ELSŐ RÉSZ.
Alapjelenségek.

MÁSODIK FEJEZET.
Az elektromos egyenáram.

4. A galván-elem. Mindenki könnyű szerrel összeállíthat magának egy galván-elemet, amellyel az elektromos áramlás alapjelenségeit tanulmányozhatja. Többféle galván-elem van: legközelebb azzal fogunk megismerkedni, amely Daniell-elem néven ismeretes (4. rajz).

4. rajz. Daniell-féle elem.

Kell hozzá egy üvegpohár (ü), egy máznélküli agyagedény (a), egy cinklemez meg egy vörösrézlemez, kénsav és rézgálic (kékgálic, rézszulfát). Az agyagedényt beállítjuk az üvegpohárba és rézgálicnak telített vizes oldatát töltjük belé. Jó néhány rézgálickristályt is dobni az oldatba. A rézgálicoldatba merítjük a vörösrézlemezt. Az üvegpohár és az agyagedény közét kénsavnak híg vizes oldatával töltjük ki; legalkalmasabb az olyan oldat, amelynél minden 100 cm3 vízhez 22 cm3 kénsavat töltünk. A kénsavoldatba helyezzük a cinklemezt, melyet előbb amalgámozni kell; az amalgámozás úgy történik, hogy a cink felületét előbb salétromsavval lemaratjuk és higannyal bedörzsöljük; a friss fémfelülettel a higany amalgámot alkot, mely megakadályozza azt, hogy a cinket a kénsavoldat megtámadja. A fémlemezeknek a folyadékokból kiálló végeit nevezzük az elem sarkainak (pólusoknak), mégpedig a vörösrezet pozitív, a cinket negatív sarknak. Kívánatos a sarkokat ú. n. szorítócsavarokkal ellátni, melyekkel a fémlemezekre fémdrótokat lehet rászorítani. Az így összeállított elem most már kész a használatra. Kössük össze fémdróttal az elem két sarkát úgy, hogy a fémdrót fényesre csiszolt két végét a szorítócsavarokkal jól

---

15

odaszorítjuk az elem sarkaihoz; akkor a drót mentén sajátszerű jelenségeket fogunk tapasztalni.

Először is észrevesszük, hogy a vezetődrót fölmelegszik; a melegedés ugyan nem nagyon szembetűnő, ha körülbelül egy milliméternyi vagy vastagabb rézdrótot használunk, de már igen meggyőzően mutatkozik, ha a fémsarkokat oly apró izzólámpán keresztül kötjük össze, amelyet elektromos zseblámpákban alkalmazni szoktak: az ilyen kis lámpákban rövid, vékony szénfonál van kifeszítve apró üvegkörtében, amelyből a levegőt kiszivattyúzták. A kis szénszál az elem sarkai közé kapcsolva annyira átmelegszik, hagy izzani kezd és világít.

5. rajz. Az elektromos egyenáram hatásai.

De a melegedésről még a kis izzólámpa nélkül is meggyőződhetünk, különösen ha nem egyetlen elemnek, hanem több elemnek együttes hatását vizsgáljuk: készítsünk pl. 4 darab oly Daniell-féle elemet, mint a milyet az imént leírtunk és kapcsoljuk össze rövid rézdróttal az első elem negativ sarkát a második elem pozitív sarkával, a második elem negatív sarkát a harmadik elem pozitív sarkával s í. t. (l. az 5. rajzot, ahol egyszerűség kedvéért csak két elemet rajzoltunk fel). Ilyenformán az első elem pozitív sarka és a negyedik elem negatív sarka maradt szabadon és az

---

16

így összeállított készülék bizonyos tekintetben a négy elemnek együttes hatását fogja mutatni; kössük össze a még szabadon levő fémsarkokat pl. ¹/₃ milliméter átmérőjű, 1 m hosszú vasdróttal, melyet kis tekercs alakjában összecsavargatunk, úgy hogy egy kis kémlőcsőbe beleférjen: a kémlőcsőbe töltsünk 15 köb-centiméter lepárolt vizet és helyezzünk bele egy kis hőmérőt. Azt fogjuk tapasztalni, hogy a víz hőfoka egy perc alatt 4 C°-kal emelkedett. Még szembetűnőbb a jelenség, ha víz helyett borszeszt töltünk a kémlőcsőbe, mert akkor egy perc alatt a hőmérőn már 6.5° emelkedést tapasztalhatunk.

Íme elemünkkel meleget, sőt fényt is, tehát energiát állítottunk elő, elemünk eszerint energiaforrás.

De egyéb jelenségeket is látunk. Mindenekelőtt tapasztaljuk azt, hogy a kis izzólámpa csak akkor világít, ha a szénszál mindkét végét fémdrót köti össze az elem sarkaival: ha a drótot közben valahol kettévágjuk, vagy ha az egyik szorítócsavart meglazítjuk, a jelenség azonnal megszűnik.

Tartsunk meg továbbra is négy elemet és kapcsoljunk a szorítócsavarokba egy-egy rézdrótot, melyek szabad végéhez vékony – nehány cm hosszú – platinadrótokat forrasztunk és mártsuk a két platinadrótot egy pohár lepárolt vízbe. Semmiféle jelenséget nem fogunk tapasztalni: de cseppentsünk csak a pohárba kevés kénsavat, a platinadrótok folyadékba merülő fölületén azonnal apró búborékok fognak keletkezni, melyek a folyadék fölszínére emelkednek, pezsgésbe hozva a folyadékot. Gondosan megvizsgálva a jelenséget, azt tapasztaljuk, hogy a cinkkel (negatív sarkkal) összekötött platinavégen a búborékolás bőségesebb, mint a másik platinadróton. De ennyivel még nem elégszünk meg: szeretnők azt is megtudni, mi az, ami a drótvégeken keletkezik.

E célból megtöltünk vízzel egy kis kémlőcsövet, hüvelykujjunkkal befogva a száját, lefelé fordítjuk és a pohárban a kénsavoldat alá merítjük, úgy helyezve el az egyik platinadrótot, hogy a rajta keletkező gázbúborékok a kémlőcsőben fölemelkedve, belőle a folyadékot lassanként kiszorítsák (5. rajz). Mikor már az egész cső megtelt gázzal, hirtelen kiemeljük a folyadékból és száját ujjunkkal befogjuk. Ha a csövet a negatív sarokkal összekötött drótvégen keletkező búborékokkal töltöttük meg és a lefelé tartott nyitott csőhöz gyufával közeledünk, a csőben lévő gáz gyenge pukkanás mellett kékes lánggal hirtelen elég, halvány ködpárával homályosítva el az üvegcső belső falát. A chemikus tudja, hogy a csőben összegyülemlett gáz hidrogén (H), mely a meggyujtás alkalmával vízzé égett el.* Ugyanígy összegyüjthetjük a másik drótvégen keletkező gázt is, és íme, belemártva az előbbi gyujtásnál használt, csak gyenge parázzsal pislogó gyufaszálat, észrevesszük, hogy a parázs lángralobban és élénk fénnyel elég: a gáz oxigén. Elemünk tehát hígított kénsavból ki tudta válasz-

* Az égés oxigénnel való vegyülés, oxidálás: H₂ + O = H₂O (víz).

---

17

az oxigént és a hidrogént, melyek vegyület alakjában fordultak elő benne. Ismeretes, hogy midőn a hidrogén oxidálódik, vízzé ég el, igen jelentékeny mennyiségű hő keletkezik: 1 g hidrogén elégésekor 68 kg-kalória. Ha a vizet szét akarjuk bontani alkotó részeire, ugyanezt az energiamennyiséget kell felhasználnunk, elfogyasztanimk. Elemünk tehát itt is mint energiaforrás működött, mert a hidrogén és oxigén szétválasztásához szükséges energiát szolgáltatta.

De az energiának még egy alakját termeli a leírt elem. Vegyünk egy iránytűt, függőleges tengely körül szabadon fölfüggesztett mágnest, mely – mint ismeretes – magára hagyva egyazon helyen közelítőleg mindig ugyanazon irányba helyezkedik, ez az irány Budapesten csak néhány fokkal tér el a földrajz észak-déli irányától. Vezessünk most egy rézdrótot körbe a mágnes körül úgy, hogy a drót oly függőleges síkú kört írjon le, melyben az iránytű benne fekszik (5. rajz). Ha a körbe vezetett drót két végét a galván-elem két sarkába kapcsoljuk, észrevesszük, hogy a mágnestű irányából néhány fokkal kitért és új egyensúlyi helyzetében mindaddig megmarad, a míg a drótvégek az elem sarkaival össze vannak kötve. Ha a drótvégeket a sarkokhoz megfordítva kapcsoljuk, az iránytű ellenkező irányba fog eredeti helyzetéből kitérni, de a kitérés nagysága ugyanaz marad.

Eszerint a galván-elem távolbahatásával legyőzte azt az erőt, amely az iránytűt a mágneses meridiánban megtartja, munkát végzett a földmágnesség ellen, tehát ismét mint energiaforrás mutatkozott előttünk.

A galván-elem tehát melegíti a vezetéket, alkotó részeire bontja a higított kénsavat, kitéríti a mágnestűt, tehát energiát termel; miből? a tapasztalat azonnal megadja a feleletet: az elem mind e jelenségeket csak bizonyos ideig tudja elvégezni, eközben észrevesszük, hogy a cink lassanként elfogy, mintha elolvadna a híg kénsavoldatban, a rézgálicoldatból a kristályok lassan-lassan eltűnnek, az oldat világosabb kék színt ölt, hígul, igaz, hogy kárpótlásul a rézlemez megvastagodik. Az energiatermelés tehát a cink fogyasztásával jár, az energia a cink chemiai energiája árán megyen végbe.

A galván-elem tehát egy helyen, az elem belsejében chemiai energiát használ föl, míg másutt, a fémvezeték mentén másfajta energiákat, hő-, chemiai és mágneses energiákat termel. Tehát energiát szállít és alakít át. Az energiának eme sajátszerű terjedését egy képzelt folyadéknak, az elektromosságnak tulajdonítjuk, amely áramlásával közvetíti a leírt energiaátalakulást. Az elemteri a chemiai energia átalakul elektromágneses energiává, ez a sarkokat összekötő drót mentén tovaterjed és ennek rovására fejlődik a vezetődrót különböző helyein ismét a hő-, chemiai és mágneses energia.

Azzal, hogy elektromos folyadékról beszélünk, semmiképen

---

18

sem akarjuk a jelenséget megmagyarázni és nem állítjuk azt, hogy ilyen folyadék valóban létezik.

Az elektromos folyadéknak és áramlásának bevezetése csak kényelmes beszédmód, mely a különben nehezen áttekinthető jelenségről igen szemléletes képet nyujt és az összes eddig ismert elektromos jelenségek leírásánál igen előnyösen volt alkalmazható, anélkül, hogy a kísérleti tényeket legkevésbbé is meghamisítaná, mert hiszen nem egyéb, mint néhány alkalmas elnevezésre vonatkozó megállapodás.

5. Az elektromos áram. Ha tehát egy úgynevezett galvánelemet állítunk össze, úgy, amint az előzőkben leírtam, a galvánelem igen változatos jelenségeknek lesz kiinduló pontja, melyeket összefoglalva úgy lehet leírni, hogy a galván-elem és a vezetődrótban egy súlytalan folyadék az elektromosság, vagy elektromos töltések mennyisége áramlik, elektromos áram kering és útjában különböző hatásokat kelt.

A galván-elem a vezetődróttal – az ú. n. vezetékkel együtt alkotja az áranmak útját, az ú. n. elektromos áramkört. Áramkörről beszélünk, mert az áram útjának mindig teljesen zárt vonalat kell alkotnia és a kör az a görbe vonal, amely e tulajdonságot mutatja. Az áramlásról rendesen azt képzeljük, hogy a vörösrézlemez felső végéből (a pozitiv sarkból) indul ki, azután végigfut a fémdróton és esetleg egyéb tárgyakon (pl. a kénsavoldaton) és az elem cinklemezébe (a negatív sarkba) torkollik, innen aznnban a cinklemezen tovább fut, átmegy a híg kénsavon, át az agyagedény falán (melyen az elemben használt oldatok nem tudnak keresztülhaladni) és a vörösrézlemezen végigfutva, visszajut a kiindulási pontba, a pozitiv sarkba. A galván-elem árama csakis ily teljesen zárt áramkörben keringhet: amint a fémdrótot megszakítjuk, az áram megszakad (áramnyitás, árammegszakítás), de újból megindul, amint a drótokat fémesen összekötjük (áramzárás, bekapcsolás).

Az a kérdés most, milyennek kell képzelnünk ezt az áramlást, hogy a tapasztalat jelenségeivel összhangban maradjunk. Amíg a cinklemez fölülete nem változik és amíg a rézgálicoldat teljesen telített marad, addhg az előbb leírt jelenségek az idő folyamán változatlanul jelentkeznek: pontos mérések azt mutatják, hegy az időegységben keletkezett hőmennyiség állandó marad, úgyszintén az időegységben kiváló hidrogén és oxigén mennyisége is, az iránytü eltérése a mágneses meridiántól ugyancsak változatlan. Azt az áramlást tehát, amelynek mind e jelenségeket tulajdonítjuk, szintén olyannak kell képzelnünk, amelyben az idő folyamán nem történik változás. De mi az, aminek az áramlásnál változatlannak kell maradnia? Mi az, ami valamely áramlást mennyiségileg jellemez?

Gondoljunk egy közelfekvő példára, egy vízáramlatra, pl. egy folyóra. Az áramlást mennyiségileg jellemzi nyilván az a vízmennyiség, amely a folyóvíz valamely keresztmetszetén egy

---

19

másodperc alatt átfolyik: ha a folyó apad vagy árad, akkor ugyanazon a keresztmetszeten kevesebb, illetőleg több víz fog egy másodperc alatt áthaladni, de ha az állapot időben változatlan, akkor éppen ez a másodpercenként átáramló vízmennyiség, az áramlás bősége, erőssége marad állandó. Ha tehát a fentemlített, az időben állandó hatásokat képzelt elektromos folyadék áramlásának tulajdonítjuk, akkor e hatásoknak állandóságából azt következtethtetjük, hogy az áramvezető valamely keresztmetszetén az egy másodperc alatt átfolyó elektromosság mennyisége, amit az áram erősségének nevezünk, az időben állandó.

Visszatérve a folyóvíz áramlásának analógiájához, tegyük most fel, hogy hosszabb időn át megmérjük azt a mennyiséget, amely Budapesten a Dunában egy mp alatt a Ferenc József-híd alatt átfolyik és azt találjuk, hogy ez a mennyiség egyik napról a másikra nem változott. Ebből most még valamit megtudtunk: ebből az is következik, hogy e napokon a Lánchíd alatt is ugyanakkorának kellett lennie az áramlás bőségének mint a Ferenc József-híd alatt, mert ha a Lánchíd alatt első napon több víz folyt volna le, akkor a Ferenc József-híd alatt valamivel későbben már tapasztalni kellett volna a vízbőség növekedését, hiszen a víznek okvetlenül le kell folynis. Látjuk tehát, hogy ha egy adott keresztmetszeten az áramlás bősége az időben változatlan, ebből az következik, hogy valamennyi keresztmetszeten az árambőség ugyanaz és az időben változatlan, tehát az áram erőssége az egész áramlásra jellemző és teljesen független attól, hogy melyik keresztmetszeten, mikor (e meggondolásnál hallgatólagosan feltettük, hogy az áramló folyadék összenyomhatatlan) mértük. Az ilyen áramlást stacionárius áramlásnak nevezzük.

