III. FEJEZET.

TÁGULÁS: AZ ANYAGNAK SZILÁRD, FOLYÉKONY ES LÉGNEMŰ ÁLLAPOTA. – HYPOTHESISEK A GÁZOK BELSŐ MIVOLTÁRÓL. – TÁGULÁSI EGYÜTTHATÓ. – VALAMELY GÁZZAL ÁLLANDÓ NYOMÁS MELLETT KÖZLÖTT HŐ. – VALAMELY GÁZZAL ÁLLANDÓ TÉRFOGAT MELLETT KÖZLÖTT HŐ. – A HŐ MECHANIKAI EGYENÉRTÉKÉNEK KISZÁMÍTÁSA MAYER ÁLTAL. – A GÁZOK TÁGULÁSA HŰLES NÉLKÜL. – A HŐMÉRSÉK ABSOLUT ZÉRUSPONTJA. – A SZILÁRD ÉS A FOLYÉKONY TESTEK TÁGULÁSA. – A BIZMÚTNAK ÉS A VÍZNEK SZABÁLYELLENES MAGAVISELETE. – A KRISTÁLYODÁS ERÉLYE. – A HUZALOK FESZÍTÉSÉNEK MELEGSÉGBELI HATÁSA. – A KAUCSUK SZABÁLYELLENES MAGAVISELETE.

FÜGGELÉK: MÉG NÉHÁNY TÉNY A TÁGULÁSRA VONATKOZÓLAG. – KIVONATOK SIR. H. DAVY ELSŐ ÉRTEKEZÉSÉBŐL A JÉG MEGOLVASZTÁSÁRÓL DÖRZSÖLÉS ÁLTAL.

58. Midőn először jöttünk e helyen össze, egy kovács-pörölyt ejtettem le egy ólomtömbre, s azt találtuk, hogy az ütés az ólmot megmelegítette. Ezelőtt azt hitték, hogy a pőröly ereje az ütközés következtében egyszerüen elvész. Rugalmas testekről úgy vélekedtek, hogy a test rugalmassága az erő egy részét visszaszolgáltatja s a leeső tömegnek visszapattanását okozza, de a rugalmatlan testek összeütközésénél, – ez volt a nézet – az ütés ereje tisztára elvesz. Mai ismereteink szerint ez fundamentalis tévedés; nem ismerjük el, hogy valami elveszne, hanem azt teszszük fel hogy akkor, midőn a leeső pöröly mozgása megszünik, csak áthelyezés történik, nem pedig megsemmisülés. A tömegnek, mint egésznek a mozgása a tömeg atómjainak mozgásává alakul. A

58

mozgatott részecskék azonban apróbbak, az általok befutott utak csekélyebbek, semhogy a mozgást, mindamellett hogy heves, észre lehessen venni. Itt a képzelő erőnek kell segíteni. A szilárd testekben az atómoknak, melyeket az összetartó erő együvé fűz, képességet kell tulajdonítanunk, melynél fogva bizonyos határok között rezeghetnek. Atómjaikat ide-oda lengőknek kell képzelnünk, s mennél nagyobb a testtel közlött hőmennyiség, vagy mennél nagyobb a testnek surlódás, ütés, nyomás által juttatott mechanikai erő mennyisége, annál gyorsabb lesz az atómok rezgése, annál kiterjedtebb a mozgásuk.

59. Misem természetesebb mint, hogy az így rezgő atómok, melyeknek mindegyike nagyobb tér után iparkodik a maga mozgása számára, kölcsönösen félre szorítják egymást s ez által térfogatnagyobbodást eszközölnek azon testnél, melynek alkatrészeit képezik. E szerint a megmelegedés következménye közönségesen térfogatnagyobbodás. Az e szabály alóli nehány látszólagos kivételt majd utóbb közelebbi vizsgálat alá fogjuk venni. Az összetartás ereje tehát együtt tartja az atómokat, a hő ereje pedig szertébb hajtja: két erő küzködik egymással, s tőlük függ a testek tömecsszerkezete. Tegyük fel, hogy valamely testbe egyre több és több hő szállíttatik. A hőszaporodás tovább és tovább kergeti egymástól az atómokat, az összetartás ereje pedig, mint valamennyi ismert erő, mind gyöngébben hat a szerint, a mint a székhelyéül szolgáló atómok közei nagyobbodnak. A mint a hő gyarapszik, ugyanazon mérvben gyöngül a vele ellentétes erő, míg végre az atómok annyira felszabadulnak az összetartás merev igája alól, hogy nem csak egy helyzet körül lenghetnek ide-oda, hanem még keresztül és kasul is gurulhatnak, vagy csúszhatnak. Az összetartás még nincs egészen megsemmisítve, mert az atómok még el nem szakíthatók egymástól minden akadály nélkül, hanem annyira meg van már változtatva, hogy az atómok, szomszédjaik mellett, oldalvást is elmozdulhatnak. Ez az anyagnak folyékony állapota.

59

60. A folyékony tömeg belsejében az atóm mozgásának határt szabnak a körötte levők. De ha a folyadék belsejébe elegendő erősségű hőt vezetünk, úgy az atómok az összetartás utolsó bilincseit is széttörik s párabuborékokat képezve szerteszétröpülnek. Ha azonkívül a folyadék valamelyik felülete egészen szabad, azaz ha nincs korlátozva sem folyékony, sem szilárd testek által, könnyen elképzelhető, hogy a felületen rezgő atómok közül nehány el fog lódíttatni s bizonyos sebességgel ki fog száguldani a szabad térbe. Az összetartás befolyásától ilyképen megszabadított anyag gőz- vagy gáz állapotban van.

61. Gondolataikat az atómmozgás általános képzetével megbarátkoztatni: ez most a czélom. A szilárd test atómjainak rezgéséről és a testnek ebből eredő tágulásáról már szólottam; úgy gondoljuk a dolgot, hogy az atómok egymás körül keringenek s fölteszszük, hogy a hő beszállítása növeli röperejöket s ez által szertébb hajtja azokat. * E csigástollra súlyt csatoltam. Ha e súlyt a levegőben körüllóbálom, tőlem távolodni törekszik, s a mint növelem a lóbálás gyorsaságát, a csigástoll ugyanazon mérvben hosszabb és hosszabb lesz s a távolság kezem és a súly között folytonosan növekszik. Gondoljuk, hogy e mozgás folytatódik mindaddig, míg a toll elpattan; a rákötött gömb elébbi pályájának érintőjében tovarepülne, tehát úgy tenne, mint az az atóm, melyet a hő az összetartás ereje alól felszabadított, azon összetartásé alól, melyet kisérletünkben, habár kissé durván, a csigástoll összetartása ábrázolt. Legjelesebb tudósaink is még bizonytalanok abban, hogy mily képzetet kelljen magunknak a hőmozgás természetéről alkotnunk; fődolog azonban most csak az, hogy a hőt a moz-

* Ez volt Sir Humphry Davy hypothesise. (Lásd az e fejezethez tartozó függeléket.) "A tömecsörvények elméletének" teljes mathematikai kifejtését Rankine úrnak köszönjük. (Phil. Mag, 1851. vo. II, p. 509.)

60

gás egyik neméül ismerjük el; jellegének szabatosabb meghatározása későbbi buvárlatok feladata maradjon.

62. Azon nézetet, mely szerint az atómok mozgása keringő mozgás, a gázokra is kiterjeszthetnők s ilynemű mozgásból vezethetnők le tüneményeiket; de a gázrészecskékről épen az imént már más nézetet közöltem, melyet igen ügyesen alapítottak meg a legújabb időben * s mely szerint ama részecskék egyenes vonalokban száguldanak a térben. A haladó mozgás hypothesisének lehetne ezt nevezni, ellentétben a keringő mozgást feltételező, Davy-féle hypothesissel. Mindenkinek észre kellett már vennie, mily gyorsan terjed el a szobában valamely illatos anyagnak a szaga, s e tény jól megegyez a részecskéknek egyenes vonalú elröppenést tulajdonító nézettel. Bebizonyítható azonban, hogy ha ezen elmélet helyes, ama részecskéknek másodperczenként több száz lábnyi sebességgel kellene tova haladniok. A szagnak e szerint még sokkal gyorsabban kellene elterjednie, mint valóban elterjed, s ezt fel lehetne használni ellenvetésül a fennebbi nézet ellen.

63. Ezen ellenvetésre ez a felelet: szagos részecskék utat kénytelenek maguknak törni a levegőrészecskék sokaságán keresztül, melyekkel szakadatlanúl összeütközésbe jönek. Rendkívül csekély egyre másra az az út, melyen valamely gázrészecske átrepülhet a levegőben a nélkül, hogy levegőrészecskébe ne ütődjék. Maga a levegő az, mely roppantul visszatartóztatja a benne tova terjedő illatot. Azt határozottan tudjuk, hogy midőn valamely folyadék felülete légüres térrel érintkezik, a folyadék párái ez esetben sokkal gyorsabban töltik be e tért, mint akkor, ha levegő van benne.

64. Nem nehéz kiszámítani az átlagos sebességet, melylyel a különböző gázok részecskéinek a haladó mozgás hypo-

* Joule, Krönig, Maxwell s mesterileg irt czikksorozatban Clausius.

61

thesise szerint mozogniok kell. Vegyünk például egy oly gázt, mely egy légnyomás, – tehát négyszöghüvelykenként 15 fontnyi nyomás – alatt áll; és zárjuk e gázt oly koczkaalakú edénybe, melynek minden éle egy hüvelyk hosszú: akkor a gáz súlyából kiszámíthatjuk azon sebességet, melylyel a részecskének az edény falait ütniök kell, hogy ama 15 fontnyi nyomást ellensúlyozhassák. Azonnal belátjuk azt is, hogy mennél könnyebb a gáz, annál nagyobbnak kell lennie a részecskék sebességének, hogy meglegyen a kivánt erejök. Clausius szerint az oxygén, nitrogén, hydrogén atómjainak átlagos sebessége, az olvadó jég hőmérséke mellett, másodperczenként a következő:

oxygén
nitrogén
hydrogén		 1514 láb
1616  "
6050  "

E föltevés alapján Joule már 1848-ban azt találta, hogy a hydrogén-atómok sebessége másodperczenként 6055 láb.

