V. FEJEZET.
A MOZGÁSI ELMÉLET ALKALMAZÁSA A FAJHŐ ÉS REJTETT HŐ JELENSÉGEIRE. – AZ ERÉLY ÉRTELME: LEHETSÉGES ÉS TÉNYLEGES ERÉLY. – A TÖMECSERŐK ERÉLYE. – KISÉRLETI MUTATVÁNYOK A FAJHŐ- ÉS REJTETT HŐRŐL. – A VÍZ VEGYŰLÉSE, SŰRŰDÉSE ÉS MEGMEREVEDÉSÉNEK MECHANIKAI EGYENÉRTÉKE – SZILÁRD SZÉNSAV. – A FOLYADÉKOK GÖMBÖLYDED ÁLLAPOTA. – A GÖMBÖLY LIBEGÉSE SAJÁT GŐZÉN. – A VÍZ ES HIGANY MEGFAGYÁSA VERESIZZÓ TÉGELYBEN
152. A tapasztalt hegymászó, midőn az Alpeseken nehéz vállalatba fog, lassú léptekkel kezdi meg napi feladatát, hogy ereje az előbbi megfeszítés következtében ne lankadt, hanem edzett legyen a valódi megpróbáltatás idejére. Mi is ma nehéz vállalat küszöbén állunk. Lássunk a munkához ugyanazon szellemben, ne a lelkesedés tüzével, mely a munka alatt elalszik, hanem szilárd és türelmes akarattal, vissza nem riadva a felmerülő nehézségektől.
153. Ez az ólomsúly – mint látják – a terem padlásához erősített csiga körül futó zsinórnak egyik végére van kötve. A föld és a súly, mint tudjuk, kölcsönösen vonzódnak egymáshoz; a súly most a földön nyugszik s bizonyos nyomást gyakorol annak felületére. A föld és a súly most érintkeznek egymással, kölcsönös vonzódásuk a mennyire lehet, ki van elégítve; s mozgás, hogy egymáshoz közeledjenek, lehetetlen. A mi a nehézségbeli vonzást illeti, a mozgáslétesítés lehetősége azonnal megszűnik, mihelyt a két, egymást vonzó test tényleges érintkezésbe jő egymással.
127
154. A súlyt felhúzom. Most 16 lábnyi magasban függ a padló felett s itt ép oly mozdulatlanúl vesztegel, mint elébb a földön; és mégis, amint térközt idéztem elé a padló és a súly között, ez utóbbinak viszonyait egészen megváltoztattam. Az által, hogy a súlyt emeltem, mozgást szülő erőt kölcsönöztem neki. Most gyakorolhat hatást, melyet míg a padlón feküdt, gyakorolnia lehetetlen volt; eshetik s esése közben mozgásba hozhat valamely gépet, vagy más munkát fejthet. A munkafejtésre való képességét "erély"-nek (energiának) fogjuk nevezni, mely kifejezés rövid és alkalmas; így aztán használhatjuk a "lehetséges erély" kifejezést is, afféle mozdító erőt értvén alatta, milyet például a mi felhúzott súlyunk kifejthetne, de melyet valóságos esés által még ki nem fejtett; nevezhetnők ugyanazt, mint némely kitünő buvárok teszik "potentiális erély"-nek is. Ez a potentiális erély vagy munkafejtő képesség, jelen esetünkben, a nehézség húzásától származik, azonban e húzás még nem változott át mozgásra. De íme elbocsátom a zsinórt, a súly esik s másodperczre 32 lábnyi sebességgel éri el a padlót. Esése minden pillanatában lefelé húzatott a nehézség által, s végleges mozgásereje mindezen egyes pillanatnyi hatásoknak az összege. Az esés közben hatóvá lett a súly erélye; s ekkor már tényleges (actualis) erélynek nevezhető, ellentétben a lehetséges munkával. Mozgási erélynek is nevezték, ellentétben a potentiális erélylyel. "A mozgás ereje", még így is nevezhetnők az erélyt, melylyel súlyunk lefelé esik. A fő dolog az, hogy a készletben levő erélyt a tényleges erélytől meg tudják önök különböztetni. Fogadjuk el egyszer mindenkorra Rankine műszóit és nevezzük a készletben lévő erélyt lehetségesnek, a működésben levőt pedig ténylegesnek. Ha mindamellett néha ily kifejezéseket használnék, mint: "potentiális erély", "mozgási erély", vagy "a mozgás ereje", könnyű lesz felfogniok e kifejezések igazi értelmét.
155. Súlyunk 16 lábnyi magasságról indult; lássuk, mi történt vele, míg az egész esésből az első lábat megfutotta.
128
Az összes húzás, ha szabad e kifejezést használnom, mely az esés alatt érvényre jő, most már annyival csökkent, a mennyi az egy lábnyi úton való esésre kellett. 15 láb magasságon egy lábnyival kevesebb erély-készlete van, mint a mennyie volt 16 láb magasságon, de a 15' magasságon már annyi tényleges vagy mozgási erélye van, a mennyi a készletbeli veszteséggel épen egyenértékű, s a mi, ha ellenkező irányban alkalmaztatnék, a súlyt ismét annak eredeti magasságára fogná emelni. E szerint: amint a lehetséges erély fogy, helyébe mindjárt tényleges erély lép. E két erély-mennyiség összege az egész világegyetemben állandó. Erélyt vagy munkát teremteni vagy megsemmisíteni ép úgy nem lehet, mint nem lehet anyagot teremteni vagy megsemmisíteni, s az anyagi világegyetem minden tüneménye csakis az erélynek alakváltásaiban áll. A most kifejezett elv "az erély megmaradásának törvénye" név alatt ismeretes.
156. Még nincs itt az ideje szerves folyamatokról szólanom, de ha karom tömecseinek állapotát megvizsgálhattak volna, mialatt ama súlyt a magasba felhúztam, azt találtuk volna, hogy e mechanikai cselekmény véghezvitele közben az erélynek valamely más alakjából fogyasztottam amazzal egyenértékű mennyiséget. Ezen erély, mint később látni fogjuk, a hő. Ha gőzgép emelné a súlyt, ezen emelés közben a kifejtett munkával tökéletesen egyenértékű hőmennyiség tünnék el. E súly körülbelűl egy fontot nyom s hogy 16 lábnyi magasságra emeltessék, arra körülbelűl annyi hő volna szükséges, mint egy köbhüvelyknyi levegőnek egy Fahrenheit-féle fokkal való melegítésére. Ugyanazt a hőmennyiséget viszont e súlynak 16 lábnyi magasságról való leesése létesíthetné.
157. Könnyen belátbató, hogy tetemesen több hő használtatnék fel a súly emelésére, ha tetemesen nagyobb volna a nehézség ereje. Minél nagyobb volna a vonzőerő, annál több hő kellene annak legyőzésére, s viszont annál nagyobb volna a hőmennyiség, melyet a leeső test kifejtene, midőn a földdel összeütköznék.
