Találatok: 3

338

ÖRÖK TÖRVÉNYEK

EMBERI ALKOTÁS REGÉNYEI

■ ■ r . – ■

$44

KOCZKÁS GYULA

ÖRÖK TÖRVÉNYEK

A FIZIKA REGÉNYE

mszíms ihíü’íiyi mm’

kézikönyv! ra

BFEST, V., SZTÁLIN-TÉR 4.

BÉTA IRODALMI R. T. KIADÁSA

Minden jog, a fordítás joga is, fenntartva.

BÉTA IRODALMI R. T. KIADÁSA. FELELŐS KIADÓ; JUHÁSZ VILMOS 433521. ATH ENAEUM, BUDAPEST. FELELŐS: KÁRPÁTI ANTAL IGAZGATÓ

ELŐSZÓ

Ha egyáltalában beszélnék jó társaságokban a természettudományokról, csak mint a mindennapi élet hasznossági tényezőjéről emlékeznek meg. Nézik a gépeket, mélyek számukra elviselhetőbbé teszik az életet, de nem veszik észre a gépek mögött rejtőző tudományt. A tudományt, mély nem törekszik arra, hogy felfedezéseiből »haszna« legyen az emberiségnek, hanem »csak« megismerni óhajt.

Ezeket a megismeréseket csak sok fáradság árán tudjuk megszerezni. Igen nehéz dolga van a fizikusnak, aki D uh em szerint »olyan, mint a barlanglakó, aki barlangját soha él nem hagyhatja, onnét a való világba ki sem tekinthet. Ellenben a barlang nyílásával szembe eső falon feltűnik egy-egy árnykép, egy- egy sziluett és a barlanglakának ezekből kell megkonstruálnia a való világot«.

Ne csodálkozzunk tehát, ha a való világról elképzelt képünk az idők folya­mán új és új változtatásokon megy keresztül. Időtállóan igazak csak a tények, a kísérletek maradnak. A tények összekapcsolása már változásoknak van kitéve. Ezért nem is csodálkozhatunk, ha a fizika fejlődése kapcsán új és új összefüggé­sekre jöttünk rá.

Könyvem ezt a harcokkal tarkított fejlődést kívánja az érdeklődőkkel meg ismertetni. Bepillantást adok a fizika tudományának fejlődésébe — a fizikusokon keresztül.

Az Igazságot kutatjuk és néha szép Istenasszony formájában fel is tűnik ez előttünk, de mikor már azt hisszük, hogy a következő pillanatban elérjük, kisiklik kezeink közül és tovasiklik a messzeségbe.

Ki tudja meddig tart ez a kergetés. Ki tudja véget ér-e valamikor is ez az Igazság megismerése utáni hajsza? …

-• í

* / . ,

	j’ Aj £ ••1

I.

TERMÉSZETTUDOMÁNY ÉS KULTÚRA

A kultúrát, mely különböző anyagi és szellemi javaknak bonyolult össze­tétele, igen nehéz helyesen és szabatosan meghatározni. Fináczi szerint sműveltségen értékes ismeretek birtoklását és a lélek általános kiműveltségét értjük«, viszont Liebig szerint »egy ország átlagos műveltségének jó fok­mérője az évenként fogyasztott szappanmennyiség egy főre eső része«. A kul­túrának számos különböző meghatározásából kiderül, hogy a kultúra a ter­mészetet létrehozó erők kihasználásából születik meg. Ha nincs meg a képes­ségünk arra, hogy a természet erőit szolgálatunkba állítsuk, akkor nem lehet kultúránk sem. Célom, hogy ismertessem a természettudományok szerepét a kultúra fejlődésében.

Általában, ha kultúráról hallunk vagy beszélünk, olyasvalamire gon­dolunk, amit Halasy-Nagy a következőképpen fejez ki: »a kultúra végső fokon a természet fölé épített olyan emberi mű, amelyben egy közösségi hagyományt tudatos egyéni akaratok állandóan továbbfejlesztenek és meg­újítanak. Két tényezője van: a hagyomány és az újítás. Szintézisük a tör­ténet, mely a kultúra útja. A hagyományt képviseli a közösség, az újító törekvést az egyén. Kettőjük találkozásából dinamikus lendület születik s ez viszi a kultúrát előre. Lényeges továbbá, hogy ez a lendület nemcsak egy bizonyos területen érezteti a hatását, hanem a kultúra egész körére kiterjed. Á vallási téren támadt lendület például az erkölcsi, művészeti stb. kultúrára is kihat. A politika változásai nem csupán az államot, de a tudo­mányt, gazdaságot stb. is érintik. A kultúra éppen ezért sok jelentőséget átfogó szellemi egység : egységes értéktudat s belőle fakadt akarat, mely egy emberközösségnek egységes életstílust kíván adni«. Ebben az értelemben a természettudományok hatalmas fejlődése is érezteti hatását az egész emberi kultúrára. Hogy ezt a hatást lényegében megismerhessük, rövid áttekintést nyújtunk azoknak az energiafeltárásoknak és eszközöknek fejlődéséről, melyek a kultúra megszerzését, általánossá levését előmozdítják, hogy azután megvizsgálhassuk, hogy ezen az ú. n. civilizáción kívül magára a belső, a szellemi kultúrára milyen volt a természettudományok hatása.

Részint komoly tanulmányok, részint művészi fantázia alapján el tudjuk képzelni a történelemelőtti ember életviszonyait és így azt mostani élet­módunkkal össze tudjuk hasonlítani. Míg ez az ősember az időjárás viszon­tagságai ellen barlangba bújik és testére állatbőröket aggat, mi fényesen világított, jól fűtött szobáinkba vonulunk, ruházatunkat az időjárásnak meg­felelően változtatjuk, bundában, hócipőben járhatunk, az élelem megszer­

t

8

zéséért nem kell napokon át vadásznunk vagy halásznunk, sböngésző élet­módod folytatnunk, számunkra nincsenek távolságok a földön, a gyorsvonat, gőzhajó, autó és repülőgép bárhova gyorsan elszállít, posta, távíró, telefon révén bárhol lévő ismerősünkkel érintkezhetünk, rádió útján a távoli világ­részek eseményeiről szinte azonnal tudomást szerezhetünk, a betegségek, de főleg a pusztító járványok veszedelmét az orvostudomány fejlődése jelenté­kenyen csökkentette. Szellemi táplálékul a napisajtón kívül az egész irodalom rendelkezésünkre áll. Folytathatnám még a felsorolást, hogy lássuk az óriási különbséget, mely az ősember és a mai ember élete között van, de ehelyett inkább felteszek egy kérdést: mi képesítette az embert erre a fejlődésre? Szerintem az, hogy megtanulta a természet jelenségeit megfigyelni, felismerte bennük a törvényszerűségeket s azokat igyekezett saját hasznára fordítani, céljaira kihasználni.

A fejlődés kezdetét az a tény jelentette, mikor ősünk birtokába jutott a tűznek és néhány szerszámnak. A tűz fontosságát bizonyítja, hogy minden állat fél a tűztől, egyedül az ember tudja kihasználni. A szerszámok pedig primitív fokon a kultúra fokmérői, hiszen Bergson szerint az embert az is megkülönbözteti az állattól, hogy »Aomo faber«, azaz szerszámkészítő. Az első szerszámkészítés úgy történhetett, hogy feltaláló ősünk rájött, mennyivel könnyebb pl. a diót vagy a velőscsontot feltörni kővel, mint ököllel ; azután azt is észrevette, hogy még nagyobbat tud ütni, ha kalapácsot készít (fáj­dalom : azt is hamar megtanulta, hogy azzal a kalapáccsal embertársait is könnyebb agyonütni!).

A szerszámkészítés, lakóházépítés stb. munkájához azonban segítségre volt szüksége, ezért rabszolgákat szerzett és befogta a jámbor háziállatokat. Ebben az időben kezdődött a földművelés és állattenyésztés korszaka. A rab­szolgatartás — legalább régi, közvetlen formájában — kiment a divatból, de az állati erőt ma is használjuk. A munkaforrások teljesítőképességét ma is lóerőkben mérjük: 1 lóerő az a munkavégzőképesség, amely átlag 75 kg súlyt emel 1 m magasra, azaz 75 méterkilogramm-munkát végez másodper­cenként. A végzett munka ismeretéhez még azt is tudnunk kell, hogy mennyi ideig dolgozik ez a lóerő, tehát a munkát lóerő-órákban vagy lóerő-években szokás mérni. 1 lóerő kb. egyenlő 7 emberi erőnek megfelelő munkavégző­képességgel. Mivel a földön élő 2000 millió ember közül kb. féle végez csak munkát, ezek által végzett munkaképesség, melyet az időben egyenletesen osztunk el, kb. 6 millió lóerő.

Az emberi és állati segítség azonban nem volt képes a felmerülő felada­tokkal megbirkózni, ezért a szerszámokhoz hasonló mechanikai készülékeket, az ú. n. egyszerű gépeket szerkesztették meg, közülük a primitív technikában főleg az emelő és a csiga játszik nagy szerepet. Mindezen készülékek azonban csak a rendelkezésre álló izomerőnek alkalmasabb módon való kihasználását szolgálják, de nem alkalmasak munkatermelésre, mert a mechanika törvénye szerint: »amit nyerünk erőben, azt elveszítjük útban.«

Mivel a feladatok, melyekkel őseinknek meg kellett birkózniok, mind ‘nagyobbak és nagyobbak voltak, az emberi és állati energiák minél alkalma­sabb kihasználásán kívül újabb energiaforrásokról is gondoskodni kellett, így jött rá az ember csakhamar arra, hogy a természet hatalmas munka­forrásokat szolgáltat, elsősorban a víz és szél áramlása alakjában. A víz áram­lását egyrészt szállításra (tutajozás), másrészt vízimalmok hajtására lehet felhasználni. A felül és alul csapott vízikerekek hatásfoka kb. = 60—25%. A mai turbinák hatásfoka 90%. Ha elfogadjuk azt a feltevést, hogy egy lakosra eső energiaszükséglet ma kb. % lóerő, akkor ennek az energiaszükség­letnek több mint ²/₃-át (fejenként 0.35 lóerőt!) vízi erőkből lehetne kiaknázni.

Hogy a vízierők teljes kihasználása mit jelentene a világ kialakulása szem­pontjából, elég, ha megemlítem, hogy a Baker angol mérnök által tervezett és négy év alatt megépített asszuáni gáttal Anglia békésen meghódította Egyiptomot, amit legfeljebb csak sok-sok háborúval tudott volna elérni. Legújabb becslések szerint a vízierőkből nyerhető teljesítmény kb. 650 millió lóerő, melyből kb. csak 25 millió van kihasználva (Zelovich).

A víziáramlásnak egyik különös módját, az árapályt is használják munka­végzésre, 1850-ben építette a menai tengerszorosban a lokomobil feltalálójának fia, Stephenson Róbert a Britannia-hidat. A több mint 20.000 mázsa súlyú hidat a parton állították össze és onnan kellett felemelve a pillérekig szállí­tani. Mikor az építési vállalkozó Stephensont megkérdezte, hogyan fogja ezt a hatalmas feladatot megoldani, Stephenson azt felelte: »Úgy hiszem, a Holdat fogom erre a célra napszámosnak szerződtetni.* Ez volt az első kísérlet az árapály rendkívül nagy energiájának felhasználására. Azóta megpróbálták kiszámítani, mekkora energiát képvisel az árapály s arra az eredményre jutottak, hogy a napsugárzás mellett a földön a legnagyobb energiaforrás, becslések szerint, kb. 10 trillió lóerőt képvisel. A legújabb technika feladata mármost, hogy ezt a hatalmas energiát az emberiség szolgálatába állítsa.

A szél erejét, mely szintén tekintélyes energiát képvisel, nem igen hasz­nálják ki. Régebben vitorlázásra és szélmalmok hajtására, manapság főleg szivattyús kutaknál használják fel.

Az új munkaforrások alkalmazásában a legnagyobb haladást a XVIII. század végén a gőzgép feltalálása idézte elő. Ezáltal lehetővé vált a kőszénnek és más fűtőanyagok kémiai energiájának felhasználása. Igaz, hogy ez a ki­használás igen rossz hatásfokkal történik (pl. Watt gőzgépének hatásfoka csak %%> d^{e m}ég ^a mai legtökéletesebb gőzturbinákban is csak 24% a hatás­fok), mégis a XIX. században a gőzgépek nagy elterjedésnek örvendtek.

A gőz- és más kalorikus gépekkel ellentétben a korunkat jellemző elektro­mos gépek nem termelnek munkát, mert a generátorokat gőzzel vagy vízi­erővel kell hajtani. Viszont nagyon megkönnyítik az energiák felhasználását, különösen nagy távolságokra (4—500 km távolságra) való tova vitelét. Csak az elektromos gépek és az elektromos energia majdnem veszteség nélkül való szállítását lehetővé tevő transzformátorok által valósulhatott meg az, hogy kőszénbányák vagy vízierőművek közelében nagy elektromos centrálékat építhetnek.

Miután röviden vázoltuk néhány energiaforrás felhasználási lehetőségét, vizsgáljuk meg, mennyire sikerült ezeknek az energiáknak felhasználásával az emberi erőt megsokszorozni. A haladás igazolására csak néhány példát hozok fel. Mivel Spenzer szerint a szerszámok és gépek testrészeink tovább­fejlesztéséből származnak, tegyük vizsgálat tárgyává, hogy ezek milyen arányban fokozták azok teljesítőképességét. Nézzük például a súlyemelést. A legerősebb ember teljesítőképességének határa a 100 kg körül van, »daruk« segítségével pedig ma kb. 400 tonnát tudnak felemelni.

Az ember az elhajított testnek legfeljebb 40 m másodpercenkénti kezdő­sebességet tud adni és a hajítással elért legnagyobb távolság 160 méter, tengerparti ágyúkkal pedig 1000 kg súlyú lövedéket 50 km távolságra tudunk elhajítani, úgyhogy a kezdősebesség 1500 méter másodpercenként. Vehetjük példának a járást is ; az ember huzamosabb ideig legfeljebb 16 km (marathoni futás) óránkénti sebességet tud elérni, ezzel szemben a gyorsvonat 100, a re­pülőgép pedig 700 km óránkénti sebességgel száguld. (Ha most még hozzá­vesszük azt, hogy a földön lévő vasútvonalak hossza kb. 1.5 millió km és egy legnagyobb típusú 5000 lóerős amerikai lokomotív 70.000 kg húzóerőt

10

reprezentál, tehát 150 teherkocsit 13.000 tonna súllyal bír el, — a hajók pedig 50—60.000 tonna súlyt bírnak el — akkor láthatjuk csak, hogy a gépek milyen rendkívül nagy arányban növelték testünk teljesítőképességét.) Meg­említem még, hogy a kiáltás, mely a hír- és üzenettovábbításnak egyedüli módja volt a gépelőtti korban, milyen haladáson ment át. Attila a híreket úgy kapta meg »gyorsan« harcbanálló seregétől, hogy embersorokat állított fel, és ezek egymásnak kiáltották az üzenetet. így 1 km-t kb. 3 másodperc alatt tett meg a hír, ami óránkénti 1200 km-nek felel meg. Tehát Európából Amerikába — kb. 6000 km távolságra — 5 óra alatt érkezett volna el az üzenet, ha ilyen embersort egyáltalában fel tudtak volna állítani. Ma a távíró, telefon és rádió áll a rendelkezésünkre a hírtovábbítás tekintetében, aszerint, hogy titkosan vagy nyíltan akarjuk-e híreinket továbbítani. Ezek közül leggyorsabbak a rádióhullámok, melyeknek sebessége a fény sebességével, tehát másodpercenként 300.000 km-es sebeséggel egyenlő, azaz az egyenlítőt a rádióhullámok 0’13 másodperc alatt száguldják körül.

Uj és új energiaforrások keresése, ennek az energiának minél célszerűbb felhasználása azonban csak a civilizációt növelte, mely csak módot adott arra, hogy lelki kultúránk minél mélyebb legyen. De a természettudományok művelői csakhamar arra is rájöttek, hogy a természet megfigyelésében és a természet törvényszerűségeinek megismerésében érzékszerveink fokozásáról is gondoskodni kellett. Ezt a célt szolgálják a műszerek.

Vizsgáljuk meg, hogy műszereink mennyire fokozták érzékszerveinket. Természetesen itt már nemcsak arról van szó, hogy valamit könnyebben, esetleg jobban végezhetünk el a természettudományok segítségével, de a mű­szerek lehetővé tették olyan tényeknek, kapcsolatoknak és törvényszerűségek­nek felismerését is, melyeket műszerek nélkül nem ismerhetnénk. »A tudo­mány természete pedig, hogy szünet nélkül előrehaladjon s folytonosan csökkentse azt a közt, amely az Igazság tudásától minket elválaszt* — mondja Berget. Ezért kell még fokozottabb figyelemmel tekintenünk a műszerekre, melyek megadják a lehetőséget arra, hogy érzékszerveinkkel meg sem figyel­hető jelenségeket is megismerhessünk és így új tények birtokában segítsük az emberiséget nagy céljának, az Igazság megismerésének elérésében. ■

Legtöbbet használt érzékszervünk a szem. A szem érzékenységét több­féleképpen fejezhetjük ki. Például úgy is, ha feltesszük a kérdést, mekkorák azok a legkisebb részletek, melyek még részletként — tehát nem egybeolvadva — ismerhetők fel. Kísérletileg a kérdést úgy közelíthetjük meg, ha két ismert távolságban lévő pontot vesszünk, és figyeljük, mekkora az a távolság, mely­ből a két pontot egymástól már nem tudjuk megkülönböztetni. Felelet: ha a két pontból szemünkbe érkező sugár által bezárt szög 1 percnél nem kisebb, akkor azokat különállóknak ismerjük fel, ellenkező esetben a két pont szemünkben összeolvad. Ha tehát a legnagyobb alkalmazkodás mellett 10 cm távolból néz valaki, két pontot még akkor is meg tud egymástól külön­böztetni, ha a két pont távolsága 0’03 mm. (Ezt hívjuk a szem feloldóképes­ségének.) Immersiós mikroszkóppal, ultraibolyafényben való fényképezéssel még akkor is meg tudjuk különböztetni egymástól a két pontot, ha ezek egymástól való távolsága egytízezred mm. Tehát a szem feloldóképességét így kb. 300-szorosára tudjuk növelni. Távcsövek segítségével a szem feloldó­képességét 500-szorosra emelhetjük.

Megvizsgálhatjuk szemünk érzékenységét úgy is, hogy megfigyeljük, mekkora az a legkisebb fénymennyiség, melyet szemünk észrevesz. Gyakor­latilag ez annyit jelenthet, hogy pl. mennyi az a csillag, amelyet teljesen derült égen szabadszemmel láthatunk. Eredmény az, hogy az egész égbolton szabad­szemmel körülbelül 6000 csillagot látunk (még 6-odrendű csillagokat is). Ezzel

szemben távcső útján való fényképezéssel kereken 1 milliárd csillagot figyel­hetünk meg (a 22-edrendüeket is).

Megvizsgálhatjuk még más szempontból is szemünknek a műszerekhez viszonyított érzékenységét. Mai felfogásunk szerint az elektromágneses színkép az 50 periódusú váltóáram 6000 km hosszú hullámhosszától a rádió-, rövidhullámú elektromosrezgéseken, a vörösöntúli, látható, ibolyántúli fényen, röntgensugarakon, a rádium sugarain át a kozmikus sugarak legalacsonyabb hullámhosszáig terjed, mely a milliméter billiomod részével egyenlő nagyság­rendű. Ez a spektrum kb. TOoktávára terjed, melyből csak 1 oktávnyi terület sugárzására érzékeny a szemünk. Műszerekkel tehát így is nagy mértékben kitolhattuk a megismerés határait.

Vizsgáljuk meg ismét más szempontból szemünk érzékenységét. Ismeretes, hogy szemünk két egymásután következő fénybenyomást csak akkor tud egymásutáninak felfogni, ha a második fénybenyomás szemünket az első fénybenyomás után legalább ^X/10 másodperc elmúltával éri. Ezzel szemben a fotoelektromoscella a másodperc milliomod része alatt bekövetkező fény­ingadozásokat is »észreveszi«.

A szem érzékenységi vizsgálatához tartozik az is, hogy míg az ember szeme sötétben nem »működik«, azaz nem lát, a legújabb fényszórók az éjszakai látást még 50 km távolságra is lehetővé teszik. Ugyancsak lehetetlen a látás ködön, felhőkön keresztül, viszont vörösöntúli sugarak segítségével való fényképezés útján ez is lehetővé vált.

Már döngeti a kaput egy másik igen nagy horderejű találmány : a távolba­látás (televízió), melynek segítségével hatalmas területeken, átlátszatlan falakon át is »láthatunk«, ha azt a »másik fél« (adóállomás) akarja.

Folytatnám a leírást több érzékszervünkre vonatkozólag is, de akkor is csak arra az eredményre jutnánk, hogy a természettudomány a megfigyelést — műszerek alkalmazásával — pontosabbá tette, nem is szólva arról a nem lekicsinylendő előnyről, melyet azoknak a jelenségeknek megfigyelése jelent, melyek érzékszerveinkre közvetlenül nem hatnak.

Ezek a megismerések. Ezeknek összefüggései: a törvényszerűségek. A törvényszerűségeknek átfogó elméletekbe való beillesztése a tudás olyan tárházát adta az emberiségnek, mely már messze túlnőtt a szellemtudomány keretein ! Nagy előnye ugyanis a természettudományi megismerésnek, hogy tapasztalatok segítségével mindig ellenőrizhetjük gondolkodásunk helyes­ségét, ugyanis »a természet csodálatos alkotásainak magyarázója, a tapasz­talat, sohasem téved, csak a mi felfogásunk esik néha tévedésben (Leonardo da Vinci mondása.)

ALAPFOGALMAK

Néhány egyszerű alapfogalmat szeretnék olvasóimmal megismertetni. Olyan alapfogalmakról lesz szó, melyeknek ismeretére e könyv végigolvasá- sához szükség lesz és ezenkívül a mindennapi életben is lépten-nyomon talál­kozunk velük.

Mindenekelőtt sokszor halljuk ezt a kifejezést: egyenletes mozgás. Egyen­letesnek mondjuk a mozgást akkor, ha a mozgó test ugyanakkora idő alatt mindig ugyanakkora utakat tesz meg. Ezt másképpen úgy is mondhatjuk: az egyenletes mozgás sebessége állandó.

Sebességen egyenletes mozgásnál a megtett útnak és az út megtevésére szolgáló időnek a hányadosát értjük. Ennek alapján a sebesség egysége : hosszúságegység cm … . , , ,, , ,

rrr.———= Amint a mozgás nem egyenletes, akkor ez a sebesség- ídoegyseg sec ° °

meghatározás nem érvényes, csak úgy, ha mindig igen kis utakat és az ehhez tartozó igen kis időket vesszük figyelembe.

A mozgások legtöbbje olyan, hogy mozgás közben megváltozik a sebesség értéke. Ezek között a változósebességű mozgások között legegyszerűbbek az egyenletesen változó mozgások. Egyenletesen változónak akkor nevezünk egy mozgást, ha annak sebessége tetszésszerinti, de egyenlő időközökben mindig ugyanannyival változik. Ennek a mozgásnak a sebességen kívül még egy fogalom lesz az ismertetőjele : a gyorsulás. A sebességváltozásnak és annak az időnek hányadosa, mely alatt ez a változás bekövetkezett, adja a gyor­sulást. Az egyenletesen változó mozgás gyorsulása állandó. A gyorsulás egy­sége tehát: ^sebesséS^egy^ség ₌_2gL.

° időegység sec²

Legfontosabb egyenletesen változó mozgás a szabadesés A szabadon eső test úgy kezdi mozgását, hogy kezdősebessége O-val egyenlő és ettől kezdve állandóan nő a sebessége A szabadesés tehát egyenletesen gyorsuló mozgás, melynek gyorsulása a kísérletek tanúsága szerint független a test tömegétől és alakjától, csak a földrajzi szélességgel és a tengerszínfeletti magassággal vál­tozik. Általában azonban g = 981 – ^Cm„ körüli értéke van. A szabadesés sec²

gyorsulását az előbb elmondottak alapján a föld nehézségi gyorsulásának nevezzük.

Új fogalmat hoz a fizikába a Newton-féle második axióma az erő meg­határozásával. Az erő annál nagyobb, minél nagyobb tömegű testnek minél

13

nagyobb gyorsulást tud kölcsönözni. Tehát az erő a tömegnek és a gyorsulás­nak szorzatával lesz egyenlő. Eszerint az erő egységét megkapjuk, ha a

cm tömeg egységét a gyorsulás egységével szorozzuk; azaz 1 dyn = 1 gr —

A testek súlya tulajdonképpen erő, mely a test tömegének és a föld nehéz­ségi gyorsulásának szorzatából jön létre.

Nevezetes erő meg a kör- és görbevonalú mozgásoknál fellépő centri­fugális erő. Ez az erő mindig a görbevonalú pálya középpontjától akarja a testet minél távolabbra taszítani. Ez az erő annál nagyobb, minél nagyobb a mozgó test tömege és sebessége, és annál kisebb, minél nagyobb annak a görbe pályának a görbületi sugara. Ha képlettel akarom kifejezni a centri- y2

fugális erőt, akkor: p = m—, ahol p a centrifugális erő, m a mozgó test tömege, v a mozgó test gyorsulása és r a pálya sugara. Ennek a centrifugális erőnek a reakció-ereje a vele pontosan egyenlő nagyságú, de ellentétes irányú centripetális erő, mely a pálya középpontja felé irányul.

Az erővel kapcsolatosan megemlékezünk még a nyomóerőről is, mely a test felületére hat. Ezt a nyomóerőt abban az esetben, ha csak 1 cm²-re hat, nyomásnak nevezzük. A nyomás tehát mindig az 1 cm⁸ felületre ható nyomóerő.

Meghatározhatjuk a sűrűséget is, mely a test tömegének és térfogatának crp _f

viszonya. Egysége: A jajsúlyt ebből úgy kapjuk meg ha a sűrűsé­

get a föld nehézségi gyorsulással szorozzuk. Tehát a fajsúly = térfogat’

A fizikában igen érdekesen határozzuk meg a munka fogalmát. A mun­kát nem mérhetjük izmaink fáradságával, hiszen akkor a munka fogalmát nem tudnánk egyértelmüleg megállapítani. Éppen ezért munka alatt az erőnek és az erő irányába eső útnak a szorzatát értjük. Annál nagyobb a munka, minél nagyobb erő, minél hosszabb úton végez elmozdulást. Egysége: 1 erg = 1 dyn. 1 cm. Ez az erg igen kicsi egység és ezért helyette sokszor használjuk az 1 joule-t, mely az erg-nek tízmilliószorosa. A gyakorlatban a kilogramméter- munkát használják a munka egységéül. 1 kilogrammétermunkát akkor vég­zünk, ha pl. 1 kilogrammsúlyt 1 méter magasra emelünk fel. Természetesen ezt is átszámíthatjuk CGS-egységekbe és akkor eredményül azt kapjuk, hogy 1 kilogrammétermunka egyenlő 9-81 joule-val.

Gépeknél igen fontos ismerni a másodpercenként végzett munka értékét, ersf joule

melyet munkasikernek szoktunk nevezni. Egysége——vagy = watt,

sec sec

— A gyakorlati életben a munkavégzőképességet lóerőkben mérjük. 1 lóerő = 75 kilogrammétermunka ₌

secundum

Ugyancsak általános fogalom az energia fogalma is. Energián munkavégző­képességet értünk. Akkor van egy testnek energiája, ha az akár helyzeténél, akár mozgásánál, akár másféle állapotánál fogva munkát tud végezni. Ebből már önként következik, hogy az energiának és a munkának egysé­gei vannak.

A többi, még fontos alapmennyiséget ott ismertetem, ahol a szövegben éppen szükség van ismeretükre.

. -i –

A MÉRÉSEKRŐL

1.

A TUDOMÁNY MÉRTÉKRENDSZERE.

A fizika eleinte csak a gondolkodás tudománya volt: filozófusok által elgondolt elméletek adták meg a fizika keretét. Később a gyakorlati élet tudománya lett, hiszen minden új megismerés gyakorlatból származott és a gyakorlat számára használtatott fel. Aztán sok évszázadon át leíró tudo­mány volt. Az egyes megfigyelők leírták a természeti jelenségeket, lehe­tőleg pontosan és lelkiismeretesen. Gyűjtötték a téglákat a fizika palotájának felépítéséhez. A palota felépítéséhez azonban nem volt elég ismerni a sok összegyűlt tapasztalatot, hanem azok mennyiségi összefüggéseivel is tisztába kellett jönni. Kísérletek alapján mérni kellett, hogy ezt megvalósíthassuk, így vált a fizika mérőtudománnyá.

Hogy meg tudjuk mérni, például, egy darab szövetnek a hosszát, össze kell azt hasonlítanunk egy egységül elfogadott hosszúsággal ; a hosszúság mértékegységével. A fizikában már régen kísérleteztek, de a mértékegységek tekintetében még áthatolhatatlan dzsungel állotta el a fizikusok útlát. Rendet kellett teremteni. Mindenütt használható mértékegységeket kellett választani. «

A nagy forradalom első szele érte csak a francia közvéleményt, midőn a mindenképpeni újítás vágya ütötte fel fejét. Újítani, reformálni mindent, ez volt a kor jelszava. Lehet, hogy ez a jelszó sok tekintetben zavart és kelle­metlenséget okozott, a fizikára nézve azonban igen hasznosnak bizonyult.

Az 1789-ben ülésező francia nemzetgyűlés képviselői már választóiktól azt a megbízást kapták, hogy sürgessék az egységes mértékek mielőbbi beve­zetését, mert a sokféle merték sokféle csalásnak lehet forrása, nem is szólva a többi sok kellemetlenségről.

A fizikusok már többször ajánlottak különböző mértékegységeket, de azokat általánossá tenni eddig még nem sikerült. 1790-ben a francia nemzet­gyűlés előtt nem kisebb ember indítványozza egy új egységes mértékrend­szer bevezetését és általánossá tévését, mint Talleyrand.

Amint az lenni szokott: a nemzetgyűlés bizottságot küldött ki a kérdés tanulmányozására ; a bizottságot megbízta a nemzetgyűlés, hogy tegyen javaslatot, mik legyenek a mértékegységek. A bizottság világhíres tagjai Borda, Lagrange és Laplace természettudósok voltak. Talleyrand indítványa óta nem telt el egy év és a bizottság »máris« beterjesztette véleményét.

Hosszúságegységnek a föld délkörének negyvenmilliomod részét ajánlják, léseket elvégzik, aztán készítenk 90% platinából és 10% irridiumból

15

egy rudat. A rúdon levő két karcolás közti távolság 0® Celsius hőmérsék­leten és 760 milliméter higanyoszlopnak megfelelő légköri nyomásnál éppen egy méter. Ezt a mintamétert Páris mellett Sévresben a »mértékek és súlyok nemzetközileg elismert irodájában* őrzik. Évek múlva, midőn a méréseket ellenőrizték, Bessél német fizikus észrevett egy számítási hibát, mely szerint a délkör nem 40 milliószor nagyobb a méternél, hanem negyven- millióháromezernégyszázhuszonnégyszer akkora. A hiba felfedezésekor egy fizikusokból álló nemzetközi bizottság úgy döntött, hogy maradjon csak meg hosszúságegységnek a sévresi méter, tekintet nélkül arra, hogy az a föld délkörének hányadrésze. Hiszen úgyis valószínű, hogy a mérési eljárások tökéletesítésével a méter, mint a föld délkörének negyvenmilliomod része, állandó változásoknak lenne kitéve. A fizikában ennek a méternek század­részét veszik egységnek : a centimétert.

Ugyancsak 1793-ban fogadták el a tömegmérés egységéül ajánlott kilo­grammot is. Úgy akarták meghatározni a kilogrammot, hogy az egyenlő 1 dm³ desztillált víz tömegével 4® Celsius hőmérsékleten és 760 milliméter higanyoszlopnak megfelelő légnyomás mellett. Készítettek is egy egységet platina-irridium ötvözetből, melyet ugyancsak Sévresben helyeztek el. Az 1899-ben végzett ellenőrző mérések kimutatták, hogy ez a sévresi kilo- a mm 0-04 grammal több, mint az ajánlott egység. Ezt az eredményt is felülbírálta egy nemzetközi bizottság, amely meghagyta egységnek a Sévres­ben őrzött mintát azzal, hogy nem számít, vájjon ez a kilogramm mennyivel több, mint 1 dm³ desztillált víz súlya. A tömeg tudományos egysége a kilo­gramm ezredrésze : a gramm.

A harmadik fontos alapegységünk az idő mérésére szolgál. Az idő egysége a másodperc, — a secundum —, mely az úgynevezett közép napnak 86.400-ad része. A középnap a föld napkörüli keringésének 365,25-öd része. Ennek a középnapnak 24-ed része az óra. Az óra 60-ad része a perc és ennek 60-ad része a másodperc. 24 X 60 X 60 = 86.400.

A fizika csak ezt a három egységet választotta önkényesen. Lehetett volna a többi egységet is hasonlóan választani de rájöttek arra hogy ebből a három egységből az összes többi egység leszármaztatható. Az így kialakult egységrendszert abszolút mértékrendszernek vagy egyszerűbben CGS-rendszer- nek nevezzük. A CGS elnevezés a centiméter, gramm, secundum egységek kezdőbetűit jelenti. E három alapegységen kívüli többi egységet leszármaz­tatott egységnek hívjuk, mivel ezek ebből a három alapegységből egyszerű számítások alapján leszármaztathatók.

Csak egy példát mondok el. A sebesség alatt egyenletes mozgásoknál a megtett útnak és az út megtevésére szolgáló időnek hányadosát értjük. Önkényesen választhattuk volna egységül akár a fény terjedési sebességét, akár a nyílt pályán robogó gyorsvonatét, akár a nyugodtan gyalogló ember sebességét. Egyik se lett volna önkényesebb, mint a föld délkörének negyven­milliomod része. Mivel azonban a hosszúság, tömeg és idő egysége úgyis önkényes egység, amelyből a többi leszármaztatható, tehát a sebesség egysége az útegység osztva az időegységgel lett, azaz centiméter per secundum.

A három alapegység megválasztásának és általánosításának 250-ik for­dulóján gondoljunk arra az elegáns természettudományi módszerre, mely ennek a három alapegységnek segítségével lehetővé teszi minden mérhető megmérését.

16

2.

HOGYAN MÉRÜNK A FIZIKÁBAN?

A mérés mindig tájékozódás nagysági, helyesebben mennyiségi viszo­nyokat illetően. A megmérendő dolgot összehasonlítjuk egy alappal, egy etalon-na.1, amely szükségképpen olyan minőségű, mint a mérendő subjectum, ezenfelül azonban jól definiált is és könnyen reprodukálható. A mérendő anyagnak ezzel az etalonnal való összehasonlítása, különösen elvontabb sub- jectumok esetén, nem túl egyszerű. A legfontosabb követelmény mindenek­előtt az, hogy mindig ügyelnünk kell arra, hogy a mérés tartama alatt az összes körülmények, melyek a mérés eredményét befolyásolhatják, állandóak, ugyanazok maradjanak. Akármennyire is ügyelünk azonban a kísérleti körülmények állandóságára, legtöbb esetben mégsem érhetjük el, hogy az egymásután következő méréseink eredményei ugyanazok legyenek. Ez köny- nyen megérthető, ha meggondoljuk, hogy a legtöbb mérésnél nincs is tudo­másunk valamennyi szerepet játszó tényezőről, nemhogy szabályozni vagy éppen a megfelelő irányba befolyásolni tudnók őket. Van azonban még egy igen fontos körülmény, amely miatt szintén nem érhetjük el azt, hogy az egymásutáni mérési eredményeink megegyezzenek. Ez a körülmény pedig az, hogy a mértékegységeink is, bármilyen gondosan készítettek és védettek legyenek is, változásoknak vannak kitéve. Majdnem mindenki tapasztalta, hogy még a legjobb óra sem jár mindig pontosan. De ez a pontatlanság, a fentiektől eltekintve, még onnan is származhatik, hogy az egyes alkotó­részek, csakúgy mint minden műszer : deformabilisek. De állandó hiba­forrásként számíthatjuk végül magát a mérő embert is, aki hangulatának megfelelően szintén ingadozásokat mutat.

Általában tehát azt találjuk, hogy megismételt méréseink eredmé­nyei nem lesznek azonosak. Kérdés, hogyan igazodunk el akkor méré­seinkben? Mit tehetünk ilyenkor? Az egészen bizonyos, hogy egyik ered­ményt sem fogadhatjuk el végleges értéknek, tehát helyesnek. Nem tehe­tünk egyebet: megkeressük méréseink legvalószínűbb értékét. Az az érték lesz a legvalószínűbben helyes érték, mely többé-kevésbbé mindegyik mérési eredményünknek eleget tesz. Hogyan juthatunk el mérési eredményeink alapján ehhez a legvalószínűbb értékhez? Az egészen kézenfekvőnek látszik, hogy a legkisebb és legnagyobb mérési eredmény között kell keresnünk a tényleges értéket, hiszen elfogadhatónak látszik az a feltevésünk, hogy valószínűleg ugyanannyit tévedünk egyszer az egyik, másszor a másik irány­ban. így azonban előfordulhatna az az eset, hogy ezáltal egy, a többitől elütő mérésünket tüntetnénk ki a többi mérés rovására. Ez pedig egyálta­lában nem lehet megengedett dolog.

Ha például egy drót vastagságát akarjuk meghatározni, akkor legalább tíz mérést kell végeznünk. Tegyük fel, hogy kilenc esetben méréseink meg­egyeztek és a drót vastagságára 0-1 mm adódott. A tizedik esetben pedig mondjuk 0-2 mm-t kaptunk mérési eredményül. Könnyen beláthatjuk, hogy igen nagyot tévednénk, ha a drót vastagságának egyszerűen az egymástól eltért két mérés számtani középér ékét 0-2_ _mm_t vennénk, hi- szén a józan ész a mérési eredmények alapján amellett szól, hogy a drót átmérője, kisebb egyenetlenségektől eltekintve, 0-1 mm. De képzeljük csak el, mi lenne, ha ilyenkor csak a józan ész alapján dolgoznánk ! Akkor kiki a saját logikája szerint értelmezhetné a mérési eredményeket. Hovatovább

odajutna a természettudomány is, ahol most például a politika, vagy ne mondjam, a szellemtudomány van … A mérési eredmények mindegyikét figyelembe kell venni. Ennek a parancsnak értelmében tehát a drót vastag­ságát kétségtelenül nagyobbnak kell vennünk, mint az kilenc egybehangzó mérésünkből adódnék. Nem tévedünk nagyot, ha az összes mérési eredmé­nyeink számtani középértékét fogadjuk el helyes értéknek. Példánkban

, ,_x 0-1+0-1+04+0-1+0-1+0-1+0-1+0-1+0-1+0-2 tehat — =041 milli­

métert.

Ha így határozzuk is meg a legvalószínűbb értéket, biztosan tudhatjuk mégis, hogy hibáztunk megállapításunkban. Tegyük csak fel, hogy például a drót tényleg egyenetlen. Ezt a valószínű értékünk egyáltalában nem tün­teti fel. Sőt azt mondhatjuk, azáltal, hogy a legvalószínűbb értéket így szá­mítottuk ki, tulajdonképpen a drótnak itt-ott jelentkező egyenetlenségét a drót egész hosszában egyenletesen elosztottuk. Láthatjuk tehát, hogy hibáztunk, de eddigi legjobb tudásunk szerint mégis azt állítjuk, leghelyesebb, ha összes méréseink számtani középértékét fogadjuk el valószínű értéknek. «

Ez az így kapott valószínű érték csak azt szolgálja, hogy vele és általa megállapíthassuk méréseink használhatóságát, hogy azonban a nyert ered­mények álta ánosításokra felhasználhatók-e, hogy segítségükkel szabad-e bizonyos hipotéziseket felállítani, esetleg törvényszerűségeket kimondani, ahhoz méréseink pontosságát is ismernünk kell. Olvassuk csak el figyelmesen mégegyszer az előbbieket, bizonyára mindenkinek feltűnt, legalább a máso­dik olvasásnál, hogy olyan értéket fogadtattunk el helyes értéknek (041 mm), ami mérési eredményeink között nem is szerepelt.

Majdnem biztosan állíthatjuk, hogy drótunk átmérője ettől a nyert 0-11 mm-től mindenütt eltér. Végeredményben tehát egészen bizonyos, hogy hibát követünk el, midőn valószínű értéket számítunk. De ha a leggyakrab­ban előforduló eredményt (jelen esetben 04 mm-t) fogadnók el helyesnek, nem hibáznánk? Ügye igen. Kimondhatjuk tehát, hogy bármilyen értéket fogadnánk is el a drót vastagságának, hibáznánk, hiszen a drót átmérője nem is mindenütt egyforma.

A fizika azonban nem elégszik meg általános megállapításokkal, hanem a mennyiségi viszonyokra is kíváncsi. Fontos tehát ismernünk, hogy mek­kora hibát követtünk el, ha a legvalószínűbb értéket fogadjuk el helyes érték gyanánt. Más szóval úgyis megfogalmazhatjuk a kérdést: mekkora az eltérés a tényleges és a hypotetikus legvalószínűbb érték között. Mielőtt a kérdésre válaszolnánk, előbb még elmondunk egyet s mást.

Elvszerüen nem szabad elhagyni sohasem semmiféle mérési eredményt azért, mert az esetleg nagyon eltér a várható valószínű értéktől. A statisztika tanítása szerint ugyanis elhagyható valamely mérési adat, ha olyan körül­mények léptek föl, melyek azt a mérési eredményt megbízhatatlanná tették. Ez a statisztika által nyújtott »engedmény« azonban igen sokszor tévedésbe ejti a kísérletezőt, aki így, akarva, nem akarva, »szépíteni« igyekszik mérési eredményeit. Ezt pedig semmi körülmények között sem szabad megtenni.

Az elkövetett hiba értékét, mely egyúttal a mérések reprodukál­hatóságának és szóródásának értékét is szolgáltatja, többféleképpen hatá­rozhatjuk meg. Az első pillanatban, úgy látszik, hogy a hiba értéke a leg­valószínűbb érték és az ettől legjobban eltérő mérési eredmény közötti kü­lönbség lehetne. Az így számított hibát maximális hibának mondjuk. Ezt a maximális hibát azonban csak igen ritkán használjuk, mert a legtöbb eset­ben nagyon valószínű, hogy a tényleges értéket sokkal jobban megközelí­tettük, mint ahogy azt ez a hiba feltünteti.

Koczkás Gyula: örök törvények.

2

18

Legtöbbször az úgynevezett átlagos vagy valószínű hibát szokás meg­határozni. Ezt úgy kaphatjuk meg, ha valószínű értéknek minden egyes mérési eredményünktől való különbségének számtani középértékét vesszük. Példánkban : ^X — 0-018, tehát az egyes méréseink hibáiból

keressük ki a legvalószínűbb értéket.

Ha az egyes mérési eredményeink nem egyformán megbízhatóak, akkor a valószínű értéket nem a számtani középérték adja meg, hanem az egyes mérési eredményeinket különböző »súllyal« értékeljük. Ez annyit jelent, hogy a megbízhatóbb adatokat úgy vesszük, mintha azokat kétszer, háromszor, esetleg többször is észleltük volna. Ez a kísérletezőnek rendkívül nagy sza­badságot ad, amellyel alkalmas esetekben csak élni szabad, de vele vissza­élni soha. Ezzel a módszerrel dolgozni ugyanis igen veszélyes, mert a kutatót igen könnyen félrevezetheti.

A valószínű vagy átlagos hiba, bár sokat mond, mégsem mond elegen­dőt. Könnyű ugyanis belátni, hogy — bár ugyan a hibamérték egyenlő — ■ még sem mindegy az, hogy például 60 mm-es keresztmetszetű rudat, vagy 1 mm-es keresztmetszetű drótot mérünk-e meg 0-001 mm-es hibával. Az első mérés már az első pillanatban is pontosabbnak látszik. Hogy tehát a hiba hű felvilágosítást adjon, azt mindig a mért nagysághoz szokás viszonyítani. Az így kapott értéket relatív hibának mondjuk.

A relatív átlagos hibát megkapjuk, ha az átlagos hibát osztjuk a való­színű értékkel. (Példánkban a relatív átlagos hiba = 0-16, ezt úgy is

mondhatjuk, hogy mérésünk például 0-16-ra pontos.) Legtöbbször a relatív hibát nem tört részekben, hanem százalékokban vagy ezrelékekben fejezzük ki. Ha például egy 60 mm keresztmetszetű rudat 0-001 mm-es hibahatáron belül tudtunk megmérni, akkor mérésünk 1-6 százezrelékes pontosságú.

Különböző mérési módszereknél más és más lehet a nyert hií.a értéke, méréseinket mégis egyformán pontosaknak mondhatjuk. Ha például egy súly- vagy sűrűségméréskor a nyert hiba 5 %, mérésünk nem valami pontos, viszont ha például magasfrekvenciájú vezetőképességméréskor követünk el ugyanakkora hibát, akkor nagyon pontosan dolgoztunk.

Méréskor tehát igen sok körülményre kell figyelemmel lenni, hogy a mérést pontosnak, helyesnek és megbízhatónak mondhassuk. így például igen nagy hiba, ha olyan értékekből számítunk középértéket, melyek között 100%-nál nagyobb eltérések is vannak. Ugyanúgy helytelen azonban az is, ha valaki például 0-1 milligramm pontosságú mérleggel pontosabban szeretne dolgozni. Ez a túlbuzgóság csak tévedésbe ejthet, mérésünket azonban nem tudjuk pontosabbá tenni, mert a műszer szerkezete és konstrukciója megadja a legnagyobb pontosság határát.

így ha a mérési eredményt két tényező mérési adatainak szorzata adja meg, akkor, amennyiben az egyik tényezőt nem tudom például 5%-nál . pontosabban meghatározni, felesleges a másik tényezőt pontosabban meg­határozni, hiszen eredményünk ezáltal nem lesz pontosabb.

Ha a mérést például csak egy tizedes pontosságáig végeztem, mégis a számítások folyományaképpen a második tizedes is szerepelni fog akkor az így nyert eredmény nem megbízható, és helytelen, hiszen nem lett a számítások pontos elvégzésével mérésünk ptyntosabb.

Ahhoz, hogy a nyert eredmények megbízhatók és értékesek legyenek, teljesen őszintéknek kell lennünk. Gondosan fel kell említenünk a mérés

19

összes körülményeit, a mérés idejét, a hőmérsékletet, a légnyomást, a méré­sek leolvasásának módját stb. A körülmények felsorolásával nem szabad fukarkodni, hiszen előre sohasem tudhatjuk, hogy egyik vagy másik körül­mény nem lesz-e mérésünkre számbavehető befolyással. Hogy a mérések értékelését tudatosan ne nehezítsük meg, arra mindig ügyelnünk kell, hogy az egymásután következő méréseinket, lehetőleg ugyanolyan kísérleti fel­tételek mellett végezzük, mert minél több az ismeretlen változó, annál nehe­zebb a nyert eredményeken eligazodni.

Meg vagyok győződve arról, ha az élet más megnyilvánulásaiba is bele­vinnék az emberek az eredményeknek és a kapott adatoknak ilyen szigorú ellenőrzését, szebb, jobb és emberibb lenne a világ I

3.

A TÖMEGMÉRÉS

A tömegmérés egyszerű feladatának első pillanatra kissé részletes tár­gyalásával a mérő fizikus munkáját szeretném olvasóimmal érzékeltetni.

A tömegmérés az összes fizikai laboratóriumokban a leggyakrabban elő­forduló mérés, melyet mindenki végzett, aki csak megfordult laboratórium­ban. A tömegmérésnek legegyszerűbb módja az, hogy a megmérendő tárgyat tenyerünkbe fogjuk és annak tömegét a bőrünkre gyakorolt nyomása alapján ítéljük meg. Az ilyfajta mérés meglehetősen primitív és természetesen pon­tatlan. Több igen érdekes kísérlet alapján megállapították, hogy az a leg­kisebb súly, melyet az ember a bőrére való helyezéskor még éppen észrevesz, körülbelül egy milligramm. Tömegmérések végzésénél azonban igen fontos az is, hogy mérésünk pontos legyen. El kellett tehát azt is dönteni, hogy valamely tömeget kézbe véve, hány százalékkal kellett megnövelni ahhoz, hogy a két tömeg közti különbséget észrevegyük. Kísérletek eredményei azt mutatták, hogy az eredeti tömeg tíz százalékkal való növelésével már észrevesszük, hogy nagyobb tömeg van tenyerünkben.

Ezzel a pontossággal a fizika természetesen nem lehetett megelégedve, ezért gondoskodott arról, hogy a tömegmérést ne az emberi bőrre gyakorolt nyomás alapján végezze, hanem műszerek segítségével.

Mérlegeket — műszereket — szerkesztett, melyek azután, a legnagyobb tökéletesítésekkel, messze felülmúlják az előbbiekben elmondott egyszerű tömegmérés pontosságát. így például az a legkisebb súly, melyet legfino­mabb, úgynevezett mikromérlegeink segítségével meg tudunk mérni, körül­belül 0-00003 milligramm. A mérlegek tehát bőrünk érzékenységét harminc­ezerszeresen múlják felül. Ha pedig azt nézzük, hogy a súlyt hány százalék­kal kell növelni ahhoz, hogy mérlegünk a különbséget kimutassa, azt találjuk, hogy ugyanazon súly esetén, melyet a bőrünkre téve harminc százalékkal kellett megnövelnünk, most a mérlegen elég, ha 1 /100.000-ed százalékkal növeljük meg, hogy a különbséget ki tudjuk mutatni.

A tömegmérésre szolgáló mérleg igen sokféle alakú lehet. Mindnyájan ismerjük a rúgós mérleget, a konyhamérleget, a tizedes mérleget, de most csak azzal a mérleggel foglalkozunk, melyet a laboratóriumokban leginkább használunk.

Amint látjuk, ez a mérleg nem más, mint egy kétkarú emelő, melynek karjai egyenlő hosszúak. A tömegmérés az egyensúly megfigyelésén alapszik. A kétkarú mérleg, mint a kétkarú emelő is, akkor van egyensúlyban, ha a

2*

20

két oldalára ható forgatónyomatékok egymással egyenlőek. Nem kell ettől a szigorúnak látszó kifejezéstől megijednünk. Igen könnyen kifejezhetjük ugyanis a forgatónyomatékot, ha

az

Laboratóriumi mérleg.

erőt szorozzuk az erő karjával. Az erő a tömegmérésnél nem más, mint a mérleg serpenyőjébe tett tömeg. Az erő karja pedig nem más, mint a mérleg karja, melyet ábránkon k_t és Z.-₂-vei jelöltünk meg. Tehát, ha a mér­leg karjai egyenlőek, akkor a mérleg serpenyőjébe tett súlyok, egyensúly esetén, szintén egyenlőek lesznek.

Ha tehát meg akarunk mérni egy ismeretlen tömeget, akkor azt a mérleg bal serpenyőjébe tesszük. A jobb ser­penyőbe pedig addig teszünk ismert súlyokat az előre elkészített súly­sorozatunkból, míg a mérleg egyen­súlyba nem jön. Ekkor, bizonyos hiba­határokon belül, azt állíthatjuk, hogy a bal serpenyőbe tett ismeretlen tömeg egyenlő a jobb serpenyőbe tett súlysorozat tömegével. Ez a mérés megfelel a gyakorlat számára, de bizony akkor, midőn pontos méréseket kell végezni, más mérési módszerekhez kell folyamodnunk.

Mindenekelőtt hibát okozhat, hogy a mérleget készítő mechanikus nem tudta a mérleget tökéletesen egyenlő karúvá tenni. Tömegmérésünket ennélfogva úgy kell átalakítani, hogy a mérlegkarok egyenlőtlenségéből szár­mazó esetleges hibát tökéletesen kiküszöbölhessük. Többen dolgoztak ki megfelelő módszereket, melyek közül legjobban a Borda-iéle tara-eljárás terjedt el.

A Borda-íé\e módszer abból áll, hogy a mérendő tömeget először a bal serpenyőbe tesszük, és azt a jobb serpenyőbe helyezett valamilyen tarával (finom sörét, homok, gránitszemcsék vagy üveggolyó) kiegyensúlyozzuk. Most az ismeretlen tömeget levesszük a bal serpenyőről és helyébe súly­sorozatunkból teszünk ismert tömegeket. Addig rakunk a serpenyőbe^ismert tömegeket, míg csak az előbbi egyensúlyi helyzetet elő nem állítottuk. Ha az előbbi egyensúlyi helyzet előállt, akkor — mivel ugyanazon a karon történt a tulajdonképpeni mérlegelés — a bal serpenyőbe tett ismert tömegeket leolvassuk és ez lesz az ismeretlen tömeg értéke. Az ismert tömegeket tar­talmazó súlysorozat úgy van összeállítva, hogy abból minden érték előállít­ható legyen. így például van benne 2 drb 1 grammos, 2 drb 2 grammos,

1 drb 5 grammos, 2 drb 10 grammos, 2 drb 20 grammos, 1 drb 50 grammos,

2 drb 100 grammos és így tovább. így aztán ha például 197 grammot kell megmérni, akkor súlysorozatunkból kiveszünk :

1 drb 100 gr-ost = 100 gr
1	»	50	» = 50	»
2	»	20	» = 40	»
1	»	5	» = 5	»
1	»	2	» = 2	»

összesen 197 gr.

Meg kell jegyeznünk, hogy a mérlegelésnél a súlyokat nem szabad puszta kézzel megfogni, hanem mindegyiket csipesz segítségével helyezzük

21

a mérlegre, mert különben a kézre tapadt zsír befolyásolhatja mérési ered­ményünket.

Azt is megemlítem, hogy összehasonlító méréseknél, amilyenek például a kémiai analíziseknél fordulnak elő, akármilyen nagy pontossággal dolgo­zunk is, a mérlegkarok kisebb egyenlőtlensége okozta hibáktól nyugodtan eltekinthetünk, ha a megmérendő anyagot mindig a mérleg ugyanazon ser­penyőjébe tesszük. Ilyenkor ugyanis minden mérésünknél ugyanazok a hibák jönnek számításba, ami mérési eredményeinket ugyanannyiszor teszi kisebbé vagy nagyobbá. Ez az állandó szorzó faktor pedig, mivel a külön­böző méréseket egymáshoz viszonyítjuk, a számítások folyamán kiesik.