65. Ezen hypothesis szerint olyannak kell a légnemű testet képzelnünk, melynek részecskéi egyenes vonalú pályákon száguldoznak a térben s apró lövevények gyanánt hol egymásba, hol pedig az általuk betöltött tér falaiba ütődnek. E hólyag felényire van megtöltve levegővel. A légszivattyú üvegharangja alá teszem s a harang levegőjét kiszivattyúzom. A hólyag felpuffad s látható, hogy most már egészen megtölti a levegő; elébbi ránczai és horpadásai ugyanis egészen eltünnek. Honnét van a hólyagnak e tágulása? Mai elméletünk szerint onnét, hogy apró lövevények ütődnek belső felületéhez s a borítékot mindaddig nyomják kifelé, míg a hólyag feszültsége megmérkőzhetik a lövevények erejével. Mihelyt megint levegőt bocsátunk a barangba, a hólyag elébbi nagyságára zsugorodik össze. Most ugyanis e légrészecskék a hólyag külső felületét rohanják meg, befelé hajtják a burkolatot s a bent levő részecskéket egyúttal kényszerítik tüzök összpontosítására, míg végre a belül ható erő egyensúlyozza a kivülről hatót, s a burok nyugalomba jő. E hypothesis sze-

62

rint tehát mindazon hatások, melyek a megmelegített lég- vagy gőztől származnak, a gáztömecsek ütéseinek tulajdonítandók. Ez ütések sajátságos, jellemző módon ingerlik az idegeket; ezek a nyert mozgást az agyvelőbe vezetik, az agyvelő pedig hőnek nyilvánitja azt. Ily módon tehát a gőzfürdő forró helyiségébe léptünkkor érzett benyomást csak a gőzatómoknak testünkre irányított bombázása idézi elé. E hypothesist mint olyant terjesztem önök elé, melyet jelentékeny férfiak támogatnak; magam részéről sem mellette, sem ellene nem kivánok nyilatkozni.

66. Ha most a helyett, hogy a hólyagot az üvegharang alá tenném és a harang alól a levegőt kiszivattyúznám, hő által növelem a hólyagon belül levő atómok röpülő erejét: ezen atómok, habár aránylag csekély számúak, oly hévvel rohannak a burok belső felületére, hogy az hátrálni kénytelen; felduzzad s úgy látszik, hogy megtelik levegővel. Egyideig tűz közelében tartom a hólyagot; íme, valamennyi ráncza eltűnik. A hólyag felfogja a tűz kisugárzó hevét, megmelegszik s melegét érintkezés folytán közli a benne levő levegővel.

67. Egyszerű felvilágosítása volt ez a hő kitágító erejének s hogy ugyanazon tényt még más módon is bemutassam, következő kisérletet készítettem elé. Itt van egy F lombik, melyben nincs egyéb mint levegő, s melyet az alatta álló kis borszeszlámpa segélyével megmelegíteni szándékozom. Egy hajlított cső vezet a lombikból e csészébe, mely szines folyadékot tartalmaz, s melybe még egy másik, két láb hosszú, felül zárt, alul nyílt tt cső nyúlik, úgy hogy nyilt vége a folyadékba merül. A légnyomás – mint tudják – elég erős, hogy e csőben egy folyadékoszlopot megtartson s láthatják, hogy a cső egészen a csúcsig telve van szines folyadékkal. Az a cső, mely a lombikból jő, nyitott végével épen a függőlegesen álló tt cső alá nyúlik, úgy hogy a légbuborék, mely amabból netalán kiszabadul, emebben kénytelen felemelkedni. Megmelegítem a lombikot; a benne foglalt levegő,

63

a már említett okoknál fogva kitágul; a hajlított eső végén légbuborékok szabadulnak ki, a tt csőben felfelé emelkednek s gyorsan leszorítják a benne foglalt folyadékot. Nehány másodpercz multával levegő helyettesíti az egész folyadék-oszlopot.

20-ik ábra.

68. Egészen világos, hogy a hő által ekképen kitágított lég könnyebb, mint a közönséges, tágulatlan állapotában. Lombikunk könnyebb e kisérlet után, mint annak kezdetén és pedig annyival, a mennyit az egyenesen álló csőbe általment levegő nyom. Föltéve tehát, hogy egy könnyű tömlő ily léggel töltetnék meg, világos, hogy magaviselete a körötte levő lég irányában olyan volna, mint olajcseppé a vízben. Vízben az olajcsepp felfelé megyen, mert könnyebb a víznél. Ugy fog a mi tömlőnk is emelkedni a légkörben, ha meleg levegővel megtöltjük; ez a hő által emelt léggömbök elve. Ez edényben kevés csepű [kenderkóc] van, melyet segédem meggyujt s egy tölcsért borít reá, én pedig e papirgömb nyilását tartom majd

64

a tölcsér felé. Az égő csepűtől felemelkedő meleg levegő bevonul a papirgömbbe s felpuffasztja; már észre lehet venni, hogy hajlandó az emelkedésre. Elbocsátom; felfelé evez, míg a terem padlása fel nem tartóztatja.

69. Nem szabad beérnünk azzal, hogy e tüneményeket nagyjából megismertük; pontos számbeli meghatározások nélkül felfedezéseink csakhamar megzavarnának bennünket. Most azt kell kérdeznünk: mily nagy a tágulás, melyet valamely adott hőmennyiség valamely gázban eléidézni képes? Ez nevezetes pont s egész figyelmünket igénybe veszi. Megmondván valamely gáznak térfogatát, de elhallgatván hőmérsékét, nem lehet fogalmunk ama gáznak valóságos mennyiségéről; mert a térfogat jelentékenyen változik a hőmérsék változtával. Vétessék tehát bizonyos mennyiségű gáz, például a mértékegység, oly hőmérséknél, melyen a víz fagyásnak, a jég pedig olvadásnak indul, melyet tehát a Fahrenheit-féle hőmérő 32-vel, a Celsius-féle pedig zérussal jelez; emeltessék e gáztömeg hőmérséke egy fokkal, s tartassék meg az alatt változatlanúl a nyomás, melyet a gáz a környező buroknak minden egyes négyszöghüvelykére gyakorol. A gáz kitágul, térfogata nagyobb lesz. Jelöljük e térfogatnövekvést a-val. Emeljük a hőmérséket még egy fokkal, 2a leszen a térfogatnövekvés; egy harmadik fok 3a-nyi tágulást idéz elé, és így tovább. Látjuk tehát, hogy minden egyes hőfok, melylyel a gáz hőmérsékét növeljük, egy és ugyanazon mennyiséggel növeli a gáz térfogatát. Mekkora már most ez a mennyiség? Bárminő legyen a gáz térfogata a fagypont mellett: ha e hőmérséket egy Fahrenheit-féle fokkal emeljük, ez által a gáz térfogatát az elébbi térfogatnak 1/490-ed részével növeljük. Ha pedig egy Celsius-féle foknyi a hőmérsékemelés, akkor a térfogatnagyobbodás annyi mint az eredeti térfogatnak 1/273-ad része. Egy köbláb zérusfokú gáz, például, 1 és 1/273 köbláb tért fog elfoglalni, ha hőmérsékét egy C.-féle fokra emeljük. Tizedes törtekben:

Egy térfogatú 0° C. fokú gázból

65

1° C. hőmérsék mellett lesz
2° C.     "    "    "
3° C.     "    "    "		 1 + 0,00366
1 + 0,00366×2
1 + 0,00366×3

térfogat és úgy tovább.

A 0,00366 állandó számnak – tágulás együtthatója a neve s azt fejezi ki, hogy a gáz térfogata a zérus fok melletti térfogatnak ennyi hányadrészével növekedett, midőn hőmérséke a fagypont hőmérsékéről egy Celsius-féle fokra emeltetett. Ha Fahrenheit-féle fokokat használunk, természetes hogy ezen együttható csekélyebb lesz és pedig 9 s 5 viszonya szerint.

70. Igen nevezetes és nagy jelentőségű tény az, hogy valamennyi állandó gáz majdnem tökéletesen ugyanannyival tágul, midőn hőmérséke egy fokkal emeltetik. Ebből igen nagy valószinűséggel egy nevezetes következtetést vonhatunk azt t. i. hogy a hő munkája mindazon esetekben, melyekben valamely gázt kitágít, egyedül csak az állandó külnyomás legyőzésében áll; más szavakkal: a hőhatás nincs akadályozva a gázatómok kölcsönös vonzása által. Mert ha akadályozva volna, úgy jogosan azt várhatnók, hogy a gázoknál is a tágulásnak ugyanazon szabálytalanságait találjuk, melyekkel a szilárd és a cseppfolyó testeknél találkozunk. Szándékosan mondtam elébb, "majdnem tökéletesen ugyanannyival," mert némely gáz, bár a közönséges hőmérsékeknél állandóan megtartja légnemű állapotát, némileg mégis eltér a szabálytól. Kitűnik ez a következő táblából:

a gáz neve a tágulás együtthatója
hydrogén
levegő
szénoxyd
szénsav
nitrogénoxydul-gáz
kénessav		 0,00366
0,00367
0,00367
0,00371
0,00372
0,00390

A hydrogén, a levegő és a szénoxyd igen jól egyeznek; némi csekély különbség mégis van együtthatóik között,

66

s a hydrogéné a legkisebb. A többieknél nagyobb eltérést tapasztalunk a szabálytól, s különösen tekintetbe veendő, hogy azon gázok, melyeknél ezen eltérés a legnagyobb, egyszersmind azok, melyek legközelébb állanak folyékonyodásuk pontjához. A táblában elésorolt gázok közül a három elsőt folyadékká sűríteni még eddig nem sikerült, a többit igen. Ez utóbbiak valóban tökéletlen gázok, melyek bizonyos közép állást foglalnak el a folyékony és a tökéletes gázállapot között.

21-ik ábra.

71. Ennyire tisztában lévén, közeledjünk lassacskán egy érdekes, de nehéz tárgyhoz. Tegyük fel, hogy egy igen magas (A B, 21. ábra) henger, melynek keresztmetszete egy négyszöghüvelyk területű, bizonyos mennyiségű levegőt foglal magában. Legyen a hengernek A vége nyitott s legyen P oly dugattyú, mely a hengerbe légáthatlanul beillik s abban surlódás nélkül fel és alá tolható. E dugattyú súlyát, később adandó okoknál fogva, két fontra és egy uncziára teszem. Álljon a dugattyú a kisérlet kezdetén például P ponton, s legyen e pontnak a henger B fenekétől mért távolsága 273 hüvelyk, a dugattyú alatti lég hőmérséke pedig 0° C. Ha e levegőt 0°-ról 1 C. fokra megmelegítjük, a dugattyú egy hüvelykkel fog feljebb emelkedni, tehát 274 hüvelyknyire álland a henger feneke felett; ha a hőmérséket két fokkal emeljük, 275 hüvelyket teend a dugattyúállás magassága; három foknyi hőmérsékemelés mellett 276 hüvelyket; tiz foknyi emelés mellett 283 hüvelyket, s ha a hőmérsék 273 C.-fokra emeltetnék, világos hogy akkor a dugattyú alatti légoszlop magassága 273 hüvelykkel fogna nagyobbodni; más szavakkal: ha a levegőt 0°-ról 273 C.-fokra megmelegítjük, térfogata megkétszereződik.