Ha az elektromosság áramlásáról van szó, a stacionárius áramot rövidebben egyenáramnak is nevezik. Ennek tehát két sajátsága van: 1. hogy egy időben a vezeték bármely keresztmetszetében az áram erőssége ugyanaz és 2. hogy az áram erőssége az időben változatlan. A Daniell-elem árama röviddel az áramkör zárása után ily stacionárius, egyenáram. Később megismerkedünk majd a kvazistacionárius, vagy váltakozó áramokkal is, melyek a 2. alatti sajátsággal nem rendelkeznek, hanem csakis az 1. alattival.

6. Az áramerősség mérése. A vezeték mentén tapasztalt jelenségeket az elektromos áramnak tulajdonítva az előző szakaszban a jelenségek állandóságáról az áram erősségének állandóságára következtettünk. Ugyanis az áram erőssége és bárminemű hatása között bizonyára olynemű mennyiségi összefüggés van, hogy az áram erősségéből a hatás nagyságát ki lehet számítani. Minél erősebben melegíti az áram ugyanazt a drótdarabot, annál nagyobbnak kell lennie a melegítést okozó áram erősségének, de növekednie kell az áram erősségének a kiválasztott hidrogén mennyiségével és az iránytű kitérésével is. Melyiket válasszuk most mindezen hatások közül az áram erősségének mértékéül? Látni fogjuk, hogy ösmerve az áram erőssége és hatásai közötti összefüggést,

---

20

mind a három hatás alkalmas az áram erősségének mérésére és mind a három hatás alapján készülnek oly eszközök, amelyek az áramerősség mérésére szolgálnak és amely árammérők (galvánométerek) közül a gyakorlatban, a változó körülmények szerint, hol ezt, hol amazt alkalmazzuk.

Mi természetesen ezen eljárások közül most azt fogjuk kiválasztani, amely megértésre a legegyszerűbb, bár gyakorlati kivitelre a többi eljárásnál hosszadalmasabb.

Az áram erőssége és hatása közötti legegyszerűbb összefüggés nyilván az lesz, ha a hatás az áram erősségével arányos.

Némi meggondolás meggyőz arról, hogy a hőhatás és az áram erőssége közötti összefüggés nem ily egyszerű.

Ha ugyanis a vezetéket – egyébként mit sem változtatva – felcserélve kapcsoljuk az elem sarkaihoz, a hőhatásban semminemű változás nem mutatkozik. A hőhatás tehát minden esetre olyan módon függ az áramerősségtől, hogy változatlan marad, ha az áramerősség irányát változtatja, de nagyságát megtartja, ha tehát (i-vel jelölve az áramerősség mértékét) + i helyére – i kerül. A hőhatás eszerint nem lehet c·i, ahol a c arányossági tényező, mert akkor az áram irányának megváltoztatása alkalmával – h·i-t, negatív melegedést, tehát lehülést kellene kapnunk, ami a tapasztalatnak ellenmond.*

Már nem tehető hasonló ellenvetés a mágneses hatással szemben, mert ennél a kitérés iránya megváltozik, amint a sarkokat felcserélve, az áramerősség irányát megváltoztatjuk. És valóban az elektromosságnak nemzetközi alapon megállapított tudományos egysége az áram mágneses hatását veszi alapul. Mi azonban mégsem fogjuk jelenleg ez úton megkísérelni az áramerősség mérését; azt tapasztaljuk ugyanis, hogy a mágnestű kitérése nagy mértékben változik ugyanazon áramerősség mellett, ha az áramkör alakját és méreteit, a mágneses meridiánra vonatkozó helyzetét megváltoztatjuk. Ha pl. a mágnestűt körülfutó körvezetéket a mágneses meridiánra merőlegesen helyezzük el, azt fogjuk tapasztalni, hogy az áram bekapcsolása alkalmával a mágnestű egyáltalában nem tér ki eredeti helyzetéből. A mágneses hatás e szerint nem függ kizárólag az áram erősségétől, lényegesen közreműködik még számos más körülmény (a vezeték alakja, helyzete stb.), amelyek meglehetősen bonyolódott hatása előbb még kifürkészendő.

Marad tehát az áram chemiai hatása, mely valóban alkalmas arra, hogy segítségével az áram erősségét lemérjük, egyszerűen úgy, hogy az áram erősségét arányosnak tekintjük, pl. az időegység alatt kiválasztott hidrogén súlyával.

A mérések elvégzésére szolgálhatnak az u. n. vízbontó készülékek, melyeknek egyik neme a mellékelt 6. rajzon látható. Tulaj-

* Valóban – amint később látni fogjuk – a hőhatás az áramerősség négyzetével, i²-tel arányos.

---

21

donképen ugyanúgy gyüjti össze a hidrogént és az oxigént, mint ahogy a chemiai hatás legelső ismertetésénél leírtuk, csak alakját választották úgy, hogy kényelmesen kezelhető.

Az a, b, c egymással közlekedő csöveket, az a, b csövek felső csapjait kinyitva, megtöltjük kénsavnak 10–20 százalékos * vizes oldatával; mikor már a és b színig megteltek, a csapokat elzárjuk; az n és n platinalemzekhez forrasztott drótokat abba az áramkörbe kapcsoljuk, amelynek áramerősségét meg akarjuk mérni. Az n és p lemezekről azonnal gázbuborékok emelkednek föl, melyek a fölöttük lévő köbcentiméterekre beosztott csőben összegyűlnek, míg a kiszorított folyadék a c cső gömbjébe nyomul. Az áram bekapcsolása pillanatában leolvasunk egy órát és addig várunk, amíg jól mérhető gázmennyiség keletkezett, akkor – ismét leolvasva az órát – az áramot megszakítjuk. Még megvárjuk, míg a gázbúborékok a folyadék belsejéből mind fölemelkedtek és leolvassuk köbcentiméterekben a keletkezett gázok mennyiségét. És íme azt tapasztaljuk, hogy a pozitív sarkkal összekötött b drótvégen pontosan félannyi térfogatú gáz (oxigén) keletkezett, mint a másik drótvégen (hidrogén). Ugyanazt tapasztaljuk, akármeddig tartott az áramlás, sőt figyelemmel kísérhetjük közelítőleg az áramlás és gázfejlődés közben is. Azonkívül azt is tapasztaljuk, hogy ha kétszer annyi ideig tart az áramlás, úgy az oxigénből, mint a hidrogénből pontosan kétszer annyi fejlődik, és általában a keletkezett gáz mennyisége az áramlás időtartamával szigorúan arányos.

6. rajz. vízbontó készülék.

Ezek a jelenségek máris megnyugtatnak afelől, hogy helyesen cselekedtünk, mikor az áramerősséget az időegységben kivált anyag mennyiségével arányosnak tekintettük, mert azt mutatják, hogy az áramerősség mérése ugyanazon eredményre fog vezetni, akár a kiválasztott hidrogént, akár a kiválasztott oxigént tekintjük az erősségével arányosnak.

* A 20 százalékos oldat 100 súlyrészében 20 gr a kénsav, a többi (80 gr) víz.

---

22

Teljesen általános, igen nagy fontosságú tapasztalati törvények, amelyek fölfedezőjüknek, Faraday-nak nevét viselik az áramerősség eme méresi módjának jogosultságát minden kétséget kizáró módon igazolják.

Faraday törvénye szerint, ha elektromos áram megyen keresztül bármely olynemű anyagon, amely az elektromos áram hatására fölbomlik (amit éppen e tulajdonságánál fogva elektrolitnak szokás nevezni) a kivált anyag mennyisége mindig pontosan arányos az áramlás időtartamával, másrészt pedig ugyanazon áram különböző elektrolitokon való áthaladása közben egyenlő időközökben a különböző anyagoknak oly súlymennyiségeit választja ki, amelyek egymással bizonyos, kizárólag a választott anyagok természetétől függő, változatlan arányban vannak.

Az előbb ismertetett vízbontó készülékben pl. mindig pontosan félannyi köbcentiméter oxigén keletkezik, mint hidrogén, a kiválasztott oxigén súlya tehát (mivel az oxigén 16-szor sűrűbb a hidrogénnél) mindig nyolcszor akkora, mint a kiválasztott hidrogéné.

Ha bármilyen sónak, savnak vagy lúgnak oldatával végzünk hasonló kísérleteket, és akármilyen halmazállapotban jelenik meg a kiválasztott anyag, az említett két Faraday-féle törveny mindig érvényben marad, úgy hogy teljesen indokolt az az eljárás, hogy az időegységben kiválasztott anyag mennyiségét tekintjük az áramerősség mértékének.

Nemzetközi megállapodás szabja meg az áramerősség egységét, mely Ampère-nek, a kiváló francia fizikusnak nevét viseli. Az 1881-ben Párizsban tartott nemzetközi kongresszuson az áramerősségnek ezt az 1 ampère-nyi egységét az áram mágneses hatásaiból származtatták le és állapítottak meg. Mi a könnyebb megértés szempontjából a chemiai hatásból indultunk ki és az elektromos áramerősségnek ugyanezen egységét a következőképen határozzuk meg:

1 ampère erősségűnek mondjuk azt az áramot, amely 1 másodperc alatt 0.117 cm³ 0C° hőfokú, 76 cm higanyoszlop nyomásával bíró hidrogént választ ki.

Ha tehát egy áramkörben keringő elektromos áram erősségét ampère-ekbe meg akarjuk mérni, meg kell figyelnünk azt, hogy bizonyos idő alatt mennyi hidrogén keletkezik és akkor ezen adatokból az áramerősséget a következő számítás útján nyerjük:

áramerősség (ampère) =

kiválott hidrogén térfogata (cm3) 0.117 × idő (másodperc).

A most leírt eszköznek a gyakorlatban inkább elterjedt változata az 4. n. vízvoltaméter, melynél a fejlődő hidrogén és oxigén egyazon térben gyűlnek össze (l. a 7. rajzot), tehát 3-szor akkora a megfigyelendő gázmennyiség.

---

23

A gyakorlatban a pontos eljárásnál még különböző körülményekre kell tekintettel lennünk: le kell mérnünk a keletkező hidrogén hőmérsékletét és nyomását, hogy a megállapodásszerű 0 C° és 76 cm higanynyomásra átszámíthassuk. A nyomás pontos meghatározása azonban meglehetősen körülményes, mert nem elég leolvasni a barométerállást, hanem tekintetbe kell venni a kénsavoszlopok magasságát, a kénsavoldat sűrűségét, sőt még a kénsavoldat gőznyomását is.

végeire, pólusaira. A mágnesrúd és a szolenoid pólusai között megkülönböztetünk déli és északi pólust, ha ugyanis ezeket vízszintes síkban foroghatóan felfüggesztjük, egyik végük dél felé, másik észak felé mutat. Ha a vasreszeléket vízszintes papiroslemezen egyenletesen szétszórjuk és azután a papiros alá fektetjük a mágnesrudat, a vasreszelék a 18. rajzon látható görbék mentén sorakozik; * különösen akkor szép a jelenség, ha a papíroslap gyenge kopogtatásával a reszelék elhelyezkedését megkönnyítjük. A vasreszelék elhelyezkedése a mágnes által a vasszemecskékre gyakorolt erő eloszlását mutatja és azokat a görbéket, amelyek mentén a vasreszelék elhelyezkedik, mágneses erővonalaknak, vagy pedig a mágnes által keltett mágneses tér erővonalainak nevezzük. Látjuk, hogy e vonalak a mágnesrúd végei felé törekszenek; ama pontok, amelyek felé az erővonalak törekszenek, az ú. n. mágneses pólusok, mágnessarkok.

18. rajz. Mágnes hatása a vasreszelékre.

19. rajz. Áram átfutotta dróttekercs hatása vasreszelékre

Hasonló jelenséget kapunk, ha elektromos áram átfutotta dróttekercsen fektetjük át a vasreszelékkel teleszórt papírlapot, úgyhogy a dróttekercs hossztengelye a mágnesrúd előbbi irányával essék össze (19. rajz). Itt azt a nevezetes dolgot látjuk, hogy a mágneses erővonalak a tekercs belsejében záródnak.

De teljesen megegyeztek a mágnesrudak és dróttekercsek ú. n. poláris tulajdonságaikban is. Tudjuk, hogyha egy mágnes-

* A rajzon látható nyilacskákra később még visszatérünk.

---

46

rudat mágneses iránytű közelébe helyezünk, a mágnestű kitér az észak-déli irányból, mégpedig olyanformán, hogy a mágnesrúd egyik vége a tű egyik végét taszítja, a másikat vonzza, míg a mágnesrúd másik vége éppen megfordítva viselkedik. Ezért mondjuk azt, hogy minden mágnesnek kétféle vége van, az egynemű végek taszítják egymást, a különböző neműek vonzzák. A mágnesrúdnak azt a végét, amely a tű észak felé mutató végét taszítja, északi végnek, a másikat déli végnek mondtuk ennek megfelelően nevezzük el a sarkokat is északi és déli sarknak.

Elektromos áram átfutotta dróttekerccsel ugyanez a kísérlet sikerül: a tekercsnek egyik alapját közelítve az iránytűhöz vonzást, a másik vég közelítése alkalmával taszítást tapasztalnak, a dróttekercsnek – mint mágnesnek – eszerint ugyancsak egy északi meg egy déli vége van. De változtassuk meg

---

47

a dróttekercsben az áram irányát, úgyhogy az áramforrás sarkait felcseréljük s íme azt fogjuk tapasztalni, hogy az a tekercsvég, amely azelőtt az iránytű északi végét taszította, most ugyanazt vonzza, eszerint az áram irányának megváltoztatása következtében fölcserélődnek a dróttekercsben a mágneses sarkok.

Ez utóbbi jelenség még igen szembetűnően mutatható be a következő kísérlettel: függesszünk fel könnyű dróttekercset finom vörösrézfonálra, amelyen egyúttal az áramot vezetjük be a dróttekercsbe, a kivezetést egy második drót eszközölheti, amely pl. a felfüggesztő drót folytatásába esve, egy kis higanycsészébe merül és ennek közvetítésével köti össze a dróttekercset az áramforrás másik sarkával. A tekercset úgy kell felfüggeszteni, hogy tengelye vízszintes legyen. Ha a tekercsbe áramot bocsátunk, látni fogjuk, hogy a tekercs tengelyével az észak-déli irányba fordul és ebben az irányban meg is marad, akárcsak egy iránytű. De változtassak meg az áram irányát, ami egyszerű áramfordítóval (kommutátorral, 20. rajz) gyorsan eszközölhető látni fogjuk, hogy a kis tekercs hirtelen egyet forog a felfüggesztő drót körül és azzal a végével mutat észak felé, amely azelőtt dél felé mutatott.