Ha jól megnézünk egy laboratóriumi, úgynevezett analitikai mérleget, azt látjuk, hogy a mérleg egyensúlyi helyzetének megjelölésére a mérleg­csészéket tartó mérlegkarokhoz egy mutatót erősítenek, mely fokbeosztás előtt végzi lengéseit Ez a mutató a mélegkarok lengését megna­gyítja. A mutatónak jobbra-balra történő kilengései — kis kitérések ese­tén — arányosak a mérleg serpenyőibe tett túlsúlyokkal. Ha tehát a mutató, amennyiben az egyik serpenyőbe 0-1 milligrammot teszünk, a 2-es osztály­zatra mutat, akkor 0-2 milligramm esetén a 4-es osztályzatnál fog megállni.

Hogy helyesen mérlegeljünk, két körülményre kell igen ügyelnünk. Először is arra, hogy igen hosszadalmas megvárni azt, amíg a mutató az egyensúlyi helyzet beálltakor egy osztályzat előtt megáll. De ezt nem is szabad megvárnunk, mert a súrlódás, mely legfinomabb mérlegeinknél is fellép, tulajdonképpen előbb állítja meg a mérleget, mielőtt a két karra ható forgatónyomatékok egyenlőek lennének.

A második, amire figyelemmel kell lennünk az, hogy igen nehéz több egymás után következő mérés esetén megcsinálni azt, hogy a mérleg egyen­súlyi helyzeténél a mérleg mutatója mindig egy és ugyanazon skálarészre mutasson. Enélkül pedig mérési eredményeink — érthető okokból — kéte­sekké válnak, ami az eredmények értékelését igen megnehezíti. Ennek a hibának kiküszöbölése mi .tt a tudományos méréseknél igen hosszadalmas eljárást követnek, mely azután .megfelelő számítások alapján a mérés hibáit a legkisebb mértékűre csökkenti.

Minden pontos mérésnél van a felsoroltakon kívül még egy nehézség, melyet figyelembe kell vennünk. Ez pedig az, hogy a levegőre vonatkozólag is érvényes Archimedes törvénye. Ennek alapján minden levegőben lévő test annyit veszít súlyából, amennyi az általa kiszorított levegő súlya. Mivel a levegő súlya kicsi, az ebből előál’ó hibaforrás csak akkor veendő figyelembe, ha mérési pontosságunk 0-1 milligrammal azonos nagyságrendű. De ekkor feltétlenül !

Amint látjuk, az egyszerűnek hitt tömegmérés is igen bonyolult, ha a mérést pontosan hajtjuk végre.

Legvégül csak annyit jegyzek meg, hogy a fizikában még az ilyen egy­szerű mérést is többször meg kell ismételni. Egy mérési eredmény még nem eredmény. Minél több körülmény befolyásolhatja mérésünket, annál több mérést végezzünk el, hogy nyert eredményeink valószínűleg igazak legyenek.

A természetvizsgáló tehát éppen fordítva végzi munkáját mint a mai világ embere. Míg a mai emberek egy vagy esetleg néhány esetből nyugodt lelkiismerettel általánosítanak, addig a természetvizsgáló sok mérésadta eredményt is csak mint valószínű értéket kezel. Reméljük, hogy több ter­mészettudományi ismeret birtokában eljutunk a mindennapi életben is addig a pontosságig, mellyel a természetvizsgáló nézi és értelmezi a termé­szeti jelenségeket.

GALILEI

A fizika nagyszerű tudománya mind több es több uj megismerés birto­kába juttatja az emberiséget. Ma már olyan óriási az anyaga, hogy új és új területeket enged át más rokon tudományoknak továbbfejlesztés céljából. Beleszól az emberi civilizációba és a kultúrába egyaránt. Mindkét esetben arra törekszik, hogy az ember élete szebb, jobb, boldogabb és emberibb legyen. Feladata azonban csak az Igazság keresése. Kutatásaiban rendsze- szeresen, lassan halad, de mindig jobban és jobban csökkenti a közt, mely bennünket az Igazságtól elválaszt. Elméletei, hipotézisei, melyeket azért állít fel, hogy új munkáknak adjanak alapot, folytonosan fejlődnek. így a fizika tudománya is folytonosan változik. Állandó tények, mindenki által tapasztalt igazságok, csak a kísérletek eredményei. Ezek a kísérleti ered­mények jelentik a nyugvópontot a fejlődő fizikában. Ha a kísérlet nem

egyeztethető össze az elmélettel,

Galilei.

a hibát soha se keressük a kísérletben: az elméletben, az emberi gondolkodás­ban, a logikánkban van a hiba. A fizi­kának ezt a pár vonással megrajzolt kutatási irányát Galileo Galilei (1564— 1642) szabta meg, és ezzel lerakta a klasszikus fizika nagyszerű palotájá­nak alapjait.

Tulajdonképpen már Galilei előtt is voltak a kísérleti megismerésnek szószólói, de ezek egyike sem végzett kísérletet. Annyira uralkodott a Szel­lemen a filozófia, hogy még a kísérletek értékét és értelmét is az fogalmazta meg. Hiába volt Bacon a kísérleteknek olyan lelkes szószólója, és hiába hir- \ dette a kísérletes eredmények nagy- szerűségét, tulajdonképpen még önnön f magát sem tudta érveivel meggyőzni, hiszen rendszeresen sohasem kísérle­tezett. Valószínűleg nem ért rá a gon­dolkodástól. A gondolat és kísérlet nagyszerű szintézisét Galilei végzi el, és ezzel új utat jelöl ki az emberi ha­ladás számára.

23

Galilei már érzi, hogy az emberi ész egymagában elégtelen arra, hogy a nagy kérdésekre: »honnan jöttünk ?<, »hová megyünk ?«, válaszoljon, de azt is tudja, hogy az Igazságot meg kell és meg lehet közelíteni. Nem szabad csüggedten abbahagyni a kutatást, új utakat kell kipróbálni. Ezért is választja a tudatosan végzett kísérletek útját. Ez az út göröngyös és fá­rasztó. Igen lassan lehet csak rajta haladni. Nagy előnye viszont az útnak, hogy biztosan cél felé vezet, és sohasem kell visszafordulni rajta.

Előbb a körülöttünk lévő, naponta többször is tapasztalt tényeket kell megértenünk, és csak aztán haladhatunk tovább. Érzi a munka megkezdé­sének szükségességét és sürgősségét, és rögtön dolgozni is kezd. Szabadesés, lejtőn való mozgás, ingalengés mind a mozgások tanának épületét alapozza meg. Biztos és határozott lépéseket tesz, de sohasem ragadtatja el magát eredményeinek értékelésében. Tudja, hogy az ő kísérletei csak a kezdet kezdetét jelentik. Azt is tudja, hogy az elért eredményekre csak úgy lehet építeni, ha a további megismerésekhez is kísérleti úton jutunk el. Galilei hirdeti, hogy a meglévő kísérleteknek magyarázata csak addig jó, míg újabb kísérletekre serkent. Minden kísérlet egy-egy lépcsőfok, amellyel megköze­líthetjük a végtelen távolban lévő Igazságot. A kérdésre : hogy mikor érjük el ezen az úton az Igazságot, Galilei nem felel, de nem felel erre semmiféle természetvizsgáló se. Ez már nem tartozik a természettudományok körébe.

Galilei nem állítja, hogy az Igazság megismeréséhez csak ez az egy út vezet el, de abban biztos, hogy szisztematikus haladást biztosítva, ezen az úton jutunk legtovább. Igen. A természetvizsgáló is a felhők fölé törekszik. Bizonyos idő múlva esetleg el is juthat oda. Míg azonban a szellemtudomá­nyok egyszer-egyszer lebuknak a magasból, addig a természetvizsgálók lassú és alapos munkával biztosítják az állandó előbbrejutást. A természetvizsgáló ismeri az általa bejárt magasságot és ezért nem is felelt még a »honnan ?« és a »hova?« kérdésekre.

Galilei a kísérleti vizsgálatok rendszeressé és általánossá tétele által a modern gondolkodás új irányát szabta meg. Ez az új irány hosszú időkre biztosítja az állandó mentsvárat a nyüzsgő, forrongó és nyughatatlan emberi szellem számára.

A kísérleti tudományok nagy értékét talán ma érezzük legjobban, hiszen minden, amit az ember évezredek és évszázadok alatt alkotott, átalakult, irányt változtatott. Állandó alappillérek csak a kísérletes tudományok ma­radtak. Ezért is van, hogy legjobb gondolkodóink aggódó, kereső szelleme, igazi megnyugvást ma csak a természettudományos világnézetben talál.

Keressük a zavarból kivezető utat, és rábukkantunk a Galilei-íé\e> útra . . .

Már Galilei apja is szerette a tudományt és a zenét, könyve is jelent meg, melyben az ókori és újkori zenével foglalkozik. A zene iránti hajlam a fiúban is megvan. Az iskolában kitűnik rajztehetsége is. Szüleinek kívánságára a pisai egyetemen lesz orvostanhallgató. Sokféle előadásra jár, és már itt is mindenütt vitatkozik azzal, aki az aristotelesi tanok tévedhetetlenségét és mindenhatóságát tanítja.

Első tudományos felfedezését is még egyetemi hallgató korában teszi. A pisai székesegyházban észreveszi az egyik nagy csillár lengőmozgását. Rögtön érdekli a jelenség, de mint vérbeli kutató, a mennyiségi viszonyok iránt érdeklődik, tehát mér. Megméri az ingalengések idejét. De óra ebben a korban még nem volt, tehát időmérőül saját érveréseinek számát használja fel. Több mérést végez. Olyankor is megméri a lengési időt, amikor az inga kitérései nagyok és olyankor is, ha a kitérések kicsinyek. Észleléseinek ered­ményét meg is fogalmazza : Akár kisebbek, akár nagyobbak az inga lengései, a lengési idők mindig ugyanakkorák.

Mint már említettem, Galilei az egyetemen sokféle órára eljárt, így többek között Ricci matematikai előadásaira is ellátogatott. Igen megszerette ezt a tudományt. Elmegy Eíccíhez, aki családjának régi barátja, és arra kéri, szóljon apjának, hogy ő is matematikus lehessen. Nehezen, de sikerült kí­vánsága.

Rendkívüli tudományának híre megy. A pisai egyetem az alig 25 éves ifjút meghívja a matematikai tanszékre professzornak. Galilei most még nagyobb lendülettel kezdi meg kutatásait. A szabadeséssel foglalkozik. Mind­nyájan tudjuk, hogy ha egy testet kezünkből elengedünk, akkor az a földre esik. Azoknak a száma azonban még ma is igen kevés, akik ennek az egyszerű jelenségnek törvényszerűségeivel is tisztában vannak. Galilei ezeket a tör­vényszerűségeket kutatja. Kísérleteket végez. A pisai ferde toronyról külön­böző testeket ejt le, és az esés idejét homokóra segítségével méri. Kísérletei eredményeképpen azt kapja, hogy a testek szabadesésének ideje független a testek anyagi minőségétől. Ez a ma már természetesnek tartott tétel akkori­ban forradalmi újításként hatott, hiszen Aristoteles állításait tépázták meg ezek a Galilei-iiAe kísérletek. A kísérleteket nem folytathatja sokáig, mert • egy személyes természetű ok miatt Pisa elhagyására kényszerül és Páduába megy, ahol az egyetemnek szintén matematikusa lesz. Pisában megkezdett vizsgálatait tehát Páduában fejezi be. A szabadesés törvényeinek megállapí­tását kerülő úton végzi el. Erre a kerülő útra azért van szükség, mert a sza­badon eső testnek annyira gyors a mozgása, hogy primitív időmérőivel (ér­verés, homokóra) képtelen a szabad esés törvényszerűségeit megállapítani. Lejtőre helyezi tehát a testet, amely így természetesen lassabban esik. Méré­seinek eredményeiképpen megállapítja, hogy az esésnél az út arányos a meg­felelő idő négyzetével, és a sebesség arányos az úttal.

Ezekben a vizsgálataiban a nehézségi erőről is szól már. De a nehézségi erő okáról még nem tud semmit. Helytelen az a feltevése, hogy a nehézségi erő állandó, de mivel a föld ugyanazon helyén végezte kísérleteit, ez a téve­dése a kísérleteinek helyes értékelésén mitse változtat. Fejtegetéseiben már igen közel áll a gravitáció felfedezéséhez, de az utolsó lépést már-nem tudja megtenni. . .

Ugyancsak Páduában fedezi fel a hőmérőt. Primitív kis eszköz volt ez,

de mégis ez az első hőmérő. Galilei

Kopemikus.

hőmérője tulajdonképpen egy gáz hőmérő, amellyel bár pontatlanul, de mégis , meg lehetett állapítani a hőmérsékletet. Mint tanár elsőrangú volt. Elő­adásaiban mindig a tudomány legújabb haladását vázolta. Saját kutató mun­káját pedig az előadásain részletesen tárgyalta. Előadásait kísérletek bemu­tatásával tette változatossá. Pádua egyeteme sohasem volt látogatottabb, mint Galilei idejében. Rengeteg hall­gató jött külföldről s csak azért, hogy meghallgathassa a nagy Galilei elő­adásait.

A tizenhetedik század elején már új munkaköre van : az akkoriban fel­talált messzelátőjával dolgozik. Nem lényeges, hogy tényleg Galilei volt-e a távcső feltalálója, ahogy tanítványa, Viviani állítja, vagy pedig csak a

25

hollandusok távcsőjét tökéletesítette. Az a fontos, hogy ez a távcső tette lehetővé azokat a vizsgálatokat, melyek eredményeképpen kezdte hirdetni a Kopernikus-féle rendszer igazságát: van a földhöz hasonló több más égi­test, melyek mind egy állandó helyzetű nap körül mozognak. Ezt a meglepő állítást Galilei sok súlyos érvvel támasztja alá. De szükség is van az érvekre, hiszen akkoriban az ember üres büszkeségében még meggyőződéssel hirdette, és hitte, hogy ő és világa a közép, a centrum . . .

Távcsövével felfedezi Jupiter négy holdját, meghatározza e holdak keringési idejét. Ezek a felfedezések Galilei állításait mind nyilvánvalóbbakká teszik.

Galilei világhíre Medici nagyherceget arra az elhatározásra bírta, hogy visszahívja őt Pisába. A nagyherceg kedvező feltételeit Galilei elfogadja, és csakhamar elfoglalja régi katedráját.

Ez időben — 1610 körül — felfedezi a Saturnus gyűrűit, a napfoltokat, mely utóbbiak mozgásából a nap tengelykörüli forgására következtet. Galileit szárnyára kapta a hír, mely azonban haragosokat és irigyeket is szül a cso- dálók mellett. Előbb csak egy dominikánus szerzetes prédikál Galilei ellen, de idővel mind többen és többen lesznek a tudatlan kritikusok. De vannak olyan kritikusok is, akik pártolják a kiváló tudóst és elfogadják tanítását. Többek közt ilyen a dominikánusok generálisa is, aki egyszer Galileivé], be­szélgetve a következő szavakra fakadt: »Szerencsétlenségemre nekem kell megfelelnem mindazon ostobaságokért, melyet 30—40.000 barát elkövet.« A harc súlyos, és a küzdelem nemtelen eszközökkel folytatódik. Hiába az érv, hogy »tessék belenézni a távcsőbe és rögtön látni, hogy Kopernikus- nak igaza van«; az ellenfelek nem néznek a távcsőbe, inkább csak hadakoznak.

Mi történt itt? Valami megingott az emberben? Igen. Galilei széles lendülettel előadott felfogása pörölycsapásként hatott a magabízó, fenhéjázó és saját felsőbbrendűségét hirdető emberre. Ez a nagy vitatkozó súlyos kísér­leti érvekkel támogatta Kopernikus együgyőségében egyáltalán nem veszé­lyes nézeteit. Kopernikus gyenge próbálkozására a rendíthetetlen önbizalmú ember fel se figyelt, de Galileire már figyelni kellett.

Tulajdonképpen mit is hirdetett ez a Galilei? Azt, hogy nem én, az ember vagyok a világ közepe. Nem valószínű tehát, hogy értem alkotta volna Isten a világot, hiszen lakóhelyem csak egy a sok bolygó közül. És ó jaj : még nem is a legnagyobb bolygó. De még ez a megaláztatás se elég, meg kell tudni ennek az embernek, hogy a naprendszer is csak egy a sok naprendszer közül. Még igen sok ilyen naprendszer van. A Föld tehát csak egy porszem ebben a világban. Űgy-e elképzelik kedves olvasóim, hogy ilyen és ehhez hasonló felismerések milyen mélyen megrendítették ennek a földi gőgös embernek a lelkét. Paránynak érezte magát az, aki eddig a legnagyobb­nak tartotta magát. . .

Ekkor jött a struccpolitika. Balgán azt hitték ennek a kornak diktátori hatalommal felruházott vezetői, hogy ha nem vesznek tudomást a tudás fejlődéséről, akkor meg is állítják azt. Hála Istennek nem így történt.

A konzervativizmus, mely rendszerint a józan fejlődést biztosítja, Galilei korában túlhajtva, az emberi haladás kerékkötője lett.

Híres könyvének, a Dialógónak 1632-ben történt megjelenése még jobban felkavarta az amúgy is zavart kedélyeket. A már öreg tudóst inkvizíció elé állítják, mely élete végéig szobafogságban tartja a világ egyik legnagyobb elméjét, a már akkor megvakult Galileit. Szomorú állapota nem tartott sokáig. Örökké harcoló szelleme 1642 január 8-án végleg megnyugodott. Firenzében temették el, Olaszország Pantheonjában.

26

Az elmondottakon kívül még igen sok hatalmas alkotás dicséri Galilei zsenialitását. így a dinamika alapvető törvénye közül az első és második törvényt ő fedezi fel, jóllehet ezeket a törvényeket a fogalmazás tökéletesítése terén végzett munkájáért ma Newton-iéle axiómáknak hívjuk. A mozgások törvényeivel megveti a dinamika alapját. A szabadesés és ingamozgás tör­vényszerűségein túl a hajítás törvényeit is megállapítja. Kimondja, hogy a vízszintesen és ferdén hajított test pályája parabolikus pálya. A hajítási távolság ugyanazon sebesség mellett 45°-os hajítás esetén a legnagyobb. Megvizsgálja a függőleges hajítást is, ahol a hajított test magasságát hatá­rozza meg. Az egyensúly megállapításához kimondja a virtuális elmozdulások elvét, amely szerint egy test akkor van egyensúlyban, ha a lehetséges (vir­tuális) elmozdulások közben végzett munkájának összege nullával egyenlő.

A folyadékok mechanikájában végzett vizsgálatai során felfedezi a hydrostatikai mérleget, mely alkalmas Archimedes elvének igazolására. Ez a mérleg csak annyiban különbözik egy általában használt közönséges mér­legtől, hogy egyik serpenyője annyival rövidebb a másiknál, hogy alája egy vízzel telt edény helyezhető.

Végezzük el most Galilei kísérletét ezzel a mérleggel. Vegyünk mindenek­előtt két pontosan egymásba illő, tehát azonos térfogatú hengert. Az egyik henger legyen tömör, a másik viszont belül üres legyen. Akasszuk fel a maga­sabban álló serpenyőre a két hengert úgy, hogy a tömör henger legyen alul. Egyensúlyozzuk ki most mérlegünket, aztán tegyünk a hengerek alá egy vízzel telt edényt úgy, hogy az alsó tömör henger teljesen vízbe merüljön. Természetes, hogy most a mérleg egyensúlya felbomlott. Azonban az egyen­súly ismét helyreáll, ha a felső belül üres hengert teletöltjük vízzel. Elegáns és egyszerű bizonyítása ez az ismert archimedesi tételnek: »Minden folya­dékba mártott test annyit veszít súlyából, amennyi az általa kiszorított folyadék súlya.«

Galilei még a hangtannal is foglalkozott: megállapítja, hogy a hangok magassága a másodpercenként végzett rezgések számától függ. Ugyancsak felfedezi a húr hosszúsága és a rezgések ideje közötti összefüggést is. Rövid kis ismertetésünkben nem említettük azt a sok, gyakorlati szempontból hasznos és érdekes újítást, amellyel Galilei a technikát ajándékozta meg. Mégis azt hisszük, hogy a tények ilyen egyszerű felsorolása is elegendő althoz, hogy az olvasó megérezze azt, hogy egészen különleges nagy emberről olvas.

Galilei eredményei mindaddig fennmaradnak, míg az ember képes lesz a szellem értékeit becsülni. Galilei ugyan elesett egy csúf világ kegyetlen harcában, de szelleme él és világít minden kor kultúremberének.

KEPLER

Talán nincs még egy hányatottabb életű tudós, talán nincs még egy ilyen viharos időben és szerencsétlen életben is annyira a tudománynak élő valaki, mint Jőhann Kepler (1571 — 1630). Szomorú volt gyermekkora és általában egész élete, csak alkotásai voltak gigásziak, és csak munkája köz­ben érezte az élet nemes harmóniáját az, aki a világ harmóniájáról Harmonices mundi címen évszázadoknak szóló könyvet írt.

Apja elszegényedett nemesek kocs- máros ivadéka. Akadékoskodó, részeges, kalandvágyó, durva férfi volt, aki család­ját többször is otthagyva, mitsem törő­dött gyermekeinek nevelésével. Anyja is házsártos, semmirekellő, gyermekeivel keveset törődő asszony. Ebben a környe­zetben — elgondolhatjuk — nem volt sok öröme a fiatal Keplernek. Egyedül nagyapja, Weil városka polgármestere volt a napfény, mely sugaraival néha- néha felmelegítette a gyermek Kepler már-már kihűlőben lévő lelkét.

Nagyapja hamar felismerte, hogy Jánoska minden iránt megnyilvánuló érdeklődése nagy reményekre jogosít, ezért a hirschaui szerzeteseknél ingyenes helyet kért és biztosított unokája szá­mára. Az iskolában kitűnően tanult, és mikor az iskolát elhagyta, felvéteti magát a tübingiai protestáns szemi­

náriumba, hogy egykor mint pap hirdethesse a filozófia rokonszenves elmé­leteit. A Tübingenben tanító Maestlin, a kiváló csillagász és matematikus sokat foglalkozik a tehetséges fiúval. Maestlin lelkes híve Kopernikusnak. Maestlin győzte meg többek közt Galileit is a Kopernikus-íéle tanok hívének, és most Kepler figyelmét a teológiáról a matematika felé igyekszik terelni. Fáradozásai teljes sikerrel járnak. Kopernikus műveit olvasva, Kepler is lelkes híve lesz a tiltott tannak. A tübingeni teológián azonban nem szabad Kopernikusz hirdetni, hiszen annak tanítása »a szentírással ellenkezik*. Luther maga is azt mondotta Kopernikusrot: »az egy bolond.*

Kepler.

Elképzelhetjük, hogy Kepler, aki meggyőződését nem rejtette véka alá, nem érezhette magát jól ebben a környezetben. Teológiai tanulmányait azonban mégis befejezte. A teológia dékánja éppen felfogása miatt Keplert a papi hivatásra alkalmatlannak minősítette, aki aztán Maestlin pártfogás révén Grazba kerül egyetemi tanárnak.

Grazi évei alatt főleg a bolygók pályaszámításával foglalkozik és egy könyvet ad ki, melyben lándzsát tör Kopernikus rendszere mellett. A könyv sikere óriási. A csillagászok és tudósok nagyrésze nemcsak a kitűnő munkát dicséri, de a nagyszerű szerzőt is ünnepli. Galilei levelet ír Keplernek, melyben a többi között a következő szavak találhatók : »>Szerencsésnek vallom maga­mat, hogy az igazság kikutatásában Benned elvtársra találtam.« A könyv a hivatásos teológusokban ellenkezést váltott ki. Keplert csakhamar ateiz­mussal vádolják. így azután érthető, hogy a katolikus Stájerországból ezt a protestáns tanárt, aki különben még ateista tanokat is hirdet, kitiltják. A nemrég még ünnepelt tudós földönfutó lett.

Magyarországba menekül, és innen ír egy levelet Maestlinnek, melyben kéri, eszközöljön ki számára Tübingenben egy filozófiai tanszéket. Keplerről azonban a protestáns Tübingen se akar tudni! . . .

A nagy Tycho de Brahe, a császár prágai csillagásza, a kitűnő adatgyűjtő, értesül Kepler helyzetéről és levelet ír neki, melyben asszisztensnek hívja maga mellé Prágába. Kepler boldogan siet, hogy új hivatalát elfoglalja. Prágában Brahen&k segédkezik a bolygók pályájának kiszámításában. Anyagi helyzete azonban nem sokkal javult. Csekély fizetését is rendetlenül kapja s így érthető, hogy a már négy éve nős Keplernek a háztartás költségeinek előteremtése nagy gondokat okoz. (Kepler felesége jómódú volt, birtokai szép megélhetést biztosítottak volna mindkettőjük részére, de mivel ő is protestáns volt, vagyonát Stájerországban elkobozták.) Kepler a nehéz anyagi helyzetben rászánja magát az asztro’ógiára, melynek révén pénzszerzésre nyílik alkalom. Az anyagi gondok ellenére is sokat dolgozik. Számításaiból észreveszi, hogy a bolygók pályája semmiesetre se lehet kör, hanem elipszisek- nek kell azoknak lennie. 1609-ben Prágában kiadott művében már teljesen megfogalmazza első két törvényét.

Az első törvény szerint a bolygók pályája olyan elipszis, melynek egyik gyújtópontjában a nap áll. •

Második törvénye azt mondja, hogy a bolygót a nappal összekötő egyenes által ugyanakkora idő alatt leírt területek egyenlőek. Ez más szóval azt jelenti, hogy a bolygók mozgása napközeiben gyorsabb mint naptávolban.

12 évi prágai tartózkodás után — időközben felesége is meghalt — Linzbe kerül gimnáziumi tanárnak. Itt ismét nagy jelentőségű vizsgálatokat végez. Ezidőben fedezi fel a Vitello-iéle fénytörési táblázatok gondos átnézése és saját kísérleteinek eredményeképpen a teljes visszaverődés nagyfontosságú jelenségét.

Itt készíti első távcsövét is, mely a csillagok pontosabb észlelését tette lehetővé. Ezt a távcsövet ma is Kepler-féle vagy csillagászati távcsőnek nevezzük.

1611-ben közrebocsátott könyvében a lencséknek és a távcsöveknek teljes elméletét kidolgozza. Termékeny munkássága idején második feleségé­vel harmonikus, boldog életet él.

Újabb szomorúságot és újabb izgalmakat okozott neki az a fájdalom, mikor megtudta, hogy anyját boszorkánysággal vádolják és elakarják égetni. Kepler minden befolyásos ismerősét megkéri, hogy ezt a gyalázatot akadá­lyozza meg. Értekezést is közrebocsát ebben az ügyben, ahol éles szavakkal ostorozza a boszorkánypör lelketlen és embertelen intézményét. A sok fára-

29

.r •

–

dozás után végre is sikerült anyját a máglyahaláltól megmenteni, de a 74 éves öregasszonyt a sok meghurcoltatás testileg és lelkileg egyaránt annyira kifá­rasztotta, hogy felmentése után rövidesen meghal.

Kepler további munkája során felfedezi a róla elnevezett 3. törvényt, melyet a Harmonices mundi című munkájában ír le a következőképpen: a bolygók keringési idejének négyzetei úgy aránylanak egymáshoz, mint a naptól való középtávolságok köbei.

A bolygók mozgását helyesen írja le és jól számította ki a bolygók pályáját is, de a mozgás okára nem tudott rájönni. Az utolsó lépést itt is, mint a Galilei- féle szabadesés esetében, Newton tette meg.

Kepler nevéhez fűződik a fotometria ismert alaptörvényének kimondása is : a fény erőssége a távolság négyzetével csökken.

Helyesen magyarázza meg Kepler a sztereoszkópikus látást is.

Nagyszerű alkotásainak sorát az első teleobjektív szerkesztésével is növeli.

Az égi mechanika nagy tudománya megalapítóját tiszteli Keplerben.

Ezeknek a munkás szép linzi éveknek is vége lesz azonban, az ellen­reformáció innen is kiüldözi. Újból hontalan tehát a világhíres Kepler . ..

1628-ban a híres hadvezér, Wallenstein fogadja házába, de sehogyse fér meg egymással ez az ellentétes természetű két nagy ember. Kepler sorsának biztosítására a regensburgi birodalmi gyűlésre indul, hogy a császár tartozá­sának kiutalását a gyűléstől kérje. Útközben megbetegszik s Regensburgban meghal. Ravatala előtt egy régi weili játszótársa említette, hogy annakidején Kepler nagyapjának mindig azt mesélte, hogy egyszer — meglássa — császár leszek .. . Igen, Kepler lett a mennybolt ismeretének első és talán legnagyobb császára.

4.

*■ X-

■ ’r.

NEWTON

Newton.

Vannak szerencsés korszakok. A XVI. és XVII. század egyike az em­beriség legszerencsésebb időszakainak. Talán soha annyi kiváló alkotó ember nem élt, mint akkor. Az ember szinte ma is, sok esztendő távlatából, félő tisztelettel tekint e kor képviselői felé. De ennek a nagy kornak is kétség­telenül legnagyobb alakja Isaac Newton (1643—1727), ahogy egyesek nevezik : a fizika koronázatlan királya. A fizikusok legnagyobb alakjai vele egyidőben dolgoztak, így Hooke, Kepler, Toricélli, Huyghens. A nagy Galilei csak egy éve, hogy lehúnyta szemét, mikor Newton megszületett. Folytatni kellett a munkát, melynek horderejét a kortársak olyan világosan látták. Galilei elejtett fáklyáját nem emelhette volna fel Newtonnál méltóbb ember.

Élete úgy indult, mint a közönséges embereké. Iskolába küldték jómódú szülei, a fiú csakúgy nem tanult, mint a közönséges rossz tanulók, úgyhogy Newtonnak nemsokára ott kellett hagynia az iskolát. Aztán másik iskolában lassan beletör a diákéletbe, és mire magasabb iskolákba kerül, a rossz tanuló­ból egyszerre eminens lesz.

Gyerekkorában a szerkezetek és gépek érdekelték, ifjúkorában a mate­matika felé vonzódott. 20 éves csak, amikor felállítja binomiális tételét a kéttagúak hatványozásáról. Ez az els<£ önálló alkotása. Már ekkor is érdek­lődik a fizikairánt, de hivatása a mate­matikához köti. Ugyanis 26 éves korá­ban elfoglalja a cambridgei egyetem matematikai tanszékét. 1665-ben közli eredményeit az infinitezimális számí­tásokra vonatkozólag. Ezzel a mai differenciálszámítás megalapítója lesz. Leibnitz is eljutott ezekhez az ered­ményekhez, sőt jelölései már a mai elfogadott jelölések voltak. Bizonyos, hogy Leibnitz nem ismerte Newton munkáit, és eredményeihez más úton is jutott el, mégis kettőjük között évekig tartó hosszú, és igen szenve­délyes vita indult meg a prioritás tisztázása végett… Az utókor mind­kettőjüket elismeri felfedezőknek.

Leonardo da Vinci.

Newton érdeklődése azonban, ha később is, de mégis utat talál a fizika felé. Az akkori idők divatos vizsgálatait akarja előmozdítani: csillagászattal foglalkozik. Ezeknek a vizsgálatoknak azonban nagy akadálya, hogy hiányzik ^egy jó távcső. Sem a Galilei-, sem a Kepler-léié távcső nem elég tökéletes. Főleg az bosszantja és zavarja Newtont, hogy nem küszöbölhető ki a lencsék színi eltérítéséből származó hiba. Ezért inkább a Gregory által ajánlott, de még el nem készített tükrös-távcsövet szerkeszti meg. Teleszkópjával nagy hírre tesz szert. Az alig 29 éves professzort az angol tudományos akadémia, a londoni Royal Society tagjává választja.

Továbbra is optikai vizsgálatokkal foglalkozik. Eredményes munkálko­dásának gyümölcseként felfedezi a vékony anyagrétegekben létrejövő inter­ferenciajelenséget, az úgynevezett Newton-ié\e színes gyűrűket.

Előállítja és elsőként magyarázza meg a fehér fény színekrebomlását. Ennek kapcsán helyesen értelmezi a szivárvány keletkezését.

Optikai munkásságának betetőzé­seként felállítja a fény keletkezésére vonatkozó emissziós elméletét. Ez az elmélet, melyet a későbbiekben részle­tesen ismertetünk, az egyetlen Newton nagy alkotásai között, melynek nem volt elegendő tapasztalati támasza és kísérleti alapja. A fizikában pedig a haladás egyetlen lehetősége, hogy a kí­sérlet és elmélet egymás mellett halad­janak. Hogy egy fizikai elméletet hipo­tézisként elfogadjunk, annak feltétele, hogy az addig ismert és az elmélet által megszabott keretbe tartozó összes kísérlet megmagyarázható legyen ál­tala. Ez a Newton-té\e emissziós elmélet azonban sem a Leonardo da Vinci óta ismert fényelhajlási jelenségnek, sem pedig a Newton által felfedezett színes gyűrűknek nem tudta kielégítő ma­gyarázatát adni. Newtonnak fényelmélete felállításakor már elég nagy volt a tekintélye, és csak ezzel magyarázható az a tény, hogy a Huyghens által már akkor ismertetett hullámelmélet nem tudott követőkre találni. Talán Huyghensen kívül Hooke volt az egyedüli, aki komoly és erős harcot hirdetett az emissziós elmélet ellen. A vita azonban eldurvult és személyes térre terelő­dött át. így történhetett meg, hogy Newton optikai dolgozatait tartalmazó könyvét csak Hooke halála után adta ki. Ma már tudjuk, hogy végeredmény­ben Huyghensnék is és Newtonnak is igaza volt. A fény természete olyan, hogy megnyilvánulásaiban egyszer hullámtermészetű, másszor anyagi tulaj­donságú. Newton korában azonban kétségtelenül nagyobb jogosultsága volt a Huyghens-féle gondolatnak.

Talán ez a Hookevdl folytatott állandó és szenvedélyes vita fordította el Newton tekintetét az optikáról a mechanika felé. Kérdések vártak megoldásra. Newton merész elhatározással a legnagyobb kérdést választja ki. Egymástól függetlennek látszó nagy területeket kapcsol össze a gravitáció fontos tételé­nek kimondásával és ennek alkalmazásával.

Ismeretes, hogy Galilei már majdnem eljutott a gravitáció merész gon­dolatához, midőn a szabadesés törvényszerűségeit kísérletei alapján meg­állapította. Pontosan leírta, hogy a pisai ferdetornyon végzett kísérletei

32

szerint az eső test sebessége mennyivel lesz nagyobb, ha magasról ejtjük, mintha alacsonyabbról esik. Arra a kérdésre azonban, hogy miért gyorsul a szabadon eső test, Galilei nem tudott felelni. A kérdésre csak pár év múlva felel meg Newton.

Míg Galilei a szabadon eső test mozgásának törvényszerűségeit írja le nagy pontossággal, Kepler az égitestek mozgásában észlelhető szabályossá­gokat veszi észre. Rendkívül sok munkával rájön arra a három törvényre, melyeket minden kis gimnazista Kepler-iéle törvényekként ismer. Kepler tudja, hogy amit alkotott, az több az átlagmunkánál, hiszen Harmonices mundi című munkájának előszavában a következőket írja : «… el van vetve a kocka ; és ezzel befejeztem munkámat, édeskeveset törődve azzal, vájjon olvasni fogják-e a jelenben vagy a jövőben. El fog érkezni a nap, amikor lesz olvasója. Elvégre nem kellett-e Istennek 6000 évig várnia, míg bennem művének megfigyelőjére és megmagyarázójára talált*. Az alábbi kérdésre való felelettel azonban Kepler is adós maradt: Mi idézi elő a bolygók nap­körüli keringését ? A kérdésre ismét csak Newton adott feleletet.

Newton felismeri, hogy a szabadon eső testek mozgásának és a bolygók napkörüli keringésének egy oka van : az általános tömegvonzás. Minden test a másikat bizonyos erővel vonzza, és ez a vonzóerő annál nagyobb, minél nagyobb a két test tömege, és minél kisebb a köztük lévő távolság. Ez az egyszerű törvény megfejtette a titkot. Ugyanaz a gravi ációs erő idézi tehát elő a szabadon eső test gyorsulását, mely a bolygók napkörüli keringését is létrehozza. így lett a gravitáció az első átfogó, egyetemlegesen érvényes tör­vény a fizikában. Ebből a gondolatból Newton levezeti a Kepler-ié\e törvé­nyeket és kidolgozza az égitestek mechanikáját.

A gravitációról írt nagy összefoglaló munkáját 1686 április 28-án mutatja be a Royal Societyben. Milankovich csillagász írja erről az ülésről : »Soha tudományos testület ennél jelentőségteljesebb összejövetelt még nem tartott. Az emberi szellem ezen az ülésen olyan vakító fénnyel lobbant fel, hogy a világűr nagy távlatait egyszerre bevilágította.* A munka nyomtatásban csak egy év múlva jelenhetett meg, Philosophiae Naturális Principia Mathematica címmel. Ez volt az első elméleti-fizikai könyv. Ebben a munkában befejezi Galileinek a dinamikára vonatkozó fejtegetéseit is. Megfogalmazza a mecha­nika három fontos alaptörvényét, melyeket mi Newton három axiómája néven ismerünk, és melyek közül az első kettőt még Galilei fedezi fel. Ez a hárdin axióma volt a klasszikus fizika sarkköve. Ezen axiómák egyike szerint vala­mely test mindaddig nyugalomban marad, míg valamilyen erő onnan el nem mozdítja. Ez a törvény magától értetődik, — hiszen ezért is axióma. — és érvényességét mindenki naponta tapasztalja. Van azonban ugyanennek az axiómának egy második része is, mely így hangzik : Minden test megmarad egyenesvonalú egyenletes mozgásában mindaddig, míg valamilyen erő nem hat rá. Bizony itt már gondolkodnunk kell, hogy tényleg olyan magától- értetődően így van-e ez, hiszen még egyikünk sem tapasztalta, hogy a meglökött, vagy elgurított tárgyak mozgásban maradnak. De figyeljünk csak : nem hat-e ezekre a mozgásban lévő tárgyakra mindig valamilyen erő? Bizony hat. A súrlódás. Ha ez a súrlódás nagy, a tárgyak kisebb utat tesznek meg, mintha a súrlódás kicsi. Gurítsunk csak el egy golyót egyrészt göröngyös úton, másrészt síma jégen ugyanakkora erővel, rögtön tapasztalhatjuk, hogy ha a súrlódás kisebb, azaz tárgyunk a jégen gurul, a mozgás tovább tart, és a megtett út is nagyobb lesz. így azután megértjük, hogy ennek az első axiómának igaza lehet, ha olyan mozgásokat veszünk figyelembe, amelyekre semmiféle erő nem hat.

A Galilei-Newton-féle második axióma az erő fogalmát határozza meg.

33

A harmadik axióma pedig azt mondja, hogy minden erővel szemben működik egy ellenerő, mely az előbbivel egyenlő nagyságú, de iránya azzal ellentétes. Ha például a falba erősített rúgót meghúzom, ahhoz, hogy azt kifeszítve tartsam, erőkifejtésre van szükségem, mert a rúgó is húz engem. Ugyanígy, ha a puskából golyót lövünk ki, akkor a puska hátralök minket. Természetesen ekkor mi csak kis úton végzünk elmozdulást, míg a puska­golyó nagy utat tesz meg. Ez azért van, mert a nagysebességű és kistömegű puskagolyónak egy nagy tömeget kell elmozdítania. Csak megemlítem hogy ennek a visszahatási erőnek mozgás céljára való felhasználásának gondolata is Newtontól származik. Tehát a rakétaautó és repülőgép megalkotásának gondolatát még Newton vetette fel, aki egy értekezésében kifejti, hogy ez a visszahatási erő alkalmas arra, hogy még légüres térben is mozgásba hozzon közlekedési eszközöket.

Nyilvánvaló, hogy a fizika legnagyobb jelentőségű könyvei egyikének megjelenése szerzője tekintélyét öregbítette. 1689-ben az egyetem tanácsának képviselője lett a parlamentben. A politikába azonban sohasem szólt bele. Azt mondják, hogy a parlamentben is csak egyszer szólalt fel, amikor is figyelmeztette a szolgát, hogy az egyik ablakot tegye be, nehogy a légjárás az éppen beszélő szónoknak megártson. 1699-ben nagyjövedelmű állásba nevezték ki: a pénzverő hivatal igazgatója lett. A kinevezést lord Halifax pénzügyi kancellárnak Newton iránti barátsága tette lehetővé. Sokak szerint Newton unokahúga, aki iránt Halifax mélyebb vonzalmat érzett, protegálta Newtont. Erre célozva írja Voltaire: nHalifax szenvedélye inkább ajánlotta Newtont a kinevezésre, mint az infinitezimális kalkulus és az általános gravi­táció.« 1703-ban a Royal Society Newtont elnökévé választja, és ezzel elérte a legnagyobb angol tudományos kitüntetést. Közben még Anglia királya lovagi címet is ajándékoz Anglia legnagyobb fiának.

Valahogyan azonban a sok siker nem segítette elő munkálkodását. Sőt munkálkodása határozottan kisebb értékű lett azután, hogy a tekintélyes állást és a szép jövedelmet megkapta.

Hányszor sóvárgunk mi, mostoha körülmények mellett kutatók is egy jól berendezett laboratórium után, ahol nem kell küzdeni heteken, hónapokon keresztül egy egyszerű eszköz elkészítéséért. Sokszor mondjuk: mennyivel jobb egy angol, vagy egy amerikai kutatónak, aki nagy pénzek fölött rendel­kezve megtalál mindent, és ami fontos : gyorsan.

Sok-sok példával igazolhatnám, hogy az igazság középen van. Nem jó a szegényes laboratórium sem. Az eszközök, műszerek ismeretét viszont csak az sajátíthatja el, aki maga is segített annak a műszernek az összeállításában. Ez a munka aztán még növeli bennünk az eszközök iránti szeretetet is, ami pedig igen fontos, hiszen csak így érhetjük el, hogy a kabátunkkal együtt az egész világot levetjük, ha belépünk a laboratóriumba. Itt bent nincs más, csak a cél felé való törekvés : megismerni a megismerhetőt.

Newton példája — csak egy a sok közül — minden kutatót kell hogy figyelmeztessen arra, hogy a nagy alkotások ritkán születnek jólétben és gazdagságban.

Jelentős kisebb munkáit fel se sorolom. Ezek az alkotások egy közönsé­ges embert tudósi rangra emeltek volna, de Newtonnál csak kisebb eredmé­nyeknek számítanak. Jelentős munkássága a fizika egész területét átölelte és mindenütt nagyot és maradandót alkotott.

Mint ember, egy a sok közönséges, mindennapi ember közül. Jó és rossz tulajdonságai csakúgy voltak mint mindnyájunknak. Tudósi mivoltát csak szellemének ragyogása tükrözte. Csak egy megnyilvánulásában hasonlított a közönség által elképzelt tudós-ideálhoz : szórakozott volt. Egyik életrajz- Koczkás Gyula: örök törvények. 3

34

írója szerint egy ízben meghívta ebédre egy igen jó barátját. A barát pont tosan meg is jelent az ebéden, azonban a házigazda még dolgozott. A bará- egy ideig még türelmesen várt, de mikor már igen megéhezett, az ebédre szán­csirkének pontosan a felét elfogyasztotta, aztán másik felét letakarva az ászt talon hagyta, ő pedig távozott. Mikor aztán a munkában eltemetkező Newton is éhes lett és kiment ebédlőjébe, meglátta a fél csirkét, így kiáltott fel : »Azt hittem, hogy még nem ebédeltem, de látom, hogy csalódtam.«

Ez a rendkívüli ember, annyi sok tudományos eredmény megalkotója 1727 március 31-én hányta le örökre szemét 84 éves korában. A Westminster apátságban helyezték ö-ők nyugalomra. Síremlékén a következő szavak olvas­hatók : »Itt nyugszik Sir Isaac Newton, aki matematikai felfedezés alapján szinte isteni elmeerővel állapította meg a bolygók mozgását és pályáját, az üstökösök útját és a tengerjárás törvényét; kikutatta a színek sajátságait és a fénysugarak közti különbséget, amelyet előtte senki még csak nem is sejtett; a természetet, a történelmet és a szentírást, buzgón, éleselméjűen és megbíz­hatóan magyarázta ; a mindenekfelettálló isteni felséget tudományosan hir­dette, és életét evangélumi egyszerűségben élte végig. Minden halandót öröm­mel tölthet el, hogy az emberiségnek ilyen dísze adatott nekünk.*

Newton törekvése, hogy az összes fizikai jelenségeket mechanikai úton magyarázza, a XX. század elejéig uralkodó elv volt a fizikában. A mechanikai magyarázatra Newton legkülönbözőbb vizsgálatainál is törekszik. Egyszer egyik előadásában mondotta : »És vajha ilyen következtetések révén a ter­mészet egyéb tüneményeit is mechanikai törvényekből lehetne levezetni.« Newtonnak ezt a gondolatát fejlesztik tovább a klasszikus fizika nagy­szerű képviselői, akik a hang-, a hő-, a fény- és az elektromos jelenségek összes megnyilvánulásaiban csak a mozgást tekintették lényegesnek. Helm- holtz, a németek nagy fizikusa, már úgy fogalmazza meg a természettu­dományok legfőbb célját, hogy az »minden kérdés megoldását a mecha­nikában találja meg«. A múlt század egy másik nagyszerű képviselője, lord Kelvin, pedig már kijelentette, hogy az egész világmindenségből »nem ért meg semmit, amit nem lehet mechanikai képlettel kifejezni*.’

Ez a felfogás természetszerűleg beletorkollott abba a felfogásba, mely a világmindenséget is gépszerűnek képzelte el. így lett mechanikai felfogás. Newton törekvéseiből. így lett materializmus Newton mély hitéből. Az emberek ugyanis úgy vélték, hogyha az egész természeten az okság törvénye uralkodik, akkor ez alól a törvény alól az ember se lehet kivétel. így vált ebben a materialista nézetben minden géppé és gépszerűvé. Ez- a világnézet nem hitte a szabadakaratot, hiszen a természet mechanikai értelmezéséből ez sehogyse következett.

A newtoni gondolat követői tehát ott tartottak, ahol Galilei ellenzői. Galilei ellenzői is azt hitték, hogy minden az emberért van és most a XIX. század felvilágosult embere is azt hiszi, hogy az emberi ész mindent meg tud magyarázni.

Közben észre se vették ezek a nagy világmagyarázók, hogy már elhagy­ták a természettudományok talaját és megállapításaiknak semmi köze többé a természettudományokhoz, hiszen már az induktív gondolkodást otthagyva, csak dedukcióval haladtak tovább. Ez a dedukcióba vetett hit pedig az igazi haladás kerékkötője, mely Mikola szerint »az az örökös ábránd, mely hiszi, hogy kevés szóval, vagy egy formulával a mindenséget megfejtheti*.

A XIX. század nagy természetvizsgálói azt sem látták, hogy mennyi még a felderítetlen probléma. Ők csak a nagyszerű haladás tempójának szé­dületes iramát érezték, amely aztán el is szédítette őket. Ma a mikrokozmosz világába való egyszerű betekintés is elveszi a fizikusok magabízó gőgjét.

35

Ma minden fizikus látja, hogy a természetvizsgálónak meg kell állni ott, ahol műszereinek érzékenysége megállásra kényszeríti. A kísérletet nem szabad ad infinitum gondolkodással »fejleszteni«. A kísérlet és elmélet csak együtt és egymás mellett adhatják meg a helyes haladás irányát és távolságát. . .

Newton volt az elméleti fizika megalapítója. (5 volt az első, aki tuda­tosan használta együtt a matematikát és kísérletet, a fizikai haladás ezen két nélkülözhetetlen segédeszközét. Egész munkássága a kísérletnek és elmélet­nek gondos mérlegelése. Előtte még senki sem értette úgy meg a ma már általánosan ismert tételt: omegfigyelni gondolkodás nélkül éppoly káros, mint gondolkodni megfigyelés nélkül«. Alkotásainak érvénye örök. Megálla­pításai nevét időtlen időkig a legnagyobb szellemek között tartják. Saját maga ugyan tengerparton játszadozó gyermekhez hasonlítja magát, aki bár talált néhány szép kavicsot, néhány szép kagylót, de az Igazság óceánjáról még nem tud semmit. Newtonról, évszázadok távlatából nyugodtan elmondhatjuk : ideális ember volt, Istennek munkatársa.

i

f

EINSTEIN ÚJ VILÁGA

A fizika Galilei óta úgy haladt, hogy mind a kísérleti, mind az elméleti rész egymással párhuzamosan fejlődött. Vagy a kísérleti rész előzte meg az elméletet és várta az egységes magyarázatot, vagy az elmélet fejlődött jobban és alkalmat adott a kutatóknak újabb értékes tények megismerésére — kísér­letek által. Azonban ha a fizika csak a tények halmaza lenne, akkor leíró tudo­mánnyá degradálódnék, ha pedig csak elméleti, csak deduktív úton fejlődne, akkor szellemtudománnyá válnék. A fizikus tehát megfigyel és gondolkodik. Ez a kettősség adja a fizikai kutatás lényegét.

Midőn tehát Galilei megismerte a szabadesés tüneményét és sok-sok kísérlettel eldöntötte, hogy a különböző súlyú testek egyformán esnek, már akkor azt is megállapította, hogy minden testre kell egy állandó erőnek hatnia, másképpen nem lehetne a szabadon eső testnek gyorsulása. Galilei azonban arra, hogy mi ennek az erőnek a lényege, mely minden testre egyformán hat és ami az eső testek egyenletesen gyorsuló mozgását előidézi, még nem tudott megfelelni. A Galilei-iéls kérdést már más formában ‘Kopernikus is feltette, midőn kimondotta, hogy a bolygók a nap körül keringenek. A kérdésre azon­ban ő sem tudott feleletet adni. Sőt tovább menve Kepler sem képes meg­magyarázni, hogy milyen erő hatására mozognak a bolygók a nap körül elliptikus pályákon. Hooke már sejtette, hogy a bolygók a nap voníása miatt keringenek, de sejtését nem öntötte megfelelő formába. Newton volt az első, aki észrevette, hogy a földi testekre és a csillagokra egyformán érvényes az általános vonzás törvénye. így vált a gravitáció Kopernikus, Galilei, Kepler megállapításainak megmagyarázójává. Az egységre törekvő fizikának így lett a gravitáció az első átfogó törvénye.

Az összes mozgásjelenségek magyarázatánál tehát a Newton-ié\e axiómák és az általános tömegvonzás lettek a normák. Már pedig a mozgásjelenségek magyarázata elengedhetetlen feltétele a fizika helyesirányú fejlődésének, hiszen ma már minden természeti jelenséget egyszerű mozgási jelenségekkel magyarázunk.

Számunkra azok a hangok, melyekből Kodály legszebb alkotásait kompo­nálja, már a levegő rezgései, mi már tisztában vagyunk azzal, hogy a mezei virágokból összeállított tarka virágcsokorból szemünkbe jutott fény külön­böző rezgésekből áll és azt is tudjuk, hogy a kályhánk adta jóleső meleg a molekulák erősebb mozgásának eredménye. Végeredményben az égitestek birodalmának, az atomok világának és a közönséges jelenségeknek minden mozzanata mozgásokra vezethető vissza. Hogy pedig a mozgásokat pontosan írhassuk le, szükségünk van a térnek és időnek pontos meghatározására.

’-T

37

Nézzük először is a legegyszerűbb mozgásokat. Miről ismerhetjük fel, hogy például íróasztalunkon elmozdult a rajtalévő hamutartó? Ugye egysze­rűen arról, hogy megnézzük, melyik tárgy mellett volt előbb és most melyik mellett van. Ha például azt találjuk, hogy a hamutartó a tintatartó mellett van és később az óra mellett találjuk meg, akkor megállapíthatjuk, hogy hamutartónk mozgott. Már nehezebb a mozgás tényét abban az esetben megállapítani, ha íróasztalunkon ezen a hamutartón kívül más tárgy nincs. Ilyenkor csak méréssel dönthetjük el, hogy hamutartónk mozog-e vagy sem. Ha ugyanis megmérjük a hamutartónak az íróasztal két egymás mellett lévő élétől való távolságát, akkor ezen adatok megváltoztatása bizonyítja a hamu­tartó mozgását. De gondolkozzunk csak ! Bizonyos, hogy hamutartónk moz­gásban van, ha az asztal széleitől mért távolságok megváltoznak? Egyáltalá­ban nem ! Hiszen megtehetjük, hogy a hamutartót felemeljük és közben az íróasztalt elhúzzuk alatta. Tehát a távolságmérések eredményéből egy olyan valaki, aki nem látta mesterkedésünket, joggal azt következteti, hogy a hamutartó mozgott. Mi pedig tudjuk, hogy nincs igaza. Ezen kísérletek alap­ján megállapíthatjuk, hogy valamely tárgy mozgását csak úgy tudjuk meg­állapítani, ha annak helyzetét összehasonlítjuk egy mozdulatlanul — és ezen van a hangsúly — álló tárgy helyzetével.

A newtoni, vagy ahogy nevezni szokták, a klasszikus fizikában a termé­szeti jelenségek lefolyását mindig a végtelen kiterjedésű és abszolút nyugvó térben figyelték meg. Abszolút nyugvónak pedig azt a teret nevezték, melyben a mechanika alaptételei abszolút pontossággal érvényesek. Ezek az alap­tételek pedig Newton három axiómája.