129
158. Belátván tehát, hogy hőt fogyasztunk, midőn ezen ható segélyével valamely súlyt a földtől elválasztunk s hogy az elfogyasztott hőmennyiség a legyőzött vonzó erő erélyétől függ: most e fogalmaknak nagyobb terjedelmet kell adnunk, átvivén azokat az észrevehető tömegekről az észrevehetetlenekre. Az értelemnek ép oly könnyű két, egymást kölcsönösen vonzó atómnak elválasztását gondolni, mint valamely súlynak a földtől való elválasztását elképzelni. Már volt alkalmunk szólani a tömecserők hatályosságáról, s e tárgyra itt ismét vissza kell térnünk. A testeknek szorosan egymáshoz csatlakozott atómjai, daczára annak, hogy kölcsönösen érintkezőknek nem képzelhetjük őket, mégis rendkívül nagy vonzást gyakorolnak egymásra. A közönséges mechanikai erőből igazán hihetetlen mennyiség kellene a szilárd vagy csepegő testek atóm-közeinek oly mérvű tágítására, hogy ez által észrevehető módon nagyobbodnék a test térfogata. Ép így nagyon jelentékeny erőre volna szükség, hogy valamely szilárd vagy csepegő test részecskéit annyira együvé sajtoljuk, hogy ez által a test észrevehető veszteséget szenvedne térfogatában. Hasztalan kisérlettem meg egy puha fém sürűségét nyomás által állandóan nagyobbítani. A vizet, mely oly könnyen enged a belémártott kéznek, hosszú ideig egészen összenyomhatatlannak tartották. Roppant erőket működtettek reája, de a helyett, hogy összehúzódott volna, inkább átizzadt a fémedénynek – melyben tartatott – likacsain keresztül s harmatképen lepte el annak felületét.* Hatalmas és fortélyos
* A következő kivonatot, mely e kisérletre vonatkozik, barátomnak, Spedding úrnak köszönöm:
"Bizonyos, hogy a ritkásabb testek (p. a levegő), mint már mondva volt, tetemesen összehúzódhatnak; de a megtapintható testek (p. a víz) sokkal nehezebben és sokkal kevésbbé nyomhatók össze. Hogy egyáltalában mennyire nyomhatók össze, azt a következő kisérlettel vizsgáltam meg: csináltattam egy üres ólomgolyót, melybe mintegy két pint férhetett és mely elegendő vastag volt, hogy hatalmas erőket is kibirhasson; miután lyukat fúrtam bele, megtöltöttem vízzel és aztán a lyukat beforrasztottam olvasztott ólommal, úgy hogy a golyó megint egészen szilárd lett. Erre a golyó két szembenéző oldalát egy súlyos pörölylyel összelapítottam, mi közben a víznek okvetetlenül össze kellett huzódnia, a golyó levén, minden egyenlő felületű alak között, a legnagyobb térfogatú; és mikor már a kalapálásnak nem volt többé sikere, prést is használtam a víz összenyomására, mindaddig míg a víz nem birván már el több nyomást, át kezdett finom harmatképen szivárogni a szilárd ólmon. Kiszámítottam aztán az összenyomás közben veszített tért, és azt következtettem belőle, hogy ennyivel huzódott össze a víz a hatalmas nyomás alatt." (Baco: "Novum Organum" 1620-iki kiadás, vol. IV. pag. 209). – R. Leslie Ellis jegyzete vol. I. pag. 324: "Ez talán a legjelentékenyebb Baco kisérletei között, s különös, hogy a későbbi irók oly kevéssé ügyeltek reá. Valami 50 évre a Novum Organum megjelente után tette közzé a ftorenczi Academia del Cimento titkára, Megalotti egy hasonló kisérlet leirását; azóta általánosan "florenczi kisérlet" néven nevezik."
Megemlítendö, hogy Leibnitz a florenczi kisérletről szólván (Nouveaux Essais), a golyót aranyból lévőnek (pag. 229, Erdmann) mondja, holott a florenczi akademikusok világosan megmondják, hogy miért adtak előnyt az ezüstnek, úgy az arany mint az ólom felett.
130
módon most már összenyomhatjuk a vizet, de rendkivűl nagy erő kell hozzá. Ha tehát tömecserőket kivánunk legyőzni, hozzájok hasonlókkal kell azokat megtámadnunk. A mit a mechanikai erő, közönséges mérvű kezelése mellett, végezni képtelen, végzi azt a hő. A megmelegített testek kitágulnak, s hogy e tágulás létrejöhessen, le kell győzni a tömecsek vonzását. És minthogy nagyok a legyőzendő vonzások, következtethetjük, hogy megfelelően nagynak kell lennie a velük megmérkőzni képes hőmennyiségnek is.
159. És most feszült figyelemért kell esedeznem. Feltéve, hogy bizonyos hőmennyiséget közlünk e darab ólommal, mi lesz a hőből az anyagon belül? Két különböző czélra fog alkalmaztatni, két különböző nemű munkát fog végezni. Egy része a mozgás azon nemét gerjeszti, mely az ólom hőmérsékét növeszti s melyet hőmérő segélyével észre lehet venni; de egy másik része arra kényszeríti az atómokat, hogy új állást foglaljanak, s ezen rész, mint hő elveszett. Ez
131
esetben az ólomatómoknak szertetolása, mely kölcsönös vonzásuk ellenére történik, egészen hasonszerű súlyunknak a nehézségerő ellenére történt fölemelésével; és hőveszteség az eredmény mind a két esetben. Megkisérlem, még pontosabban keresztülvinni a két folyamat összehasonlítását. Feltéve, hogy egy bizonyos erőmennyiség fordítandó súlyunk emelésére, s hogy ezen erő két részre osztódik, az egyik rész a súlynak valóságos emelésére alkalmaztatván, a másik pedig arra használtatván, hogy a súly, midőn emelkedik, az ingáéhoz hasonló lengésbe hozassék s lengései még ehhez folytonosan gyarapodjanak is mind sebességben, mind tágasságban. Ez analogonja lenne annak, a mi akkor történik, midőn az ólomba hőt szállítunk. Az atómok szertébb tolatnak, de mialatt hátrálnak, mind hevesebben és hevesebben rezegnek is. Az ólommal közlött hő tehát ketté oszlik: egyik része az atómokban lehetséges erélylyé, másik része pedig tényleges erélylyé válik. Az utóbbit az atómzene bizonyos neméül lehetne tekinteni, egyedül a zeneszerű rész lévén képes hőmérőnkre hatni vagy pedig idegeinket ingerelni.
160. Ez esetben tehát a hő nem csak tényleges erélyt kölcsönöz az atómoknak, de olyasmit is végez, a mit belső munkának * lehetne nevezni; munkát fejt a melegített test belsejében, az atómokat új állások elfoglalására kényszerítvén. Ha a test meghűl, úgy a melegedés közben legyőzött erők ismét hatókká lesznek, s az atómok szertetolásakor elfogyasztott hő ismét szabaddá lesz, mihelyt az atómok régi helyökre térnek.
161. A vegyészek meghatározták a különböző anyagok atómjainak viszonylagos súlyát. A hydrogén-atóm súlyát 1-nek vévén, az oxygéné annyi mint 16. Egy fontnyi hydrogénhez tehát tizenhatannyi atóm kell, mint a hány atóm egy font oxygénben van. Nyilván való, hogy az egy fonthoz szükséges atómok száma az atómsúlylyal visszásan arányos. Most egy igen finom
* Lásd Clausius kitünő értekezéseit.
132
és nagy fontosságú tárgyhoz közeledünk. Dulong és Petit, valamint Regnault és Neumann kisérletei szerfelett valószinűvé teszik, hogy az elemek atómjai akár kicsinyek, akár nagyok, akár könnyebbek, akár nehezebbek, egyenlő hőmérsék mellett, abból az erélyből, mit hőnek nevezünk, egyenlő mennyiséget birnak; a könnyebbek ugyanis gyorsasággal pótolják tömegbeli fogyatkozásukat. Egyenlő hőmérsék mellett tehát minden egyes hydrogénatómnak ugyanannyi mozgási erélye van mint minden egyes oxygénatómnak. De mert egy font hydrogénben tizenhatannyi atóm van jelen mint egy font oxygénben, kell hogy, ugyanazon hőmérsék mellett, az előbbi 16 annyi hőt is tartalmazzon mint az utóbbi.
162. Ebből meg az következik, hogy ha egy font hydrogén hőmérsékét nehány fokkal – például 50-ről 60-ra – emelni akarnók, 16 annyi hőre volna szükségünk, mint a mennyit egy font oxygén igényelne ugyanazon körülmények között. Viszont pedig egy font hydrogén, mely tíz fokkal lehül, 16 annyi hőn fogna túladni mint egy font oxygén, melynek hőmérséke ugyanannyi fokkal alábbszáll. Mivel a nitrogén atómsúlya annyi mint 14, az elébbivel azonos következtetés útján, eredményül azt nyerjük, hogy egy font hydrogén 14 annyi hőt tartalmaz, mint egy font nitrogén. E következtetést, mint azonnal látni fogjuk, a kísérlet igazolja.
