IV. FEJEZET.
TREVELYAN KÉSZÜLÉKE. – GORE KÖRÜLGURULÓ GOLYÓI. – A NYOMÁS BEFOLYÁSA AZ OLVADÁS PONTJÁRA. – A JÉG MEGOLVASZTÁSA ÉS MEGHASADOZTATÁSA NYOMÁS ÁLTAL. – A JÉG FELBONCZOLÁSA HEVÍTŐ SUGÁRNYALÁB ÁLTAL. – FOLYÉKONY VIRÁGOK ÉS KÖZÉPSŐ FOLTJOK. – A LEVEGŐTŐL MEGSZABADÍTOTT VÍZ MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI. – A FOLYADÉKOK FORR-PONTJA; BEFOLYÁSOS KÖRÜLMÉNYEK. – HŐNEK MUNKÁVÁ ALAKULÁSA A GŐZGÉPEKBEN. – AZ IZLANDI GEYSEREK.
113. Mielőtt eddigi themánkat, a hőokozta tágulást, végkép elhagynók, még egy kisérletet szeretnék önöknek mutatni, mely érdekesen és csinosan illustrálja a hőnek mechanikai erélylyé való átalakulását. Azon tényt, melyet önöknek bemutatni kivánok, legelőször Schwartz nevű úr figyelte meg egy szászországi olvasztó műben. Bizonyos mennyiségű ezüstnek, mely fémkanálban megolvasztatott, meg kellett szilárdulnia; hogy a hűlés gyorsabban menjen, egy üllőre öntötték. Rövid idő múlva sajátságos dongó hangot vettek észre a helyiségben; s végre azt találták, hogy a hang a forró ezüsttől eredt, mely rezegve feküdt az üllőn. Sok évvel később Arthur Trevelyan történetesen egy meleg forrasztó vasat használt s azt épen oly történetesen egy darab ólomra tette. Valami különös zöngés ébreszté fel nem sokára figyelmét; e zöngés, rövid keresés után, a forrasztórúdtól eredőnek bizonyult. Schwartz ezüstjéhez basonlón most a forrasztó rúd rezgett. E felfedezést Trevelyan igen érdekes vizsgálat tárgyává tette. Meghatározta a legjobb alakot, melyet a billegetőnek – így nevezik most a rezgő töme-
97
get – adni kell, s e készülék Európa-szerte "Trevelyan készüléke" nevezet alatt ismeretes. Az óta Forbes, Seebeck, Faraday, Sondhaus foglalkoztak e tárgygyal, valamint magam is; de az idevágó ismereteink legnagyobb részét Trevelyan-nek köszönjük és Seebecknek.
27-ik ábra.
114. Itt van egy ily billegető sárgarézből; hossza AC (27. ábra) 5 hüvelyk, szélessége 1.5 hüvelyk, az F gombba végződő nyél hossza pedig 10 hüvelyk. A billegetőnek hátulsó oldalán végig fut egy csatorna; az egésznek keresztmetszete M-en látható. A készüléket valamivel magasabbra melegítem a víz forr-pontjánál s egy ólomtömbre teszem; a gomb az asztalon nyugszik. Gyorsan ismétlődő, heves kopogást hallanak, de a billegetőnek e kopogást okozó rezgését nem látják. Reáfektetem tehát e sárgarézrudat AB (28. ábra), melynek két végére egy-egy gömb van illesztve. Ennek következtében sokkal lassúbb lesz a rezgés; könnyen szemmel tarthatják a rúdnak és a golyóknak inga-
28-ik ábra.
98
szerű mozgását. E mozgás addig fog tartani, míg a billegető képes a tartóval, melyen nyugszik, hőt közölni. Igy lassítjuk a rezgést; de gyorsíthatjuk is az által, hogy szélesebben bevágott billegetőt használunk. Ennek az oldalai nem hajolnak annyira ki, mint az elébbiéi; az utóbbi tehát egy rövidebb inga szerepét játszsza, a miért is gyorsabban fog lengeni. Ha úgy teszem az ólomra, mint az elébbit, erős tiszta hanggal tölti be a helyiséget. Lökései szabályosan ismétlődök s efféle zenévé olvadnak össze. Itt van egy harmadik még szélesebben bevágott billegető; ezzel még élesebb hangot idézhetek elé. Bizonyára tudják, hogy a hang magassága a rezzenetek számával növekszik. E szélesen bevágott billegető elődeinél gyorsabban rezeg, azért ad magasabb hangot. Mozgásának láthatóvá tételére egy oly mutatót fogok használni – a fénysugarat – mely súlytalan levén, a billegető járását nem fogja lassítani. E végből a billegetőre egy simára csiszolt ezüstlemezke van ráerősítve, egyszerűen egy csavar segélyével. E lemezre rávetem most a villanylámpa fényét, mely onnan íme erre az ernyőre verődik vissza. Ha a billegető rezeg, vele rezeg a fénynyaláb is, de kétakkora szögsebességgel; íme látják a fehér ernyőn a rezgő és széles szalaggá nyujtott fényfoltot.
115. Mi az oka e sajátságos rezgések- és hangoknak? Semmi egyéb, mint a rögtöni kitágulás, melyet a hő a billegetőt tartó testben idéz elé. Mihelyt a melegitett billegető érintkezésbe jő a maga ólom-tartójával, ez a vele közlődött melegség következtében, az érintkezés helyén rögtön kidomborodik egy keveset. A billegető e dombról lebillen a túlsó oldalra s valabol másutt érinti meg az ólmot. Ott új
29-ik ábra.
99
emelkedés támad s a billegető megint visszabillen. Legyen AB (29. ábra) az ólom felülete, R pedig a forró billegetőnek a keresztmetszete, akkor R-nél képződik az emelkedés, ha a billegető jobb felé, L-nél pedig ha bal felé bukik; a domb mind két esetben rögtön eltűnik, mihelyt megszűnik a forró billegetővel való érintkezés. Ennek pedig az a következménye, hogy a billegető, míg elég magas a hőmérséke, ide-oda töketik, s kopogásainak gyors sorozata által zenei hangot idéz elé.
116. E csavarfogóba két ólomlemezkét csíptettem be; éleik szabadok s körülbelül félhüvelyknyi távolságban állanak egymástól. Keresztül fektetek rajtok egy hosszú, hevített sárgarézrudat. A rúd először az egyik élen nyugszik, de ez az érintkezés helyén mindjárt kitágul s a rajta fekvő rudat fellöki. Ekkor az a másik élre esik, ez is fellöki. Igy tovább és tovább rezeg mindaddig, míg a rúd elegendő meleget közölhet az ólommal. Erre különben e szenes lapát is épen oly alkalmas lesz, mint az előre idekészített sárgarézrúd. A hevített szenes lapátot az ólomélekre fektetem; épen úgy rezeg ide-oda, mint a rúd (30. ábra). Megjegyzem mellesleg, hogy a szenes lapáttal, vagy a fütő kampóval is eléidézhetünk hangokat, melyek ép oly lágyak, ép oly zeneszerűek lesznek,
30-ik ábra.