Mozogjon egy ilyen abszolút nyugvó térben egy vonat egyenes irányban másodpercenként 10 méteres sebességgel. A vonaton utazzon egy fizikus a megfelelő kísérleti felszereléssel. Állítsunk ezen vonat mellé egy másik vonatot és ez is mozogjon egyenesvonalú pályán másodpercenként 5 méteres sebes­séggel. Mi, akik ebben az abszolút térben megfigyelők vagyunk, azt látjuk, hogy az első és a második vonat rendszerünkhöz viszonyítva egyenesvonalú egyenletes mozgást végez és mindkét mozgás követi a tehetetlenség törvényét. Az első vonatban lévő fizikus, ha méréseit akkor kezdi meg, mikor a két vonat egymás mellett van és éppen indul, úgy az első másodperc végén azt fogja meg­állapítani, hogy a második vonat 5 méterrel hátrább van, mint az ő vonata. . Ebből viszont azt következteti, hogy a második vonat 5 méter másodpercen­kénti sebességgel halad, a vonat haladási irányára nézve azonban ellenkező megállapításra jut, mint mi. A második másodperc elteltével ismét mér a vonatban ülő fizikus és ismét megállapítja, hogy a második vonat sebessége 5 méter másodpercenként. Akárhány mérést is végez, eredménye ugyanaz marad, tehát megállapítja, hogy a második vonat egyenesvonalú egyenletes mozgásban van és követi a tehetetlenség törvényét. Mivel pedig az alap­törvények pontos követése az abszolút nyugvó rendszernek egyedüli ismer­tetője, az első vonatban utazó fizikus jóhiszeműen megállapítja, és nem minden jcg nélkül, hogy az ő rendszere az abszolút nyugvó rendszer. Most aztán mi, akik az egészet nyugvó rendszerünkből figyeltük, igen furcsán érez­zük magunkat, hiszen pontosan láttuk, hogy az a vonat is mozgott, melyben a fizikus ült. Mindebből azt következtetjük, mivel Newton axiómái mindkét rendszerben egyformán érvényesek, hogy az abszolút nyugvó tér vitáját nem tudjuk eldönteni.

Ebből viszont már önként következik, hogy a nyugalom és az egyenes­vonalú egyenletes mozgás relatív foga mák. Ennek a ténynek felismerése Galilei érdeme, aki által fe’állított matematikai képletek, az úgynevezett Galilei féle transzformációk, révén egyik rendszerből a másikba minden

38

zökkenés nélkül »mehetünk át«. A newtoni fizikának ezt a nevezetes meg­állapítását a klasszikus mechanika relativitási elvének nevezzük.

Igaz, hogy a térnek ez a relatív fogalma, csak a mechanikánál lép előtérbe, viszont a fizikának egyik főtörekvése, hogy minden természeti jelenséget mechanikai utón magyarázzon. Ezért Lorenz (1853—1928) a Galilei féle transzformációkat az elektromágneses teret leiró Maxwell (1831 —1879) egyenletekre igyekezett alkalmazni. Vizsgálatának eredményeképpen azt állította, hogy mivel az elektromágneses hullámok sebessége egyezett a fény terjedési sebességével, tehát a fény sebességének más- és más lesz az értéke, ha azt nyugalomban vizsgálom, vagy úgy, hogy én is mozgok a fény haladási irányában, vagy éppen ezzel ellenkező i ányban. Valahogyan úgy tudnám érzékeltetni Lorenz egész gondolatmenetét, hogy elmondok egy példát. Folyóvízben úszunk. Természetesen más lesz a sebességünk, ha a folyó folyásával egvirányban uszunk — ekkor lesz a legnagyobb —, megint más lesz a sebességünk, ha a folyó folyásával ellenkező irányban uszunk — ekkor lesz sebességünk a legkisebb —, és ismét más lesz ha a folyó folyására merőleges irányban végezzük az úszást. A fénysugár, mint tudjuk, másodpercenkint 300.000 km utat tesz meg. Ha mármost egy földi fényforrást veszünk, akkor, mivel a föld is kering a nap körül, másodpercen­ként körülbelül 30 km-es sebességgel, akkor ennek következtében a fény­forrásból kijövő fény sebessége, vagyis hullámhosszúsága meg kell hogy változzék, ha a fény a föld mozgásának irányában, erre merőleges irányban, vagy ezzel ellenkező irányban halad.

Mindezt, amit elmondottam, a matematika kutató módszerét használva kaptuk meg, mint következményt. Azonban a fizika ezeket az eredményeket, melyekhez deduktív úton jut, sohasem fogadja el helyesnek, mert ezeket, hogy belőlük fizikai igazság váljon, tapasztalati tényeknek kell még igazolni. A természet tüneményei ugyanis sohasem matematikai szükségszerűséggel lépnek elénk, hanem, mint anyagi sajátságoktól függő adottságok. Ezeknek az adottságoknak — a jelenségeket létrehozó oknak — megismerése a célunk.

Michelson (1852 — 1931) amerikai fizikus még 1881-ben saját szerkesztésű eszközével — a Michelson-iéle interferométerrel — végezte kísérleteit, melyek alkalmasak voltak arra, hogy amennyiben a fény hullámhossza a sebesség irányától függően megváltoznék, azt ki is mutassa. Berendezésének pontos­sága olyan volt, hogy az elméletileg kiszámított változásnak %%o‘étis kimu­tathatta. Michelsonnak a fényinterferenciacsíkok helyzetének megváltozását kellett volna az elmélet szerint tapasztalnia. Ezzel szemben sokszor megismé­telt kísérletei semmiféle változást nem mutattak. A Michelson-iéle negatív kísérlet szerint a fény terjedési sebességét nem befolyásolja, hogy az észlelő mozog-e vagy sem, a fény sebessége mindig 300.000 km marad másodpercen- ké’ t. A kísérletet kissé módosítva 1886-ban megismételte Michelson és Morley, eredményük ismét negatív volt. A többször, különféle módon megismételt kísérlet eredményét el kellett tehát fogadni. Most azonban az előtt a feladat előtt álltak a fizikusok, hogy valamilyen elfogadható magyarázatot találjanak, mely megmagyarázza a kísérlet negatív voltát. Lorenz és Fitzgerald a Michelson- féle kísérlet megmagyarázására a következő hipotézist állították fel : az összes testek, tehát mérőeszközeink is összehúzódnak a mozgás irányában. Ezt a megrövidülést, melynek mértékét is megadja Lorenz, az anyag atomjait össze­tartó, elektromos természetű erők megváltozása idézné elő. Eredményeképpen a fénysebesség látszólagos megváltozását a távolságok megváltozása éppen kiegyenlítené. Éppen ezért a Michélson-iéle kísérletnek eredménytelennek kel­lett lenni éppen úgy, mint minden olyan kísérletnek, mely a föld abszolút moz­gásának kimutatására irányul. A Lorenz-féle kontrakciós elmélet igazolása

39

vagy ellenőrzése kísérletileg nem lehetséges, hiszen amint mérőeszközünket a mozgás irányába hozzuk, az is megrövidül, tehát az így végzett mérés mindig ugyanazt az értékeket szolgáltatja, melyeket a nyugalomban lévő rendszernél is kapunk.

Einstein (1879— ) volt az első, aki felismerte a Híichelson-féle kísérlet

eredménytelenségének elvi jelentőségét és a problémát a newtoni abszolút tér és abszolút idő fogalmainál fogta meg. A tér relativitásával már foglalkoz­tunk, most nézzük az idő relatív fogalmának kialakulását.

Amint a térnek csak relatív fogalma ad értelmet, éppúgy az egyidejűségről sem beszélhetünk másképpen, csak a relativitás szemüvegén keresztül. A newtoni fizika szerint »az abszolút, valódi és matematikai idő önmagában és természeténél fogva bármely külső tárgyra való vonatkozás nélkül folyik le«. Ezen az alapon két térbelileg elkülönített esemény egyidejűsgét megállapít­hatjuk, ha elegendő pontos időmérőnk van. Ezen felfogásból az is következik még, hogy akármilyen módon végezzük is az időmeghatározást, eredményül mindig ugyanazt az értéket nyerjük.

Próbáljuk most Einstein gondolatmenetét követni. A fizika az idő méré­sét úgy kezdte, hogy egy mértéket választott. Ezután megállapította, hogy az idő egyenletesen folyik tovább. A későbbiekben keresett egy órát és ezt meg is találta az égitestek mozgásában. Ehhez igazította a földi órákat. Csakhamar rájött, hogy az »égi óra« sem ideális óra, mert aszerint más és más lenne az idő, hogy a nap vagy a hold, vagy a bolygók vagy az állócsillagok mozgását venné mérték gyanánt. Ezek közül tehát kiválasztott egyet és ez lett a mérték. így azután időtartamokat a lehetőségekhez képest pontosan tudott mérni. A fizikában azonban az időrend megállapítása is nagyon fontos feladat. A történések törvényszerű kapcsolatával állapíthatjuk meg az idő­rendet. így például, ha elveszítünk egy könyvet, akkor a megtaláló jogosan állapítja meg, hogy a könyv nem veszhetett el előbb, mint mielőtt a könyvet kiadták. Tehát az oksági rendet kell mindig felállítani, ha időrendet álla­pítunk meg. Az idővel kapcsolatos mérések között igen fontos még az egy­idejűség megállapítása is. Elsütünk egy ágyút és egy megfigyelő az ágyútól — mondjuk — 2 km-re tartózkodik. Az ágyú hangját meghallja, megnézi óráját, megállapítja a pontos időt és az ágyú elsütésének idejét közli velünk. Kérdés, helyesen állapította-e meg a megfigyelő az ágyú elsütésének időpontját? Megállapíthatjuk, hogy megfigyelőnk tévedett, hiszen a hangnak időre van szüksége, hogy a 2 km-es távolságot befussa, tehát, ha ő az ágyú elsütésének időpontját az ágyú hangjának megérkezésére teszi, tévedett. De tévedne akkor is, ha az ágyú elsütésének idejét az ágyú elsütésekor felvillant fény megjelenésével állapítaná meg. Igaz, hogy tévedése kisebb lenne, hiszen a fény terjedési sebessége (300.000 km másodpercenként) a hangénál (333 m másodpercenként) körülbelül 900.000-szer nagyobb, de mégis csak idő kell a fénynek is a távolság befutására. Legjobban akkor látjuk ezt, ha nagy távol­ságokat veszünk. így például, ha most észreveszünk egy új csillagot, aztán megállapítjuk a távolságát, abból, hogy a csillag »kigyulladásakor« elindult fény csak most érkezett hozzánk, egyáltalában nem következik, hogy a csillag fénye is most keletkezett. Sőt! A fény terjedési sebességéből és a csillag távol­ságából megállapíthatjuk, hogy ez a fény például már 1848-ban elindult felénk, de csak most érkezett hozzánk. Az egyidejűség megállapítása nem is olyan könnyű, mint azt első pillanatra gondolnánk. Tegyük fel, hogy időt jelzek 1,500.000 km távolba. Pontosan 12 órakor telefonálok. Az elektromosság is, csakúgy, mint a fény, 300.000 km-es másodpercenkénti sebességgel halad, tehát a másfélmillió km lefutására 5 másodpercre van szüksége. Az ottani megfigyelő nekem azonnal jelzi, hogy »óráját« 12 óra 5 másodpercre állította

40

be. Mikor én ezt a választ meghallom, már 12 óra 10 másodperc van. Honnan tudjuk már most, hogy megfigyelőnknek igaza volt-e, midőn óráját 12 óra 5 másodpercre állította be? Csak azt tudjuk bizonyosan, hogy időjelzésünk meg­érkezése 12 óra és 12 óra 10 másodperc közötti időre tehető. Az időjelzés megérkezésére vonatkozó megítélésünk minden más eszköze hiányzik nekünk. Ha tudnánk valamit a fénynek ide-oda való sebességéről, akkor más lenne a helyzet. Igen, ha megfigyelőnk órája a mienkhez lenne igazítva, akkor meg­állapíthatnánk időjelzésünk megér­kezését. Sebességet tehát csak akkor mérhetünk, ha a különböző helyeken már megállapítottuk az egyidejűsége­ket. De egyidejűséget megállapítani sebességmérésekkel nem lehet. Az ab­szolút idő csak elménknek fikciója éppúgy, mint az abszolút tér, hiszen errevonatkozólag minden tapasztala­tunk hiányzik.

Einstein megállapítja tehát, hogy a tér is, az idő is a megfigyelő helyze­tétől függő mennyiség. Tehát az 1 másodperc időtartam rövidebb, ha óránk nyugalomban van, mintha egye­

nesvonalú egyenletes mozgásban lenne. Arra a kérdésre: »hány óra?« a külön­böző órák (nem zseb- vagy ingaórát értünk !) egymástól eltérő feleletet adnak. Megállapíthatjuk tehát, hogy az idő is a mozgástól függő relatív mennyiség. Einstein már most általánosította a klasszikus mechanika relativitása elvét és azt mondja, hogy minden — nemcsak a tisztán mechanikai! — ter­mészettünemény nyugvó rendszerben ugyanúgy folyik le, mint egyenesvonalú egyenletesen mozgó rendszerben. Ez volt Einstein végkövetkeztetése a Michelson—Morley-féle kísérlet eredménytelenségéből. Ezt a következtetést nevezte el a speciális relativitás elvének.

A Michelson-íéle kísérlet megmagyarázását illetőleg Einstein is ugyan­arra az eredményre jut, mint Lorenz ; csak míg Lorenz elméleténél a mozgó testek megrövidülése hipotézis, addig Einsteinnél következmény. Einstein szerint relatív fogalom a test hosszúsága is, tehát mozgás közben a távolságok megrövidülnek. Minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb a megrövidülés mértéke. Ha a test a fény terjedési sebességével mozogna, akkor a hosszúság­nak zérusra kellene összezsugorodni. Tehát a speciális relativitás elve feltéte­lezi és megköveteli, hogy a fénysebesség legyen a legnagyobb sebesség, melyet azonban egy test se érhet el.

A speciális relativitás elve szerint az összes jelenségek négydimenziós tér­idő rendszerben folynak le. A tér jellemzésére szolgáló három adat mellé tehát negyediknek belép az idő is. Évezredek megszokott, szemléletes fogalmai helyébe a relativitás a szemléletességtől mentes, csupán matematikailag levezethető új fogalmakat állít. Einsteinig mindnyájan hittük, hogy a 3 dimenziós euklidesi térben élünk és az összes ismert természeti jelenségek is ebben az euklidesi térben játszódnak le. Felépítettük a szemléletes euklidesi geometriát és nem is tudtuk a jelenségeket máskép értelmezni, csak szemlé­letesen.

Ezt a szemléletességet a geometriából először Bolyai János (1802—1860) űzte ki, aki megalkotta az abszolút geometriát. A legnagyobb magyar zseni büszkén írta apjának : »a semmiből egy új világot teremtettem«. Ez a Bolyai- féle »világ« elképzelhetetlen számunkra, hiszen itt az összetartó egyenesek egymást nem metszik és a tér elképzelése is egészen más, mint a megszokott Euklides-iéle geometriában. Ennek a Bolyai-féle geometriának csak egy spe­ciális esete az euklidesi geometria. Megemlítem, hogy Bolyaitól függetlenül Lobacsevszkij (1793—1856) orosz matematikus is megalkotta ezt az abszolút geometriát és eredményei a Bolyai-féle eredményekkel tökéletesen egyeznek.

Később a német Biemann (1826 —1866) egy új geometria alapjait rakta le, melynek a Bolyai—Lobacsevszkij-féle abszolút geometria is csak egyik esete. A Biemann-féle tér a legáltalánosabb geometriai tértípus, melyet a mate­matikában ismernek.

A matematikusoknak ezen eredményeit alkalmazta a fizikábanE’instein, Minkowsky és mások, midőn az iránt érdeklődtek, melyik tértípus van meg a valóságban? Minkowsky szerint csak látszat az, hogy mi egy 3 dimenziós világban élünk. Minden esemény meghatározásához 4 adat kell: 3 a térbeli helyzet meghatározására és 1 az időére. Az idő mértékegysége is megváltozik. Eddig azt mondottuk, hogy egy másodperc a középnapnak 86.400-ad része, most azt mondjuk, hogy 1 másodperc az az idő, mely alatt a fény megtesz 300.000 km-t. A két meghatározás között a közönséges világban nincs különb­ség, de elvileg igen fontos, hogy nem a »változó« középnaphoz kötjük idő­mértékünk egységét, hanem az egyetlen »abszolutumhoz«, a fény terjedési sebességéhez.

A klasszikus fizikában a fizika harmadik alapegysége, a tömeg is állandó. A relativitás elve szerint a mozgó test tömege nagyobb, mint a nyugalomban lévőé. Mivel pedig a tömeget a következő képlet határozza meg : erő = tömeg X gyorsulás, ebből következik, hogy az energia növekedése maga után vonja a tömeg növekedését is. A tömeg és az energia tehát azonos mennyiségek : minden tömeg képvisel bizonyos energiát és viszont. így a tömeg megmaradásá­nak elve beletorkollott az energia megmaradásának elvébe.

Ha a mozgási jelenségeket dinamikusan fogjuk fel, akkor a relativitás gondolatába belefér az erő fogalma is és így a mozgás relatív elméletét az erő relatív elméletével bővíthetjük. Az erő is relatív fogalom tehát.

Míg a speciális relativitás elve a fizikai jelenségek megmagyarázását csak akkor vállalja, ha azok nyugalomban vagy egyenesvonalú egyenletes mozgás­ban vannak ; az általános relativitás elve szerint, melyet Einstein 1914., 1915. és 1916. években fogalmazott meg, a fizikai törvényeket úgy állította fel, hogy azok ne csak nyugvó és egyenesvonalú egyenletesen mozgó rendszerekben legyenek érvényben, hanem minden más teszőleges mozgó rendszerben is.

Az általános relativitás elvének legjelentősebb következménye a gravi-, táció új felfogása. Newton idejében a gravitációt távolhatásnak fogták fel. Eszerint a gravitáció a tér minden pontján egyidejűleg van jelen. A távol­hatás dicsfényét először Faraday tépázta meg, aki a mágneses jelenségek vizsgálata közben azt az egyszerű jelenséget, hogy a mágnes magához vonzza a vasat, úgy képzelte el, hogy a mágnes az őt környező térben »egy fizikai valóságot« idéz elő, melyet Faraday mágneses erőtérnek nevezett el. Ez a mág­neses erőtér úgy hat a vasra, hogy az a mágnes felé törekszik.

Einstein hasonlóképpen képzeli el a gravitációt is. A föld környezetében nehézségi erőteret idéz elő és ez úgy hat egyes tárgyakra, hogy előidézi azok szabadon esését. Az erőterek előidézése igen gyorsan megy végbe, — a fény terjedési sebességével — de mégsem »ugyanabban a pillanatban*. Faraday nagyszerű felismerése Einsteinnél már következményként jelenik meg.

42

A nehézségi térnek van egy igen fontos tulajdonsága és ez az, hogy a különböző testek a légüres térben egyformán esnek. Az eső testek gyorsulása nem függ tehát sem a testek anyagi minőségétől, sem pedig a testek fizikai állapotától. Ezt a tudományban úgynevezik, hogy a test súlyos és tehetetlen tömege egyenlő egymással. Ezt a tételt báró Eötvös Lóránd, a magyar föld egyik legigazabb természettudósa rendkívüli pontossággal igazolta. Eötvös mérései szerint, ha van is különbség a test súlyos és tehetetlen tömege között, ez a különbség kisebb, mint a tömeg húszmilliomod része. Tehát a klasszikus fizika is ismerte azt a tényt, hogy a test súlyos és tehetetlen tömege egyenlő, de értelmezni már nem tudta. Einsteinnél ez oly módon nyert kielégítő magyará­zatot, hogy megállapítja : a testnek ugyanaz a tulajdonsága egyszer mint tehetetlenség máskor pedig mint nehézség nyilvánul meg.

Az általános relativitás elméletnek egy további igen fontos megállapítása, hogy a négy dimenziós rendszerben a fizikai jelenségek a Riemann-ié\e> geo­metria alapján értelmezhetők. Eszerint tehát a tér nem végtelen csak határ­talan. A tér görbült, azaz visszatér saját magába, hasonlóan a föld felületéhez, mely visszahajlik önmagára és ezáltal önmagában zárt felületet alkot. Míg az euklidesi geometriában két pont között legrövidebb út az egyenes volt, itt egy görbe vonal. Einstein előtt a bolygók és a hajított testek pályájának gör­bülését valamely nehézségi erő vonzásának tartották. Most erre a feltételezett nehézségi erőre nincs többé szükség, mert ezen tárgyak görbült pályáját az általános relativitás elve annak tulajdonítja, hogy ezek a legrövidebb úton, tehát görbe pályán mozognak. Míg tehát a klasszikus fizika szerint a testek nehézségi erők hatására esnek, addig az általános relativitás szerint azok a Riemann-ic\e térben görbült, úgynevezett geodetikus vonalakon mozognak.

Különben is a gravitáció mindenkor helyettesíthető egy egyenletesen gyorsuló rendszerrel. Ez azt jelenti, hogy nem tudjuk eldönteni, vájjon egy rendszer a gravitáció hatása alatt áll-e vagy pedig egy egyenletesen gyorsuló más rendszeré alatt. Képzeljünk el egy liftet, melynek belsejében rúgóra akasz­tunk fel egy testet. A rúgóra akasztott tömeg a rúgót bizonyos mértékben kifeszíti. Ha a lift felfelé mozog, a rúgó a tehetetlenség hatására még jobban kifeszül. De honnan tudjuk, hogy a rúgó kifeszülésének éppen ez az oka? Hátha egy nagy tömeget tettünk a lift alá és ennek gravitációs vonzása okozza a rúgó megnyúlását? Ebből a példából is láthatjuk, hogy gravitációs erőre többé semmi szükség, hiszen nélküle is meg tudjuk magyarázni a jelen­ségeket.

Miután röviden vázoltuk az Einstein-té\e. relativitási elméletet, lássuk most már, hogy ennek a rendkívül elvont elméletnek milyen érdekes követ­kezményei vannak. Ellenőrizzük mindjárt azt is, hogy a relativitás elméletből folyó következtetéseket sikerült-e kísérletekkel igazolni.

Nézzük először azokat a jelenségeket, melyeket Einsteinig nem tudtak megmagyarázni és neki a relativitás elmélete alapján sikerült a jelenségek meg felelő magyarázatát megadni. Newton is tudta, hogy a bolygók a nap körül ellipszispályán keringenek. Az is ismeretessé vált később, hogy ezek az elliptikus pályák az idők folyamán a nap körül elfordulnak. Az ellipszis pontjai tehát nem lesznek ugyanazok, hiszen ezek elmozdultak. Legnagyobb mértékben mozdul el a naptól számított legtávolabbi pont, az úgynevezett perihélium. Leverrier (1811 —1877) aMercurnál észlelte a perihélium elmozdulását. Észlelése alapján ez a mozgás egy évszázad alatt 42 percnek adódott. Ezt a kísérleti tényt a klasszikus fizika nem tudta megmagyarázni. Einstein úgy számította ki a Mercur pályáját, mintha az tehetetlensége folytán írná le mozgását a Riemann- féle görbült térben. Számításának eredményei pontosan egyeztek Leverrier észlelésével.

43

Einstein több bolygó perihelium mozgását is kiszámította. A Venusra azt találta, hogy a perihélium elmozdulása egy évszázad alatt 8 másodperc. A földre vonatkozólag pedig csak 4 másodpercet kapott számításai alapián. Sajnos, a mai fizika még nem rendelkezik olyan pontos műszerekkel, melyekkel ilyen csekély eltéréseket mérni tudnánk, ezért Einstein számításait kísérletileg nem ellenőrizhetjük.

A relativitási elméletnek egy másik, igen jelentős következménye, hogy a fénysugár gravitációs térben való elhaladása alkalmával elgörbül. Azt már említettük, hogy a relativitás szerint az energia és a tömeg azonos fogalmak, így tehát a fénysugár is felfogható mint tömeg, melyre vonatkozólag érvényes a tömegvonzás. Ha tehát a nagytömegű nap mellett halad el a fénysugár, akkor a fénysugár pályájának el kell görbülnie, hiszen a nap maga felé vonzza s ennek következtében a fény eredeti egyenes irányától eltér. Képzeljünk a nap közelében egy csillagot, mely fényét küldi felénk. A fénysugarat a nap eltéríti irányából, ami a csillag látszólagos eltolódását idézi elő. Ezt a látszó­lagos eltolódást fényképezés segítségével állapíthatjuk meg. A nap erős fénye miatt azonban csak akkor készíthetünk ilyen fényképfelvételeket, ha nap­fogyatkozás van. Ezért várták a világ fizikusai és csillagászai olyan nagy figye­lemmel az 1919 május 29-i napfogyatkozást, vájjon az szolgáltat-e majd megfelelő adatokat az elmélet mellett, vagy talán az ellenzőknek lesz igazuk és az észlelések a relativitás csődjét fogják jelenteni. . . Nagy feltűnést keltett a Naturwissenschaften című folyóirat 1919 október 17-i számában a 776. olda­lon megjelent pár sor: »egy az alulírotthoz intézett és Lorenz tanártól aláírt telegramm szerint a május 29-i napfogyatkozás észlelésére Eddington vezetése alatt kiküldött angol expedíció a fénysugárnak az általános relativitás­elmélettől megkívánt eltérítését a napkorong szélén megfigyelte. Az eddig megállapított értékek 0’9 és 1’8 ívmásodperc között feküsznek. Az elmélet 17-et kíván. Berlin, 1919 október 9. A. Einsteint Sikerült tehát igazolni az elméletnek ezt az első pillanatra hihetetlennek látszó következményét is.

Sokat emlegetett következménye az általános relativitáselméletnek az, amit Einstein-ha.tás néven szokás emlegetni. Ismeretes, hogy az idő a sebesség függvénye, tehát az egyenletesen gyorsuló mozgórendszer jelenségei lassabban folynak le, mint a nyugvórendszer jelenségei. Mivel pedig a gravitációstér egy egyenletesen gyorsuló rendszerrel helyettesíthető, tehát ebből következik az, hogy a jelenségek a gravitációs térben is lassabban folynak le. A napban lévő elektronok rezgései tehát lassúbbak, aminek viszont az lesz a következ­ménye, hogy a nap színképvonalai a földi fényforrások színképvonalaihoz képest kissé a vörös felé tolódnak el. Ez az eltolódás igen kicsiny, úgyhogy kísérleti kimutatására csak igen erős gravitációstérben gondolhatunk. A nap gravitációs tere elég nagy s így a fény hullámhossza az eredeti érték 2’12 milliomod részével nagyobbodik meg. Ezt az eltérést a színképelemzés mai fejlettsége mellett ki lehet mutatni. Grebe, Jewel, Uhler, Patterson, de külö­nösen John és Adams megfigyelései igazolták Einstein következtetésének helyességét. Ezek a kutatók a nap színképvonalainak a földi színképvona­laktól való eltávolodását akkorának észlelték, amekkorát éppen megkövetel a relativitás. A Mount Wilson-obszervatórium 1920 óta a színkép különböző részeire gyűjti az adatokat. Ez a bő adathalmaz egyértelműleg igazolja, hogy a színképvonalak a nehézségi erő hatására a vörös felé tolódnak el.

A tömeg és energia azonosságából, valamint az energiának a sebességtől való függéséből következik, hogy a gyorsabban haladó test tömege nagyobb lesz. Ha tehát egy test a fény sebességét elérné, tömege végtelen naggyá válna. Mivel a közönségesen előforduló sebességek nagysága a fénysebességhez képest igen kicsiny, ez a tömegnagyobbodás is a mérhetőség határán kívül fekszik.

44

Ismerünk azonban olyan jelenségeket, melyeknél a mozgó részecskék sebessége a fény sebességének kb. ¹/₃-&. A katódsugarakban száguldó elektronok kb. 100.000 km másodpercenkénti sebességénél a tömeg megnövekedését már szá­mításba kell venni. A vizsgálatok minden tekintetben igazolták Einstein szá­mításait. így tehát a relativitás elve az atomfizikai vizsgálatokban igen értékes kísérleti támaszra talált.

Mivel a relativitás gondolata merészen új gondolatokat állított fel és elgon­dolásunkat teljesen átformálta, hiszen a klasszikus fizika szemléletessége helyébe a modern fizika matematikai képleteit tette ; érthető, hogy nagy vitát indított meg. Ellenzői és lelkes hívei egymást állásfoglalásuk miatt erősen osto­rozták. Az »idősebbek« nem méltányolták kellőképpen az elmélet jelentősé­gét, a »fiatalok« pedig némely vonatkozásban túlbecsülték az elmélet hatását. A híres nauheimi diszkusszió a viták elfajulásának örökre intő példája marad. Lenard elvakult dühvei támadta Einsteint, aki szintén mérgesen védelmezte igazát. A komoly ellenvetések legtöbbje azt hangoztatta, hogy az »elmélet óriási terjedelme messze túlhaladja azt a kísérleti alapot, amelyen nyugszik«. Joggal kérdezhetjük azonban, hogy egy elmélet, mely régi, megmagyarázhatat­lannak hitt kísérleti tényeket minden újabb feltevés nélkül egyértelmüleg meg tud magyarázni, ezenkívül új fizikai jelenségek bekövetkezését is megjósolja, nem állta-e máris ki a kritika próbakövét? A fizikában az elméletek legfőbb célja, hogy a kísérleti tényeket egyértelmüleg megmagyarázza, új kísérletek végzésére és új tények megismerésére lehetőséget adjon. A relativitás elmé­lete ezt tette.

Annak a harci zajnak, ami az elmélet körül zajlott, talán nem is az ered­mények újszerűsége volt az oka, hanem inkább az a szemléletesség nélküli elvont szellem, mely az elméletet leginkább jellemzi. Ma már látjuk, hogy a relativitáselmélet által adott világmagyarázat egységes, fejlődésképes és ellentmondásmentes. A teljes abstrakcióra törekvő fizika egyik legszebb ered­ménye ez az elmélet. Korunk egyik legnagyobb fizikusa, a quantumelmélet megalapítója, Plánok (1858—) mondotta egy alkalommal, hogy »a relativitás elmélete ma már a fizikai világkép olyan szilárd alkotórészévé vált, hogy egyszerűen napirendre lehet térni fölötte, mint minden magától értetődő dolog fölött. Jóllehet a speciális és általános relativitás gondolata — fellépése első pillanatában — az egész fizikai világra újszerűén és forradalmilag hatott; tételei és támadásai alapjában egyáltalán nem a fizika elismert és kipróbált törvényei ellen irányultak, hanem csak bizonyos, jóllehet mélyen meggyöke­resedett, de mégis inkább csak megszokáson alapuló felfogások ellen, melyek olyan természetűek, hogy a fizikai összefüggések első megértésére alkalmasak, azonban elvetendők, ha az összefüggések általánosításáról és elmélyítéséről van szó.«

Vili.

NÉHÁNY SZÓ A FOLYADÉKOKRÓL

ÉS A GÁZÁRRÓL

1.

A FELÜLETI FESZÜLTSÉG.

Sok érdekes jelenségnek lehetünk tanúi, ha a folyadék felületét vesszük közelebbi vizsgálat alá.

Vegyünk csak egy zsírozott varrótűt és tegyük óvatosan a víz felületére. Meglepődve tapasztalhatjuk, hogy a tű a víz felszínén marad és nem merül alá. Ugyanezt a kísérletet még feltűnőbb formában is végrehajthatjuk.

Vegyünk egy dróthálót, készítsünk belőle csónakot és tegyük egy sima vízfelületre, miután a csónak alját bezsíroztuk. Ez a csónak is a víz felszínén marad.

Ezt az igen érdekes és meglepő kísérletet csak úgy tudjuk megérteni, ha feltételezzük, hogy a folyadék felülete úgy viselkedik, mint egy kifeszí­tett rugalmas hártya, mely mindig kisebb területre akar összehúzódni. A folyadék felszínén tehát e.gy erő működik, melyet felületi feszültség­nek nevezünk. Ez a felületi feszült­ség idézi elő azt a sok érdekes tüneményt, melyet a folyadékok felületén megfigyelhetünk. Emiatt tud, például, a vízipoloskának ne­vezett bogár a víz felületén tova- siklani anélkül, hogy vizes lenne.

A folyadék felületén elképzelt rugalmas hártya ugyanis a vízi poloska járására vagy a tű nyomására egy kissé benyomódik, de felülete azért lényegesen nem nagyobbodik meg. Ha viszont a folyadék felületén elképzelt rugalmas hártya beszakadna, akkor ez a felületnek oly nagymérvű megnagyobbodását idézné elő, amelynek a folyadék felületi feszültsége elleneszegül.

Ez a hatás jól megfigyelhető, ha különböző folyadék-keverékekkel dol­gozunk. Vegyünk csak egy pohárba vizet, öntsünk föléje olajat és rázzuk össze a két folyadékot. Az összerázás után az olaj kis gömbalakú cseppek- ben helyezkedik el a pohárban.

Nagy folyadékgömböt is elő tudunk állítani, ha például sóoldatba orto-toluidinnek nevezett folyadékot öntünk.

Megfigyelhetjük a folyadékoknak ezt a gömbalakú képződését úgy is, ha egy síma felületre kism.nnyiségű higanyt öntünk ki, vagy poros üvegre vizet cseppentünk.

Vízi-poloska a víz felületén sétál.

46

Ez a gömbalak szintén a felület legkisebb területre való összehúzódásá­nak következménye, ugyanis a testeknek legkisebb térfogatát a gömbalak adj

A szappanbuborék.

A felületi feszültséget meg­mérhetjük, ha előállítunk olyan vékony folyadékréteget, mely már alkalmas a következő vizsgálatok elvégzésére. Könnyen előállíthatunk ilyen folyadékréteget szappanoldat­ból. Vegyünk egy meghajlított üveg­csövet, melyet mártsunk bele szap­panoldatba. Fújjunk aztán bele a csőbe, akkor a cső másik végén egy gömbalakú szappanhártya képző­

dik. Vegyük most el a szánkat a csőtől és állítsuk a cső végét egy égő gyertyaláng elé, akkor a szappanhártya a belsejében uralkodó feszültség következtében mind kisebb és kisebb gömbbé húzódik össze. Az összehúzó­dás következtében a gömb belsejé­ből a levegő a csövön keresztül távozik, melynek következtében a gyertya lángja oldalra elhajlik vagy esetleg el is alszik.

A szappanhártyával is igazol­hatjuk feltevésünket, hogy a folya­dék felülete mindig a legkisebb területet igyekszik elfoglalni. Evég- ből vegyünk egy fémkere­tet, melybe cérnából kös­sünk hurkot. Mártsuk most az egészet egy szappanoldat­ba, akkor a keretben egy szappanhártya hurokban lévő hártyát, akkor a hurok rögtön kör­alakot vesz fel, jelezve, hogy feltevésünk a vékony folyadékrétegeket illetően helyes volt.

A szappanhártyák segítségével a felületi feszült­séget mennyiségileg is meghatározhatjuk. Vegyünk evégből egy négyzetalakú drótkeretet, melynek három oldala legyen fix, de a negyedik oldal legyen elmozdítható. Mártsuk ezt a négyzetet szappanol­datba, akkor, mivel a szappanhártya mind kisebb területre igyekszik összehúzódni, tehát a szappan­hártya a négyzet negyedik, mozgatható oldalát felemeli. Ha most a mozgatható oldalra súlyokat akasztunk, elérjük, hogy újból helyreálljon az eredeti négyzet. Természetes, hogy a mozgó oldalra helyezett súlyok adják a felületi feszültség értékét. Ezt az egyszerű, inkább demonstrációra, mint

A

drótkarikába kifeszülő szappanhártya a legkisebb területet foglalja el.

keletkezik. Szúrjuk most át a cérna-

/M’/zw////

&

⁷\

A Quincke-féle mérleg.

VI

tudományos mérésekre szolgáló eszközt felfedezőjéről Qmncfce-féle mérleg­nek nevezzük.

A felületi feszültség az anyag belső szerkezetével van összefüggésben, ezért minden folyadéknak más és más lesz a felületi feszültsége. Mindenek­előtt két igen jól elhatárolható részre oszthatjuk a folyadékokat a felületi feszültség szempontjából. Vannak nedvesítő és nemnedvesítő folyadékok. Nedvesítő a folyadék akkor, ha a folyadék felülete felülről nézve homorú, míg a felülről nézve domború felszínt mutató folyadékokat nemnedvesítő folyadékoknak nevezzük.

Tegyünk egy kis keresztmet­szetű csövet, az úgynevezett hajszál­vagy kapilláriscsövet egy folyadék- A kai telt edénybe, akkor az előbb

elmondottakon kívül még azt is tapasztalhatjuk, hogy ebben a ka­pilláriscsőben a folyadék nem lesz ugyanakkora magasságú, mint a külső edényben lévő folyadék. Ha

a használt folyadék nedvesítő, akkor A kapilláris emelkedés és süllyedés,

a kapillárisban a folyadék magasab­ban fog állni, míg ellenben, ha a folyadék nem nedvesítő, akkor a kapillá­risban lévő folyadék nívója alacsonyabb lesz, mint a külső edényben helyet- foglaló folyadéké. A kapillárisoknak ezt a tulajdonságát, hogy nem követik a közlekedő edények törvényét, Jurin arra használta fel, hogy megmérje ezáltal a különböző folyadékok felületi feszültségét. Jurin elgondolása az volt, hogy azt a folyadékoszlopot, mely a külső edény folyadéknívója felett van, a felületi feszültség tartja felemelkedve. Tehát a felületi feszültség egyenlő ennek a folyadékoszlopnak a súlyával.

Még sok másféle úton is meghatározható a folyadékok felületi feszültsége, mely az illető folyadékra mindig jellemző fizikai állandó.

A múlt század vége felé sok kutató azt tapasztalta, hogy a felületi feszültség értéke megváltozik, ha a folyadékot hosszabb ideig állni hagyjuk. Ezeknél a vizsgálatoknál kapcsolódott bele a kutatásba báró Eötvös Loránd, aki a kérdést egy új, általa kidolgozott pontos módszer segítségével tisztázta. Eötvös a folyadékot egy lombikba helyezte el, melyet aztán légmentesen lezárt. A felületi feszültséget a folyadékoknak az edényhez való illeszkedési szöge segítségével, visszavert fénysugarak útján határozta meg. Vizsgálatai­nak eredményeképpen megállapította, hogy a folyadékok felületi feszültsége azonos körülmények között ugyanaz marad és a sokak által talált változá­sokat szennyeződések idézték elő.

Báró Eötvös Loránd (1848—1919) apjától, báró Eötvös Józseftől az idea­lista világnézetet, a tudományszeretetet és a kitartó munka megbecsülését örökölte. Ezeket a tulajdonságokat élete során állandóan ápolta és fejlesz­tette. Először jogi pályára készül, de a heidelbergi és königsbergi fizikus­professzorok híre becsalja a fiatal jogászt ezekre az előadásokra is. Eötvös csakhamar rájön, hogy érdeklődése a fizika iránt olyan nagy fokú, hogy rövidesen pályát változtat és fizikus lesz. Tudományos pályafutása külső­ségekben rendkívül emelkedő tendenciájú. Eötvös jól tudja, hogy a 23 éves korában elért budapesti katedra még nem eredményeinek szólt, hanem csak az előlegezett bizalom jele. A bizalomnak Eötvös a későbbiekben tökéletesen meg is felelt.

Külsőségeiben pályája nem érdekes, már csak azért sem, mert ő sem tartotta a külsőségeket fontosnak. Aminek nincs köze a tudományhoz, az

48

lényegtelen, szokta sokszor mondani. Minden érdekli azonban, ami a fizi­kával összefügg : a tudományos kutatás épp úgy, mint a természettudo­mányos nevelés kérdése.

Egyetemi előadásait sok kísérlet tarkítja. Sokat közülök saját maga készít, hogy a lényeget a hallgató­sággal jobban megérthesse. Előadá­sait sohasem nagyolja el. Lelkiisme­retes munkájának nyomai itt is ugyanúgy észrevehetők, mint a tudo­mányos vizsgálatainál. A jövő nem­zedék nevelése érdekében vállalja el a kultuszminiszteri tárcát is és rövid minisztersége alatt megalapítja az apjáról elnevezett Báró Eötvös József- Collegiumot, ahol jeles előmenetelű, tehetséges tanárjelölteket helyez el s ott nekik könyvtárt, tanulási lehető­séget és otthont adott. A szellemi elit nevelése terén ma is ez a colle- gium az egyetlen intézményünk.

Tudományos munkájában eleinte a felületi feszültség kérdése felé fordul az érdeklődése. Az előbb elmondott

br. Eötvös Loránd. új mérő-módszeren kívül felfedezett

egy törvényszerű összefüggést a felü­leti feszültségnek a hőmérséklettel való változása és a molekulasúly között, melyet a tudomány Eö/vös-törvény néven ismer.

Később a gravitáció érdekli. Megalkotja világhíres készülékét, a Eötvös-féle ingát, amellyel a föld nehézségeinek változásait, a föld belsejébe lévő anyagokat tudja mérni és meghatározni. Egyes országok még ma is ezzel az ingával keresik a különböző természeti kincseket, az olajokat, föld- gázakat stb. Eötvös ezen kutatásainak további fejlesztését szolgálja a nevét viselő geofizikai intézet.

Hogy a nehézségi erővel kapcsolatban Eötvös még mit dolgozott, azt a relativitás elméletének tárgyalásánál már említettük.

Nagy jelentőségűek Eötvös földmágnességi vizsgáltai is, ahol szintén több maradandó alkotás őrzi nevét.

A Magyar Tudományos Akadémia a nagy tudóst nemcsak tagjává választotta, hanem megtisztelte több cikluson keresztül az akadémiai elnök­séggel is. Elnöki beszédeiben az ideális kutató eszméit hirdeti olyan tökéle­tességgel, ahogy csak az tud beszélni, aki maga is átéli azt, amit hirdet…

Visszatérve a felületi feszültségre, meg kell még röviden emlékeznünk a felületi feszültséget csökkentő anyagokról. Az organikus anyagok csök­kentik a felületi feszültséget, amit könnyű érzékeltetni, ha egy edénybe vizet tültünk és a vízre igen finom port (likopódiumport, fűrészport) hintünk. Mártsunk most egy vattát éterbe és közelítsünk vele a folyadékhoz. Azt látjuk, hogy a vatta közelítésére a likopódiumpor szétugrik és ott hirtelenül tiszta vízfelszín keletkezik. Még érdekesebb ez a hatás, ha a likopódiumos víz felületére kámforszemecskéket dobunk. A kámfor a vízben oldódik és így ide- oda táncol. Ahol a kámfor megjelenik, a folyadék azon részén a likopódium­por szétugrik.

49

Ezt a felületi feszültséget csökkentő hatást használják fel emulziók készítésénél. Ismeretes, hogy az olaj és a víz egymással nem keveredik el egyenletesen. Gyerekeknek viszont igen sok olajos orvosságot kell adni, melyet érthető okokból nem vesznek be szívesen. Ilyenkor készítenek emul­ziókat. Cseppentsünk csak a víz és olaj keverékéhez például gumiarabicum- oldatot. Rögtön tejfehér emulzió képződik, mely már egyenletesen elkevere­dett anyagokat tartalmaz.

Az elektromos áram is csökkenti a felületi feszültséget. Ezt a hatást használják fel a kapilláris-elektrométernél, mely viszont igen alkalmas és régebben gyakran használt mérőeszköze az elektromos feszültségnek.

2.

MILYEN IDŐJÁRÁS VÁRHATÓ?

Toricelli.

A fizikának talán legtermékenyebb időszaka a XVII. század volt, amikor a meginduló kísérletezés sok új és értékes megismerés felfedezését hozta meg. óriások, kiválóságok és egyszerű kutatók dolgoztak lázas munkaszeretettel és gyűjtötték az értékes tapasztalatokat. Elmúlt a spekulációk kora és az emberi ész megrendíthetetlen voltának hite is megingott. Galilei óta a ter­mészetvizsgálók logikájuk helyességét mindig ellenőrizték a tudományban mindjobban elterjedő kísérletek által. Minden állítást rögtön igazolni vagy esetleg megcáfolni lehetett. Új kor köszöntött az emberiségre. A filozófiai elmélkedések szubjektivitását a természettudomány objektív igazságai vál­tották fel. Igaz, hogy így a gyors lehetőségekről le kellett mondanunk, viszont a gyorsaság elvesztéséért kárpótlásul a megállapított tapasztalati tényeknek minden ember számára egyforma érvényességet és megismétel­hetőségét kaptuk.

Ennek az új kornak Galilei és Newton mellett egyik legnagyobb alakja Galilei legkiválóbb tanítványa, Toricelli (1608—1647) volt. Különös ember volt ez a Toricelli. Harminchárom éves koráig különböző egyetemeken és külön­böző mesterek mellett mindig tanult és kísérletezett anélkül, hogy egyetlen pub­likációja megjelent volna. Midőn aztán a harminchárom éves tudós a beteg és vak Galilei mellett dolgozik, a nagy vitatkozó mellett ő is ráeszmél arra, hogy eredményeit a világ összes kuta­tója várja. Most aztán egymásután írja könyveit és dolgozatait.

Toricelli figyelmét ebben az időben leginkább az a Galilei által megkezdett vizsgálat kelti fel, melynek során észre­vették, hogy a víz a kutakban csak

18 rőfnyire, azaz körülbelül tíz méter magasra emelkedik fel. Mi az •oka ennek? Galilei nem tudja az érdekes jelenséget megmagyarázni, de a sokféle magyarázat, melyet kitalál, felkelti Toricelli érdeklődését az érdekes probléma iránt. Azt már Galilei is tudta, hogy a levegő nem súlytalan test,

4

Koczkás Gyula: örök törvények.

50

de a tényből csak Toricelli következtette : ha a levegőnek súlya van, akkor nyomásának is kell lennie. Arra gondolt, hogy hátha a levegő nyomása éppen a tíz méter magas vízoszlop nyomásával egyenlő … Feltevését iga­zolni kell.

Legegyszerűbb igazolás talán az lenne, ha egy csövet higannyal töltene meg. A higanynak ugyanis a fajsúlya 13-6-szer nagyobb, mint a vízé, tehát ha feltevése igaz, akkor . . .

Barátjával, Vmartival együtt elvégzi a kísérletet. Vesz egy körülbelül 1 m hosszú és 1 cm² keresztmetszetű, egyik végén zárt üvegcsövet, melyet megtölt higannyal. A cső nyitott végét ujjával elzárja és a csövet egy hi­gannyal telt csészébe állítja. Ekkor a cső nyílásáról elveszi ujját, mikor is a csőben lévő higany egy része kifolyik, de a csőben megmarad 760 mm magas higanyoszlop. Rendkívül érdekes kísérlet és mintha igazolná is Toricelli feltevését. Szorozzuk csak meg gyorsan a 760mm-t 13‘6-del, az eredmény tényleg körülbelül tíz méter lesz. Toricellinek tehát tökéletesen igaza volt.

Alig hogy véget ért az első kísérlet, Viviani lelkes örömbetört ki és széles lendületekkel dolat kitalálóját. Toricelli azonban annyit mondott: nagyon sajnálja, hogy nem Galilei fedezte fel, hiszen

gon- csak

ölelgette a nagy­szomorú volt és

Körtés-barométer.

Gay-Lussac-féle barométer.

51

végeredményben már olyan közel járt az igazsághoz. Ez a szerénység és önzetlenség Toricelli egész működésére jellemző.

Toricelli azonban nem elégedett meg a kísérlet eddigi eredményeivel, hanem tovább figyelt és dolgozott. Észrevette, hogy az idővel változik a higanyoszlop magassága. A higanyoszlop magasságváltozásának észrevevése pedig már a barométer felfedezését jelentette. Az időjárás változásainak megfelelően változik a levegő nyomása, tehát a barométerállás magasságából következtethetünk az időjárásra.

A Toricelli-iéle kísérlet alapján meg lehetett határozni a levegő nyomá­sának átlagos értékét is, mely 760 mm magas higanyoszlop nyomásának felel meg. Ezt a nyomást, mely 1 cm²-re körülbelül 1 kgr-nak felel meg, atmoszférának nevezzük. 1900 óta az atmoszférának új elnevezése van, éspedig egyenlő 1 millió barival. Ez az elnevezés azért célszerűbb, mert így a fizika CGS-mértékrendszerében fejezhetjük ki a légnyomás értékét.

A Toricelli-iéle egyszerű eszköz óta sokféle kivitelű barométert készí­tettek, melyek a pontosabb észleléseket lehetővé teszik.

Újabban mind nagyobb és nagyobb alkalmazást nyer a Toricelli-iéle kísérlet a barométerekkel való magasságméréseknél, melyet Mariotte francia szerzetes fedezett fel. Ha ugyanis kiindulunk abból a tényből, hogy a higany fajsúlya a levegő fajsúlyánál körülbelül 10.000-szer nagyobb, akkor ebből rögtön következik, hogy 760 mm-es higanyoszlopnyomásnak 760 X10.000 = 8000 méter magas levegőoszlop felel meg. Egyszerű számítással azt is meg­kapjuk, hogy 1 mm-es higanyoszlopnak körülbelül 10 m magas levegőoszlop felel meg. Menjünk már most fel egy hegycsúcsra s miután a hegy lábánál is és a hegycsúcson is megnéztük a barométerünk állását, észrevesszük, hogy a hegycsúcson 20 mm-rel alacsonyabb volt. Rövid számítás után megálla­píthatjuk, hogy hegyünk magassága 200 m. Számítá­sunkban azonban mégis hiba van! Nem vettük ugyanis figyelembe, hogy a levegő sűrűsége a magas­sággal csökken. Ha ezt is figyelembe vesszük, akkor ugyan kissé bonyolultabb lesz magasságmérésünk a barométerrel, de végered­ményben mégis kivihető. Repülőgépeinkben baromé­terrel mérjük a magassá­got.

Toricelli egyszerű esz­köze így lett az ember mun­kájának megkönnyítője.

Aneroid-barométer.

3.

A LÉGSZIVATTYÚK.

Az első légszivattyút Ottó Quericke (1602—1686) szerkesztette 1650-ben. Guericke volt a fizika leghíresebb dilettánsa. Jogot végez és huszonöt éves korában szülővárosának, Magdeburgnak tanácsosa lesz, majd később polgár-

4*

52

Guericke.

mestere. Toricelli kísérleteiről még semmit se tud és teljesen önállóan jön rá arra, hogy a levegőnek nyomása van. Vacuumot akar előállítani és e célból megszerkeszti az első dugattyús légszivattyút.

Ez a légszivattyú egy hengerből és a henger belső falához jól tapadó dugattyúból áll. A henger alsó végét összekötjük azzal a térrel (recipienssel), ahonnan a levegőt ki akarjuk szi­vattyúzni. Miután az összeköttetést megtaláltuk, a dugattyút fel-le irányban mozgatjuk. A hengerbe még két szele­pet is teszünk. Egyiket elhelyezzük a henger alján, a másikat pedig a du­gattyún. Mindkét szelep felfe’é nyílik. Nyomjuk most lefelé a dugattyút. A dugattyú alatti levegő összenyomódik és ez a nagyobb nyomás kinyitja a dugattyún lévő szelepet. Most húzzuk felfelé a dugattyút. A dugattyú alatt vacuum keletkezik, tehát a nagyobb nyomású recipiensből levegő áramlik a hengerbe az alsó szelepen keresztül. A dugattyún lévő szelepre nehezedő lég­nyomás ezt a szelepet ter­

mészetesen zárva tartja. Ha ezt a műveletet több­ször megismételjük, a recipiensben elég nagy (körülbelül 1 higanymilliméternek megfelelő) rit­kítást érhetünk el.

Guericke az 1654-i regensburgi birodalmi gyű­lésen bemutatja szivattyúját. Nagyvonalú kísérle­tében egy hatalmas rézgömbből, mely két félteké­ből volt összeillesztve, a levegőt kiszivattyúzza. A rézgömbben elért ritkítás olyan nagyfokú, hogy a két féltekét 24 ló sem bírja széthúzni. Ez a híres kísérlet a »magdeburgi féltekékkel* egyszerre nevezetes emberré tette Guerickét. A kísérlet a fizikusok előtt nyilvánvalóvá tette a vacuum elő­állításának lehetőségét.

A sok megpróbáltatás, mely a harmincéves háború súlyos éveiben Magdeburg városát és Guerickét magát is érte, elvette kedvét a munkától és mind a polgármesteri állásáról, mind pedig fizikai kísérleteiről lemondott, hátralevő éveit teljes visszavonultságban töltötte el.

Guericke szivattyúján legelőbb Boyle (1626— 1691) javított, aki a szivattyúzás folytonosságának elérése végett két hengert és két dugattyút alkalmazott. A két hengert egy cső kötötte össze. Míg az egyik dugattyú lefelé mozgott, a másik fölfelé. Ezzel a rendszerrel ugyan nem sikerült nagyobb vacuumot előállítani, de a vacuum elő­állításának időtartamát rendkívül csökkentette.

Az egyköpűs légszivattyú vázlata.

53

Babinet ezzel az úgynevezett kétköpűs szivattyúval úgy állít el ő nagyobb vacuumot, hogy a két hengert egy csappal — a Babinet-íéle csappal — össze­köti. Mikor aztán a légszivattyúzásban odáig jutott, hogy a recipiensben uralkodó nyomás már csak 1 mm higanyoszlopnak megfelelő, Babinet a csapot elzárja és a szivattyút tovább működteti. Most csak egy szivattyú működik már és ezzel a nyomás értékét körülbelül % mm higanyoszlopnak megfelelő nyomásig lehet kisebbíteni. Mindkét henger dugattyúja alatt ugyanis van egy kis »kártékony tér«, mely levegőt tartalmaz és a további ritkításnak útját állja. Ahol ugyanis a dugattyú alsó része a henger alsó részével összeér, a nem tökéletes simulás miatt megbújik egy kis levegő. A Babinet-iéle csap éppen ezt a két kártékony térben foglalt levegőt egye­síti. A levegő most éppen kétszerese annak, mely a szivattyúzás alsó határát megszabja, tehát még további ritkítást is lehetővé tesz.

Újabb időben az ügyesnél ügyesebb használható légszivattyúknak se szeri, se száma. Folyton tökéletesedik a vacuumok előállításával foglalkozó vacuum-technika. De ez igen fontos is, hiszen a modern fizika vizsgáló módszerei és a korszerű technika igénylik is a nagy vacuu­mok előállítását.

Legismertebb szivattyú ma a Gaede-fé\e molekuláris légszivattyú, mely­ben egy henger igen gyors forgása következtében az egyes levegőmolekulák szinte egyenként repülnek ki a kiszivattyúzandó térből. Finom munkánál és igen nagy vacuumoknál az ugyancsak Gaedetől származó diffúziós lég­szivattyúkat alkalmazzák, melyekben az evacuálandó tér egy keskeny résen át olyan térrel van összekötve, melyen állandóan higanygőzök áramlanak keresztül. A résen átdiffundáló levegőt (innen az elnevezés is) a higany­gőzök elragadják és magukkal viszik.