20. rajz. Áramfordító. b, c, d, e, f, g higanycsészék, h, i, klm, nop fémvezetékek, q szigetelő rúd. Azt az áramrészt, amelyben az áram irányát meg akarjuk fordítani, f és g-hez kapcsoljuk. Ha a b és e körül forgatható kengyelt az f, g csészékből a c, d császékbe átcsapjuk, az r áramrészben megfordul az áram iránya.

Végre még arról is meggyőződhetünk, hogy a mágnesrudak és dróttekercsek még az anyagok mápnesezésében is egyformán viselkednek.

Ismeretes, hogyha vasdarabot helyezünk mágnesrúd közelébe, a vasdarab maga is mágnessé lesz, még pedig olyanformán, hogy az a vége, amely közelebb volt a mágnesrúd északi végéhez déli, a másik északi mágnességet vesz fel; legelőnyösebb a mágnesezendő rudat ráfektetni a mágnesrúdra, amely esetben az északi

---

48

végén fekvő vég déli, a másik pedig északi mágnes lesz, ha lágy vasat mágnesezünk, a mágnesezés igen gyorsan sikerül, de a lágyvas csak addig fogja mutatni a mágneses tulajdonságokat, amíg a mágnesrúd közelében, tehát mágneses térben van, mihelyt azonban a mágnesrúd közeléből eltávolítjuk, mágnességét azonal elveszíti. Ezzel szemben az acél sokkal nehezebben mágnesezhető, de ha egyszer mágnessé lett, mágneses tulajdonságait továbbra is majdnem változatlanul megtartja. Azért készülnek az ú. n. állandó mágnesek acélból.

A mágnesezés ugyanígy, sőt még tökéletesebben sikerül dróttekercs segítségével. Helyezzünk dróttekercs tengelyébe vasrudat és bocsássunk áramot a dróttekercsbe: a vas mágnessé lesz éppen úgy, mintha mágnesrúd közelébe helyeztük volna és minden részletes tulajdonságra nézve ugyanúgy viselkedik, mint a mágnesrúddal szemben. Sőt minthogy a dróttekercsnél a mágnesezendő rudat egyenesen a tekercs belsejébe lehet helyezni, az elektromos úton való mágnesezés sokkal erőteljesebb lesz, mert a mágnesrúddal való mágnesezésnél a mágnesezendő anyagot csak a mágnesrúdon kívül lehet elhelyezni, ahol a mágneses erő már kisebb.

Azonkívül az áramerősség fokozásával rendkívül erős mágneses tereket lehet előállítani, úgyhogy a gyakorlatban ma már úgyszólván kizárólag az elektromos úton való mágnesezést alkalmazzák. Még a dróttekerccsel való mágnesezés polárosságára nézve kell megjegyzést tennünk: míg a mágnesrúd közelébe elhelyezett vasdarabnak az északi véghez közelebb eső végén keletkezik a déli vége, addig a dróttekercsben mágnesezett vasnál az északi vég a dróttekercsnek északi végén lép fel; a különbség ismét onnan származik, hogy a mágnesezendő testet ez utóbbi esetben a tekercsnek (mágnesnek) belsejébe helyeztük, míg a mágnesrúdnál a vasdarab a mágnesrúd külső részén foglalt helyet, ami az erők eloszlását módosítja.

Az áramok mágnesező hatásának igen nagy gyakorlati fontosságú alkalmazását találjuk az ú. n. elektromágnesekben.

Az elektromágnes lágyvasrúd köré csévélt dróttekercs, mely tehát úgy viselkedik, mint egy mágnes, mihelyt áramot bocsátunk belé, mágneses tulajdonságait azonban tüstént elveszíti, mihelyt az áramot megszakítjuk. Azt a lágyvasrudat, amelyre a tekercset rácsévéljük az elektromágnes vasmagjának nevezzük. A tekercset magát pedig az elektromágnes fegyverzetének. Minél erősebb áramot bocsátunk a tekercsbe, annál erősebb mágnest kapunk: természetesen erős áram helyett gyengébb áramot is használhatunk, ha megfelelően növeljük a tekercsben a menetek számát, mert mágnesezésre nézve csak a tekercsnek egy keresztmetszetén áramló elektromos mennyiség számít és teljesen közömbös, vajjon hány vezetéken folyik keresztül az elektromosság. Ilyenformán olyan hatalmas mágneseket lehet készíteni, amelyek több ezer kilogrammnyi súlyt fel tudnak emelni, különösen ha az

---

49

elektromágnesnek vasmagját patkóalakúnak választjuk és a patkó minden szárára egy-egy tekercset csévélünk.

21. rajz. Az emelődaru a budapesti Ganz-féle villamossági gyárban. A daru "kampója" hatalmas elektromágnes.

Hogy mekkora erőt lehet ily úton kifejteni, arról fogalmat nyujthatnak ama hatalmas emelődaruk, amelyeket legújabban a teher felfüggesztésére szolgáló kampók helyett elektromágnesekkel szerelnek fel (21. rajz). A teher felemelésénél mindig sok nehézséget okoz a tehernek az emelődaru kampójára való ráakasztása, különösen ha oly óriási terhekről van szó, mint egy hajóágyú vagy acéltömbök stb. A rajzon látható, a budapesti Ganz-féle elektromos gyárban felállított darun e kényes kérdésnek megoldása rendkívül elmés és egyszerű. A teher fölemelésére szolgáló lánc végén hatalmas elektromágnes függ: a láncot lebocsátják, úgyhogy a fölemelendő acéltömböt érinti; most áramot vezetnek az elektromágnes fegyverzetébe amint mondják "gerjesztik az elektromágnest" – erre az elektromágnes ellenállhatatlan erővel magához rántja, mint valami vasmarok megragadja az acéltömböt és nem is bocsátja többé el, úgyhogy a daru az acéltömböt nyugodtan fölemelheti és a

---

50

kívánt helyre leeresztheti; amikor az acéltömb új helyzetébe megérkezett, az elektromágnest a gerjesztő áram megszakításával lekapcsoljuk az acéltömbről, amely úgy elválik tőle, mintha soha semmiféle erő nem fűzte volna hozzá.

De az elektromágnesnek nem az a főelőnye, hogy hatalmas mágneseket tudunk ezúton előállítani: sokkal jelentékenyebb az a tulajdonsága, hogy mágnességét a belévezetett árammal szabályozni tudjuk, hogy akkor és oly mértékben ruházhatjnk fel mágneses tulajdonságokkal, amikor és ahogy nekünk tetszik. Tekintettel arra, hogy az elektromos áramot, két szál drót segítségével igen nagy távolságra szinte pillanatnyi idő alatt elvezethetjük, oly gombnak lenyomásával vagy eleresztésével tőlünk száz meg száz mértföldnyire gerjeszthetünk egy elektromágnest, amely pl. egy vasdarab magához rántásával jelzi azt, hogy a gombot lenyomtuk, a vasdarab elejtésével pedig azt, hogy a gombot eleresztettük; tehát egy pillanat alatt hírt visz az egyik állomásról a másikra. Hiszen ez már lényegében az elektromos telegráf, mert nem kell hozzá egyéb, minthogy az egymással közlekedni [érintkezésbe lépni] óhajtó felek előzetesen megállapodjanak abban, hogy az ábécé minden betűjének az elektromágnes közvetítette, jeleknek bizonyos sorrendje feleljen meg: egy rövid jel és egy hosszú legyen az a stb.

De nemcsak egyszerű jelek közvetítésére alkalmas az elektromágnes: ha egyszer módunkban van az elektromágnes segélyével egy távoli állomáson egy vasdarabot elmozdítani helyéből. akkor azzal már igen sok egyéb jelenséget is távolból megindíthatunk, szabályozhatunk. Pl. felhasználhatjuk azt a kis vasdarabot arra, hogy segítségével egy az elektromágnes állomásain felállított második áramkört nyissunk vagy zárjunk, ezzel az áramkörrel pedig sok mindenfélét végezhetünk: Morse-féle távíró-gépet hajthatunk, bekapcsolhatunk világítóberendezéseket, felrobbanthatunk aknákat stb., szóval a legkülönbözőbb távkapcsolásokat végezhetjük, melyeknek a mai elektrotechnika körében se szeri, se száma. Mindenkor egy elektromágnes a közvetítő, mely egy lágyvasdarab magához rántásával zár vagy nyit egy második áramkört és ez úton kormányozza a távoli állomás parancsai szerint a különböző célokra szolgáló gépezeteket. Ezen szerepében az elektromágnest az áramzáró vasdarabkával együtt, "relais"-nek szokás nevezni.

Megjegyezzük, hogy még a telefonálás is tulajdonképen az elektromágnes említett tulajdonságain alapszik, ahol az elektromágnes előtt kifeszített vashártya a fegyverzetben keringő, változó erősségű áramok mágnesező hatása alatt hol erősebb, hol gyengébb vonzást szenved és ilyen módon mozgásával, rezgésével, híven követi az elektromágnesben végbemenő áramingadozásokat.

Ama nagyfontosságú fölfedezések, amelyek az embereknek sok száz kilométernyi távolságból való mintegy pillanatnyi köz-

---

51

lekedését biztosítva, az emberiség és tudomány szolgálatában oly kiváló eredményekhez vezettek, mind Arago azon első pillanatra oly szerény és jelentéktelen megfigyelésének folyományai, hogy egy elektromos vezetődrót vasreszelékbe mártva telerakódik vasreszelékkel.

Az elektromágneseknek ezeket a gyakorlati alkalmazásait külön fejezetekben részletesen fogjuk ismertetni, azonban egy rendkívül elterjedt alkalmazásáról már itt meg fogunk emlékezni, ez az elektromos csengő.

22. rajz. Elektromos csengő vázlata. A D gomb keresztmetszete jobboldalt látható.

Mindenki tudja, hogy az elektromos csengő megszólal, ha a csengő gombját lenyomjuk és elhallgat, amint a gombot eleresztjük. Kísérjük figyelemmel, hogyan hozza működésbe a csengőt a gomb lenyomása? (22. rajz). Jobboldalt látható a rajzon a gomb keresztmetszete: két fémrúgót látunk benne, amelyek a gomb lenyomása alkalmával egymáshoz szorulnak, utat adva az elemből kiinduló áramnak, mely a gombon át most zárt áramkörben keringhet: az áram végigfut az elektromágnesen, kilép belőle és áthalad a F ruganyos lemezen, mely az elektromágnes végeivel szemben fekvő lágyvasdarabban és a kalapácsban folytatódik; az áram azonban nem megy a vasdarabba, hanem egy másik L lemezrúgón át a K csavaron keresztül, elhagyja a csengőt és az elem negatív sarkába torkollik. A mint az áram az elektromágnest gerjeszti, az magához rántja a sarkaival szemben lévő vasdarabot, mire a kalapács megüti a G harangot. Ebben a pillanatban azonban K-ban, ahol a rúgó éppen csak érintette a csavart, az áram megszakad, mert a mágnes magához rántotta a

---

52

vasdarabot. Amint azonban az áram megszakad, az elektromágnes elereszti a vasdarabot, melyet a rúgó visszahúz, mire a kalapács is elhagyja a harangot, de az áram K-ban ismét bekapcsolódik; az aram bekapcsolásánál az előbb leírt jelenség ismétlődik és a harangon egy újabb ütés, az áramnak újabb megszakítása következik és így tovább. A csengetés tehát mindaddig tart, amig a gombot lenyomva tartjuk, mihelyt azonban a gombot eleresztjük, D-ben az áram végképen megszakad és a csengetés megszűnik. A K csavar megfelelően szabályozható és vele a rúgók feszültsége kellően beállítható.

Az elektromos csengő nem csupán egyszerű jelzések adására használható; igen előnyös alkalmazást talál mindenféle önműködő készüléknél, mely olyan jelenség bekövetkezésére hívja fel a figyelmet, amelyet különben állandóan figyelemmel kellene kísérni. Vannak pl. gőzkazánoknál olyan berendezések, amelyeknél, ha a víz a kazánban egy bizonyos szintnél alacsonyabbra süllyed, egy a vízen úszó deszkalap közvetítésével megszólal egy elektromos csengő, a gépészt arra figyelmeztetve, hogy a kazánban kevés a víz; sőt oly készülékeket is összeállítottak, amelyek bányákban a veszedelmes bányalég közeledését az elektromos csengő szavával jelzik.

Ugyanaz az elv, amely az elektromos csengőt működésbe hozza, talál alkalmazást igen sok áramszaggatónál, sőt eredetileg Neef mint áramszaggatót alkalmazta és csak utána használta fel ugyanezen elvet Lippens belga elektrikus a csengő készítésére.

De az elektromos csengő nemcsak a legegyszerűbb áramszaggaló, hanem a legegyszerűbb elektromótor is; valóban azt látjuk, hogy elektromos áram közvetítésével mozgásba tudjuk hozni a kalapácsot, tehát elektromos energiát alakítunk át az elektromos csengőnél mechanikai energiává. A kalapácsnak ide-oda való mozgását már át lehetne alakítani tetszés szerinti forgó mozgássá, éppen úgy, mint ahogy a gőzmozdonyon a köpü [dugattyú] dugójának előre-hátra való mozgásával forgatják a kerekeket. Azonban mégsem volna célszerű ily úton elektromótort készíteni, egyrészt mert módunkban van igen egyszerű eljárással közvetetlenül forgó mozgást előállítani, másrészt pedig kissé nagyobb szabásban állítva össze a csengő-mótort és szükségkepen nagyobb feszültségű áramokat használva K-ban a megszakítás alkalmával szikrák lépnének fel, melyek a gép járását zavarnák és az energia nagy részének fölemésztésével a gép üzemét rendkívül megdrágítanák.

*

Térjünk vissza ezen kitérés után a mágnesek és áram átfutotta tekercsek közti hasonlóság részletesebb vizsgálatára. Az előbb említett francia tudósok Arago, Ampère és Biot-Savart, nem elégedtek meg ama minőségi kísérletekkel, auto-

---

53

lyeket előbb felsoroltunk és amelyekből kitűnik, hogy áram átfutotta dróttekercsek egészen úgy viselkednek mágneses hatásaikban, mint a mágnesrudak, hanem e kapcsolatot tovább követve, mennyiségi összefüggéseket kerestek a mágnesek és az elektromos áramok közt. Sikerült is nekik ezt az összefüggést pontos mennyiségi alakban megtalálni és oly természeti törvényeket kifürkészni, amelyek azóta is a legszigorúbb ellenőrző-kísérletek mellett kiállották a tűzpróbát és ma már a tudomány és technikának meg nem dönthető közkincsei.

Mi nem akarjuk az olvasót e törvények felsorolásával fárasztani, csak annyit említünk föl belőlük, amennyi a továbbiak megértéséhez feltétlenül szükséges.