72. E kisérletnél bizonyos munkát végez a gáz. Ha kitágul s a P ponton túl terjeszkedik, legyőzni kénytelen a

67

légkör nyomását, mely egy-egy négyszöghüvelykenként annyi mint 15 font és legyőzni kénytelen a két font és egy unczia súlyú dugattyú nehézségét. Mivel pedig a dugattyú keresztmetszetének területe egy négyszög hüvelyk, a gáznak térfogata megkettőztetésénél kifejtett munkája egyenlő azon munkával, melyet kifejtene, a midőn 17 fontot és egy uncziát azaz 273 uncziát 273 hüvelyknyi magasságra emelne. Ez tökéletesen ugyanaz, mintha a levegő P felett egészen el volna távolítva, s oly dugattyú állana ott, melynek súlya 17 font és egy unczia.

73. Módosítsuk kisérletünket; ne engedjuk hogy a gáz, mialatt melegíttetik, kitáguljon; akadályozzuk meg a tágulást az által, hogy a gázra gyakorolt nyomást a kellő mértékben nagyobbítjuk. Más szavakkal: azon legyünk, hogy a gáz térfogata állandó maradjon a melegítés tartama alatt. Tegyük fel, hogy hőmérséke a kisérlet kezdetén, úgy mint elébb, 0° C. és a reá gyakorolt nyomás, beleszámítva a dugattyú súlyát is, szintúgy mint elébb 273 unczia. Ha az elzárt léget 0 C. fokról 1 C. fokra megmelegítjük, vajjon mekkora súlyt kell P-hez csatolnunk, hogy a lég térfogata állandó maradjon? Épen egy uncziát. Kezdetben ugyanis 273 uncziányi nyomás alatt állónak gondoltuk a léget, a nyomás pedig, melyet tart, rugalmassága erejének a mértéke. Az által tehát, hogy a léget egy fokkal megmelegítettük, rugalmassága erejét a 0°-nál meg volt rugalmassága erejének 1/273-ad részével növeltük. Ha 2 fokra melegítjük, a nyomást két uncziával kell növelnünk, hogy térfogata állandó maradjon; három fokra való melegítésnél hárommal, s ha a hőmérséket 0 C. fokról 273 fokra emeljük, a súlynagyobbításnak is 273 uncziát kell tennie, azaz a nyomást meg kell kétszereznünk, hogy a térfogat állandó maradjon.

74. Csupán a könnyebbség kedvéért s hogy a törtszámokat elkerülhessem, tettem a nyomást a kisérlet kezdetén 273 uncziára. Lehet a nyomás bármilyen, ha a gáz hőmérséke egy C. fokkal emeltetik, ez mindig annyival fokozza

68

rugalmasságát, a mennyit a fagypontnál meglevő rugalmasságának 1/273 része teszen, és ha a hőmérséket 273 fokra emeljük, ez által megkétszerezzük a gáz rugalmasságát, feltéve hogy a térfogat állandó maradott. Hasonlísuk össze e kisérletet az elébbivel. Amannál bizonyos mennyiségű gázt 0 fokról 273 C. fokra melegítettünk, ez által megkétszereztük térfogatát s azt értük el vele, hogy 273 uncziát 273 hüvelyknyi magasságra emelt. Emennél ugyanannyi gázt 0 fokról 273 C. fokra melegítünk, de nem engedjük, hogy munkát végezzen, hanem állandóan megtartjuk a tér fogatát. A megmelegített anyag mennyisége mind a két esetben ugyanaz; a hőmérsék, melyre az anyng melegíttetett, szintén ugyanaz; de vajjon egyenlő-e mind a két esetben a léggel közlött absolut hőmennyiség? Korántsem. Feltéve, hogy 10 szemerre volna szükségünk valamely tüzelő-anyagból, hogy az állandó térfogatú gáz hőmérsékét 273 fokra emeljük akkor ugyanazon tüzelőből 14 1/4 szemert kellene elégetnünk, hogy az állandó nyomás alatt levő gáz hőmérsékét 273 fokra emeljük. Az ezen utóbbi esetben hozzátett 4 1/4 szemernek elégetése által kifejtett hő egyes-egyedül a súly emelésére fordíttatik. A pontosabb számadások azt mutatják, hogy: a térfogat állandóságának esetében megkivántató hőmennyiség, úgy áll a nyomás állandósága mellett szükséges hőmennyiséghez, mint 1:1.421-hez.

75. E rendkívül nevezetes tény képezi az alapot, melyre a hő mechanikai egyenértékének első kiszámítását fektették. Oly pontot értünk itt el, mely megérdemli és igénybe is veszi teljes figyelmüket. Megkisértem végrehajtani önök előtt e számítást.

76. Legyen C egy hengeralakú edény, melynek keresztmetszete egy négyszöglábat teszen. Jelölje PP egy köbláb légnek a felszinét s legyen e lég hőmérséke 0° C. vagy 32° F. A hengernek A-tól P-ig számított magassága tehát annyi

69

mint egy láb. Hevitsük e léget mindaddig, míg térfogata kétakkorává nem válik. Hogy ezt elérhessük, hőmérsékét, mint már elébb magyaráztuk, 273 Celsius-féle, vagy 49° Fahrenheit-féle fokkal kell emelnünk. A lég felszine P'P'-en fog állani a kitágulás után, azaz egy lábnyira a kezdetben elfoglalt állása felett. Ámde PP-től P'P'-ig emelkedvén, visszaszorította a légkört; ez pedig 15. fontnyi nyomást gyakorol felszínének minden egyes négyszög-hüvelykére; más szavakkal: 144×15 = 2160 fontnyi súlyt emelt egy lábnyi magasságra.

22-ik ábra.

77. A lég hőfoghatósága annyi mint 0.24, a vízét vevén egységűl. A mi egy köbláb légünk súlya pedig 1.29 unczia; e szerint tehát azon hőmennyiség, mely 1.29 unczia légnek 490 F.-féle fokra való megmelegítésére szükséges, annyi vizet melegítene meg 490 F.-féle fokra, a mennyinek a súlya valamivel kisebb mint 1.29 uncziának a negyedrésze. Az 1.29 unczia légünkkel egyenértékű vízmenyiség 1.29×0.25=0.31 unczia.

78. De 0.31 unczia víz 490 F.-féle fokra melegítve ép annyi meleget kiván, mint 152 unczia, azaz 9 1/2 font, 1 F.-féle fokra melegítve. Azon hő tehát, mely a mi egy köblábnyi légünkkel közöltetvén, e lég térfogatát kétakkorára növesztette s módot adott neki, hogy 2160 fontot egy lábnyi magasságra emeljen, ugyan e hőmennyiség 9 1/2 font víz hőmérsékét egy F.-féle fokkal emelhetné.

79. Ez esetben a lég állandó nyomás alatt melegíttetett, s már hallottuk, hogy az a hőmennyiség, mely az állandó nyomás alatt álló lég hőmérsékének bizonyos számú fokkal való emelésére szükséges, úgy áll a hőmennyiséghez, melyet az állandó térfogatú gáz hőmérsékének ugyanannyi fokokkal való emelése igényel, mint 1.42:1-hez. Ebből a következőre jutunk:

1.42:1 = 9.5 font: 6.7 fonthoz,

70

s ez azt mutatja, hogy az a hőmennyiség, mely a mi egy köbláb légünk hőmérsékét azon esetben, ha térfogata állandó maradna, 490 F.-féle fokkal emelné, 6.7 font víznek a hőrnérsékét 1 F.-féle fokkal fogná emelni.

80. Levonván 95 fontból 61 fontot, azt találjuk, hogy a hőtöbblet, melyet a léggel az esetben kell közölni, midőn tágulhat is: 2.8 font víz hőmérsékét 1 F.-féle hőfokkal emelhetné.

81. E hőtöbblet, előbbi magyarázatunk szerint, 2160 fontnak egy lábnyi magasságra való emelésére fordíttatik. 2160 osztva 2.8-el annyi mint 771.4. Vagyis: az a hőmennyiség, mely 1 font víz hőmérsékét 1 F.-féle fokkal emeli, 771.4 fontot 1 lábnyi magasságra képes felemelni.

82. Ez uton haladott Mayer, heilbronni orvos, midőn 1842-dik év tavaszán a hő mechanikai egyenértékét számítgatta.

83. Mayer első értekezésében csak jelezve van az út, melyen az egyenértéket kereste; a számítás részletei nincsenek közölve. Ezen értekezésében mondotta ki az erő átalakítható és meg nem semmisíthető voltát, s a hő mechanikai egyenértékét csak annyiban vette tekintetbe, a mennyiben az ő alapelveinek felvilágosítására szolgált. Nyilvánvaló, hogy a szóban forgó munka csak előleges tudósítás-féle volt, melyben a szerző megállapítani kivánta az általa tett felfedezés idejét. Következő munkái nagy jelentőséget a bennök tovább kifejtett elméletnek. 1845-ben egy rendkívüli értékű és fontosságú iratot bocsátott a nyilvánosság elé a szerves mozgásról és táplálkozásról. Ezt l848-ban "adalékok az ég dynamikájához" czímű munkája követte, melyben nagy merészséggel, elmeéllel és teljességgel fejti ki a napnak meteóri elméletét. Ezek után következett még egy negyedik irat 1851-ben, s ez is, úgy minta többi, magán viseli a nagy szellemi tehetség jellegét. Egészben és nagyban véve dr. Mayernek elvitázhatlan joga van, hogy mint igazi lángeszű férfiú a hő mozgási elméletének megalapítói között az első sorba álllttassék.

71

84. Az 1843-ik év aug. 21-ikén Joule egy értekezést * adott át az akkor Corkban gyűlésező brit természetvizsgálók társulatának. Ezen értekezés egy része "a hő mechanikai értéké"-nek meghatározását tárgyalja. Kisérletek hosszú sora előzte meg e nyilvános fellépést, úgy hogy Joule és Mayer munkái tökéletesen egyidejűek voltak. E terjedelmes vizsgálatok szerint az egy font víznek egy F.-féle fokkal való melegítésére szükséges hőmennyiség egyenértékű:

1. 896 lábfonttal 5. 1026 lábfonttal
2. 1001    "
3. 1040    "
4. 910      "		 5. 1026 lábfonttal 6. 587    "
7. 742    "
8. 860    "

85. A vizet szűk csöveken eresztvén át Joule

770 lábfont

egyenértéket talált.

86. 1848-ban a lég sűrítésére vonatkozó kisérleteiből következő egyenértékeket nyert:

823 lábfont
795   "
820   " 		814 lábfont
760   "

87. A mint a vizsgáló a tapasztalatokban gyarapodott, azon módon mind egyezőbbeknek találjuk eredményeit. 1845-ben a lapátos kerék által habart vízen tett kisérleteiből

890 lábfont

egyenértéket kapott.

88. Midőn az így talált egyenértékeket összefoglalta s valamennyinek a középértékét vette, egyenértékül

817 lábfontot kapott.

89. Két kisérlet középértékeül 1847-ben

781 lábfontot nyert.

90. Végre 1849-ben, midőn mindazon elővigyázatbeli szabályokat alkalmazta, melyeket hét évi tapasztalataiból

* Phil. Magaz. 1843, vol. XXIII, p. 435.