100
mint az iméntiek; föltéve hogy e szerszámokat a megkivánt módon fektetjük az ólomtömbre s a nyelet úgy támasztjuk meg, hogy a surlódás el legyen kerülve. Hevített karika, ólomlemezre fektetve, rezgésbe hozható s szintén zönghet, valamint a forró réz- vagy ezüstpénz is.
117. Érdekes e kisérlet a természeti erők összefüggése szempontjából is. A testek atómjait majdnem végtelen kicsinyeknek kell gondolnunk, de egyszersmind majdnem végtelen soknak is. Azt, hogy a hozzávezetett melegség egy-egy atóm rezgésbeli táglatát növeszti, lehetetlen észrevenni; észrevehetővé válik azonban e növekedés, ha az atómoknak majdnem végtelen sokaságán sommázódik. Ily sommázódás, majdnem pillanat alatt végbemenve, hozza létre a mi esetünkben azt a kis emelkedést s hintázza ide-oda a billegető nehéz tömegét. Itt a hő közvetetlenül alakul át közönséges mechanikai mozgássá. A felbillentett tömeg a nehézségerőnél fogva ismét visszaesik s az ólomtömbbel összeütközvén, majd ugyanazt a hőmennyiséget pótolja neki vissza, mely a billegető emelésére elfogyasztatott. Itt meg tehát a közönséges nehézségerő közvetetlenűl hővé alakul át. A billegetőt azon felül még oly közeg veszi körül, mely mozgásba hozható. E terem levegője nehány tonnát nyom, a billegető minden egyes légrészecskét megrezdít benne, valamint a légrészecskék ismét minden egyes itt levő dobhártyát és halló ideget megrezdítenek. E szerint a hőnek egy része hanggá alakult át. Végül pedig minden egyes hanghullám, mely e szoba levegőjén átsiet s e helyiség falain, ülésein, párnáin elenyész, ismét ugyanazon alakra tér vissza, melylyel e hatások körjárata kezdődött, – tudniillik a hő alakjára.
118. Most egy másik különös hatásról fogok szólani, melynek ismeretét Gorenak köszönjük s melyet az elébbihez hasonló módon magyarázhatunk meg. Látják e kettős sínsort. Két rézszalag (SS és S'S' 31. ábra) egymástól körülbelül egy hüvelyknyi távolságban, élére van állítva. E vékony fémből készült üres B gömböt a sínekre teszem. Ha meglököm,
101
31-ik ábra.
végig gurul, de külső indítás nélkül meg nem mozdul helyéről. A két sint ww huzalok által egy Volta-telep két sarkával összekötöm. A villanyáram az egyik sínen üt a golyóba jut, ebből a másik sínbe, innét pedig vissza a telepbe. De midőn az áram a sínből a golyóba, a golyóból a másik sínbe megyen át, az érintkező pontokon ellenállásra bukkan, s mindenütt, a hol a villanyáram ellenállásra talál, hő fejlődik. A hő e pontokon a sínt kidudorítja. Tessék figyelni a hatásra; a golyó, mely az imént veszteg volt, nyugtalankodni kezd. Eleinte csak izeg-mozog a nélkül, hogy elgurulna; most csakugyan gurulni kezd; megáll, s ismét visszafelé gurul. Futása fokozatosan növekszik, most már tovább is ment mint akartam; egészen legurult a sínekről s földre estében jól megsértette magát.
119. Még egy készüléket látnak itt, melyet magának Gore úrnak köszönök s melynél a sínek egyközepű karika-pár alakjában vannak felállítva. Midőn az áram láncza össze van kapcsolva, az E gömb (32. ábra) körben gurul. * Ily könnyű gömböket Gore, villanyáram nélkül, egyedül az által is meggördít, hogy forró, köralakú rézsínekre teszi őket; a gurító erő ez esetben ugyanaz, mint Trevelyan készülékében a billegető erő.
120. Valamely testnek folyékony állapotból szilárd állapotra való változása, legtöbb esetben, a test összehúzódá-
* Phil. Mag. vol. XV., pag. 521.
102
32-ik ábra.
sával jár. Itt van például egy kerek üvegtányér; kevés víz van benne. A vízre bizonyos mennyiségű megömlesztett viaszt öntök egy olvasztókanálból. A viasz fél hüvelyk vastagságú folyékony réteget képez a víz fölött. Hűlni hagyjuk a két folyadékot, s ha mind a kettő hideg lett, azt találjuk, hogy a viasz, mely most egészen elfödi a víz felszinét s körös-körül oda illeszkedik az üveghez, összehúzódott; a viaszlepény kerülete sokkal kisebb lesz a tányér kerűleténél.
121. A viasz tehát kitágul, midőn szilárd állapotból folyékony állapotba jut. Hogy folyékony állapotba juthasson, részecskéinek szertébb kell egymástól tolatniok, mert a folyókonyságra szükséges a feltétel, hogy bizonyos szabad tér legyen az atómok között. Feltéve, hogy a viasz tágulásának külső mechanikai erő által útjába állanánk; feltéve például, hogy szilárd viaszszal egészen megtöltött, erős edényünk volna, mely a benne levő tömeg tágulása ellenében hatalmas ellenállást gyakorolhatna: mit gondolnak mi történnék, ha az ily edényben foglalt viaszt folyékonynyá akarnók tenni? Ha a viasz szabad, akkor a hő csak a viasz tömecseinek vonzó erejét kénytelen leküzdeni; de az erős edényben nem csupán e vonzó erőt, hanem még az edény ellenállását is le
103
kell küzdenie. Ebből pedig azonnal arra következtethetünk, hogy nagyobb hőmennyiség kell a viasz megömlesztésére, ha a viasz nyomás alatt áll, mint ha szabad; vagy más szavakkal: a nyomás emeli a viasz olvadása pontját. E következtetést a kísérlet tökéletesen igazolja. Hopkins és Fairbairn nyomás által 20 egész 30 F. fokkal is emelték némely anyagok olvadáspontját, melyek mint a viasz, midőn megszilárdulnak, jelentékenyen összehúzódnak.
122. A most említett kísérletek egy igen nevezetes elmélkedésre vezették Hopkins urat. Tudva van, hogy a föld hőmérséke fokozatosan emelkedik, a mint mélyebben hatolunk a gyomrába. Kiszámították a mélységet, melyen alól valamennyi földi testnek megömölve kellene lennie. Hopkins ellenben megjegyzi, hogy a mélyebb rétegek, a felettök fekvő tömegek roppant nyomása következtében, megömlésökre magasabb hőmérséket kívánnának mint azok, melyek a föld felületén fekszenek. Ebből meg azt következteti, hogy a föld szilárd kérge sokkal vastagabbb annál, melyet a számítás úgy ad, ha fölteszszük, hogy a felső és az alsó rétegek olvadáspontja ugyanaz. Sír William Thomson * pedig azon következtetésre jött, hogy a nap és hold dagály- és apályszülő vonzása annyira megmásítaná a föld szilárd kérgét (ha csak roppant keménynek nem gondoljuk), hogy a tengerapály, a praecessió és nutatió tüneményeinek észrevehetőleg csekélyebbeknek kellene lenniök a mostaniaknál. Hopkins úr már elejti a geológok azon következtetését, mely szerint a föld oly olvadt magból áll, melyet csak valami 20 mérföld vastag szilárd réteg borítana. E kéregnek, az ő következtetése szerint, legalább is 160 mérföld vastagnak kellene lennie. Sir William Thomson pedig nagyon valószínűtlennek tartja, hogy 4-500 mérföldnél vékonyabb réteg képes lehetne a föld alakját, a nap és a hold árszülő erői ellenében, úgy és oly szilárdsággal megtartani, hogy a ten-
* Proceed. of the Royal Society, Vol. XII, pag. 103.