Minden köralakú áramvezeték (23. rajz) mágneses hatásaira nézve helyettesíthető oly rövid kis mágnesrúddal, amelynek tengelye * keresztülmegy az áramkör középpontján és az áramkör síkjára merőleges. Minél nagyobb az áramkörben keringő áram erőssége és minél nagyobb a kör területe (az áram körülfutotta terület), annál nagyobb az áramkör hatása, annál erősebb mágnessel helyettesítendő az áramkör. Hogy bizonyos irányú áramlás mellett hová kerülnek ama mágnesek sarkai, amely az áramkört helyettesítheti, arról Ampère szabálya szól: Ha egy ember az árammal úszik, akkor, ha az ember az áramkör középpontja felé fordul, bal keze felé keletkezik az északi, jobb felé a déli sark.

23. rajz. Áramkör mágneses hatása.

A későbbi alkalmazásokban, különösen a Hertz-féle elektromos rezgések tanulmányozásánál, gyakran van szükségünk arra, hogy ne teljes áramkör, hanem csak egy áramdarabnak mágneses hatását határozzuk meg. Ily áramdarab egyenáram esetén ugyan kísérleti úton nem valósítható meg, azonban a változó elektromos jelenségeknéh ily "nyitott" áramokkal valóban találkozunk. Az imént kimondott Ampère-féle szabály összeegyeztethető a következő, ily áramdarabokra érvényes szabállyal: Az az erő, amelyet az AB áramdarab (24. rajz), az M mágneses sarkra gyakorol, mindig merőleges az ABM síkra, arányos az áramdarab hosszával, az áram erősségével, ellenben a BM távolság növekedésével fogy, de változik az ABM szöggel is, legnagyobb, amikor AD merőleges BM-re és zérus akkor, ha BM

* A mágnes tengelye a mágnessarkokat összekötő egyenes.

---

54

beleesik az AB irányba. Az elektromágneses törvény ezen alakja Biot-Savarttól származik.

24. rajz. Áramdarab mágneses hatása.

Nevezetes következménye a Biot-Savart-féle törvénynek, hogy az áram körülfolyta területtel arányosan növekszik: ennek következménye az a már előbb említett jelenség, hegy a tekercsek meneteinek számával mágneses hatásuk növekszik. Ugyanis egy többmenetű tekercs mágneses hatása ugyanaz, mintha megannyi egymástól független körvezeték terülne el egymás mellett, melyeknek hatása összegeződik. Azért szokás egy tekercs hatásfelületéről beszélni, értve alatta az egyes menetek bezárta területek összegét. A menetek számának, a hatásfelületnek növelésével igen gyenge áramokkal is még jelentékeny mágneses hatásokat lehet kifejteni.

12. Elektromágneses árammérőeszközök. Lássuk csak ezek után, miképen használható fel az elektromos áramoknak elektromágneses hatása elsősorban az áramerősség mérésének céljaira.

A feladat a következő: adva van egy elektromos áramkör, megmérendő a benne keringő áram erőssége.

A feladat megoldása végett az árammérőeszközt mindenesetre úgy kell bekapcsolni az áramkörbe, hogy az egész megmérendő áram keresztülfolyjon rajta (25. rajz), hogy az eszközön észlelt változásból következtethessünk az áram erősségére. Ha azonban az egyszer összeállított áramkörbe egy újabb eszközt kapcsolunk be, ezáltal megváltozik az áramkör ellenállása tehát, mivel az elektromindító erő változatlan marad, megváltozik az áramerősség is. Az árammérőeszközök bekapcsolása eszerint megváltoztatja az áramerősséget és a mérendő áramnak nem szolgáltatja hű mértékét. A nehézség megszűnik, ha az árammérő ellenállása kicsiny az áramkör egyéb ellenállásaihoz képest, tehát az első követelmény hasznavehető árammérők készítésénél

25. rajz. Hogyan kapcsoltuk az áramkörbe az árammérőt.

---

55

a kis ellenállás. Már e szempontból is előnyösebbek az elektromágneses mérőeszközök, mint a már ismertetett, nagy ellenállású elektrochemiai árammérők, mert a vörösréz kicsiny fajlagos ellenállása miatt (60 méter hosszú 1 mm² keresztmetszetű drót ellenállása 1 ohm) a bennük használt tekercsek kicsiny ellenállásúak.

Az ily mérőeszközökben a mágnesként viselkedő áramátfolyta tekercs és egy mágnestű kölcsönhatásáról van szó. Akár a tekercs, akár a tű rögzíthető. Az előbbi esetben a tű, az utóbbiban a tekercs elfordulása alapján mérjük az áramot. *

A legelső ilyen mérőeszközöknél a mérendő áramot egy szilárd tekercsen vezették keresztül, melynek elektromágneses hatását összehasonlították a földmágnesség erejével: egy ilyen eszköz, az ú. n. tangenstájoló, a 26. rajzon látható. Függőleges tekercs középpontjában körosztályzat fölött vízszintes síkban mozoghat egy iránytű. A tekercset beállítjuk a mágneses meridiánba, vagyis úgy, hogy árammentes tekercs esetén a tekercs síkja a tűvel párvonalas legyen. Most a szorítűcsavarokba bekapcsoljuk az áramot, mire a tekercs elektromágneses ereje, megküzdve a tűt irányító földmágnesség erejével, a tűt új helyzet elfoglalására kényszeríti. Az eredeti helyzettől való eltérés szöge az ú. n. kitérés szöge, vagy kiütés, a körosztályzaton leolvasható és belőle az áram erősségére vonható következtetés. A beosztás egy-egy osztályzatának megfelelő áramerősség ki is számítható az eszköz méreteiből, a menetek számából és a földmágnességnek előzetesen más úton meghatározandó erősségéből.

26. rajz. Tangens-tájoló (galvánométer).

* Ha elektromágneses árammérőeszközöket elektrochemiai eszközökkel való összehasonlítás útján kalibrálni akarunk, ez a nehézség nem lép fel, mert a kalibráláanál csak az a lényeges, hogy a két eszközön ugyanaz az áram menjen keresztül, amit elérünk, ha a két eszközt sorba kapcsoljuk.

---

56

Az áram erőssége mindig a kitérés szögének tangensével * arányos, vagy kisebb (körülbelül 5°-nyi) kitérésekig közelítőleg magával a kitérés szögével. Az arányossági tényezőt legjobb kalibrálás atari meghatározni, tehát egy másik árammérőeszközzel való összehasonlítás útján, amelynek adatait ismerjük.

A műszaki és a tudományos vizsgálatoknál a különböző áramerősségeknek hihetetlen változatossága szerepel és azért ez az egyszerű eszköz nem fog minden esetben megfelelni a célnak. Példaképen megemlítem, hogy egy 16 gyertyás szénizzólámpa körülbelül ¹/₂ ampère árammal világít, egy közepes ívlámpa 20 ampère-rel, míg a különböző tudományos és ipari célokat szolgáló elektromos kemencékben több ezer, sőt tíz- és százezer ampère erősségű áramok olvasztják és forralják a fémeket, végre azoknak a rendkívül gyönge áramoknak erőssége, amelyek a radioaktiv anyagok hatására a levegőben keletkeznek, az ampèrenek alig néhány billiomodrésze.

Ezért a galvánométereknek az idő folyamán számtalan sok különböző alakjat szerkesztették, amelyek főbb képviselőinek felsorolása is messze túlhaladná a munka kereteit; ezért egészen röviden csak azokról az irányelvekről emlékezünk meg, amelyek segítségével igen gyönge és igen erős áramok mérhetők, másrészl pedig arról, hogyan lehet az eszközök pontosságát a változó földmágnességi erőtől való függetlenítéssel fokozni.

Az említett tangens-tájoló érzékenysége többféleképen növelhető: ** először is szaporítani lehet a menetek számát, de persze a nagy ellenállás elkerülése végett, bizonyos határt kell betartanunk. Lényegesen növekszik az érzékenység, ha a földmágnesség erejét mesterségesen kisebbítjük, mert akkor a tűt kisebb erő tartja meg eredeti irányában, tehát a tekercsnek ugyanazon elektromágneses ereje a kisebb erővel szemben a tűt jobban téríti ki. A földmágnességi erő kisebbítése a tekercs fölött állandóan elhelyezett mágnesrúddal történhetik (27. rajz E), melynek déli sarka észak felé, északi sarka dél felé néz; a távolság megfelelő beállításával elérhetjük azt, hogy a mágnesrúdnak a földmágnességgel ellenkező ereje ezt majdnem teljesen lerontsa (kompenzálja), úgyhogy a földmágnességnek csak igen csekély irányító ereje maradjon meg. Ez az ú. n. kompenzáló eljárás. Másik eljárás a kettős ú. n. asztatikus tű használata: egymás alá helyezünk ket egymáshoz mereven rögzített tűt ellentett sarkokkal, a két tű erőssége között igen csekély különbség van, úgyhogy a földmágnesség irányító ereje is rendkívül csekély. E tűpárt úgy függesztjük fel, hogy az egyik tű a tekercs belsejében, a másik a tekercsen kívül lenghessen (28. rajz). Ekkor a földmágnesség

* Szerkesszünk egy derékszögű háromszöget, melynek egyik szöge a kitérés szöge; ha a derékszögnek a kitérés szögével szemben fekvő oldalát a kitérés szöge melletti oldalával elosztjuk, megkapjuk a kitérés szöge tangensét.

** Az árammérő annál érzékenyebb, minél kisebb áramerősség felel meg ugyanakkora kitérésszögnek.

---

57

csak a két tű pólusainak különbségére hat, míg a tekercs az egyik tű egész pólusára. Még inkább fokozható az érzékenység a 29. rajzban látható tekercseléssel.

28. rajz. Asztatikus tűpár egyszerű tekercseléssel.
29. rajz. Asztatikus tűpár kettős tekercseléssel.

Az érzékenységet végre még a kitérések leolvasásánál követett eljárás finomításával fokozhatjuk; a kisebb szögek pontos leolvasásának azonban az érzékenység fokozásán kívül még egy előnye van. Említettük ugyanis, hogy kis kitérések mellett az áramerősség egyenesen arányos a kitérés szögével, míg nagyobb szögkitérések mellett az összefüggés a kitérés és a szög között nem ilyen egyszerű.

A kis szögkitérések megfigyelésére szolgál egy eljárás, mely egyéb fizikai vizsgálatoknál is mindig igen előnyösen alkalmazható, az ú. n. tükörleolvasás (27. rajz).

27. rajz. Thomson-féle galvánométer tükörleolvasással.

A tűre acélból kicsiny függőleges tükröt erősítünk és a tükörbe, résen kereszt ül, egy lámpa fényét vetítjuk gyüjtőlencse segítségével; a tükörről visszaverődő fénysugarat beosztott mérőlécen fogjuk föl, melyet. a tükörtől 1–2 méter távolságban helyezünk el. A mérőlécen a rés képe mint fényes vonás tűnik föl, melynek helyzetét a beosztáson leolvashatjuk. A beosztást úgy állítjuk be, hogy árammentes tekercs esetén, a réskép a beosztás középső osztályzatára (pl. 0-ra) essék. Ha most áramot bocsátunk a tekercsbe, az iránytű a hozzá rögzített tükörrel együtt elfordul és a fénysugarat a beosztásnak más osztályrészére veti és mint egy hosszú mutató nagyítva jelzi a tükör, illetve az iránytű elfordulását. A leolvasás ilyen módon jelentékeny mértékben finomítható: ha pl. a beosztást a tükörtől 2 méterre helyezzük el, ugyanazt a nagyítást érjük el, mintha a kitérés szögét négy méter sugarú körön olvastuk volna le

---

58

(a visszaverődés miatt a kitérés szöge még meg is kétszereződik), ami egy közönséges iránytű 5 cm sugarú beosztott köréhez képest 80-szoros nagyításnak felel meg. Még pontosabb leolvasás érhető el, ha a megvilágított mérőléc képét távcsővel figyeljük meg az árammérő tükrében (35. rajz!!!).

A leolvasás eme tökéletesítése mellett azonban már élénken észrevehetők műszerünk hiányai; árammentes tekercs esetén is látjuk, hogy a fénysáv a beosztáson nem marad nyugodtan egy helyen, hanem ide-oda leng, "jár", "mászik"; még fokozottabb járást tapasztalunk, ha az áramot bekapcsoljuk.

A jelenség oka a földmágnességi erő irányának és nagyságának folytonos ingadozása, melyet különösen nagyobb városokban és laboratóriumokban még lényegesen fokoznak a jelentékeny áramokkal dolgozó elektromos vasutak és világítóberendezések mágneses hatásai; a földmágnességi erőnek ez a szakadatlan ingadozása az eddig ismertetett elven alapuló műszerekkel való pontos mérést teljesen meghiusítja, amiért is más eljárásokhoz kellett folyamodni e hibaforrás kiküszöbölése végett.

Egyik módja annak, hogyan függetleníthetjük méréseinket a folyton változó földmágnességtől, azzal, hogy az egész eszközt vastag vasburkokba, páncélba burkoljuk, mely – mint ismeretes - a mágneses erőhatásnak, legalább részben, útját állja, amint mondani szokás, "elnyeli a mágneses erővonalakat." A földmágnességi erő hatását ilyen módon lényegesen csökkentve, a tű irányításáról egy a tekercshez közel megerősített állandó mágnessel gondoskodunk, melyet a páncélon belül helyezhetünk el; vagy pedig igen erős mágnesrudat alkalmazhatunk a páncélon kívül,

---

59

melynek ereje – még a páncélburkon való áthaladás után is – elegendő a tű irányítására. Igen tökéletesen oldotta meg ilyen alakban a feladatot Rubens és du Bois ú. n. páncélgalvánométerével (30. rajz).

A páncélgalvánométer igen jó szolgálatot tehet tudományos vizsgálatoknál, de mivel – éppen a páncél miatt – csakis tükörleolvasással használható, kezelése kissé nehézkes, a gyakorlatban tehát, ahol könnyen hordozható és gyorsan leolvasható műszerekre van szükség, nem alkalmazható sikerrel.

Ilyenkor a Deprez–D'Arsonval-féle galvánométert használjuk, melynél a mágnest rögzítették és a tekercs forog, ha áramot vezetünk a tekercsbe. A tekercset vékony fémfonálra függesztjük föl, úgyhogy az egyes menetek síkjai függőlegesek és két erős mágnessarkot összekötő egyenesekkel (az erővonalakkal) párhuzamosak legyenek (31. rajz). Ha a tekercsbe áramot vezetünk, a tekercs éppen úgy fog viselkedni, mint egy megfelelő erősségű mágnesrúd, mely a tekercs síkjára, tehát az erővonalakra merőleges, a tekercs eszerint iparkodni fog az erővonalakra merőlegesen elhelyezkedni. El is helyezkednék ilyenformán, de a fölfüggesztő drót rugalmassága az elfordulásnak ellene szegül és csak akkora elfordulást enged meg, amely mellett a drót rugalmas ereje egyensúlyban tartja a tekercs és a mágnes közt fellépő elektromágneses erőt. Minthogy pedig vékony drótoknál az elcsavarodás folytán föllépő rugalmas erő egyenesen arányos az elcsavarodás szögével, belátható, hogy az elfordulás szöge arányos lesz a föllépő elektromágneses erővel, tehát az áramerősség mértékét fogja szolgáltatni.