A légszivattyúval igen érdekes és tanulságos egyszerű kísérleteket végez­hetünk el. Vegyünk egy alul, felül egyformán nyitott üveghengert. A henger alsó részét kössük össze a légszivattyúval, a felső részét pedig kössük be jól megnedvesített hólyagpapírral. A szivattyú alig fordul egyet-kettőt, a hólyag már belapul, a további szivattyúzásra pedig nagy durranás kísére­tében bereped. A légnyomás rendkívüli ereje bizony mindenkit gondolkozóba ejt, aki látta már ezt a kísérletet.

De csinálhatunk még meglepőbb kísérleteket is a légszivattyúval. így például előállíthatunk »higanyesőt« is. Vegyünk ismét egy alul nyitott hen­gert, melynek felső része, nem egészen a henger tetejéig, egy fadugóval van elzárva. A henger alsó végét a szivattyúnkkal kötjük össze, a fadugó fölé pedig higanyt öntünk. Megfelelő vacuum esetén a higany a fán átpréselődik és eső alakjában hull alá.

A légszivattyú működésén alapul a szívókat működése is. Egy meg nem erősített de igen elterjedt anekdota szerint egy firenzei kertész elment egyszer a nagy Galileihez és elmondotta a nagy tudósnak, hogy van neki egy új szivattyúja, de a vizet 18 rőfnél magasabbra nem képes felemelni véle. Galilei megnézte az érdekes esetet, de hiába vizsgálódott, semmi hibát nem tudott találni. Végre is Galilei megállapította : a természet ugyan irtózik az ürességtől, de ez az irtózás nem nagyobb, mint 18 rőf. Régebben ugyanis, míg nem tudták, hogy a levegőnek van súlya és nyomása, minden ilyenfajta jelenséget a természetnek az ürességtől való irtózásával magyaráztak. Ma már természetesen mindenki tudja, hogy a szívókút azért nem tud 18 rőfnél magasabbra »emelni« vizet, mert a 76 cm magas higanyoszlopnak éppen a 18 rőf vízoszlop felel meg.

A borgazdák által jól ismert és sokat használt »lopó« működése is a lég­nyomáson alapul. Kiszívjuk a lopóból a levegőt, tehát a lopó belsejében

uralkodó nyomás igen kicsi lesz, miért is az aránylag nagy külső légnyomás a bort a lopóba nyomja be.

Igen érdekes »alkalmazása« a légszivattyúknak az is, amit a természet­ben figyelhetünk meg. A »gályatartó halnak«a.z. a szokása, hogy a feje mellett lévő úgynevezett tapadó korongjaival a hajókra tapad és így viteti magát a hajókkal. Ez a halfajta ugyanis igen rossz úszó és örül, ha nem kell küsz­ködnie, hanem megfelelő alkalmatossággal utazhat. Erről a körülbelül 1 m hosszú Echenis remora nevű halról még Plinius azt hitte, hogy ez az aránylag kicsi hal hatalmas gályákat képes magával hurcolni hosszú kilométereken át és ezért is nevezte el ezt a halat gályatartó halnak. Már most az Echenis remora tapadó korongjai úgy működnek, hogy a hal a korongbaj lévő leme-

Gályatartóhal tapadó­korongjainak működése.

zeket a hajó falához ferdén odasimítja, majd a lemezeket izmai segítségével kiegyenesíti. Ezáltal ter­mészetesen légritkítást idézett elő, ami azután neki olyan biztos tapadást jelent, hogy bizony igen nagy erő kell ahhoz, hogy a halat a hajó faláról lehúzhassuk. Sokszor még az is megtörténik, hogy a hal teste inkább kettészakad, de a tapadó ko­rongok mégsem engednek. Ha viszont a hal akarja elereszteni a hajót, akkor tapadó korongjának leme­zeit izmai segítségével olyan ferdére állítja, hogy a korongon belüli nyomás egyenlő legyen a külső légköri nyomással.

A »gályatartó hal« tapadó korongjainak működését utánozzák azok a pár éve forgalomba hozott különböző kényelmi berendezések, melyek lehe­tővé teszik például hamutartónak vagy gyufatartónak az autó üvegjére való tapadását, gumiból készült tapadó korongok segítségével.

A sok említett alkalmazáson kívül a modern ember számára legjelentő­sebbek a vacuumnak az elektroncsövek, izzólámpák, röntgencsövek stb. elő­állításánál való felhasználása.

A REPÜLÉS FIZIKÁJA

1.

MONTGOLFIEIl, AZ ELSŐ REPÜLŐ

Furcsa természet az emberé. Soha ki nem elégíthető a vágyakozásban, soha nem elégedett meg azzal, amije van. Előretörekvő. Küzdelmében mindig új célokat tűz ki és ha elért valamit a fárasztó haladásban, azt soha­sem tekinti végcélnak, hanem csak nyugvópontnak. Ismét új cél felé rohan, mintha igazolni akarná a természet örök törvényét: nincs megállás az életben l

Ez a furcsa emberi természet lázadt fel az ellen is, hogy az ember örökké a földhöz legyen kötve és ne szállhasson, madarak módjára, az ég tengerében. Fizikus nyelven ez a kívánság annyit jelent, hogy le kell győznünk a föld nehézségi erejét ahhoz, hogy a levegő urává lehessünk.

A két Mongolfier 1783-ban megvalósította az emberiség legmerészebb álmát és léggömbjével felemelkedett a magasba : repült. Körülbelül 150 éve repül csak az ember ! Pedig milyen régen ismerte a mindenki által jól tudott ArcAímedes-törvényt, mely a repülés megoldásának fizikai lehetőséget adta meg, léggömbök segítségével. Archimedes ismert törvénye így hangzik: Minden folyadékba mártott test annyit veszít a súlyából, amennyi az általa kiszorított folyadék súlya. Ez a törvény nemcsak folyadékokra, hanem lég­nemű testekre, tehát a levegőre is érvényes.

Végezzük el a következő kísérletet: vegyünk egy egyenlőkarú emelőt, amelynek egyik karjára tegyünk egy fémgömböt és ezt egyensúlyozzuk ki a másik karra tett üveggömbbel. Mivel a fémek fajsúlya nagyobb az üvegénél, tehát az ugyanolyan súlyú üveggömb nagyobb térfogatú lesz, mint a fémgömb. Tegyük most az egyensúlyba hozott emelőnket egy lég­szivattyú búrája alá, ekkor azt fogjuk tapasztalni, hogy amint a levegőt bizonyos mértékben kiszivattyúztuk, az emelőnek az üveggömböt tartó karja lebillen, ami természetesen azt jelenti, hogy ebben a légritkított térben az üveggömb súlya nagyobb a fémgömb súlyánál. Ezt a kísérletet úgy ma­gyarázzuk, hogy mivel a levegőben mind két gömbre hat a felhajtó erő, mindkét gömb súlya ennek következtében kisebb lesz. Az előbbiekből vi­szont az következik, hogy a nagyobbra — tehát az üveggömbre — nagyobb felhajtó erő hat, mint a kis fémgömbre. Archimedes törvényét tehát úgy is megfogalmazhatjuk, hogy a levegőben lévő testekre akkora felhajtó erő hat, amekkora az általuk kiszorított levegőnek a súlya. Ennek a felhajtó erőnek alkalmas kihasználása tette lehetővé, hogy a Montgolfier testvérek léggömbje

felemelkedett. A léggömb erős vászonból készült, melyet melegített levegővel töltöttek meg. Hogy a levegő ki ne hűljön, a léggömb alá, az utaskosár fölött, tüzet raktak. A feladat az volt, hogy a léggömb a terheléssel együtt ne legyen nehezebb, mint a léggömb által kiszorított levegő súlya. Ezek szerint a lég­gömb addig emelkedhetik, míg a felső, ritkább levegőrétegben kiszorított kevesebb levegő súlya egyenlő nem lesz a léggömb súlyával. Felszálláskor a Montgoljier testvérek és a velük utazó két utas homokzsákokat dobtak ki és az volt a szándékuk, hogy leszálláskor meleg levegőt engednek ki a lég­gömbből. Nagy kötöttséget jelentett számukra az, hogy a léggömböt nem tudták irányítani, tehát nem mehettek oda, ahova akartak, hanem ki voltak téve a szél játékának. Mégis ez a párisi kísérlet jelentette, hogy az emberek földhözkötöttsége megszűnt, azaz lehetséges a repülés. Az első út csak igen rövid ideig — pár percig — tartott; a léggömb megrepedt és egy közeli réten a földre zuhant. A közeli falvak parasztjai kaszákkal és kapákkal mentek neki az alkotmánynak, mely szerintük a Mindenható akaratával dacolt, amikor megkísérelte a földről való felemelkedést.

Azóta nagyot fordult az idő kereke. Ma a levegőben való közlekedés gyorsabb és biztonságosabb, mint a vonaton való utazás. A léggömbök sorsa pedig igen változatos. Igen fontos szerepet töltenek be tudományos vizsgálatoknál, mikor a légkör felsőbb rétegeinek különböző tulajdonságait kell megállapítani. Ezekbe a léggömbökbe önműködő műszereket helyeznek, melyeknek leírt adataiból nagy pontossággal lehet megismerni a megfelelő levegőrétegek tulajdonságait. Piccard híres sztratoszféra léggömbjének elve is ugyanez volt.

A léggömb felfelé ívelő pályafutása a múlt század utolsó éveiben kez­dődött. Zeppelin Ferdinánd gróf, a német hadsereg nyugalmazott tábornoka, ekkor kezdte meg korszakalkotó kísérleteit a kormányozható léghajóval. Az első alumínium burkolatú kormányozható léghajót a magyar Schwarz Dávid szerkesztette, aki léghajójával 1897-ben szállt fel. A felszállás tragédiával végződött, de Zeppelin az eredménytelen kísérlet ellenére is megvette a sza­badalmat az özvegytől. Ezután kezdődött el az a szívós és kitartó munka, melynek eredménye rendkívül nagy teljesítmény : a 127. számú »Zeppelin« 1929 augusztusában körülrepülte a földet; 33.736 km-t tett meg 287 óra 36 perc alatt. Egy ilyen légiszálloda méretei elképesztőek : a legújabb »Zeppelin« hossza 250 méter, szélessége 41 m, súlya 200.000 kg és körülbelül 20.000 kg súlyt vihet magával. A léghajónak 4, egyenként 1200 lóerejű Diesel-motora van. A léghajó személyzete körülbelül 200 ember.

Legújabban a léggömböket, mint a repülőgépek ellen való védekezés egyik igen hatásos módját alkalmazzák. Acélkötelekkel ellátott léggömbö­ket engednek fel a magasba, úgy hogy a kötelek szinte pókhálószerűen fonják be a megvédendő területet. Legelőször 1915-ben az angolok alkalmazták London védelmére, de 1917-ben az olaszok is így védték Velencét a központi hatalmak repülőivel szemben. Póla és Trieszt védelmére mi is alkalmaztuk ezt a léggömb-zár rendszert. A most folyó háborúban is alkalmazást nyer a léggömb-zár, azzal a különbséggel, hogy például London védelmére olyan léggömb-zárat készítettek, mely motoros kocsikra szerelt acélkötelekkel ellá­tott léggömbrendszeren alapszik.

A Montgoljier testvérek első, egyszerű léggömbje sok hasznos alkalma­zásra talált. Talán legérdekesebb az, hogy míg a léggömbök, melyek a leve­gőnél könnyebb test« elve alapján emelkednek a magasba, az emberiségnek segítőtársai lettek mint tudományos kutatóállomások, közlekedő eszközök és védelmi berendezések, addig a »levegőnél nehezebb test« elve alapján működő repülőgép a modern háborúk egyik legfélelmetesebb harci eszköze lett.

57

2.

A SZÁRNYFELÜLETEKRÖL.

Mielőtt a repülés fizikájának, az ú. n. aerodynamikának tárgyalásába belemennénk, végezzünk el egy érdekes és meglepő kísérletet. Tegyünk a vízszintesen tartott balkezünk alá egy sima papírt, például egy névjegyet és szorítsuk oda jobbkezünkkel. Fújjunk most erősen a mutató- és középső- ujj közötti nyíláson át és közben a névjegyet engedjük el a jobbkezünkkel ; azt fogjuk tapasztalni, hogy a névjegy az erős fúvás ellenére — sőt éppen azért! — sem fog leesni, hanem szinte hozzátapad tenyerünkhöz. Ezt az aerodynamikai paradoxon-nak nevezett jelenséget még frappánsabban is bemutathatjuk. Vegyünk egy kerek fémlapot (lehetőleg könnyű legyen) és tegyünk fölé egy ugyanakkora fémlapot, ez utóbbinak közepe azonban ki van vágva és a nyíláshoz egy cső van erősítve. Tartsuk ezt a csővel ellátott fémlapot a másik fémlap fölé kb. egy centiméter távolságban és fújjunk erősen bele a csőbe, ekkor a fémlap felugrik és a csővel ellátott fémlaphoz tapad mindaddig, míg a fúvást meg nem szüntettük. Hogy ezt az igen érdekes kísérletet megmagyarázzuk, a következő feltételezésekkel kell élni: A levegőt egyszerűen úgy fogjuk fel, mintha folyadék lenne, tehát — első közelítésben — rendkívül mozgékony (azaz belső súrlódása, viszkozitása nincs) és összenyomhatatlan. Nagy sebességeknél (kb. 1000 km/óra) már ezek a feltételezések még közelítőleg sem igazak, de az egyszerűség kedvéért, és tekintve, hogy ilyen nagy sebességekkel nem is dolgozunk, nyugodtan élhetünk vele.

Az aerodynamikai paradoxon megmagyarázására induljunk ki egy pél­dából. Vegyünk egy vízvezetékcsövet, melynek lumene (nyílása) egy helyen éppen a felére csökken. Mi történik ekkor? Mivel a folyadéknak a cső szű­külése előtt volt egy bizonyos sebessége, és a folyadék mennyiségében semmi­féle változás nem állt be, következik, hogy amennyiben azt akarjuk, hogy a folyadék folytonosan — tehát időegység alatt ugyanazon keresztmetszeten mindig ugyanannyi a folyadék menjen át — áramoljon, akkor a fél-keresztmet- szetnél az áramlási sebesség megkétszereződik. Mivel a sebesség és az energia egymáshoz való viszonya olyan, hogy az áramlási sebesség növekedése együtt­jár az energia nagyobbodásával, fel kell tenni a kérdést, honnan kapja a víz a sebesség növekedéséhez szükséges energiát? Ismeretes, hogy a víz energiája annál nagyobb, minél nagyobb a nyomása. Ha már most a víz a cső szűkülése következtében gyorsabban áramlik, energiát kell kölcsönöznie a nyomástól. Kimondhatjuk tehát tételünket: szűk keresztmetszetben a folyadék áramlási sebessége nő, de a folyadék nyomása csökken. A hydro- és aerodynamikának ezt az alapvető tételét felfedezőjéről Bernoulli-tételnek nevezzük. Bernoulli tétele szerint tehát a folyadék nyomása nyugvó folya­dékoknál — ahol a sebesség egyenlő 0-val — a legnagyobb, viszont a leg­gyorsabb áramláskor — mikor a sebesség eléri a maximumot — a legkisebb. Bernoulli tételét ismerve, megmagyarázhatjuk a névjegykísérletet. A levegő ugyanis a névjegy mentén igen nagy sebességgel áramlik, tehát azon az oldalon, ahol ráfújunk — a névjegy felett — a nyomás kisebb lesz ; viszont a névjegy alatt a levegő nyomása normális, tehát ez a nagyobb légköri nyo­más a névjegyet tenyerünkhöz fogja szorítani. Ha most még azt is figye­lembe vesszük, hogy a levegő — folyadék — áramlása finom vonalakban történik, úgy is magyarázhatjuk a névjegykísérletet, ha azt mondjuk, hogy a névjegy felett az áramvonalak összesűrűsödtek és ezért lett nagyobb a levegőrészecskék sebessége. Az így létrejövő erő az ú. n. felhajtóerő

58

emeli fel és tartja lebegve a repülőgépszárnyakat. Hymódon hatalmas erők jöhetnek létre !

Ezek után nézzük meg, hogyan keletkeznek azok az erők, melyek egy lapnak a levegőbe való felemelkedését okozhatják. A felemelkedési elv ugyanaz, mint a gyerekek sárkánya esetében. Ha fúj a szél, a gyerek nem mozgatja a sárkányt, viszont szélcsendes időben fut vele, hogy levegőáram­lást létesítsen. Tehát akár a sárkányt mozgatjuk bizonyos sebességgel szélcsendes időben, akár ugyanakkora sebességű szél fúj, miközben a sárkányt nyugalomban hagyjuk, a sárkányra ható erők értéke nem változik. A sár­kányt a gyerek kezében tartott fonál nem engedi bizonyos magasságon túl emelkedni, különben a rá ható levegőáramlás folytonos emelkedésre kész­tetné, mintha folytonosan valami lágy éket vernénk a sárkány alá. Tehát a sárkány — épp úgy, mint a repülőgép — a levegőben megállni nem tud.

Az az erő, amellyel a mozgó levegő nyomja a lapot, függ a lap nagyságától, a beállítási szögtől (a lap síkja és a vízszintes alkotta szög), a levegő — illető­leg a lap — sebességétől, végül a lap alakjától, az úgynevezett formatényező­től, melyet a használatos formákra kísérletileg állapítanak meg. Hogy az áramláskor fellépő viszonyokat pontosan megismerhessük, e célból a vizsgá­landó tárgyról megfelelő helyes léptékű modellt készítenek, melyet mester­ségesen előállított és szabályozható sebességű légáramba, »szélcsatornába« helyeznek és az ekkor fellépő úgynevezett légierőket finom mérlegek segít­ségével megmérik. Könnyen belátható, hogy a levegő nyomása akkor a leg­nagyobb, ha a lap síkja a mozgás irányára merőleges, ekkor emelkednék tehát legjobban a felület. Hogy ez a valóságban még sincs így, annak oka a mozgás alkalmával fellépő ellenállás. Kísérletileg megállapították, hogy az ú. n. áramvonal-alalc, vagy cseppalak a legkisebb ellenállású. Ezért építik ma már a nagyobb sebességű közlekedő eszközöket áramvonalasra. Az áram­vonalas alak ellenállása a legnagyobb keresztmetszetű síklap ellenállásának körülbelül */₂₀-ad része. Az ellenállást az áramvonalas alak alkalmazá­sával se tudjuk teljesen kiküszöbölni, hiszen bizonyos ellenállás a levegő súrlódásából is keletkezik. A Prandtl professzortól származó elmélet értel­mében bizonyos vastagságú levegőhártya odatapad a mozgó testhez (határ­réteg), és így jön létre a súrlódási erő. Ezért fontos a felületeket annyira simára fényezni, amennyire csak lehet.

Vizsgálataink megkezdésekor mindenekelőtt nézzük meg, milyen alak

59

fog legjobban megfelelni, azaz milyen legyen a szelvény. A szélcsatornában végzett vizsgálatokból kiderül, hogy ha a felület sík, — olyan, mint a gyerekek sárkánya — akkor mögötte igen sok örvény keletkezik, amely nagy ellen­állást jelent. Lilienthal jött rá az ívelt, áramvonalas formára, vagy ahogyan nevezni szokták, az ívelt profilra. Hogy milyen fokú íveltség a legmegfele­lőbb, azt a szélcsatornákban végzett kísérletek döntik el. A szélcsatornákban az egyes felületeknél lemérik a felhajtóerőt és az ellenállást, úgy hogy közben

változtatják a beállítási szöget. Az így kapott értékeket grafikusan ábrázol­ják, melyből leolvasható, hogy céljainkra melyik a legkedvezőbb profil.

Vizsgáljuk meg a levegő áramlását az ívelt áramvonalas alaknál. Eleinte az áramvonalak még együtt hajolnak a felülettel, de a következő pillanatban a felület hátsó élén egy úgynevezett indítási örvény keletkezik, melynek for-

A köráramlás.

gási iránya az ábrán jól látható. Hogy az így keletkezett forgómozgás ki­egyenlítődése megtörténjék, feltételezzük, hogy az indítási örvény fellépésé: vei egyidejűleg létrejön egy, az egész felületet keresztüláramló köráramlás is, melynek forgási iránya az indítási örvény forgási irányával ellentétes. Ezen két erő (indítási örvény és köráramlás) összetevődése eredményezi azt, hogy az ívelt profilozású felületeknél az áramvonalak a felület fölött összesűrü-

60

Bődnek, alatta pedig ritkulnak. Ez pedig már tudjuk mit je’ent! A felület felett nagyobb lesz a levegőrészecskék sebessége, tehát a nyomás kisebbedik, azaz szívás jön létre. A felület alatt a levegő mozgásának lassúbbodása követ­keztében a nyomás megnövekedik. A szívás- és nyomás-növekedés adja együttesen a felhajtóerőt. Ha most ezeket a szárnyra ható légierőket is

Az áramvonalak a felület fölött összesűrűsödnek, alatta pedig ritkulnak.

grafikusan ábrázoljuk, akkor azt látjuk hogy a szívás körülbelül kétszer nagyobb, mint a nyomás és mindkét erő maximuma a belépő él közelében van. Ábránkból azt is láthatjuk, hogy a keletkező légi erő nem irányul függőlegesen fölfelé, hanem kissé ferdén. Ez azért van, mert a felületen a

A szívás- és nyomás-növekedés adja a felhajtó-erőt.

felhajtó erő mellett fellép egy másik erő is : az ellenállás. Ezen két erő következtében mutat az eredő erő ferdén fölfelé. Ábránkból még azt is láthatjuk, hogy a keletkezett felhajtó erő támadási pontja kb. a felület egyharmadában van. A szárnyfelületek megválasztásánál természetesen az a törekvés, hogy a felhajtó erő minél nagyobb, az ellenállás viszont minél

61

kisebb legyen. A mai repülőgépeknél az ellenállás a felhajtó erőnek nem egészen 5%-a.

Most vizsgáljuk meg, hogyan alakulnak a viszonyok, ha a felület beállí­tási szögét nagyobbítjuk. Nagyobb lesz természetesen a felhajtó erő, de na­gyobb lesz az ellenállás is.

A különböző beállítási szögeknél e két erő megváltozását mutatja a mellékelt ábra. Az ábrából jól látható, hogy a beállítási szög nagyobbodá­sával eleinte a felhajtó erő meredekebben nő, mint az ellenállás, de 20°-os beállítási szög közelében a felhajtó erő már csökken, viszont az ellenállás

Hogyan választjuk ki a legkodvozőbb profilt?

még mindig nő. Ha tehát tovább döntjük még a felületet, az ellenállás igen nagy lesz és előáll az úgynevezett túlhúzás miatt a katasztrófa. Prandtl tanár kutatásai világították meg, hogyan jön létre ez a veszedelem. A felü­lethez simuló áramvonalak bizonyos beállítási szögön túl már nem tudják követni a legnagyobb görbületet, az áramvonalak nem simulnak a felülethez, a felület mögött örvénytér keletkezik, azaz naz áramlás leválik*.

Ennek kövekteztében a felület feletti levegő sebessége kisebb lesz, nem lesz szívás, tehát nem lesz felhajtó erő sem. Kimutatható, hogy ennek a súrlódásból keletkező ellenállásnak ezt a nagymértékű emelkedését az a levegőhártya — határréteg — okozza, mely a felülethez odatapad és azt vékony rétegben körülveszi. Mivel a szívás legnagyobb értéke a belépőéi közelében van, és onnan hátrafelé állandóan csökken, a vékony levegőhártya

62

részecskéi tehát növekvő nyomás ellen áramlanak. Ennek következtében a levegőrészecskék sebessége mindig kisebb lesz, míg végül is megfordulnak, ellenkező irányban mozognak és aztán leválnak a felületről. így tehát egy forgó mozgás keletkezik, melyet már az se szüntet meg, ha ezután kiseb­

bítjük a beállítási szöget. Radikális segítségre van szükség ! A zavaró levegőhártyát el kell tüntetni. Erre kétféle mód is kínálkozik. Tegyünk a szárny közepébe egy forgó hengert, mely forgása révén a szárny határréte­

gen lévő levegőrészecskéknek nagyobb sebességet kölcsönöz és ezáltal kés telteti az áramvonalak leválását. Az így kiképzett szárnyat nevezzük rotor­szárnynak. Gyakorlatilag jobban bevált és egyszerűbb megoldás az úgy­nevezett réséit szárny alkalmazása. A szárny belépő élénél egy erre teljesen

ráillő segédszárnyat szerelünk, mely mozgása révén a kisebb vagy nagyobb állásszögeknek megfelelően zárja vagy nyitja a rést, melyen át nagy sebes­séggel áramlik a levegő, mely a határréteg levegőrészecskéinek ily módon sebességet kölcsönöz és így megakadályozza az áramvonalak leválását. Ily módon a túlhúzás veszedelme csak 28° körül jön létre, ami már igen nagy eredmény. Most még megjegyezhetjük azt is, hogy a visszahajtó erő, mely ellenállás jellegű, két részből tevődik össze. Az egyik része a káros vagy úgynevezett profil-ellenállás, a másik rész az indukált- vagy élellenállás, mely a profiltól független és csupán a hordfelület mélység- és fesztávolság viszonyától függ, amit oldalviszonynak hívnak. Mivel az előbbiekben már

említettem, hogy a repülőgép szárnyainak végén keletkező élörvény a fel­hajtó erőt csökkenti, tehát, hogy ez a csökkenés ne legyen nagymérvű, a szárnyakat lehetőleg hosszúra készítik, vagy ahogy mondani szokták: a terjedtséget növelik. Az él- vagy indukált ellenállás ugyanis annál kisebb, minél kisebb az oldalviszony. Ez vezetett el a hosszú és keskeny szárny­felületek alkalmazásához, amit úgy is kifejezhetünk, hogy a szárnyaknak nagy oldalviszonya legyen. A hordfelületek jóságára jellemző a visszahajtó- erő és a felhajtóerő viszonyszáma, az úgynevezett siklószám, mely meg­mutatja, hogy a felhajtóerőnek az ellenállás hányad része. Minél kisebb a siklószám, ugyanazon magasságból, — motor nélkül — annál messzebbre tud a gép leereszkedni. Gyakorlatilag véve, ha például a siklószám 1 /15, ez annyit jelent, hogy míg a gép 15 méter utat tesz meg, addig magasságából 1 métert veszít. Az első gépeknél a siklószám 2/10 volt, a mai gépeknél ez körülbelül 1/100-ra csökkent.

3.

A LÉGCSAVARRÓL.

A Rankine-iéle elmélet szerint a légcsavar hatalmas levegőtömegeket ragad meg és ezeket igen nagy sebességgel dobja hátra. Ebből következik, hogy a légcsavar mögött nyomásemelkedés jön létre, a légcsavar előtt ennek következtében szívás keletkezik és ez a két erő együtt hatva, hajtja a légcsa-

64

A sebesség növekedésével a levegősugár összeszűkül.

vart előre. A légcsavart a gyakorlatban először Valiét használta 1784-ben, mikor a Szajnán közlekedő csónakját kéziforgatású légcsavar segítségévelhajtotta. Hogy milyen legyen a légcsavar alakja, könnyen megérthetjük, ha figye­lembe vesszük a légcsavar által haj­tott levegőrészecskék sebességét, melyek a légcsavarkörön való átha­ladáskor fokozatosan növekednek és a legnagyobb sebességet a légcsavar mögött érik el. Az előbbiekben láttuk már, hogy a nagyobb sebes­ségű áramlásnál az áramvonalak összesűrűsödnek, tehát a sebesség fokozatos növekedésével a levegősu­gár fokozatosan szűkülő alakot vesz fel, mint azt az ábra mutatja. A

csavar forgása következtében ez az összeszűkülő levegősugár is forog, tehát az áramlás csavar-vonalban megy végbe. Ennek az lesz a következménye, hogy a húzóerő a légcsavaragy körül igen kicsi lesz, az agytól kifelé pedig fokozatosan növekszik. Emiatt a légcsavart az agynál keskenyre kellene venni és az anyagot a légcsavar kerületére kellene vinni, ahol a nagy kerületi sebesség következtében a legnagyobb húzóerő keletkezik. Légcsavarunk alakja tehát olyan lenne, hogy belül az agynál keskeny, kívül pedig széles. Ha azonban légcsavarunkat több részre elvágjuk, azt tapasztaljuk, hogy az egyes részek alakja nagyon hasonlít a hordfelület alakjára. Tehát a hordfelületre vonatkozó törvényszerűségeket alkalmazhatjuk a légcsavarra is ! Ez az alkalmazás természetesen nem megy olyan egyszerűen, hiszen a légcsavar mozgása sokkal bonyolultabb, mint a hordfelületé. A légcsavar ugyanis úgy halad előre, hogy közben forog is tengelye körül. Érmek a forgásnak az a következménye, hogy a légcsavaragyhoz közelebb eső hord- felületek útja rövidebb és meredekebb lesz, mint a légcsavar széléhez közel eső hordfelületeké.

Ha a légcsavar helyben forog, — például motorpróbáknál, forgópadon — akkor igen egyszerűek a viszonyok. Minden légcsavarelem, mely körben forog — hasonlóan a hordfelületekhez — indítási örvényt kelt. Ennek követ­keztében cirkulációs mozgás alakul ki, tehát a csavar minden elemére egy előre irányuló erő hat. Ez a húzóerő felel meg a szárnyfelületeknél a felhajtó­erőnek.

Természetesen a légcsavaroknál is fellép ellenállás, melyet a motor ereje győz le.

Vizsgálódjunk tovább és nézzük, mi történik a légcsavarral, miközben a gép előre halad. Ha a csavar nem forogna és ekkor haladna előre a gép, akkor a levegőáram a légcsavart élőiről érné, viszont ha csak forogna, de előre nem haladna, akkor a levegőáram oldalról érkezne. Abban az esetben, ha a légcsavar forog és közben előre is halad, akkor a levegő oferdén, élőiről jön«, amit úgy is kifejezhetünk, hogy az említett két összetevő erő eredője lesz a levegőáram mostani mozgása. Ebben az esetben — az állásszög kisebb lesz, tehát kisebb lesz a húzóerő és az ellenállás is. Míg az ellenállás kiseb- bedése kedvező, addig a húzóerő csökkenése hátrányos. Ebből tehát azt láthatjuk, hogy a légcsavar építésénél nem elég a légcsavart forgópadon — tehát előrehaladás nélküli forgómozgással — kipóbálni, mert lehet, hogy jól húz ebben a helyzetben, de mozgás közben mégsem lesz elegendő a húzása. A gép hatásfoka a megindítás után nő, de aztán — midőn az állásszög fel­veszi a kritikus értékét — a hatásfok hirtelen lecsökken 0-ig. A hatásfok

65

és húzóerő egyszerre veszik fel 0 értékét. Az a csavar ugyanis, mely nem húz, nem használható. Hogy a húzóerő nagy sebességeknél is elég legyen, a légcsavart úgy kell építeni, hogy az állásszög nagy legyen, azaz légcsava­runknak nagy emelkedésűnek kell lennie. Persze azt is figyelembe kell venni, ami az eddigiekből nyilvánvaló, hogy a nagy állásszögek viszont az indulásnál előnytelenek, mert nagy a keletkező ellenállás. Ezt a két ellen­kező követelményt valamiképpen kö­zös nevezőre kell hozni. Az a helyzet, hogy a repülőtechnikában gyors repü­lőgépeknél meredekebb légcsavart, lassúbb repülőgépeknél laposabb lég­csavart alkalmaznak. Minden légcsa­varra van tehát egy legalkalmasabb repülési sebesség, amikor a hatásfok maximum. A légcsavarvégeken termé­szetesen örvénylések jönnek létre, _

melyek — mivel a légcsavar az előre- repülési sebesség haladás mellett forgó mozgást is ve- A húzóerő, ellenállás és hatásfok függése géz — nem egyenes vonalban, hanem a repülési sebességtől,

csavar alakban úsznak hátrafelé.

Ennek következtében a húzóerő nem oszlik el a légcsavar mentén egyenletesen, hanem kifelé csökkenve, a légcsavarvégeken O-vá válik. Ezért nem készítik a légcsavarokat kívül szélesre.

4.

AZ EGYENSÚLYRÓL ÉS KORMÁNYZÁSRÓL.

A repülőgépet úgy készítik, hogy a levegőben nyugodtan haladó gépre kifejtett felhajtó erő támadási pontja a gép súlypontjával essék össze. Ekkor a felhajtó erő és a gép súlypontja egy függőleges egyenesbe esik, de ellenkező irányú. Ha azonban a levegőben lévő gépet szélrohamok érik, a ráható erők támadási pontja folyton változik, minek következtében a felhajtó erő és a súly nem esik egy függőlegesbe, hanem úgynevezett erőpárt alkot, mely a gépet el akarja fordítani vagy lengésbe akarja hozni.

Ennek az elfordításnak vagy lengésnek megakadályozására helyeznek el a gép testének végén egy vízszintes és egy függőleges vezérsíkot. Mind­kettő elleneszegül a hossztengely mentén való elfordulásnak. Ezenfelül a vízszintes vezérsík megakadályozza a gép végének fölfelé emelkedését vagy lesüllyedését, szóval a gép hosszmenti biztosságát segíti elő ; a függőleges vezérsík ugyanilyen módon az oldalra való eltérést gátolja meg, vagyis az oldal biztosságot segíti elő

Ezeken az állandó biztossági készülékeken kívül vannak még mozgatható biztonsági készülékek is : a kormányok, melyek a pilóta szempontjából legfontosabb részei a repülőgépnek. A kormányok segélyével végzi a pilóta a fel- és leszállást, a különböző fordulatokat, a műrepülési mutatványokat. Minden repülőgépnek három kormányszerve van: a magassági kormány, melyet a pilóta emelkedéskor vagy süllyedéskor használ, az oldálkormány, Kocüiia Gyula: örök törvények. 5

66

mellyel a gép mozgásának irányát változtatja és végül a csűrőkormány, mely főkép a fordulóknál nyer alkalmazást. A magassági és oldalkormány a gép végén a vezérsík mögött van elhelyezve úgy, hogy a magassági kor­mány a vízszintes, az oldalkormány pedig a függélyes vezérsíkhoz kapcso­lódik csuklószerüen. Mindkét kormánytól drótkötél vezet a pilótaülés kormányszerveihez és pedig rendszerint úgy, hogy a magassági kormányt egy kormányrúdhoz, az oldalkormányt lábkormányhoz kötik. A két szár­nyon levő csűrőkormány egyszerre mozgatható a kormányrúddal aképpen, hogyha az egyik csűrőfelületet felfelé mozgattuk, a másik ugyanakkor lefelé mutat.

Minden szárazföldi repülőgépen van — a fent említett szerveken kívül — még futószerkezet, mely valamilyen rúgós készülékkel van a törzshöz erősítve és főként a fel- és leszálláskor játszik nagy szerepet. A rúgós szerkezetre azért van szükség, hogy az ütődés ne legyen túlságosan heves. Ez a futó­szerkezet rendszerint két kerékből és a gép végén levő lapból, az úgyneve­zett farokcsúszóból áll. A gép farkán azért alkalmaznak kerék helyett farokcsúszókat, hogy a leszállás alkalmával a farokcsúszó nagy súrlódása következtében hamarabb — tehát kisebb területen — tudjon megállni a gép, miáltal a gép biztonsága, különösen kényszerleszálláskor, igen nagy mértékben javul.

A repülőgép törzsében vannak a pilótaülések, utaskabínok, pakktáskák, műszerek stb. Mivel a törzs mint káros ellenállás szerepel, ezért a törekvés az, hogy az áram vonalakra való kiképzésen kívül a törzset minél kisebbre építsék. így ma már igen sok repülőgép van, melyeken az üzemanyag­tartályok, utasfülkék a szárnyban nyernek elhelyezést.

Ugyancsak káros ellenállásként szerepel repülés közben a légcsavart hajtó motor is, melynek ellenállását azáltal csökkentik, hogy egy gyűrűalakú burkolattal, az ú. n. Toumend-féle gyűrűvel veszik körül. A feszítőhuzalok és tartórúdak szintén emelik a káros ellenállást, melyet némileg úgy tudnak csökkenteni, hogy a tartórúdakat is áramvonal alakúra készítik.

Hogy a gép egyes szerveinek hatását és alkalmazását lássuk; szálljunk fel, forduljunk meg és szálljunk le gépünkkel. Midőn a repülőgép motorját megindítjuk, a motor fordulatszámának növelésével a repülőgép mind gyor­sabban es gyorsabban kezd gurulni. Mikor bizonyos sebességet elér, a pilóta a magassági kormányt a föld felé hajlítja, minek következtében a gép farkára felhajtó erő működik és így ez felemelkedik. A gép farkát a pilóta csak azért emeli, hogy a farokcsúszónak a földhöz való súrlódását, mely a mozgást akadályozza, megszüntesse. A gép sebessége eközben mindinkább fokozódik, míg csak olyan nagy nem lesz, hogy a felhajtóerő nagyobb a gép súlyánál. Midőn ezt a sebességet a gép elérte, a pilóta a magassági kormányt felfelé hajlítja és így eléri, hogy a gép eleje felágaskodjon és a repülőgép elhagyja a földet. Most azután állandóan ügyelve arra, hogy a felhajtóerő a gép súlyánál nagyobb legyen, a gépet mind magasabbra és magasabbra emelheti a pilóta. Midőn a gép a kívánt magasságot elérte, a magassági kormány lefelé való hajlításával a gépet beállítja úgy, hogy hossztengelye vízszintes legyen. Ilyenkor természetesen a gép sebessége fokozódik, úgyhogy a gép állandóan emelkedni akar, mert a lebegéshez szükséges úgynevezett utazó sebességnél nagyobb sebességgel halad. Hogy ez meg ne történhessék, a motort »lefojtjuk«, azaz kisebb fordulatszámmal járatjuk és a gép utazó­sebességét megtartjuk.

így haladva, egyszer csak meg akarunk fordulni gépünkkel. Kérdés, mit kell ilyenkor csinálni ? Mindenekelőtt a gépet a fordulóhoz szükséges körpályára kell kényszeríteni, ezt pedig úgy csináljuk, hogy az oldalkormányt

jobbra vagy balra fordítjuk, aszerint, hogy merre akarunk fordulni. De a körmozgást végző gépre egy új erő, az úgynevezett centrifugális erő is hat, mely a gépet a kör sugara mentén kifelé akarja mozdítani. A centrifugális erő ellensúlyozása végett szükség van egy ellentétes irányú s vele egyenlő nagyságú erőre, az ú. n. centripetális erőre. Tehát el kell érnünk azt, hogy a szárnyakra ható nyomóerőnek legyen egy középpont felé irányuló össze­tevője is. Ezt pedig úgy érjük el, ha a csűrőkormányok megfelelő elmozdí­tásával megváltoztatjuk a szárnyak beesési szögét, ugyanis ekkor a gép olyan helyzetet vesz fel, hogy a körpálya középpontja felőli szárny lefelé, a másik pedig fölfelé hajlik. Természetesen a csűrés és így a bedöntés mérté­két ama körpálya sugara szabja meg, melyen a fordulót végezzük. Minél kisebb körön akarunk megfordulni, annál jobban be kell dönteni gépünket. A forduló után gépünket a kormányok nyugalmi helyzetbe való hozásával újra a vízszintesbe állítjuk és megtehetjük az előkészületeket a leszálláshoz.

Mindenekelőtt gépünket pontosan beállítjuk abba az irányba, amelybe le akarunk szállni. Ezután a motort úgynevezett »üres járás«-sal járatjuk, azaz csak olyan fordulatszámmal, melynél a csavar húzóereje elhanyagol­hatóan kicsi. Az így »üres járás«-sal járatott gép természetesen hamar elveszti sebességét, ha folytatná a vízszintes repülést. A sebesség elvesztése pedig zuhanást idéz elő. Ennek elkerülése végett arra törekszünk, hogy a gép sebessége az oüres járás«-sal járatott motor mellett is megmaradjon, miért is gépünket ferdén a föld felé irányítjuk, midőn a gép súlya szolgál motor gyanánt. Tehát mikor a gép fordulatszámát a minimumra csökken­tettük, a magassági kormányt a föld felé hajlítjuk, a gép farka fölfelé emelkedik és az orra lehajlik. A gépnek ezt a siklását mindaddig megtartjuk, míg csak a gép közvetlenül a föld felett, el nem veszti a sebességét. Ekkor a gépet a magassági kormány fokozatos emelésével leültetjük. Ügyelni kell arra, hogy ez a leültetés lehetőleg kis sebesség mellett menjen végbe ; ugyanis nagy sebesség alkalmával könnyebben történhetik szerencsétlenség. Evégből a siklást a föld felett bizonyos magasságban megtörjük, azaz arra törekszünk, hogy a gép a rendes utazó sebességét — a földhöz való közeledése arányában — lassanként elveszítse.

A REZGŐ-MOZGÁS

Talán nincs is a fizikának olyan fejezete, amelyben a rezgő-mozgás ne töltene be fontos szerepet. Mindnyájan tapasztaltuk már, hogy a házunk előtt elvonuló nehéz kocsi milyen erősen megrezegteti a talajt. Azt is sokan figyelték érdeklődve, hogy a szél hatására a fák ágai és a falevelek rezgő­mozgásba jöttek. Ki nem figyelte volna még a víz hullámzását, mely néha hihetetlen erősségre tehet szert, hiszen a biscayai-öbölből a hullámverés még Bécsben is érezhető. Hullámszerű ingadozást mutat a föld egyik igen nagy energia-tartaléka : a dagály és apály érdekes jelensége. Rezgő-mozgás- szerű kitérést végez a föld is földrengések alkalmával. A földrengésből szár­mazó nagy katasztrófáknak éppen ez a rezgő-mozgás az oka.

De ha el is hagyjuk a mechanika tárgykörét és mondjuk, a hangok birodalmába jutunk, ott is csak azt tapasztaljuk, hogy minden hang: rezgés. De hangnak csak olyan rezgéseket nevezünk, amelyeknek másodpercenkénti rezgésszáma 20 és 20.000 között van.

Innen egyenes út vezet az ultrahangok birodalmába, amelyen túl a hőrezgések találhatók. Ezek az elsorolt rezgések csak rezgésszámban külön­böznek egymástól, más semmiben.

Lényegében eltér az előbbi rezgésektől a fény- és hősugárzás, vala­mint az összes elektromágneses hullámok, melyekben a szakaszos állapotvál­tozás már materiális közeg nélkül halad, de végeredményben itt is rezgések­ről, hullámokról van szó.

Nézzük már most közelebbről, hogy mik ennek a rezgőmozgásnak a törvényei. Előre is kijelentem, hogy ez a fejezet kissé nehéz, azért tessék azt lassan, esetleg többször is végig olvasni. Tudom, hogy fáradságos munka lesz ez, de — a későbbiekben majd látni fogják — megéri a fáradságot.

Mindenekelőtt meg kell határoznunk, hogy mit értünk rezgő-mozgáson? Olyan mozgást nevezünk rezgőnek, melynél a test egyes részecskéi bizonyos egyensúlyi helyzet körül úgy végzik mozgásaikat, mint a megpendített húr részecskéi. Azt látjuk tehát, hogy a rezgő-mozgás szakaszos, periodikus mozgás, azaz olyan, melynél egy teljes periódus után a mozgás fázisainak ugyanazon sorozata ismétlődik meg.

Nézzük, miképpen hozhatunk létre rezgő-mozgást. Vegyünk egy »U«- alakú csövet, öntsünk bele folyadékot és ekkor billentsük azt meg. A csőben 1 evő folyadék emelkedő és süllyedő mozgása rezgő-mozgás.

Rezgő-mozgást végez a hangvilla két szára is, amennyiben hangvillánkat megszólaltatjuk. Rezgő-mozgásnak nevezzük azt is, ha valamilyen ingát egyensúlyi helyzetéből kitérítünk és azután elengedünk.

69

Miről ismerhetjük már most fel, hogy az előbb említett mozgások rezgő­mozgások? Vegyünk e célból egy vékony, hegyes varrótűt, melyet cérnával erősítsünk hangvillánk egyik szárára. A tű hegyét értessük hozzá egy kor­mozott üveglaphoz. Szólaltassuk most meg a hangvillát, és ugyanekkor mozgassuk a kormozott üveglapot a hangvilla kitéréseire merőleges irányban, egyenletes sebességgel. Észrevesszük, hogy a hangvilla mozgását végző csúcs az üveglapra hullámos görbét rajzol. Most húzzuk el a csúcs előtt a kormozott üveglapot akkor is, amikor a hangvillánk nem hangzik, és ekkor a hullámos görbe helyett csak egy egyenes vonalat kapunk eredményül. Ez az egyenes vonal jelenti a nyugalmi helyzetet, amelytől a hangvilla szára jobbra is, balra is ugyanakkora kitérést végez, ha egyszer megpendítettük.

Másképpen is meg tudjuk mutatni azt, hogy a rezgő-mozgásokat legköny- nyebben és leghívebben egy hullámvo­nallal ábrázolhatjuk. Vegyünk evégből egy tölcsért, melyet ingaszerűenfüggesz- szünk fel. A tölcsérbe öntsünk finom homokot, de előbb a tölcsér végét ujjunk­

A hangvilla rezgő-mozgást végez és a ráerősített csúcs hullámvonalat ír le.

Az ingamozgás is hullámvonallal ábrázolható.

kal fogjuk be. Vegyünk még egy papírlapot is, melyet helyezzünk el a tölcsér alá. Hozzuk most az ingát lengésbe és egyidejűleg engedjük is el a tölcsér végét, és ugyanekkor még a papírlapot is mozgassuk a kitérésre merőleges irányban, egyenletes sebességgel. A kiömlött homok a rajzlapra hullámszerű alakot rajzol. Ha pedig akkor engedjük a homokot a tölcsérből kiszóródni, midőn az álló helyzetben van, akkor a mozgó papírlapon egy egyenes vonalat rajzol fel a kiömlő por, mely ismét a nyugalmi helyzetet jelöli meg.

A rezgő-mozgásnál a mozgó részeknek a nyugalmi helyzetről való távol­ságát kitérésnek, vagy elongációnak hívjuk. A legnagyobb kitérést amplitúdó­nak nevezzük. Ha akármilyen hullámmozgást nézünk is meg, azt tapasztal­juk, hogy a mozgás egy bizonyos darabnak — a hullámhosszúságnak — foly­tonos megismétlődéséből áll, ezért is hívjuk az ilyenfajta mozgásokat perio­dikus, vagy szakaszos rezgő-mozgásnak.

Azt az időt, mely alatt a mozgó test éppen egy teljes periódust végez, rezgési időnek nevezzük. Mivel a különböző rezgések hosszabb vagy rövidebb ideig folynak le, rezgésidejük is különböző lesz. Nagy rezgésidő esetén másod­percenként csak kevés számú, kis rezgésidő esetén másodpercenként nagy­számú rezgést végez tehát a rezgő test.

Az egy másodperc alatt végzett rezgések számát rezgésszámnak vagy frequenciának hívjuk. Ha valamely rezgés másodpercenkénti rezgésszáma 1, 2, vagy 100, akkor azt mondjuk, hogy a rezgés-frequenciája 1, 2, vagy 100 hertz. 1 hertz tehát másodpercenként 1 rezgést jelent. Ezt az egységet Hertz Henriknek, az elektromos hullámok felfedezőjének tiszteletére választották.

70

Ha azt vizsgáljuk, hogy egy rezgő pont miképpen adja át a rezgését a közvetlen közelében levő és vele valamiképpen összefüggő pontnak sez ismét tovább a szomszédos pontnak, akkor előbb végezzünk el egy egyszerű kísérletet. Feszítsünk ki egy kötelet és a kötél egyik végére üssünk rá. Ekkor tulajdonképpen a kötélnek csak egy pontját hozom mozgásba. Mivel azonban a megütött pont a vele szomszédos ponttal érintkezik, természetes, hogy a megütött pont ennek a szomszédos pontnak átadja rezgését. Tehát a szom­szédos pont is ugyanolyan rezgést fog végezni, mint a megütött, csak vala­mivel később. A rezgés tehát így halad végig egy kötélen. Mire az első pont már elvégzett egy teljes rezgést, akkorra egy bizonyos távolságban már az összes pontok rezgésbe jöttek. Ha most ilyenkor hirtelenül rátekintünk a kötélre, akkor azt vesszük észre, hogy a rezgésbe jött pontok összessége éppen egy hegyből és völgyből álló hullám képét mutatják. Egy teljes rezgés ideje alatt tehát a hullámzás egy hullámhosszúságra terjed.

Hullámhosszúságon pedig két egyenlő fázisban lévő pontnak egymástól való távolságát értjük. Két pont akkor van egyenlő fázisban, ha azoknak a nyugalmi helyzettől való kitérése ugyanakkora, és a következő időpillanat­ban mozgásuk azonos irányú lesz. Már most minél gyorsabban veszik át a szomszédos részecskék a rezgést, a hullám terjedési sebessége annál nagyobb lesz és ugyanazon rezgésszám mellett annál hosszabb lesz maga a hullám.

A kötéllel végzett kísérlet azonban a rezgési viszonyokat az összes rez­gésekre vonatkozólag nem tünteti fel helyesen. A kötélen végig terjedő rezgés ugyanis csak a kötél irányában terjedhet. De ha például vízbe követ dobunk, az így keltett rezgés már minden irányban tovább halad a víz fel­színén.

Ha pedig egy sípba belefújunk, akkor a síp által keletkezett rezgés (hang) a tér minden irányában szétterjed már.

A kötélnél tehát a rezgések egy egyenes, a víznél már egy sík mentén haladhatnak, a síp által keltett rezgések viszont a térben terjednek és a rez­gésben lévő pontok egy gömbfelületet alkotnak.

Nézzük már most azt, hogy az így megtanult fogalmak között milyen összefüggések találhatók. Tegyük fel, hogy ismerjük egy rezgés rezgésszámát és terjedési sebességét (a terjedési sebesség az egy másodperc alatt megtett út mértéke lesz), kérdés, miképpen számíthatjuk ki a rezgés hullámhosszú­ságát? Azt már tudjuk, hogy egy rezgés megtételére szükséges idő másodperc, tehát a hullámhosszúságot megkapjuk, ha a terjedési rezgésszám sebességet szorozzuk az egy rezgés megtételéhez szükséges idővel, vagy, ami ugyanazt jelenti, a terjedési sebességet osztjuk a rezgésszámmal.

Legyen adva például a városi világítási áram rezgésszáma : 50. Mivel azt is tudjuk, hogy az elektromos rezgések terjedési sebessége 300.000 km/mp, tehát a váltóáram hullámhosszát megkapjuk, ha a 300.000-t osztjuk 50-nel. Ha az osztást elvégezzük, eredményül azt fogjuk kapni, hogy az 50 periódusú városi váltóáram hullámhosszúsága 6000 km.

Számítsuk ki most például a vörösfény rezgésszámát. Ismernünk kell evégből a fény terjedési sebességét, mely, mint tudjuk, 300.000 km/mp. Ugyancsak tudnunk kell a vörösfény hullámhosszúságát is, mely 800 mji. (1/4= 1 /1000 mm, 1 m/i = 1 /l,000.000 mm, 1Á = 1 /10,000.000 mm.) Mivel a terjedési sebesség, a hulámhosszúság és a rezgésszám közötti össze­függés, melyet előbbi példánkban is felhasználtunk, képlet alakjában a követ­kezőképpen írható fel :

v

71

Ahol A a hullámhosszúságot, c a terjedési sebességet és v a rezgésszámot jelenti. Ennek az egyszerű egyenletnek kis átalakításával akár a sebességet,

akár pedig a rezgésszámot

kiszámíthatjuk, ha a három adat közül kettőt ismerünk. Példánkra vissza­térve, a vörösfény rezgésszámát tehát megkapjuk, ha 300.000 km-t elosztjuk 800 m/í-nal. Osztani azonban csak egynemű mennyiséget lehet, tehát a 300.000 km-t át kell alakítanunk m/4-nokká. Azt tudjuk, hogy 300.000 km = 300 millió méter és ez egyenlő 300.000 millió mm. Mivel pedig 1 m/m 1,000.000 m^, tehát 300.000 km = 300,000,000,000,000.000 m^. Most már elvégezhetjük az osztást is és azt kapjuk eredményül, hogy a vörösfény rezgésszáma 3750 milliárd.

A hullámismeretek tanában egy rendkívül sokat hallott, de kevesek által ismert jelenség a rezonancia jelensége. Egy vízszintes fonalra akasszunk több különböző hosszúságú ingát. Az ingák közül azonban kettő legyen egyenlő hosszúságú. Hozzuk most az egyenlő hosszúságú ingák egyikét len­gésbe, akkor ez az inga, a közös felfüggesztés révén állandó apró lökéseket ad a többi ingának. Nézzük csak egy darabig ezt az érdekes jelenséget. Rövid idő múlva azt tapasztaljuk, hogy a lengésbe hozott ingával azonos hosszúságú, tehát azonos lengésidejű inga is csakhamar rezgésbe jön, míg a többi nyugalomban marad. Ilyenkor mondjuk azt, hogy az egyik inga a másik inga rezgéseire rezonált. A jelenség magyarázata egyszerű. Az összes ingák közül ugyanis egyedül csak az azonos hosszúságú inga kapta »idejében«, azaz ugyanolyan periódusban az impulzusokat. Az így kapott impulzusok összegeződtek, mind nagyobb és nagyobb lökést adtak az ingának, mely végül is lengésbe jött. A többi inga is pontosan ugyanakkora impulzusokat kapott, de már nem a saját rezgésüknek megfelelő időpontokban. Ezek az egymásutáni lökések tehát egymás hatásait lerontották s így az ingák nyu­galomban maradtak.

Rezonancia miatt jön lengésbe a hintázó gyermek hintája is. Ha ugyanis a hinta a lökéseket nem kapná kellő időben, hanem csak össze-vissza, akkor bizony elromlana a gyermekek mulatsága, mert így hintázás sohasem jöhetne létre, legfeljebb csak veszekedés és sírás.

A hatalmas harangok megszólaltatása is a rezonancia alapján történik. A harangozó a harang lengéseinek megfelelő periódusban húzogatja a harang­kötelet, így a harang mind nagyobb és nagyobb lengéseket végez, míg végül is a harangnyelv hozzáütődik a haranghoz és az megszólal.

