisérlet kezdetétől számított két óra mulva 178 fokú volt a hőmérsék.
"Két óra és 20 percz mulva 200 fokú volt, s két és fél óra mulva a víz tényleg forrott"!
E kisérletre vonatkozólag tette Rumford a körülállók csodálkozásáról az első fejezetben közlöttem megjegyzéseket.
Gondosan megbecsüli ezután a hőmennyiséget, mely a készülék egyes részeiben volt s az egész összeget elegendőnek találja 26,58 font súlyú jéghideg víznek a forrás pontjára, azaz 180 F.-féle fokon való megmelegítésére. Gondos számitásából kitűnt, hogy e hőmennyiség egyenlő azzal, melyet 2303,3 szemer (4 8/10 unczia) viasznak elégetése hoz létre.
Ezután meghatározza a gyorsaságot, melylyel e hő ki lett fejtve s így következtet:
"E számítás eredményeiből nyilván való, hogy a tompa fúrónak a fémhenger fenekével való surlódása által egyenletesen, hogy úgy mondjam, szakadatlan áramban létre hozott hőmennyiség nagyobb annál, melyet kilencz viaszgyertya fejt ki, ha mindegyiknek 3/4 hüvelyk az átmérője s mind a kilencz szál világos, nagy lánggal ég egyszerre.
"E munkát két ló végezte, de egy is végezhette volna. Ló erejével lehet tehát hőt fejteni; s szükség esetében élelmi szerek főzésére is fel lehetne e hőt használni. Nem gondolhatók azonban oly feltételek, melyek mellett előnyös lehetne a hőfejtésnek e neme, mert mindenkor több hőt nyerünk, ha a lónak fenntartására szükséges takarmányt használjuk fel tüzelő anyagúl.
(E hely igen nevezetes, mert arra mutat, hogy Rumford tisztán belátta, hogy az állatok ereje a takarmányból ered, s hogy az állati test semmiféle erőt nem teremt.)
"Mindezen kisérletek eredményei felett gondolkozván, azon nagy kérdéshez jutunk, mely a természettudósok között oly gyakran volt speculatio tárgya, s mely a következő: mi a hő? van-e valami, a mit tüzes fluidumnak, s van-e egyáltalán valami, a mit helyesen hőanyagnak lehetne nevezni?"
"Láttuk, hogy két fémfelület surlódása jelentékeny hőt idéz elé és bocsát ki minden irányban és folytonos áramban, megakadás
vagy megállapodás nélkül és a nélkül, hogy bármily jelét adná a csökkenésnek vagy kiapadásnak. E tárgyról elmélkedve nem szabad elfelejtenünk azon jelentékeny körülményt, hogy az e kisérletekben surlódás által keletkezett hőnek kimeríthetetlen a forrása. (A ritkábban [vastaggal] nyomtatott szavak Rumfordnál is így vannak nyomtatva.) Alig szükséges még hozzá tenni, hogy olyasmi nem lehet anyagi állomány, a mit valamely elkülönített test, vagy testrendszer, határtalanul szolgáltathatott. Nekem úgy látszik, hogy nagyon nehéz, sőt talán lehetetlen is világos képzetet alkotni arról, a mi e kisérletekben létesül és közlődik, ha az más egyéb, mint mozgás."
Ha majd megirják a hő dynamikai elméletének történetét, valóban nem lesz szabad csak könnyedén említeni azt a férfiút, ki a korabeli tudományos hiedelemmel szemben oly kisérleteket tett, kisérletei felett úgy elmélkedett, mint Rumford az imént idézett vizsgálataiban. Erősebb érveket a hőnek anyagisága ellen, meggyőzőbbeket annak megmutatására, hogy a hő mozgás, a minek azt Rumford tekintette – azóta sem igen hoztak fel.