104
gerapály, a praecessió és a nutatió tüneményei a jelenlegi módon mehetnének végbe.
123. A jég magaviselete homlokegyenest ellenkezik a viaszéval. Folyékonyodás közben a jég összehúzódik; atómjainak nagyobb tér kell, ha szilárd tömeget képeznek, mintha ugyanazon hőmérsék mellett folyékony állapotban vannak. Ezt kétségkivűl a jég kristályos szerkezetének kell tulajdonítanunk. Ha a kristályító erő is közreműködik, úgy a tömecsek vonzódó sarkai akként kerülnek össze, hogy a tömeg belsejében az atómok között nagyobb hézagok maradnak szabadon. A dolgot olyformán gondolhatjuk, hogy az atómok éleikkel csatlakoznak egymáshoz és hogy midőn él élhez áll, középpontjaik távolabb esnek egymástól. Bár mint legyen is a dolog, annyi bizonyos, hogy a részecskék középpontjai szertébb mennek, midőn a szilárd állapot beáll. A hülés tehát ezt a szertébbállást és ennek következtében a térfogat növekedését előmozdítja. Világos, hogy a nyomás ez esetben a megszilárdulásra szükséges tágulásnak ellene van; s ép ez okból a nyomás hajlandóbbá teszi a vizet a folyékony állapotban való megmaradásra. Igy megfontolván a dolgot, arra a következtetésre jönnénk, hogy a nyomás alábbszállítja a megszilárdulás közben táguló anyagok olvadás pontját.
124. Elméleti szempontból James Thomson tanár vizsgálta meg e tárgyat először; következtetéseit testvérének, Sir William Thomsonnak kísérletei tökéletesen igazolták.
125. Ez elveket egy meglepő kisérlettel fogom felvilágosítani. Itt van egy négyszögletű tuskó, tiszta jégből; magassága körülbelül 1 1/2 hüvelyk, átmérője pedig egy hüvelyk. HŐmérséke most 0° C. De ha e tuskót nyomásnak vetem alá, olvadása pontja alábbszáll; s az összenyomott jég már zérus alatt olvadni kezd. Mostani hőmérséke tehát magasabb annál, mely mellett olvad, ha össze van nyomva. E jégtuskó úgy van kifaragva, hogy fagyása rétegei merőlegesek a magas-
105
33-ik ábra.
ságára. * Két puszpáng tábla közé állítom az L jégoszlopot s a táblákkal együtt kis vízsajtó lemezei közé helyezem. Villanylámpámból pedig egy fénynyalábot vezetek a jégen keresztül; e fény-nyaláb elébb vízen ment át s ez által meg lett fosztva jégolvasztó képességétől. ** A lámpa fénye áthatol tehát az anyagon a nélkül, hogy olvadást eszközölne benne. A sajtó előtt álló lencse a jégnek nagyított képét veti az ernyőre. Megindítván a vízsajtót, a jégoszlop a két puszpáng tábla között lassanként összenyomatik. Ime észrevehetik, hogy sötét sávok kezdenek képződni, melyek harántosan fekszenek a jégoszlopban és merőlegesen a nyomás irányára. Épen a tömeg közepén tűnnek elé; folytatott nyomás mellett pedig a régiek kiterjednek és újak csatlakoznak hozzájok. E sávok most már az egész oszlopot keresztülbarázdolják. Mik lehetnek
* A német kiadásban hozzá van téve: "ez átlátszó darabot"; ugyanis egy nagyobb jégdarabból vágtam ki s az ebben lévő légbuborékok irányából azonnal meghatározhattam a fagyás rétegeit.
** A hősugár "megszitálásáról" utóbb következő fejezetben leszen szó.
106
e sávok? Semmi egyebek, mint folyékony rétegek, melyeket rövidítve látnak; de ha az oszlopra rézsútosan tekintenek, a rétegek lapjait is megláthatják. Folyékonynyá tettük a jeget oly síkokban, melyek merőlegesen állanak a nyomás irányára; s épen ezen, az egész tömegben elterjedt rétegek okozzák, hogy az oszlopot oly levelesnek látjuk.
126. A víz, mind szilárd, mind folyékony, mind légnemű alakjában, a természet legcsodálatraméltóbb anyagai közé tartozik. Vizsgáljuk meg kissé közelebbről. A melegségbeli mozgás minden oly hőmérsék mellett, mely 32 F., vagy 0 C. foknál magasabb, elegendő arra, hogy a víz tömecseit merev testté való egyesülésökben meggátolja; 0° C. mellett ellenben e mozgás már annyira gyengült, hogy a tömecsek erősen kezdenek egymáshoz tapadni s szilárd testté egyesülni. Egyesülésök azonban törvényszerű. Az itt jelenlévök közül nem egynek talán úgy látszik, mintha e jégdarab nem gerjeszthetne nagyobb érdeklődést és nem nyujtana több szépséget mint egy darab üveg; de az üveg valóban oly viszonyban áll hozzá, mint a piaczi lárma Händel valamely oratoriumához. A jég zene, az üveg lárma; a jég rend, az üveg zűrzavar. Az üvegben a tömecserők kibonthatatlanul összekuszált pamatot képeznek; a jégben pedig szép, rendes kelmévé vannak összeszőve. Azon leszek, hogy világossá tegyem önök előtt e kelme csodálatos szövését.
127. De hogyan bontsam szét e jeget? A napfény, vagy ennek hiányában, villanylámpánk fénye lesz az a bonczoló, mely e munkával megmérkőzik. Eltávolítván elébb azon anyagot, melylyel a fénynyalábot utolsó kisérletünknél megtisztítottam, a lámpa fényét közvetetlenül vezetem e tiszta jégtáblán keresztül. A sugár darabokra szedi e kristály-épületet, s építészeti rendjét fordított sorozatban bontja szét. Csöndesen és rendesen rakta össze a kristályodás ereje a tömecseket, csöndesen és rendesen szét fogja azokat ismét szedni a villanyfény. A lámpa előtt egy öt négyzethüvelyk keresztmetszetű s egy hüvelyk vastagságú jéglemez áll, átszelve a lámpa
107
34-ik ábra
108
sugarai által. Az utóbbi kisérletünkben használt víz most már el van távolítva, s az egész nyaláb rá eshetik a jégre. Ha az anyagba még be nem hatolt fénynyalábot összehasonlítjuk az anyagból kilépővel, szemmel látható különbséget nem fogunk észrevenni. Fénye alig gyengült. Nem úgy a melege. Mint melegítő ható sokkal hatalmasabb, mielőtt beért a jégbe, mint midőn kilépett belőle. A nyaláb egy része le lett tartóztatva a jégben, s e rész lesz a mi bonczolónk. A jég elé egy üveglencsét állítok, melynek segélyével a lemez nagyított képét vetem erre az ernyőre. Tekintsék meg e képet. (34-ik ábra.) Itt is amott is egy csillag; s a mint a hatás tovább tart, úgy látszik mintha az egész jég csillagokra szakadozna, mindeniknek hat sugara van és mindenik egy-egy hatlevelű szép virághoz hasonlítható. Ide-oda tolván a nagyító üveget, új csillagok lesznek láthatók; amint a hatás folytatódik, a levelek szélei rovátkosakká válnak s haraszthoz hasonlón terjeszkednek szét az ernyőn. Valószinű, hogy kevesen sejtették az itt jelenlévők közül, mily szépség rejlik az ily közönséges jégdarabban. És – gondolják csak – így munkálkodik a pazar természet mindenütt a világon. Éjszak befagyott tengerein a szilárd jégtakaró minden atómja e törvény szerint lelt helyet. A természet "építkezésében zene van"; a tudománynak pedig feladata: megtisztítani szerveinket, hogy hallhassuk a dallamot.