Régi koncert-termekben nem volt ritka jelenség, hogy a zenekar meg­szólaltatásakor az ablakok is rezgésbe jöttek, esetleg be is törtek. Az történt ugyanis, hogy az ablakok rezgésszáma egyezett a megszólaltatott hang rezgésszámával, tehát azok is rezgésbe jöttek, rezgésük a rezonancia révén mind nagyobb és nagyobb lett, végül is akkora lett a rezgések kitérése, hogy azt az ablak már nem tudta követni, és ekkor következett be a törés.

Az előző rezonancia-jelenséggel elvben teljesen megegyez az az ismert bűvészmutatvány is, amikor a bűvész egy hang megszólaltatásával eltör például egy poharat.

Igen szépen demonstrálhatjuk a rezonanciát a következő összeállítással. Vegyünk egy hosszú üveghengert és egy hangvillát. Fogjuk kézbe a hang­villát és szólaltassuk meg. A hangvilla ilyenkor csak igen gyenge hangot ad.

Hang-rezonancia-kísérlet.

Tartsuk most a hangvillát üveghengerünk fölé, lényegesebb hangerősödést nem tapasztalunk. Öntsünk most vizet az üveghengerbe és azt tapasztaljuk, hogy egy bizonyos magasságú vízoszlop esetén a hangvilla hangja igen meg­erősödött. Ha a vizet most még tovább öntjük, a hangvilla hangja ismét elhalkul. Ha a vízoszlop felett lévő levegőoszlop rezgésszáma egyezik a hangvilla rezgésszámával, csak akkor jön létre ez az érdekes rezonancia­jelenség.

Végezzünk el egy másik, sokkal egyszerűbb kísérletet. Vegyünk ismét kezünkbe egy hangvillát, melyet szó­laltassunk meg. Mikor a hangvilla rez­gései már annyira gyengék, hogy a keletkezett hangot már nem is halljuk, állítsuk a hangvillát az asztalra és a hang rögtön erősebb lesz. Természete­sen ezt a jelenséget is a rezonancia idézi elő.

Egy további igen érdekes jelenség, melyet a hullámok világában min­denütt megfigyelhetünk: a lebegés. Vegyünk két azonos rezgésszámú hang­villát és ezek közül az egyikre illesszünk egy kis viaszdarabkát, amivel tulajdon­képpen elhangoltuk a hangvülát. Most szólaltassuk meg egyszerre a két hang­villát és azt fogjuk észrevenni, hogy a hangvillák hangja hol erősödik, hol pedig gyengül. A rezgések erősségében beálló szakaszos ingadozást hívjuk lebegésnek. A lebegések száma mindig egyenlő a két rezgéstadó test rezgés­számának különbségével. Ha tehát például úgy hangoltuk el az eredetileg 435 rezgésszámú hangvillánkat, hogy

annak rezgésszáma a viaszdarabka feltevése után például 438 lett, akkor másodpercenként három lebegés keletkezik, azaz másodpercenként három hangerősödést és három hanggyengülést fogunk észrevenni.

A lebegéseket igen érdekesen mutatja két egymásmelleit felállított fémszalagrúgó, melyeknek lengési idejük nem pontosan egyenlő. Hátra­nyomjuk őket és azután elengedjük, akkor eleinte azt látjuk, hogy együtt hajladoznak, majd a két rúgó lengései mind jobban eltérnek egymástól, végül már ellentétes fázisban lengenek. Ezután ismét mind jobban és jobban együtt lengenek és ez a játék újból és újból megismétlődik.

Bemutathatjuk a lebegéseket felfüggesztett ingákkal is. A feltaláló után Oderbeck-iéle kettős ingának nevezik azt az egyszerű összeállítást, melyet bárki elkészíthet magának. Közös fonálra függesszünk fel két egyenlő hosz- szúságú paraffin ingát. Hozzuk az egyik ingát lengésbe, erre a másik is len­gésbe jön. Aztán figyeljünk csak tovább. Azt tapasztaljuk, hogy ahogy nőnek a második inga amplitúdói, úgy kisebbednek az első ingáéi. Mikor aztán az első inga megáll, a másik akkor leng legerősebben. Aztán most az első kezd lengésbe jönni és a második inga lengései csillapodnak. Végül is mikor a második inga megáll, az első inga kitérései ismét a legnagyobbak lesznek. Lebegések jöttek tehát létre.

73

A lebegés már két rezgés közös hatásaként jött létre. A külön­böző rezgések találkozásából a legérdekesebb jelenségek állhatnak elő. Általá­ban a rezgéseknél a rezgések kiindulási pontját 0 pontnak vesszük és e fölött lévő kitéréseket pozitívoknak, az ez alattiakat pedig negatív rezgéseknek nevezzük.

Ha most két egyirányú rezgés találkozik, akkor a találkozásból kelet­kező eredő rezgést úgy kapjuk meg, hogy az egyes kitéréseket irány és nagy­ság szerint összegezzük.

Hullámok összetétele. A vastag vonal az eredőhullám.

Egymásra merőleges rezgések esetén viszont, aszerint, hogy a két rezgés milyen fázissal találkozik, az eredő rezgés is különböző lesz. így, ha a két rezgés közti különbség éppen egy fél periódussal egyenlő, akkor az eredő rezgés egy egyenes mentén megy végbe. Ha pedig a fáziskülönbség más értékű, akkor az eredő rezgés pályája ellipszis lesz. Ha pedig a két egymásra merőleges, találkozó rezgéseknek az amplitúdói is egyenlőek és a fáziskülönbség is pon­tosan egy fél periódus, akkor az eredő rezgés egy körpályát ír le. Végül még az érdekesség miatt megemlítem, ha két egymásra merőleges rezgés periódusai nem egyenlők, akkor találkozásukból a legváltozatosabb alakú rezgések, az úgynevezett Lissajous-íéle figurák keletkeznek.

Még meg kell tanulnunk néhány egyszerű fogalmat. Hullámhegynek a hullámgörbe pozitív maximumát, hullámvölgynek a negatív maximumát nevezzük. A hullámgörbe nyugalomban lévő pontjait csomópontoknak hívjuk.

A hullámok azonban nemcsak olyanok lehetnek, hogy a kitérések a hul­lám terjedésének irányára merőlegesek legyenek, hanem előfordulhat az is, hogy az egyes részecskék kitérése megegyez a hullám terjedésének irányával. Az előző rezgéseket transverzális vagy keresztrezgéseknek, az utóbbiakat pedig longitudinális vagy hosszirányú rezgéseknek nevezzük. A transverzális rezgések­ről már elmondottunk egyet és mást, most még a longitudinális rezgésekről szándékozunk pár szót mondani. Mindenekelőtt a rezgések előállításával fog­lalkozunk.

Longitudinális rezgést előállíthatunk úgy, hogy veszünk egy spirálrúgót, melyet kifeszítünk és aztán elengedünk. Az ilymódon előállított rezgés mint sűrűsödés és ritkulás halad végig a rúgó mentén. A hullámhegy ilyen esetekben a maximális sűrűsödésnek, a hullámvölgy a maximális ritkulásnak felel meg,

De longitudinális hullám jön létre például kezünk összecsapásakor is. Két kezünket egymáshoz közelítve, a levegőt összenyomjuk és ez az egész térben végigterjed. A hangok terjedése is longitudinális hullámokban tör­ténik.

Akár longitudinális, akár transverzális a hullám, a legérdekesebb hullám­találkozás akkor jön létre, ha a találkozó két hullám egy közös forrásból eredve, különböző utak befutása után újból találkoznak. Ezt a hullámtalálkozási jelen­séget hívjuk interferenciának. A két hu’lám periódusa, hullámhosszúsága és a rezgés megkezdése óta eltelt idejük is azonos, csak a megtett út különböző. Ekkor tehát az eredő rezgés semmi mástól nem függhet, mint a két rezgés által

befutott utak különbségétől. Tényleg a kísérletekkel igazolt számítások azt mutatták, hogy ha a két rezgés által megtett út különbsége a teljes hullám­hosszúsággal, vagy ennek egészszámú többszöröseivel egyenlő, akkor fázis­különbség nem lévén, a két rezgés egymás hatását erősíteni fogja. Ha ellenben az útkülönbség egy fél hullámhosszal vagy ennek páratlanszámú többszörösei­vel egyenlő, akkor a két hullám éppen ellenkező fázissal találkozván, egymás hatását lerontják.

Ha az így találkozó hullámok nemcsak egy pontban, hanem egy egész vonal­darabon találkoznak egymással, akkor tulajdonképpen haladó hullámok interferenciája jön létre és a keletkezett eredő hullám, úgynevezett álló hullám lesz. Ez az álló hullám abban különbözik a haladó hullámoktól, hogy míg ott az egyes pontok egymásután érik el a maximális kitérést, addig az álló hullá­moknál az amplitúdó minden egyes pontra, minden időpontban ugyanazon értékkel bír, mely természetesen eltér a szomszédos pontok amplitúdó érté­keitől.

A hullámoknak ismert jelensége az elhajlás vagy diffrakció is. Ha ugyanis a hullámok útjába egy akadályt teszünk, azt tapasztaljuk, hogy a hullámok az akadály ellenére is eljutnak az akadály mögötti területre. Ez másként, mint a Huyghens-íéie elvvel, melyet majd a későbbiek során tárgyalunk részletesen, nem magyarázható. Valamely jelenség hullámszerű voltának eldöntése leg­többször éppen az elhajlás jelenségével történik, mint azt a továbbiak során még látni fogjuk.

A hullámokkal kapcsolatosan még egy fontos jelenségről kell megemlé­keznünk, melyet általában Doppler-féle elvnek szoktak nevezni. Ez a Doppler által megmagyarázott jelenség abban áll, hogy ha egy rezgés közeledik felénk vagy mi közeledünk a rezgést adó test felé, akkor a rezgésszámot mi a tény­legesnél nagyobbnak észleljük, míg ha a rezgés távolodik tőlünk, vagy ami ezzel equivalens, mi távolodunk a rezgést adó testtől, akkor a rezgésszámot a tényleges rezgésszámnál alacsonyabbnak észleljük.

Mindnyájan megfigyelhetjük ennek az elvnek az igazságát, ha például kimegyünk a nyílt pályára és a mellettünk elrobogó vonat füttyét hallgatjuk. Ilyenkor ugyanis azt tapasztaljuk, hogy a közeledő vonat füttye magasabb, mint a távolodóé.

Meg is magyarázhatjuk igen egyszerűen ezt a jelenséget. Ha ugyanis a rezgő test is és én is állunk, akkor egy másodperc alatt elérkezik hozzám bizo­nyos számú rezgés. Ha a rezgő test felém közeledik, akkor nemcsak az előbbi rezgések érnek el hozzám, hanem azok is, melyek az előbb még 1 másodperc alatt nem jutottak el. Másodpercenként tehát több rezgés érkezik hozzám és ennek megfelelően a vonatfütty magasabb lesz. Ha viszont a rezgő test és a közöttem lévő távolság folytonosan nagyobb lesz, akkor kevesebb rezgés jut csak el hozzám, tehát a füttyöt mélyebbnek hallom.

Sok új fogalmat ismertünk meg ebben a fejezetben, de elkerülhetetlenül szükség volt erre, mert enélkül a könyv egyes fejezeteinek lényegét nem ér­tenénk meg. A további fejezetek, Ígérem, érdekesebbek lesznek!

XI.

A HANGOKRÓL

1.

A HANG.

Azokat a rezgéseket, melyeknek másodpercenkénti rezgésszáma 20 és 20.000 között van, fülünkké’ mint hangot vesszük észre. A hangforráson, mint a rezgéseket előállító és a fülünkön, mint a rezgéseket fölfogó szerven kívül szükséges még valamiféle közeg is, — levegő, víz, fa stb. — mely a rezgéseket továbbítja. Ha ugyanis egy óra ketyegését úgy hallgatjuk, hogy óránkat egy olyan üvegbura alá helyezzük, mely légszivattyúval van összekötve, akkor minél tökéletesebb a bura alatt a vákuum, az óra ketyegését annál halkabban halljuk, egyszercsak teljesen megszűnik. Ez az egyszerű kísérlet igazolja azt, hogy a hangok terjedéséhez bizonyos közegre szükség van. Mindez azonban csak szükséges, de nem elégséges feltétele annak, hogy bizonyos rezgéseket hangokként érzékeljünk. A rezgéseknek bizonyos erősségére is feltétlenül szükség van a hangok keletkezésénél.

A hangokat azután két csoportra oszthatjuk. Vannak zörejek és zenei hangok. Zenei hangnak nevezzük a hangot akkor, ha a hang bizonyos erősségű, szabályos, periodikus rezgéseknek sorozatából áll, ha nem ilyen a hang, akkor zörej a neve.

A különböző hangokat megkülönböztetjük magasságuk, erősségük és színezetük szerint.

A hang magassága a másodpercenkénti rezgésszámtól függ. Minél nagyobb & rezgésszám, a hang annál magasabb, minél kisebb a rezgésszám, a hang annál mélyebb. A hangmagasság meghatározása igen fontos feladata a zene­karoknak, ahol az egyes hangszereket éppen egy bizonyos magasságú hanghoz — a másodpercenként 435 rezgést végző kamara »a« hanghoz — szokták viszo­nyítani. Ezt a hangot egy sípnak vagy egy hangvillának segítségével meg­szólaltatjuk s aztán a zenészek hangszereiket hallás útján beállítják ennek megfelelően. Gyakorlott fül már ‘/₄ rezgésszámkülönbséget — ha a 2 hangot egymásután hallja — is észrevesz. Ez teszi lehetővé a zenekarok helyes han­golását.

Ez a szubjektív módszer azonban zeneileg igen gyakorlott fület kíván meg, amellyel bizony nem mindenki rendelkezik. Éppen ezért másféle hang­magasságmérőket kellett szerkeszteni.

A kérdéssel először az angol Hooke és a francia Savart (1791 — 1881 ) fog­lalkoztak, természetesen egymástól függetlenül. Kísérleteiknek tulajdonkép­peni célja az volt, hogy megállapítsák a hallhatóság alsó és felső határát.

■’A .

Vettek evégből egy fogaskereket, melyet tengelye körül forgattak. A forgó kerék fogaihoz egy rugalmas lemezt érintettek s azt találták, hogy a hang magassága a rezgések számától függ. A rezgések számát egyszerűen kiszá­míthatták, ha a kerék fogainak számát megszorozták a kerék 1 másodperc alatti fordulatainak számával. Vizsgálataik szerint a hang alsó határát 20 felső határát 24.000 rezgésben állapíthatjuk meg. Ezzel a kerékkel, vagy ahogyan sokszor nevezik, szirénával valamely hang magasságát összehason­lítás révén állapíthatjuk meg. Megszólaltathatjuk a hangot, melynek magas­ságát nem ismerjük. Szirénáinknak fordulatszámát úgy változtatjuk, hogy a keréknek egy lappal való megérintésekor keletkezett hang megegyezzen a keresett hang magasságával. Most aztán egyszerű szorzást kell csak elvégez­nünk (fogak száma szorozva a fordulatszámmal), hogy megkapjuk a keresett hang magasságát.

August Seebeck (1805 — 1848) úgy módosította ezt a szirénát, hogy vett egy körlapot, melyben koncentrikus

körökben elhelyezett lyuksorokat vágott ki. A körlapot forgatta. Ha a lyuksorok egyikére egy cső segítségével ráfújt, akkor a levegő vagy átment ^egy lyukon keresztül, vagy a lyukközökben akadályba ütközött. így tehát rezgések keletkeztek. Ezen rezgések másodpercenkénti száma a cső előtt elfutó lyukak számától függött. Ezt pedig kiszámíthattuk: a körben elhelye­zett lyukak számát szoroztuk a korong forgási sebességével. A mérés ezzel a Seebeck-féle szirénával is úgy történt, mint a HookeSavart-kerékkel.

Később olyan szirénákat is készítettek, amelyeken forgásszámláló volt elhelyezve. Ez kényelmesebb mérésekre adott alkalmat. Ezek közül legis­mertebb az a sziréna, melyet Cagniard de la Tour (1777—1859) készített.

A hangokat áltálában oklávákra szokták felosztani. Oktávának nevezzük azt a hangközt, amelyben a legmagasabb hang rezgésszáma éppen kétszer akkora, mint a legalacsonyabb hang rezgésszáma. Ezt a hangközt az emberi fül nagyon jól észreveszi és hogy helyesen történt így a felosztás, mi sem bizonyítja jobban, mint az a körülmény, hogy a fülünkkel egyformának találjuk a különbséget, pl. 50 és 100, valamint az 500 és 1000, vagy a 200 és 400 rezgésszámú hangok között, mert a rezgésszámok viszonya mindegyik esetben 1 : 2. így a hallható hangok terjedelmét kb. 10 oktávra tehetjük.

77

-*r‘’*■ _ «**’ ■’í**’*

Az oktáván kívül még a fül jól felismeri az egyszerű egész számokkal kifejezhető hangközöket is, melyek közül a 3 : 2 arányút quintnek, a 4 : 3 arányút quartnak, 5 : 4 arányút nagy tercnek, 6 : 5 arányút kis tercnek nevezzük. <•_

A zene hanganyaga ezekből a consonans ‘hangközökből, épül fel.

A hang erőssége a rezgések energiájától függ, tehát a rezgések legnagyobb kitérésével — az amplitúdóval — mérhető. Lord Rayleigh megállapításai sze­rint egy hang már észrevehető akkor is, ha amplitúdója 0-8 mp.-al egyenlő. Hogy a hangszerek által keltett hangok (húr hangjai) jól átterjednek a levegőbe és így hallhatók legyenek, a hangszereket rezonátorszekrényekkel szokás ellátni.

Vegyünk két húros hangszert, mondjuk a zongorát és a hegedűt. Szólal­tassuk meg mindegyiken a 435 rezgésszámú kamarahangot ugyanakkora erős­séggel. Vigyünk a másik szobába egy átlagos műveltségű embert. Ez az ember biztosan meg tudja mondani, hogy melyik hangot szolgáltatta a zongora és melyiket a hegedű. Kérdés, honnan ismerhető ez fel? Űgy-e a hang színezeté­ről. Ez a hangszínezet pedig úgy jön létre, hogy a zongora »a* hangjának megszólaltatásakor nemcsak ez az alaphang szólal meg, hanem ugyanakkor a különböző felhangok is. A felhangok rezgésszáma az alaphangénak több­szöröse. A hang színezetét mármost megszabja az alaphanggal együtt meg­szólaló felhangok száma és ezek erőssége. A hangok színezetének vizsgálatával, de általában a hangtani kérdésekkel sokat foglalkozott Helmhoitz (1821 — 1894). Fínomlelkű édesanyja már gyermekkorában észreveszi fia nagyrahívatottságát s féltő gonddal ápolja, gondozza és tanítja Édesapja filozófiával foglalkozik, de gyermekét nem érdeklik ezek a vizsgálatok, őt a teleszkóp, a geometria és a ma­tematika érdekli csak. Fizikusnak készül, de anyagi okok miatt katonaorvos­tanhallgató lesz. Az orvosi tanulmányán kívül ez időben igen sokat foglalkozik a matematikával, a zenével és az irodalommal egyaránt Doktorrá avatása után Potsdamba került, mint gárdaorvos. Kis laboratóriumot rendez be magának, ahol állandóan kísérletezik. Ebben az időben ismerkedik meg jövendő fele­ségével is, Velten Olgával. Ebben az egyszerű laboratóriumban dolgozza ki az »erő megmaradásának törvényét* is, melyről bővebben Róbert Mayerral kap­csolatban beszélünk.

Előbb a königsbergi egyetemen az anatómia, majd a fiziológia tanára lesz. Ebben a korban fedezi fel a szemtükröt, mely a szemorvosok előtt egy új világ kapuját tárta ki. Közben felesége beteg lesz, a königsbergi klíma nem tesz jót a betegnek s ezért örömmel fogadja Helmhoitz a bonni egyetem anatómiai és fiziológiai tanszékre szóló meghívását.

Bonnban kezd a hangtannal foglalkozni. Bonnból rövidesen Heidelbergbe megy, ahol Bunsennel és Kirchofjal való barátsága igen termékenyitőleg hatott munkásságára. Felesége halála után még jobban beletemetkezik a munkába. Másodszor is megnősül, a szép és okos Mohi Annát veszi el. Heidel- bergben jelenik meg »a zene elméletének élettani okairól« szóló igen nevezetes dolgozata. Ebben az időben dolgozza ki a hallásnak ma is elfogadott elméletét. A resonatorok működésének és szerepének tisztázására kísérle­teket végez.

1870-ben a berlini egyetem fizikusa lesz. Itt meteorológiai kutatásokat végez s a természettudományi világnézet terén fejt ki komoly munkát. Mint Németország leghíresebb tudósainak egyike, a természettudományi tanítás reformmunkáját végzi el. Sokfele téren működött, de mindenütt eredménye­sen. Helyesen jelöli meg Helmhoitz szerepét Engelmann, amidőn azt mondja róla, nHomerosért 7 város versengett, Helmholtiért 7 tudomány*.

78

2.

A HANG TERJEDÉSI SEBESSÉGE.

Ma minden iskolásgyerek viharos időben otthon ülve figyeli a villámlást s az azt követő mennydörgés hangját. Lázasan számítják ki, milyen messze is csapott be tőlük a »ménkü«. Számításuk egyszerű. Először is feltételezik, hogy mivel a fény sebessége olyan nagy ilyen »kis« távolságokban ; elhanya­golható az az idő, mely a fénynek kell az út befutására. Aztán a következők­ben így okoskodnak. »Amikor a villámlást észrevettem, figyelem az órát, vagy lassan számolok 1, 2, 3 … és megállapítom, hogy a villámlás és dörgés között hány másodperc telt el. Mivel tudom, hogy a dörgés hangja 333 m-t tesz meg 1 másodperc alatt, tehát a másodpercek számát szorzóm a 333-al s így méterek­ben megkapom a kívánt távolságot.«

Amit ma ezek a gyerekek jól tudnak, azt igen nagy fizikusok se tudták . . . Hosszú volt az út az ismeretlenségből idáig. Nézzük csak, kik és mit dolgoztak azon, hogy a hang terjedési sebességét pontosan meghatározzák.

Talán Gassendi (1592 — 1655) az első, aki a hang sebességével foglalkozik. Agyút süttetett el nagy távolságban, aztán megmérte a puskapor felvillanása és a durranás közti időt. Az utat pedig már régebben megmérte. így e két adatból az útnak idővel való osztása révén azt kapta, hogy a hang sebessége 478 m/másodperc.

Newton elméletileg közelíti meg a kérdést. Levezetése szerint a hang sebes­sége a közeg nyomásának és abszolút sűrűségének hányadosából vont négy­zetgyökkel lesz egyenlő. így kiszámítva a hang sebességét, eredményül 280 m /mp-et kapott, ami nyilvánvalóan helytelen eredmény, de a hibát Newton nem találta meg.

Chladni (1756—1827) volt a következő fizikus, aki behatóan foglalkozott a hang sebességével s általában a hang fizikájával. Chladni Bernoulli Dániellel együtt végzett kísérleteit elméleti számítások előzték meg. Chladni nem kapott pontos eredményeket. Annyi azonban biztosan kiderült, hogy a hang szilárd testekben is terjed s itt a hang sebessége nagyobb, mint levegő ben. A hangnak vízben való terjedését bár többen megállapították; a hang sebességét mégsem próbálta meghatározni senki. Még Chladni se próbálkozott meg a problémával, ezt a feladatot lehetetlennek tartotta.

Coliadon és Sturrn 1829-ben a genfi tavon megejtették az erre vonatkozó első kísérletet. Víz alatti harangjelzéseket adtak s így eredményül azt kap­ták, hogy a hang sebessége vízben 1435 m/mp.

Laplace (1749—1827) volt az, aki a Newton-féle emélet hibáját észrevette. A Newton-féle számításokban ugyanis az feltételként szerepelt, hogy a levegő hőmérséklete, tehát a nyomása is állandó marad. Laplace pedig rámutatott arra, hogy a hang terjedése a levegő összenyomása és tágulása miatt hőmér­séklet ingadozásokat eredményez. Ezek a hőmérsékletingadozások olyan gyorsak, hogy nem tudnak kiegyenlítődni s így a Newton-féle képlet meg- szorzandó a fajmelegek viszonyával. Laplacenak ez az 1816-ban végzett szá­mítása a hangsebesség mértékére 332 m /mp-et eredményezett. Laplacenak ez volt egyik legérdekesebb fizikai munkája, mely egy régóta megoldatlan, igen fontos kérdést oldott meg egyértelműleg.

Mikor az elmélet már tökéletesnek látszott, a kísérleti meghatározások még nem voltak kielégítőek. Maga Laplace is sürgette a kérdés kísérleti kivizs­gálását. Ezért aztán a Bureau des Longitudes 1822-ben egy bizottságot kül­dött ki azzal a feladattal, határozzák meg a hangnak levegőben való terjedési

79

sebességét. A bizottság tagjai Arago, Prony, Bouvard, Mathieu, Gay-Lussac és A. Humbold voltak.

A bizottság a kísérletet 1822.1. 21-én éjjel 11 órakor hajtotta végre. Szép szélcsendes idő volt A királyi gárda tüzérei egymástól 18-18 km-nyi távol­ságban két darab 6 fontos ágyút állítottak fel Az egyik ágyúnál is 3 bizottsági tag állott és a másiknál is. Az volt a megállapodás, hogy mindkét ágyú 10 perc alatt 12 lövést ad le s középértéket számítanak. Időmérőül olyan kronométert használtak, melynek pontossága 1 /60 másodperc volt. Az ágyú elsütésekor keletkező fény észrevevése és a hang megérkezése közti idő az egyik félnél 54-84 másodpercet, a másik félnél 54-43 másodpercet eredményezett. Átlag­értéknek 54-6 másodpercet vettek és így a hang terjedési sebességére

—— = 333 m/sec. értéket kaptak. o4-6 mp ‘ ^r

Most már csak érdekesség maradt az, hogy meg lehessen mérni labora­tóriumi keretek között is a hang sebességét. Kundt (1839 — 1894) hajtotta végre ezt a kísérletet egyszerű berendezésével. Vett egy tágasabb üvegcsövet, melybe egy keskenyebb üvegcső nyúlt be. A vastagabb üvegcső mindegyik vegét parafadugók segítségével elzárta, de előbb még finom fürészport hintett a vastag csőbe. Ezután nedves ruhával megdörz«ölte a keskenyebb csövet, mikor is elég magas hang keletkezett. A hang hatására a csőben longitudionális hullámok keletkeztek. Ezek a hullámok beleütköztek a cső végén lévő dugóba, onnan visszaverődtek s álló hullámokat alkottak. Ezek az álló hullámok az sűrűsödésekből és ritkulásokból állanak. A sűrűsödéseknek egymástól való tá­volságából meghatározható a hullámhosszúság. A dörzsölés által keletkezett hang magasságát szirénával meghatározta. Most az ismert összefüggést alkal­mazva, a rezgésszámot szorozzuk a hullámhosszal s megkapjuk a terjedési sebességet. Kundt ezzel a módszerrel 332-6 m /mp-et kapott a hang sebességére levegőben. Ugyanez a módszer alkalmas a hang sebességének báimely gázban való meghatározására is, ha a szélesebb csőbe az illető gázt zárjuk be.

Csak a teljesség kedvéért említem meg, hogy pl. vasban kb. 5100, ólom- bán 1300, gázban 3000—5000, parafában 430—530, kaucsukban 17 — 69 m/mp a hang sebessége.

3.

A HANGOK ÁBRÁZOLÁSA.

Sok szempontból szükségesnek mutatkozott a hangrezgések pontosabb vizsgálata. A kérdés azonban nem oldható meg könnyen, mert a hangrez­gések igen sok körülménytől függenek, így a vizsgálatuk nem lesz egyszerű. Kétségtelenül látni, hogy pl. egy hangot adó húr tényleg rezeg, de ezek a rez­gések bizony egyáltalában nem figyelhetők meg gyorsaságuk miatt. Már azt is láttuk, hogy a hangvilla rezgéseit igen egyszerű módon sikerül egy kormozott üvegen ábrázolni, de ez az igen egyszeiű módszer csak demonstrációra alkal­mas és nem vizsgálatok végzésére. Egyáltalában arra kell törekednünk, hogy minél kisebb legyen a tömeg, amelyet a regisztráláskor felhasználunk. A tömeg, tehetetlensége folytán, ugyanis nem tudja követni a hangrezgések gyors egy­másutánját s így bizonyosfokú torzítás keletkezik. Ezért az volt a törekvés, hogy mindinkább tömegmentes regisztráló berendezéseket állítsanak elő a fizikusok.

Legelébb Könignek (1832 — 1858) sikerült az ú. n. manometrikus lángok alkalmazásával a kérdést előbbre vinni. A König-iéle berendezés a közönséges

80

König-féle manometrikus láng.

lett. Ebbéli

világítógázt egy szokottnál keskenyebb nyíláson engedi ki, hogy így a nyomás fokozottabb legyen® a láng magassága elérje az 50—60 cm-t. Mosta gázt befo­lyásolandó, arra a helyre, ahol a gáz a szőkébb csőbeér, egy vékony, rugalmas gumilemezt illesztünk, melyhez egy töl­csért erősítünk. A tölcsérbe belebeszélünk, a gumilemez rezgésbe jön, ennek megfelelően a kiáramló gázra hol erő­sebb, hol gyengébb nyomást gyako^rol és így a gázláng ma­gasságában változások észlelhetők. Ezek a változások jellem­zőek lesznek a hangra, de a másodpercenként sokszázszor változó rezgéseknek megfelelő nyomásingadozást sem a vékony gumihártya, sem pedig a kiömlő gáz tömege nem tudja követni, tehát így sem kapunk sokkal használhatóbb képet, mint a hangvilla esetében. Még megemlítem, hogy a manometrikus gázlángok vizsgálata úgy történik, hogy vagy egy forgó tükröt forgatunk a láng tengelyével megegyező tengely körül, vagy pedig filmgép segítségével fotografálunk. A következő lépést Einthoven (1860—1927) teszi meg a húros galvanométer felfedezésével. Einthoven orvos volt s a húros galvanométerét alkalmazta a szív akciós áramainak regisztrálására, amivel az elektrokardiagrafia megalapítója munkásságát értékelte a No&eZ-bizottság, amikor 1924-ben

orvosi Nobel-díjjal tüntette ki.

Ez az Einthoven-ié\e húros galvanométer egy vékony drótból áll, melyet két mágneses sarok között feszítünk ki. Ha a drótba váltakozó elektromos . áramot vezetünk, akkor a drót hol az egyik, hol a másik mágneses sarok felé tér ki az elektromos áram és a mágnes vonzó és taszító hatása miatt. A drót olyan vékony, hogy még a másodpercenként 10.000 rezgést is képes követni.

Igen ám, de a hangot hiába vezetjük az Einthoven-iéle eszköz húrjába, ott semmi kitérés nem jön létre ! Nem bizony, mert ahhoz a hangot előbb át kell alakítani elektromos árammá. Ez az átalakítás mikrofonok segítségével történik. A mikrofont Hughes találta fel 1878-ban. Az a Hughes, akinek a távíró tökéletesítése terén vannak nagy érdemei. Magyarországi katonai távírók is az ő rendszere szerint működnek. Hughes nevének kimondása miatt hívjuk ezeket »jussz« távíróknak.

Hughes mikrofonjában egy vékony fémlemez szénrészecskékkel érint­kezik. Ha a lemezre beszélünk, az a szénrészecskékre kisebb-nagyobb nyomást gyakorol. így a szénrészecskék elektromos ellenállását megváltoztatja. Bocsássunk tehát egy elektromos áramot a szénrészecskéken át. Ha a szén- ”V részecskék nyugalomban vannak, az elektromos áram erőssége ugyanaz lesz.

Az »á« magánhangzó hanggörbéje.

81

Mihelyt azonban megváltozik a szénrészecskék helyzete a hangoknak a fém­lemezre gyakorolt nyomása folytán, megváltozik az elektromos áram erős­sége is. Ezt a változó erősségű áramot vezetjük be a húros galvanométerbe, melynek húrja a hangnak megfelelő kitéréseket végez. A húr ezen kitéréseit egy mozgó filmszalagra vesszük fel, ahol az előhívás és fixálás után a hang fény­képét látjuk.

Ez az Einthoven-iéle berendezés is javítható. Először is a mikrofon tehető tökéletesebbé. Ma már vannak olyan mikrofonok, melyek torzításmentesen dolgoznak. Ilyenek a kristálymilő’ofonok, az elektromágneses mikrofonok, vagy a legtökéletesebb eszköz, a kondenzátor mikrofon.

Nem elég azonban csak a mikrofont tökéletesíteni, a húros galvanométer helyett is lehet jobbat találni. Az amerikai Johnsson által feltalált katódoszcil- . lográfban a katódsugár súlytalan mutatónak felel meg, tehát a vele való dol­gozás torzításmentes hangfelvételeket tesz lehetővé.

Koczkás Gyula: örök törvények.

6

fi

XII.

FEJEZETEK A HŐ KÖRÉBŐL

1.

HÖMÉRSÉKLETMÉRÉS.

Az első hőmérő elkészülésének dicsősége még akkor is a nagy Leonardo da Vincit illeti, ha az általa készített igen primitív eszközzel csak igen nehezen lehetett a különböző hőmérsékleteket mérni. De már maga a tény, hogy hőmérő készítésre gondolt, megérdemli az utókor teljes becsülését. Leonardoig ugyanis csak tapintás segítségével határozták meg a testek hőmérsékletét. A meg­tapintott test hőmérsékletét ezután hideg, langyos, meleg, forró szavakkal jelölték meg. Ennek a tökéletesnek egyáltalában nem mondható eljárásnak igen nagy hibája volt még az is, hogy egy és ugyanazt az állapotot sokszor különböző hőmérsékletűnek érezzük. A hideg, csikorgó tél után az első 10° C hőmérséklet már kicsalja az embereket sétálni, míg az ősszel beálló ugyan­ekkora hőmérséklet már sokakkal a melegebb ruhákat véteti fel. De ne beszél­jünk ennyire általánosságban. Végezzünk csak el egy egyszerű kísérletet. Vegyünk három tálat s tegyünk az egyikbe hideg, a másikba langyos és a har­madikba forróvizet. Tegyük egyik ujjúnkat a hidegvízbe s hagyjuk benne 1 — 2 percig, aztán vegyük ki onnan és hirtelenül tegyük a langyosba. A langyos * vizet ekkor forrónak fogjuk érezni. Ha pedig úgy járunk el, hogy az ujjúnkat előbb a forró vízbe tesszük s ott tartjuk egy ideig s aztán tesszük a langyosba, akkor most ezt a langyos vizet hidegnek érezzük. Leonardo tehát a hőmérő esz­méjének felvetésével ezt a kezdetleges állapotot akarta megszüntetni.

Azonban csak Galilei volt az, aki helyes elvet használ hőmérője megalko­tásánál. Az első Galilei-iéle hőmérő, mely 1597-ben készült el, tulajdonképpen léghőmérő volt. A levegőnek a hőmérséklet okozta változását használja fel esz­közénél mérésre. A mai igen pontos hőmérők is a gázok hőokozta kiterjedésén alapszanak. Gay-Lussac óta ugyanis ismeretes, hogy a gázok térfogata a hőmérsékletnek 1° C-szal történő emelkedésével eredeti térfogatuk 1 /273-ad részével nő.

Mielőtt azonban ehhez a modern gázhőmérőhöz eljut a fizika, még sok pró­bálkozás történik.

Amontons (1663 —1705) szerkeszti meg tulajdonképpen az első léghőmérőt azáltal, hogy a víz forráspontjának állandóságát figyelembe veszi.

Newton folyadékhőmérőt szerkeszt. Lenolajat tesz egy csőbe. A hőmérő állandó pontjaiul a víz fagyáspontját és az emberi test hőmérsékletét vette. Előbb beletette a hőmérőt a víz és jég keverékébe s az olaj meniszkuszát meg­jelölte. Majd egy ember hóna alá dugta a hőmérőt s az így kitágult olaj menisz-

83

Egy kö­zönséges hőmérő.

kuszát is megjelölte. A két megjelölt pont közötti távolságot 12 egyenlő részre osztotta. Ez a hőmérő csak igen kis hőmérsékleti közökben volt használható.

Nagy haladást jelentett a danzigi kereskedőből lett fizikusnak, Fahren­heitnek (1686—1736) hőmérője. Ez a hőmérő még ma is használatos, úgy­nevezett borszesz-hőmérő volt. Három alappontot választott Fahrenheit. Kiindulási pontnak a jég, a konyhasó és szalmiáksó keverékét vette, melyről azt hitte, hogy ez a természetben előfor­duló legnagyobb hidegnek felel meg. Hőmérőjének ezt a pontját O-val jelölte meg. Most a hőmérőt olvadó jég közé tette s ezt a pontot is megjelölte 32-vel. Aztán forrásban lévő vízbe tette a hőmérőt s ezt a pontot 212-vel jelölte meg. Ez a hőmérő, ámbár 0 pontjának előállítása és a másik két pontnak 32-vel és 212-vel jelölése teljesen indokolatlan, jól és pontosan mérte a hőmérsék­letet. Fahrenheit hőmérői gyorsan elterjedtek, különösen midőn többen és többen jöttek rá, hogy igen jól használhatók. Egy hallei fizikus olyan örömmel vette, hogy a Fahrenheit által küldött két hőmérő pontosan ugyanazt a hőmérsékletet mutatja, hogy külön könyvet írt erről a »csodálatos egyezésről«.

Reaumur (1683 —1757) 1730-ban készített borszeszhőmérője csak a skálában különbözött Fahrenheitétől. Két alappontja volt csak a Reaumur-ié\e hőmérőnek : az egyiket az olvadó jég keve­réke szolgáltatta, — ezt jelölte 0 ponttal — a másikat a forró víz gőze szolgáltatta s ezt jelölte 80 fokkal. Az így készült hőmérőt eleinte csak Francia- és Olaszország használták.

Rövidesen az lett a helyzet, hogy minden nemzet saját részére és használatára külön skálával ellátott hőmérőket használt.

Közben a borszeszt higany váltotta fel. A higanyhőmérőket igen megkedvelték pontosságuk miatt.

Celsius 1742-ben is higanyhőmérőt használ s az alappontok megjelölésére a 0 és 100 jelölést ajánlja. Lassan, de mégis elterjedt már a celsius-skála, melyet a tudományos világ ma már egyértel- műleg használ.

Ezen, a közönséges életben is használatos hőmérőn kívül a meteorológusok olyan hőmérőt használnak, mely bizonyos időköz­ben beálló legmagasabb és legalacsonyabb hőmérsékletet is mu­tatja. Ezt az ú. n. maximum-minimum hőmérőt Guericke, a lég­szivattyú nagyszerű feltalálója fedezte fel. Ma ennek a Rutherford vagy Six által javított alakjait használják. Rendszerint két hőmérőt használnak, melyek közül az egyik higannyal, a másik borszesszel van töltve. A maximumot mutató higanyhőmérőben a higany kis acélpálcikát tol maga előtt, melyet visszahúzódáskor ott hagy a legmagasabb hőmérsékletnek megfelelő helyen. A minimumot mutató hőmérő anyaga borszesz, mely üvegpálcikát visz magával összehúzódáskor, melyet aztán táguláskor ott hagy. Ez a módszer a higany és borszesz felületi feszültségét használja fel.

Különleges szerepet tölt be életünkben az orvosi vagy lázhö-

mérő, mely a test hőmérsékletének mérésére szolgál. Ez tulajdonképpen maximum-hőmérő, mert csak az elért legmagasabb hőmérsékletet mutatja. Hogy ezt elérjük, a higanyszálat egy helyen, ott, ahol a higany a tartóból kilép, megszűkítjük az üvegcső megfelelő szűkítésével. Tágulás közben a higany átpréselődik ezen a helyen, de lehűlésénél már elszakad a higanyszál, mert a megszűkítés helyén működő kapilláris erők azt fenntartják. Ezért kell a használat után a higanyt lerázni a hőmérő tartányába.

6*

Egészen másfajta elven alapuló hőmérőket használunk, ha igen pontos hőmérsékletet-meghatározásokat akarunk végezni. Ezt az új elven alapuló hőmérőt ellenállás-hőmérőnek hívjuk. Ez az ellenállás-hőmérő egy kb. 10 cm hosszú szigetelőre (üveg, ebonit) tekercselt vékony 40—50 ohm ellenállású, elektromosságot jól vezető drótból áll. Ezt a tekercset egy vékony, egyik végén zárt üvegcsőbe helyezzük. Az üvegcső nyitott végét dugóval zárjuk el, mely egyúttal a két drótvég elvezetésére is szolgál. A hőmérséklettel változik a drót elektromos ellenállása, melyet egy Wheatstone-híddal pontosan meg­mérünk.

Felhasználhatjuk a hőmérsékletek pontos mérésére a termoelektromos elemeket is. A hő és elektromosság e megkapó kapcsolatának felfedezője Jóhann Seebeck (1798—1831) volt, a hangsziréna feltalálójának apja. Seebeck sokáig élt Jenában, ahol Goeíáevel őszinte barátságban volt. Goethe éppen ez időtájt fog­lalkozott »legfontosabb munkájával«, melynek értékével saját szavai szerint az összes többi munkája nem ér fel: a színek elméletével. Ez a szerencsétlen, minden alapot nélkülöző elmélet sokáig helytelen irányba terelte Seebeck érdeklődését is. Kutató munkáját sokáig nagy barátja lehetetlen elméletének szentelte. Seebeck igazi nagysága csak akkor mutatkozott meg, midőn Goethe bűvköréből kiszabadulva, önállóan dolgozott. Legnagyobb és legnevezetesebb munkája a hőelektromosság felfedezése, mellyel az elektromos kutatásoknak egy új, addig ismeretlen irányát szabta meg.

Seebeck ugyanis 1822-ben összeállította a következő berendezését. Egy meggörbített bizmuthengerhez egy rézlemezt forrasztott és az így előállított négyzet belsejébe egy mágnestűt helyezett. A mágnestű mindannyiszor kité­rést mutatott, amikor a forrasztási helyek egyikét melegítette Seebeck által felfedezett jelenség tehát lehetővé tette, hogy hő segítségével elektromos ára­mokat állítsunk elő. Nagyszámú kísérleteiben észrevette, hogy a fémek egy úgynevezett termoelektromos sorba állíthatók. A sor néhány tagja a követ­kező : bizmut, higany, platina, réz, ólom, cink, alumínium, ezüst, antimon. Minél messzebb van két elem a sorban egymástól, annál nagyobb áramot nyer­hetünk ugyanolyan fokú melegítés hatására.

Seebeck ezen kísérletei sok fizikus érdeklődését felkeltették. Peltier 1834-ben azt találja, hogy a Seebeck-ié\e kísérlet kis változással arra is felhasz­nálható, hogy az elektromos árammal hideget hozzunk létre.

Innen már csak egy lépést kellett megtenni a termoelektromos hőmérő felfedezéséig. Ezt a lépést Nobili és M ellőni közösen tették meg. Az általuk összeállított készülék a következő: bizmutot és antimont 2 helyen összefor­rasztunk s az egyik forrasztási helyet állandóan pl. 0° C hőmérsékleten tartjuk. A másik forrasztási helyet pedig az ismeretlen hőmérsékletű térbe tesszük. Ha most ezt az így előállított termoelemet egy igen érzékeny galvanométerrel kötjük össze, akkor a galvanométer kitérést mutat. A galvanometer-kitéré- sekből megfelelő korrekciós képlet segítségével meghatározhatjuk az ismeretlen hőmérsékletet. Ennek a módszernek fokozható az érzékenysége úgy, hogy több elempárat kapcsolunk egymás után. Ezzel a termoelektromos hőmérővel az igen alacsony hőmérséklettől a fémek olvadási pontjáig terjedő intervallumban 1 /10.000-ed fok C pontosságig mérhetünk. Ezek a legérzékenyebb hőmérők.

85

2.

A GÁZOK TÖRVÉNYEI.

A XVn. század, mint már többizben említettük, a kísérleti fizika legszebb eredményeit hozta.

A nagy korszak nagy embereinek munkássága örök érvényességű. Új megismerések révén új törvények és új elméletek keletkeznek. Ez a kor szabja meg hosszú időkre a fizikai kutatások irányát. A mai fizika körvonalai ekkor bontakoznak ki a sötétből . . .

A sok és érdekes felfedezés természetvizsgálókat csinál a természet­kedvelőkből is. Ma a gazdag emberek közül azok, akiket érdekelnek a ter­mészet titkai — csak érdeklődnek a haladás iránt, csak az eredmények izgat­ják őket. A XVII. században ezek a nem céhbeli tudósok, az úgynevezett dilettánsok maguk is kutatnak a titkok után. Az előkelő származású és gazdag angol főúr Boyle (1626—1691) ennek a rokanszenves dilettánskutatónak egyik legérdekesebb alakja. Ifjúkorában sokat és sokfelé utazott s mikor utazásaiból visszatér Angliába, az akkori angol tudósok legtöbbjét maga köré gyűjti s megalakítja az első angol akadémiát, a láthatatlanok társaságát*. Közben nekifog a saját palotájában berendezett laboratórium építéséhez, ahonnan kikerülő első munkáiéban (1659) a Guericke által felfedezett légszivattyút teszi használhatóbbá : miáltal felfedezi az úgynevezett két köpűs szivattyút. A tudo­mányos társaság már nagyobbarányú működést fejt ki s végre 1662-ben a király a Royal Society (királyi társulat) rangjára emeli. Ma is ez Anglia leg­előkelőbb tudományos testületé, mely az angol viszonyoknak megfelelően sok tekintetben eltér a világ többi akadémiájától. Tagjai, akiket természetesen választanak, tagdíjat fizetnek. Hogy a társaság a függetlenségét biztosítsa, a tudományban szereppel egyáltalában nem bíró pénzkapacitásokat is bevá­laszt tagjai sorába. Szegényebb tagjainak — ezeknek viszont nagy a tudomá­nyos jelentőségük — elengedi a tagsági díj fizetését. Boyle ebben a társulatban látta az angol tudomány haladásának biztosítékát. Ma már megállapíthatjuk : helyesen látta !

Igen jelentős felfedezése Boylenak az, melyben kimutatta, hogy a forrás­pont függ a légnyomástól. Langyos vizet tett a légszivattyú burája alá. A szi­vattyú működése után a langyos víz rövidesen forrásnak indult. A nyomások meghatározására manométert szerkeszt. Majd pedig elsőnek határozza meg a higany sűrűségét. Módszere igen egyszerű. »U«-alakú cső egyik szárába vizet, másik szárába higanyt tesz. Mivel a közlekedő edényekben a különböző faj­súlyú folyadékok magassága a fajsúlyúkkal fordított arányban van, tehát abból a tényből, hogy kísérletében a víz nívója 13-7-szer magasabban áll, mint a higany nívója, helyesen azt következtette, hogy a higany fajsúlya 13-7-szer nagyobb, mint a vízé.

Boyle legnevezetesebb felfedezése, mely nevét örökre fenntartja, a róla elnevezett törvény, mely szerint a gázok térfogata fordítva arányos a nyomással. Eszerint tehát a gáz térfogata kétszer akkora nyomásnál felére szorul össze.

Boylenek ezt a nagyjelentőségű törvényét 16 évvel Boyle után, de ettől füg­getlenül, felfedezte Mariotte (1620—1684) francia szerzetes is. Azóta ezt a nevezetes törvényt Boyle-Mariotte törvény néven ismeri a fizika. Ez a Boyle- Mariotte törvény azonban, mint arra Ammonts 1702-ben először rámutatott, csak akkor érvényes, ha gáz hőmérséklete közben nem változik.

Hogy a hőmérséklettel miképpen változik a gáz nyomása és térfogata,

86

Készülék a Gay—Lussac-féle törvény demonstrálására.

azt Gay-Lussac (1778—1850) mutatta ki. Gay-Lussac két törvényét 1807-ben mondja ki. Első törvénye szerint minden gáz, ha hőmérsékletét l°C-al emel­jük, a gáz eredeti térfogatának ‘/„j-ad részével terjed ki. Ebben a törvényben tulajdonképpen a gázhőmérők elve is bennfoglalta- tik. Állítsuk csak össze az ábrán látható egyszerű berendezést, ahol L üveglombikot egy dugó segít­ségével U alakú csővel kötünk össze. Az U csőbe öntsünk pl. vizet. A két szárban a víz egyenlő magasságban helyezkedik el a közlekedő edények ismert törvé­nyének megfelelően. Ha most a lombikhoz égő gyufával közleke­dünk, a két csőben lévő folyadék­nívó, mely a két szárban uralkodó nyomás értéke, eltolódik egymás­tól. Az összeállítás igen érzékeny

a hőre és jó mutatja, hogy alkalmas a hőmérséklet mérésére.

Gay-Lussac második törvénye szerint a gázak kiterjedése független a nyomástól.

Gay-Lussac ezen törvényei a gázak legnevezetesebb összefüggését írják le. Ezen törvényeknek 100%-ban megfelelő gázokat, az ú. n. ideális gázokat, a a fizika és kémia nem ismer. A gázak ugyanis kisebb-nagyobb elté­réseket mutatnak e törvényekkel szemben. Különösen nagyok az el­térések, ha közel vagyunk az illető gáz cseppfolyósításához.

Daltonnak (1766—1844) is van egy gázokra vonatkozó nevezetes törvénye, mely szerint, ha egy tér­ben többféle gáz foglal helyet, akkor a gázok együttes nyomása egyenlő lesz azon nyomások összegével, me­lyet megkapunk, ha kiszámítjuk, mekkora volna a nyomás, ha az egyes gázok egyedül töltenék ki a rendelkezésünkre álló teret.

Tovább tisztázódtak a fogal­mak, amidőn Dalton bevezette az abszolút 6° fogalmát. Ha ugyanis a gáz térfogata és nyomása 1° C hő­mérséklet emelkedésre az eredeti térfogatnak és nyomásnak 1/273-ad részével emelkedik, akkor ebből következik az is, hogy Gay-Lussac

törvényei érvényben vannak a hőmérséklet csökkenése esetében is. Ekkor az 1® C hőmérsékletesésre a térfogat és nyomás eredeti 1 /273-ad részével 273

csökken. — 273®C-nál tehát a csökkenés—adrész, azaz az egész térfogat

Aló

87

és nyomás ezen a hőmérsékleten 0-val egyenlő. Ezért hívjuk a — 273° C-t abszolút 0°-nak, mert ennél alacsonyabb hőmérsékletet nem tudunk elkép­zelni. Azt a hőmérsékleti skálát, melyet az abszolút O°-tól számítunk, abszolút hőmérsékleti skálának nevezzük. Ennek alapján tehát például 32° C hőmérséklet az abszolút hőmérsékleti skálában 305 abszolút foknak felel meg. Ugyanis a 0° C = 273 abszolút fokkal, tehát 32° C = 273 + 32 = 305 abszolút fokkal.

Az abszolút hőmérsékletnek a gáztörvényekre való alkalmazása és a Boyle-Mariotte és Gay-Lussac törvényeinek egyesítése révén eljutunk egy összefüggéshez, melyet általános gáztörvénynek hívunk, mely szerint a gáz nyomásának és térfogatának szorzata arányos az abszolút hőmérséklettel. ‘ Ennek az alapjában véve egyszerű törvénynek segítségével a gázok összes sajátságai megmagyarázhatók.

3.

KALÓRIÁRÓL.

Midőn a hőmérő két alappontjául az olvadó jégnek és a 760 mm higany­oszlopnak megfelelő légnyomáson forrásban lévő víznek a hőmérsékletét választották, még nem tudták miért van, hogy a víz fagyáspontja és forrás­pontja a halmazállapotváltozások egész tartama alatt egyenlő. Deluc (1727— 1817) már érdeklődött a jelenség iránt. Ezért is állított össze egy kísérletet, melyben jég és víz keverékébe egy hőmérőt helyezett. Ezután a jeget tűzön melegítette, de a hőmérő ennek ellenére csak megmaradt ugyanazon a 0 pon­ton mindaddig, míg csak az összes jég fel nem olvadt. A jelenségnek azon­ban Deluc nem tudott kielégítő magyarázatot adni.

A kérdést Blacknsk (1728—1799) sikerült megoldani. Black orvos volt és kémiával foglalkozott. Előbb a glasgowi, majd az edinburghi egyeteme­ken tanította a kémiát. Nagy érdemei vannak a tudományos kémia terén, főleg a kémia haladásának előmozdításában. Black volt ugyanis az első, aki Lavoisiernak. az égésre vonatkozó elméletét elismerte s így a kémiai kutatásoknak meginduló nagyobb lendületét Black is növelte. Legnagyobb érdeme azonban Blacknak., hogy a fajhő fogalmát ő fedezte fel.

Erre vonatkozó kísérletei közül egyik legjelentősebb: midőn két edénybe vett egyrész 0°C-ú jeget, másrészt 0° C-ú vizet. Mind a jéggel, mind a vízzel telt edényt ugyanazon körülmények mellett melegítette s azt tapasztalta, hegy a 0°-ú jég 7° C-ra való felemeléséhez 21-szer több időre volt szükség, mint ugyanannyi és ugyanakkora hőmérsékletű víznek ugyan­csak 7° C-ra való felmelegítéséhez. Black ebből a kísérletből azt a következ­tetést vonta le, hogy a jég 21 x 7 = 147°C-nak megfelelő hőt nyelt el, amit a hőmérő egyáltalában nem »vett észre«. Black ezt a hőt rejtett vagy latens hő­nek nevezte. Hasonló kísérleteket végzett Black a forrásban lévő vízzel is, melyek során hasonló törvényszerűséget vett észre.

Később Black kiterjesztette kísérleteit s azt vizsgálta, hogy valamely test egy másikfajta és más hőmérsékletű testtel összehozva milyen mérték­ben képesek ezek egymást melegíteni vagy hűteni. Kísérletei azt eredmé­nyezték, hogy az alacsonyabb hőmérsékletű test ugyanannyi hőt vesz fel, amennyi hőt a magasabb hőmérsékletű test lead. Ezek az észlelések vezették aztán Black-et a fajhő felfedezéséhez.