163. Oxygénben és hydrogénben azonban észrevehető "belső munka" nem végzendő, mert észrevehető mekkoraságű tömecsvonzást itt nem kell legyőzni. De a szilárd és csepegős testeknél azon különbségeken kivül, melyek a súlyegységben foglalt atómok számától erednek, még oly különbségek is vannak, melyek a belső munkára szükséges hőfogyasztásból származnak. Ebből világos, hogy a különböző testekben meglevő absolut hőmennyiségeket a hőmérsék egyáltalában meg nem határozza. Ha például egy font vizet egy foknyira kivánunk melegíteni, harminczannyi hőre van szükségünk, mint midőn egy font higanyt ugyanannyira akarunk megmelegíteni. Viszont pedig egy font víz, midőn egy foknyira lehűl, har-
133
minczannyi meleget ad át mint egy font higany ugyanazon körülmények között.
40-ik ábra. |
164. Engedjék meg egy egyszerű kisérlet által felvilágosítanom a különbségeket, melyek az egyes testek között léteznek a bennök foglalt hőmennyiséget illetőleg. Egy viaszlepény van itt; átmérője hat, vastagsága félhüvelyk. Ezen edényben pedig olaj van, melynek hőmérséke most 180° C. A forró olajban golyók vannak különböző fémekből: vas, ólom, bizmút, ón és rézből. Most valamennyinek egyenlő a hőmérséke t. i. az olaj hőmőrséke. A golyókat kiszedem az olajból s CD viaszlepényre rakom, mely e lombiktartó gyürűjén fekszik. A golyók olvasztják az alattok lévő viaszt s belé sülyednek. Sülyedésök azonban különböző gyorsasággal történik. Vas és réz a többinél hathatósabban nyomulnak az olvasztható tömegbe; legközelébb jár utánok az ón, míg az ólom és a bizmút egészen hátra maradnak. A vas most már átesett, követi a réz, az ónnak alsó része még kibúvik a lepény alsó lapjából, de tovább már nem képes hatolni, míg az ólom és a bizmút csak csekély mélyedést okoztak, alig sülyedtek felényire a viaszlepénybe.
165. Ha tehát különböző anyagokból egyenlő súlyokat veszek, azokat mind megmelegítem – teszem példáúl 100 fokra – s meghatározom külön-külön a hőmennyiséget, melyet egyenként adnak, midőn 100 fokról 0 fokra lehűlnek: a különböző anyagok számára igen különböző hőmennyiségeket kell találnom. Jeles természetbúvárok úgy oldották meg e feladatot, hogy megfigyelték az időt, mely a testnek a meghűlésre kell. Mennél nagyobb ugyanis a hőmennyiség,
134
melyet az atómok birnak vagy melyet kiadnak, annál hosszabb idő kell a testnek, hogy lehűljön. A viszonylagos hőmennyiségeket, melyeket a különböző anyagok kiadnak, még úgy is meghatározták, hogy az anyagokat megmelegítették, azután hideg vízbe merítették s megfigyelték az egyik részen nyert s a másikon veszített hőt. Még más módon is megoldották e feladatot, meghatározván a jégmennyiséget, melyet különböző anyagok folyékonynyá tettek, midőn 100 Celsius-féle fokról 0 fokra, vagy 212 Fahrenheit-féle fokról 32 F. fokra lehűltek. E különböző módszerek egyező eredményeket adtak. Regnault, a híres franczia természetvizsgáló szerint következő számok fejezik ki a viszonylagos hőmennyiségeket, melyeket az egyes, alább megnevezett anyagok súlyegységei átadtak, mialatt 98 C.-féle fokról 15 C. fokra lehűltek.
| Aluminium Antimon Arany Arzén Bizmút Bór Bróm Cadmium Cobalt Ezüst Gyémánt Higany Jód Irídium Kálium Kén (termés-) Lithium Magnézium Mangán |
0.2143 0.0508 0.0324 0.0814 0.0308 0.2352 0.1129 0.0567 0.1067 0.0570 0.1469 0.0333 0.0541 0.0326 0.1696 0.1776 0.2026 0.9408 0.2499 0.1217 |
Nátrium Nikkel Ólom Ón Osmium Palladium Phosphor (szilárd) Phosphor (alaktalan) Platina Réz Rhódium Selen Silicium Szén (tiszta) Tellúr Thallium Vas Víz Wolfram Zink |
0.2934 0.1086 0.0314 0.0562 0.0311 0.0593 0.1887 0.1700 0.0329 0.0952 0.0580 0.0827 0.1774 0.2414 0.0474 0.0336 0.1138 1.0080 0.0334 0.0955 |
E tábla futólagos megtekintéséből kiderül, hogy miért olvasztották át a viaszt a vas- és a rézgolyók? nagy fajhevük következménye volt az; míg az ólom és a bizmút-golyók
135
ezt tenni nem voltak képesek. Ép úgy kitűnik a táblából, hogy az ón azt a helyet foglalja el, melyet a viaszszal tett kisérletünk kijelölt számára s hogy a víz több hőt enged át [ad át] mint bármely más, rovatunkba felvett anyag.
166. E táblában mindenik szám azt jelenti, mit eddig a melléjök irt anyagok "fajhevének" vagy "hőfoghatóságának" neveztek. E különbségeket azok, a kik a hőt fluidumnak tekintették, mint már elébb említettem, azon mondással magyarázták, hogy az egyik anyagban több van ebből a fluidumból mint a másikban. A "fajhő" és "hőfoghatóság" kifejezéseket jövőre is baj nélkül használhatjuk, ismervén már az ezen kifejezések által jelölt hatások valódi természetét. Megjegyzésre méltó tény az, hogy a fajhő ugyanazon mérvben növekszik, a melyben az atómsúly csekélyedik és viszont; úgyhogy a fajhő és az atómsúly szorzata, majdnem valamennyi esetben, jóformán állandó mennyiség. Egy már elébb tett észrevételünket példázza ez, mely szerint t. i. a könnyebb atómok gyorsasággal pótolják tömegbeli hiányukat.
167. A tömecsmozgásban és a belső munkában szereplő erők mekkorasága, ha közönséges mechanikai mértékkel méretik, óriási nagy. Itt van egy font vas; ha ez 0 C. fokról 100 C. fokra melegíttetik, a 0 foknál levő térfogatának körülbelül 1/800-ad részével tágúl ki.
Ámbár e térfogatnagyobbodást a legélesebb szem sem birná észrevenni, mégis arra, hogy az atómokkal az e hőmérsékemelkedésnek megfelelő mozgás közöltessék s hogy azok a fennemlített kis téren át szerte tolassanak, – arra mégis oly hőmennyiség szükséges, mely elegendő volna körülbelül nyolcz tonnának egy lábnyi magasságra való emelésére. A nehézségerő igazán elenyészik, ha e tömecserőkkel hasonlítjuk össze; a föld részéről az 1 fontnyi tömegre gyakorolt húzás, az e tömeg saját tömecseinek vonzásához képest, annyi mint semmi. Még finomabb példával szolgál a víz. A víz 4 C. vagy 39 F. fok felett és alatt tágúl, 4 C. fok
136
mellett érvén el legnagyobb sürűségét. Feltéve, hogy egy font víz 3 1/2 C. fokról 4 1/2 C. fokra, tehát egy foknyira melegíttetik, térfogata mindkét hőmérsék mellett ugyanaz marad; az atómok középpontjai nem tolatnak szertébb s bár a térfogat változatlan, mégis annyi hő közöltetett a vízzel, mely ha mechanikailag alkalmaztatnék, 1390 fontnak egy lábnyi magasságra való emelésére elegendő volna. A hő ez esetben nem tesz egyéb belső munkát, mint azt, hogy a vízatómokat elfordítja. Érintőleges mozgás által elválasztja az atómok vonzó sarkait, de középpontjaikat ugyanazon távolságban hagyja mind a két esetben. Az itt fejtegetett képzetek nehezek lehetnek azoknak, kik ily tanulmányokhoz nincsenek szokva, de mégis mindenki tisztán fogja azokat maga elé állíthatni, kinek türelme van, velök elég ideig foglalkozni.