128. E kisérletből még két következtetést vonhatunk: látszólag jelentéktelent, de tényleg nagy érdekűt. E virágokat az átbocsátott fény teszi önök előtt láthatóvá, – az a fény, mely a virágokon és a jegen keresztül hatolt. Ha azonban másként vizsgálják e virágokat, t. i. úgy, hogy a róluk visszavert fény érje szemöket, minden egyes virág közepén találnak egy helyet, mely úgy ragyog, mint a fényesre csiszolt ezüst. Könnyen lehetne e helyet légbuboréknak tartani; forró vízbe merítés által azonban az e foltot környező jég leolvasztható, a folt pedig azon pillanatban, midőn feltárult, összeesik s a buboréknak semmi nyomát sem lehet látni. A folt egészen
109
üres. Látják, mily következetesen működik a természet az ő műveleteiben, mily szigorúan hajtja végre a törvényeket. Tudjuk, hogy az olvadó jég összehúzodik, e tény jő itt is napvilágra. Az a víz, melyből e virágok állanak, nem töltheti be egészen azon jégnek a terét, melyből kiolvadott. Szükséges tehát, hogy minden ily víz-virág keletkezését légüres tér képződése kisérje.
129. E szép ábrákat először szemlélvén, úgy rémlett előttem, mintha csörrenést hallanék abban a pillanatban, midőn a közepes folt, rögtön képződött fénypont gyanánt, megjelent. Úgy hallatszott, mintha a jég megrepedt volna. Eleinte csak képzelődésem szüleményének tartottam; gondoltam, hogy a fénypont megjelenésekor hangot vélek hallani, mint sokan meteor-esés szemlélése közben állítólag valami zörgő zajt is hallanak, pedig voltaképen semmit sem hallanak. De e csörrenés csakugyan valóság. Ha megengedik, e jelentéktelen tényből kiindulva, érdekes természeti tünemények során keresztül fogom önöket vezetni a gyakorlati tudomány egyik távolfekvő kérdéséhez.
130. Minden víz bizonyos mennyiségű levegőt zár magába; ez a letartóztatott levegő forralás által szabaddá tehető. Midőn a vizes palaczkot melegítjük, már jóval a víz felforrása előtt sok légbuborékot látunk, melyek eleinte az edény falaihoz tapadnak, azután a folyadékban fölfelé emelkednek s gyakran még rövid ideig a felületen uszkálnak. A levegő jelenléte a vízben elősegíti a folyadék felbuzogását. Rugalmas toll módjára hat, midőn a víz tömecseit szertébb tolja s így a légnemű állapotba való átmenetöket elősegíti.
131. Ha a víz tömecseinek bensőbb érintkezését ellenző levegő el van távolítva, a tömecsek sokkal szorosabban csatlakoznak egymáshoz. A víz összetartása nagyban fokozódik, ha eltávolítjuk belőle a levegőt. Ime itt van egy üvegedény, levegőtől megtisztított vízzel. A levegőnek, e rugalmas pufogónak eltávolításából többi között az származik, hogy az ily víz szilárd testéhez hasonlító koppanással esik le; innét vette
110
e készülék a vízkalapács nevet. Hallják, mint csattan, midőn a cső megfordítása következtében az alsó véghez ütődik. Itt van egy másik (ABC, 35. ábra), V alakú cső; ez arra való, hogy megmutassuk, mennyire megváltoztatja a hosszú forralás a víz összetartását. A vizet, mely a hajlott csövet nem tölti be egészen, a V csőnek először egyik karjába hajtom s e véggel az asztalra kopogok. Kapcsolatlan, csilingelő hangot hallanak eleinte. Míg e csilingelést hallják, addig a víz nem érintkezik igazán a cső belső felületével. Amint a kopogást folytatom, a hang változását veszik észre.
35-ik ábra.
A csilingelés megszünt; kemény hang következik, mintha két szilárd test ütődnék egymáshoz. Felemelem a csövet s a vízoszlopot felfordltom, de a víz AB-ben marad. Tömecsei oly erősen tapadnak a cső oldalaira s oly bensőleg kapaszkodnak egymásba, hogy a víz eltér a folyékony testek magaviseletétől; vonakodik követni a nehézség törvényeit.
111
132. Ennyit az összetartás növekedéséről. De ép ez az összetartás képesíti a folyadékot arra, hogy ellenálljon a felforrásnak. Az oly víz, mely a benne rejtőzködő levegőtől ekként megszabadíttatott, rendes forrpontján felül 35–40 C. fokkal is hevíthető anélkül, hogy felforrna. De vigyázzanak rá, hogy mi fog történni, ha e víz csakugyan forrásba jő. Roppant hőtöbblete van; az egymáshoz csatlakozó tömecsek végre szétválnak, de oly hevesen, mint a hirtelen törésig feszített rúgó; a forrás robbanássá válik. A víz ezen érdekes tulajdonságának felfedezését Donny úrnak köszönjük Gentben.
133. De forduljunk ismét jegünkhöz. Fagyása közben a víz a maga kristályos architekturájából tökéletesen kicsukja a levegőt. Az idegen testek mind kiszorúlnak belőle, s a jég nem foglal magában feloldott levegőt. Feltéve tehát, hogy darab tiszta jeget oly körülmények között olvasztunk el, melyek lehetetlenné teszik, hogy a levegő hozzáférhessen, akkor olyan víz támad, melynek legmagasabb fokú az összetartása. Ha aztán e víz melegíttetnék, a fennleírt hatásokat kellene mutatnia. Faraday bebizonyította, hogy ez csakugyan úgy van. Tiszta jeget terpentinolaj alatt elolvasztott s azt találta, hogy az így képződött folyadékot lehet hevíteni jóval a forrponton túl is s hogy e folyadéknak melegség szülte felbuzgása a robbanás hevességével megy végbe. Alkalmazzuk e tényeket a hatlevelű jégvirágokra és kis csillagalakú középpontjukra. E virágok oly helyen keletkeztek, hova a levegő be nem hatolhatott. Képzeljenek egy ilyen, képződésben lévő s lassanként nagyobbodó virágot. A folyadék összetartása oly nagy, hogy inkább behúzza magával kamrája falait, sőt még ki is tágúl inkább, csak ne kelljen elszakadnia. De midőn a kamara nagyobb és nagyobb lesz, elvégre túlnagygyá válik a folyadék számára az a tér, melyet betölteni törekszik. Utójára is szétszakad; innen a hallható csörrenés és innen a légüres tér.