A fajhő ugyanis az a hőmennyiség, amely szükséges ahhoz, hogy az illető test 1 gr-jának hőmérsékletét 1° C-szal emeljük. Eszerint minden testnek

88

más és más a fajhője. Egységül a víz fajhőjét választották s ezt kalóriának nevezték el. 1 kalória tehát az a hőmennyiség, mely 1 gr víz hőmérsékletét 1° C-szal emeli. A finomabb vizsgálatok kiderítették azt is, hogy nem mind­egy, hogy a vizet 0° C-ról melegítem 1° C-ra, vagy 87° C-ról 88° C-ra. Tehát azt a kalóriát, melynél a víz 0° C-ról 1° C-ra melegszik, 0°-os kalóriának hívjuk. 15°-os kalóriának hívjuk akkor, ha 1 gr 14-5° C-ú vizet melegít fel 15-5° C-ra. Van még az átlagos- vagy középkalória, mikor 1 gr 0°C-ú víz hőmérsékletét valamely hőmennyiség 100° C-ra emeli s ennek a századrészét vesszük. De az eddig említett grammkalórián kívül, főleg a gyakorlat, kilogrammkalóriákról szokott beszélni, mely az előbbinek 1000-szerese.

A Black által felfedezett fajhő a kutatásoknak hosszú sorozatát nyitotta meg.

Az ugyancsak angol orvos Crawford (1749—1795) határozta meg elő­ször több anyag fajhőjét. Tőle és Irvinétől származik az ú. n. vízkaloriméter elve. Ez a vízkaloriméter hőmennyiségek és fajhők meghatározására szolgáló eszköz. Áll egy duplafalú edényéből, melybe egy hőmérő és egy kavaró lóg bele. Az edény falai között levegőszigetelés van. így a vezetés révén való hőveszteséget a minimumra csökkentjük. Hogy sugárzás révén se veszítsen hőt a kaloriméter, az edények belső és külső falát fényesre csiszoltatjuk. Most aztán a kaloriméterbe vizet öntünk. Ennek hőmérsékletét pontosan lemérjük. Azután a vízbe tesszük azt az anyagot, melynek a fajhőjét mérni akarjuk. A vizet egyen­letesen összekavarjuk, leolvassuk a hő­mérőn a hőmérsékletet. Mivel előzetesen már megmértük a kaloriméterbe helye­zett test tömegét, kiszámíthatjuk, mek­kora hőmennyiség kellett a kaloriméter- ben lévő víz hőmérsékletének emelésére.

Víz-kaloriméter.

Jégkaloriméter.

8»

Megfelelő számítások útján így a test fajhőjét is meghatározhatjuk. Ter­mészetesen figyelembe kell vennünk azt a hőmennyiséget is, mely arra pazarlódott el, hogy a kaloriméter-edényt, hőmérőt és a kavarót is fel­melegítette.

Rumford gróf ajánlatára rendszerint úgy végezzük a pontos méréseket, hogy a kiindulási hőmérséklet annyival legyen alacsonyabb a környezet hőmérsékleténél, amennyivel a végső hőmérséklet nagyobb a környezet hő­mérsékleténél.

Ennél a keverési vagy vízkalorimétérnél pontosabb az a je’gkaloriméter, melyet Lavoisier (1743—1794) és Laplace (1749—1827) szerkesztettek meg. A jégkaloriméter alapjául az a tény szolgál, hogy 1 gr 0° C jégnek ugyan- . olyan hőmérsékletű vízzé válásához 80 kalória szükséges. Ebbe a kalori-

Lavoisiert a forradalom megszállottjai elfogják. (Egykorú rajz után)

méterbe tehát a megmérendő anyagot betesszük s megnézzük, hány gramm jeget olvasztott meg. A megolvasztott mennyiség szorozva 80-nal, kalóriák­ban adja a keresett hőmennyiséget.

A jégkaloriméter mindkét készítője Franciaország legnagyobb termé­szettudósai közé tartozik. Együtt konstruálták meg az eszközt, de a két tudós korántsem hasonlít egymáshoz. Már munkaterületük is egészen más. Lavoisier a kémia terén tette nevét halhatatlanná, Laplace nevét pedig csil­lagászati eredményei tartják fenn örökre. Lavoisier a kémiában addig ural­kodó úgynevezett flogiston-elméletet szünteti meg égési elméletével ; Laplace viszont biztosabb alapra fektette a csillagászatot. Hoefer, Lavoisier életrajz­írója, a flogiston-elmélet megdöntésével kapcsolatban a következőket írja : »Az uralkodó tekintély megdöntéséhez elég a forradalmi szellem ; azonban a romokon új épületet felállítani, ide már teremtő szellem kell. Lavoisier- ben megvolt mind a kettő*. Viszont Fourier életrajzában így jellemezte Laplacet: ^Laplace arra volt hivatva, hogy mindent biztosabb alapra fektes­sen, hogy minden korlátot tágítson, hogy megfejtse azt, amit meg nem fejt- hetőnek lehetett volna gondolni. Ö befejezte volna az ég tudományát, ha e tudomány egyáltalában befejezhető lett volna.*

90

Ez a két egyéniség jellembelileg is eltér egymástól. Lavoisier szerény, soha senkivel nincs ellentéte, mindenkit szeret és mindenki szereti. Állást és hivatalt csak azért vállal, hogy így több pénz birtokában, gazdagabbá tudja tenni laboratóriumát. Sajátjá­ban dolgozik, mert függetlenségét így tudja legjobban biztosítani. Önzetlen és mindent a tudományért tesz. Meg­szállottja a tudományos munkának s nincs más célja életének, csak a tudo­mányos munka.

Laplace viszont törtető, könyöklő típus, aki életének egyik legfontosabb célját a karrier-csinálásban látja. A tudomány csak ugródeszka arra, hogy miniszter és szenátor lehessen. A sze­gény földmívelők gyermeke marquis lesz, hatalmas úr. Politikai pályáján opportunus. Mindig megérzi és kihasz­nálja a szelek fújását. Egész tudomá­nyos munkássága a francia akadémia előtt folyik le. Szereti, ha csodálják és dicsérik.

Laplace. Míg Lavoisier a főhaszonbérlők

nem éppen magas, de jól jövedelmező állását viseli, a képviselőségen kívül semmiféle más megbízatást nem vállal és csak tudományos barátai vannak, addig Laplace a fényes állami állások betöltője mindig Franciaország társadalmi elitjével barátkozik.

Lavoisier matematikai tudása nem elegendő, hogy elgondolásait ebben a formában kifejtse, Laplace munkásságának nagyrésze az elméleti csilla­gászat és fizika körébe esik.

Mindkét tudós halála azonban a megdicsőülés felé haladó kiválóság búcsúja a földi élettől. Lavoisier midőn a már veszni indult francia forrada­lom végső elkeseredésében őt is halálra ítéli, azt kéri a vésztörvényszék elnökétől, hogy egy igen fontos kísérletsorozatát el akarja még végezni, halasszák el tehát addig a kivégzést. A vésztörvényszék elnökének elutasító válasza kemény és »férfias«: »nincs többé szükség a tudósokra*. És pár óra múlva a guillotine alatt lehullt Lavoisier okos feje is . . .

Laplacet halálos ágyán is a hízelgők serege veszi körül. Egyikük még akkor is Laplace gyönyörű munkásságát dicséri. Laplace ekkor már nem hallgat a hízelgő szavára s meggyőződéssel mondja : »Ámit tudunk, az vajmi kevés, amit nem tudunk, az nagyon sok«.

Tudományos jelentősége Laplacenalc nagyobb. Laplace említett munkáin kívül az ár-apály elméletével, a Jupiter-holdak törvényszerűségeivel, a föld forgásának sebességével, a Szaturnusz-gyűrűkkel, a kapillaritással, a hang sebességével és a kozmogóniával foglalkozott eredményesen. Minden mun­káját jellemzi a rendkívüli intutició ép a kitartás a problémák megol­dásában.

Lavoisier munkássága nem olyan nagyszámú, mint Laplace-é, nem öleli fel egy tudományág keretét sem, de alkotásaival irányt szab, új utakat tár fel.

Ennek a két férfinak együttes munkája hozta a jégkalorimétert, mely a kalóriamérések hosszú sorozatának útját indította el. A fajhő meghatáro­zás a fizika és kémia területéről a fiziológia területére is átterjedt. A múlt

91

században a kalória-tan egyik legnagyobb és sikerekben leggazdagabb elmé­lete volt az élettannak. A táplálkozásnak és az élet titkának rugóját itt vélték megtalálni. Aztán ennek a divatnak is vége lett. Ma megérdemelt megbecsülésben részesíti a természettudomány a fajhő tudományos jelen­tőségét.

4.

HALMAZÁLLAPOTVÁLTOZÁSOK.

Ha szilárd testek folyékonnyá vagy légneművé válnak, ha folyékony testek szilárd vagy légnemű testekké lesznek s végül ha légneműtestek folyékony vagy szilárd testekre változnak át, a létrejövő jelenségeket közös névvel halmazállapotváltozásoknak hívjuk. így tehát az olvadás és fagyás, a párolgás, a forrás és lecsapódás és a sublimatió, mind halmazállapot­változás. Naponta, talán többször is lejátszódik előttünk egy-egy halmaz­állapotváltozás, anélkül hogy az érdekes jelenség okával, törvényszerűségei­vel csak keveset is törődnénk. A szó szoros értelmében mindennapinak vesszük a jelenséget s természetesen napirendre térünk fölötte. Pedig egy- egy ilyen sokszor előforduló jelenség is milyen sok érdekes ismerettel gyara­pítja tudásunkat. Nézzük csak egyenként ezeket a halmazállapotváltozáso­kat s vizsgáljuk meg kissé közelebbről a jelenségeket.

Ha egy szilárd testet melegítünk, akkor bizonyos hőfokon észrevesszük, hogy a szilárd testből folyékony test lesz, azaz megolvad. Minden testre jel­lemző, hogy ez az olvadás milyen hőmérsékleten következik be. Éppen ezért igen fontos adata minden testnek az olvadáspont, vagyis az a hőmérséklet, melyen a szilárd test részecskéi a folyadékkal egy«úlyban vannak. Ez az olvadásponthőmérséklet mindaddig állandó, míg csak az egész test meg nem olvadt.

Ugyanezen a hőmérsékleten következik be az olvadás fordított jelensége, a fagyás is, de ilyenkor ezt a hőmérsékletet fagyáspontnak nevezzük. A fagyás jelensége azonban csak akkor megy végbe ennél a hőmérsékletnél, ha nor­mális viszonyok között hűtjük a folyadékot. Ha azonban ezt a hűtést nagy óvatossággal hajtjuk végre s vigyázunk arra, hogy a folyadék tökéletesen nyugalmi állapotban lehessen a hűtés egész tartama alatt, akkor például a víz fagyása nem a szokásos 0° C hőmérsékleten következik be, hanem annál jóval alacsonyabb hőmérsékletűre, —15 —20° C-ra is lehűthetjük, anélkül, hogy a fagyás megindulna. Ez a túlhűtés jelensége.

Míg tehát az olvadás mindig végbemegy az olvadási pont hőmérsékletén, a fagyás nem kell, hogy bekövetkezzék ezen a hő­mérsékleten. Az olvadás jelenségét is tudjuk azon­ban siettetni, ha a szilárd testre nehezedő nyomást valamiképpen növeljük. A jég esetében ezt a vegetá­ciónak nevezett jelenséget kísérletileg úgy állíthatjuk elő, hogy veszünk egy jégtáblát, azon átvetünk egy drótot, melyre súlyt raktunk. Ha elég nagy a súly, akkor a drót az alatta lévő jégre nyomást gyakorol, megolvasztja azt, de alig hogy megolvadt a jég, újból összefagy. így bizonyos idő alatt a dróthuzal keresztül halad az egész jégen, anélkül, hogy a jég maga kettévágódnék.

Mint már említettük, a szilárd testek meg­

92

olvasztásához velük bizonyos hőmennyiséget kell közölnünk, melegítenünk kell azokat. Azt a hőmennyiséget, amely szükséges ahhoz, hogy a szilárd anyag 1 gr-ját ugyanolyan hőmérsékletű folyadékká alakítsa át, olvadás­hőnek nevezzük. Ez az alapja a jégkaiorimétereknek, ahol a mérés alapjául az a tény szolgál, hogy 1 gr 0°C-ú jégnek ugyanolyan hőmérsékletű vízzé való átváltoztatásához 80 kalória szükséges.

Igen érdekes jelenség a párolgás is, midőn folyadékok légnemű halmaz­állapotúvá változnak át. Mindnyájan tapasztaltuk már, hogy egy edényben kitett víz mennyisége időről-időre kevesebb lesz. Mégpedig, ha elég magas az edényt környező hőmérséklet, akkor gyorsabban elfogy az edényből a víz, míg ha a hőmérséklet alacsonyabb, lassabban fogy a víz. Azt mondhatjuk, hogy magasabb hőmérsékleten a párolgás erősebb, alacsonyabb hőmérsék­leten gyengébb. Ebből viszont az is következik, hogy párolgás mindig van, csak a párolgás nagy mértékben függ a hőfoktól.

De nem csak a hőmérséklettől függ a párolgás, hanem függ attól is, hogy mekkora felületen érintkezik levegővel a folyadék. Minél nagyobb a felület, annál nagyobb a párolgás. Végül még függ attól is a párolgás értéke, hogy a térben mennyi folyadék van már. Minél kevesebb, annál nagyobbfokú a párolgás. Van a térnek egy bizonyos állapota, amikor már több gőzt nem képes felvenni, ilyenkor az illető teret telítettnek mondjuk. Sokszor tapasz­taljuk a nagy hőségben, — midőn olyan esőelőtti hangulat van — hogy rettenetes melegünk van, izzadunk, de az izzadság csak nem párolog el testünkről. Nincs párolgás, mert a levegő már telítve van vízgőzökkel, több vízgőzt már nem képes felvenni.

Hogy mennyi vízgőz felvételére képes a levegő, az attól is függ, hogy mekkora a hőmérséklet. Minél nagyobb a meleg, annál több vízgőz kell ahhoz, hogy a levegő telítetté váljék, ha azután egy magasabb hőmérsékletű vízgőzzel telített levegő hirtelen lehűl, akkor, mivel ezen az alacsonyabb hőmérsékleten a levegő már nem bír el annyi vízgőzt, ezek összesűrűsödnek és eső alakjában lehullanak. Ezért szokta a nyári esőzéseket megelőzni bizonyos fokú lehűlés. Ilyenkor mondják : »érzem az eső szelét*.

Visszatérve a párolgásra, még sok érdekes megállapítást tehetünk. Mindenekelőtt azt, hogy ha például fürödtünk s a fürdőből kiléptünk, akkor rendszerint didergünk, mert a test felületén lévő vízgőz párolog. A párol­gásnál ugyanis a környezetből hőt vonunk el, s így mi is lehűlünk. Ha még kis szellő is fujdogál, akkor még erősebb lesz a párolgás, hiszen több levegő­molekulával érintkezünk ugyanannyi idő alatt, így tehát lehűlésünk is nagyobbfokú lesz.

Aratók a tikkasztó hőségben a párolgás által elveszített vizmennyiség pótlására több vizet fogyasztanak. Hogy a víz élvezhető legyen, hűvösön kell tartani. Ezt úgy érik el, hogy máz nélküli agyagedénybe teszik a vizet. Az agyagedény apró kis pórusain keresztül mindenütt szivárog a víz, mely­nek felülete így megsokszorozódott. Erősebb lesz a párolgás is, mely az edény környezetéből hőt von el, lehűti azt s a víz több órai napon állás után is még hűvös lesz.

Ugyanezen az elven alapul a háziasszonyok vajtartója is, ahol az üvegbe helyezett vajat beleállítják egy vizet tartalmazó mázolatlan agyagedénybe.

A csirkék itatóját is azért készítik ilyen mázolatlan agyagedényből, hogy a víz iható maradjon.

A folyékony halmazállapotú test légneművé válhatik még forrás által is. Ha egy folyadékot melegítünk, észrevesszük, hogy az edényben folyadék­áramlás jön létre. A melegebb részek felszállnak, a hidegebbek lefelé tarta­nak. Az áramlás egyre hevesebb lesz, míg egyszer csak észrevesszük, hogy

93

a folyadék belsejéből légbúborékok szállnak föl a folyadék felszínére. Bekö­vetkezett a forrás. Ugyanazon a légköri nyomáson mindig ugyanazon a hő­mérsékleten — forráspont — következik be a forrás. Ha azonban a külső nyomást növeljük, a forrás hőmérséklete nagyobb lesz. Ilyenkor azután rendszerint hirtelenül, explóziószerűleg jön létre a forrás. Természetesen, ha kisebb a nyomás, a forrás is alacsonyabb hőmérsékleten következik be.

Explóziószerű forrást előállíthatunk még úgy is, ha igen erősen felmele­gített, esetleg izzó edénybe teszünk kevés vizet. Leidenfrost fedezte fel ezt az érdekes jelenséget, amit már bizonyosan észlelt minden háziasszony i”, midőn az izzó sütőlapra rácseppentett vizet. A víz egy ideig ide-oda táncol a meleg lapon, aztán hirtelenül széjjelpattan. A jelenségnek az a magyará­zata, hogy az izzó fémlap közelében a folyadék erősen párolog. Az így kelet­kező gőzréteg nem engedi, hogy a folyodék az izzó lappal érintkezzék, ezért ide-oda táncol. A párolgás következtében azonban olyan fokú lehűlés követ­kezik be, hogy a folyadékot már nem tartják lebegve a gőzök, így a folyadék már érintkezésbe juthat a meleg fémlappal, amikor is egyszerre következik be a forrás.

Abból, hogy kisebb nyomáson a forráspont is alacsonyabb lesz, igen érdekes észleletek származtak. Minél magasabb hegyre megyünk, a lég­nyomás annál alacsonyabb, így tehát a víz forráspontja is mind kisebb lesz, így például a Mont Blancon a víz már 84° C hőmérsékleten forrni kezd. Ha most egy nem fizikusokból álló kirándulótársaság egy ilyen magas hegyi kirándulásán éppen babot, borsót vagy egyéb szárazfőzeléket kíván enni, meglepetve tapasztalhatják, hogy hiába forralják a babot és borsót, az csak nem akar megpuhulni. A társaság, ha mást nem hozott magával, bizony éhesen ér haza a túráról. Papin szerkesztett egy edényt, melyen a nyomást súlyok segítségével növelhetjük. így aztán elérhetjük, hogy a kisebb légköri nyomású hegyeken is 100°C-nál forrjon a víz.

A párolgás és forrás jelensége azonban a sok hasonlóság ellenére is két tekintetben lényegesen különbözik egymástól. A párolgás ugyanis minden hőmérsékleten bekövetkezik, a forrás azonban bizonyos nyomás mellett, csak egy állandó hőmérsékleten jön létre. A másik különbség abban áll, hogy míg a párolgás csak a folyadék felületén történik, addig a forrás a folya­dék belsejében megy végbe.

Ennek a két halmazállapotváltozásnak, mely a folyadékból gőzöket csinál, a fordítottja a lecsapódás jelensége. A lecsapódásnál a gáznemű test folyékony állapotba megy át. A lecsapódás a telített levegőnek lehűlésekor — mint láttuk — okvetlenül bekövetkezik. De ha esetleg túltelítetté válik a tér, akkor a legkisebb zavarókörülmény következtében is — füstbefúvás, porbeszórás — létrejön a lecsapódás jelensége.

Hátra van még a sublimáció jelensége, melynél a szilárd test közvetlenül légnemű halmaz állapotba megy át. Ezt a jelenséget legjobban a kámfornál figyelhetjük meg. Kirakunk kisebb-nagyobb kámforszemecskéket, melyek aztán hosszabb-rövidebb idő alatt elillannak. Régebben azt hitték, hogy semmivé lesz, innen a mondás, feltűnik, mint a kámfor.« Ennek a sublimá- ciónak nincs nagyobb jelentősége sem a tudományban, sem a mindennapi gyakorlatban.

Áttekintettünk olyan jelenségeket, melyek a mindennapi életben is igen gyakran előfordulnak. Láttuk, hogy mennyire érdekes törvényszerűsé­gek alapján mennek végbe ezek a változások, és azt is tapasztalhattuk, hogy mennyi mindent nem tudtunk eddig ezekről a dolgokról.

94

A KRITIKUS HŐFOK.

A gázok cseppfolyósítása állandóan foglalkoztatta a múlt század neves fizikusait. Legtöbb eredményt Davy londoni Royal Institutionban lévő laboratóriumában Faraday ért el, akinek igen sok gázt sikerült cseppfolyósí­tania. A gázok cseppfolyósításával az is kiderült, hogy a gáznemü halmaz­állapotból épp úgy van átmenet a cseppfolyós és szilárd halmazállapotba, ahogy a szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotokból van átmenet a lég- nemüekbe. Mégis abban az időben igen sok olyan gázt ismertek, melyeknek cseppfolyóssá tétele nem volt keresztülvihető. Hiába próbálkoztak többezer atmoszférás nyomások alkalmazásával, bizonyos gázok makacsul ellenálltak minden cseppfolyósítási kísérletnek. így például Natterer 1844-ben a levegőt 3600 atmoszféra nyomásnak vetette alá, mégsem sikerült cseppfolyósítani azt. Ezért is sokan azt hitték, hogy vannak permanens gárok, melyek semmiféle módszerrel sem cseppfolyósíthatok. Ilyen gázoknak hitték például a levegőt, hidrogént, nitrogént, héliumot.

Jelentős fordulat akkor következett be, midőn Andrews sok éven keresz­tül folytatott vizsgálata nyomán azt a kijelentést tette, hogy minden gáznak van egy úgynevezett kritikus hőfoka, amelyen felül semmiféle nyomással sem cseppfolyósítható. Andreivs-nek ez a feltevése később beigazolódott. A gázok cseppfolyósításához tehát nem elegendő a nagy nyomás, hanem a gázt le is kell hűteni a kritikus hőfok alá. Andrews ezért a légnemű testeket a kritikus hőfok felett gázoknak, a kritikus hőfok alatt pedig gőzöknek ne­vezte, hogy így is érzékeltesse a cseppfolyósítás lehetetlenségét, illetőleg véghezvitelét.

Hogy ez a kritikus hőmérséklet nem fiktív, feltételezett valami, hanem annak tényleges fizikai jelentősége van, azt kísérletekkel sikerült eldönteni. Mindenekelőtt kiderült, hogy ezen a kritikus hőmérsékleten a légnemű és folyékony anyag között nincs semmi különbség. Eltűnik a folyadékok felü­letén lévő meniszkus is, amiből arra lehet következtetni, hogy a felületi feszültség is 0-ra csökkent.

Végezzünk el gondolatban egy kísérletet, melynek kapcsán előállítjuk a kéndioxid kritikus hőmérsékletét. Vegyünk egy vékony üvegcsövet, mely feléig folyékony kéndioxiddal van megtöltve, míg a cső másik felében a kén­dioxid légnemű halmazállapotban foglal helyet. Mivel a kéndioxid kritikus hőfoka elég magas, hogy ezt előállíthassuk, melegítenünk kell a csövet. Melegítéskor azonnal észrevesszük, hogy a folyadék nívója, a kitágulás követ­keztében, emelkedik. További melegítésre’a folyadék forrásba jön, a forrás mind hevesebb lesz. Tovább folytatva a melegítést, egyszer csak azt vesszük észre, hogy a folyadék nemsokára mind halványabb és elmosódott lesz, elveszti jellemző görbült alakját és már nem is látjuk ! Az egész csövet kavargó gőzök járják át. Elértük a kritikus hőmérsékletet. Ami azonban a kéndioxid esetében melegítéssel volt elérhető, azt a legtöbb gáz esetében erős lehűléssel érhetjük csak el.

így például a régen permanenseknek hitt gázok kritikus hőfoka igen alacsony: pl. oxigéné —118-8° C, a levegőé —140° C, a nitrogéné —146° C, a hidrogéné — 242° C, a héliumé —268° C. 1877 decemberében aztán a párisi Cailletet és a genfi Pictet, sajátságos véletlen következtében, ugyanazon mód­szerrel, egymástól függetlenül, cseppfolyósították az oxigént. Eljárásuk az volt, hogy az oxigént igen nagy nyomásnak tették ki, miáltal az összenyomó-

95

dott. Aztán hirtelen (ezen van a hangsúly) csökkentették a nyomást, a gáz kitágult és ez annyira lehűtötte azt, hogy bekövetkezett a cseppfolyósítás. Hasonló, valamivel tökéletesített eljárással sikerült Wroblewskinek és Olsew- skynek 1883-ban a levegőt és a nitrogént is cseppfolyósítani. A hidrogén azonban igen makacsul viselkedett, végül is 1898-ban Dewar laboratóriumá­ban megadta magát. Dewar először is olyan edényt szerkesztett, melyben ezek a cseppfolyósított gázok eltarthatok. Ma már mindenki ismeri ezeket a Dewar-palackokat, melyek mint termoszok, igen becses szolgálatot tesznek a dolgozó embereknek azáltal, hogy melegen tartják teájukat, kávéjukat stb. több órán keresztül. Dewar éppen fordítva, igen hideg anyagokat tartott edényében. Ez is sikerült neki. Ezek a Deimr-edények duplafalú üvegedé­nyek. A két fal közötti levegőt eltávolította. Aztán az edénynek mind a – négy falát ezüst tükörrel vonta be. Ilymódon edényébe sem vezetés, sem sugárzás révén nem hatolhatott be a meleg. Dewarnak így aztán sikerült ilyen edényben több órán át is eltartani a cseppfolyós levegőt. Ezzel a csepp­folyós levegővel a hidrogént lehűtötte körülbelül — 205° C-ra. Az így lehű­tött hydrogént 180 atmoszférával összenyomta, majd a nyomást csökkentette. — 240° C alá csökkentve így a hidrogén hőmérsékletét, annak cseppfolyó- sítása bekövetkezett.

Mikor a hidrogén cseppfolyósítása sikerült, Dewar azt is hírül adta a világnak, hogy hasonló eljárással sikerült a legkonokabbul ellenálló gáznak, a héliumnak cseppfolyósítása is. Két év múlva azonban Dewar visszavonta ezen állítását, mert kiderült, hogy a kísérleteiben használt hélium neonnal volt szennyezve s az, amit ő a hélium cseppfolyósításának hitt, csak a neoné volt.

Minden laboratórium, ahol a gázok cseppfolvósításával foglalkoztak, arra törekedett, hogy minél alacsonyabb hőmérsékleteket állítson elő. Min­denki tudta ugyanis, hogy a hélium cseppfolyósítása eddig még azért nem sikerült, mert az elért hőmérsékletek nem voltak a hélium kritikus hőfoka alatti hőmérsékletek. A nehéz feladatot sikeresen oldja meg 1908-ban Kammerlingh Onnes híres leideni »hideglaboratóriumában«. Nagyjelen­tőségű kísérletét úgy hajtja végre, hogy egy edényben a héliumot áramlásba hozza, körülveszi egy áramló hidrogént tartalmazó edénnyel, ezt pedig egy harmadik edénnyel veszi körül, melyben áramló levegő van. Most cascade- rendszerszerűleg, fokozatosan előbb a levegőt, aztán a hidrogént cseppfolyó­sította, a szokásos összenyomás és kitágulás alapján. Míg aztán, hat órával a hidrogén cseppfolyósodása után, sikerült megfigyelnie a hélium cseppfolyó- ■ godását. A cseppfolyósított héliumot körülbelül két órán át tudta eltartani.

Igen érdekes az a munka, melyet Kammerling Onnes és munkatársai végeztek, melyben az alacsony hőmérsékletnek a fizikai jelenségekre gyako­rolt hatását kutatták.

Az eddig előállított legalacsonyabb hőmérséklet — 272.4° C, ami már igen erősen megközelíti az abszolút 0 fokot.

A cseppfolyósított gázok életünkben mind nagyobb és nagyobb szerepet töltenek be. Mindnyájan ismerjük azokat a hatalmas vas- és acélpalackokat, melyekbe különböző folyékony gázok vannak elzárva. Ily palackokban lévő folyékony gáznak elég nagy a nyomása. A különböző gázok szerint ez 50—160 atmoszféra nyomással egyenlő. Főleg a hűtőipar használja fel ezeket a cseppfolyós gázokat.

A folyósszénsav, amikor kiengedjük a palackból, a levegőn való erős párol­gása révén azonnal lehűl s finom, porhanyós szénsavhó keletkezik. Ennek a szénsavhónak körülbelül — 80° C a hőmérséklete. A szénsavhó ennek elle­nére kezünkben tartható minden baj nélkül, mert a belőle kiáramló gőzök

96

hőszigetelőként védik kezünket a hideg ellen. Természetesen, ha a szénsavhót összeszorítjuk kezünkben, égési fájdalmak, égési sebek keletkeznek. A nagy hidegnek majdnem olyan a hatása, mint a nagy melegnek. Még egy igen tanulságos kíséiletet írok le, melyet évekkel ezelőtt láttam és amely a folyé­kony szénsavval előállított nagy hidegnek a hidegvérű állatokra gyakorolt hatását kitűnően szemlélteti. Kifagyasztottunk két békát, még pedig annyi­ra, hogy az együtt fagyasztott békák egyikét mozsárban porrá lehetett törni. A másik kontroli-állat, mely természetesen szintén »csontkemény« volt, a labo- rató riumban szép lassan felmelegedett. Egy idő múlva már mozgott és pár óra múlva olyan vígan ugrándozott, mintha nem történt volna vele semmi.

A folyékony szénsavnak az ipari hűtőberendezéseknél is igen nagy a szerepe. Különös fontossággal bírnak ezek a gépek a söriparban Az erjesztő­hordók hűtésére használják. A hűtőházakban is alkalmazásra találtak a hűtőgépek. A kémiai gyárak is igen sok hűtőgépet használnak fel, különösen festékek és illóolajok gyártásánál. De a szénsavat használják a szódavíz előállítására is. Sőt tűzoltásra is felhasználható.

Nagy fontosságúak a cseppfolyós levegőt előállító gépek is, melyek közül legismertebb a Linde-ié\e készülék. Az így előállított cseppfolyós levegőt kettősfalú edényekben tartják, hogy ne párologhasson. Igen érdekes tulaj­donságai vannak a cseppfolyós levegőnek. így például ha gumicsövet mártunk bele, az megkeményedik, törékeny lesz. Ugyanez történik az élőnövények­kel is, ha cseppfolyós levegőbe mártjuk őket.

A cseppfolyós levegő alkalmas alacsony hőmérsékleten történő kísérleti munkák elvégzésénél. így vált például lehetővé, a levegőben csak nyomokban található xenon, neon, argon, hélium és kripton előállítása is nagyobb mennyiségben. Közülök a neont a fényreklámcsövekben, a héliumot léghajókban, a kriptont villanykörtékben használja fel a gyakorlat.

Az orvostudomány a folyékony levegőt helyi érzéstelenítésre használja. Igen fontos, hogy általa oxigént tudunk előállítani, amit viszont a ma­gasban repülők tudnak felhasználni.

A cseppfolyós oxigén is igen érdekes fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. Töltsünk meg egy kémcsövet cseppfolyós oxigénnel és függesszük ezt fel egy elektromágnes előtt. Ha az elektromágnest működésbe hozzuk, azt tapasztaljuk, hogy a mágnes a kémcsövet magához rántja.

Amint látjuk, a legel vontabb kérdések jelentőséggel bírhatnak a gyakor­lat számára is.

6.

KINETIKAI GÁZELMÉLET

A hő mibenlétére vonatkozó felfogás csakúgy átment a megfelelő fejlő­dési fokozatokon, ahogy például a fény és elektromosság elmélete. A hőre vonatkozó felfogás a XIX. századig a hőt anyagnak tekintette.

Akinél a hő mozgáselmélete már tudományos hipotézissé lett, korának egyik legérdekesebb embere: Bernoulli Dániel (1700—1782). A nagy csa­ládból származik. Ugyanis a Bernoulliak a világ legnevezetesebb matematikus családja. Alig van közöttük olyan, aki a matematikában ne alkotott volna maradandót. Hagyomány volt már a családban, hogy a fiúgyermekeket kereskedőnek szánták és világhíres matematikusok lettek. Dániel apja, János is, világhíres matematikus, Leibnitz jó barátja, bázeli egyetemi tanár. Fiát, mikor az nem akart kereskedő lenni, a bázeli egyetem orvosi karára

íratja be. Bernoulli az első fizikus, aki kísérletileg foglalkozik fiziológiai problémákkal. A lélegzésről írt első munkájában egyaránt megcsillan orvosi, matematikai és fizikai tehetsége.

Olaszországi tanulmányútján elhatározza, hogy gyakorló orvos lesz, de tervét csakhamar megváltoztatja és a szentpétervári akadémia meghívására Oroszországba utazik. Nyolc évet tölt Oroszországban, és ezalatt megírja legnevezetesebb könyvét, a Hidrodinamikát, mely a folyadékok mechaniká­jának egész elméletét kimerítően és részletesen tárgyalja.

Szentpétervár után Párisba készül. Híre ekkor már nagy. Erre vall az a kedves anekdota is, melyet sokaknak örömmel beszélt el maga Ber­noulli. A postakocsiban, melyben Szentpétervárról Párisba igyekezett, meg­ismerkedett Traut párisi egyetemi adjunktussal. Különböző tudományos kérdésekről beszélgettek, midőn egyszer csak Traut utitársa neve után érdek­lődött. Bernoulli megmondta nevét ; Traut úr azonban nem hitte, hogy e nagy név viselőjével ül együtt és erre ő mint Newton mutatkozott be.

Párisban csak rövid ideig marad. Megúnja a sok utazgatást és Basel- ben telepszik le, ahol 50 éves korában a fizika professzorává nevezik ki. Bernoullinak legnevezetesebb vizsgálatai a hidrodinamikában végzett úttörő munkássága. Igen eredményesen foglalkozott ezenkívül a gázok és a hő elméletének kérdésével. Kísérleti eredményei és elméleti elgondolása alapján arra a következtetésre jut, hogy a gáz nyomását a gázban lévő molekulák mozgása idézi elő. Ezek a molekulák ugyanis mozgásuk következtében az edény falának ütköznek és így arra nyomást gyakorolnak. Ebből a képből kiindulva levezeti a Boyle—JMariotte-fele törvényt is. Bernoullinak ez a fel­fogása már igen megközelíti a kinetikai gázelmélet mai formáját, de ehhez még nem juthatott el, hiszen ebben az időben még nem tudtak különbséget tenni a hőmennyiség és a hőmérséklet között. Ez Bernoullinál is állandó zavaró forrásként szerepelt.

A hő anyagi felfogását, mely szerint a melegítés alkalmával az anyagok tömegének növekedni kell, Bernoulli nem tudta megváltoztatni, annál is inkább, mert úgy látszott, a kísérletek is igazolták az anyagi felfogás helyes­ségét. A kísérletek helytelen értelmezésére előszói sir Thomson, a későbbi Rumjord grój (1753—1814) mutatott rá.

Rumjord színes egyéniségének megfelelően élete is rendkívül érdekes volt. Szülei amerikai gyarmatosok voltak. Apját még kiskorában veszítette el, anyja pedig, gyermekét elhagyva, újból férjhez ment. Tehát nem csodálható, ha a gyerek neveltetése sok kívánnivalót hagyott hátra. Szinte saját magát neveli fel. Előbb kereskedőnek áll be, majd szülővárosában egy iskolát nyit. Míg iskolájában mások gyermekeit tanítja, ő a Harward collegebeli előadások anyagát tanulja. Érdeklődése és szorgalma ugyanis nem hagyják az egyszerű vidéki városka tanítójának, hanem mind magasabb és magasabb tudás elsajátításával, többre vágyik. 19 éves korában megnősül. Egy gazdag, nálánál idősebb özvegyet vesz feleségül. Aztán megúnja a tanítói pályát és mivel pénze is van már, katonának áll be, aho¹ vagyona révén olyan gyorsan halad a ranglétrán, hogy 21 éves korában a bostoni angol seregben már őrnagy. Idős felesége rövidesen meghal és ő sok viszály és kellemetlenség után eljut ősei hazájába, Angliába, ahol a gyarmatügyi minisztériumban értékesítheti gazdag tapasztalatait. Nyugtalan természete azonban nem hagyja pihenni s hamarosan ismét Amerikában találjuk, ahol egy angol ezrednek a parancsnoka lesz. Itt sem marad sokáig. Egy év múlva ismét visszatér Európába. A katonai pályát most már annyira megszerette, hogy nem akar más lenni, mint katona. Ezen a pályán azonban Angliában nincs előhaladási lehetőség és ezért az angol király engedélyével az időközben Koczkás Gyula: örök törvények. ?

98

elnyert baroneti rang megtartásával, Németországba megy, ahol a müncheni választófejedelemnek ajánlja fel szolgálatait. így csakhamar a választó­fejedelem tanácsosa lesz, aztán eléri a miniszteri rangot s nemsokára Rumford grófjává is kinevezi a választófejedelem.

Érdekes, hogy ez a nem mindennapi ember miképpen kap kedvet fizikai kísérletek elvégzésére. Münchenben ezidőtájt igen sok koldus volt. Rumford miniszter szociális érzéssel oldja meg a kérdést. Dologházakat építtet Mün­chenben, ahova elhelyezi a koldusok nagyrészét. A koldusokat nem tartja ingyen, hanem tőlük megfelelő munkák elvégzését kívánja meg. Ennek fejé­ben viszont jó lakást, kosztot és megfelelő ruházatot is juttat a lakóknak a kisebb fizetésen kívül. Államférfiúi cselekedetébe akkor kapcsolódik bele mint fizikus, midőn a dologházak lakáskérdésével kapcsolatosan a gazdaságos fűtést és helyes ruházkodást tanulmányozza. Ekkor jön rá arra, hogy azok az anyagok, melyeknek rostjaiban sok a levegő, jó hőszigetelők. Ugyancsak ekkor veszi észre, hogy a szabad láng fűtésre nem alkalmas s ezért új kályhá­kat és kürtőket eszel ki.

A fizika elméleti vonatkozásai ekkor kezdik tehát érdekelni. A hő elméletének megdöntésére kísérleteket gondol ki. Nevezetes kísérletei közül nagyjelentőségű az, midőn egy vízzel töltött palackot vett, melynek súlyát mérlegen pontosan meghatározta. A kísérletet egy 20° C hőmérsékletű szo­bában végezte. Most a vízzel telt edényt egy — 4° C hőmérsékletű szobába vitte be, amikor is a víz megfagyott. Megmérte most a megfagyott víz súlyát is és azt találta, hogy a most mért súly az eredeti súlynak kb. J^-ed részével lett nagyobb. Rumford rögtön rájött a súlynövekedés igazi okára : ugyanis az üvegre rakódott vízgőzöknek tulajdonította a súlytöbbletet. Ezt a kísérletet többféle változatban később is elvégezte és eközben pl. az izzó fémek súlynövekedésének okát ismét helyesen, a létrejövő oxidációnak tulajdonította. Mindezen kísérletek alapján a hő anyagelméletét elvetette, helyette a hőt mozgásnak tulajdonította. A mozgást egyébként is az anyag lényeges tulajdonságának tartotta, ezért méltán lehet őt tekinteni a kinetikus elmélet egyik megalapítójának. Rumfordnak a hőről vallott felfogása még egyáltalában nem teszi egy kiforrott elmélet vagy nézet benyomását, de már kifejezett nyomát találjuk nála annak a felfogásnak, hogy a hő nem lehet anyag, hanem mozgásnak kell azt tekinteni.

Lehet, sőt valószínű, hogy Rumfordnak a hőről vallott felfogása csak a kor általános mechanisztikus felfogásának egyik megnyilvánulása volt, de még ez sem von le Rumford értékéből semmit. A divat után haladt, de mégis a helyes úton járt.

Nevezetes munkát végzett Rumford a fény erősségének meghatározása terén is. A Rumford-íéle fotométer minden idők fizikusainak hirdeti alkotója találékonyságát.

A tudomány terjesztése és megszervezése körül is nagy érdemei vannak Rumfordnak’ ő alapítja meg a Royal Institution nevezetes intézetét, mely ma is alapítójának kiváló elgondolásai alapján működik. Ebben az intézet­ben kiválóan felszerelt laboratóriumok állanak a kutatók rendelkezésére, akik az intézetben végzett kutató munkásságuk mellett előadások és tanfolya­mok megtartásával a tudomány népszerűsítését is szolgálják.

Talán nem volt még egy kutató, akinek fizikai alkotásai között is, de ettől távoleső területeken is, egyformán olyan sikerei lettek volna, mint gróf Rumfordnak. Nem volt olyan európai akadémia, mely tagjává ne válasz­totta volna. Az elnyert akadémiai jutalmaknak se szeri, se száma. Könyveinek rendkívül nagy a sikerük. Anglia és Németország egyformán hálásan őrzi

99

emlékét, hiszen mindkét országban századokon át álló intézmények hirdetik alapítójuk zsenialitását. Talán legérdekesebb ebben az egészen különleges életben az a sok nemzeten olyan könnyedén átsikló egyénisége. Az amerikai születésű ifjú rövidesen angol katona, majd csakhamar német miniszter lesz. Anglia, Franciaország és Németország egyformán büszke tudományos alko­tásaira. (Második felesége a francia forradalom vértanú tudósának, Lavoisier- nak özvegye.) Állampolgárságának megállapítása semmiesetre sem lehetsé­ges annak a ténynek alapján, hogy bár rövid ideig Bajorország angliai követe, mégis Franciaországban telepszik meg, ahol azonban angolnak mondja magát.

Később Krönig és Clausius (1822—1888) fejlesztették ki a gázok kine­tikus elméletét. Egyikük se ismerte azonban az eddigi munkákat, sem Bernoulliét, sem Rumjordét. Krönig tulajdonképpen az eddig ismeretes nézeteknek adott, ha tudat nélkül is, mélyebb értelmet és álláspontját szi­gorúan matematikai alapon fejti ki. Clausius főérdeme viszont az volt, hogy a hőnek és a mechanikai munkának Colding, Mayer, Joule. Carnot, Rumford, Clapeyron munkáinál jelentkező, néhány ellentétesnek látszó gondolatot közös nevezőre hozott. Clausius már tisztán és félreérthetetlenül kimondja, hogy a hő nem megsemmisíthetetlen anyag, hanem valamiféle mozgás. Egyébként éppen Clausius volt az, aki a termodynamika második főtételé­ből azt következtette, hogy a világ entrópiája a végtelen felé törekszik. Ennek a gondolatnak a XIX. század filozófiáiban nagy sikere lett. Eszerint ugyanis egyszer majd minden élet megszűnik éspedig azért, mert minden energia már hővé alakult át. A világ végét tehát a hőhalál idézné elő. Mai ismereteink szerint ez a következtetés nem helytálló, de egyes filozófiákban még mindig megtaláljuk a nyomát ennek a Clausius-ié\e felfogásnak.

A mechanikai hőelméletnek kiváló munkása volt Maxwell is. aki elmé­letileg tökéletesen megfogalmazta a kinetikus elméletet. Maxwellnek, mint tudjuk, legnagyobb alkotása a fény elektromágneses elmélete volt, így tehát róla majd ott mondunk el egyet és mást.

Maxwell az elméletre már a tetőzetet is feltette, csak az utolsó simítások voltak még hátra. Ezeket a munkálatokat főleg Boltzmann végezte el (1844— 1906), aki 1866-ban megjelent dolgozatában a termodynamika második főté­telét tisztára mechanikai elvekből vezette le és ezzel igazolta a hő mozgás­elméletének helyességét.

Boltzmann nagysikerű munkáit támogatta tanítványának, nagyszigethi Szily Kálmánnak (1838—1924) több dolgozata, melyben a magyar tudós más utakat követve, ugyanarra az eredményre jut, mint Boltzmann.

Szily, a múlt század egyik legnagyobb magyar polihisztora, a műegye­temen tanította előbb a kísérleti fizikát, majd pedig a mechanikát. A Termé­szettudományi Társulat felvirágoztatásában igen nagy érdemei vannak és ezzel Hazánk természettudományos műveltségét igen nagy mértékben fel­lendítette. Útjára indítja a Természettudományi Közlönyt, ezt a kiváló népszerűsítő folyóiratot, mely immár több mint száz éve viszi szét többezer tagjának a természettudományok nagyszerű eredményeit, megismerteti olvasóival a természettudomány legújabb haladását és annak az emberiség munkájára nagy befolyással bíró technikai alkalmazását. Idősebb korában Szily elévülhetetlen érdemeket szerez magyar nyelvi kutatásaival is.

Nézzük most már, hogy mit is mond ez az elmélet. E szerint a gázok apró és sok rugalmas részecskékből állanak, melyek a teret nem töltik ki egészen, hanem csak a tér egy részét. Hogy mégis úgy vesszük észre, mintha ezek a kis gázmolekulák az egész teret betöltenék, az onnan van, hogy ezek a kis részecskék állandó, heves, ide-oda való mozgásban van­

7*

nak. A heves mozgás közben egymásba és az edény falába ütköznek. Az edény falába ütköző molekulákat úgy kell elképzelni, mint mikor egv házfalat jégeső ver. A falba ütköző molekulák a falra nyomást gyakorolnak. Ámbár ez a nyomás rendkívül kicsi, mégis, a sokszámú ütődés következtében, az összegeződések révén tekintélyes értékű nyomássá válhatik.

A sok ütközés következtében természetesen a molekuláknak nem lesz egyforma a sebessége és így számításainkba is csak átlagos sebességeket vehetünk. Ezekkel az átlagos sebességekkel lehetővé válik számunkra a gáz­törvények levezetése, ami viszont igen nagy mértékben támogatja a kinetikus elmélet helyességét.

A legnagyobb támogatást azonban az elmélet abban a nagyszerű kísérlet­sorozatban találta, melyet 1827-ben Brown botanikus írt le. Hogy mi is végig­gyönyörködhessük ezeket a szép kísérleteket, vegyünk egy csepp tejet és tegyük azt az ultramikroszkóp asztalkájára. A tejben, mindenki tudja, apró zsírszemecskék lebegnek, tehát a tej úgynevezett kolloid-oldat. Állítsuk most be az ultramikroszkópot, és egyszercsak mintha a nyárutó csillagos egének szépségét látnánk. A sötét látótérben ezer meg ezer fénylő foltocska. Ezek a tündöklő, fényes foltok azonban nem maradnak egy helyben, hanem ide-oda táncolnak. Á nagyobb részecskék komótosan, lassan, a kisebbek viszont hevesebben ropják a táncot és közben elég nagy utakat futnak be. Ezek a kis, 3 — 5 ii átmérőjű részecskék némelykor 20 p hosszú utat is befutnak.

Ebben a rendkívül érdekes kísérletben sokan a testek hőokozta mozgá­sát bizonyítva látták. A kérdést újabban Einstein, Perrin, Schwedberg, Schmolchowski vizsgálták és mindnyájan a kinetikus elmélet kísérleti iga­zolásának tekintették a Brown-íéle kísérleteket. Igaz, hogy ezek az ultra­mikroszkóppal megfigyelt részecskék még jóval nagyobbak, mint a moleku­lák, de mégis igen valószínűvé tette az elméletadta kép helyes voltát.

MAYER RÓBERT

A fizika tanítása szerint minden, ami munkát képes végezni, energiával rendelkezik. Az energia egyike a fizika legváltozatosabb fogalmának. Elfér benne a hő, a hang, a fény; a mozgás épp úgy, mint az elektromosság vagy rádioaktivitás, hiszen, ha bármi mozgásba hoz tárgyakat, akkor annak ener­giája is van. Igv tehát a mozgás, a hang, a fény és az elektromosság az ener­giának különböző alakjai. Ezek a különböző fajta energiák egymásba át is alakulhatnak.

Hogy egy igen hosszú (évezredekig tartó), de nagyon érdekes folyamatot említsek csak : a nap energiát küld a földre és ennek hatására a fából kőszén lesz. A kőszenet a gőzgép kazánjában elégetik és az így keletkezett meleget mechanikai munkává alakítják át. Ez a mechanikai munka azután sok mindenre felhasználható, tehát például elektromos dinamó hajtására is. így tehát a mechanikai munkából elektromos energia lett, melyet például fel­használhatunk a villamos izzólámpa égetéséhez, tehát fénnyé alakíthatunk át. A nap fényét egy sereg energiaátalakulás után ismét fény alakjában kapjuk vissza !

A természetben előforduló minden változás az energiák különböző faj­táinak egymásba való átalakulásából áll, de az összes energia mennyisége

mindig állandó, azaz energia a semmiből nem termelhető, de meg sem semmisít­hető. Ez az energia megmaradásának elve, melynek felismerése egy heilbronni orvosnak, Mayer Robertnek az érdeme.

Mayer Róbert 1814-ben született Heilbronnban, ahol apjának igen jónevü gyógyszertára volt. Apja igen szerette a természettudományokat és így Róbert a szülői házban sok érdekes fizikai és kémiai eszközt és még több természet­tudományi tárgyú könyvet talált. A gimnáziumban nem volt jó tanuló, hi­szen a természettudományok iránt fo­gékony ifjú, a majdnem kizárólag latin és görög nyelv elsajátítását szorgalmazó, teljesen elhibázott célú iskolában, nem találhatta meg érdeklődését. Egy emlé­

R. Mayer.

102

künk van csak arról, hogy a gimnáziumi tanulmányok alatt is foglal­kozott a fizikával, amikor mint fiatal gimnazista, egy ^perpetuum. mobilén gondolatával foglalkozott. Vízikerék tengelyére végtelen csavart erősített, azután fogaskerékáttétellel akarta ezt a berendezést többszörösen meg­ismételni, hogy végül is olyan nagy erőket nyerjen, melyek alkalmasak legyenek gépek hajtására. Apjának felvilágosítása meggyőzte akis Róbertét tervének lehetetlenségéről. (Milyen érdekes, hogy a »perpetuum mobile« lehetetlenségét éppen Mayer Róbert mondotta ki az energia megmaradása elvének felállításával !)

1832-ben, hajlamának megfelelően, a tübingeni egyetem orvosi karára iratkozik be. A doktorátus megszerzését követő esztendőben régi vágyát követte, amikor Hágába ment és ott holland hajóorvosi szolgálatra jelent­kezett. A kötelező elméleti és egészségi vizsgálatokon átesvén, kinevezése előtt még Párisba megy tanulmányútra.

1840 február 23-án egy Batáviába induló holland hajó orvosaként 101 napot tölt tengeren. Batáviába való megérkezése után a hajó több matróza megbetegszik. Az akkori idők divatos gyógymódjának megfelelően Mayer többször eret vág és eközben igen fontos felfedezést tesz. Észreveszi, hogy a vénás és artériás vér színe között alig van különbség, pedig a mérsékelt égöv alatti országokban a vénás vér sokkal sötétebb színű, míg az artériás vöröses színezetű. Mayer tudta, hogy Lavoisiernek van egy elmélete, mely szerint az állati meleg a vér oxidálásának következménye, tehát megfigye­léséből azt következtette, hogy a forró égöv közelében kevesebb meleg fej­lesztésére van szükség, ennek következtében tehát kisebbnek kell lenni az oxidációnak is. Ezért nincs nagy különbség a forró égöv alatt a vénás és artériás vér színe között.

Ugyancsak ennek a 101 napos tengeri utazásnak révén jutott Mayer egy másik megismerés birtokába is. A hajó kormányosával az út alatt ter­mészetesen sokszor beszélgetett. Néha az öreg kormányos furcsaságokat beszélt el neki a tengerről. Egy alkalommal felemlítette neki azt a hajósok által már régen ismert érdekes tapasztalatot is, hogy a viharos tenger vize melegebb, mint a nyugodt tenger vize. Mayernek több se kellett, a legköze­lebbi vihar alkalmával mérésekkel győződött meg arról, hogy az öreg hajós igazat mondott-e.

Ez a két megfigyelés Mayerben felébresztette a meleg és a mechanikai munka egyenértékűségének gondolatát. Mikor Hollandiába visszatért, nem maradt tovább holland szolgálatban, hanem Heilbronnba megy és ott a város fősebésze lesz. Mayer tudta, hogy felfedezése rendkívüli fontosságú, ezért azt a célt tűzte ki, hogy felfedezésének minél több hívet szerezzen. Mindenek­előtt testvér bátyját nyeri meg a gondolatnak, aki előtt a következőképpen okoskodik : a mozgás nem válhatik semmivé és éppúgy meleg sem kelet­kezhetik semmiből ; tehát a meleg és a mozgás között ok és okozati viszony áll fenn. Indokolásában Mayer állandóan erőt emleget, jóllehet energiát ért alatta. (Ha figyelmesen elolvassuk feljegyzéseit, erről magunk is meggyőződ­hetünk.)

Bátyja és ennek több barátja lelkesednek az új gondolatért. Mayer tehát megírja felfedezését és »Über die quantitative und qualitative Be- stimmung dér Kráfte« címen 1841 június 16-án elküldi Poggendorffnak, hogy az Annáién dér Physik című folyóiratban tegye közzé. A folyóirat a cikket nem közli. Ez a kis értekezés a potenciális energia fogalmát tisztázza.

Az energia megmaradása elvének felfedezése először abban az 1841 augusztus 1-ről keltezett levélben jelentkezik, melyet barátjához, a későbbi stuttgarti polytecnikumi tanárhoz, Bawr-hoz ír. Ebben a levélben kifejti,

103

hogy : 1. az erő épp oly megsemmisíthetetlen, mint maga a substancia ; 2. a megszűnt mozgás mint melegség marad fenn.

Hogy e gondolatainak nagyobb nyomatékot adjon, kísérleteket is végez. Kísérleteiben azt találta, hogy a víz rázás következtében mindig melegebbé válik. Ekkor má^r a mechanikai hőegyenérték fogalma is világossá lesz előtte. Újabb értekezést ír, mely a Liebig-téle Annáién dér Chemie und Pharmacie- ben jelenik meg. 1845-ben megírja az energia megmaradása elvére vonatkozó •összes elméleti és kísérleti elgondolásait. Mayer legfontosabb tanulmánya ez, melyet kiadó hiányában saját költségén nyomat ki. Kezdődnek a megpró­báltatások, melyek olyan sok szomorúságot okoznak Mayernek.