30. rajz. Rubens és Du Bois-féle páncélgalvánométer. A galvánométer mellett látjuk a kettős páncélburok részeit.

Az erős mágnespatkó sarkai között föllépő mágneses tér néhány ezerszer oly erős, mint a földmágnesség erőtere, úgyhogy a földmágnesség ingadozásai a mágnespatkó teréhez képest teljesen elenyésznek és ilyen módon a tekercs helyzetét a földmágnesség változásai egyáltalában nem módosíthatják.

Az itt ismertetett elvet a gyakorlati kivitelben még minden-

---

60

féle szempontból tökéletesítették. Világos egyrészt, hogy az eszköz annál érzékenyebb lesz, minél erősebb a mágnespatkó tere, mert akkor nagyobb irányítóerőt gyakorol az erőtér az áramátfutotta tekercsre; másrészt pedig kívánatos, hogy a tekercs elfordulása nagyobb kitérések esetén is arányos legyen az áramerősséggel, aminek az a föltétele, hogy az elektromágneses erő, mely a mágnes és a tekercs között föllép, a tekercs kitérése folyamán változatlan maradjon. E célok elérése végett szokás a mágnespatkó végeit, amint a 31. rajzon látható, köralakban kivájni és a tekercs belsejében lágyvashengert rögzíteni; a lágyvas az erővonalakat magába sűríti, úgyhogy majdnem sugarasan indulnak ki a tekercs forgástengelyéből; érthető eszerint, hogy a tekercs elfordulása közben mindig egyformán helyezkedik el az erővonalakhoz képest, tehát elfordulása közben is mindig ugyanakkora elektromágneses erőhatást szenved. Érthető ezek után az is, miért oly pontosan egyenletes a 31. rajzon látható milliampèremérő beosztása, pedig a tekercs

31. rajz. Deprez-D'Arsonval-féle árammérő vázlata.

32. rajz. Forgótekercses árammérő szerkezete. Hartmann és Braun, Frankfurt a. M.-i gyárának mintája.

---

61

a legkisebb áramerősségtől a legnagyobbig 90°-nyi szöget ír le. A 32. rajzon látható a manapság világszerte általánosan használatos árammérőeszközök mintája: a kis tekercs finom achatcsapágyakban forog vízszintes tengely körül és két csigavonalban összecsavargatott vékony fémszalagrugó tartja meg egyensúlyi helyzetében; ezek csavarodnak össze a tekercs elfordulása alkalmával és fejtenek ki a tekercs elfordulásával arányos rugalmas erőket és ezeken keresztül halad át az áram a kis tekercshez. Az egész kis eszköz, amely mindenféle helyzetben egyformán kifogástalanul működik, jellemző példája a mai kor finom és tökéletes technikai munkájának.

Természetesen a tekercs menetei számának szaporításával ebben az esetben is növelhetjük a galvánométer érzékenységét, a menetszám növelése azonban a Deprez-D'Arsonval-féle forgótekercses galvánométereknél valamivel kényelmetlenebb, mint a tangens-tájolóknál. Amíg ugyanis ez utóbbiaknál a több menetű tekercseket is elég vastag drótból készíthetjük, mert a külső tekercs méreteit tetszésünk szerint növelhetjük, addig a forgótekercses műszereknél, ahol e tekercs patkómágnes sarkai között forgathatóan függ, a tekercs méreteit bizonyos határok korlátolják. Ha ugyanis a patkómágnes sarkait a nagyobb tekercs befogadása céljából egymástól távolabbra helyezzük, ezáltal a mágneses tér erősségét, tehát az eszköz érzékenységét csökkentjük, a nagyobb kiterjedésű térben azonkívül nehezebb elegendő egyenletes mágneses erőteret fönntartani. A nagyobb súlyosabb tekercs felfüggesztéséhez vastagabb drótot kell használnunk, ami ismét csak az érzékenység rovására történhetik. A menetek számát eszerint csak úgy növelhetjük, ha igen vékony drótot alkalmazunk: és valóban bámulatosak ama rendkívül könnyű aluminiumkeretre csévélt alig néhány centiméter magas és széles tekercsek (33. rajz), amelyeken a szigetelőréteggel együtt cérnavékonyságú drót többszáz menetben fut végig és az egész alig nyom néhány grammot. Természetesen az ily vékony drótnak az ellenállása már jelentékeny, úgyhogy az ily tekercsekkei fölszerelt galvánométer már nem alkalmazható kis ellenállású áramkörökben. Ámde a galvánométer ellenállását bizonyos kapcsolásmóddal, az ú. n. söntöléssel * csökkenteni lehet, igaz, hogy ismét az érzékenység rovására: gyakran azonban az apró tekercs alkal-

33. rajz. Árammérő forgótekercse mutatóval és rugókkal.

* Angolul shunt (olv. sönt) – kitérővágány.

---

62

mazásával többet nyerünk az érzékenységben, mint amennyit a söntöléssel veszítünk, úgyhogy igen gyakoriak a nagyobb ellenállású, kis tekercsű galvánométerek, melyek söntöléssel nyernek alkalmazást: a kis tekercs esetén ugyanis egyrészt igen könnyű fölfüggesztődrótot (irányító rugót) használhatunk, másrészt a patkómágnes sarkait igen közel hozhatjuk egvmáshoz, ami által igen erős mágneses tér keletkezik.

A söntölés oly eljárás, amelynél a galvánométeren a mérendő áramnak csak egy ismeretes tört részét (tizedét, századát. stb.) vezetjük keresztül és ennek megfelelően a galvánométer jelezte áramot tízzel, százzal stb. megszorozva, kapjuk meg a mérendő áram erősségét. Minthogy a söntölés általános eljárás különösen erős áramok lemérésénél, érdemes vele kissé közelebbről megismerkedni.

34. rajz. Árammérő söntölése.

Legyen a galvánométerünk ellenállása 10 ohm és beosztásán jelentsen 1 osztályrész ¹/₁₀ milliampèret (0.0001 ampèret). Kapcsoljunk a galvánométer mellé oly ellenállást, amely a galvánométer ellenállásának egy kilencedrésze, tehát 1.11 ohm. A mellékapcsolás (párhuzamos kapcsolás, elágazó kapcsolás, söntkapcsolás, söntölés) úgy történik, hogy a galvánométernek (34. rajz) A és B kivezető drótvégeibe (a szorítócsavarokba) bekapcsoljuk ama[z] 1.11 ohmos ellenállásnak (a söntnek) egy-egy drótvégét és most ezt a sönttel ellátott galvánométert iktatjuk be ugyancsak A és B-nél a mérendő áramkörbe. Amint a főáramkör árama A-ba érkezik, elágazik és az előbb ismertetett (35. lap) elágazástörvények értelmében az ágak ellenállásaival fordított arányban oszlik el az ágak között; a söntön tehát kilencszer annyi áram fog átfolyni, mint a galvánométeren, az összes áramnak eszerint kilenc része megy a söntön át, egy része pedig a galvánométeren, vagyis az összes áramnak egytizede megy a galvánométeren át. Tegyük föl, hogy a galvánométeren a mutató a 15-ös osztály-

---

63

zaton áll meg: ez jelent 1.5 milliampèrenyi áramot a galvánométeren át; de a főáram tízszer erősebb, tehát 15 milliampère. A söntölt galvánométer egy osztályrésze eszerint nem ¹/₁₀ milliampère, hanem 1 milliampère. De a söntölt galvánométer ellenállása is kisebbedett és legalább az eredeti ellenállásnak egykilencedére süllyedt, mert hiszen az áramnak most kettős útja van, egy nagyobb ellenállású a galvánométeren és egy kisebb ellenállású a söntön keresztül. Ha csak a söntön menne át az áram, akkor az ellenállás az előbbi ellenállásnak egy kilencede volna, de az áramnak még a galvánométeren át is van útja, tehát a valóságos ellenállás kisebb. Pontos számítás mutatja, * hogy a galvánométer ellenállása a söntölésnél pontosan ugyanabban az arányban fogyott, mint az érzékenysége, a jelen esetben tehát a tizede, tehát, 1 ohm.

Ha az 1 ohmnyi ellenállás sem felel meg, vagy ha a mérendő áram még az így söntölt galvánométerünk számára is túlerős, akkor még tovább mehetünk a söntöléssel: a galvánométer mellé most oly ellenállást kapcsolunk, amely a galvánométer ellenállásának 1/99-ed, vagy 1/999-ed része. Ez esetben a főáramból 99-(999-)szer annyi fog a söntön átmenni, mint a galvánométeren, ez utóbbin tehát az összes áramnak pusztán egyszázad (egyezred) része. A söntölt galvánométeren tehát egy osztályrész 10 (100) milliampèret fog jelenteni, de a söntölt galvánométer ellenállása is eredeti értékének századára (ezredére) süllyed, tehát már csak 0.1, illetve 0.01 ohm lesz.

A gyakorlat igényeinek teljesen megfelel az érzékenységnek az ellenállással párvonalas [párhuzamos] csökkenése, minthogy rendszerint erős áramok csekély ellenállású áramkörökben keletkeznek, az ily áramok mérésénél tehát csekélyebb érzékenységű, de kis ellenállású galvánométerekre lesz szükség, míg gyengébb áramok mérésénél amilyenek rendszerint nagyobb ellenállású körökben keringenek – alkalmazást találhatnak a nagyobb ellenállású, nagy érzékenységű galvánométerek.

Az imént mondottakkal tulajdonképen rámutattunk azokra az elvekre is, amelyek segítségével az igen erős áramok mérése történik: rendszerint kisérzékenységű galvánométereket használnak jelentékeny söntöléssel.

Minden galvánométerhez szoktak készíteni egész söntsoroza-

* Az oly elágazásnak r ellenállása, amelynek egyik ága r₁, másik ága r₂ ellenállású, a következő képletből számítható:

1 r

=

1 r1

+

1 r2

A jelen esetben r₁ = 10/9, tehát

1 r

=

1 10

+

9 10

= 1,  r = 1.

Éppen így igazolható az is, hogyha a sönt ellenállása a galvánométer ellenállásának 1/99, 1/999-ed része, akkor a söntölt galvánométer ellenállása az eredeti ellenállás 100-ad, 1000-ed része.

---

64

tot (ellenállásszekrényt), amelynek közvetítésével egyazon eszköz egyaránt alkalmas gyönge és erős áramok lemérésére.

35. rajz. Hartmann és Braun-féle árammérő; mutatója is van, továbbá tükörleolvasással is használható. Két tekercse van, amelyeket különböző erősségű áramok mérésére használnak. 1/100.000 – 1/100.000.000 amp. erősségű áramokat lehet vele mérni.

---

65

mellékelt 35., 36. és 37. rajzok a száz meg száz alakban, mindenféle árban és nagyságban készülő galvánométereknek néhány példáját mutatják.

A 35. rajzon látható galvánométer tükörrel és mutatóval van felszerelve, megint csak azért, hogy használhatóságának körét kibővítsék; erősebb áramoknál – nagyobb kitéréseknél - a mutatót olvassuk le, gyengébb áramoknál a tükörleolvasást alkalmazzuk. A 36. rajzon igen érzékeny galvánométert látunk. Hosszú vékony dróton függ az aránylag nagy hatásfelületű tekerés. Tükörleolvasás mellett ezzel az eszközzel az ampère 1/100 000 000 000-része még észrevehető.

Ha a galvánométer beosztása mindjárt az ampèrekben adja meg az áramerősséget, akkor az árammérőt ampèremérőnek nevezik (37. rajz), sőt a csonkított ammérő (amméter) elnevezés is kezd lábrakapni.

37. rajz. Hordozható ampèremérő Köhler Fritz leipzigi gyárából.

36. rajz. Nagyérzékenységű galvánométer Edelmann M. müncheni Th. gyárából. 20 cm hosszú, vékony foszforbronz dróton (L) függ az aránylag nagy hatásfelületű tekercs a M patkómágnes sarkai között. Az áram bevezetése az L dróton, kivezetése az R vékony és laza dróttekercsen át történik. A K tükörtokban látni az árammérő tükrét.

Nem folytatjuk az effajta galvánométerek ismertetését, csak még egy ezektől teljesen eltérő ugyancsak elektromágneses műszerről óhajtok röviden szólni, mely rendkívüli érzékenységénél fogva bizonyos vizsgálatoknál jó szolgálatot tehet és amely éppen az eddigiektől elütő szerkezeténél fogva érdemli meg, hogy róla megemlékezzünk. Ez az

---

66

38. rajz. Húros galvánométer vázlata

eszköz az u. n. húros galvánométer, melyet Einthoven leydeni fiziológus szerkesztett meg 1904-ben. Alapelve a következő (l. a 38. rajzot). Hatalmas patkómágnes NS sarkai között rendkívül vékony (századmilliméternél is vékonyabb) fémfonál vagy pedig ezüstözött kvarcszál van kifeszítve, még pedig az erővonalakra merőlegesen; ez a húr: HH. Ha a húron áram folyik keresztül, a húr és a mágnes között Biot-Savart törvénye értelmében (53. lap), oly elektromágneses erő lép fel, amely a húrt az erővonalakra merőlegesen kigörbíti; ez a kigörbülés annál nagyobb, minél erősebb a húron átfolyó áram és pontosan leolvasható, ha a patkómágnest egyik sarkánál átfúrjuk és a furatba oly mikroszkópot erősítünk, amelynek látóterében beosztás van és e mikroszkóppal figyeljük meg a húr helyzetét. Einthoven azt találta, hogy a húr kigörbülése – a látótérben észlelt eltolódása – pontosan arányos a rajta átfolyó áram erősségével, tehát az eszköz kényelmesen

39. rajz. Elektromágnessel fölszerelt húros galvánométer. BB elektromágnes, A mágnessark, KL az áram bevezetésére szolgáló csavarok, E a húrt tartó keret, DD leolvasó mikroszkóp. A J csavarral a húr feszültségét lehet szabályozni. Az eszközt a "Cambridge Scientific Instrument Company" készítette.

---

67

használható áramerősség mérésére. Az eszköz érzékenysége rendkívül nagy: állandó patkómágnes alkalmazása mellett az egyik műszeren a mikroszkóppal észlelt egy osztályrésznyi eltérés egymilliomod ampère (mikroampère) ezredrészének felelt meg és mikor Einthoven az állandó patkómágnest hatalmas elektromágnessel (39. rajz) helyettesítette, akkor a vékony ezüstözött kvarthúr alkalmazása mellett még egy billiomodrész ampère erősségű áramot is észre tudott venni.

A készüléknek fogyatkozása, hogy az alkalmazott vékony fémfonál, illetve ezüstözött kvarcszál miatt ellenállása igen jelentékeny, a legérzékenyebb galvánométerekben több ezer ohm, úgyhogy csak igen nagy ellenállású áramkörökben nyerhet alkalmazást, mindamellett sok esetben előnyösen alkalmazható pl. rádióaktív anyagok vizsgálatánál, fiziológiai kísérleteknél stb. Megjegyzendő, hogy az eszköz úgy is berendezhető, hogy a húr helyzetét forgó hengerre le lehessen fotografálni, ami által nagyon alkalmas változó erősségű áramoknak följegyzésére különösen azért, mert a rendkívül könnyű húr (súlya 1/200 milligr.) csekély tehetetlensége folytán igen híven követi még az áramerősségben bekövetkező gyors változásokat is, tehát mint igen érzékeny reográf (lásd !!!később) működik.