134. Vessünk még egy utolsó pillantást az összefüggések eme szövedékére. Igen figyelemre méltó tény az, hogy
112
sok gőzmozdony épen abban a pillanatban robban szét, midőn elhagyja a színt, mely alatt egy ideig csendesen állott, és midőn a gőpfelvigyázó a gőzcsapot épen felnyitja. Ha már most a kazánban foglalt viz oly hosszú ideig forrott, hogy a benne volt levegő mind kihajtatott, úgy ennek a folyadéknak kisebb nagyobb mérvben oly erős összetartása lesz, minőre az imént figyelmeztettem önöket. Legalább elgondolható, hogy az elindulást megelőzött nyugvás ideje alatt hőfelesleg gyűlhetett össze a gőzkazánban. Ha pedig a hőnek ily összegyülemlése csakugyan végbemenne, úgy ennek okvetetlenül az lenne a következése, hogy a gépész, midőn a csapot kinyitja, e mechanikai beavatkozása által megtörné az összetartást, és egy pillanat alatt robbantó erejű gőz képződnék. Nem mondom hogy így van, de ki mondhatja, hogy nincs így? A ható, melylyel az imént foglalkoztunk, valóban létezik és elegendő hatalmas, hogy a neki tulajdonított hatásokat eléidézze, feltéve, hogy működése feltételei csakugyan be is állanak.
135. Midőn a vízbe több-több meleget, vagy más szóval több-több mozgást szállítunk, atómjai nagyobb és nagyobb számban szabadulnak el a felszínéről. Végre közeledünk ahhoz, mit a folyadék forrpontjának neveznek; e ponton a gőzképződés nem szorítkozik többé csupán a szabad felszínre, hanem legerősebb az edény fenekén, melyre a forróság behat. Ha a víz üvegedényben forr, látni lehet, mint emelkedik a gőz a fenékről egészen a felszínig, a hol gyakran, kupolaalakú folyadékhártyába burkolva, egy ideig uszkálni szokott. Hogy ily buborékok keletkezhessenek, bizonyos akadályok győzendők le. Első: a víz tapadása az edényhez; és ezen erő változik az edény anyaga szerint. Üvegedényben például, két három fokkal is emelheti a tapadás a forrás pontját; fémedényeknél ez lehetetlen. A tapadás gyakran szabálytalanul és lüktetve győzetik le; a folyadék e magaviselete bizonyos sók hozzákeverése által fokozható, úgy hogy a felbuzgás hangos dörömböléssel jár, sőt mi több,
113
az elválás némely esetekben oly hirtelen és oly heves, hogy a folyadék egyszerre csak mindenestől kiszökken az edényből.
136. A folyadék forrását gátló második akadály a folyékony atómok kölcsönös vonzása; láttuk pedig, hogy ezen erő hatalmassá válhatik, ha a folyadék egészen megszabadúl a benne rejlő levegőtől. Ez nem csak a vízre, hanem más folyadékokra is igaz, például minden aetherre és minden alkoholra. Ha aetherrel vagy alkohollal telt kis lombikot légszivattyúval hozunk közlekedésbe, a folyadék hevesen felbuzog, mihelyt a légszivattyú működni kezd; de ha a lombikból minden levegő el lett távolítva, járhat a szivattyú sokszor hosszú ideig, a folyadék buzogása még sem mutatkozik, mert ekkor már csak a szabad felszín szolgáltat gőzöket.
137. Arra, hogy a gőz a folyadék belsejében buborékokat képezhessen, még más két akadályt is le kell győznie, t. i. a felette levő víz súlyát és a víz felett levő légkör súlyát. A légkör befolyása következő módon tehető szemlélhetővé. Ebben a kis ónedényben kevés víz van, melyet e kis lámpa forrásban tart. A folyadék feletti tért a jelen pillanatban gőz tölti be, mely e csapon kifelé özönlik. A csapot bezárom, a lámpát eltávolítom, az edényre pedig hideg vizet öntök. A bennmaradt gőz megsürűdik; a rugalmas párna, mely az edény falait a légkör nyomása ellenében kifelé szorította, el van távolítva, s lássák a hatást. A légkör nyomása behorpasztja s összegyűri az edény falait. E nyomás négyzethüvelykenként 15 fontra rúg; hogy állhat meg tehát az oly gyönge jószág, a milyen a gőzbuborék, a víz felszínén? Csak úgy, hogy a benne levő gőz rugalmas ereje épen oly nagy mint a külső légköré; a folyékony burok két rugalmas párna között van, melyek tökéletesen semlegesítik egymást. Ha a gőz volna az erősebb, akkor a buborék belülről kifelé pattanna; ha pedig a levegő volna az erősebb, akkor a buborék kívülről behorpasztatnék. Ez szabja meg
114
a folyadék forrpontjának helyes értelmezését. Az a hőmérsék az, melynél a folyadék gőzének feszereje tökéletesen egyensúlyozza a légkör nyomását.
138. Midőn valamely hegyre felmegyünk, a felettünk levő légkör nyomása csökken és ezzel karöltve alászáll a forrás pontja is. 1859-ik év augustus havának egyik reggelén a forró víz hőmérséke a Mont-Blanc csúcsán 84,97° C. volt, tehát körülbelől 15 fokkal alább állott mint a tengerszinén. 1858-ik év augustus 3-án a Finsteraarhorn csúcsán 86,11° C. volt a forró víz hőmérséke. Monte Rosa csúcsán pedig 84,96 C. fokon állott 1858-ik év augustus 10-én. E megfigyelések azt mutatják, hogy a forrás pontja a Monte Rosa hegyen és a Mont-Blancon majdnem ugyanaz, habár ez utóbbi 500 lábbal magasabb amannál. A barométer állásának változásai azonban tökéletesen megmagyarázzák e rendhagyást. A forrás pontjának csökkenése minden 590 lábnyi emelkedésnél 1 F. fokot teszen *; azon hőmérsékből tehát, mely mellett a víz forr, következtethetünk a hegy magasságára. Londonban azt szokták mondani, hogy a jó thea készítéséhez forró víz szükséges; ha ez igaz, úgy ez az ital a maga tökélyében meg nem szerezhető az Alpesek magasabb állomásain.
139. Tegyünk most egy kisérletet, hogy a forrás pontjának a külső nyomástól való függését kimutassuk. Itt van egy F (36. ábra) üveglombik, vízzel megtöltve; itt egy másik G, mely sokkal nagyobb amannál s melyből a levegő ki van szivattyúzva. Csapok rendszere úgy köti e két lombikot össze, hogy közlekedésbe hozhatom őket egymással. A kisebb edényben foglalt víz már egy ideje forr, miközben gőze az y csapon át illan el. Most eltávolítom a borszeszlámpát, e csapot pedig úgy fordítom, hogy a levegő ki legyen csukva. A víz megszűnik forrni s tiszta gőz foglalja el a lombikban a víz feletti tért. Engedjünk időt a víznek, hogy kissé meghűlhessen. Néha-néha egy-egy gőzbuborékot
* Lásd e mű végén a magyar kiadáshoz készitett függeléket.