168. Látjuk ebből, hogy azon belső munkán kívül, mely az atómok szertetolásában áll, még más nemei is vannak a belső munkának. Roppant mennyiségű belső munka fejlődhetik viszont, ha az atómközéppontok a helyett, hogy távolodnának egymástól, közelednek egymáshoz. Sarkerőktől, azaz olyanoktól, melyek bizonyos atómpontokból indulnak ki s bizonyos irányokban hatnak – szerzik a kristályok részarányos alakjukat; s ezen erők legyőzését, miután hőfogyasztással kapcsolatos, egyszersmind térfogatcsekélyedés követheti. Bebizonyítja ezt a víznek és a bizmútnak magaviselete a folyékonyodáskor.
169. A légneműek fajlievére vonatkozólag a legnevezetesebb kísérleteket Regnaultnak köszönjük. Regnault meghatározta a hőmennyiségeket, melyeket egyszer az egyenlő súlyú, másszor az egyenlő, térfogatú gázok és gőzök igényelnek, hogy ugyanannyi hőfokon át melegíttessenek. E megbecsülhetetlen vizsgálatok eredményeiből ide igtatunk egykettőt, megjegyezvén, hogy egységül a víz fajheve vétetett:
137
Egyszerű gázok:
fajhő |
||
| egyenlő súly |
egyenlő |
|
| levegő oxygén nitrogén hydrogén chlór bróm |
0,237 0,218 0,244 3,409 0,121 0,055 |
0,240 0,237 0,236 0,296 0,304 |
170. Következtetés útján már kihoztuk, hogy egyenlő súly mellett a hydrogénnek 16-annyi a melege mint az oxygéné, s 14-annyi mint a nitrogéné; mert egyenlő súly mellett a hydrogén 16-annyi atómból áll mint az oxygén, s 14-annyiból mint a nitrogén. E következtetést, mint e számokból látjuk, a kísérlet igazolja.
Minthogy azonban e gázokban egyenlő térfogat mellett az atómok egyenlő számmal vannak jelen, azt következtetjük, hogy egyenlő térfogatok fajhevének mindig egyenlőnek kell lennie. Oxygén, nitrogén és hydrogénnél csakugyan majdnem egyenlő. Chlórnál és brómnál ellenben azt találjuk, hogy ezek jelentékenyen eltérnek a többi gázoktól. Ugyde a bróm gőz, a chlór pedig oly gáz, mely ha összenyomatik, könnyen folyékonyodik. Ez okból nagy hőmennyiség kell e két esetben arra, hogy az atómok kölcsönös vonzóereje legyözessék. E vonzóerő az oxygén, a hydrogén és a nitrogénnél észrevehetetlen. Innét van, hogy a bróm és a chlór fajheve, egyenlő térfogat mellett, magasabb.
171. Bizonyos egyszerű gázok összetett gázokká egyesülnek a nélkül, hogy térfogatuk megváltoznék. Egy térrész chlór példáúl egy térrész hydrogénnel egyesülvén, két térrész sósavas gázt alkot. Más esetekben térfogat-csökkenés követi a vegyülést. Két térrész nitrogén példáúl egy térrész oxygénnel egyesül, hogy két térrész nitrogénoxydul-gázt képezzen. Ez esetben a vegyülés folytán három térrész két térrészszé sűrűdött. Regnault azt találja, hogy a térfogatokat nem vál-
138
toztató, összetett gázoknak egyenlő térfogat mellett ugyanazon fajhevük van, mint az oxygén, a hydrogén és a nitrogénnek; ellenben azoknak, melyek a térfogatokat változtatják, más is a fajhevük.
Összetett gázok sűrűdés nélkül.
fajhő |
||
| egyenlő súly |
egyenlő |
|
| nitrogénoxyd szénoxyd chlórhydrogén |
0,232 0,245 0,185 |
0,241 0,237 0,235 |
Ezen összetett gázok fajheve, egyenlő térfogat mellett, ugyanaz mint a már említett három egyszerű gázé.
172. Összetett gázok; három térrész két térrészszé sűrűdve.
fajhő |
||
| egyenlő súly |
egyenlő |
|
| szénsav nitrogén-oxydul vízgőz kénessav kénhydrogén szénkéneg |
0,217 0,226 0,480 0,154 0,243 0,157 |
0,331 0,345 0,299 0,341 0,286 0,412 |
173. Itt azt találjuk, hogy az egyenlő térfogatok fajhevét kifejező számok különböznek az egyszerű gázokéitól és különböznek egymás között is. Megjegyzésre méltó pedig, hogy a víz fajheve körülbelül kétakkora mint a vízgőzé, s szintúgy kétakkora mint a jégé.
174. Egyenlő súlyokat hasonlítván össze, a víz fajheve 1 lévén, a levegőé 0,237. Egy font víz tehát egy hőfoknyi veszteséggel körülbelül 4.2 font levegőt melegíthet meg egy foknyira. Azonban a víz 770-szer nehezebb a levegőnél; következéskép, ha egyenlő térfogatokat vetünk egybe, egy köblábnyi víz egy hőfoknyi veszte-
139
séggel 770×4.2 = 3234 köbláb levegőt melegíthetne meg egy foknyira.
175. Itt önként szembeötlik ama nagy befolyás, melyet a tenger az égalji végletek mérséklésére gyakorol. Az oczeán magába szedi a nyár hevét, melyet télnek idején ismét visszaad. Ez részben az ok, miért nem jőnek elé a szigetek égalji viszonyaiban oly nagy hőmérséki különbségek. Szigeten a nyár sohasem érheti el a szárazföldi nyár forróságát; viszont pedig a tél soha sem oly hideg a szigeten mint a continensen. A szárazföldön több helyütt oly gyümölcs terem, melyet a mi angol nyarunk meg nem érlel, de ugyanazon tájakon ismeretlen a mi téli zöldünk, mert nem állja ki az ottani telet. Izlandban a tél általában szelídebb mint Lombardiában.
176. Eddig azon hőmennyiségekre fordítottuk figyelmünket, melyek a szilárd és a folyékony testek tömecsváltozásai által fogyasztatnak el, s föltettük, hogy e változások közben a testek szilárdak, illetőleg folyékonyak maradnak. Most meg azon tüneményeket veszszük szemügyre, melyek a halmazállapot-változással járnak együtt. A szilárd test, ha eléggé hevíttetik, megolvad; s a kellően hevített folyadék légneművé lesz. Vegyük példaképen a jeget s kövessük létének egész körjáratában. E jégtömb, melyet itt látnak, 10 C. fokú a zérus alatt. Hevítsük; a hozzá erősített hőmérő a zérusfokra emelkedik, s e ponton a jég olvadni kezd. A hőmérőben levő higany, mely egész odáig emelkedett, most megakad haladásában s tökéletesen veszteg marad. Tovább is folytatom a hőszállítást, de hőmérsékemelkedés be nem áll, s csak akkor kezd a higany ismét emelkedni, midőn az utolsó jégdarab is eltűnt a hőmérő gömbjéről. Most újra emelkedik s 30, 60, 100 fokot ér el. Ekkor gőzbuborékok mutatkoznak a vízben; a víz forr s a hőmérő 100 fokon ismét veszteg marad.