1847-ben megjelent Helmholtznak »Über die Erhaltung dér Kraft« című értekezése, melyben az energia megmaradása elvének sokkal pontosabb fogalmazását adja, mint Mayer. Ugyancsak ebben az évben mutatja be Joule manchesteri sörfőző a párisi akadémiának egy értekezését, melyben négy év óta a hő munkaegyenértékének kimutatását célzó vizsgálatait ismerteti. Joule már a hőmunkaegvenérték számértékét is megadja, mely szerinte : 428-8 méterkilogramm. A prioritásért küzdő tudósok közt még egv negyedik is jelentkezik: Colding, Koppenhága vízépítészeti felügyelője, aki 1840-ben az energia megsemmisíthetetlenségét felismeri. Ennek a gondolatának igazo­lására szépszámú kísérletet végez, melyeknek anyagát értekezés formájában 1843-ban a koppenhágai akadémiához nyújtja be. Az akadémia 200 talléros jutalommal tünteti ki a szerzőt, de az egész »üggyel« többet nem foglalkoz­nak, mintha az egésznek nem lenne különösebb jelentősége. Colding se törődik többé a dologgal, csak mikor Mayer, Joule és Helmhoitz harca meg­kezdődik, felfigyel és ő is beavatkozik a küzdelembe és síkra száll a priori­tásért.

Csúnya, kemény küzdelem kezdődik. Talán a legcsúnyább a fizika tör­ténetében. A küzdelmet az teszi lovagiatlanná, hogy Helmhoitz is, Joule is, jóllehet munkájuk megjelenésekor már ismerték Mayer idevonatkozó mun­káit, mégis dolgozatukban ezt a jelentőségteljes tényt elhallgatták. Termé­szetes, hogy ezekután Mayer is nagy hévvel és nem kisebb elfogultsággal megy bele a küzdelembe. Mayer igazáért, elsőségéért teljes szellemi erejével küzd.

Tulajdonképpen már első értekezésének megírásakor kiszámítja a hő munkaegyenértékét, melyet hibásan 367 méterkilogrammnak talál. Ezután Mayer hat éven keresztül több értekezésben és könyvben nemcsak a fizikát, hanem az összes természettudományokat új alapokra fekteti. Az energia megmaradásának elvével ugyanis a fizika legáltalánosabb érvényességű téte­lét fedezte fel a nem céhbeli tudós, kinek ezen »hibája« mellett még a stílusa is pongyola és a matematikához se ért. Ez a legsúlyosabb érv Mayer ellen. A harc tehát egyenlőtlen. Helmhoitz szakszerű, pontos fogalmazásai egészen mások, mint Mayer pongyola meghatározásai. Aztán Joule is pontosabb eredményt kapott, midőn kísérletileg megállapította, hogyha a meleget mechanikai munkává, vagy a mechanikai munkát hővé változtatjuk át, akkor 1 kgr kalória hőmennyiség 428-8 méterkilogramm munkának felel meg. Joule elegáns és pontos kísérleteinek is volt már előfutárja, hiszen Rumford gróf már 1796-ban meghatározza az ágyúk fúrása közben fejlődő hőmennyi­séget. Kísérletében az egész ágyúcsövet egy vízkaloriméterbe állítja. Kez­detleges és sok körülmény befolyását teljesen kívül hagyó kísérletei a hő munkaegyenértékére 560 méterkilogramm munka értéket szolgáltattak.

Az ilymódon kiszélesedett vita eldöntését Mayer a francia akadémiára akarja bízni. Az akadémián uralkodó soviniszta rendszer azonban idegen tudóst csak ritka esetben engedett érvényesülni. Mint már említettük, Joule

104

is a francia akadémiához fordult. Az akadémia azonban az ő kérésére sem vállalja a döntőbíró szerepét. A harc tovább folyik. Már napirenden vannak a hírlapi viták is. Mayer közben rengeteget dolgozik, számításokat végez és kísérletezik. Helmholtz viszont már általánosít is. A tételt kiterjeszti a fizika egész területére, de szépsikerü munkája közben, nagy szelleméhez egyáltalában nem méltó módon, támadja Mayert.

Mikor már kifogytak az érvekből, ráfogják Mayerra, hogy őrült. Elme­gyógyintézetbe zárják. Amikor innen kiszabadul már öreg, pihenni akar és a harcra már nemcsak ereje, de kedve sincs.

Az energia megmaradásának elvével divat lett foglalkozni. Egyre- másra jelennek meg német szerzők munkái, melyek ezzel foglalkoznak, de — csodálatosképpen — egy sincs közöttük, aki Mayer feltétlen prioritását elismerné. A legtöbb szerző Mayer nevét egyszerűen meg se említi. Agyon­hallgatják.

Húsz nehéz esztendő telik így el, mikor elhangzik az első igazi elismerés. Az angol John Tyndall 1862-ben a Royal Institutionban egy nemzetközi kongresszuson tartott előadásában nemcsak elismeri Mayer elsőbbségét, de tiszteletét és csodálatát is kifejezi az egyszerű heilbronni orvos iránt, aki az emberiséget ilyen nagy felfedezéssel ajándékozta meg.

Tyndall elismerése után már jönnek a kitüntetések, de a búskomor Mayer már nem örült sem a francia akadémia jutalmának, sem a londoni Royal Society érmének. A különböző akadémiák, királyok és egyetemek diplomái sem érdeklik már. Mikor meghalt, szülőföldje — mely életében bolondnak nyilvánította — szobrot emelt emlékének. Szomorú és mégis mennyire emberi sors !. . .

Az energia megmaradásának elve azonban nemcsak szervetlen folyama­tokra érvényes, de ugyanolyan szigorúsággal érvényes az élet folyamatokra is. Rnbner állat- és Atwater emberkisérletei ezt teljes mértékben igazolják.

Atwater kísérleteinél az embert egy szobaméretű kaloriméterbe helyezte- el. Mivel az egyes táplálékoknak megfelelő kalória-értékek ismeretesek, kiszámította, hogy egy nap (24 óra) alatt a táplálékkal 3541 kalóriát vesz fel a kísérleti egyén. (Atwater kísérleteit körülbelül 50 egyénen végezte, a. közölt adatok tehát középértékek). Az is meghatározható — gázcsere­vizsgálatokkal — hogy a kísérleti egyén a test fehérjéjének és zsírjának elégéséből 336 kalóriát használ fel. Megmérhető a bélsárnak és vizeletnek kalóriaértéke is, mely 280 kalória. Az első kettő összegéből az utóbbit levonva kapjuk, hogy az összes energiamennyiség 3597 kalória. Kaloriméterben megmérve az összes energia mennyiségét 3577 kalóriát kapunk. Tehát az anyagforgalom szerint meghatározott és a kaloriméterben mért összes energia mennyisége között 20 kalória, azaz az egésznek 0-6%-a a különbség. Így tehát Atwater igen nagy pontossággal igazolta, hogy az energia megmaradá­sának elve életfolyamatokra is érvényes.

A természettudományokban a legutóbbi időkig két általános érvényes­ségű »elv« volt ismeretes : az anyag megmaradásának és az energia meg­maradásának elve. A katódsugarak felfedezése, a radioaktivitási vizsgálatok és a relativitás e’mélete az anyag megmaradása elvének általános érvényes­ségét erősen megtépázták.

A modern fizikának már csak egyetlen megdönthetetlen elve van: a Mayer Róbert által 1841-ben felfedezett energia megmaradásának elve!

HŐGÉPEK

1.

A GŐZGÉP.

A gép-korszak tulajdonképpen a gőzgép feltalálásával (1769) veszi kezdetét. A gépek alkotói mindig arra törekedtek hogy alkotásaikkal sok ember munkáját helyettesítsék s ezáltal az ember értékét magasabbra emeljék. Hogy törekvéseik nem váltak valóra, sőt ellenkezőleg a gépeket az ember­ember ellen való küzdelemben használják fel, erről nem a segíteni akaró feltalálók tehetnek, hanem az a tömeg, amelyen segíteni akartak, de amely elegendő műveltség hiányában a rosszra fordítás lehetőségeit gyorsabban vette észre, mint a javításét és a segítését. így van ez a gőzgép esetében, de így van minden nagy, korszakalkotó találmánnyal is.

Ha a gőzgép történetét csak főbb vonásokban is vázolni akarjuk, bizony sok, érdekes ember, értékes alkotásával kell megismerkednünk. A Krisztus előtt kb. 120-ban született Hero volt az első, aki a gőzt munkavégzésre hasz­nálta fel. Kis játékot szerkesztett, amelyet aeolipilnek nevezett el. Ez az aeolipil egy belül üres fémgolyó, mely egy átmérője mentén, mint tengely körül forgatható. A fémgolyó két ellentétes részén 1 — 1 kivezető cső van, mely a golyóval párhuzamos irányban meg is van hajlítva. Hero a golyót félig vízzel töltötte meg, és a golyót alulról egy lánggal melegítette. Megfelelő ideig tartó melegítés után gőz fejlődött, mely a két csövön kitódult. A ki­tóduló gőz visszaható ereje a gőz kiáramlásával ellenkező irányú forgásba hozta az aeolipilt.

Hasonló primitív szerkezet volt az is, amellyel Krisztus után 500 körül Antheminus híres építész, a híres szónokot Zénót megbosszulta. Zeno és Antheminus ugyanis összevesztek, kibékülni nem tudtak s bíróság elé vitték ügyüket. A bíróság Zeno-nak adott igazat. Antheminus sehogysem volt elégedett a bírói ítélettel s elhatározta, hogy bosszút áll szomszédján, Zénón. Saját pincéjében elhelyezett egy nagy vastartályt, melyet félig megtöltött vízzel. A vastartályból több csövet vezetett el a földben egészen Zeno háza alá. A csö­vek végét beforrasztotta. A vastartály vizét melegítette, gőz keletkezett s egy- szercsak a gőz nyomása széjjelnyomta a csöveket, melyek bizony lényegesen megrongálták Zeno házát. Zeno azt gondolta földrengés pusztított. Csak Antheminus halála után derült ki a turpisság.

A középkorban elég nagy jelentőségű alkotás volt a francia II. Sylvester pápa által készített gőzorgona, mely a rheimsi székesegyházban volt elhe­lyezve. Ennél az orgonánál a fújtató szerepét gőz pótolta, mely így az orgonasípok megszólaltatására használtatott fel.

106

Az olasz Branca szép könyvében (Le Macchine, Roma 1629) egy olyan gépet is leír, ahol a tartályból kiáramló gőz segítségével egy lapátos kereket forgat. Itt már a gőz munkavégzésre használtatik fel.

Még tökéletesebb az angol Worcester-féle gőzgép, melyet már víz fel­emelésére is használ a feltaláló. Ezt a gépet 1663-ban megjelent »A centuy of inventions« c. könyvében írja le Worcester, aki toweri fogsága alatt fedezte fel ezt a gépet.

Worcester híres angol főúr volt, aki különböző politikai tevékenysége miatt került fogságba, ahol idejét a fizika tanulmányozásával töltötte.

A következő tudós, aki már nagy lépést tett a tökéletesítés terén, Papin volt, aki a nagy Huyghens londoni laboratóriumában kezdte meg a gőzzel való kísérletezést, melynek eredménye az 1690-ben feltalált szerkezet lett, mely a mai gőzgép lényeges alkatrészeiből néhányat már tartalmazott.

így például Papin már egy hengerben mozgó dugattyút használt. A hen­gerbe vizet tett s azt alulról melegítette. A fejlődő gőz a dugattyút felemelte. Aztán a lángot a henger alól kivette, a henger kihűlt, a gőz lecsapódott, a hen­gerben légritka tér keletkezett s így a külső légnyomás a dugattyút lenyomta. A dugattyúnak ezt a fel-le történő mozgását használta fel Papin egy csiga segítségével, súlyok emelésére.

Ettől a Papin-ié\e gőzgéptől függetlenül az angol Savery kapitány 1698 bán egy a Papin-énél tökéletesebb gőzgépet szabadalmaztatott. A Savery-iéle gépben a víz forralása nem a hengerben történt, hanem egy külön tartályban — a gőzkazánban —, ahonnan a gőzt egy csap segítségével lehetett a hengerbe engedni. Ez a Savery-gép tökéletesebb volt tehát, de egy állandó felügyelőt foglalkoztatott, aki a csap nyitását és zárását mindig a kellő időben végezte. A gőzgépen a további tökéletesíté­seket egy Newcomen nevű angol kovács­mester végezte. Newcomen meggyorsí­totta a gőzgép működését azáltal, hogy nem várta meg, amíg a hengerben levő gőz magától lecsapódik, hanem ezt a folyamatot olj^T módon gyorsította meg, hogy a hengerbe a gőz közé hideg vizet fecskendezett. A hideg víz vezetékét szintén csappal zárta el. így most már a gőzgép mellett levő embernek nem­csak egy csapra a Savery-féle gép kellett kezelni.

Egyízben egy Potter nevű fiút bíz­tak mega Newcomen -féle gép csapjainak kezelésével. A fiú, aki nem akart állan­dóan a gép működésére figyelni, észre­vette a csapok működésének törvény­

szerűségét. A csapokat megfelelő módon spárgával összekötözte s a gép így »magától« ment. Potter nagyszerű módosításait nemsokára úgy tökéletesí­tették, hogy a spárgák helyett rudak alkalmazásával érték el, hogy a gőzgép külön felügyelő nélkül is dolgozzon.

Ilyen kiváló emberek hosszú útja vezetett a századok messzeségéből amai gőzgép igazi megalkotójához Watthoz (1736 —1819)). Wattot szülei gondos nevelésben részesítették, s mindenben követendő példaképei lehettek ennek a sovány, betegeskedő gyermeknek, aki éppen betegeskedésre való hajlama miatt nem járt nyilvános iskolába. A fúrás, faragás érdekelte a gyermek

kellett figyelni, mint tiél, hanem két csapot

Watt.

Wattot legjobban. Játékait csak úgy szétszedte, mint minden más gyermek, de abban mégis más volt, hogy ő össze is tudta újból rakni őket. Sőt, sokszor előfordult, hogy ügyes változtatásokkal használhatóbbá tette játékait. Nem egy­szer nagyon ügyes játékszerkezeteket talált ki és állított össze. Mesélik, hogy legkedvesebb játéka az volt, mikor a tea­forral ónak fedelét leszedte s a kiáramló gőzbe egy ezüst kanalat tett. A kanálon lecsapódó vízgőzöket összegyűjtötte. Sok történetírója ezt az egyszerű kis játékot úgy tekinti, mint előfutárját annak a nagyszerű felfedezésnek, amit Watt a gőzgép kondenzátorával ért el.

De Wattot nemcsak ez a fúrás, fara­gás érdekelte. Igen szerette a népmesé­ket is és élénk fantáziájával néha olyan meséket talált ki, melyek bizony az egész családot elszórakoztatták. Később, midőn már ifjúvá serdült, egyforma érdeklődés­sel fordult a növénytan, ásványtan s fizika tudománya felé s végül mégis mindnyá­jukat mellőzve, egy műszerkészítő mű­helybe megy Londonba inasnak.

A megfelelő tudás elsajátítása után Glasgowba megy, ahol az egyetem

mechanikusa lesz. Kis műhelyében sokszor látogatják meg az egyetem híres tanárai, köztük a híres közgazda : Adam Smith és a fajhő feltalálója Black is. Sok ügyes és értékes alkotás dicsérte már Watt kitűnő kezét és fantáziáját.

Watt életében a fordulót az jelentette, midőn a fizika professzora a fizikai gyűjteményből egy nem működő N ewcomen-fé\e gépet küldött le Watthoz kijavítás céljából. Watt hamar rájött a hibára, rögtön ki is javíthatta volna és visszaküldhette volna a professzornak, de nem tette. Mindjárt arra gondolt, nem lehetne-e ezt a gépet tökéletesíteni. Igazi természetkutatóhoz méltón kísérletezni kezdett. Kalórimeteres mérésekkel kimutatta, hogy mennyi szenet fogyaszt el a N ewcomen-féle gép egy teljes periódus alatt. Aztán ugyancsak meghatározta, hogy egy kg szénnel mennyi vizet lehet gőzzé változtatni. Ezen adatok birtokában jól látta, hogy a Newcomen-féle gép a felhasznált gőzmennyiséggel egyáltalában nem takarékoskodik. Csak­hamar rájött Watt arra is, hogy a legjobb megoldás az lesz, ha a gőzt nem a hengerben sűríti össze, hanem egy külön edényben, a kondenzátorban. így egyszerre feleslegessé vált a hidegvíznek hengerbe való fecskendezése is, amivel a hengerfelületet szintén lehűtötte, ami bizony nem volt gazdaságos megoldás.

Az így összeállított gőzgép csakhamar kiszorította az addig használatban lévőket, de a feltalálónak ez a gyors siker csak újabb ösztönzést jelentett a további munkára. Egy gyárossal szövetkezett Watt, aki a gépeket elő­állította s elsősorban bányáknak adta el bányaszivattyúk hajtása céljából. A gépekért a megtakarított mennyiség */₃-át fizették a bányavállalatok. Csakhamar ez olyan nagy összegre rúgott, hogy a bányák tulajdonosai egy­szerűen beszüntették a fizetést, mondván, feltalálhatta volna ezt a szerkeze­tet más is, miért fizessünk mi éppen Wattnak ! Nem lett pör ebből, mert Wattot az anyagi rész nem érdekelte, ő csak a dicsőségért küzdött.

– w

108

Tovább dolgozik. Újabb, nagyszerű találmányok után, mint amilyen a gőz expanziójának elve, a gőznek két oldalról való váltakozó levezetése, a. centrifugális regulator stb., előttünk áll a mai modern gőzgép.

A mai gőzgépnél is kazánban történik a gőz fejlesztése, de hogy minél gazdaságosabban menjen ez végbe, lehetőleg nagy érintkezési felületről gon­doskodnak. Evégből több csövet helyeznek el a hengeralakú kazánban, ahol a víz cirkulál. Az így előállított gőzt vezetik a hengerbe, mely azután a.

Gőzgép a múlt század elejéről.

dugattyút maga előtt tolja. Most egy szerkezet a gőzt elzárja, a gőz most az ellenkező oldalon áramlik a hengerbe, mely biztosítja a dugattyúnak ellen­kező irányú mozgását. Amikor a gőz beáramlási helyében ez a változás bekövetkezik, a hengerben lévő azt a gőzt, amely munkáját már elvégezte — az ú. n. fáradt gőzt — egy szelep megnyitásával a kondenzátorba szorítja ki az ellenkező irányú dugattyúmozgás. A dugattyúnak ide-oda történő.

mozgását a dugattyúrúd, a hajtókar és a forgattyú, forgó mozgássá alakítja át. Arról is történik gondoskodás, hogy a gépet a holtpontokon átsegítsék. Ez a nagy súlyú lendítőkerékkel történik. Holtpontoknak azokat a pontokat nevezzük, ahol a dugattyú egy pillanatra megáll. Ez ott van, ahol a dugattyú mozgása ellenkező irányú mozgássá válik. A nagytömegű lendítőkerék tehe­tetlensége folytán tovább mozog s ezáltal lehetővé teszi a folytonos mozgást. A gőz helyes elosztását egy tolattyú végzi el, mely a kellő időben nyitja vagy

109

zárja a megfelelő szelepet. A gőz bebocsátás nem tart a dugattyú egész útja alatt, hanem annak csak kb. ³ /₄-ig, és onnan már a hengerben lévő gőz nyomja tovább a dugattyút. Ezt hívják Watt után az expanzió elvének, mely érthe­tően sok fűtőanyagot takarít meg. Hogy a gép egyenletesen dolgozzon, ezért Watt egy ma is használatos centrifugális regulátort szerelt rá. A gőz­gép ugyanis lassabban, vagy gyorsabban jár aszerint, hogy mekkora a hen­gerben lévő gőz mennyisége, azaz a nyomása. Hogy ez lehetőleg mindig ugyanakkora maradjon, egy tengely körül fogathatólag felszerelt csuklós száron függő két golyót — a centrifugális regulatort — a kazán gőzszelepével összeköttetésbe hozott. A regulator tengelyét a lendítőkerék forgatja. A gyor­sabb mozgás következtében tehát a regulator forgása is gyorsabb lesz, ami viszont a két golyónak a centrifugális erő nagyobbodásával járó felemelke­dését idézi elő. A golyók felemelkedése egy szelepet nyit, mely így a gőz­nyomást kevesbíti, a forgást lassítja. A lassú forgás következtében a szelep ismét bezárul. És ez így megy állandóan a gőzgép működése alatt.

A Watt-íéle gőzgép jelenti az iparosodás megindulását s a technika korá­nak beköszöntését. Általa s a többi gépek által jött létre az a nagyszerű civilizáció, mely életünk szebbé tételére igen alkalmas lenne, ha az emberi gonoszság ezeket is nem állítaná aljas és alantos eszközök szolgálatába.. .

Watt azonban nemcsak a gőzgép megalkotásával tette nevét halhatat­lanná, de a kémia Lavoisier, Cavendish és Watt nevét a víz kémiai összetéte­lének kiderítésével kapcsolatban is feljegyezte.

Watt életében is változás állott be a gőzgép feltalálása után. Akadémiák kitüntették, tagjaikká választották. Az angol tudományos élet legismertebb alakja lett, ő azonban minden ünneplés dacára is az a szerény ember maradt, aki volt azelőtt. Watt egyéniségét legjobban saját szavai alapján jellemez­hetjük. Midőn a gőzgépen egy változtatást hajtott végre, azt írta, »midőn először láttam a játékát, az újságnak teljes ingerével hatott rám, mintha csak a más találmányát szemléltem volna«. Igen; elmerülni a feladatokban, megoldani azokat s emellett hosszan gyönyörködni bennük; az alkotásokban ‘

a szépet is keresni a jó mellett, ez volt Watt élete. Életével minden idők kutató­jának példát mutatott.

A ROBBANÖMOTOR.

A társaság kirándulásra készülődik. A hölgyek készítik a jóféle ennivaló­val telt csomagokat, az autótulajdonosok pedig nézegetik, vizsgálják autóju­kat, hogy szégyen ne érje őket a nagy úton. Vizsgálódásuk legfőbb tárgya az autó lelke : a motor. Ugyanilyen, sőt még lelkiismeretesebb vizsgálatnak veti alá az indulásra készülő pilóta repülőgépmotorját, hiszen ott már nem apró kellemetlenséget jelent a motorhiba, hanem esetleg halált is. A motoros jár­művek és az iparban használatos egyéb motorok szükségessé teszik, hogy a mai ember — legalább nagy általánosságban — ismerkedjék meg a motorral.

Nem is olyan régen, alig 80 éve készítette Lenoir francia mechanikus az első robbanómotort. A mai rendszerű motorok ősét — az ú. n. négyütemű motort — pedig az 1878-iki párisi világkiállításon mutatta be Ottó kölni kereskedő. Ez alatt az aránylag rövid idő alatt sokat fejlődött a motor. Ennek jellemzésére elég ha megemlítem, hogy míg 1880-ban a motornak egy lóerő­teljesítményre eső súlya 200 kg volt, ma kb % kg. A motorok teljesítmé-

. á

110

nyét is rendkívüli módon fokozták úgy, hogy ma 1 liter hengertérfogattal 30 lóerőt tudunk elérni, de még ez a teljesítmény is fokozható.

Ismerkedjünk most meg közelebbről a robba­nómotorral. A robbanómotor szíve a henger. A hengerben egy pontosan záró dugattyú mozog fel és alá. A henger egyik vége zárt és itt van két nyílás, me’yeket a szükséghez képest szelepek nyitnak vagy zárnak. Figyeljük és nézzük a du­gattyú mozgását. A henger zárt, felső részétől mozog a dugattyú lefelé, így a dugattyú felett légritkított tér keletkezik. Felülről pedig a külső­levegő nyomást gyakorol a henger belseje felé nyíló szelepre, tehát ez a szelep kinyílik. Mivel azonban a szelep a robbanókeverékkel van össze­kötve, a hengerbe robbanókeverék tódul. A robba­nókeveréknek hengerbe áramlása csak akkor szűnik meg, ha a dugattyú a henger alsó végéhez ér. A robbanómotor működésének ezt a részét úgy hívják : szíróü/em. A dugattyú most felfelé kezd mozogni. Az előbb nyitott szelep most bezáródik, hiszen a dugattyú a hengerben összesűríti a rob­banókeveréket és így ott a légkörnyomásnál na­gyobb lesz a nyomás értéke. De a robbanó keverék ennél az ú. n. sűrítőütemnél nemcsak összenvo- módik, hanem fel is melegszik. A következő pilla­natban ezt az összenyomott és felmelegített gázkeveréket egy szikra segítségével meggyujtjuk, a gáz keverék robbanva ég el, miközben a du­gattyút a henger alsó végéhez löki. Ez az ú. n. robbanóütem. Ezután a dugattyú ismét felfelé

mozog, az elégett gáz maradványait egy éppen ekkor nyitódó szelep a szabadba továbbítja. Ezt a negyedik ütemet kipujfogóütemnek hívjuk. A négy ütem alatt a dugattyú négyszer járja végig a hengert éspedig kétszer felfelé, kétszer lefelé. A motor működése közben ez a négy ütem folytonosan ismétlődik, ezért is hívják az így szerkesztett robbanó motort négyütemű motornak. A négy ütem közül azonban csak egy végez munkát, a harmadik­ütem : a robbanás!

Ugy-e milyen egyszerű a robbanómotor működése ? Persze, ha csak így — elvileg — ismertetjük. Hogy a gyakorlatban használatos robbanómotort megismerhessük, még sok mindenfélét kell megtudnunk.

Mindenekelőtt felmerül a kérdés, hogyan lesz a dugattyú ide-oda mozgá­sából forgómozgás? A dugattyúhoz egy rudat — hajtó kart — erősítünk, melyet egy »u« alakúra görbített tengely — könyököstengely — középső részéhez kapcsolunk. Ezzel az egyszerű szerkezettel elérhetjük, hogy a dugattyú forgassa a tengelyt, mégpedig úgy, hogy, míg a dugattyú kétszer járja végig a hengert, addig a tengely csak egyszer fordul körül.

Igen nehéz és fontos feladat az, hogy a szelepek nyitása és zárása mindig a kellő időben történjék, azaz — mint mondani szokták — a szelepek vezérlése kifogástalan legyen. Ez úgy történik, hogy a motor tengelyére fogaskereket erősítünk, mely egy nála kétszer nagyobb kerületű fogaskereket hajt. Ennek a nagyobb fogaskeréknek tengelyén egy bütyökkel ellátott korong van. Ezek a bütyköskorongok tehát ezzel a nagyobb fogaskerékkel együtt forog­nak. A szelepekre egy-egy hosszú kar van erősítve, mely leér a nagyobb fogas-

111

kerék tengelyéig. A motor forgása következtében ez a tengely is forog és mikor a bütyök hozzáér a szelep karokhoz, azokat felnyomja és ez a szelepet egy emelő segítségével kinyitja. Mivel a nagyobb fogaskerék kerülete kétszer nagyobb, mint a motortengelyre szerelt fogaskeréké, tehát a motor,kétszeri fordulására a bütyköskorong csak egyszer fordul meg. A négy ütem alatt

A négy ütem.

112

tehát csak egyszer nyílik a szívó- és nyomószelep is. Hogy a szelepek éppen jókor nyíljanak, azt a bütykök megfelelő állításával érhetjük el.

Egy másik fontos kérdés : Hogyan történik a gyújtás? Azt már említettem, hogy a gyújtás elek­tromos szikra segítségével történik, ezt pedig egy úgynevezett gyujtómágnes segítségével állítjuk elő. Tekercseljünk pár menet drótot egy lágyvasra és forgassuk a lágyvasat egy mágnes sarkai között, akkor a lágyvasra tekercselt drótban különböző erősségű elektromosáram jön létre aszerint, hogy a tekercsen át több vagy kevesebb mágneses erővonal halad keresztül. Tekerjünk efölé a tekercs fölé egy másik igen vékony drótból álló sokmenetű tekercset, amelyben annyiszor indukálódik elektromosáram, ahányszor megváltozik az erővonalak száma. Ennek az indukciónak révén magasfeszültségű áramot keltünk és ennek a magasfeszültségű áramnak két sarkát egy úgynevezett gyertyával kötjük össze. Ez a gyertya egy vascső amelyet belül jól szigetelő anyaggal — porcellánnal — töltünk ki. A porcellán- ban két furat van, ezeken egy-egy drótszálat húzunk végig úgy, hogy azok a vascsőből kiálljanak és egy­máshoz elég közel, kb. % ^mm távolságra legyenek.

Ez a % mm szakadás az úgynevezett szikraköz. Ha tehát a magasfeszültségű áramot a porcellán szigetelőben lévő két dróthoz vezetjük, akkor, ahányszor létrejön a tekercsben a magasfeszültségű áram, annyiszor ugrik át szikra a gyújtógyertya szikraközén. A gyújtógyertyát a hengerbe csavarmenettel

A gyújtó-mágnes működésének elve.

erősítjük úgy, hogy a gyertya két drótvezetéke a hengeren kívül, a szikraköz ellenben a hengerben legyen. A mágnessarkok között forgó tekercset a motor

113

Bánki Donát.

A karburátor szerkezete.

Uh = úszóház, U = úszó, F = fúvóka, FSz = fojtószelep, SzSz = szívószelep, D = dugattyú. Felül van elhelyezve a benzintartály.

Koczkás Gyula: Örök törvények.

8

tengelye forgatja, mégpedig úgy, hogy míg a motor tengelye kétszer fordul körül, a tekercs csak egyszer, hiszen két fordulat közül az egyhengeres négy­ütemű motornál csak egyszer történik gyújtás. A gyújtás pontos beállítását a szabályozókarok segítségével érhetjük el.

Talán egyik legfontosabb kérdés, hogyan állítjuk össze a robbanókeveréket ? Tudjuk, hogy a benzin folyékony. Ha így égetnénk el a benzint, természetesen nem szolgáltatna annyi energiát, mint amennyi a motor műkö­déséhez szükséges. Hiszen egy közönséges autó 100 km-ként körülbelül 8 liter benzint használ. Az ilyen kis autónak rendszerint négy hengere van, tehát egy henger benzin­fogyasztása 100 km-ként körülbelül 2 liter. Ezalatt az idő alatt a motortengely körül­belül 1,000.000 fordulatot végez, tehát gyuj tás körülbelül 500.000-szer történik. Égy robbanásnál felhasznált benzinmennyiség tehát négy tízezred köbcentiméter. De ez még nem elég ! A benzint igen finom, felhőszerű elosztásban kell, levegővel elkeverve a hen­gerbe engedni, hogy az elégés minél tökélete- sebblegyen.Ha tehát meggondoljukazt,hogy mivel egy közepes autó 100 km-t körülbelül 2 óra, azaz 7200 másodperc alatt tesz meg

és ez alatt 500.000-szer kell gyújtania, — tehát minden másodpercben 69-szer — megérthetjük, hogy milyen finom szerkezetnek kell lennie annak a készü-

114

léknek, mely ezeket a feladatokat pontosan és tökéletesen elvégzi. Ezt a készü­léket porlasztónak vagy karburátornak hívják. Magyar ember, Bánki Donát készített először ilyen porlasztót 1892-ben. A porlasztónak elve igen egyszerű. Bizonyára jól ismerik a kölnivíz permetezőt, mely két, különböző vastag­ságú, egymásra merőleges csőből áŰ. A vékonyabbik cső függőlegesen a kölni­vízbe merül, míg a vastagabb, vízszintes cső a vékonyabbik cső másik vége előtt áll. Fújjunk erősen a vastagabb csőbe, akkor az így létrejött erős levegő­áram szívóhatást létesít és a kölnivíz apró kis részecskékre szóródik szét, szinte elporlódik. A valóságban kissé bonyolultabb a porlasztó működése. A rajzon jól látható egy karburátor berendezése. A benzintartályból a benzin egy csövön át egy úszóháznak nevezett hengeralakú tartályba jut. Az úszó­házban lévő henger, az úgynevezett úszó, a benzin felszínét mindig ugyanabban a magasságban tartja, hogy az éppen a fúvóka csúcsáig érjen. Ha tehát az úszóházban a benzin a kelleténél magasabb, akkor az úszó egy szelep segítsé­gével a fúvóka felé vezető cső nyílását elzárja, így a benzin áramlása meg­szűnik. Ha a benzin nívója az úszóházban alacsonyabb, a szelep azonnal kinyílik, ismét folyhat a benzin a fúvóka felé. És ez így megy állandóan. Ha a fúvóka nyílása előtt nagysebességű levegő áramot létesítünk, akkor az — a kölnivíz-szóró működésének megfelelően — a benzint felszívja és elporlasztja, amelyet azután levegővel finoman elkevernek és így kerül a robbanó keverék a hengerbe. A porlasztóit benzinnek és levegőnek a hengerbe való beáram­lását az úgynevezett fojtószelepek segítségével tetszés szerint szabályoz­hatjuk.

Már az előbbiekben említettük, hogy motorunk sok fordulatot végez. A túramotorok percenkénti fordulatszáma 3000, a versenymotoroké 6000, de vannak 12.000 fordulatszámú — különleges célokra épített — motorok is. Vegyünk egy 6000 fordulatszámú motort, akkor ennek dugattyúja a hen­gert 12.000-szer járja végig percenként. Elképzelhetjük, hogy milyen nagy lenne a fellépő súrlódás, ha nem gondoskodnánk arról, hogy ezt minél kisebbre csökkentsük. A súrlódásnak ezt a csökkentését olajozással érjük el. Legtöbb motornak külön olajozókészüléke van. Ez a készülék egy szivattyú, amely a motor azon részéhez nyomja az olajat, ahol arra éppen szükség van. Kisebb motoroknál az olajozás történhetik úgy is, hogy az olajat benzinnel keverik és így az mindjárt a robbanókeverékkel együtt jut a hengerbe.

Röviden meg kell még arról is emlékezni, hogy az olajozás nem tudja annyira lecsökkenteni a súrlódást, hogy a motor igen erősen fel ne melegedjék. Ezért a motort hűteni szokták. Vannak víz- és léghűtéses motorok. Vízhűtés­nél a hengert egy vizet tartalmazó edénnyel vesszük körül, mely — mivel a víz legfeljebb 100° C hőmérsékletre emelkedhetik — állandóan hűti a fel­melegedett motort. Léghűtésnél a henger felületét megsokszorozzák olyképpen, hogy a hengert lemezes bordázattal látják el. Az így megnagyobbodott felület a henger melegét könnyebben tudja átadni a hűvösebb levegőnek és így hűti a hengert.

Szólni kell még arról, hogy a robbanómotor nem tud megindulni magától. Indulás előtt ezért a motortengelyt meg kell forgatni addig, míg a hengerben robbanás nem történik. Ez a megforgatás történhetik kézi erővel, az úgy­nevezett f>kurblizás« által, de történhetik villamosmotorral is, mely mint öninditő ismeretes a nagyközönség előtt.

Eddig csak az egyhengerű motor működését ismertük meg. Ha pedig csak egy henger működnék motorunkban, a motor nem dolgozna egyenletesen, hiszen a négy ütem közül mindig csak egy végez munkát. Ezért készítenek 4-, 6-, 8-hengeres motorokat, melyek már minden igényt kielégítenek. A hengerek számának növelése a motort természetesen megdrágítja. Ezért olcsóbb meg­

115

oldást is kerestek, hogy a motor rángatódzó járását egyenletesebbé tegyék. Ezt a műhelyekben dolgozó motoroknál nagy lendítőkerekek alkalmazásával érhetjük el, járműmotoroknál pedig úgy, hogy növeljük a motor fordulat­számát. Ha a motor tengelyét egy másodperc alatt 50 lökés éri, — mint a 3000-es fordulatú motornál — a gép, tehetetlensége folytán, az egyes löké­sekre nem reagál, hanem nyugodtan dolgozik. Újabban mind nagyobb és nagyobb szerepre tesznek szert a kétütemű motorok. Ezek a négyütemű motoroktól főleg abban különböznek, hogy nincs szelepük. Ezek a motorok olcsóbbak és működésük is egyszerűbb.

Hogy a motortechnika milyen nagyot fejlődött, talán legjobban úgy szem­léltethetjük, ha megemlítjük, hogy az első autógyárat 1900-ban építette Claremont, Rolls és Royce. Claremont sokszor ráült autójára, de kirándulásainál • kocsisának egy fogattal állandóan kísérnie kellett őt, ha esetleg valamilyen géphiba érné, tovább utazhassák. Az azóta eltelt 40 év alatt a motorok pontos és kifogástalan működése tette az autót és repülőgépet annyira biztonságos közlekedő eszközzé, hogy gyorsaságról nem is szólva, biztonság tekintetében is versenyeznek a vonattal.

A motorok fejlődése azonban nemcsak kényelmet biztosít, munkát végez, egyszóval civilizációnkat öregbíti, hanem a hasznosság és célszerűség elvén kívül mindig figyelembe veszi a művésziességre való törekvést is. Egy nagy lóerejű hatalmas motor megtekintése bennünk nemcsak a csodálkozás érzését kelti fel, de szépérzékünket is gyönyörködteti. A technikus — csak úgy, mint a művész — alkotásaiba beleviszi egyéni érzéseit is. Nemcsak a világot viszi előbbre, nemcsak kényelmet és biztonságot ad vagy, életet hosszabbít, de ad új és szép érzéseket is.

6*

A FÉNY TÖRVÉNYEI

1.

A FÉNY VISSZAVERŐDÉSE ÉS TÖRÉSE.

Ha a fény egy közeg határához ér, akkor egy része visszaverődik ezen új közeg határáról, egy másik része pedig behatol az anyagba, áthaladva a közegen, melyen keresztülmenve a fénysugár megtörik. Ennek a két, mindenki által jólismert jelenségnek adjuk fizikai magyarázatát, aztán rámutatunk arra is, hogy ezeknek a jelenségeknek milyen széleskörű alkalmazása van, mind a tudományban, mind pedig a gyakorlati életben.

A visszaverődés jelenségével már a görögök is részletesen foglalkoztak. Euklides korában már ismeretesek a visszaverődés törvényei is. Hogy a vissza­verődés törvényét jól megértsük, vegyünk egy sima, vízszintes felületet, amelyre essen egy keskeny sugár. Abban a pontban, ahol a sugár a felül­letet éri, — az úgynevezett beesési pontban — állítsunk egy felületre merőleges egyenest, az úgynevezett beesési merőlegest. Ha most lemérjük azt a szöget, — beesési szöget — melyet a beeső sugár a beesési merőlegessel alkot, akkor azt találjuk, hogy ugyanekkora szöget zár be a beesési merőleges a vissza­verődési sugárral. Ha ezt az utóbbi szöget visszaverődési szögnek nevezzük, akkor kimondhatjuk a visszaverődés törvényét aképpen, hogy a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel. További egyszerű vizsgálatokkal mindenki meggyőződhetik arról is, hogy a beeső sugár, a beesési merőleges és a vissza­vert sugár egy síkban feküszneks ezzel a visszaverődés összes törvényszerű­ségei ki vannak derítve.

A visszaverődés jelenségének leg­elterjedtebb gyakorlati alkalmazása a síktükörnél van. Ha egy pontból több sugár érkezik egy tükör felületéhez, akkor a visszavert sugarak széttartóak lesznek, azaz nem egyesülnek ismét egy pontba. De a szemünk ezeket a diver­gens nyalábokat mégis képpé egyesíti olymódon, hogy a tükör mögötti kép­zelt meghosszabbításaikban látja a képet. Tehát a tükör a tárgyakról egy úgynevezett virtuális, képzetes képet szolgáltat csak, melyet szemünkkel

117

látunk, de már pl. vetíteni őket nem tudjuk. Egyszerű szerkesztésekből az is kiderül, hogy a síktükör a tárgyakat a szimetria-tengely mentén elfordítva mutatja. Mindnyájan tudjuk ezt, ha tükörbe nézünk és a jobb arcunkról akarjuk eltávolítani a szőrzetet, akkor úgy látjuk az egészet, mintha a tükörből felénk néző arcunk balfelét borotválnánk. Biztosan minden-

Kis szögelmozdulások mérése, t = tükör, L = lámpa, r = rés, a = a kitérés szöge.

kinek van kisebb, nagyobb érdekes élménye gyermekkoráról, amikor még a tükörnek ez az általánosan ismert törvénye nem volt számára természetes.

A tükröknek a tudományos meg­ismeréseket szolgáló műszertechniká­ban igen nagj⁷ a jelentőségük. Minden olyan jelenségnél tükröt alkalmazunk, ahol kis szögek elmozdulását akarjuk megismerni. Galvanométerek, oszcillog­ráfok, mind tükör segítségével teszik lehetővé a kis elmozdulások mérését. Bocsássunk csak egy tükörre egy fénysugarat úgy, hogy a beesési sugár merőleges legyen a tükörre. Ebben az esetben a beesési szög egyenlő O-val, tehát a visszaverődési szögnek is akko­rának kell lenni, azaz a tükörről visszaverődő sugár pontosan ugyanott halad, mint a beeső sugár, mint ilyenkor mondani szokás : a sugár önmagában verődik vissza. Forgassuk el most a tükröt kis a szöggel, akkor, ha most a beesősugár ugyanaz marad és a beesési pontban megrajzoljuk a beesési merőlegest, azt fogjuk találni, hogy a beesés szöge éppen egyenlő a tükör elmozdulásával, tehát a-val. Mi­vel a visszaverődési szög is a, tehát a visszavert sugár és a beeső sugár al­kotta szög a tükörnek a szöggel történt elfordulása esetén 2a lesz. Ilymódon tehát a kis kitéréseket megnagyíthat­juk kétszeresekre. Ha most már mérni akarjuk az elmozdulást, akkor a

tükörből bizonyos távolságra egy osztályzatot helyezünk el. Ha a beesősugár útját az osztályzat 0 pontja jelöli meg, akkor a visszavert sugár annál távolabb lesz ettől a 0 ponttól, mennél távolabb van az osztályzat a tükör­től. így tehát a fénysugarat, mint súlytalan mutatót használhatjuk fel. A síktükrök imént elmondott tör­vényét használja fel a földmérők által olyan sokszor használt eszköz, a sextans is, mely bizonyos távolságban lévő pontok által bezárt szöget méri meg.

A visszaverődés törvényei azonban nemcsak síkfelületre érvényesek, hanem gömbfelület esetén is éppúgy érvény­ben vannak. Gömbtükrök kétfélék

118

lehetnek : homorú vagy vájt tükrök és domború tükrök. Azt a pontot, melyből mint középpontból a tükör görbülete megrajzolható, görbületi középpontnak (0) hívjuk és azt a pontot, ahova a tükör a párhuzamos sugarakat vissza veri, focuszpontnak hívjuk. így most már megszerkeszthetjük bármely tárgynak a képét, ha először megrajzoljuk tárgypontból az optikai középponton keresztül haladó sugarat, mely természetesen a tükörre merőlegesen esik, tehát önma- gába verődik vissza ; másodszor az illető tárgypontból a tengellyel párhuza­mos egyenest rajzolunk, mely az előbbiek szerint a focuszban verődik vissza. A nyert kép vájt tükör esetén fordított valódi kép lesz.

A homorú gömbtükör által létrejött kép fordított állású és valódi.

Ha domború tükrünk van, akkor a kép szerkesztésénél a következő­képpen járhatunk el. A tárgyból egy egyenest húzunk az optikai középpont irányába. Ez önmagában verődik vissza. A tengellyel párhuzamos sugár úgy verődik vissza, mintha a tükör focuszából indult volna ki. A két visszavert sugár széttartó, de a tükör mögötti meghosszabbításai metszik egymást és így kapunk egy egyenes állású és virtuális képet.

A domború gömbtükör által létrejött kép egyenes állású és virtuális.

A gömbtükrök alkalmazásai közül a tudomány szempontjából a legfon­tosabbak a reflektorok készítése. A reflektorok olyan távcsövek, melyeknek objektív lencséje helyett vájt tükröt alkalmaznak. A modern távcsőkészítés nagy eredményei azok a hatalmas átmérőjű tükrös messzelátók, melyekről még beszélgetünk ebben a könyvben.

A fénytörés jelensége is elég régen ismeretes már, Ptolemaios (Kr. u. II. sz.) olymódon vizsgálta a fénytörés jelenségét, hogy pl. a levegőből vízbe lépő fénysugárra vonatkozólag megmérte, mekkorák a különböző beesési sző-

119

gekhez tartozó törési szögek. A XIII. században a lengyel származású Vitelló foglalkozott a fénytöréssel, aki Ptolemaioshoz hasonló, csak pontosabb táblá­zatot állított össze. Az alábbi táblázat is Vitellótól származik s a levegőből vízbelépő fénysugár törését tünteti fel :

a	= 10°	20°	30®	40®	50®	60®	70®	80®
p	= 7-75°	15-5°	22-5®	29®	35®	40-5®	45-5®	50®
a	= 1-29	1-29	1-34	1-38	1-40	1-48	1-53	1-60
p

Ennyi volt az egész, amit a fénytörésről tudtak. Még Kepler sem tudja Vitelló táblázatainak gondos átnézése alapján a törés törvényét megtalálni. Ez csak a XVI. század közepén sikerül a holland Snelliusnak és a francia’ Descartesnek, akik szinte egyidőben és egymástól függetlenül felfedezték, hogy a beesési és törési szögek szinuszainak viszonya ~^ = állandó. Ez az állandó jellemző az illető anyagra, éppen ezért törésmutatónak hívjuk. A törés másik törvénye, hogy a beeső sugár, a megtört sugár és a beesési merőleges egy síkban vannak, már régebben is ismeretes volt.

Snellius (1591 — 1626) még egészen gyerek, amikor már a matematikában olyan jártasságra tesz szert, mely feltűnt mind tanárainak, mind Keplernek és Tycho de Brahenak egyaránt. Apja is sokat tudott matematikából, hiszen a leydeni egyetem matematikusa volt. Fia ezt a tanszéket örökölte apja halála után. Mi­dőn a fénytörés törvényét felfedezte, a fel­fedezést elmondta Huyghensnek sőt tanít­ványainak is előadta, de nyomtatásban sehol sem tette közzé. Voltak is, akik kétségbe vonták, vájjon tényleg ő volt-e az egyik felfedező. Később ez teljes bi­zonyossággal — több tanú megbízható vallomása alapján — igazolódott.

A másik felfedező René Descartes (1596—1650) volt. Sokat és sokfélét, főleg pedig igen rendszertelenül tanult Descartes. Nem is tudta igen sokáig elhatározni, melyik tudomány művelését válassza. Később se specializálódott. Átfogó szelleme a filozófiában és a fizikában tette nevét halhatatlanná. Nyug­talan szellemét mutatja az is, hogy életében igen sokat és sokfelé katonáskodik. Kalandokra vágyó hajlam van benne. Már említettük, hogy Snellius eredmé­nyét írásban nem publikálta, csak hirdette. Descartes 20 évig élt Hollandiában és tudós körökkel — ahol Snellius törvényét már jól ismerték — állandó érintkezésben állott. így azután, mikor Descartes is kimondta a törés törvé­nyét, a francia fizikusokkal ellentétben sokan nemcsak Descartes elsőségét vonták kétségbe, hanem egyszerűen plagizátornak mondották. Hogy mi az igazság, az sohasem derülhet már ki. A fénytörés törvényét ma : Snellius- Descartes törvénynek nevezzük.

Még a törés törvénye nem volt ismeretes, midőn Kepler észre­vette, hogy azok az üveget elhagyó sugarak, melyeknek beesési szöge 42®-nál nagyobb, már nem hatolnak keresztül az anyagon, hanem vissza­verődnek. így fedezte fel Kepler a teljes visszaverődés jelenségét. Ha ugyanis

0

A teljes visszaverődés jelensége.

a fény optikailag sűrűbb közegből optikailag ritkább közegbe hatol, a törési szög nagyobb lesz a beesési szögnél. Egy bizonyos beesési szög esetén a törési szög éppen 90° lesz. Ha most ennél a beesési szögnél nagyobb szöggel érkezik a felülethez a fénysugár, akkor a fény nem hatol a közegbe, hanem teljes visszaverődést szenved. Tegyünk csak egy pohárba vizet s ebbe helyezzünk el egy kém­csövet, melynek alsó végében legyen higany. A ferdén tartott kémcső ész­revehetői eg jobban fénylik (hiszen minden ráeső sugarat visszaver), mint pl. az alsó részében lévő higany felülete.

Ez a teljes visszaverődés minden olyan optikai eszközben alkalmazásra talál, ahol a sugarak irányát csekély fényveszteséggel akarjuk megváltoz­tatni.

A FÉNY SEBESSÉGE.

Sokáig azt hitték, hogy a fénynek nem kell idő ahhoz, hogy a tér külön­böző helyeire eljusson. Az volt az uralkodó felfogás, hogy ha valahol fény jön létre, akkor abban a pillanatban látható lesz a fény a tér különböző helyein. Galilei volt az első, aki már tanításaiban is hirdette, hogy a fénynek térben való tovaterjedésére, időre van szükség. Ajánlott is egy módszert, amellyel meg lehetne mérni a fény terjedési sebességét. Elgondolása a következő volt: két kísérletező álljon fel egymástól nagy távolságra s mindegyiknél legyen egy retesszel elsötétíthető lámpa. A kísérlet úgy kezdődik, hogy mindkettőjük lámpája el van sötétítve a reteszek által. Most az egyik kísérletező lámpájának reteszét félrehúzza, miáltal az világos lesz. A 2-ik észlelő akkor húzza félre lámpája reteszét, amikor észrevette az első által keltett fényt. Az első észlelő a retesz félrehúzásával egyidejűleg figyeli az időt és egészen addig, míg a 2-ik észlelő által keltett fényt ő is észreveszi. Az így eltelt időre volt szükség ahhoz, hogy a fény a 2 kísérletező közti távolság kétszeresét megtegye. Galilei tanítványai végre is hajtották ezt a kísérletet, azonban ezzel a primitív mérési módszerrel csak annyit tudtak megállapítani, hogy a fény sebessége igen-igen nagy.

Az első, aki megmérte a fény terjedési sebességét, a dán Olaf Römer (1644—1710) volt. Eredményéhez csillagászati úton jutott el. A párizsi aka­démia tagjaként a koppenhágai csillagvizsgáló igazgatója igen értékes asztro­nómiai munkásságot fejtett ki. Tudományos munkásságát aztán, midőn Koppenhága polgármesterévé választották, teljesen abbahagyta.

Römer 1675-ben, midőn Cassini társaságában a Jupiter holdjainak kerin­gési idejét ezen holdak fogyatkozásából akarta megállapítani, azt tapasztalta, hogy ez az idő hosszabb, ha a föld a Jupitertől távolabb van, mint akkor, ha

121

kisebb a föld-Jupiter távolság. Mindketten arra gondoltak, hogy ez a különb­ség azért jött létre, mert a fénynek időre van szüksége, hogy a Jupiter és föld közötti távolságot megtegye. Mégpedig, ha ez a távolság nagyobb, akkor nagyobb időre, míg ha kisebb a távolság, úgy kisebb időre van szükség. Mivel azonban ezt az érdekes jelenséget csak a Jupiter első holdjánál vették észre, a többinél nem, Cassini feltevésük igazában nem hitt tovább. Römer azonban tovább végezte megfigyeléseit. Rájött arra, hogy legnagyobb különbséget a keringési időben akkor találja, ha első megfigyelésekor a föld a Jupiterhez legközelebb esett, második megfigyelésekor pedig ez a távolság a legnagyobb lett. A két megfigyelés szolgáltatta eredmények különbsége adta azt az időt, mely alatt a fény a földpálya átmérőjének megfelelő távolságot befutotta. Römer méréseiben a két keringés közötti különbség 1000 másodperc volt. Mivel a földpálya átmérője 300 millió kilométer, tehát egyszerű osztás útján adódik, hogy a fény 1 mp. alatt mekkora utat tesz meg, azaz mennyi a ter­jedési sebessége. Ha 300 millió kilométert osztjuk 1000-el, eredményül azt kapjuk, hogy a fény terjedési sebessége 300.000 km másodpercenként.

Mikor Römer a francia akadémia elé terjesztette eredményét, az akadé­mikusok sok ellenvetést hoztak fel. A legfontosabb ellenvetés az volt, hogy nem egyeztethető össze Descartes fényelméletével. A filozófus-fizikusok ter­mészetesen többre becsülték észigazságaikat, mint a kísérleti tényeket. Römer azonban állandóan hangoztatta eredményeinek helyes értékét. Römer felfo­gását Huyghens és Newton is magukévá tették.

Römer mérései után James Bradley (1692 — 1762) állócsillagok távolságát akarta meghatározni. Mérései közben azt tapasztalta, hogy ezen állócsillagok­nak látszólagos évi elmozdulásuk van. Bradley lázasan kereste ezen látszó­lagos eltolódás okát. Meg is találta ezt abban a körülményben, hogy ha egy messzelátóval egy álló csillagot vizsgálunk, akkor messzelátónkat nem pon­tosan a csillagra kell beállítani, hanem azt a föld mozgásának irányába kissé előre kell hajtani, hogy az állócsillagról jövő fénysugarak a távcsőbe juthassa­nak. A fénysugarak ezen látszólagos eltérésének, az úgynevezett aberrációnak nagysága és a föld ismert keringési sebessége lehetővé tette a fény terjedési sebességének kiszámítását. Bradley a számítást el is végezte, mely 299.900 km másodpercenkénti fénysebességet eredményezett.

Földi mérések által azonban még nem sikerült sokáig meghatározni a fény terjedési sebességét Arago (1786—1853) a múlt század legnagyobb fizikusainak egyike, aki a fizika és csillagászat terén sok értékes és mara­dandó felfedezést tett, 1838-ban a francia akadémia elé terjesztett egy értekezést, melyben új módszert írt le a fény sebességének földi mérések által való meghatározására. Arago kísérletét azonban nem hajtotta végre.

10 év múlva Fizeau elvégzett egy kísérletet, amelynek eredményeképpen a fény sebességét 313.000 km/másodpercnek találta. Sokan voltak még, akik különböző módszerekkel hasonló eredményekre jutottak. így Cornu (1874-ben) 299,950 km/mp-et, Foucault (1850) 298.000 km/mp-et, Michelson (1880, 1885) 299.895 km/mp-et, Newcomb (1885) 299.860) km/mp-et nyer­nek eredményül.

Ezeknek a kísérleteknek középérték egyanánt ma a fénysebesség értékét 300.000 km/mp-el vészük egyenlőnek.

Még megemlítem, hogy Foucault avégből, hogy eldöntse vájjon Newton emissziós elmélete, vagy pedig Huyghens hullámelmélete a helyes, megmérte a fény sebességét vízben is. A sebességet kisebbnek találta, ahogy azt a Huyghens- féle elmélet is kívánta. (Newton elmélete szerint a fénysebességnek a vízben nőnie kellene.)