115
36-ik ábra.
látnak emelkedni, mert a felette álló gőznek, a mint lassacskán sürűdik, csökken a nyomása. Hideg vizet öntvén a lombikra, gyorsítom a sürűdést, a gőzbuborékok szaporodnak. Heves forrásba hozhatnám a vizet, ha az egész lombikot hideg vízbe meríteném. Az E-ben levő víz most már csendes, s közönséges forrpontjánál nehány fokkal alább áll. Megfordítván a C csapot, útat nyitok a gőznek a kiszivattyúzott G edénybe; a mint a nyomás E-ben enged, a benne levő víz forrni kezd, a megsürűdött gőz pedig – láthatják – eső gyanánt permetez végig a G edény falain. Ha a G edényt hidegen tartjuk s ez által a benne foglalt gőzt meggátoljuk, hogy az F-ben levő víz felszinére visszahathasson, úgy a kis lombik vize jó sokáig fog bugyborékolni és forrdogálni.
116
140. Erős melegítés a gőz rugalmas erejét óriásivá teheti. Worcester marquis ágyúkat repesztett szét vele; szerencsétlen gőzkazán-robbanásaink nagyon is szemlélhetővé teszik erejét. Az emberi ügyességnek még is sikerült uralmat szerezni e hatalmas erő felett. Denis Papin dugattyút emeltetett vele, melyet azalatt, míg a gőz megsürűdött, a légköri nyomás ismét lefelé hajtott; Savery és Newcomen gyakorlati hasznot húztak belőle; és James Watt befejezte a hő mozdító erejének eme nagyszerű alkalmazását. A dugattyút a gőzzel felfelé hajtatván, miközben a felette levő tér a sűritővel vagy a szabad levegővel közlekedik; aztán meg lefelé hajtatván, miközben az alatta levő tér közlekedik a sürítővel vagy a szabad léggel – ekként egy ide-oda járó mozgásra teszünk szert; ezt pedig aztán különféle műszerkezetek segélyével tetszés szerinti alakra hozhatjuk.
140 a . Azonban az erő megmaradásának elve, mint mindenütt, úgy itt is előtalálható. A gőzgép által eszközölt minden egyes dugattyúemelés, minden a gép által fölemelt súly, minden általa mozgatott kerék munkája fejében vele egyenértékű hőmennyiség tűnik el. Egy tonna szén, midőn elég, tökéletesen megszabott hőmennyiséget szolgáltat. Alkalmazzuk e szénmennyiséget valamely gőzgép mozgatására, gyűjtsük össze mindazon hőt, mely a sűritőben és a gépben el van terjedve s azt, mely sugárzás és a levegővel való érintkezés folytán veszendőbe ment: úgy azt találjuk, hogy e hőmennyiség csekélyebb annál, melyet az egy tonna szénnek egyszerű elégetése szolgáltatott volna, és pedig oly mennyiséggel csekélyebb, mely a végrehajtott munkával tökéletesen egyenértékű. Feltéve, hogy e munkával 7720 fontnyi súlyt egy lábnyi magasságra lehetett emelni, akkor a szén által fejlesztett hő annyival marad el a maximumától, a mennyi épen elegendő volna egy font víz hőmérsékének 10 F.-féle fokkal való emelésére. Ezen elméleti következtetést Hirn mérnök Colmárban számos, nagy mérvben és rend-
117
kivűli kitartósággal keresztülvitt, bonyolódott kisérletek által tényleg be is bizonyította.
140 b . Azon gőzgépben, melyet Hirn alkalmazott, a gőz 146° C. hőmérsék mellett ment át a kazánból a hengerbe. Sűritőjének 46 C.-féle fokú volt a hőmérséke. A gép expansióval dolgozott, azaz a gőz a hengerbe ömölhetett s egész nyomását kifejthette mindaddig, mig a dugattyú egész útjának egy bizonyos részét hátra hagyta. Ekkor a gőz elzáratott s a dugattyú további útján végig már csak a hengerben levő gőz tágító ereje által hajtatott.
140 c . A dugattyú feletti tér ez esetben a sűritővel közlekedett; s ha az expansió tökéletes volna, akkor a dugattyú alatti gőznek azon időben, midőn a dugattyú a maga legmagasabb állását érte el, oly nyomást kellene birnia, mely a sűritő hőmérsékének megfelel. Ha felteszszük, hogy az expansió valóban ily tökéletes volt, valamint azt is, hogy a táguló gőz tökéletesen gőzállapotban maradott, akkor Regnault kisérleteinek alapján kiszámithatnók, hogy az öszszes hőnek mily hányadrésze alakult át munkává. Ily számítások folytán azt találjuk, – és pedig az érték csekély volta miatt nem csekély megütközéssel találjuk, – hogy Hirn kisérleteiben a hőnek 1/19 része sem alakúlt volna munkává.
140 d . Másrészt pedig Hirn arra a tényre jött, hogy a kazánban lévő gőztől átvett hőnek 1/8 része fogyasztatott el mechanikai hatásokra. A kisérleti eredmény tehát ellentétben volt a számítással. Egy nevezetes elméleti következtetés azonban – melyre először Rankine és közvetetlenül utána s tőle függetlenül Clausius, a mechanikai hőelmélet e két előharczosa jutott – megmagyarázza a fennebbi ellenmondás okát. A gőz azon hevének kiszámításánál, melyet a sűritőbe léptekor bír, föltette Hirn, hogy a kazántól átvett összes gőz – az expansió közben – csakugyan gőzállapotban is marad. Rankine és Clausuas bebizonyították, hogy ez lehetetlen. Megmutatták, hogy a telített gőz – úgy tágulván ki,
118
mint Hirn kisérleteiben történt – részben lecsapódik s pára-melegének egy részét visszaadja. És valóban, még mielőtt ez okról valami bizonyosat lehetett volna tudni, a gépszerkesztők az által hárították el e lecsapódás káros befolyását, hogy a hengert egy köpönyeggel vették körül, melynek béllésébe a kazánból forró gőzt vezettek. A gőzből és folyadékból álló keveréknek, kitágulása után lépvén a sűrítőbe, kevesebb a heve, mintha csupa gőzből állana. Ez az oka annak, hogy a kiszámítottnál nagyobb mennyiségű hő válik munkává. Hozzá tehetem még, hogy a gőznek tágulása közben való lecsapódását Hirn úr kisérletekkel bebizonyította *.
140 e. De ha a végrehajtott munka az összes hőnek csak 12 1/2 százaléka, úgy ez roppant veszteségre mutat; és e veszteséget semmi módon sem lehet a gőzgépben kikerülni, minthogy a munkává átalakítandó hő mennyisége két dologtól függ, ugyanis attól, hogy milyen a gőz hőmérséke akkor, midőn a hengerbe ömlik, és milyen, midőn a sűrítőbe lép. Mennél nagyobb a hőmérsékbeli különbség a kezdet és a vég között, annál nagyobb a munkává átalakított hő mennyisége.
De hogy az egész hőt munkává alakítsuk, oly sűrítő kellene, melynek hőmérséke az absolut zérus-ponton tartatnék **.