177. De a jég olvadása és a víz elgőzölgése közben a hőszállítás folyvást tartott. Csupán a jég olvasztására annyi
140
hőt kellett közölni, a mennyi szükséges volna ugyanoly súlyú víznek 79.4 C. fokkal való melegítésére, vagy arra, hogy 794-szer annyi súlyú egy fokkal megmelegíttessék. Hogy pedig egy font vizet 100 fokú hőmérsékű gőzzé változtassunk át, 537.2-annyi hőre volna szükségünk, mint a mennyit egy font víz egy fokkal való melegítésére igényel. Az előbbi szám, t. i. 79.4° C. (vagy 143° F.) azt jelenti, a mit eddig a víz "rejtett hevének" neveztek; ez utóbbi szám pedig, t. i. 537.2° C, (vagy 967° F.) a gőz rejtett hevét ábrázolja. Azok, kik először használták e kifejezéseket, jól tudták, hogy az olvasztás és a forralás egész tartama alatt hőszállítás történik, de mert e hőt a hőmérő nem jelezte, azt koholták róla, hogy elrejtőzött. Azt vélték, hogy a hőfluidum ismeretlen módon elrejtőzik a víz és a gőz tömecsközeibe. Jelen elméletünk szerint az olvasztásra fordított hő fölemésztődik, az atómoknak lehetséges erélyt kölcsönözvén. Lényegében egyenértékű a súlyemeléssel. Igy a mi példáúl a gőzt illeti: itt a hő arra használtatik fel, hogy a folyékony atómokat szerteszét hajtsa, mind nagyobb és nagyobb mennyiségű lehetséges erélylyel ruházván fel őket. A gőz, ha megfosztjuk hevétől, megsűrűdik; a tömecsek akkora mozgási erélylyel zuhannak egymásra, mely felér az elválasztásukra fordítottal. Ugyanaz a hőmennyiség, mely elébb elfogyasztatott, most ismét megjelenik.
178. A folyékonyodás cselekedete belső munka: oly munka, mely az atómoknak más állásokba való elhelyezésére fordíttatik. Az elgőzölgés cselekedete legnagyobbrészt szintén belső munka, melyhez azonban még külső munka is adandó. Ez utóbbi abban áll, hogy a légkör, midőn a folyadék gőzzé válik, visszaszoríttatik.
179. A tüzelőanyag hőfejtő erejének első, tökéletes meghatározását a már sokszor említettem kitünő férfiúnak köszönjük. Rumford minden egyes anyag hőfejtő erejét annyi víz súlya által fejezte ki, a mennyinek hőmérsékét az illető anyag súlyegysége, ha tökéletesen elégne, egy fokkal feljebb-
141
emelné. Igy például ha egy font szén 2 2/3 font oxygénnel szénsavvá vegyül, annyi hőt fejt, a mennyi 8000 font víznek egy C. fokkal való feljebbmelegítésére elegendő. Ép így, egy font hydrogén nyolcz font oxygénnel vízzé vegyülvén, annyi hőt fejt, mely 34,000 font víznek egy C. fokkal való feljebbmelegítésére elégséges. A szénnek és a hydrogénnek hőfejtő ereje tehát úgy áll, mint 8 : 34. Rumford adatait a Favre és Silbermann által legközelóbb keresztülvitt, igen pontos kisérletek teljesen igazolják.
180. Irányozzuk most figyelmünket e csodálatos anyagra: a vízre s kisérjük őt létének különböző szakain keresztül. Alkatrészei: a hydrogén és az oxygén szabad atómjai, melyek kölcsönösen vonzódnak egymáshoz és egymásra zuhannak. Az atómok e cselekedetének munkaértékét könnyen megállapíthatjuk. Egy font víznek egy C. fokkal való melegítése egyenértékű 1390 lábfonttal; 34000 font víznek tehát egy C. fokkal való melegítése 34000×1390 lábfonttal egyenértékű. E szerint azt találjuk, hogy egy font hydrogénnek nyolcz font oxygénnel való egyesülése, munkaértéke szerint becsülve, felér 47 millió fontnak egy lábnyi magasságra való emelésével. Gondolom, hogy nem estem túlságba, midőn azt állítottam, hogy a nehózségerő, a mint a föld közelében nyilatkozik, igazán elenyésző mennyiség a tömecserőkhöz képest. Oly csekélyek a távolságok, melyek az atómokat egyesülésök előtt egymástól elválasztják, hogy mérésök lehetetlen, és mégis, midőn e távolságokat befutják, elegendő sebességre tesznek szert, hogy a fentmondott roppant erővel zuhanjanak egymásra.
181. Az egyesülés után az anyag gőzállapotban van, mely gőz alászáll 100 C. fokra s az után vízzé sűrűdik. Először az atómok egymáshoz rohannak, hogy a chemiai vegyületet képezzék; azután e vegyület atómjai egymásra zuhannak, hogy folyadékot képezzenek. E cselekedet mechanikai értékét is könnyen kiszámíthatjuk: 9 font gőz, mely vízzé válik, annyi hőmennyiséget fejt, melylyel 537.2×9 = 4833
142
font víz hőmérséke egy C. fokkal, vagy 967×9 = 8703 font víz hőmérséke egy F.-féle fokkal emeltessék. Ha az első számot 1390-nel, a másodikat 772-vel szorozzuk, szorzatul kerekszámban 6,720,000 lábfontot kapunk, mint csupán csak a sürűdésnek munkaértékét. * A legközelebbi zuhanás a folyékony állapotból le a megfagyás állapotába való zuhanás, s e cselekedet mechanikai értéke 993564 lábfonttal egyenlő. Kilencz fontnyi vizünk e szerint, eredeténél és további átalakulása alatt, három nagy meredekségen zuhan le: erélyre nézve az első zuhanás egy tonna súlynak 22320 lábnyi mélységbe való esésével egyenértékű; a második zuhanás egy tonnának 2900 lábnyi magasságról való esésével azonos, és a harmadik egyenlő egy tonnának esésével 433 lábnyi magasságról. Láttam az Alpesek zord kőlavináit a kőszirtek meredek falain füst és dörgés közt lezuhanni: rohamuk megdermesztő a szemlélőt. De megint láttam hópelyheket oly csendesen szállingózni, hogy még a törékeny tűk sem sérültek meg, melyekből ama pelyhek állanak; és mégis e finom anyagnak egy gyermek által tovavihető mennyisége, hogy vízgőzből eléállíttassők, oly erőfejtést igényel, mely elég volna, hogy a legnagyobb kőlavinának – mit valaha láttam – szétzúzott sziklatömbjeit felragadja s két oly magasra felröpítse, mint a melyről alázuhant.
182. Nem lesz helyén kívül itt nehány kisérletet bemutatni, azon hőhatásokra vonatkozókat, melyek a halmazállapot változásai mellett beállanak. Hővillanyoszlopomat háttal fektetem le az asztalra; mezítelen D lapjára vékony ezüstcsészét teszek s ebbe langyos vizet öntök: a tű egészen 90°-ig halad s állandóan elhajlítva hetven fokon marad. Ez után kevés porrátörött salétromot (nem többet mint a mennyi
* Rumford kisérleteiben a sűrűdés melege bele volt foglalva a hevítő erő számértékébe. Levonván a föntebbi számot a hydrogén és oxygén vegyülésére találtból, még mindig 40 millió lábfont marad a vegyület mechanikai értékeül.
143
41-ik ábra.
egy háromfilléres befödésére volna szükséges) szórok a csészére; s úgy hagyom, hogy feloldódjék. A salétrom elébb tűz közelébe tétetett; tehát mind a víz mind a por melegítve volt. Látják mily hatást idéz elé a kettőnek összekeverése. A salétrom feloldódik a vízben, s hogy e változás létesíttessók, mindazon hő elfogyasztatik, melyet a salétrom és a víz szobánk hőmérséke feletti többletképen bírtak; sőt még ennél is több használtatik fel. A tű, mint látják, nem csak a zérusra esik, hanem a másik oldal felé is megy egy darabig s azt mutatja, hogy az oszlop tetemesen meghűlt.
183. Kiöntvén a meghűlt folyadékot, ismét meleg vizet öntök belé s egy csipetnyi konyhasót szórok a vízbe. Midőn a sót beszórtam, a tű akkor hetvenen állott; most esik, eléri a zérust s a hideget jelző oldal felé mozog. De a hatás nem oly erős mint az elébbi esetben. A rejtett hőre vonatkozólag tehát ugyanazon különbségeink vannak, melyeket a fajhőre nézve már kiderítettünk. A csészét újból megtisztítom, ismét más vizet öntök belé s darabka czukrot teszek a vízbe. A czukor olvasztására elfogyasztott hőmennyiség észrevehető: a folyadék meghűl, de a hűlés sokkal csekélyebb mint az előbbi két esetben. Theájokat a legtudományosabb módon hűtik, midőn édesítik; s ugyanazt teszik, midőn sót szórnak a levesökbe, s ha csupán a hűlésre lennének tekintettel és nem a jó ízre is, salétromot használván, a hülést méginkább gyorsíthatnák.