72

merített, a hő munkabeli egyenértékeül a következő számokat találta:

772.692 víz surlódása által;
774.083 higany   "
774.987   "		 40 kisérletből vett középérték
50   "   "
20   "   "

Joule ezen kisérletei a legnevezetesebbek közé tartoznak, melyek a physika körében valaha tétettek. Egymagukban is elegendők a hő mozgási elméletének szigorú bebizonyítására.

91. Joule az értekezésében eléadott okoknál fogva szabatos egyenértékül

772 lábfontot

állapított meg.

92. Azon mód szerint, melyet Mayer 1842-ben követett, az egyen érték

771.4 lábfont.

Az ily egyezés megnyugtatja a szellemet, a hő munkabeli egyenértékének helyes voltához a bizonytalanságnak legcsekélyebb árnyéka sem férhet.

93. Az iméntiekben röviden vázolt, halhatatlan kisérletek Joulet a legelsőrendű physikusok sorába helyezik. Mayer művei, némi részben, egy mélyelméjű intuitio bélyegét viselik magukon, mi azonban ő nála a kétségtelen meggyőződés erejére emelkedik. Joule munkái ellenben kísérleti bizonyítékok. Mayer úgy gondolta ki az ő elméletét s nagyszerűen alkalmazta; Joule pedig kidolgozta a magáét s a megdönthetetlen igazság erejével fegyverezte fel. Mayer, híven honának szemlélődő ösztönéhez, nagy és fontos következtetéseket húzott jelentéktelen előzményekből; az angol pedig mindenekelőtt arra fordított gondot, hogy tényeket állapítson meg visszavonhatatlanül. A tudománynak jövendőbeli történetirója, úgy gondolom, nem fogja e férfiakat mint antagonistákat [ellenfeleket] elétüntetni. Mindenikét oly dicsőség illeti, mely nem egyhamar tűnik el; mert egyik is ,másik is részt vett nem csak a hő mozgási elméletének megállapításában, hanem

73

azon útnak a megnyitásában is, mely a világegyetem általános erélykészletének helyes megitéléséhez vezet.

23-ik ábra.

94. Állapodjunk meg még egyszer, mielőtt ama befolyást tovább fejtegetnők, melyet a munkafejtés a gázzal közlendő hő mennyiségére gyakorol. Nem lehetséges-e a gázt úgy kitágítani, hogy munkát ne hajtson végre? E kérdésre a következő nevezetes kísérlet, melyet Gay Lussac tett először, ad feleletet. Itt van két, egyenlő nagyságú (A és B) rézedény; az egyik A légüres, a másik B levegővel telt. Ha a C csapot megfordítom, a B-ben lévő levegő A-ba özönlik át mindaddig, míg a nyomás mind a kettőben egyenlő nem lesz. A levegő munkát fejt, midőn saját részecskéit B-ből kihajtja; s elébbi kísérletekből már tudjuk, hogy a B-ben visszamaradt levegőnek meg kell hűlnie. A levegő-részecskék bizonyos sebességgel érkeznek A-ba, s hogy e sebesség létrejöhessen, arra a B-ben lévő levegő saját melegét kénytelen átengedni. De a részecskék csakhamar az A felületéhez ütődnek, haladó mozgásuk megszűnik, s így A-ban ismét megkerűl tisztára az a hőmennyiség, mely a B-ben eltűnt. Keverjük össze az A és a B tartalmát; a levegőnek ugyanoly hőmérséke lesz, mint volt a kisérlet kezdetén. Munka nem tétetett, s így hőfogyasztás sincs. Joule a hő mozgási elmélete szempontjából ismételte e kisérletet: annyi levegőt szorított az egyik edénybe, hogy a nyomása huszonkét légkörével lett egyenlő, a másik edény pedig légüres volt. Midőn a gáz az egyikből a másikba átömlött, hőmérsék-emelkedés a két edényt környező és kellően habart vízben épen nem mutatkozott. * Tegyük fel ilyenformán, hogy a 21-ik ábrában látható henger felső vége el legyen zárva s a dugattyű felett

* Phil. Mag. 1845, vol. XXVI, p. 378.

74

lévő fele légüres legyen; és tegyük fel, hogy alsó felében lévő levegő állandó térfogat mellett 273 fokra melegíttessék. Ha már most a nyomás eltávolíttatnék, a levegő kitágulna s megtöltené az egész hengert. E közben a légoszlop alsó része meghűlne, a felső pedig megmelegednék, s ha mind a két részt összekevernők, 273 fokú lenne az egész légoszlop hőmérséke *~. Ez esetben a lég hőmérsékét 0 fokról 273 fokra emeljük s azután megengedjük, hogy a lég megkettőztesse térfogatát. Kezdetben és végén a lég hőmérséke ép olyan, mintha állandó nyomás mellett kitágult, vagy állandó súlyt emelt volna; de az ezen esetben megkivántató hőmennyiség 1,421-szer akkora, mint az első esetbeli. E különbség onnan van, hogy a lég az egyik esetben mechanikai munkát fejt, a másikban pedig nem.

95. E kisérletből kitűnik, hogy a gyérítés egyedül még nem elegendő a légtömeg középhőmérsékének alábbszállítá-

* Nemrégiben jöttem reá, hogy Faraday (Researehes in Chemistry and Physics, p. 221) említ egy esetet, melyben a szövegben idézett hatás meg volt figyelve. Faradaynek ez esetre vonatkozó magyarázata tanulságos példát nyújt az anyagi hőelmélet alkalmazására A megfigyelés 1827-ben történt egy gyárban, melyben tovaszállítható gázt készítettek. "Gyakran megtörténik", irja Faraday, "hogy oly gázt, mely 30 légnyomás alatt állott, rögtön bebocsátanak e hosszú hengerekbe; csodálatos hatás mutatkozik ilyenkor. A hengernek azon vége, melyen a gáz beömlik, erősen meghűl, az ellenkező vég hőmérséke ellenben tetemesen fokozódik. E hatás a gáz hőfoghatóságának megváltozásából ered, mert ott, hol a gáz az edénybe beömlik oly térekből, melyekben 30 légnyomás alatt állott, rögtön kitágul, hőfoghatósága nagyobb lesz, hőmérséke száll; ennélfogva tehát meghűti az edénynek azon részét, melylyel érintkezésben van. De ha a gázt, mely ilymódon vett fel hőt az edénytől, az utána jövő gázrészek a hengernek másik vége felé hajtják s ott összeszorítják, akkor csökken a hőfoghatósága s ez egy pillanat előtt elnyelt hőnek legalább egy részét visszaadja." A régi magyarázatra vonatkozó szavakat szórtabban [itt: vastag betűvel] nyomattam. Jelenleg tudjuk, hogy az itt feltételezett hőfoghatóságbeli változás nem létezik.

75

sára. Általános volt azon nézet, s még most is hallani néha, hogy a gáznál maga a puszta tágulás hűlést eszközöl, bármily módon jött légyen létre ama tágulás. A légkör felsőbb rétegeinek hideg voltát a lég tágulásának tulajdonították. Úgy vélekedtek, hogy az, a mit "hőfoghatóságnak" neveztünk, nagyobb mértékben van meg a légnemeknél, ha gyérítve vannak, mint ha nincsenek; hogy tehát a hűlést a gyérítés következményének kell tekinteni. De azon hűlés, mely a légben beáll, midőn a lég tágul, valóban csak annak tulajdonítandó, hogy a hő munkává alakul. A hol nincs munkafejtés, ott az összes tömeg hűlése sem áll be. Mindez hogy világos legyen, gondolkodást kíván; de minden ilynemű erőfeszítés, melyet most magukra szabnak, meg fogja könnyíteni későbbi törekvéseiket, s ha még most talán nem is juthatnak odáig, hogy a dolgokat tökéletesen megértsék, ismételve türelmet kérek. Ne hagyják el tárgyunknak e részét a nélkül, hogy megkisérlenék azt megérteni; küzdjenek vele egyideig, de ne csüggedjenek, ha tiszta belátáshoz jutniok nem sikerülne.

96. Más, érdekes kérdésre kell most figyelmöket irányítanom. Láttuk, mint fokozza a hőmérsék emelése a gáz rugalmas erejét. Oly burokban, mely ki nem tágul, a bennzárt gáz a hőmérsék minden egyes fokával, bizonyos, határozott rugalmas erőbeli növedéket nyer, melyet a gázlövevények fokozott erélyének kell tulajdonítanunk. Ha 0 foktól felfelé számítunk, azt találjuk, hogy minden egyes fok, melylyel a hőmérséket növeljük, a rugalmas erőnek oly fokozódását idézi elé, mely 1/273-ad része a 0 foknál meglevő rugalmas erőnek, hogy tehát a hőmérséknek 273 fokkal való emelése által megkétszerezzük a gáz rugalmas erejét. Tegyük fel, hogy ugyanez a törvény érvényes, midőn a zérus foktól lefelé számítunk, hogy tehát minden egyes fokkal, melylyel a gáz hőmérsékét alább szállítjuk, rugalmas erejét vagyis az ezen erőt szülő mozgást, az eredetileg meglevő rugalmas erőnek 1/273-ad részével csökkentjük; világos, hogy

76

azon hőmérsék mellett, mely 273 C.-féle fokon állana a zérus alatt, a rugalmas erő teljesen megszünnék. Azon mozgásnak, melytől a rugalmas erő származik, itt meg kell szünnie, s itt elértük azt, a mit a hőmérsék zéruspontjának neveznek.

Kétségtelen azonban, hogy a valóságban minden gáz mielőtt ennyire lehűlne, már eltér az összehúzódásnak fenn-érintett törvényétől, s szilárd testté válnék, még mielőtt elérné a –273 fokot vagyis az absolut zéruspontot. Sokkal alantabb áll ez minden eddig eléállíthatott alacsony hőmérséknél.

Ma már nem akarom e nehéz tárgygyal tovább erőltetni figyelmöket; hanem áttérek a folyadékok tágulásának kisérleti felvilágosítására.