Az áramerősség mérésére szolgáló eszközök szemléjét ezzel lezárjuk és áttérünk a feszültség mérésére szolgáló műszerek ismertetésére.

13. A feszültség mérésére szolgáló eszközök. Azzal, hogy áttekintettük az árammérőeszközök alapelveit, egyúttal elintéztük lényegében már a feszültségmérést is. Hiszen a vezeték két pontja közti feszültségesés fogalmához úgy jutottunk el, hogy a két pontnál elágazást kapcsoltunk a főáramkörhöz és azt vizsgáltnk, mekkora áram fog az így keletkező mellékágban fellépni. Ezt az áramot egy elektromindító erőnek tulajdonítottuk és ezt neveztük az illető két pont közötti feszültségesésnek. Ebből már a feszültségesés mérésének módja is világos (l. a 40. rajzot): ha meg akarjuk mérni a feszültségesést egy áramkörnek A és B pontjai között, ismert r''AB ellenállású árammérőt elágazásba kell A és B közé kapcsolnunk, a már meglevő főáramkör mellé,

40. rajz. Feszültségmérő kapcsolása.

---

68

le kell olvasnunk az árammérőn az elágazásban keringő áramot, i''-t, akkor a 33. lap (4) képlete értelmében:

V_A – V_B = i·r'_AB = i''×(r'_AB+r''_AB)

Látjuk; hogy V_A - V_b ismeretéhez még r'_AB-t is le kellene mérnünk. Ez azonban fölöslegessé válik a következő meggondolás alapján: ha mi a főáramkör mellé egy árammérőt kapcsolunk elágazásba, az áram egy része rajta fog keresztülmenni, sőt az áramnak most még egy útja lévén, az áram összes erőssége a főágban ugyancsak növekedni fog, az árammérő bekapcsolásával tehát megváltoztattuk a vizsgálat tárgyát, az eredeti állapotot. Csak abban az esetben lesz az árammérő bekapcsolása folytán bekövetkező változás elhanyagolható, ha az árammérő ellenállása az AB darab ellenállásához képest igen nagy, mert akkor ezen a nagy ellenállású ágon a főkör áramának igen csekély része fog átáramlani. Feszültségesés mérése – röviden feszültségmérés – alkalmával tehat nagy ellenállású árammérőt kell alkalmaznunk, úgyhogy ama vezetődarab ellenállása (r'_AB) amelynek mentén a feszültségesést mérjük, az árammérő ellenállásához (r''_AB -hez) képest el legyen hanyagolható. Ebben az esetben azonban a fenti képlet egyszerűsödik, mert r'_AB-t r''_AB mellől egyszerűen elhagyhatjuk:

V_A – V_B = i''·r''_AB

A feszültségesést tehát egyszerűen úgy kapjuk meg, hogy az árammérő jelezte áramerősséget megszorozzuk az árammérő ellenállásával. A feszültségmérés céljaira külön nagy (több ezer, sőt 10–50.000 ohm) ellenállású árammérőket szokás készíteni, melyeknek beosztását nem áramerősségekkel jelöljük, hanem mindjárt megszorozzuk az árammérőnek ellenállásával és a beosztások mellé voltokban jegyezzük fel a megfelelő feszültségesést. Az ily eszközöket, amelyeken közvetlenül voltokban lehet leolvasni a feszültségesést, voltmérőknek szokás nevezni. A voltmérő használata rendkívül egyszerű: két kivezető drótját fémes érintkezésbe hozzuk ama két ponttal, amelyek között a feszültségesést le akarjuk mérni és a voltmérő beosztásán leolvassuk a voltok számát.

Voltmérőket is, a különböző mérés-közök szerint, igen sokféle alakban készítenek: a különböző, egymással érintkező fémek láncolata határfelületeinek egyenlőtlen fölmelegítésénél oly gyenge feszültségesések (elektromindító erők) keletkeznek, amelyeket milliomod és ezred voltokban (mikrovolt, millivolt) fejezünk ki, a 16 gyertyás szénizzólámpa két vége közt a feszültség esése 110 volt, míg 30–40.000 volt kell ahhoz, hogy igen ritka levegőn vezessük át az elektromos áramot, ugyanilyen feszültség szerepel tehát a katód- és Röntgensugarak előállításánál is, még több

---

69

(100.000 volt) kell néhány deciméter szikra előállításához, több millió volt egyenlítődik ki a lesujtó villámban.

Az áramerősségnek és feszültségnek összes fokozatai elvben teljesen azonos mérőeszközök segítségével mérhetők le, melyeknek csak ellenállását és érzékenységét kell megfelelően választani. Ezt a körülményt a gyakorlatban is felhasználták és készíteltek oly teljesen általános elektromos műszert, amely csak egy-két kapcsolódugó átrakásával akár mint igen érzékeny galvánométer, akár nagy áramerősségek lemérésére szolgáló ampèremérő, akár pedig mint kis és nagy feszültségeknél használható voltmérő találhat alkalmazást. Az eszköz maga ugyanis egy érzékeny forgótekercses galvánométer; megfelelő söntsorozattal (amelyet rendesen úgy beépítenek a műszerbe, hogy csak a kivezető drótok szorító csavarjai láthatók), az eszköz nagyobb áramerősségeknél is használható, ahhoz pedig, hogy voltmérőként működjék, csak elébe kell kapcsolni néhány nagy ellenállású tekercset. amelyeket szinten az eszköz fémburka takar el a kíváncsi szemlélő elől. Minel nagyobb feszültséget akarunk lemérni, annál nagyobb ellenállást kell a galvánométer elé kapcsolni; minderről már a gyárban gondoskodtak, az eszközt pontosan kalibrálták is, úgyhogy ha körülbelül 50 voltos feszültséget akarunk lemérni, csak a 0 és

41. rajz. Weston-féle voltmérő.

---

70

100-zal jelzett szorítócsavarokba kell az áramkör kérdéses pontjait bekapcsolni és a mutatón azonnal leolvashatjuk voltokban a feszültséget. A különböző ampère- és voltmérők készítésénél a különböző gyárak már szinte a fényűzésig mennek: a 41. rajzon látható egy igen pontos voltmérő a "Weston European Electrical Company" gyárából, amelynek adatai a Weston-féle "normálelem"-mel (n) állandóan ellenőrizhetők és amelynek érzékenysége a d dobok elforgatásával igen tág határok közt változtatható, a 42. rajzon pedig ízléses bőrtokban egyesített volt- és ampèremérő látható ugyancsak az említett társaság kiállításában. A Weston-féle elektromos műszerek föltétlen megbízhatóságukról világszerte ismeretesek.

A rendkívül változatos és igen kényelmes elektromos mérőeszközöknek köszönhető, hogy bármilyen gyakorlati feladatnál az áramerősség és a feszültség mérése néhány másodperc alatt megtörténhetik éppen oly gyorsasággal, biztossággal, mint ahogy az asztalos deszkáinak hosszát, szélességét mérővesszőjével leméri, vagy a kereskedő áruját mérlegeli. És valóban az áramerősség és feszültség az elektromosságnál, mint árucikknél, ugyanazt a szerepet tölti be, mint a kereskedelemben a deszkák, vásznak méretei, egyéb áruk súlya. Az áruk méretei, illetve súlya szerint szabja meg a kereskedő az áruk értékét; látni fogjuk, hogy az elektromos üzemben, az elektromos ipar- és kereskedelemben az ampère-ek és voltok száma határozza meg az elektromosság szolgáltatta energiát, az elektromosság értékét.

42. rajz. Hordozható ampère- és voltmérő.

---

71

14. Az elektromos áram energiájának mérése. Láttuk, hogy ha elektromos áram fut végig egy vezetéken, a vezeték fölmelegszik, az elektromos áram tehát a vezeték mentén energiát termel. De ha az elektromos áram hőfejlesztésre képes, minthogy a hő bizonyos mechanikai munkával egyenlő értékű, az elektromos áramnak bizonyos munkavégző képességet, energiát kell tulajdonítanunk. Ily értelemben beszélünk az elektromos áramnak energiájáról, amelynek természetes mértéke az a munka, amelyet az áram valóban el tud végezni, tehát – ha egyéb fajta munkavégzés hem történik – a vezeték mentén keletkező hő. Az elektromos áram energiájának, az áram ipari értékének meghatározása e szerint úgy történhetik, hogy meghatározzuk azt a hőmennyiséget, amely egyéb, különösen elektrochemiai hatások kizárása mellett, az elektromos vezetékben bizonyos idő alatt keletkezik.

43. rajz. Az áram hőhatásának mérése.

E célra ugyanoly berendezést használhatunk, mint amilyet az áram hőhatásának minőségi megfigyelésénél már fölemlítettem, azzal a különbséggel, hogy – pontos mennyiségi meghatározásról lévén szó – külön óvóintézkedésekkel kell meggátolnunk a keletkezett hő elszóródását, elvezetését és minthogy a kifejlődött hőmennyiséget összefüggésbe akarjuk hozni az elektromos áramnak egyéb mennyiségi jellemzőivel (áramerősséggel és feszültségeséssel), e mennyiségek méréséről is gondoskodnunk kell.

A mellékelt 43. rajz mutatja a méréshez szükséges kapcsolást: vegyünk – ugyanúgy, mint az előbbi példában – négy Daniell-

---

72

elemet, melyeket, csak úgy, mint ott, kapcsoljunk sorba, azaz kapcsoljuk össze két-két elem ellentétes sarkait, ami által az elemek elektromindító ereje összegeződik; az első és utolsó elemnek még szabadon maradó végei lesznek az áramforrásnak sarkai; ezek közé kapcsoljuk be azt a kis vastekercset, amelyben a keletkező hőmennyiséget meg akarjuk határozni. A hőmennyiség mérésére azon eszközök bármelyikét használhatjuk, amelyeket a fizika kaloriméter néven ismer. Legpontosabb és legmegbízhatóbb adatokat a Bunsen-féle jégkaloriméterrel nyerhetünk. Itt azonban egy másik egyszerűbb berendezést akarok leírni, melyhez nem kell különös laboratóriumi berendezés és amelyet bárki kevés fáradsággal összeállíthat magának. Az egyszerű és ügyes eszközt, mely megfelelő gondos kezelésben igen megbízható eredményeket szolgáltat, Eötvös Loránd báró, elhalt nagy fizikusunk alkalmazta laboratóriumában és előadásaiban. Tulajdonképen nem egyéb, mint egy háromszájú 1¹/₂–2 literes úgynevezett Wulff-féle palack, melynek középső szájába erősítjük a kalorimetrikus edényt, egy közönséges kémlőcsövet (még jobb fémcsövet használni), a palackot szinültig megtöltjük víz és alkohol keverékével, amelyet jó valamilyen festékkel (fukszinnal) megfesteni; a palack baloldali szájába kaucsukdugóval hőmérőt erősítünk, másik szájába pedig ugyancsak kaucsukdugóval, alakban meggörbített 1–2 milliméternyi belső átmérőjű üvegcsövet. A dugók beszorításánál ügyelni kell arra, hogy a palackot a folyadék színültig kitöltse és sehol se maradjanak levegőbuborékok. A dugókat továbbá úgy kell beállítani, hogy a festett folyadék a alakú cső vízszintes végének elejéig emelkedjék: az üvegcső mellé mérőlécet helyezünk el, amelyen a festett folyadékfonál végpontja kényelmesen leolvasható; a cső vízszintes része legyen vagy 30–40 cm hosszú.

Az így összeállított kalorimétert most hőveszteségek elkerülése végett fürészporral telt ládába állítjuk, úgyhogy csak a csövek szája és a folyadékfonál vége látszik ki belőle. Az eszköz működése a következő: a megmérendő hőmennyiséget a kémlőcsőbe vezetjük, ahonnan átterjed a palackban levő folyadékra és fölmelegíti, mire a folyadék kiterjed: azért választottunk alkohol- és víz-keveréket, mert az alkohol aránylag nagy mértékben terjed ki melegítés alkalmával, a vízre pedig azért van szükség, hogy a tiszta alkoholnak elég gyors párolgását megakadályozzuk. A másfél liternyi folyadéknak csekély kiterjedése is pontosan leolvasható a színes folyadéknak a szűk csőben való előrenyomulásán. Minél több hőmennyiséget vesz fel a kémlőcsőből a folyadék, annál jobban kiterjed; a színes folyadékoszlop eltolódása tehát mértéke annak a hőmennyiségnek, amelyet a folyadék a kémlőcsőből fölvett.

Első dolgunk meghatározni azt, hány kalória hőmennyiséget jelent a folyadékszálnak 1 milliméterrel való eltolódása. E célból ismert hőmennyiséget vezetünk a kémlőcsőbe és megfigyeljük a folyadékszálnak megfelelő eltolódását. Ismert hőmennyiséget pe-

---

73

legegyszerűbb víz közvetítésével előállítani. Tudjuk, hegy 1 gramm-kalória az a hőmennyiség, amely 1 gramm lepárolt víz hőfokát 1° C-szal emeli; ha tehát 20 gramm (köbcentiméter) vizet töltünk a kémlőcsőbe és hőmérővel kavargatva a vizet, megvárjuk, míg úgy az alkoholos keverékbe, mint a vízbe merülő hőmérők ugyanazt a hőfokot, pl. 20°-ot mutatják, akkor tudjuk, hogy a kaloriméter annyi hőt vett fel, amennyi 20 gramm víznek 20°-ról 60°-ra, tehát 40°-kal való fölmelegítéséhez szükséges: ez a hőmennyiség 20 · 40 = 800 gramm-kalória. E közben azt tapasztaltuk, hogy a folyadékszál a beosztás mentén eltolódik; az eltolódás mindaddig tart, amíg a kémlőcsőben a víz melegebb, mint az alkoholos keverék; az eltelódás eleinte gyorsul, azután lassúdik, míg végre teljesen megszűnik és a folyadékszál kezd lassan visszahúzódni. A folyadékszálnak ezt a fordulópontját kell leolvasni és a fordulópont távolsága az eredeti helyzettől lesz a vízből kivett 800 gramm-kalória mértéke. Tegyük fel, hegy a folyadékszál 200 milliméterrel tolódott el, akkor egy milliméternyi eltolódás 4 gramm-kalóriát jelent.