144
184. Törött jégből és sóból álló keveréket használtunk egy előbbi alkalommal, hogy kemény hideget idézzünk elé. Só és jég összekevertetvén halmazállapotukat változtatják, s ennek következményeképen a keverék hőmérséke több foknyíra a víz fagypontja alá esik. Itt van egy rakás óraüveg, ónlevélbe burkolva s jégből és sóból álló keverékbe mártva. Minden óraüvegben kevés víz volt, melyben a következő üveg feküdt. A keverék hidege most valamennyit egy szilárd hengerré fagyasztotta össze.
185. Megfordítom a folyamatot, s azon hőt mutatom be önöknek, mely akkor fejlődik, midőn folyékony testek szilárdakká válnak. Elébb azonban megmutatom, hogy kénsavas nátron, midőn feloldódik, hőt rejt el. Ezen anyagot oly módon vizsgálván meg, mint előbb a salétromot, látják, hogy míg a kristályok olvadnak, a villanyoszlop meghűl. Tegyük meg a kiegészítő kísérletet. Itt van egy nagy, hosszúnyakú üvegedény, kénsavas nátron oldatával telve. Ez anyagot segédem tűz felett oldotta fel tegnap a műhelyben; a palaczkot megtöltötte az oldattal s nyílását darab hólyaggal gondosan befödvén, ezen tábla mögé helyezte, hol az éjen át nyugodtan állott. A folyadék e pillanatban túl van telítve kénsavas nátronnal. A forró víz ugyanis többet oldhatott fel belőle mint a hideg, s most sokkal alantabb áll a hőmérséke annál, melyet a telítés pontja megkiván. Túltelített állapotban úgy tartjuk meg a folyadékot, hogy tökéletes nyugalomban hagyjuk s nem engedjük, hogy valamely idegen test bele essék. Az egészen nyugodtan álló víz például, ily módon több foknyira hűthető le a fagypont alá. Sokan önök közül talán észre vették, hogy hideg téli éj után, kiöntéskor a víz rögtön megfagyott mosdókorsójukban. Hideg tájakon ez nem szokatlan. A kénsavas nátronnak ezen oldatban levő részecskéi úgy vannak, mintha valamely mélység szélén állanának: lezuhantásukra elég az, hogy ugyanazon anyagból apró, homokszemnyi kristályocskát dobjunk az oldatba. Tessék figyelni arra, a mi most történik: a palaczk még most tiszta
145
42-ik ábra. |
folyadékot tartalmaz; belé dobom ezen parányi kristályocskát; nem sülyed le, a tömecsek összecsatlakoznak körülötte, úgy hogy szilárd anyagot képeznek, melybe a kristály mintegy befalazódik. A szabad állapotból kötött állapotba való átmenetök egészen lassanként történik. Látják, mint halad a szilárdulás a palaczk nyakában lefelé. Oszlopom mezítelen felülete a palaczk domború részével érintkezik s a galvanométer tűje zérusra mutat. A kristályodás még nem érte el a folyadékot az oszlop közelében; de látják, hogy már közeledik feléje. Most szilárdul az oszlop közelében levő folyadék; tekintsék meg a hatást: az atómok, mialatt szilárd alakot vesznek fel; hőt fejtenek. E hő közlődik az üveghüvelylyel, mely a maga részéről megmelegíti az oszlopot, s mint látják, a tű 90-re siet. A megszilárdulás által észrevehetővé vált hőmennyiség tökéletesen egyenlő azon hőmennyiséggel, mely a folyékonyodás közben elrejtőzött.
186. E kisérletekben a folyadékok rejtett hevével foglalkoztunk; engedjék meg most, hogy figyelmöket nehány oly kisérletre fordítsam, melyek a gőzöknek úgynevezett rejtett hevét, vagy más szavakkal, azon hőmennyiséget teszik láthatóvá, mely lehetséges erélylyé változik, midőn valamely test folyékony állapotból gázneműbe megyen át. Oszlopomat, mint elébb, hátára fektetem, mezítelen lapjával felfelé; e lapra teszem a már használt ezüst csészét, melyben most kevés, szándékosan melegített, illékony folyadék van. A tű mozog s meleget jelez. De alig érte el a 90 fokot, már is vissza tér, a zérusra esik s az ellenkező oldal felé röpül. Az itt használt folyadék kén-aether; nagyon illékony, s az
145
elpárolgás oly gyorsan megy végbe, hogy az imént vele közlött hőt csakhamar elfogyasztja s az után az oszloptól is hőt von el. Az aethert eltávolítom s gyöngén melegített alkohollal helyettesítem. A tű, úgy mint elébb, a meleget jelző oldalon halad. Az alkohol elpárolgásának siettetésére e kis fúvót használom; látják, mint esik a tű s most 90 fok mellett áll a hideg oldalon. A víz közel sem oly illékony mint az alkohol, de ezen berendezés mellett mégis megmutathatom a hőfogyasztást, melyet a víz elpárolgása eszközöl. Vizet néha mázatlan cserépedényekben tartunk, melyek a folyadéknak gyönge átszivárgást engednek s így a külső felületükön harmatosakká válnak. E felületen elpárolgás megyen végbe, s az ezen tömecsmunkához szükséges hő nagyrészt az edényben levő folyadéktól vonatik el, minek következtében a víz hűvös marad. A vajhűsítők ugyanerre az elvre vannak szerkesztve.
187. Hogy a hűlésnek azon fokát mutassam meg, melyet a víznek elpárologtatása által elérni lehet: egy készüléket hoztam ide, melyben a víz csak a saját gőze által eszközölt hőelvonás következtében fagy meg. E készülék kryophornak neveztetik és Dr. Wollaston találmánya. Következő módon készül. E két golyó egyikébe A kevés vizet kell önteni, a másikat B izzítani s egy részét finom nyilású csövé kell kihúzni. Az után forralni kell az A-ban foglalt vizet mindaddig, míg a kifejlődött vízgőzök a B golyó csövén elillanható levegőt egészen ki nem hajtják. Ha ez megtörtént, azaz ha a golyókban és a golyókat összekötő csőben tiszta gőz van, akkor a nyílás forraszcső segélyével beolvasztandó. A készülékben tehát van víz és vízgőz, a levegőnek majdnem minden nyoma nélkül. Hallják, hogy a víz csörren benne, épen úgy, mint elébb a vízkalapácsban.
188. Az egész folyadékot az A golyóba futtatom, melyet üres pohárba tettem, hogy a léghuzam ellen megvédjem. Az üres B golyót pedig hideg keverékbe mártom. E golyó meghűl s hidege az A-ban levő folyadékból kifejlődött gőzt ismét vízzé sűríti. E sűrítés után új gőzmennyiségek fejlőd-
146
hetnek, s a tartós elgőzölgés jobban és jobban hűti a gőztadó vizet, úgy hogy 15 vagy 20 percz alatt jéggé fogna változni.
43-ik ábra.
Itt van csakugyan az átlátszó szilárd tömeg, mely egy másik fél óra előtt működésbe hozott készülékben képződött. A hűlésnek ezen egész folyamata úgy történik, hogy az atómmozgás az egyik golyóból a másikba vitetik át, megfelelő pótlás nélkül.