97. Itt van egy erősen bedugaszolt és alkohollal megtöltött lombik. A dugón át vízáthatlanul megyen tt' cső, melyben a folyadék körülbelűl egy lábnyi magasan áll. Ha majd a lombikot megmelegítem, az alkohol kitágul s a csőben felemelkedik. De önöknek látniok kell emelkedését s hogy ezt lehetővé tegyem, a tt' csövet E villanylámpa elé állítom s erős fénynyalábot vezetek a t', pontra, melyben a folyadékoszlop végződik. Cső és oszlop meg vannak világítva. A cső elé L lencsét állítok fel oly távolságban, hogy az oszlopnak nagyított ii képét ezen ernyőre vesse. Világosan látják, hogy hol végződik az oszlop, s mozgását, ha majd bekövetkezik, észrevehetik. Fölösleges megemlítenem, hogy a lencse megfordított képet vet az ernyőre s hogy, ha a folyadék kitágul, az oszlop vége lefelé fog haladni az ernyőn. Ezen B üvegedénybe meleg vizet öntök s felemelem úgy, hogy a lombik a vízbe merüljön. Figyeljenek e kisérletre mindjárt a kezdetben. A lombik most már meleg vízben van s oszlopunk felfelé halad az ernyőn, mintha összehúzódnék; megáll, most lefelé kezd haladni. E mozgását ezentúl megtartja. De honnét amaz első emelkedés? ez nem az alkohol összéhúzódásának tulajdonítandó, hanem a lombik pilla-

77

24-ik ábra.

natnyi kitágulásának. A hő ugyanis elébb a lombikkal közlődik; ez tehát kitágul, mielőtt még észrevehető hőmennyiség érhette volna el a folyadékot; onnét az oszlop esése. De a folyadék tágulása csakhamar felülmúlja az üvegét s az oszlop emelkedik. Ez által két dolog lesz szemlélhetövé:

a szilárd üvegnek kitágulása hő által; s azon tény, hogy a folyadéknak általunk megfigyelt tágulása nem adja a folyadék térfogatának valódi növekedését, hanem csak azon különbséget, mely a folyadék és az üveg tágulása között létezik.

98. Itt van még egy lombik; olyan nagy, mint az elébbi; olyan csöve is van; de vizet tartalmaz. Ugyanoly állásba hozom mint az elébbit s ismétlem vele az imént

78

alkohollal tett kisérletet. Az első, a mit látnak, ismét az üveg tágulásának mulékony befolyása, utána következik a folyadék tartós tágulása; azonban észrevehetik, hogy ez itt sokkal lassabban halad, mint az alkoholnál. Az alkohol gyorsabban tágul mint a víz. Megfigyelhetnénk ily módon még száz és száz folyadékot, s azt találnók, hogy a hő mindegyikben tágulást eszközöl; ez pedig azon következtetésre csábíthatna el bennünket, hogy a hevítéssel járó tágulás törvény, mely nem szenved kivételt. De csalódnánk. Épen a czélból választottam a vízzel telt lombikot, hogy efféle kivételt mutassak önöknek. E lombikot most meghűtöm az által, hogy oly keverékbe mártom, mely valamivel hidegebb a fagyásnak indult víznél. Ily keveréket úgy készíthetünk, ha sót és törött jeget összekeverünk. Látják, hogy a vízoszlop lassanként alábbszáll; melegét kénytelen átadni a hideg keveréknek; a víz összehúzódik. Az összehúzódás most már igen lassú s e pillanatban egészen megszűnt. Ellenkező irányú, lassúdad mozgás áll be, s a folyadék most már láthatólag tágul. Megkavarom a hideg keveréket, úgy hogy hidegebb részei jöjjenek az edénynyel érintkezésbe; mennél hidegebb a keverék, annál gyorsabb a tágulás. Látjuk, a természet itt megállapodik a maga rendes járásában s ellenkezőre fordítja szokásait. Tény az, hogy a víz addig húzódik össze, míg 39 F.-féle, vagy 4 C.-féle fokú hőmérséket el nem ér; e ponton megszűnik az összehúzódás. Ez a víz legnagyobb sürűségének a pontja. Innét lefelé egészen a fagypontig tágul s midőn jéggé válik, tágulása rögtönös és jelentékeny. A jég, tudjuk, úszik a vizen, mert a tágulás következtében könnyebb lett. Ha ismét hőt vezetünk hozzá, a változások sorozata megfordul: az oszlop alászáll s mutatja, hogy a hő összehúzódást hozott létre a folyadékban. Bizonyos idő mulva megszűnik az összehúzódás, és tartós tágulás áll be.

99. E tömecsbeli változások oly erővel mennek végbe, melynek épenséggel nem lehet ellenállani. Közönségesen oly

79

körülmények között történnek, melyek nem nyujtanak alkalmat, megfigyelnünk az e változások végbementénél működő erőt. De hogy mégis példát adhassak önöknek ezen erőre nézve, bizonyos mennyiségű vizet zártam e vaspalaczkba. A vas jó félhüvelyk vastag, a vízmennyiség csekély, de mégis elegendő, hogy az edényt megtöltse. A palaczk egy csavar által van bezárva, mely jól oda illik a nyakába. Itt van még egy másik ugyanolyféle s épen úgy elékészített palaczk. Mind a kettőt e rézedénybe teszem s hideg keverékkel veszem körül. Lassanként meghűlnek, s a beléjök zárt víz mind közelébb jő legnagyobb sürűsége pontjához. Kétségtelen, hogy a víz e pillanatban be nem tölti az egész palaczkot; kis légüres tér keletkezik benne. De az összehúzódás csakhamar véget ér, s tágulás áll be; a légüres tér megtelik, s a víz, folyékony állapotából, lassanként a szilárd állapotba megyen át. Ezen állapotban nagyobb térre van szüksége, a merev vas pedig nem akar számára tért engedni. De a vas keménysége tehetetlen az atómok erejéhez képest. Mert ezek az atómok valóságos óriások, csakhogy alattomban. Hallják e recscsenést? a kristályodó atómok szétrepesztik a palaczkot; most a másik is szétrepedt. Ime itt vannak a töredékeik; felismerhetik rajtok az edények vastagságát. Már most némi fogalmat alkothatnak maguknak azon erő nagyságáról, mely e palaczkokat szétrepesztette.*

100. Könnyen megérthetik most már azon hatást, melyet a téli fagyok, házaik vizvezető csöveire gyakorolnak. Itt van több darab ilyféle szétrepesztett csövekből. A kárt csak akkor veszik észre, midőn lanyha idő áll be, de a kár valóban a fagyok idejében történt; a csövek megrepednek s midőn a szilárd anyag ismét folyékony lesz bennök, a víz kifut a réseken.

* Egy hüvelyk vastag fémhengerek nem képesek egy kis galvántelep bontó hatásának ellenállani. Gassiot sok ily hengert repesztett szét elektrolytikai gázzal.

80

101. Alig szükséges egy szót is szólanom arról, hogy mily jelentősége van a víz fenn leírt tulajdonságának a természet háztartásában. Gondoljanak egy tavat s tiszta téli eget felette. A felszínen lévő víz meghűl, sürűbb lesz, nagyobb súlyánál fogva lesülyed, s az alant fekvő könnyebb lép helyébe. Rövid idő mulva ez is meghűl, ez is lesülyed. Ily módon tehát beáll bizonyos keringés, a midőn t. i. a hideg, sürű víz lesülyed, a melegebb és könnyebb pedig a felszínre emelkedik. Gondolják hogy ez így folytatódnék akkor is, mikor már a pöngő jég a felületen képződni kezd; a jég azonnal alámerülne, a mint képződnék * s e folyamat addig tartana, míg a tónak minden vize meg nem szilárdulna. Halála lenne ez a vízben lakó minden élő lénynek. De a természet épen akkor, midőn a dolgok válságos alakot öltenének, letér a közönséges útról; a víznek megengedi, hogy hűtés közben táguljon, s hogy a hideg víz, mintha zsír volna, úszszék az alatta levő melegebb víz felületén. Később aztán megszilárdul; de ez a szilárd test sokkal könnyebb levén az alatta fekvő folyadéknál, védő takaróul szolgál a mélység lakóinak.

102. Természetes, hogy az ily tények megragadják, és pedig joggal ragadják meg a kedélyt. Az élet vonatkozásai az élet feltételeihez, a czélnak és eszközeinek megfelelő volta, a mint ez a természetben minden lépten nyomon előtűnik, – igaz -, a legnagyobb mérvben felébreszti a természetbuvár érdeklődését. De ha természeti tüneményekkel van

* William Thomson nemrég egy oly pontot érintett, mely megérdemli, hogy mindazok, a kik geologiai elméletekkel foglalkoznak, komolyan tekintetbe vegyék. Feltéve, hogy a föld kérge összehuzódik, midőn megszilárdúl – Bischoff kisérletei oda utalnak – úgy ebből az következik, hogy a föld kérge azonnal a mint képződött, behorpadott és elsülyedt volna. Ily körülmények között nagyon nehéz elgondolni, hogy folyékony mag körül szilárd réteg miként képződhetett; pedig közönségesen így vélekednek. Nasmyth úr azonban közli velem, hogy a megömlött sziklanemek kitágulnak, midőn megszilárdulnak.

81

dolgunk, gondosan kell őrködnünk az érzelmek felett. Gyakran oda visznek bennünket, hogy akaratlanul is túlhajtsunk a tények határain. Igy, például, hallottam hivatkozni a víznek most érintett csodálatos tulajdonságára, mint megdönthetetlen bizonyítékára a tervszerű szándéknak; s hogy ama tulajdonság, mert egyetlen a maga nemében, következtetést enged vonnunk a legtökéletesebb jóságra. "Miért" ezt hozzák fel, "miért kellene csupán a víznek így viselnie magát, ha azért nem, hogy a természet megvédhesse magát önmaga ellen?" A dolog azonban úgy áll, hogy nem csupán a víz viseli így magát. Látják, e vaspalaczk, nyakától egészen a fenekéig, szét van repesztve, s ha kalapácscsal szétverem, fémmagvat látnak benne. E fém a bizmút; mely megömlött állapotában öntetett a palaczkba, ez pedig épen úgy, mint a vízzel imént tett kisérletünknél, csavarral bezáratott és meghűttetett. A belezárt fém kihűlt, megszilárdult, kitágult; s a tágulás ereje elég nagy volt, hogy a vaspalaczkot szétrepeszsze. Itt ugyan nincsenek halak, melyeket meg kellene menteni, s az olvadt bizmút magaviselete mégis olyan mint a vízé. Egyszer mindenkorra kimondom, hogy a természetvizsgálónak, mint vizsgálónak czélokkal és szándékokkal nincs semmi dolga. Hivatása az, hogy nyomozza: "mi a természet? és nem az, hogy miért ilyen? ámbár ő is mint mások, sőt még inkább mint mások, el lesz néha ragadtatva csodálatában azon titkok felett, melyek között él s melyeknek megoldására tanulmányai kulcsot nem szolgáltatnak.