Most már eszközünket teljesen berendeztük az elektromos áram hőhatásának tanulmányozására. A szigetelő réteggel borított vasdróttekercset belemártjuk a kémlőcsőbe, amelyben a vizet benne hagyhatjuk, hegy a tekercstől felvett hőt a kaloriméter folyadékjáhez juttassa, a kémlőcsövet bedugaszoljuk, a vezető-drótokat a dugón húzzuk át és egy kapcsolón keresztül az áramforrással kötjük össze. Az áram erősségének és a feszültségesésnek mérése végett azonban bekapcsolunk még egy ampèremérőt az áramkörbe és egy voltmérőt a dróttekercs két drótvégébe (A és B közé), mely a feszültség esését fogja jelezni a tekercs mentén. Most leolvassuk pontosan a folyadékszál helyzetét, azután az időt és a kapcsoló átfordításával az áramot zárjuk: a voltmérő és az ampèremérő kibillennek, a folyadékszál pedig szép lassan megindul, jelezve a tekercsben fejlődő és a kaloriméter folyadékjával közölt hőmennyiséget; minden milliméternyi eltolódás négy kalória.

Az ampèremérő és voltmérő állását sűrű időközökben leolvassuk és mikor már pontosan leolvasható az eltolódás (vagy 80–100 milliméter), akkor az időt ismét megfigyelve, az áramot megszakítjuk: a folyadékszál azonban még tovább tolódik, mert a kaloriméter még nem vette fel a tekercsben fejlődött összes hőt: az eltolódás azonban mind lassúbb lesz, végre a folyadékszál megáll és kezd visszahúzódni. Ismét e fordulópontot olvassuk le és kivonva belőle az eredeti helyzetet, megkapjuk az összes hőfejlődésnek megfelelő eltolódást milliméterekben: ennek négyszerese adja a kalóriák számát.

A kísérlet eredménye körülbelül a következő lesz:

áramerősség: 2.2 amp., feszültségesés: 2.2 volt, időtartam: 300 mp.
eltolódás: 86.8 mm = 347.2 gramm-kalória.

---

74

Ha a kísérlet kétszerannyi ideig tart, pontosan kétszerannyi lesz a fejlesztett hő is.

De kapcsoljunk minden Daniell-elemünk mellé még egy Daniell-elemet, amiáltal minden egyes elemben a keresztmetszet, amelyen az áram átfolyhatik, megkétszereződik, tehát minden egyes elempár belső ellenállása félakkora lesz, mint az egyes elemeké és vegyünk most egy másik tekercset, amely ugyanabból a drótból készült, de félolyan hosszú (¹/₂m), tehát ellenállása félakkora és végezzük így a kísérletet. Az eredmény a következő lesz:

áramerősség: 4.4 amp., feszültségesés 2.2 volt, időtartam: 300 mp.
eltolódás: (173.6 mm = 694.4 gramm-kalória.

Kétszer akkora áramerősségnek ugyanakkora feszültségesés mellett e szerint pontosan kétszer akkora hőfejlődés felel meg. De végezzünk még egy harmadik mérést, úgyhogy nyolc Daniell-elemet sorba kapcsolunk és két méter hosszú drótból csévélt tekercset alkalmazunk. Az eredmény a következő lesz:

áramerősség: 2.2 amp., feszültségesés: 4.4 volt, időtartam: 300 mp.
eltolódás: 173.6 mm = 694.4 gramm-kalória.

Ha tehát a feszültségesés kétszereződik meg és az áramerősség marad változatlan, akkor a hőfejlődés ugyancsak megkétszereződik. E két mérésből is kitűnik az a rendkívül általános törvény, amely az áram jellemzőit a hőfejlődéssel összeköti. A törvény a következő: A vezeték egy darabján bizonyos idő alatt fejlődő hőmennyiség arányos az idővel és az áramerősségnek, meg az illető darabon bekövetkező feszültségesésnek szorzatával.

Tehát:

Hőmennyiség = C × áramerősség × feszültségesés × idő.

A C arányossági tényezőt, mely minden anyagnál mindenféle körülmények között ugyanaz, a közölt mérésekből kiszámíthatjuk; hiszen

C =

hőmennyiség áramerősség × feszültségesés × idő

=

694.4 2.2×4.4×300

= 0.239.

E szerint az AB vezetékdarab mentén t másodperc alatt

H = 0.239×(V_A–_B)×i×t

hőmennyiség fejlődik, ha i az áram erőssége V_A – V_b az AB darabon a feszültség esése. A 0.239 arányossági tényező közel ¹/₄, úgyhogy gyakorlati számításokban igen sokszor elegendő a hőmennyiséget így számítani:

---

75

H =

1 4

·(VA–VB)·i·t

De amint megjegyeztük, ez a hőmennyiség egyúttal az áram energiája is, amely hővé alakult át és mint minden energiamennyiség az áram használatának értékét képviseli. Ezt a mennyiséget kell a fogyasztónak az áram használata alkalmával megfizetni, a nagyközönségre nézve tehát ennek a mennyiségnek a megismerése nélkülözhetetlen.

Az áram által egy másodperc alatt fejlesztett hő, az áram másodpercenkénti munkaképessége, amelynek külön nevet adtak és munkasikernek (effektus) vagy teljesítménynek is neveznek. Az elektromos áram munkasikere e szerint gramm-kalóriákban az áramerősség és a feszültségesés szorzatának egy negyedrésze. (*) A munkasikert és általában az elektromos energiát nem kell szükségképen kalóriákban kifejezni, kifejezhetjük kilogramm-méterekben is, de megmaradhatunk egyszerűen az elektromos egységeknél és azt mondhatjuk, hogy a munkasiker az áramerősség és a feszültségesés szorzata, megjegyezvén, hogy az így mért elektromos energiát hőenergiává úgy számítjuk át, hogy 0.239-del (¹/₄-del) szorozzuk; ez az ¹/₄ tehát a volt és ampèreben kifejezett elektromos energiának hőegyenértéke (hőekvivalense), e szerint ugyanoly szerepet visz, mint az 1/427 szám, mely a kilogramm-méterben megadott mechanikai energiát számítja át kilogramm-kalóriákká (mechanikai munka hőegyenértéke).

A munkasiker elektromos egysége e szerint a volt és ampère szorzata, amely szorzatot James Wattnak, a gőzgép feltalálójának tiszteletére wattnak neveznek.

Tehát:

1 watt = 1 volt × ampère = 0.239 g-kal. másodpercenkint.

Minthogy pedig 1 g-kal. 0.427 kilogramm-méter munkával egyenértékű:

1 watt = 0.102 kg-m másodpercenkint.

A mechanikában a munkasiker gyakorlati egysége a lóerő, amely másodpercenkint 75 kg-m munkával egyenlő; e szerint:

1 watt = 0.00136 lóerő, vagyis
1 lóerő = 735 watt.

Tehát egy Daniell-elem, amely 1 ohmos ellenállású áramkörben működik, körülbelül ugyanazzal a munkasikerrel dolgozik, mint 1/735 lóerő.

A nagyüzemben használt dinamógépek és motorok munkasikerének kifejezésére a watt meglehetősen kis egység, úgyhogy

(*) Az SI-rendszerben az ¹/₄-es szorzó elmarad, mert itt a munka mértékegységét (joule) függetlenítették a víz felmelegítésétől. [NF]

---

76

rendszerint a watt ezerszeresét, az úgynevezett kilowattot szokás ily esetekben használni:

1 kilowatt = 1.36 lóerő (körülbelül ⁴/₃ lóerő) és
1 lóerő = 0.735 kilowatt (körülbelül ³/₄ kilowatt)

Fogalmat alkothatunk magunknak a watt nagyságrendjéről, ha meggondoljuk, hogy egy 100 wattos izzólámpa annyi meleget fejleszt, amely 24 gramm víznek hőfokát tudja másodpercenkint 1° C-szal felemelni. 80 másodperc – nem egészen másfél perc – alatt tehat a 24 gramm vizet már 20°-ról 100° C-ra hevítjük; az izzólámpa tehát mindenesetre igen tekintélyes hőforrás.

Az elektromos energia árusításában a munkasikernek, a watt-nak állapítják meg az egységárát, de minthogy a fogyasztónak az összes felhasznált energiát kell megfizetnie, a fizetendő összeget úgy kapjuk, hogy a felhasznált wattok számát a másodpercekben kifejezett használati idővel megszorozzuk. A gyakorlati életben mindjárt egy nagyobb egységnek szokás az árát megállapítani és abban fejezik ki a fogyasztást: ez az egység a 100 watt munkasiker mellett egy óra alatt fogyasztott energia mennyisége, az ú. n. hektowattóra; minthogy 1 órában 3600 másodperc van,

1 hektowattóra = 3600 mp · 100 watt
= 36.720 kilogramm-méter = 86.000 gramm-kalória
=86 kg-kal.

Ha egy 50 wattos izzólámpát egy órahosszat égetünk, körülbelül egy fél hektowattórát fogyasztunk, ami – minthogy pl. Budapesten egy hektowattóra ára 6 fillér – belekerül 3 fillérbe. 6 fillérért 36.000 kilogramm-méter! Ez első pillanatra ugyancsak nagy olcsóságnak tűnik fel előttünk: 6 fillérért 36.000 kg-ot emelhetünk egy méternyi magasságba! Az egyéb energiaforrásokkal való összehasonlítás azonban meggyőz róla, hogy az elektromosság a budapesti árak szerint még rendkívül drága energiaforrás.

Már említettük, mily óriási chemiai energia van fölhalmozva a különböző tüzelőanyagokban: 1 kg porosz kőszén elégetése alkalmával pl. 6600 kg-kal.-hő fejlődik, tehát majdnem 80 hektowattórával egyenlő értékű energia, már pedig 1 kg porosz kőszén Budapesten 8 fillérbe kerül, tehát csak 2 fillérrel többe, mint egy hektowattóra; a kőszén eszerint Budapesten még vagy 80-szor olcsóbb energiaforrás, mint az elektromos energia.

A gyakorlatban azonban a viszonyok az elektromosságra nézve valamivel kedvezőbbek: igaz ugyanis, hogy 1 kg kőszén elégésekor 6600 kg-kal hő keletkezik, az égésnek az ember egészségére ártalmas termékei miatt azonban e termékeket megfelelő

---

77

csővezetéken (a kéményen) át a szabadba kell kivezetni; az égéstermékekkel együtt azonban a keletkezett hőnek nagy részét is elvezetjük. Azonban még mindig aránytalanul olcsóbbnak bizonyul a szén az elektromosságnál. Ezen egyébként ne csodálkozzunk: hiszen hogyan állítják elő Budapesten az elektromosságot? Kőszén elégetésével gőzgépeket hajtanak, a gőzgépek forgatják a dinamógépeket és ezek szolgáltatják az áramot a fogyasztóközönségnek világításra és egyéb célokra. A szén égéshevének tehát máris nagyrésze elvész a kéményekben, azután a gőzgépben is el nem kerülhető, igen jelentékeny energiaveszteség éri, amennyiben a hőmennyiség legnagyobb része a kazánból a hűtőbe megy át és csak mintegy 15 százaléka használható mechanikai munka végzésére. Ez a mechanikai munka most már – leszámítva a súrlódásokat – majdnem teljesen átalakítható elektromos energiává, azonban az elektromos középpontokat a fogyasztókkal összekötő vezetékek hasznavehetetlen fölmelegedésükkel ismét felemésztik az energia egy részét. Ha most hozzávesszük, hogy a fogyasztónak még a kezelés költségeit, az energia sokféle átalakítására szolgáló hatalmas gépberendezések beruházási tőkéjének kamatait, tehát a részvényeseknek gyakran jelentékeny osztalékait is fizetnie kell, nem csodálkozhatunk azon, hogy az elektromos energia a szénnél mintegy százszorta drágább.

Hogy Budapesten mindezen kedvezőtlen árviszonyok mellett, az elektromos energia mégis napról-napra tért hódít, annak egészen más természetű okai vannak: az elektromos világítás és mindennemű elektromos üzemmel járó kényelem, tisztaság, megbízhatóság, csekély tűzveszély, a szoba levegőjének mindenféle kellemetlen égéstermékektől való megkímélése, a kezelő- és kiszolgáló-személyzet számának csökkentése stb. mind oly szempontok, amelyekért a kényesebb ízlésű és nagyobb kényelmi igényeket támasztó mai ember szívesen hoz anyagi áldozatot.

Az elektromos energia azonban igazán olcsó lesz ott, hol a folyóvizek kinetikai energiájának rovására termelik. Ott még fűteni is érdemes vele. Szerep jut még az elektromos energiának a silányabb minőségű szenek hasznosításánál is, melyek csekélyebb kalóriatartalmuk miatt a városokba való szállítás költségeit nem bírják meg. Ezeket a termelés helyszínén, a bánya közelében égetik el és alakítják át elektromos energiává s energiájukat elektromos vezetőkkel szállítják a felhasználás helyére.

*

Lássuk ezek után, miken eljárásokkal és eszközökkel szokták az elektromos energiát lemérni, hogyan szokták a fogyasztott áru mennyiségét és értékét megállapítani.

Tudjuk, hogyha ampèremérővel és voltmérővel lemérjük az áram erősségét és a feszültséget, azonkívül lemérjük a fogyasztás idejét, akkor e három adat szorzata egyenesen elektromos egységekben adja a fogyasztott energiát. Laboratóriumban végzett

---

78

méréseknél ez az eljárás valóban teljesen megfelel, bár vannak eszközök, amelyek az eljárást egyszerűsítik és közvetlenül az ampèrek és voltok szorzatát, a wattokat mutatják.

A wattmérők, melyek az elektromos áram munkasikerének mérésére szolgálnak, leggyakrabban az elektromos áramoknak ú. n. elektrodinamikus kölesönhatásán alapulnak. Láttuk, hogy minden elektromos áram átfutotta tekercs, mágneses hatásaira nézve, oly mágnessel helyettesíthető, amelynek tengelye a tekercs meneteinek síkjára merőleges (53. lap) A tapasztalat azt mutatja, hogy a két tekercs, ha bennük elektromos áram kering, egymásra is éppen olyan erőket gyakorol, mintha mindegyikben egy-egy mágnes volna elhelyezve, ugyanoly mágnes, amilyen az egyes tekercseket más mágnesekre való hatásukban helyettesítheti. Az elektromos áramoknak ezt a kölcsönhatását elektrodinamikus kölcsönhatásnak nevezik.

44. rajz. Áramkörök elektrodinamikus hatása.

Vizsgáljunk pl. két egyenlő körvezetéket, amelyek egymással párhuzamosak (44. rajz). Ha párhuzamos irányú áramok keringenek bennük (a), akkor mindkettő oly mágnessel helyettesíthető, amelynek északi sarka pl. balra esik, a mágneseknek különnevű

---

79

sarkai esnek tehát közelebb egymáshoz, úgyhogy a két vezeték egymást vonzani fogja. Ha ellenben az áram iránya a két vezetékben ellenkező (b), akkor a vezetékek oly mágnesekkel helyettesíthetők, amelyeknek egynevű sarkai kerülnek egymáshoz közelebb, ez esetben tehát a két vezető egymást taszítani fogja.

Vegyünk végre szemügyre két oly vezetőt, amelyeknek síkjai egymásra merőlegesek (c); e vezetékek oly mágnesekkel helyettesíthetők, amelyeknek tengelyei egymásra merőlegesek, a két mágnes, tehát a két áramkör eszerint igyekezni fog egymással párhuzamosan elhelyezkedni. Az elektrodinamikus hatásnak ezt az esetét használják fel az elektromos áram munkasikerének lemérésére, a wattok számának közvetetlen meghatározására.