189. A hőfogyasztásra, melyet a halmazállapot változása okoz, a legmeglepőbb példát szolgáltatja azon anyag, melyet ebben az erős vasedényben tartok fogva. E palaczk ugyanis roppant nyomás következtében folyékonynyá lett szénsavat zár magában. Közönséges viszonyok között a szénsav, mint tudjuk, gáz. Itt van egy üveg, ily gázzal megtöltve; szemmel nem lehet a közönséges levegőtől megkülönböztetni, de elárulja a természetét, midőn a gyertyát eloltja. Felnyittatván a vaspalaczk csapja, megszűnik a savra gyakorolt nagy nyomás; a folyadék forr s úgyszólván rögtön gázzá porlódik, s e gáz rendkívül hevesen özönlik ki a nyíláson. Áramát szemmel kisérhetik; egy fehér anyag keverődik vele össze, mely nyolcz, egész tiz lábnyira fuvatik a levegőn keresztül. Miből áll ezen anyag? szénsav-hóból. A folyékony állapotból a légneműbe való átmenet által okozott hideg oly tetemes, hogy a szénsavnak egy része tényleg hóvá fagy s kis pelyhek alakjában összekeveredik a kiözönlő gázzal. Alkalmas edény segélyével e havat fel lehet fogni. Itt van egy hen-
148
geralakú szekrény két toldalékcsővel; most már ezeken kell a gáznak kiözönlenie. A kavargó áramot most is látják jobbra és balra, de a megfagyott tömegnek nagy része a szekrényben marasztalódik. Kinyitom a szekrényt; íme látják: tele van ezzel a tökéletesen fehér szilárd testtel.
190. E szilárd test csak lassanként tűnik el; gőzzé való átalakulása igen lassú, mert az elpárolgáshoz szükséges hőt csak lassan szedheti össze a körülfekvő anyagoktól. A szilárd szénsavat kezünkbe vehetjük, de nem szabad erősen szorítanunk, nehogy megégessük magunkat. Elég hideg, hogy megégesse a kezünket. Vízbe mártok egy darabot belőle; látják, hogy hólyagok szállanak fel a vízben; e hólyagok tiszta szénsavból állanak. Felfogom e gázt s megmutatom, hogy meg van benne a közönséges módon előállított szénsavnak minden tulajdonsága. Egy darabot a számba teszek, vigyázva, hogy ezen idő alatt ne vegyek lélegzetet; most egy gyertya felé lehellek s lehelletem eloltja a lángot. Hogy lehet az ily hideg anyagot baj nélkül szájban tartani? Ily hideg vasdarab bizonyosan komoly sérülést okozna.
191. Víz meg nem olvasztja e havat, de kén-aether megteszi; s ha ebből bizonyos mennyiséget öntök a szilárd szénsavra, oly anyagot nyerek, melynek roppant nagy a hűtő-képessége. Itt van nehány vastag, szabálytalan üvegdarab, összetörött poharak fenekei. Egy darabot teszek reájok a szilárd szénsavból s ezt aetherrel megnedvesítem. Ugy-e hallják az üvegek recsegését? Szétrepedtek, mert a kemény hideg következtében összehúzódtak.
192. Ezen edénybe darab papirost teszek, a papirosra vagy két font higanyt öntök, erre kevés szilárd szénsavat rakok s kevés aetherrel leöntöm. Tadják, hogy a higany megfagyasztására igen mély hőmérsék szükséges; de itt a higany megfagyott. Önök elé fektetem, mint szilárd tömeget, melyet pörölyözhetek s késsel vághatok. E huzal, melyet azért tettem a higany alá, hogy ezt vele kiemelhessem, erősen hozzáfagyott. Kiemelem tehát a higanyt s vízzel telt üveg-
149
edénybe mártom. Folyékonyodik s lefelé csörgedez a vízben; de minden higanyszál megfagyasztja a vele érintkező vizet s így minden higanyszál körül egy-egy jégcső képződik, melyen a folyékony fém lefolyik. A végtelenbe lehetne e kisérleteket sokszorozni; úgy vélem azonban: eleget tettem, hogy az elpárolgás hidegét kiderítsem.
44-ik ábra. |
193. A gőz-képződéssel összefüggő tüneményeknek egy igen sajátságos osztályára kell még önöket figyelmeztetnem. Itt van egy széles porczellántál B, forró vízzel megtöltve; s itt van egy ezüstcsésze S, melyet vörös izzásig hevítek. Mi történik majd, ha az ezüstcsészét a vízre teszem? Természetesen így felelnének: világos, hogy a csésze azonnal a vízzel közli melegét s a víz hőmérsékére hűl le. De ilyesmi be nem áll. Alsó lapján a csésze rövid idő alatt annyi gőzt fejleszt, hogy általa megvédetik a vízzel való érintkezéstől; vagy ha elébb kifejtett hypothesisünk nyelvén fejezzük ki magunkat: a csésze alsó lapján elszabaduló tömecs-lövevények zápora, midőn az alsó laphoz ütődik, lebegve tartja a csészét. Ez addig tart így, míg a csésze hőmérséke annyira nem csökken, hogy nem képes többé a gőznek oly feszerőt kölcsönözni, melyet a lebegve tartás megkiván. Ekkor érintkezésbe jő a vízzel, mit hírül ad a fémnek közönséges serczegése, valamint a fém felett támadó gőzfelleg.
194. Most megfordítom a kisérletet. Nem teszem a csészét a vízre, hanem vizet öntök a csészébe, de ez utóbbit elébb vörös izzásig hevítem a lámpa felett. A forrás zúgását nem hallják, sem a víz sziszegését, midőn vizet öntök a forró medenczébe; a csöpp saját gőzén gurul, azaz fenntartják a felülete alatt elszabaduló lövevények az által, hogy beléütődnek. Eltávolítom a lámpát s a csészét hűlni hagyom addig, míg képtelen lesz oly feszerejű gőzt fejleszteni, mely a csészét
150
elbírja. A folyadék most már érinti a fémet s azon pillanatban, midőn ezt teszi, hevesen felforr s mint látják, gőzfelleg képződik a csésze felett.
195. Helyökről nem láthatják ezt a lapított és körülguruló gömbölyt; azon leszek, hogy azt önöknek mégis megmutassam. Ha sikerül, igen szépet fognak látni. A csöpp alatt folytonosan gőz képződik, mely ép oly folytonosan oldalt kimenekülni törekszik. Ha a csöpp meglehetősen sík lapon nyugszik, nehezítve van az oldalak felé való kitörés, s a gőz a csöpp közepén tör magának utat felfele. Itt azonban ugy intézkedtem, hogy a gőz az oldalakon illanhasson el. Néha megtörténik, hogy a kiözönlés rhytmusos; a gőz szabályos löktetésekben áramlik ki, s vízcsöppünk gyönyörű szép boglárrá idomul. Itt van egy ily csöpp: gömbölyű, folyékony tömeg, két hüvelyknyi átmérővel s szépen bemetszett karimával. Hogy a csöppet megvilágítsam, reá vezetem a villanylámpa sugarát, s egy üveglencsét tartván feléje, reménylem, hogy képét a terem padlására vagy arra az ernyőre vethetem. Most egészen világos a kép s 18 hüvelyk átmérőjű idomot képez, melynek karimájáról rhytmusosan, mintegy zeneszóra
45. ábra.
151
özönlik ki a gőz. Ha kevés tentát öntök a folyadékra, hogy sötétebb szint nyeljen, körrajza ugyan élesebb lesz, de elvész a felület gyöngyfénye. Elvonván tőle a hőt, a hullámzó mozgás fentartja magát egyideig, azután lassanként szűnik, végül a karima egészen sima lesz. A csepp tökéletesen mozdulatlan, – folyékony gömböly. Most meg rögtön szétterjeszkedik a felületén, mert érintkezés állott be – s a "gömbölyded állapot" véget ért.
46-ik ábra
196. Ezt az ezüst edényt, felfelé fordított fenékkel, a villanylámpával szemben helyezvén el, kerekded körrajzának optikai képét, egy üveglencse segélyével, ezen ernyőre vetem. E kis szivacsot alkoholba mártom s a hideg csésze felett kinyomom, úgy, hogy a csöppek a fem felületére essenek; nagyított képöket láthatják az ernyőn s észrevehetik, hogy midőn a felfordított csészére esnek, kiterjeszkednek s felületén lefelé csörgedeznek. Most megmelegítem a csészét egy alája helyezett lámpa által. Tessék figyelmezni a most történőkre:
152
a csöppek, midőn a szivacsot kinyomom, úgy esnek mint elébb, de midőn érintkezésbe jőnek a csészével, nem terjednek szét mint elébb, hanem mint folyékony golyók lefelé gurulnak a csésze felületén. Lássák, mint ugrálnak és tánczolnak, mintha rugalmas tollakra estek volna, a mi valóban úgy is van. Minden csöpp, midőn a forró felületet találja, végig gurul rajta, gőzt fejleszt; s e gőz az, mely a csöppet az érintkezés határán túl emeli, a csöpp és a felület közötti tapadást megakadályozza s a csöppnek gömb vagy gömbölyded alakját megtartania engedi.