103. Most már a szilárd testek tágulását kell elévennünk. Ezt következő módon teszem szemlélhetővé. E két A és B faczölöphöz p és p' sárgarézlemezkék szögecselvék. (25. ábra) Kezemben tartok két rudat; hosszaságuk egyenlő, az egyik sárgarézből van, a másik vasból. Látják, hogy egyik sem oly hosszú, hogy az egyik czölöptől a másikhoz érhetne. Ez okból p és p' mellé egy-egy farovátkot alkalmaztam; ezekre teszem a rudakat. A sárgarézlemezkék egyike kis Volta-telepnek D sarkával közlekedik, a másik lemezkétől fémhuzal

82

25-ik ábra.

vezet C készülékhez, melyet az asztal átellenében látnak; e készüléktől is fémhuzal vezet egyenesen a telepnek másik sarkához. Az előttünk álló C készülék csak arra való, hogy egy kis platina-tekercset tartson, mely fehér-fényű izzásba jövend, mihelyt a telepből jövő villanyáram áthatol rajta. A vezető lánczolat egyetlen megszakadása jelen pillanatban csak a sárgaréz és a vasrúd elégtelen hosszától ered. Rövidebbek, semhogy a czölöpök közötti tért áthidalhatuák. A rudak alatt gázégetők állanak; ezeket meggyujtom, a rudak megmelegszenek, kitágulnak s nehány pillanat múlva egyik lemezkétől a másikig fognak nyúlni. Ha ez beáll, úgy az áram megindul, s a tényt, hogy a hézag át van hidalva, a platinahuzal rögtönös izzása fogja jelezni. A huzal még eddig fénytelen, tehát a híd még hézagos; de most már felvillan, annak jeléül, hogy vagy az egyik, vagy talán mind a két rúd annyira kitágult, hogy átér az egyik czölöptől egészen a másikhoz. Melyik a kettő közül? Eltávolítom a vasból valót, de a huzal még mindig izzó; visszateszem a vasat s elveszem a sárgarezet; íme a fény eltűnik. Tehát a sárgaréz volt az, mely a közt áthidalta. Egy példát látunk itt, nem

83

csak a tágulás általános téuyére vonatkozót, hanem azon tényre is, hogy különböző testek különböző mérvben tágulnak.

104. A tágulás úgy a réznél, mint a vasnál igen csekély; megmérése végett különböző készülékeket gondoltak ki. Ily készülékeknek általában pyrometer a nevök. Van azonban egy eszközöm, melylyel a hatást sokszorozhatom; ez a közönséges pyrometernél sokkal hatásosabb. Ime itt van egy fennálló szilárd vasrúd, hossza két láb; felső végével egy tükör van kapcsolatban mely a villanylámpából reá ejtett erős fénynyalábot a falra veti. Ha majd a vasrúd megrövidül, a tükör forogni fog egy bizonyos irányban ha pedig meghosszabbodik, a tükör forgása ellenkező irányú leend. Bármily csekély legyen a tükör mozgása, e hosszú fényes mutató nagyítva tünteti azt elé; hosszúsága mellett még az az előnye is van, hagy szögsebessége kétakkora mint a tüköré. Még az emberi lehelet is, ha a tömör vasrúd felé irányzódik, képes a fénynyaláb észrevehető mozgását eléidézni; ha pedig a vasrudat borszeszlámpa lángjával csak egy pillanatig melegítem, a fényes mutató lefelé mozog s a falon látható fényfolt teljes 30 lábnyi úton halad végig. Eltávolítom a lámpát, s a rudat kiengedem hűlni; összehúzódik, a fényfolt pedig vissza, felfelé halad a falon. Kevés alkoholt frecscsentek a rúdra; ez által gyorsítom hűlését; íme a fény gyorsabban halad felfelé, most pedig már ott áll a padlás szegélyén, a hol a kisérlet kezdetén állott. *

105. Megmutattam, hogy különböző testeknek különböző képességök van a tágulásra; ** hogy például a sárgaréz, ha melegítjuk, erősebben tágul mint a vas. Itt van két vonalzó, az egyik sárgarézből készült, a másik vasból; széles lapjukkal úgy vannak egymáshoz szögecselve, hogy a mostani

* Az e kisérletnél használt készülék egészen más czélra volt számva; [!] ez okból tehát csak az elvét közlöm.
** Nehány ismeretesebb anyag tágulási együtthatója az e fejezethez tartozó függelékben található.

84

hőmérsék mellett egyenes, összetett vonalzót alkotnak. De ha a hőmérsék megváltozik, a vonalzó nem marad egyenes; egyik oldala felé meggörbül, ha megmelegszik; másik oldala felé pedig, ha meghül. Ha megmelegszik, a sárgaréz erősebben tágul s a meggörbült vonalzónak domború oldalát képezi; ha meghűl, ismét a sárgaréz húzódik erősebben össze s a vonalzó homorú oldalát képezi. Természetes, hogy az ily tényeket tekintetbe kell venni, ha olyasmit szerkeszttink, a minél elkerülni kivánjuk a meggörbüléseket. Azon erőnek, melylyel a testek tágulnak, nem vagyunk képesek ellenállani semmiféle, eddig rendelkezésünkre álló, mechanikai segédeszközökkel. Ezek a tömecserők, habár oly igen csekély határok között hatnak is, mégis majdnem végtelen nagy hatalmúak. A mérnökök a hidegnek összehúzó erejét kidűlni kezdő falak visszaállítására használták fel. Ha valamely test törékeny s egyik részét megmelegítjük, az ezáltal eléidézett tágulás olyannyira nyomhatja, vagy feszegetheti a másik részt, hogy törés áll be. Forró víz gyakran széttöri az üveget, melybe öntetett, mert az üveg belső felületének rögtönös tágulását idézi elé. Hanem épen így törhet össze az üveg kemény hideg okozta, rögtönös összehúzódás következtében is.

106. Nehány palaczkom van itt, igen vastag üvegből; úgy készültek, hogy kifúvatván, rögtön meg lettek hűtve. A külső rétegek elébb hűltek s elébb keményedtek meg; a belsők lassabban hűlhettek, de mire meghűltek, már kemény burok környezte őket. E burok ellen irányul most összehúzódásuk hatalmas ereje; ennek pedig az a következménye, hogy a palaczkok felületén fekvő részecskék igen feszült állapotban vannak, ugy hogy a legkisebb karczolás is törést szül. Kvarczszemecskét dobok e palaczkba. A kemény kvarczból e parányi kis szálka, a mint rá esik, kipattantja a feneket. Itt vannak még az úgynevezett Róbert-csöppek vagy hollandi üvegkönyek; ezeket is úgy készítik, hogy üveget csöppekké olvasztanak, s e csöppeket rögtön meghűtik. A külső boríték viselni kénytelen a belső összehúzódás feszültségét; de e

85

feszültség oly egyenletesen el van az egész felületen terjedve, hogy egyik rész sem enged. Ha azonban a csöppnek e vékony csücskét letöröm, egy pillanat alatt porrá hull szét az egész tömeg. Ezen üvegkönyet vízzel telt kis üvegpalaczkba merítem s kiálló csücskét letöröm; a köny szétpattan és pedig oly erővel, hogy a víz által tovább vezetett ütése darabokra töri a palaczkot.

107. A tágulásnak egy igen különös hatását figyelte és magyarázta meg nehány évvel ezelőtt Moseley kanonok. A bristoli székesegyház chórusát ólomlemezekkel födték be. A födél hossza 60 láb volt a födélgerincz irányában, 19 láb és négy hüvelyk a lejtő irányában. Befödetett 1851-ben. Két év mulva azt találták, hogy az egész födédzet teljes 18 hüvelyknyire lecsúszott. A lefelé való mozgás lassacskán és folytonosan ment végbe azon időtől fogva, melyben a födelet feltették. Megkisérlették ugyan gátat vetni a mozgásnak az által, hogy szögeket vertek a födél szarufáiba, de siker nélkül, mert az erő, melylyel az ólom lefelé csúszott, elég nagy volt, hogy a szögeket kihúzza. A födél nem volt meredek s az ólom maradandólag fekhetett volna rajta a nélkül, hogy nehézségénél fogva lefelé kellett volna csúsznia. Mi lehetett tehát a mozgás oka? Egyszerűen ez: az ólom az éj és nap változó hőmérsékének behatása alatt állott. Nappal kitágult, mert a nap sugarai melegítették. Ha vízszintes síkon fekszik, tágulása minden irányban egyenletes, de mert lejtőn feküdt, szabadabban tágult lefelé mint felfelé. Ha ellenben az éj hidege következtében összehúzódott, akkor a felső része könnyebben húzódott össze lefelé mint az alsó része felfelé. Mozgása tehát tökéletesen olyan volt mint a földi gilisztáé. Nappal előre csúsztatta az alsó részét, éjjel pedig maga után vonta a felsőt, s ily módon két év alatt 18 hüvelyknyire csúszott lefelé. Bármi csekély hőmérsékbeli változás, – akár éjjel akár nappal – késztette a csúszásra. Moseley kanonok csakugyan azt találta,

86

hogy e hatás kiválóan a naponkénti hőmérsékbeli változásoknak volt tulajdonítandó.

108. Nemcsak különböző testek tágulnak melegítés kézben különböző mérvben, hanem egy és ugyanazon test is különböző irányokban, különféleképen tágulhat. A kristályokban az atómok szabályosan fekszenek egymás mellett, s bizonyos irányokban szorosabban csatlakoznak egymáshoz, mint más irányokban. Valószinű tehát, hogy sok kristályos test atómjai bizonyos irányokban szabadabban és szélesebb határok között lenghetnek mint más irányokban; ennek pedig az lenne a következménye, hogy az ily test, melegítés következtében, különböző irányokban különféleképen tágulna. E mészpátkristálynál, melyet kezemben tartok, Mitscherlich tanár bebizonyította, hogy kristálytani tengelye irányában erősebben tágul mint bármely más irányban. Sőt mi több, a kristály egészben véve kitágul ugyan – azaz a hő növeli ugyan a kristály térfogatát – de a tengelyére függélyes irányú vonalban összébbhúzódik. Sok más kristály is különböző irányban különféleképen tágul s nem kétlem, hogy a legtöbb szerves szövedék, ha megvizsgáltatnék, ugyanezen tüneményt mutatná *.

109. A természet tele van oly szabálytalanságokkal, melyeket semmiféle előrelátás nem jósolhat meg, felfedeztetésök csak kisérleti úton lehetséges. Temérdek test magaviselete után itélve, azt kellene következtetnünk, hogy a meleg mindig tágulást eszközöl, a hideg pedig mindig összehúzódást; de a víz és a bizmút közbelépnek, hogy a szabály alól kivételt csináljanak. Ha valamely fémet összesajtolunk, hő fejlődik; ha pedig fémhuzalt kifeszítünk, hideg keletkezik. Joule és mások experimentáltak e tárgyban s az imént felállított tényt majdnem általánosan helyesnek találták.

110. E szabály alól egy feltűnő kivétel – valószinű hogy több is van – már sok év óta ismeretes. E kivételt szemlélhetővé kivánom tenni egy kisérlet által. Segédem egy

* Lásd e mű végén a magyar kiadáshoz készített függeléket.

87

kaucsuktáblát hoz majd számomra, melyet azért hogy hideg maradjon, más szobában tartottam. A táblából levágok egy szeletet, három hüvelyk hosszút és másfél hüvelyk széleset; ezzel megérintem a hátára fektetett hővillanyoszlop szabad lapját. A tű elhajlása mutatja, hogy a kaucsuk hideg. Megfogom a szeletet két végén, hirtelen kitágítom s ily állapotában oda nyomom az oszlop lapjához. A tű erélyesen mozog s mutatja, hogy a kitágított kaucsuk megmelegítette az oszlopot.