A két vezetőben keringő áram elektrodinamikus kölcsöntatása mindenesetre arányos úgy az egyik, mint a másik vezetőben keringő áram erősségével, minthogy minden egyes vezető elektromágneses hatása a benne futó áram erősségével arányos. Az elektrodinamikus kölcsönhatás tehát arányos lesz a két tekercsben folyó áramok erősségének szorzatával. Most már világos, hogyan lehet a két tekercs közti elektrodinamikus erőt a wattok lemérésére felhasználni.

A 45. rajzon látható egy elektromos áramkör: meg akarjuk mérni az AB darabon az áram munkasikerét, teljesítményét; kapcsoljunk be a főáramkörbe egy kisellenállású (vastag drótból csévélt) függőleges menetekkel bíró tekercset (T) és belsejébe vékony drótra függesszünk fel egy nagy ellenállású (vékony drólból készült) kisebb tekercset (t), amelyben a menetek síkja ugyancsak függőleges, de a nagy tekercs menetelnek síkjára, árammentes állapotban merőleges legyen. A függő tekercset kapcsoljuk az áramkörnek AB ága mellé úgy, amint a voltmérőket kapcsolni szokás. Ha most az áramot zárjuk, a két tekercs egymásra oly erőt fog gyakorolni, amely arányos egyrészt a nagy tekercsben folyó áram, tehát a mérendő áramkör áramának erősségével, de arányos a kis tekercsben keringő áram erősségével is, tehát az AB pontok közti feszültségeséssel; eszerint a két tekercs közt föllépő elektrodinamikus erő arányos lesz az áramerősség és az AB közti feszültségesés szorzatával, tehát arányos tesz az áram munka-

45. rajz. Wattmérő vázlata.

---

80

sikerével, az AB darabon elhasznált wattok számával. Az elektrodinamikus erő, mely a belső tekercs elfordulásával arányos, éppen úgy mérhető le, mint az előbb ismertetett forgótekercses árammérők elektromágneses ereje, a drót elcsavarodásával. A végeredmény az, hogy a belső tekercs elfordulásának szöge arányos a wattok számával. Az arányossági tényező meghatározása végett nem kell egyebet tennünk, mint kalibrálni az eszközt úgy, hogy egy kalibrált ampèremérővel lemérjük ugyanezen áram erősségét és egy kalibrált voltmérővel az AB közötti feszültségesést és e kettő szorzatát írjuk oda a wattmérőnk megfelelő beosztására. Ezt a kalibrálást is a gyárban elvégzik, úgyhogy a wattmérőket is már teljesen kész, használható állapotban szerezhetjük be.

46. rajz. Hartmann és Braun-féle wattmérő szerkezete.

Mondanom som kell, hogy mindazon fogások és egyszerűsítések, amelyek az áram- és feszültségmérők kezelését és erősebb-gyengébb áramokra való általános használhatóságát, esetleg a pontosabb leolvasást biztosítják (achátcsapágyakban forgó belső tekercs, söntök, elékapcsolható ellenállássorozatok, tükörleolvasás) itt is alkalmazást találhatnak, úgyhogy a wattmérők is

---

81

éppen olyan általánosan használható, kényelmes és ügyes eszköiök; mint akár az áram és a voltmérők.

A 46. rajzon látható egy ily wattmérő szerkezete. A jobb-oldalt látható két nagy szorítócsavar szolgál az áram bekapcsolására (egyik A-val van jelölve), amely a vízszintes menetekkel bíró S tekercsen megy át; e tekercs széles rézlemezekből van összecsavarva, ellenállása tehát rendkívül csekély; e tekercs belsejében mozog a mutatóval ellátott nagy ellenállású második tekercs vízszintes tengely körül; árammentes állapotban e belső tekercs síkjai függőlegesek, az áram hozzávezetése a jobb oldalt elhelyezett kisebb szorítócsavarok (P) útján történik. A rajzon látható többi tekercs és kapcsolódugó a söntölés és az ellenállásók elékapcsolásának céljaira szolgál.

A wattmérők igen sokfelé találnak alkalmazást laboratóriumokban és elektromos telepeken, azonban a fogyasztóközönség céljait nem elégíthetik ki, minthogy a fogyasztott energiát csak úgy kapjuk meg, ha a wattok számát a használati idővel megszorozzuk. A fogyasztóközönségnek oly eszközre van szüksége, amely állandóan jelezze a bizonyos idő óta elhasznált energia összegét, tehát a hektowattok és az órák számának szorzatát. Ilyen mérőeszközök az úgynevezett elektromos órák, amelyeket minden lakásban megtalálunk, ahol elektromos világítást rendeztek be.

47. rajz. Áron-féle energiaszámláló vázlata

Igen nagy elterjedésnek örvend az Aron- féle elektromos óra. Működése ugyancsak egy a

---

82

főáramkörbe kapcsolt kis ellenállású és egy második, a fogyasztó vezetékdarab mellé kapcsolt nagy ellenállású tekercs elektrodinamikai kölcsönhatásán alapszik, csak e kölcsönhatás lemérése és följegyzése történik a wattmérőktől eltérő módon.

48. rajz. Áron-féle energiaszámláló belseje. Jobbról a tekercses, balról a tekercs nélküli inga.

Az Aron-féle energiaszámlálóban ugyanis két teljesen egyforma inga leng egymás mellett (l. a 47. rajzot), az egyik (1) kizárólag a földnehézség hatása alatt mindig állandó lengésidővel jár, a másik (2) apró nagy ellenállású tekercset hord (t), amelyben a fogyasztó vezetékdarab feszültségesésével mindenkor arányos áram kering; ezen inga alatt fekszik a főáramkörbe kapcsolt kisellenállású, nyugvó T tekercs, oly helyzetben, hogy a másik tekercsre elektrodinamikus vonzást gyakorol, mihelyt mindkét tekercsen áram megy át. A vonzás nagysága arányos úgy az egyik mint a másik tekercsben keringő áram erősségóvel, tehát arányos a vezeték mindenkori áramerősségének és feszültségesésének szorzatával, a wattok mindenkori számával. Ha a wattok száma zérus, ha fogyasztás nincs, akkor a tekercset viselő kis inga is ugyanannyi idő alatt végzi lengéseit, mint a másik, mindig egyformán járó inga; mihelyt azonban áram megy át a vezetéken, az elektrodinamikai vonzás gyorsítja az inga lengését, akárcsak a föld nehézségi ereje növekedett volna meg; a kis tekercset hordó inga tehát a másikhoz képest sietni fog, még pedig adott idő alatt annyival több lengést fog végezni, minél nagyobb volt a wattok száma, de annyival is többet, minél hosszabb ideig tartott a fogyasztás. Tehát ha alkalmas számlálóművet készítünk, amely mindig megmutatja, hány lengéssel végzett többet a tekercses inga, mint a másik, akkor

---

83

ez a többlet egyenesen arányos a wattoknak és az időnek szorzatával, tehát a vezetékdarab mentén fogyasztott energiával. Ily számlálómű készítése pedig fogaskerekek alkalmazása mellett rendkívül egyszerű feladat.

Ezek az Aron-féle elektromos órák láthatók a lakások és laboratóriumokban, ahol titokzatos ketyegésükkel rendesen magukra vonják az érdeklődést; a gondosan leólmozott átlátszatlan burok azonban mindenféle felvilágosítást megtagad, úgyhogy a tájékozatlan fogyasztóközönség mindig bizonyos gyanuval kíséri a fogyasztásnak ezt az éber őrét, amely "mindig ketyeg, még ha egyetlen lámpa sem ég, bizonyára akkor is jelez fogyasztást". Pedig nem úgy van; az energiaszámláló mindig jár, mindig ketyeg, de a mutató csak akkor megy előre, ha a vezetékben áram kering, ha tehát az egyik inga gyorsabban jár, mint a másik.

A 49. rajz mutatja az elektromos óra bekapcsolásának módját elektromos világítóberendezéssel felszerelt lakásban. Az utcákon lerakott fővezetékekben alkalmas áramforrások (akkumulátorok), melyekkel későbben fogunk megismerkedni állandóan 110 volt feszültségkülönbséget tartanak fenn; ha e vezetők közé 200 ohm ellenállású szénizzólámpát kapcsolunk, körülbelül fél ampère ellenállású áram fog rajta keresztülhaladni és a lámpa 16 gyertyafényével világítani fog. A lámpák mind egymás mellé kapcsolandók, mert ha két lámpát egymás után kapcsolunk, a most már 400 ohmnyi ellenálláson át csak negyed ampère áram fog átmenni, ami már nem elegendő a világításhoz. Az elektromos órát úgy kapcsolják, hogy a t tekercs állandóan a két fővezeték közé van kapcsolva, míg mindden lakásban égő lámpa áramának az óra T tekercsén kell átmennie. Az egyik fővezetékből tehát az áram átmegy a T tekercsen, azután elágazik, a CC', DD', EE' ágakban az l lámpákat táplálja, azután ismét egy vezetékbe fut össze B-ben és a második fővezetékbe torkollik. Ilyenformán az elektromos óra híven jegyzi fel kalibrált számlapján apró mutatóval a fogyasztott hektowattórák számát.

49. rajz. Áron-féle energiaszámláló kapcsolása lakásban.

---

84

Az 50. rajz mutatja egy ily óra számlapját; a jobboldali mutató hektowattórákat mutat, a következő 10 hektowattórákat, a következő 100 hektowattórákat mutat és így tovább a baloldali 10.000 hektowattórákat. A rajzon látható óra állása 18.429 hektowattóra. A szomszédos körökön a mutatók járása ellenkező, amire a leolvasásnál ügyelni kell: mindig azt a számot kell leolvasni, amelyet a mutató már teljesen elhagyott, mert ha pl. a hektowattórákat jelző mutató már a 9-esen van, a 10-s mutató már közel lesz pl. a 3-hoz, de azért mégis 29-et kell leolvasni és nem 39-et.

50. rajz. Energiaszámláló számlapja.

A lakásában történt fogyasztás följegyzésével és a mutatók állásának megfigyelésével mindenki ellenőrizheti órájának járását. Pl. egy este lámpagyujtás előtt az óra állása a fenti 18.429; ha 5 darab 16 gyertyás lámpa égett 4 óra hosszat, 2 darab pedig 5 óra hosszat, akkor, minthogy egy lámpa egy óra alatt. körülbelül ¹/₂ hektowattórát fogyaszt, az összes fogyasztást megkapjuk, ha az egyenlő ideig égő lámpák számát szorozzuk az időkkel, az így nyert szorzatokat összeadjuk és elosztjuk kettővel:

5 lámpa 4 óráig = 5 · 4 = 20
2 lámpa 5 óráig = 2 · 5 = 10
Összesen: 30 : 2 = 15 hektowattóra.

Ha tehát másnap reggel leolvassuk az órát, 15-tel nagyobb számot kell rajta leolvasnunk, tehát 18.444-et; pontosabb számítással azt kapjuk, hogy a fogyasztás az így számítottnál 10 százalékkal nagyobb, mert az egyenáramú világítás Budapesten 110 voltos és egy-egy 16 gyertyás lámpa nem 0.50, hanem 0.55 hektowattórát fogyaszt.

Az említett eljárással bárki pontos költségvetést készíthet magának egész hónapi vagy évi világítás kiadásairól, ha hozzávetőleg meg tudja mondani, hány lámpát és mennyi ideig óhajt égetni naponkint. Az elektromos óráknak ilyen figyelemmel kísérése és ellenőrzése sohasem fölösleges, mert hiszen ez is emberi alkotás és bizony a legjobb akarat és a leggondosabb összeállítás mellett is megtörténhetik, hogy az óra téved, hol az elektromos középpont [!], hol a fogyasztó rovására.

---

85

Más rendszerű elektromos energiaszámlálóval a váltakozó áramok tárgyalása után fogunk megismerkedni.

*

A vezeték egy darabján átalakult elektromos energiát eddig úgy számítottuk ki, hogy megszoroztuk az áremerősséget a feszültségeséssel és a fogyasztás idejével; ha visszagondolunk a feszültségesés eredeti fogalmi meghatározására, mely őt kapcsolatba hozza az áramerősséggel és a vezetékdarab ellenállásával, az elektromos energia számára más alakú kifejezést találunk; ez olyankor alkalmazható előnyösen, amikor a vezetődarab ellenállását ismerjük. Minthogy ugyanis a feszültségesés – Ohm törvénye értelmében – az áramerősség és ellenállás szorzata, az energia kifejezésében is helyettesíthetjük a feszültségesést az áramerősség és az ellenállás szorzatával. Azt kapjuk tehát, hogy:

energia = áramerősség négyzete · ellenállás · idő.

Ez a fontos összefüggés, mely szerint tehát az áram szolgáltatta energia az áremerősség négyzetével és az ellenállással arányos, Joule-féle törvény néven ismeretes. Joule e törvényt az áram hőhatásának vizsgálata alkalmával fedezte fel, mely amint láttuk – ha egyéb hatás nem történik

az áram energiájával azonos.

Még egy harmadik előállításmódja is van az energiának, ha az eredeti fogalmazásban az áramerősség helyére írjuk a feszültségesés és ellenállás hányadosát; akkor azt kapjuk, hogy:

energia =

feszültségesés négyzete × idő ellenállás.

Látjuk tehát, hogyha az elektromos áramlás három mennyiségi jellemzője, az áramerősség, feszültségesés és ellenállás közül kettőt ismerünk, akkor mindig ki tudjuk számítani az időegységben felszabaduló energia mennyiségét, az áram munkasikerét. Ez természetes is, mert Ohm törvénye értelmében, amely a három jellemző mennyiség között állapít meg összefüggést, e mennyiségek bármelyikét a másik kettővel mindig kifejezhetjük.

*

Röviden áttekintettük azon alapjelenségeket, amelyeket az elektromos egyenaram néven szokás összefoglalni: rámutattunk azokra a segédeszközökre, amelyekkel a tudomány e jelenségek pontos jellemzését megkísérli és amelyekkel az elektromos áram jelenségei – kapcsolatba hozva egyéb természettudományi alap-fogalmakkal – mai fizikai felfogásunk keretébe beilleszthetők, úgyhogy az emberiség céljaira kiaknázhatók. A következőkben az

---

86

elektromos jelenségeknek egy másik csoportját fogjuk ismertetni, amely a gyakorlati alkalmazások szempontjából még az egyen-áram jelenségeinél is fontosabb és tudományos szempontból is sokkal érdekesebb. Azokat az elektromos áramlási jelenségeket értem, amelyeknél az áram erőssége az idő folyamán megváltozik, még pedig nemcsak nagyságát, de irányát is megváltoztatja. A gyakorlat szempontjából különösen azok a változó erősségű áramok fontosak, amelyeknek erőssége bizonyos állandó határok között igen gyorsan, rezgésszerűen változik; ezek az úgynevezett váltakozó áramok; ezeknek előállításmódjával és a rajtuk tapasztalható alapjelenségekke1 foglalkozik a következő fejezet.