197. Ime egy más berendezés, Poggendorff tanártól ered s elmésen teszi szemlélhetővé a megakasztott érintkezést a csöpp és azon lap között, melyen a csöpp nyugszik. A csöpp felvételére szánt B ezüstcsészétől w huzal vezet a galvanométer delejtűje körül futó huzal egyik végéhez; e huzal másik vége A galvánelem egyik sarkával közlekedik. Ugyanezen elem ellenkező sarkától w' huzalt vezetek R lombiktartónak ab mozgatható karjáboz. A csészét megmelegítem, vizet öntök belé s huzalomat lefelé tolom, úgy hogy hegyével a gömbölyded tömegbe merüljön. Mozgás a galvanométer tűjén nem vehető észre, pedig itt csak a csöpp alatti hézag lehet az,
47-ik ábra.
153
mely a villanyáram körjáratát megakasztja. Ha a csöpp érintkeznék a csészével, az áram átmenne. Bebizonyítom. Eltávolítom a lámpát, a gömbölyded-állapot nem sokára véget ér s a folyadék érintkezni fog a fenékkel. Megtörtént s íme a tű azonnal oldalt röpül.
48-ik ábra.
198. A csöpp és a csöppet tartó forró felület közötti hézag tényleg látható is. Következő kisérletet egyes szemlélő is könnyen megtehet. Vegyen egy lapos edényt s fordítsa meg, de az edény feneke kissé mélyedt legyen, hogy e mélyedésben egy csöppet tarthasson. Hevítse az edényt borszeszlámpán s csöppentsen reá egy csöpp, kevés alkohollal kevert tentát. Ezután feszítsen ki egy ab platinahuzalt függőlegesen a csöpp mögött s tegye e huzalt izzóvá villanyáram által. Szemét most a csöpp alsó lapjának színtájába helyezvén, a vörösizzó huzalt a csöpp és a csöppet tartó edény közötti résen keresztül láthatja. Engedjék meg, hogy ezt önöknek megmutassam. A B edényt, mint elébb, felfelé fordított fenékkel a villanylámpa elé helyezem, a csészét megmelegítem s egy pipettából óvatosan csöppentek reá egy csöppet. Ha e csöpp a lapnak kellő helyén nyugszik s ha az átellenben levő lencse helyesen be van állítva: akkor kirívó fénysávot fognak
154
látni a csöpp és az ezüst között, mi arra mutat, hogy e fénysugár a csöpp alatt áthatolhatott s az ernyőre eshetett.
49-ik ábra.
199. Leidenfrost volt az első, a ki a gömbölyded-állapotot megfigyelte; s még 50 példával is szolgálhatnék, melyek mindezen állapotra vonatkoznak. Sőt még folyadék is gurulhat valamely más folyadékon. Ha e vörösizzó rézgolyót forró vízzel telt tálba merítem, hangos sziszegés támad, melyet az elszabadult gőz okoz; még nincs érintkezés a folyékony és a szilárd test között: de ha a golyót feküdni hagyjuk, míg meghűl, végtére érintkezésbe jő a folyadékkal s a víz oly hevesen felzajdul, hogy minden felé kifortyog a medenczéből.
200. Boutigny e tárgynak új érdeket kölcsönzött újabb időben, midőn az ide tartozó esetek mezejét jelentékenyen kiterjesztette s különféle rendkívüli hatásokat ezen okokra vezetett vissza. Nedves kezet sérülés nélkül át lehet vonni a megolvasztott fémnek áramán keresztül. Magam láttam, a mint Boutigny nedves kezével belemarkolt a megömlesztett vasba s a mint ujjaival kicsapta a folyékony fémet az olvasztőtégelyből. A kovács megnyalhatja a fehérizzó fémet, nem kell félnie, hogy megégeti a nyelvét, a kifejlődő gőz megóvja
155
a fémmel való érintkezéstől; és midőn az imént számba tettem a megfagyott szénsavat, ezen anyag gőze mentett meg a sérüléstől. Boutigny ugyanazon védő befolyásnak tulajdonítja sokaknak csodálatos megmenekülését a középkori tűzpróbáknál. Még meg kell említenem, hogy a tudomány férfiai nem fogadták el a gömbölyded-állapotnak Boutigny-féle magyarázatát. Azon kisérletek, melyeket önök láttak, nyilvánvalóvá teszik mindenki előtt e tünemények valódi okát.
201. A gőzkazán.robbanásokat is annak tulajdonították, hogy a kazánban foglalt vízen beáll a gömbölyded-állapot s a rögtöni gőzfejlődést és a reá következő, forró fémmel való érintkezést vették fel a robbanás okául. E dologról kevesebbet tudunk, mint kellene. A kisérleti természettan egész csomó hatásképes okot hozott a napvilágra, mely okok e rettenetes katastrophát eléidézhetik, de a gyakorlati tudomány még nem volt képes meghatározni, hogy mely fokig lesznek ezen okok hatókká. A rögtönös gőzképződést egy kisérlet által mutatták meg. Megteszem e kisérletet. Itt van egy rézedény V, dugaszszal nyakában. A dugaszon fél hüvelyk hosszú keskeny cső megy át. Megtüzesítem a rézedényt s ezután kevés vizet
50-ik ábra.
156
öntök belé, mely tehát e pillanatban gömbölyded-állapotban van. Most az edényt bedugaszolom – a víz gömbölyded-állapota alatt kifejlődött gőz az üvegcsövön elillan – azután eltávolítom a lámpától s vagy két perczig várakozom. A víz nem sokára érintkezésbe fog jöni a fémmel. Megtörtént, s a dugasz mintha lőpor robbant volna, meglehetős erővel röpül fel a magasba.
202. A gömbölyded-állapot lehetővé tesz egy valóban rendkivűli kisérletet. Ez abban áll, hogy valamely folyadékot meg lehet fagyasztani vörösizzó edényben. Boutigny vizet fagyasztott kénessav segélyével egy vörösizzó olvasztótégelyben és Faraday higanynyal tette ugyanazt, szilárd szénsav segélyével. Megkisérlem ez utóbbi kísérletet ismételni, de tegyük meg a kezdetet vízzel. Itt van egy üres, sárga réz-golyó; átmérője két hüvelyk; szinig megvan töltve vízzel. Egy huzal, mely a golyó nyeleképen fog szolgálni, belé van csavarva. Ezen platina olvasztótégelyt vörösizzásig hevítem s nehány morzsa szilárd szénsavat teszek belé, a savra pedig kevés aethert öntök. A két anyag közül egyik sem jő érintkezésbe az olvasztótégelylyel, mind a kettőt megóvja attól a köröttök lévő gőzpárna. Vízzel telt golyómat lebocsátom a tömegre s óvatosan halmozok reá szilárd szénsavdarabkákat, s kevés aethert öntök hozzá. Az olvasztótégelyen belül lévő tésztás réteg nagyon hideg marad, s most egy recscsenést hallanak. Meg vagyok győződve, hogy kisérletünk sikerül. A fagyó víz szétrepesztette a golyót épen úgy, mint egy elébbi kisérletünknél a vasedényt. Kiveszem a golyót, a szétrepesztett sárgarézhüvelyt lehántom róla s íme: szilárd jéggolyó búvik ki a vörösizzó olvasztótégelyből.
203. Bizonyos mennyiségű higanyt kúpalakú rézkanálba öntök s ez utóbbit besülyesztem az olvasztótégelybe. Az aether meggyúlt a tégelyben, s ez szándékom ellenére történt. A kisérletnek tulajdonképen úgy kellene történnie, hogy a szénsavas gáz – a bányák fojtólege – megóvja az aethert a meggyuladástól. De a higany mégis meg fog fagyni. Kiveszem a kanalat a tüzből a lángon keresztül; íme itt van benne a megfagyott fém.