111. De a szabálytól való egy eltérés kiséretében mindig több jár. A physikai világban ép úgy, mint az erkölcsiben, soha sincsenek a tények magánosan. Igy van ez a kaucsukkal is: imént említett eltérése a szabálytól csak része egy csomó más eltérésnek. Joule több vizsgálata közben szövetkezett egy kitűnő természetbuvárral – William Thomson * tanárral; – és midőn Thomson ettől a majdnem általános szabálytól való eltérést észrevette, azonnal gyanította, hogy a kitágított kaucsuk melegítés közben összehúzódik. A kisérletet Joule hajtotta végre, s az összehúzódás valóban bekövetkezett. ** E különös kisérletet, bár a körülményekhez módosított alakban, mindjárt meg fogom mutatni.

112. Ezen aa karhoz egy darab közönséges, vulkanizált kaucsukcsövet erősítek s e 10 fontnyi W súly által körülbelül háromakkorára kinyujtom (26-dik ábra). Itt van egy ii mutató, könnyű fából készitve; akadály nélkül foroghat egy tengely körül s erős és hosszú szalmaszál képezi a folytatását. A szalmaszál végéhez lándzsaalakú papirszeletkét illesztek; a lándzsa e fekete deszkára rajzolt és fokokra osztott kör felett mozoghat. A mutatót egy a súlytól lenyúló peczek most lefelé nyomja; de ha a kaucsuk netalán összehúzódik s a súlyt felemeli, a mutató követni fogja a súlyt, mert egy kifeszített ss rúgó húzást gyakorol rövidebb karjára. A

* Most Sir William Thomson.
** Phil. Mag. 1857, vol. XIV, p. 227.

88

26-ik ábra.

kaucsukcső – látják – C kürtőn megyen keresztül. E kürtőben meleg légáram fog emelkedni L lámpából. Látják a hatást; a mutató felfelé megyen s azt mutatja, hogy a kaucsuk összehúzódik, úgy a mint azt Sir William Thomson előre megmondta. Ha a melegítést még egy vagy két perczig folytatjuk, a mutató hegye teljes három lábnyi íveut fut végig. Eltávolítván a lámpát, a kaucsuk azon mérvben nyúlik ismét hosszabbra, a mint visszatér elébbi hőmérsékére. A mutató lefelé megyen, s most már alantabb is áll mint eleinte állott.

89

FÜGGELÉK A III. FEJEZETHEZ.

Még nehány adat a tágulásról.

Jelenleg nem szándékozom részletesen taglalni mindazon tüneményeket, melyeket a melegítés okozta tágulás idéz elé; fiatalabb olvasóim érdekében azonban némely pótjegyzékkel ki fogom e fejezetet egészíteni.

A hosszbeli, terület- és térfogatbeli kitágulás együtthatója törtszám, mely azt mutatja, hogy hosszának, területének vagy térfogatának hanyadrészével tágult ki valamely test, midőn egy fokkal emeljük hőmérsékét.

Föltéve, hogy valamely négyzetes fémlemeznek egy-egy oldala annyi mint 1, s minden egyes oldal tágulása, a lemeznek egy fokkal való megmelegítése mellett, annyi mint a, akkor az új négyzetnek egy-egy oldala annyi mint 1 + a, területe pedig

1 + 2a + a2.

A melegítés okozta tágulásnál az a oly csekély, hogy négyzete majdnem elenyésző mennyiség; természetes ugyanis hogy a tört négyzete

magánál a törtnél sokkal csekélyebb. Az a2-t tehát a fennebbi képletben kitörölhetjük, anélkül hogy észrevehető hibát követnénk el, s így az új négyzet területe annyi mint 1 + 2a;
2a tehát a területbeli tágulás együtthatója, ebből pedig az következik, hogy a területbeli kitágulás együtthatóját megkapjuk, ha a hosszbeli együtthatót 2-vel szorozzuk.

Feltéve, hogy négyzet helyett koczkánk van, melynek minden éle annyi mint 1, feltéve továbbá hogy ezen élek mindegyike, egy fokkal melegítvén meg a koczkát, annyi mint 1 + a, akkor a kitágult koczka térfogata

1 + 3a + 3a2 + a3.

90

Az a négyzetét itt úgy mint az elébbi esetben s még inkább a köbét, rendkívül csekély lévén az értéke, kihagyhatjuk; a kitágult koczka térfogata tehát annyi mint

1 + 3a

azaz a térfogatbeli kitágulás együtthatóját megkapjuk, ha a hosszbeli együtthatót 3-al szorozzuk.

Némely ismert anyagok tágulásának együtthatói benn vannak a következő táblában:
réz
ólom
ón
vas
horgany
üveg		 0.000017
0.000029
0.000023
0.0000123
0.0000294
0.000008		 0.000051
0.000087
0.000069
0.000037
0.O00088
0.000024		 0.000051
0.000089
0.000069
0.000037
0.000089
0.000024

A második oszlopban vannak az 1 C.-féle foknak megfelelő hosszbeli együtthatók, a harmadikban a másodiknak háromszorosai, tehát az illető anyagnak térfogatbeli kitágulása; a negyedik oszlop magában foglalja ugyanazon anyagoknak térfogatbeli kitágulását, úgy a mint azt Kopp tanár közvetlen meghatározás folytán találta. Látni való, hogy a Kopp-féle együtthatók majdnem tökéletesen egyeznek azokkal, melyek a hosszbeli együtthatók háromszorosából eredtek.

Az üvegnek hosszbeli együtthatója 1 C.-féle fokra vonatkoztatva annyi mint:         0.0000080

a platináé:         0.0000088;

e szerint tehát a platina majdnem úgy tágul mint az üveg. Ennek a chemikusokra nézve nagy a jelentősége; gyakran kénytelenek ugyanis platina-huzalokat beolvasztani üvegcsövekbe, s ha e két anyagnak különböző volna a tágulási együtthatója, akkor az üveg szükségképen megpattanna, midőn összehúzódnék.

Hőmérő.

Folyékonyságát a víz a melegségbeli mozgásnak köszöni. Ha e mozgás kellően csökken, beáll a jegedés (a víz kristályodása). A hőmérsék, melynél a jegedés bekövetkezik, tökéletesen állandó, föltéve: hogy a víz ugyanazon egyenlő nyomás alatt áll. A tenger színtáján a víz, valamennyi éghajlat alatt, 32 F.-féle vagy 0 C.-féle fok mellett indúl jegedésnek.

Épen oly állandó azon hőmérsék, mely mellett a vízgőz megsürűdik, feltéve itt is hogy a nyomás ugyanaz marad. A víz fagyása és a

91

jég olvadása 32 F.-féle foknál, ha szabad úgy mondanom, érintkeznek egymással; ép így 212 F.-féle vagy 100 (2.-féle foknál a vizgőz megsűrüdése és a víz forrása. Tehát 32 F.-féle fok a víz fagyási és a jég olvadási pontja; 212 F.-féle fok pedig a vízgőz megsürűdési és a víz forrása pontja. Mind a kettő változatlan mindaddig, míg a nyomás ugyanaz marad.

Ebben tehát megbecsülhetetlen két szilárd pontunk van a hőmérsék megmérésére, s használják is erre az egész világon. A higany hőmérő alkatrészei egy gömb és egy hajszálcső, melynél a csatorna átmérőjének a cső minden pontján egyenlőnek kell lennie. A gömb és a csőnek egy része higanynyal töltetik meg. Ezután mind a kettő olvadó jégbe meríttetik; a higany összehuzódik, az oszlop alább száll s végül megállapodik. A pontot, melyen megáll, meg kell jegyezni: ez a fagy-pont a hőmérőn. A készüléket most el kell az olvadó jégből távolítani s forró víz gőzébe tartani; a higany tágul, az oszlop emelkedik s végül eléri a pontot, melyen megállapodik. E pontot meg kell jegyezni: ez a forr-pont a hőmérőn. A fagypont és a forrpont közötti távolságot Réaumur 80, Fahrenheit 180, Celsius 100 egyenlő részre osztották; e részeket foknak nevezik. A Celsius-féle hőmérönek százfokú hőmérő is a neve.

Réaumur és Celsius zérussal jelölik a fagypontot, Fahrenheit 32-vel, mert oly zéruspontból indult ki, melyet helytelenül a földön létező legnagyobb hideg pontjának képzelt. A Fahrenheit-féle forrpont tehát 212°, a Réaumur-féle 80°, a Celsius-féle pedig 100°.

Mivel e különböző fokok hossza 80:100:180 vagy 4:5:9 viszonyában áll, semmi sem könnyebb, mint az egyik fajta fokokat másfajta fokokká átváltoztatni. Ha Fahrenheit-féléket Celsius-félékké át akarunk változtatni : 5-el szorzunk és 9-el osztunk; ha pedig Celsiusféléket Fahrenheit-félékké kivánunk átváltoztatni: 9-el szorzunk és 5-el osztunk. E szerint tehát 20 (2.-féle fok egyenértékü 36 Fahrenheit-félével; de ha azt akarjuk tudni, hogy a (2.-féle hőmérőn 20 fokkal jelzett hőmérséket hány fokkal jelzi a F.-féle hőmérő, ama 36 fokhoz még 32-öt hozzá kell adnunk; a 20 (2.-féle fokú hőmérsék tehát 68 F.-féle fokú lesz.

KIVONATOK DAVY ELSŐ TUDOMÁNYOS ÉRTEKEZÉSÉBŐL, MELYNEK CZIME:
"A HŐRŐL, A FÉNYRŐL ÉS A FÉNYVEGYÜLETEIRŐL." *

A testek szilárd, folyékony és légnemű halmozata a testek alkatába férkőzött hőfluidum mennyiségétől függ. Igy vélekednek a caloricusok. Ezt a testek atómjai közé férkőző, őket elválasztó,

* Sir Humphry Davy's Works, Vol. II.

92

érintkezésöket gátló anyagot úgy tekintik, mint a taszítás okozóját.

Más természetbuvárok mozgásnak tartották a hőt, azok t. i. a kiket a fluidum léte mellett felhozott bizonyítékok ki nem elégitettek, s a kik észre vették, hogy a hőt surlódás és ütés is létesíti. Az lévén a nézetem, hogy a taszító erő igaz okának felfedezése igen nagy jelentőségű a tudományra nézve, azon voltam, hogy a chemia e részét kisérletekkel kifürkészszem. E mindjárt leirandó kisérletekből azt következtetem, hogy a hő vagyis a taszító erő nem anyag.

A taszító erő tüneményei nem függenek valami különös ruganyos fluidumtól: hőanyag nem létezik.