141. Mostani tárgyam azonban azt kivánja, hogy többet foglalkozzam a természettel mint a mesterséggel; ez okból csak futólag érinthetem az emberi ügyesség diadalát, mely a gőznek a mindennapi élet szükségeire való alkalmazásában nyilvánul. A ki valaha járt Woolwich műhelyeiben vagy
* Lásd e mű végén a magyar kiadáshoz készített függeléket.
** Valamely testnek absolut hőmérséke az absolut zérusponttól számított hőmérsék. (l. a 96. §.) Igy az olvadó jégnek e ponttól számított hőmérséke 273° C. Legyen a gőznek hőmérséke a kezdetben annyi mint T, vég-hőmérséke pedig t, mindkettőt az absolut zérusponttól számítván, akkor az összes hőnek munkává átalakított részlete a legkedvezőbb körülmények között sem lehet több, mint (T–t)/T.
119
valamely más nagyobb gyárban, hol nagy mérvben alkalmaznak gépeket, annak helyes fogalma lehet arról, mily hatalmas segítsége van az embernek a melegség mozgató erejéből. E mellett nem szabad feledni, hogy a forgó kerekek, a vésűk, a gyalúk, a fúrók és a fűrészek, melyek a tömör vasba csak úgy nyomúlnak be, mintha sajt volna, – hogy mindezek a tűzkemencze belsejében egymásba ütköző atómoktól kapják mozdító erélyöket. Az atómok mozgása közlődik a gőzkazánnal, azután a vízzel, melynek részecskéi szétrázatván, oly taszító erővel röppennek szét, mely a közlött hővel lépést tart. A gőz nem egyéb, mint az a közbenjáró, mely az atómmozgásnak mechanikai mozgássá való átalakulását közvetíti. Az ekként nemzett mozgás a maga nemzőjét ismét eléidézheti. Tekintsék meg a gyaluló és a fúró szerszámokat; vízáramokat vezetnek át rajtok, hogy hidegek maradjanak. Emeljék fel a göndör vasforgácsokat, melyeket a gyalú leszedett; oly forrók, hogy nem tarthatják a kézben. A mozgató erő itt a maga eredeti alakjára tért ismét vissza, a gép munkája arra használtatott fel, hogy ugyanaz a hatalom legyen ismét helyreállítva, melytől a gép munkaképessége származott.
142. Most egy természetes gőzgépre fordítom figyelmöket; oly gőzgép ez, mely már régóta a világ csodái között foglalt helyet. Az izlandi nagy Geyser-ről szólok. Izland felülete a tengerparttól lassanként emelkedik a belseje felé, hol a talajnak magassága a tengerszin felett körülbelül 2000 láb. E magaslaton, mint talapzaton, állanak a Jöküll-ök, Izland jéghegyei, melyek az éjszak-keleti irányban mind két oldalon tova vonúlnak. E hegylánczon vannak a sziget működő vulkánjai, s a meleg források is a fentebbi irányt követik. Az e hegyekből kinyúló hasadékokból és torkokból időközönként roppant gőztömegek, sziszegve és bőgve, ömlenek ki; s ha e kiömlés valamely barlang nyilásánál megy végbe, úgy a zaj, a barlang visszacsengése következtében, gyakran dörgésszerü robajjá fokozódik. Alább, a likacsosabb rétegek-
120
ben, gőzölgő pocséták láthatók; undorító, feketéskék, agyagos tészta forr bennök, melyből néha idomtalan buborékok fortyannak fel s szétrepedvén, iszapos habjukat 15 vagy 20 lábnyi magasságra is felröpítik. A hegyek lábától fölfelé terjednek a glecscserek, a hegyormokat pedig hómezők koronázzák. A glecscserek üregeiből és repedéseiből roppant víz-tömegek ömlenek ki, itt- ott vízzuhatagok gyanánt rohanva át a jégbástyákon s gyakran mérföldekre ellepve a vidéket, mielőtt végleges kimenetelt lelnének. Ekként nagy kiterjedésű posványok keletkeznek. E víz egy részét felfogják a talaj repedései és hasadásai s lefelé szivárogtatják a mélységben fekvő, forró sziklákig; itt pedig a földalatti téreken átáramló vulkáni gázokra bukkan; a víz és gázok ez után együtt vonúlnak tovább, hogy az első megfelelő alkalommal, gőzkitörés vagy meleg forrás alakjában, jöjjenek a napfényre.
143. Legnevezetesebb e források között a nagy Geyser.74 láb mély és 10 láb tágas csőből áll; a cső felső része egy víztartóba nyílik, melynek átmérője éjszakról délre 52, nyugatról keletre pedig 60 láb. A csőnek és a víztartónak belseje gyönyörű sima, kovanemű és oly erős vakolattal van béllelve, hogy a pörölyütéseknek ellenáll. Az első kérdés ez: hogyan épült e csodálatos cső és hogyan lett e tökéletes vakolattal bevonva? Vegyi vizsgálatok azt mutatják, hogy a Geyser vize feloldott kovaföldet tartalmaz; s így azt gondolhatnók, hogy a víz e kovaföldet a cső és a medencze falaira lerakta. A dolog azonban nem így van. Fenéküledéket e víz nem ad; bár meddig tartogassuk, szilárd anyag nem válik ki belőle. Eldugaszolhatjumk s évekig így tarthatjuk, tiszta marad mint a kristály s csapadék képezésére legcsekélyebb hajlamot sem mutat. A kérdésnek imént adott megoldása még azon feltevésre is vezetne, hogy a csőnek hüvelyét valami idegen ható alkotta, a víz pedig csak a béllést adta hozzá. A medencze azonban 40 láb magas domb tetején fekszik s egyszerű megtekintése is szemmel láthatólag mutatja, hogy a Geyser maga alkotta e dombot.
121
Mialatt e dombot felépítette, az alatt forrásának egy a dombban felvonuló csövet kellett alkotnia; ebből pedig az következik, hogy maga a Geyser volt csövének is építője.
144. Ha geyser-vizet pároló csészébe öntünk, úgy ez fog történni: az edény közepén a folyadék nem ad csapadékot, de a falakon, melyeken a hajszálcsövi vonzásnál fogva felemelkedik s ez okból gyorsan elpárologhat, kovaföld-csapadékot lelünk. Kovaföldből álló gyűrü rakódik le a víz szélén, de az elpárolgásnak már jó ideig kellett tartania, hogy a víz közepében még csak igen gyönge zavarodást vehessünk észre. E kisérlet mikroskópi képe azon folyamatnak, mely Izlandban megyen végbe. Gondoljanak egy közönséges, meleg, kovatartalmú forrást, melynek vize csekély lejtőn folyjon lefelé. Az ekként föltárt víz elpárolog, a kovaföld pedig visszamarad. E csapadék fölemeli lassanként a síkot, melyen a víz foly, úgy hogy ez végre más irányban lesz kénytelen folyni. Itt is ugyanaz történik; a fenék felemelkedik, mint az imént említett esetben, a víz pedig más lefolyást kénytelen keresni. Arra van tehát kényszerítve, hogy köröskörül vándoroljon, lerakva kovaföldjét, mélyebbé téve az aknát, melyben el van helyezve; míg végre évezredek múltával felépítette az egyszerű forrás e csodálatos készüléket, melyet oly hosszú időig csodaszerűnek és mesésnek nézett úgy az utazó, mint a természetbúvár.
145. Kitörés előtt cső és medencze megtelnek forró vízzel; helylyel-közzel földet rendítő robajok hallatszanak; mindeniket a medenczebeli víz heves felkavarodása követi. A csőben levő víz emelkedik, a medencze közepén kipúposodik s túlömlik. Világos, hogy e detonatiók azon gőznek tulajdonítandók, mely a Geyser csövét tápláló vízvezetőkekben képződött. E gőz kifelé törekszik a csőnek hidegebb vizén keresztül, itt rögtön megsürűdik s a detonatiókat idézi elé. Bunsen tanárnak sikerült meghatározni a Geyser csövének hőmérsékét a talptól egészen a csúcsig, és pedig nehány perczczel egy nagyobb kitörés előtt. E megfigyelések azt a
122
37-ik ábra. |
rendkívüli tényt mutatták, hogy a víz a csőnek egy pontján sem érte el forrása pontját. Az ide mellékelt rajz (37. ábra) egyik oldalán állanak a tényleg megfigyelt hőmérsékek, a másikon pedig azok, melyek mellett a víznek forrnia kellene, tekintetbe véve úgy a légkör nyomását, mint az illető pont felett álló vízoszlopét. A legkisebb eltérés a forrponttól az A pontban van, 30 lábnyira a fenék felett; de még itt is 2 Cclsius fokkal alantabb áll azon hőmérséknél, melynél forrnia lehetne. Ily körülmények között hogyan jöhet létre a kitörés? 146. Tessék figyelembe venni az A pontnál levő vizet, melynek hőmérséke csak 2 C. fokkal áll a forrás pontja alatt; s emlékezzenek vissza arra, hogy a vízoszlop a detonatió hallattakor emelkedik. Tegyük fel, hogy az a gőz, mely a cső talpához közel fekvő mellékágakból betódul, hat lábbal magasabbra emelje a geyser-oszlopot – ez oly magasság, mely a megfigyelés határain belül esik -; ekkor tehát az A-ban levő víz B-be lesz áttéve. Forrpontja A mellett 123.8°, valóságos hőmérséke pedig 121.8°; B-ben azonban csak 120.8° a forrpontja. Ha tehát a víz A-ból B-be jut, több a heve, mint a mennyi a felforrásra kellene. E hőtöbblet azonnal gőzt fejleszt; a vízoszlop feljebb emelkedik s csök- |
123
kenti az alatta álló víz terhét. Még több gőz képződik; a tömeg a középtől lefelé rögtön felforr és felbuzog; a felette levő és gőzfellegekkel kevert vizet a légbe röpíti s ilymódon beáll a Geyser kitörése a maga teljes szépségében.
147. A víz, miután a léggel való érintkezése folytán meghűlt, visszaesik a medenczébe, újra megtölti a cső egy részét, lassanként újra emelkedik benne s végül megtölti megint a medenczét úgy, mint elébb. A detonatiók bizonyos időközökben ismét hallhatók, a víz ismét felpúposodik a medencze közepében. De ezek csak hasztalan erőlködések a kitörésre. Valóságos kitörést ugyanis csak akkor várhatunk, ha a csőben levő víz annyira megközelíti forrpontját, hogy csakugyan képes az oszlopot sikeres magasságra emelni.
148. E szép elméletet a híres Bunsennek köszönjük. Legyünk most azon, hogy ezen elméletet kisérlettel igazoljuk. Itt van egy 6 láb hosszú (AB, 38. ábra) cső, galvanisált vasból; fölötte van a CD medencze. A csövet lent tűz hevíti, s hogy a Geyser állapotát lehetőleg utánozzuk, a csövet aljától 2 lábnyira még egy tűzzel veszszük körül. Kétségtelen, hogy a víz nagy hőmérséke a geysercső megfelelő magasságán a hevített kősziklák helyi behatásának tulajdonítandó. A csövet megtöltöm vízzel; ez lassanként megmelegszik s minden öt-öt perczben a levegőbe röpíttetik.
149. Van Izlandban még egy híres forrás; Strokkur a neve; kitöréseit pedig közönségesen az eszközli, hogy a nyílása göröngyökkel betömődik. E forrás hatásait utánozhatjuk, ha AB csövünk nyílását dugaszszal elzárjuk. Megtörtént; a hő fokozódik, s a dugasz alatt levő gőz végül oly erős lesz, hogy a dugaszt kilöki. Ha ez bekövetkezik, akkor a nyomásától hirtelen megszabadult víz felfrecscsen a levegőbe. E terem padlása majdnem 30 lábnyira van a padló felett, dc a vízsugár elérte a padlást is, most pedig nagy csöppekben hull lefelé. A 39-ik ábrában a Strokkur keresztmetszete látható.
150. Sok más kitörő forrás hatásait utánozhatjuk, ha e geysercső-mintának nyílását oly dugaszszal zárjuk be, melybe
124
38-ik ábra.
125
39-ik ábra. |
különböző hosszaságú és átmérőjű üvegcsövek vannak beszúrva. Igy például könnyen eléállíthatjuk a meg-megszakadó kitöréseket; vízzáporok és heves gőzáramok gyorsan, egymás után előtörnek s e mellett a víz 15 vagy 20 lábnyira is felhajtja sugarát. E kísérletek bebizonyítják, hogy a cső maga elegendő ok a Geyser kitöréseire. Nem szükséges tehát, úgy mint eddig, vízzel és gőzzel telt földalatti üregek jelenlétének föltevéséhez folyamodnunk. |
151. Rövid gondolkodás után be fogják látni, hogy a Geyser működésének szükségképen határ van szabva. Ha az akna oly magasságot ért el, hogy a mélyen fekvő helyein levő víz, a megnövekedett nyomás miatt, el nem érheti forrpontját, akkor a kitörések okvetetlenül meg fognak szűnni. A forrás azonban ez után is lerakja a kovaföldet s gyakran fog "Laug"-ot, azaz vízmedenczét képezni. Az Izlandbeliek közül többnek mélysége 40 lábra is megy. Szépségük leírhatatlan, mondja Bunsen. Felszínükön bodor gőz játszadoz, vizök a legtisztább azúr, s ily színűre festi ez a víztartó falain lévő phantastikus kérgesedéseket is; a fenéken pedig gyakran látható az egykor hatalmas Geyser torka. Izlandban találni nyomokat, melyek egykor nagyszerű, de most már megszűnt Geyserek működéseire utalnak. Lehet találni dombokat, melyeken az aknát görgeteg tölti be; a víz pedig valamerre a föld alatt keresett magának utat s más műkörbe [tevékenységi körbe] vonúlt vissza. Előttünk áll tehát a Geyser mint ifjú, mint férfi, mint aggastyán s mint halott. Ifjúságában mint egyszerű meleg forrás, férfi korában mint kitörő oszlop, agg korában mint csendes "Laug" és halála utánra megmarad a szétrombolt akna és az elhagyatott domb, mintegy emlékeül az egykor tevékeny életnek.