Egyelőre nem veszem tekintetbe a taszító erőnek a testre gyakorolt hatásait, s nem is kivánom e hatásokból bebizonyítani, hogy a hő mozgás, hanem kisérletekkel törekszem majd megmutatni, hogy nem anyag, s e közben a mathematikusok által "reductio ad absurdum"-nak nevezett módszert fogom követni.

Tegyük fel először, hogy a hőmérséknek surlódás és ütés okozta fokozódása az illető test hőfoghatóságának csökkentéséből ered. Ha ez igaz, úgy annak a hatásnak, a mi hőfoghatóságukat csökkenti és hőmérséküket emeli, a testekben valamiféle változást kell előidéznie.

Kisérlet: két párlapú hasábot készítettem jégből * 6'' hosszút, 2'' széleset s 2/3'' vastagot; hőmérsékök 29 F.-fokú volt. A hasábokat huzalokkal odaerősítettem egy-egy vasrúdhoz, s külön gépezetet alkalmaztam a czélból, hogy felületökkel érintkezve, nagyon hevesen dörzsölődjenek egymáshoz. Majdnem egészen vízzé alakultak át. E vizet összegyűjtöttem; 35 fokúnak találtam hőmérsékét, pedig már néhány perczig hidegebb légkörben állott. A jégdarabok csak érintkezésök felületén olvadtak, s jegen kívül más test nem vett részt a surlódásban.

E kisérletből kitünik, hogy a dörzsölés vizzé alakítja át a jeget. Az elébbi feltevés szerint csökkennie kellene tehát a hőfoghatóságnak; ismeretes azonban az a tény, hogy a víz hőfoghatósága sokkal nagyobb, mint a jégé. Bizonyos mennyiségű meleget kell a jégnek adni, hogy vízzé válhassék. Surlódás tehát nem csökkenti a testek hőfoghatóságát.

Kitünik továbbá e kisérletből, hogy a surlódásnál a hőmérsék nem az oxygénnek chemiai hatása következtében emelkedett, mert a jég nem vonz oxygént. Minthogy tehát a surlódással járó hőmérsékemelkedés nem a hőfoghatóság csökkentéséből ered, sem pedig a közbenjáró testek oxydálásából, csak azon feltevés marad hátra, hogy

* E kísérlet eredménye ugyanaz, ha viaszt, faggyút, gyantát vagy más csekély hőmérsék mellett olvadó anyagot használunk. Ütközés még a vasat is megolvaszthatja.

93

a hőmérsék emelkedése kívülről kapott hőmennyiségtől származik, mely hőmennyiségnek a szomszéd testektől kellett elvétetnie. A surlódásnak tehát e szerint oly változást kellene a testekben eléidéznie, melynél fogva képesek lennének hőt elvonni a velök érintkező testektől.

Kisérlet: egy óraművet szereztem, mely úgy volt szerkesztve, hogy a légszivattyúnak kiürített burája alatt meg lehetett indítani. A külső kerekek egyike vékony fémlemezzel érintkezett. Midőn az óramű járt, a kerék és lemez közti surlódás jelentékeny mennyiségű, megérezhető hőt létesített a nélkül, hogy oly testek környezték volna, melyek hőt közölhetnének vele. Ez után darabka jeget * vettem elé, s felső széle körül kis csatornát véstem rajta. Vízzel megtöltvén e csatornát, az óraművet odaállítottam a jégre, de úgy, hogy a vízzel nem érintkezett. Igy berendezve, az egészet a bura alá helyeztem, melyet előlegesen szénsavval [szén-dioxiddal] töltöttem meg s egyúttal bizonyos mennyiségű maró kálit is tettem a bura alá. A szénsavat kiszivattyúztam. A szivattyúzás és a maró kálinak a szénsav-gázra gyakorolt hatása következtében, úgy vélem, majdnem tökéletesen légüres tér keletkezhetett a bura alatt. Megindítván az óraművet, a [fémlemezen lévő] [Tyndall közbeszúrása – NF] viasz gyorsan olvadott s bebizonyította, hogy a hőmérsék fokozódott. A surlódás tehát hőanyagot gyűjtött össze, s e hőanyagot, elébbi feltevésünk szerint, azon testek közölték, melyek az óraművel érintkeztek. E kisérletnél jég volt az egyedüli test, mely az óraművel érintkezett. Ha a jég hőanyagot adott volna át, akkor a felületén lévő víznek meg kellett volna fagynia. A víz meg nem fagyott, a jég tehát nem adott át hőanyagot. A hőanyag a jéggel érintkező testektől sem eredhetett, mert azoktól csak a jegen keresztül juthatott volna az óraműhöz, de a hő szaporodása vízzé olvasztotta volna a jeget.

A surlódás szülte hő tehát nem gyűjtetik össze, a szomszédos testektől; az első kisérlet pedig bebizonyította, hogy a hőmérséknek surlódás következtében beállott emelkedése nem ered a csökkentett hőfoghatóságból, sem az oxydálásból. De ha a hőt anyagnak tekintjük, úgy csakis e három mód valamelyike létesíthette. Mivel pedig, a mint e kisérletek mutatják, eme módok közül egyik sem létesítette a hőmérsék emelkedését, a hő anyagnak nem tekinthető.

E kisérletekkel tehát bebizonyítottuk, hogy caloricum vagyis hőanyag nem létezik.

* 32&176; F. volt a jég hőmérséke a kisérlet kezdetén s ugyanolyan a gépé. A kisérlet végén a gép leghidegebb része majdnem 33 foku volt, a jégé pedig és a környező levegöé csak olyan, mint a kisérlet kezdetén. Azon hő tehát, melyet a surlódás a gép különböző részeiben létesített, majdnem fél fontnyi fémnek legalább egy fokkal való megmelegítésére és 18 szemer viasznak (ennyi volt használva) megömlesztésére volt elegendő.

94

Hosszas és heves surlódás következtében a szilárd testek kitágulnak; s ha hőmérsékök testünk hőmérsékénel magasabb, akkor azon sajátos érzéssel illetik a tapintás szervét, melynek meleg a közönséges neve.

Abból, hogy a hő kitágítja a testeket, világos, hogy atómjaiknak szertébb kell válniok, tehát elmozdulniok.

Már pedig surlódás és ütés okvetetlenül eléidézi a testatómok mozgását vagy rezgését, s ennél fogva egészen alaposan azt következtethetjük, hogy e mozgás vagy rezgés az, a minek "hő" vagy "taszító erő" a neve.

A hőt, vagyis azon erőt, mely a testatómok közvetlen érintkezését gátolja s bennünk a meleg és hideg sajátságos érzetének az okozója, úgy határozhatjuk meg, mint a testatómoknak különös, valószinű hogy rezgő, a testatómokat szertébb választani törekvő mozgását. Reá illenék a taszító mozgás elnevezése is.

Létezvén tehát taszító mozgás, úgy gondolhatjuk a testatómokat, mint melyek két ellenkező erőnek befolyása alatt állanak: az egyik az, mely az atómokat közelébb hozza egymáshoz s melyet vonzásnak fogunk nevezni azért, mert e kifejezés kényelmes; a másik a taszító mozgás. Ezen erők elseje egyesült hatása az összetartás vonzásának – melynél fogva az atómok egymással érintkezni törekszenek, – a nehézség-erő vonzásának, melynél fogva hajlamuk van nagy és összefúggő testtömegekhez való közeledésre; végül azon nyomásnak, melyet a rajtok fekvő testek, nehézségök következtében, gyakorolnok reájok.

A második erő következménye az atómoknak adott, mozgató vagy rendítő meglódításnak, mely az atómokat szerte hajtani törekszik, s melyet surlódás, ütés létesíthet vagy jobban mondva, fokozhat. Az összetartás vonzásának hatása, mint a testatómok egymáshoz való közeledésének fő oka, tökéletesen egyezik a nehézségerőnek a világegyetem nagy testtömegeire gyakorolt hatásával, a taszító erő pedig a bolygók röperejével analóg.

Davy következőképen fejezi ki magát "Chemical Philosophy"-jének 94. és 95. lapján: "Rumford kisérleteiből kitűnik, hogy ugyanazt a darab fémet gyönge surlódás által melegen tarthatjuk addig, a meddig tetszik; ha tehát anyag volna a hő, mennyiségének kimeríthetetlennek kellene lennie. Ha valamely testet lehűtünk, kisebb tért foglal el mint elébb; s ebből világos, hogy részecskéinek közeledniök kellett egymáshoz. Abból pedig, hogy a hő kitágítja a testeket, épen oly világos, hogy a test részecskéinek el kellett egymástól távolodniok. Mozgás tehát a hőtünemények közvetetlen oka; közlődése törvényei pedig tökéletesen azonosak azokkal, melyek szerint a mozgás átvivődik.

95

"Minthogy hűtéssel valamennyi anyagot kisebb tér elfoglalására kényszeríthetünk, világos, hogy a testrészecskék között szükségképen léteznek térközök; minthogy minden test valamely más testtel, melynek csekélyebb a hőmérséke, közölheti a kitágító erőt, azaz megadhatja részecskéinek a kitágító mozgást, a legnagyobb valószinűséggel azt következtethetjük, hogy saját részecskéi is mozgásnak voltak birtokában. Minthogy pedig mindaddig, míg a hőmérsék ugyanaz marad, változás a részecskék helyzetében be nem áll. a mozgásnak, ha csakugyan megvan, rezgő, hullámzó mozgásnak kell lennie, vagy olyannak, melynél a részecskék saját tengelyök körül forognak, vagy olyannak, melynél egymás körül mozognak.

"Úgy látszik, hogy valamennyi hőbeli tüneményről számot adhatunk, ha felteszszük: hogy a szilárd testekben az atómok folytonos mozgásban vannak; hogy a legmelegebb testek atómjai a legnagyobb gyorsasággal, s legnagyobb határok közt rezgenek; hogy folyadékokban és ruganyos folyadékokban, a rezgő mozgáson kivűl – e mozgást a ruganyos folyadékokban legerősebbnek kell tekinteni – az atómok még saját tengelyök körül is forognak; s e mozgás gyorsasága különböző és pedig legnagyobb a ruganyos folyadékokban; végül, hogy az atómok az aetherszerű anyagokban saját tengelyök körül forognak s elválnak egymástól, egyenes vonalokban röpülvén át a téren. A hőmérséket a rezgés gyorsaságától függőnek lehet gondolni; a hőfoghatóság fokozódását pedig azon térnek nagyobbodásától eredőnek, melyben a mozgás végbe megyen. A szilárd testeknek folyékony, vagy légnemű testekké való átalakulása közben bekövetkező hőmérsékcsökkenést megmagyarázhatjuk, ha felteszszük, hogy abban a pillanatban, melyben a test folyékony lett, vagy légneművé alakult, a rezgő mozgás csökkenése áll be, mert az atómoknak most már saját tengelyük körül is kell forogniok, vagy hogy rezgésök gyorsaságából veszítenek, mert e helyett most a téren át is mozognak.