LÁTÁST TÖKÉLETESÍTŐ ESZKÖZÖK

1.

OPTIKAI LENCSÉK.

Lencsének nevezzük azokat a rendszerint üvegből álló testeket, melyek­nek határait gömbfelületek határolják. Azokat a lencséket, melyek közepén vastagabbak mint a széleken, gyűjtőlencséknek hívjuk. Azokat a lencséket pedig, amelyek középen vékonyabbak, szórólencséknek nevezzük. A gyűjtő- és szórólencse alakjait tüntetik fel a mellékelt ábrák.

12 3

1 2 3

Gyűjtőlencsék.

1. bikonvex, 2. plankonvex, 3. konkáv-konvex lencse.

Szóró-lencsék.

1. bikonkáv. 2. plankonkáv, 3. konvex-konkáv lencse.

Azokat a pontokat, ahonnan mint középpontból megrajzolható a lencse felülete, görbületi középpontnak nevezzük. A két görbületi középpontot össze­kötő egyenest a lencse tengelyének hívjuk. Azokat a pontokat, ahol a vég­telenből jövő sugarak egyesülnek, a lencse fókuszpontjainak hívjuk.

Mégpedig első gyűjtőpontnak nevezzük akkor, ha a rajta keresztülhaladó fénysugarak a lencsét a tengellyel párhuzamosan hagyják el, viszont máosdik fókusznak akkor, ha a lencsékhez párhuzamosan eső sugarak éppen itt egye­

123

sülnek. A fókuszpontoknak a lencsétől való távolságát hívjuk fókusztávol­ságnak. A lencse által leképezendő tárgynak a lencsétől való távolsága a tárgy- távolság, míg a lencse által keletkezett képnek a lencsétől való távolsága a képtávolság, a lencse tengelyének és az optikai tengelynek metszéspontja az optikai középpont.

Valamelyik tárgyról a lencse által keletkezett kép egyszerű módon meg­szerkeszthető. Mindenekelőtt tudjuk, hogy a párhuzamos sugarak a második fókuszpontban metszik egymást, tehát ott egyesülnek. Tudjuk azt is, hogy az első fókuszon keresztülhaladó sugár a lencsét az optikai tengellyel párhuza­mosan hagyja el. Ennek a lencse mögötti két sugárnak találkozási pontja adja annak a tárgypontnak a képét, melyből a sugarak kiindulnak.

Egy harmadik sugár útját is megrajzolhatjuk, ugyanis ismeretes, hogy az optikai középponton keresztülhaladó sugár irányváltoztatás nélkül halad át a lencsén. Természetesen ez a sugár az előbbi sugarak metszési pontján megy keresztül. Tehát az ábrán látható egyszerű szerkesztésből megtudjuk kapni a keletkezett képet.

Ezt a szerkesztési módot minden gyűjtőlencsénél felhasználhatjuk. A szerkesztésből kiderül, — magunk is megcsinálhatjuk egy papiroson — hogy ha a tárgy a végtelenben van, a kép a fókuszban keletkezik. Ha a tárgy végtelen és a kettős-gyüjtőtávolság között van (kettős gyujtótávolságnak nevezzük a gyuj tó távolság kétszeresét), akkor a kép a fókusz és a kettős gyüjtő-

A gyűjtőlencse a tárgyról valódi, fordított képet szolgáltat.

távolság között keletkezik. Ha a tárgy a kettős gyűjtőpontban foglal helyet, akkor a kép is a másik kettős gyújtópontban keletkezik. Ha a tárgy a kétszeres fókusz és a fókusz között van, a kép a kétszeres gyújtópont és a végtelen között lesz. Ha a tárgy a fókuszba kerül, a kép a végtelenben keletkezik. Végül pedig igen érdekes lesz a kép szerkesztése, ha a tárgy a fókuszon belül foglal helyet.

Ekkor ugyanis csak két sugarat rajzolhatunk meg ; egyrészt az optikai közép­pontban irányváltoztatás nélkül keresztülhaladó sugarat, másrészt a tárgy­ról jövő párhuzamos sugarat, mely a második fókuszponton halad keresztül. A szerkesztés jól látható az ábrán. Látjuk, hogy a lencsén keresztülhaladó

sugarak seholsem metszik egymást, csak ezeknek a sugaraknak visszafelé tartó meghosszabbításuk (pontozott vonal). A kép tehát ebben a meghos­szabbítások találkozási pontjában keletkezik. Ha jól megfigyeljük az ábrá­kat, azt látjuk, hogy ha a tárgy a gyűjtőlencséknél a fókuszon kívül foglal helyet, akkor valódi, ernyőn felfogható és vetíthető kép keletkezik, mely minden esetben fordított helyzetű. Ha ellenben a tárgyat a fókuszon belül helyezzük el, akkor keletkezett kép virtuális, képzetes, tehát ernyőn nem fogható fel, nem vetíthető, de viszont egyenes állású.

A szórólencse által létrejött kép egyenesállású és virtuális.

Szórólencséknél hasonlóképpen végezhetjük el a képszerkesztést, csak arra kell ügyelni, hogy a tárgy felé eső fókuszpont most a második fókusz. Tehát úgy kell a képet is szerkesztenünk. Ennek megfelelően két sugarat hasz­nálhatunk fel a kép megszerkesztésére. Az egyik az optikai középponton

125

irányváltozás nélkül keresztülhaladó sugár, a másik a lencsével párhuzamosan érkező sugár, melj⁷ a lencse elhagyása után úgy halad, mintha a második fókuszból indult volna ki. A szerkesztés jól látható az ábrán. Mivel a lencse mögötti két sugár széttartó, tehát azok nem is találkozhatnak, legfeljebb csak meghosszabbíthatásaik (pontozott vonal). Az ábra szerkesztéséből kiderül, hogy a szórólencsék (azért is hívjuk őket így, mert a lencse utáni sugarak szét­szóródnak) által keletkezett kép mindig virtuális, tehát egyenesállású kép lesz.

Még van néhány fontos tudnivaló a lencsékről. Igv pl. ha több lencsét egyszerre alkalmazunk valahcl (legtöbb optikai eszköz lencserendszereket hasz­nál fel), akkor a több lencse együttes hatása egy olyan lencsének felel meg, melynek gyujtótávolságának reciprok értéke (areciprok értéke, vagy viszony­lagos értéke valamely számnak, az a szám melynek az eredeti számmal való szorzata eredményül egyet ad. így pl. 2 reciprok értéke mert 2X1/₂=1) egyenlő az egyes lenesek reciprok gyujtotávolságainak összegével. Ha tehát a rendszerben helyet foglaló egyes lencsék gyujtótávolsága f_1; f„ f₃, akkor ez a rendszer olyan egyetlen lencsének fogható fel, melynek gyüjtőtávolsága f, mely a következőképpen fejezhető ki:-j- = -v- + -í–|–^.

í h íj *3

Szólnunk kell még a lencsék törőképességéről is, melyet a mindennapi élet­ben a lencsék erőssége néven szoktak emlegetni. Minél rövidebb valamely lencse gyüjtőtávolsága, annál »erősebb«, hiszen hamarabb egyesíti a ráeső sugarakat. Tehát a lencsék törőképességét jellemezhetjük a gyujtótávolság reciprok értékével. Ha ezt a számot méterekben fejezzük ki, akkor megkapjuk a lencse dioptriáját. így tehát egy 20 cm-es fókuszú lencse 5 dioptriás, mert a 20 cm = */_s m, ennek pedig 5 a reciprok értéke. Ha van egy 2 m fókuszú lencsém, akkor ennek erőssége % dioptria. A dioptriákból igen könnyen kiszámíthatjuk a fókusztávolságot is, hiszen pl. a 4 dioptriás lencse fókusz­távolsága ^,/_< méter = 25 cm.

Beszéljünk most még röviden a lencsék hibáiról. Több lencsehiba ismeretes, melyek közül csak a legismertebbeket írjuk le. Igen sokszor elő­fordul, hogy egy lencse a szélekhez érkező sugarakat más pontban egyesíti, mint az optikai tengelyhez közel esőket. így tehát a fókuszpont helyett egy szóródásos kört kapunk, ami bizony a képet meglehetősen torzítja. Két meg­felelő lencse kombinációja ezt a hibát teljesen megszüntetheti, de egyszerűen a diafragma alkalmazásával is elzárhatjuk a szélső sugarak útját, miáltal a hibaforrás megszűnik.

Ismert hibája a lencséknek az asztigmatizmus, ami alatt azt értjük, hogy a tárgypontból kiinduló sugarak nem a fókuszpontban egyesülnek, hanem egy gyújtóvonalban. A lencséknek ez a hibája kiküszöbölhető, ha a gyújtóvonalra merőleges csiszolatú, hengeresen csiszolt lencsét alkalmazunk.

Végül talán leggyakoribb hibáját említjük a lencséknek : a színi eltérést. Ez onnan keletkezik, hogy a lencsén keresztülhaladó megtört sugárban a vörös sugarak kevésbbé téríttetnek el, mint az ibolyasugarak. Ennek következtében a gyűjtőlencse az ibolyaszínű sugarakat hamarabb egyesíti, mint a vörös szinűeket. így tehát a különböző színű sugarak különböző pontokban egye­sülnek, miáltal a kép szélén vöröses elhaitásos köröket látunk. Közönséges len­cséknél ez igen bántó hibaként jelentkezik, melynek kiküszöbölésére egy fiint- és egy koronaüvegből álló lencserendszer kombinációt szoktak alkal­mazni. A koronaüveg ugyanis erősen eltérítő hatású, de gyengén színszóró, míg a flintüveg ennek épp a fordítottja, azaz gyengén eltérítő és erősen szín­szóró. A flintüveg-lencse tehát az eltérítő hatást csak kisebbíti, de a színszórást teljesen megszünteti.

126

A mai optikai készülékek már teljesen mentesek ezektől a lencsehibáktól, de bizony régebben sok bajt okoztak a kísérletezőknek.

Hogy mikor és ki találta fel az optikai lencsét, arra nézve nincs biztos ada­tunk. Kétségtelen, hogy igen régen ismerték már, hiszen Aristophanes egyik színművében már ír olyan gyüjtőüvegről, mely a fénysugarakat összegyűjti. Lactantius. Nagy Konstantin császár első fiának tanítója, tanítványának sok, érdekes képet mutatott be a vízzel töltött üveggolyóval. A kísérletekből lát­ható, hogy Lactantius már ismerte a vízzel töltött üveggolyóknak mind a nagyító-, mind pedig a gyújtó képességét. Roger Bacon (1214—1294), a XIII. századnak Albertus Magnus mellett legnagyobb természet^filozófusa, egyideig csak a filozófiával foglalkozott. Hogy aztán Aristoteles munkáját teljes egé­szükben megértse, matematikát tanul. Nagyszerű ismeretei eredményeképpen világhírre tesz szert. Az irigység kikezdi ezt a kiváló embert s mikor nagy ellen­sége IV. Miklós néven pápa lett, börtönbe csukták, ahonnan csak késő öregko­rában, IV. Miklós halála után szabadult ki. Bacon igen sokat tud. Ismeretei átölelik korának minden tudományát. Ezt teszi lehetővé az a hallatlan szorga­lom, mely Bacont jellemezte. De nem elégszik meg egyszerűen a tudományok megismerésével, hanem fejleszti azokat. Képzelőereje, nagy invenciója erre al­kalmassá is teszi. A fizikában rendkívüli hatású volt az a véleménye, mely a tapasztalatot, mint az ismeretek legfőbb forrását említi. Bacon már jól ismer­hette az optikai lencsék tulajdonságait, hiszen azon töri fejét, miként lehetne egy eszközt szerkeszteni, amelyen keresztül a katonák száma többnek, egyes katonák pedig nagyobbnak látszanának, mint amilyenek. . .

A szférikus aberrációt is először Bacon vette észre.

Az első achromatikus lencsekombinációkat Frauhoffernak sikerül elő­állítani.

A következőkben látni fogjuk a lencséknek sokféle alkalmazását a fizika különböző területein.

2.

NAGYITOK.

Idősebb uraknál igen sokszor láthatjuk, hogy valamely könyv vagy újság apróbb betűit nem tudják szabad szemmel elolvasni, szemük elé tehát egy üveget, nagyítót tartanak.

Ki nem látta még az órásmestert, amint valami zsebóra finom szerkeze­tét vizsgálja a szemére illesztett üvegnek, a nagyítónak segítségével?

Bizonyára sokan tudják kedves olvasóim közül, hogy mi is a nagyító, én mégis néhány mondattal elmondom ezt. A lencséknél már láttuk, hogy ha a gyűjtőlencse focuszán belül helyezzük el a tárgyat, akkor a nyert kép virtuális és egyenes állású kép lesz. A lencséknél nem érdekelt bennünket a nagyítás kérdése s azért nem mondottuk el, hogy a kép a tárgyhoz képest nagyított is. Látjuk tehát, hogy az egyszerű nagyító nem más, mint egy egyszerű gyűjtőlencse, ahol a tárgyat a lencse focuszpontján belül helyez­zük el.

Általában minden nagyításra szolgáló készülékkel a látószöget nagyob- bítjuk meg. Valamely tárgy két széléről a szemünkbe érkező sugarak által bezárt szöget nevezzük látószögnek. Ez a látószög olyan kicsi is lehet, hogy az 1 percnél is ki«ebb, akkor viszont a szem nem látja a tárgy megfelelő részleteit és ilyenkor, hogy ezt a kis látószöget megnagyítsuk, nagyítókat használunk.

127

Az egyszerű nagyítónál vagy lupénál még arra kell ügyelnünk, hogy a lupét úgy tartsuk szemünk elé, hogy a keletkezett virtuális képet minden alkalmazkodás nélkül is láthassa szemünk. Ennek következtében egészséges szemnél végtelenben kell a virtuális képnek keletkeznie, azaz a lencsét pár­huzamosan elhagyó sugarakat csak szemünk fogja a retinán éles képpé egyesíteni.

A lencséket szemüvegekként először valószínűleg Salvino degli Armati alkalmazza. Armati firenzei iparos volt, aki üvegek csiszolásával töltötte idejét. Hogy a szemüvegek használatát ő találta fel, abból következtethetjük, hogy a firenzei Maria Maggiore templom egyik sírfelirata a következő : »Itt nyugszik Salvino degli Armati Florenzből, a szemüvegek feltalálója. Isten irgalmazzon neki bűneiért; 1317.« A szemüvegek hatásait azonban csak sokkal később az ugyancsak olasz származású Maurolyeus (1494—1575) magyarázza meg a De luce et umbra című 1613-ban megjelent munkájában. Hogy miért van szükség a szemüvegek használatára, pár szóval elmondom. Ismeretes, hogy azt a távolságot, amely mellett szemünk hosszabb időn keresztül is kényelmesen tud olvasni, a tiszta látás távolságának hívjuk. Egészséges szemnél ez nagy megközelítéssel 25 cm. Ismeretes továbbá az is, hogy ha egy könyvlapot mind közelebb és közelebb hozunk szemünkhöz, jóllehet érezzük, hogy szemünk »erőlködik«, de még el tudjuk olvasni a betűket, míg aztán elérünk olyan ponthoz, melyen belül elmosódik a betű, nem látjuk a szöveget. A szemnek ezt az »erőlködését« nevezzük alkal­mazkodó képességnek. Az a legkisebb távolság, ahonnan megfelelő erős alkalmazkodás mellett még élesen látunk, különböző korú egyéneknél másutt van. így például 20 éves korban kb. 10 cm, 30 éves korban 14 cm, 50 éves kor­ban 40 cm. Látjuk tehát, hogy a szem alkalmazkodási képessége az idősebb korban csökken.

Mindezek egy egészséges, normális szemre vonatkoztak, vagyis olyan szemre, ahol a szembe érkező sugarak a retinán egyesülnek.

Gyakori szembetegség azonban a rövidlátás (myopia), amely abból áll, hogy a szemre eső sugarak a retina előtt egyesülnek. A retinán ennek megfelelően a sugarak már újból széttartanak és egy éles pont helyett

A rövidlátást szórólencsével korrigálják. A rajzon feltűntetett szem myopiája 3 dioptria.

egy elmosódott területet adnak, ami a látást érthetően zavarja. Könnyű belátni, hogy a rövidlátás kellemetlenségét megszüntethetjük egy a szem elé helyezett megfelelő szórólencse segítségével. Ez a szórólencse olyan mér­tékben szórja szét a sugarakat, hogy azok ne a retina előtt, hanem csak a. retinán egyesüljenek.

128

Ismert szembetegség a túllátás (hypsropia), mikor is a szembe érkező párhuzamos sugarakat szemünk csak a retina mögött tudja egyesíteni, tehát ez esetben is a retinán szóródási köröket kapunk éles pontok helyett. A hibán egy gyűjtőlencsének a szem elé helyezésével lehet segíteni. Ez a lencse annyi­val teszi a sugarakat összetartóbbakká, hogy a sugarak pontosan a retinán

egyesüljenek. Az öregkori látás néven ismert szemzavar tulajdonképpen olyan természetű, mint a túllátás, tehát az is megfelelő gyűjtőlencséknek a szem elé helyezésével korrigálható.

A lencsék azonban nemcsak egyszerű nagyítók és szemüvegek ese­tében találnak alkalmazásra. Sokféle, igen elterjedt alkalmazási körük van. Mi csak háromféle alkalmazási területről mondunk el egyet és mást. Szólni fogunk röviden a mikroszkópokról, a távcsövekről és a fényképező­gépekről.

3.

MIKROSZKÓPOK.

Leeuwenhoek.

A mikroszkóp tulajdonképpen nem más, mint összetett nagyító. Hogy ki volt az első, aki mikroszkópot készített, nem tudjuk. A feltaláló személye bizonytalan előttünk. Sokan azt tartják, hogy Janssoon János és Zakariás, a XVI. század vége felé élő holland iparosok voltak a feltalálók. Semmiféle tárgyi bizonyíték nincs azonban ennek igazolására, inkább az adatok azt valószínűsítik, hogy a Janssoon apa és fiú csak előfutárai lehettek az összetett nagyítónak.

Csak egy biztos támpontunk van a mikroszkóp feltalálójának kilétére vonatkozólag és ez az, hogy a nagy Galilei volt az első, aki Olaszországban mikroszkópot készített. Tanítványainak egyike, Viviani azt állítja, hogy Galilei volt a mikroszkóp feltalálója is. Az bi­zonyos, hogy a nagy kísérletező a mik­roszkóppal is sok érdekes demonstrációt végzett. Szép és tanulságos dolgokat vett észre, ha beletekintett ebbe a nagyszerű készülékbe. Ezért aztán tisz­telőjének, Zsigmond lengyel királynak

129

1612-ben egy sajátkészítésű mikroszkópot ajándékoz. Ebből az egyetlen adatból máris következik, hogy sok népszerűsítő írónak az a véleménye, mely szerint a mikroszkópot a holland Leeuwenhoek Antal fedezte volna fel, nem állja meg helyét. Leeuwenhoek ugyanis 1632-ben született, amikoris, előbbi adatunk szerint, már bizonyosan volt mikroszkópja Galileinek. De különben is Leeuwenhoek már csak azért sem lehetett a mikroszkóp fel­találója, mert az általa használt eszköz csak egy, igen nagy nagyítású lencsét tartalmazott, viszont, hogy egy eszközt mikroszkópnak nevezhessünk, ahhoz szükséges — de nem elegendő — feltétel az, hogy több lencséből összetett rendszer legyen az.

A mikroszkópiával foglalkozó első munka 1665-ben jelent meg London­ban. Szerzője Hooke, a munka címe : Micrografia a philosophical description of minute bodices. A munka megjelenése nagy feltűnést keltett a tudományos világban és a már akkor is világhírű Hookenak hírét öregbítette. Érdekes­sége a munkának, hogy a benne szereplő összes rajzokat maga Róbert Hooke (1635 — 1703) metszette rézbe. Szülei papnak szánták és ennek megfelelően latin iskolába járatták. A fúró-faragó természetű kis diák azonban semmi kedvet nem mutatott ehhez a pályához. Apja, látva fiának hajlamát az esz­közök iránt, órásnak akarja adni. Később kiderül, hogy a kis Róbert kitűnő rajzoló, felmerül a terv : legyen festő a fiúból. A festőiskolában nem marad hosszú ideig, a gépek iránti rokonszenve a természettudományok felé hajtja. Csakhamar a híres Boyle Róbert professzor mellé kerül, ahol első munkája­ként feltalálja a köpűs légszivattyút. Állítólag Hooke volt, aki először aján­lotta a hajszálrúgóknak a zsebórákban való alkalmazását. Huszonhét éves korában a mechanika és geometria tanárává nevezték ki a Gresham-college- hez s ugyanazon évben a londoni Royal Society, az angol tudományos aka­démia is tagjává választja. A mikrométer és a fonálkereszttel ellátott messzelátó is Hooke találmánya. A Jupiternek és a Marsnak meghatározta tengelyük körüli forgásuk idejét. Sokat és eredményesen foglalkozik elméleti­fénytani stúdiumokkal. Ezekben a tanulmányaiban igen erős bírálat tár­gyává teszi Newton emissziós elméletét, s a hullámelméletet igen megközelítő nézetei miatt sokan őt tekintik a hullámelmélet megalapítójának. A gravi­tációval is sokat foglalkozik, a tehetetlenség törvényét kísérletileg is kimutatja. Alig van a fizikának olyan része, ahol kisebb-nagyobb eredményei ne lettek vol­na. A rugalmasság törvénye ma is Hooke nevét viseli. Átfogó képességű, a fizika minden része iránt érdeklődő ember volt. Talán ez a magyarázata annak, hogy ez a zseniális ember sohasem emelkedhetett a newtoni, faraday-i és gali- lei-i-féle magasságokba. Híres honfitársa, Tyndall mondta róla : »ha Hooke nem Newton idejében él, az utókor elismerése bizonyára még nagyobb volna ; azonban Newton mellett az ő érdemei háttérbe szorultak.«

A mikroszkópot rendszerint arra használják, hogy általa a tárgyak olyan finom részleteit is láthatóvá tegyük, melyek különben sem szabad szemmel, sem pedig egyszerű nagyító segítségével nem láthatók. Tehát nemcsak egy­szerű nagyítóról van szó, hanem a vizsgálandó tárgynak szabad szemmel fel nem ismerhető apró részleteit is fel kell tüntetni. Mivel a szem feloldóképes­sége 1 perc, ami azt jelenti, hogy valamely tárgy két pontját csak akkor látja szemünk két pontnak, ha a róluk szemünkbe érkező két sugár 1 percnél nagyobb szöget alkot. Az úgynevezett homályos üveget szemünk egyenletes fehér mezőnek látja, mert az üveg apró, két egymás mellett lévő egyenetlen­ségétől a szemünkbe jutó két fénysugár közti szög 1 percnél kisebb. Ha most mi mégis szeretnénk látni ezeket a finom részleteket, akkor kell a mikrosz­kóphoz folyamodnunk, mely a látószög nagyításával az egyszerű nagyító kb. 20-szoros nagyítását messze túlhaladóan végzi el.

Q Koczkás Gyula: örök törvények.

130

A mikroszkóp általában két különálló lencséből, ú. n. lencserendszerből áll. Azt a lencsét, mely a vizsgálandó tárgyhoz esik közelebb, objektív­lencsének nevezzük, míg azt, amelybe betekintünk, tehát a szemünkhöz van közelebb, okulár-lencsének hívjuk. A tárgylencsét vagy objektívet úgy kell

elhelyeznünk, hogy a tárgy ezen lencse fókusza és kettősfokusza között fog­laljon helyet, amikoris — az előbbiekből már jól tudjuk — ez a lencse a tárgy­ról egy fordított helyzetű, valódi és nagyított képet szolgáltat. Ezt az objek­tív által létesített képet nézzük mostmár az okulár- vagy szemlencsével, mint egyszerű nagyítóval. Az okulárlencsét ennélfogva úgy kell elhelyeznünk,

hogy az objektív által keltett kép az oculár gyujtótávolságán belül essék. Ekkor az okulár által keltett kép egyenes állású, nagyított és virtuális lesz. Tehát az eredeti tárgyhoz képest a nyert kép fordított állású. Ez azonban nem zavar, hiszen a mikroszkópizálásnál soha­sem a tárgy helyzete a fontos, hanem az egyébként nem látható részletek felderítése. Az sem ütközik azonban nehézségbe, hogy a mikroszkóp által nyert kép a tárgyhoz képest is egyenes állású legyen. Ilyenkor az objektív által keltett képnek az okulár gyújtópontjába kell esni. Ekkor az okulár fordított, nagyított s a végtelenbe keletkező képet szolgáltat, amely képnek párhuzamos sugarait szemünk a retinán egyesíti.

Ha egy modern mikroszkópra ránézünk, az igen szép, de nagyon bonyolult eszköznek látszik, pedig a lényege ennek a mikroszkóp­nak is az, amit már elmondottunk. A többi sok-sok részlet az eszközön már csak azért van, hogy a fenti követelményeket nehézség nélkül ki lehessen elégíteni. A mikroszkóp több részből áll. Az állvány a mikroszkóp mechanikai váza. Ennek alsó része rendszerint

súlyos anyagból — öntöttvas — készül, hogy a mikroszkóp stabilitását biztosítsa. Ebből a részből emelkedik ki a mik­roszkóp megvilágító készüléke, a tárgyasztal és a tubus. Ez a három rész úgy van felerősítve a talapzatra, hogy optikai tengelyük ugyanaz legyen. A modern mikroszkópoknál a mikroszkóp tubusa csuklószerkezettel elmozdítható.

131

A mikroszkóp megvilágítókészüléke rendszerint egy, a mikroszkóptól különálló lámpából, egy állítható tükörből, egy diafragmából és egy ú. n. kondenzor-lencséből áll. A különálló mikroszkóplámpa (általában akármilyen fényforrás is megfelel) fényét a tükörre engedjük, ahonnan az visszaverődik és a mikroszkóp tárgyasztalára tett tárgy felé halad. A tükör éppen ezért úgy van felfüggesztve, hogy a tér minden irányában mozgatható legyen. A tükörről visszaverődő fénysugárnak a kondenzor-lencse elé tett diafragma állja útját. Ez a diafragma csak annyi fénysugarat enged tovább, amennyi a vizsgálatokhoz éppen elég. Se nem sok, se nem kevés. A diafragma szer­kezete megegyezik a fényképezőgépeknél használatos diafragmáéval, amely . mindnyájunk előtt jól ismert. így kerül a fény a kondenzorba, amelyet a tárgy erősebb megvilágítása céljából alkalmazunk. Ez a kondenzor lehetőleg az egész fénymennyiséget a tárgynak azon helyére koncentrálja, amelyet éppen vizsgálunk.

A vizsgálandó tárgyat két üveglemez közé tesszük. Ez a tárgy rend­szerint átlátszó s alulról világítjuk meg. A fény a tárgyon keresztülhalad a mikroszkóp tubusában elhelyezett objektív- és oculár-lencsékhez. Ha a tárgy nem átlátszó, akkor felülről kell azt megvilágítanunk ; ebben az eset­ben a tárgyról visszaverődő fénysugár jut be a mikroszkóp tubusába.

A mikroszkóp tubusa egy csavarmenet segítségével függőleges irányban mozgatható. így, megközelítőleg, beállítjuk mikroszkópunkat, azután a finombeállítást egy, ugyancsak a tubusra helyezett, finom mikrométercsavar segítségével eszközölhetjük.

Tárgylencse és szemlencse is többféle van, aszerint, hogy kisebb vagy nagyobb nagyításra van-e szükségünk. Ezek a lencsék könnyen cserélhetők : tárgylencsék a tubus alján elhelyezett revolverváltó segítségével, szem­lencsék pedig a tubus felső részébe való egyszerű behelyezéssel. A tárgy és tárgylencse között rendszerint levegőréteg van. Ha azonban ezeknél a száraz­rendszereknél nagyobb nagyításra van szükség, akkor ezt a tárgy és tárgy­lencse közötti kis részt folyadékcseppel töltjük ki. Nagy nagyításoknál az a törekvés, hogy a használt folyadék törésmutatója megegyezzék az üveg törésmutatójával. Ugyanis a sugarak útja ekkor tökéletesebb. Az ilyen rendszereket immerziós-rendszereknek nevezzük.

Most már feltehetjük a kérdést: hogyan keletkezik a mikroszkópi kép?

Nehéz és sokáig megoldatlan kérdés volt ez, melyre feleletet csak a múlt század vége felé sikerült adni Ernst Abbenek (1840—1905). Aki valaha is belenézett egy mikroszkópba, annak illik ismerni ezt a nevet. A világhírű Zeiss- gyár egyik megalapítója. A munkás­származású tudós és gyáros a Zeiss- gyárnak szociális megszervezésével pél­dát mutatott arra, hogyan kellene a gyárosoknak alkalmazottaikkal bánni. Ez az Abbé ipari tevékenysége mellett is ráért tisztán tudományos kérdésekkel foglalkozni. így a mikroszkópi kép ke­letkezésének nehéz kérdését is megoldja. Elméleti megállapításait elegáns kísér­leteivel rögtön igazolja is.

Abbé.

9»

Abbé szerint a mikroszkópi tárgyon keresztülhaladó fénysugarak olyan változáson mennek át, mint egy optikai rácsra érkező sugarak, midőn a rácson keresztülhaladó elhajlásos nyalábokra bomlanak. Ezen elhajlásos nyalábok közül a középső irányeltérés nélkül halad tovább, a többiek viszont mind nagyobb és nagyobb szöggel térnek el a beeső sugár irányától.

Abbé kimutatta, hogy ha ezen közvetlen, ú. n. 0-ik nyalábon kívül elhajlásos nyaláb nem jut a mikrosz­kópba, feloldást, tehát képet, nem is kapunk. Ha ezen a közvetlen nyalábon kívül még egy elhajlásos nyaláb jut be a mikroszkópba, akkor kapunk ugyan képet, azonban a nyert kép még csak hasonló lesz a tárgyhoz, de nem lesz ugyanolyan. Ahhoz, hogy a tárggyal megegyező képet kapjunk, szükséges, hogy a mikroszkópba a O-ik nyalábon kívül legalább két elhajlásos nyaláb is bejusson.

Az optikai rácson áthaladó sugár elhajlik.

Végezzük el Abbé érdekes és tanulságos kísérletét, legalább gondolatban. Aki azonban be tud szerezni egy Zeiss-fé\e diffrakciós készüléket s egy mikro-

Abbe-féle optikai rács.

szkópot, az a következő kísérleteket maga is könnyen elvégezheti. Érdemes ezeket megcsinálni, mert nemcsak érdekesek és tanulságosak a kísérletek, de szép lát­ványt is nyújtanak.

Vegyünk egy, az ábrán látható optikai rácsot, melynek egyik felén kétszer több rés van, mint a másikon. Tegyük ezt a rácsot a mikroszkóp tárgy­asztalkájára. Állítsuk be a mikroszkópot és aztán vegyük ki az okulárlencsét. Tekintsünk be így a tu­busba. Azt látjuk, hogy a rácsnak megfelelően elhaj­lásos színképek keletkeztek. Az elméletnek megfelelően kétszer sűrűbb rácsnak kétszer ritkább elhajlásos színkép felel meg és viszont! Tegyük vissza az okulárt és kezdjük meg Abbé kísérleteit. Vegyünk először is egy rést és tegyük azt a mikroszkóp objektívje mögé. Legyen ez a rés olyan, hogy mind a sűrűbb, mind a ritkább rácsról eltérített elhajlásos nyalábok közül csak a közvetlen nyalábot engedje át, a többit tartsa vissza. Ekkor a mikroszkópban keletkezett kép feloldás nélküli diffuse megvilágított kép lesz. Pontosan úgy, ahogy azt Abbé elmélete is megköveteli.

Vegyük most ki ezt a rést és tegyünk helyébe egy szélesebbet. Ez a rés a kétszer ritkább rács, kétszer sűrűbb elhajlásos nyalábjai közül a közvetlen nyalábon kívül még az első elhajlásos nyalábot is átengedi, de a kétszer sűrűbb rács kétszer ritkább elhajlásos nya­lábjaiból csak a közvetlen nyalábot. Abbé felfogásának megfelelően a ritkább rácsról már kapunk képet, amely az eredeti képnél durvább lesz, de a sűrűbb rácsról most is feloldásnélküli, elmosva megvilá­gított területet látunk.

Végezzünk el még egy kísérletet és vegyük ki most ezt a rést is, és tegyük helyébe az ábrán látható hármas rést. Ez a rés úgy készült, hogy átengedi

a sűrűbb rács elhajlásos nyalábjai közül a közvetlen, az első és második elhaj- lásos nyalábokat. Ennek megfelelően a ritkább rács elhajlásos nyalábjai közül (ezek kétszer sűrűbbek !) átengedi a közvetlen, a második és a negyedik elhajlásos nyalábot. Könnyű belátni, hogy ekkor a keletkezett mikroszkópi kép egészen a sűrű rács alakját fogja mutatni, hiszen a kétszer sűrűbb rács első és második elhajlásos nyalábja pontosan megegyez a két­szer ritkább rács második és negyedik elhajlásos nyalábjával.

Ezek a kísérletek tehát pontosan igazolták Abbé feltevését a mikro­szkópi kép keletkezését illetően.

Ha most az iránt érdeklődünk, hogy mekkora az a legkisebb részlet, melyet a mikroszkóp segítségével még láthatunk, vagy tudományosabban : a mikroszkóp feloldóképességére va­gyunk kíváncsiak, akkor a következő­ket mondhatjuk. Száraz rendszereknél a legkisebb feloldható távolság 0-58 g. Imerzióval ezt a távolságot 0-4 |i-ra csökkenthetjük. Ferde megvilágítás

esetén a feloldóképesség határát 0-2 g-ig tolhatjuk ki. Ennél kisebb részle­teket egyszerű mikroszkóppal nem láthatunk, mert a mikroszkópok szerkesz­tése elérte az elméletileg megszabott határt. Van azonban még út, mely további tökéletesítést tesz lehetővé. Ez az út pedig az, hogy csökkentjük a megvilágító fény hullámhosszát. Tényleg sikerült előállítani kvarclencséket s ezzel lehetővé vált az ultraibolya-fénnyel való megvilágítás. Azért kellett kvarclencséket használni, mert a közönséges üveg az ultraibolya-sugarakat nem engedi keresztül, elnyeli azokat. Az így összeállított mikroszkóp persze nem volt alkalmas a szemmel való vizsgálatokra, hiszen szemünk sem érzé­keny az ultraibolya-sugarak iránt ; tehát fényképezni kellett. Ilymódon sikerült a feloldóképesség határát 04 g-ig csökkenteni.

Nagy haladást jelentett azután Siedentopf és Zsigmondy felfedezése : az ultramikroszkóp, ők a szokásos mikroszkópkondenzor helyébe különlege­sen csiszolt (paraboloid, kardioid) kondenzorokat tettek. így elérték, hogy a mikroszkóp látótere teljesen sötét maradt, ezáltal a tárgyak legfinomabb részletei is kivehetők voltak. Ilymódon tehát nem a mikroszkóp feloldó­képességének határát lehetett kitolni, hanem csak bizonyos, 04 g-nál kisebb, részleteket lehetett láthatóvá tenni. Igen intenzív megvilágítás esetén olyan részecskék is láthatóvá tehetők az ultramikroszkóp által, melyeknek átmérője körülbelül 6 mg. Ezzel azonban elértünk az optikai mikroszkópokkal észre­vehető legkisebb részecskék határáig. További részleteket csak a tudomány legújabb eszközével, az elektron-mikroszkóppal láthatunk. Erről majd az elektromosságnál szólunk.

134

4.

TÁVCSÖVEK.

A távcsővel is, mint a többi nagy találmánnyal, úgy vagyunk, hogy igen nehéz eldönteni, ki volt az első, aki a távcsövet feltalálta. Annál is nehezebb ezt megtenni, mert általában úgy szokott lenni, hogy egy-egy gon­dolat a történelem folyamán többször is felmerül, míg aztán végre meg is valósul. Sok invenciózus elme gondolt arra, hogy meg lehetne csinálni ezt vagy azt a műszert, eszközt, gépet, de létrehozni csak akkor sikerült,mikor az a bizonyos invenciózus felfedező érzi annak szükségszerűségét is. Már­most igen nehéz dolog kikutatni, vájjon kinél merült fel a gondolat először, hiszen az is lehet, hogy ez a nagyszerű ember gondolatát nem is publikálta, csak elmondta egyeseknek, akik viszont maguknak vindikálják az elsőséget. Általában az emberi gyöngeségnek nagy szerepe van a prioritási vitákban . . .

De ha maguk a felfedezők nem is küzdenek, harcol az utókor. Nemzetek vetélkednek egymással, melyiküknek van több felfedezője, feltalálója stb. Ez a »nemes« vetélkedés sokszor igen fondorlatos, mondhatnám nemtelen eszközökkel küzd a nemzet »becsületéért«. Olyan sivárak, olyan légüres tér­ben mozgó viták ezek. Az igazi nagyság sohasem a körülmények következ­tében nő óriássá. Helyesen állapítja meg Jókai a »Kárpáthy Zoltánéban: »A nagy ember nem azért nagy, mert nagy akar lenni, hanem azért, mert nem tud kicsi maradni.*

A nápolyi születésű Giambattista délla Porta világhíres könyvének, a Magia naturalis-nak XVII. kötetében leír egy gyűjtő- és egy szórólencséből álló készüléket, mely a hollandi távcsővel azonos felépítésű. Porta azt írja könyvében, hogy rosszul látó barátai sokszor és igen jó eredménnyel hasz­nálták. Mármost lehet, hogy Porta ezt a készüléket csak olyan szemüvegként alkalmazta, mely különböző egyének szeméhez használható, hiszen változ­tatni lehet a gyújtó távolságát, de lehet az is, hogy már ő is mint távcsövet használta. Mindenesetre ez a legrégibb adatunk a távcső felfedezésére s így Portat kell tartanunk az első távcső megalkotójának.

A távcső is azt a célt szolgálja, amit a lupe és a mikroszkóp : a látó­szöget nagyobbitja meg. A lupe és mikroszkóp esetében azonban olyan tárgyakat vizsgálunk, melyekből a szemünkbe jutó fénysugarak által alko­tott szögek azért kisebbek az 1 percnél, mert a tárgyak igen kicsinyek. Táv­csövekkel viszont rendszerint nagy tárgyakat vizsgálunk. Ezek a nagy tárgyak azonban olyan messze vannak tőlünk, hogy róluk a szemünkbe érkező sugarak által bezárt szög is kisebb, mint 1 perc.

Vegyük sorra a különböző célokra szerkesztett messzelátókat. Idő­rendben elsőnek kell említenünk a hollandi- vagy galilei-féle távcsövet. Hollandinak nevezik ezt a távcsövet azért, mert a távcsövek legrégibb hazája Hollandia volt. Már 1608-ban készített Lippershey nevű middel- burgi szemüvegkészítő egy távcsövet, melynek lencséi hegyikristályból készültek. Ugyanezen időben készíti el távcsövét az ugyancsak hollandus Adriansoon is. Galilei is foglalkozott messzelátók készítésével s Viviani szerint Galilei volt a távcső feltalálója is. Az bizonyos, hogy 1609-ben Galilei a velencei tanácsnak már egy sajátkészítésű távcsövet ajándékoz, mely minden tekintetben felülmúlja a hollandusok alkotásait. Galileinek sikerült olyan távcsöveket készíteni, melyeknek nagyítása körülbelül harmincszoros. Ennél a messzelátónál két lencsét alkalmazunk, mégpedig egy gyűjtő- és egy szórólencsét. A gyűjtőlencse az objektív, a szórólencse pedig az okulár.

»

135

Az objektív lencse gyújtótávolsága nagy, az okuláré ellenben kicsi. Az objek­tív a tárgyról érkező sugarakat bizonyos pontban egyesítené s a tárgyról itt egy kép keletkezne. Mielőtt azonban ez megtörténne, ott van az okulár,

mely annyira szétszórja ezeket az egyesülni készülő sugarakat, hogy róla már párhuzamosan indulnak tovább. Ezért is van a távcső úgy konstruálva, hogy az objektív és okulár gyújtópontjai egybeessenek, amint az az ábrából

is latnato. jíz a távcső tenat egyenes állású képet szolgáltat. Ezért használ­ják fel pl. földi célokat figyelő terep­távcsöveknél vagy például a színházi látcsőnél. A színházi látcső azonban érthető okokból nem lehet olyan hosszú, mint a Galilei által készített távcső, tehát prizmákat helyeznek el benne. A prizmák lehetővé teszik, hogy a sugár a távcsőben, noha a távcső igen rövid, mégis hosszú utat tegyen meg, így ezek kitűnően hasz­nálhatók kis (3—4-szeres) nagyítás esetén.

A csillagászati távcsövet Kepler fedezte fel 1611-ben. Dioptrice című munkájában a lencsék és távcsövek

elméletét írja le, aztán leírja saját elgondolású távcsövét, melyet ma Kepler-íé\e vagy csillagászati távcső néven ismerünk. Ennek a távcsőnek mindkét lencséje gyűjtőlencse. A távol lévő tárgyról párhuzamos sugarak

érkeznek, melyekből a hosszú gyújtótávolságú objektív fordított valódi képet szolgáltat. Az okulár — melynek gyújtótávolsága kicsiny — úgy van elhelyezve, hogy az objektív által kapott kép ennek fókuszába essék. Erről a képről, mint, tárgyról, tehát az okulár a végtelenben keletkező, fór-

’ •> 136

dított állású, valódi nagyított képet szolgáltat. A csak végtelenben találkozó párhuzamos sugarakat aztán szemünk egyesíti képpé.

Ezt a csillagászati távcsövet használjuk, ha nagyobb nagyításokra van szükségünk. Hogy milyen tökéletességre vitték a távcsövek, vagy ahogy a lencsés távcsöveket nevezték, a refraktorok készítését, elég ha megemlítem, hogy a svábhegyi csillagvizsgáló egyik refraktorának például 30 cm az át­mérője. A világ legnagyobb refraktorának 102 cm az átmérője, mely az amerikai Yerkes csillagvizsgáló tulajdona. Nagyszerű útját csak úgy járhatta be az emberiség, hogy a távcső feltalálásának birtokában volt. Mégis a ref- raktorokkal szemben föltétlenül nagyobb jelentőségük van a reflektoroknak vagy tükrös-távcsöveknek. Ezek a reflektorok objektívként egy vájt tükröt alkalmaznak, melyek a tárgyról valódi és fordított képet szolgáltak. Ezt a képet nézzük aztán az okulárral — mint egyszerű nagyítóval. A tükör­teleszkóp feltalálása Gregory nevéhez fűződik, aki azonban csak a távcső tervét dolgozta ki. Az első reflektort Newton készíti 1668-ban, melyet négy év múlva mutat be a londoni Royal Society egyik ülésén. Newton azért tartja jobbnak a reflektort a re^fraktornál, mert a lencsék színieltérítése igen zavarja az észlelést. Ekkor ugyanis még nem tudtak achromatikus rend­szereket előállítani. Azóta szinte nincs megállás a tökéletesítések terén. A svábhegyi csillagvizsgáló reflektorának átmérője 60 cm, de az amerikai Wilson-hegyi csillagvizsgáló reflektorának 257 cm az átmérője ; és nem régen épült meg az ugyancsak amerikai Palomar-hegyi reflektor is, mely a világ legnagyobb távcsöve. A reflektor átmérője 5 méter, mely méltán mond­ható az emberi erőfeszítés és tudás csodájának.

5.

A FÉNYKÉPEZŐGÉP.

Az optikai lencséknek talán legjobban elterjedt alkalmazása a fény­képezőkészüléknél van.

A fényképezés legnagyobb jelentősége azonban nem abban a tényben keresendő, hogy ma boldog, boldogtalan csettintgeti gépét és felvételeket készít kirándulásról, lakásról, hozzátartozóiról stb. Ma szinte már ott tartunk, hogy a legtöbb műkedvelő fényképész nem is látja, hogy mit fényképez, csak azért készít felvételt, hogy »hátha lesz benne valami érdekes«. Az ilyen fényképezésnek természetesen nincs semmi értelme. A fényképezés is, mint minden természettudományos műszer, a megfigyelésre tanít. Mégpedig a pontos és helyes megfigyelésre. A szubjektív benyomást a fényképezőgép objektív ténnyé alakítja át a fénykép által A fényképen ellenőrizhetjük megfigyelésünket ; helyes vagy helytelen voltára ekkor ismerhetünk rá.

Nincs azonban szándékomban, hogy a fényképezésről mint tevékeny­ségről, művészetről, vagy technikai bravúrról beszéljek, egyszerűen csak néhány szóval elmondom a fényképezés fizikáját.

A fényképezőgép lényegében egy sötétkamra, melynek egyik oldalán kis nyílás van a fény bebocsájtására, másik oldalán pedig egy ernyő, egy fény­képezőlemez van a kép felfogására. A lyukkamara már egy primitív fény­képezőgép. Hogy milyen egyszerű a lyukkamara elve, arról rögtön meg­győződhetünk. Vegyünk egy üres skatulyát s ennek egyik oldalát vegyük ki s helyébe ragasszunk átlátszó opálpapírt. Ezen oldallal szembecső oldal közepén pedig fúrjunk egy körülbelül félcentiméteres lyukat. Készülékünk

137

már készen is van. Nézzük csak ezzel a lyukkamrával a szembeeső házat. Mit látunk? Az opál-papíron jól látható a szembeeső ház fordított, de nem egészen éles képe. Hát persze, az így keletkezett kép nem lesz éles, hiszen rajzoljunk csak fel egy lyukkamrát. Tegyünk eléje egy tárgyat s szerkesszük

meg ennek a képét. Mivel úgy az A_x, mint a B_x pontból kiinduló sugárnyaláb a lyuk szélességének megfelelő lesz, tehát az opálpapíron kissé elmosódott köröket fogunk látni a pontok helyett s így válik képünk elmosódottá. A szerkesztésből azonban nemcsak ez derül ki, hanem az is, hogy a kelet­kezett kép fordított helyzetű lesz. Minél kisebb a nyílás, a keletkezett kép annál élesebb. Azonban a lyuk kisebbítésének határt szab az a körülmény, hogy ha a lyuk körülbelül 0-1 mm-nél kisebb lesz, akkor fényelhajlás követ­kezik be. Ebből a rövid pár mondatból is világosan látható, hogy a lyuk­kamrának a gyakorlatban való alkalmazásáról szó sem lehet.

Hasonlíthatatlanul élesebb és fényerősebb képet kapunk, ha a nyílás

Niepce.

szélesebb lesz és a tárgy egyes pontjairól kiinduló sugarakat egy lencse segítségével egyesítjük kép­pontokká. Niepce (1765—1833)

Daguerre.

138

francia fizikusnak sikerült először a sötétkamrában keletkezett képet érc­lapon megörökíteni. 1829-ben Niépce Daguerre (1789—1851) francia festővel lép érintkezésbe, akivel a találmányt tökéletesítik. A Daguerre-iéle fény­képez őgépekben a baj csak ott volt, hogy a használt optikai lencse igen gyenge fényerejű volt, úgyhogy nem volt ritkaság a fél óránál is hosszabb expozíciós idő.

Magyar tudós, Petzvall József (1807—1873) volt az első, aki mint a matematikának budapesti, később bécsi egyetemen tanára, elméletileg kimutatja, milyennek kell lennie egy tökéletes arckép-objektívnek. Találmá­nyának sorsát Voigtlánder bécsi opti­kusra bízza, aki megszerkeszti az első arckép-objektívet s az ennek megfelelő fényképezőgépet. A Petz- i’aZZ-objektívek rövidesen világhírre tettek szert.

Ugyancsak szerkesztett Petzvall tájkép-objektívet is, mely szintén nagy erkölcsi sikert hozott a felfe­dezőnek, s nagy anyagi hasznot a gyártónak : Voigtlandernek.

legnagyobb sikere Petzvallnak, hogy ő

Petzval József.

Stroboszkóp.

A fénykép-objektívek terén készítette az első anasztigmátot, azaz olyan lencserendszert, melynek asz- tigmiás hibája nincs.

Talán ennél az egyszerű fényké­pezésnél is nagyobb jelentősége van a kinematográfiának, mely mozgást fel­tüntető fotográfiák készítése és vetí­tése. A kinematográfia fizikai és szel­lemi alapjai már régen ismeretesek. Hiszen Plateau és Stampfer találmánya, a stroboszkóp, már a múlt század kö­zepe táján ismeretes. A stroboszkópnak épúgy, mint a kinematográfiának alapja az az élettani körülmény, hogy szemünk egy új fénybenyomást csak akkor vesz észre, ha ez a második fénybenyomás az elsőt ¹/₂₀ másod­percnél hoszszabb idő múlva éri. Vilá­gítsunk meg egy tárgyat, és sötétítsük el a következő pillanatban úgy, hogy az elsötétülés ne tartson tovább mint ¹/₂₀-ad másodperc, akkor bárki figyeli is kíséi létünkét, nem veszi észre, hogy a tárgy közben sötét is volt. Az utókép tehát még körülbelül ¹/₂₀-ad másod­percig megmarad a szemben. Végezzük el az imént elmondott kísérleteket úgy, hogy midőn a tárgyat ¹/₂₀-ad másodpercnél rövidebb ideig sötétítjük el,

139

a tárgy ne legyen pontosan olyan helyzetű, mint eredetileg volt, hanem ehhez képest legyen kissé eltolódva. Ekkor az egymásután keletkező képek egybe­folynak és a tárgy mozogni látszik. Sokan próbálkoztak, hogy kinemato- gráfot állítsanak elő, de ez elsőízben a francia Dumiére testvéreknek sikerült 1895-ben.

Még 50 éves sincs a kinematográfia s máris meghódította a világot. De most nem arra a kétségtelenül nagy hatásra gondolunk, melyet a mozik keltenek a nagyközönségben, hanem arra, hogy a kinematográfia által sike­rült olyan megismerésekre is szert tennünk a természettudományi kutató­munka során, melyek az embert határozottan előbbre vitték az Igazság utáni kutatásban.

A kinematografálás tehát úgy történik, hogy egy felső tekercsről a másik alsó tekercsre egy filmszalag csavarodik. Közben azonban a film laposra kisimított része egy fotografáló kamrán halad át. A filmszalag mozgása nem folytonos, hanem szakaszonként való rángatással történik. Amikor a film mozog, a filmet egy szerkezet eltakarja, tehát a film nem kap fényt. Azokban a pillanatokban, melyekben a film nem mozog, a kinematográf úgy működik, mint egy fényképezőgép. Másodpercenként körülbelül 20 felvételt készít. Ha az ilymódon készült filmet vetítjük, akkor a filmen egymásután felvett képek egybeolvadnak s szemünk a tárgyakat mozogni látja.

Szándékosan nem beszéltünk a fényképezés és filmezés nagyszerű per­spektíváiról, hiszen célunknak megfelelően csak a fizikai magyarázatát óhajtjuk adni néhány, életünkben nagy szerepet játszó jelenségnek.

XVII.

SZÍNKÉPELEMZÉS

Már Newton ismertette (1666) azt a felfedezését, hogy ha a napfényt kis kerek nyíláson keresztülbocsájtva egy prizmára engedjük, akkor a priz­mára eső fehér napfény a prizmán keresztülhaladva színes nyalábokra bomlik szét. Ezt a felbomlott színes nyalábot, melyet akár ernyőre vetít­hetünk, akár lefotografálhatunk, színképnek vagy spektrumnak nevezzük. Még szebb lesz a színképünk, ha a Newton által használt kis kerek nyílás helyett egy keskeny rést alkalmazunk. Ez a spektrum azokat a színeket tar­

A fehér fényt egy prizma színeire bontja. Legjobban eltéríti az ibolyaszínű sugarakat és legkevésbbé a vörösszínűeket.

talmazza, melyeket mindnyájan jól ismerünk a nyári esők után megjelenő szivárványokból. Az is kiderült a vizsgálatok során, hogy a színek közül a legkisebb eltérítést a vörös szín szenvedte, és utána sorrendben következtek a narancs, a sárga, a zöld, a világoskék, a sötétkék és legvégül a legjobban eltérített szín, az ibolya. Ez a hét szín alkotja tehát a spektrumot? Dehogyis ! Ezek azok a domináns, uralkodó színek, melyeket mindenki megállapít, ha megnéz ilyen spektrumot. A spektrumban megszámlálhatatlanul sok szín van. hiszen ezek a felsorolt színek legfinomabb árnyalatai is megtalál­hatók s ezek a színek folytonosan mennek át egymásba. így tehát megtör-

141

ténhetik, hogy bizonyos spektrum-színre nem mondhatjuk ra például azt se, hogy zöld, de azt se, hogy kék. Hogyan lehet mármost megkülönböztetni akkor a színeket? Csak hozzávetőlegesen? A fizika sem tud mindent embe­rileg pontosan megállapítani? De igen. Nem kell kétségbeesni, hiszen a fényelmélet felfogása szerint a fény hullámszerű jelenség, viszont a hullá­mokat igen jól megkülönböztetjük hullámhosszúságuk alapján. A színeknek ez a megkülönböztetése igen alkalmasnak és elegendő pontosnak bizonyult, így azt találták, hogy a látható spektrum legkevésbbé eltérített színének, a vörösnek hullámhossza Z = 800 mp., s a legjobban eltérített ibolya hullám­hossza A = 400 mp.. A látható színkép terjedelme tehát egy oktávra terjed.

A spektrumot előállító kísérletekből rögtön következik, hogy a fehér fény (napfény) összetett fény, melynek komponensei a spektrum színei. Fel­merült a kérdés, hogy ezek a színek tovább nem bonthatók-e? Vizs­gálatok azt mutatták, hogy nem. Igen érdekes, de az eddigiekből már követ­kező kísérletet végezhetünk el úgy, hogy a spektrum színeit egy lencsének és egy másik prizmának segítségével újból egyesítjük, természetesen a kísér­let eredménye az, hogy újból fehér fényt kapunk. Sok helyütt láttam, hogy gyerekek játszanak egy játékkal, mely egy tengely körül forgatható körlapból áll. A körlapra szektorszerűleg fel vannak festve a spektrum jól megkülönböztethető hét főszíne. Ha most ezt a körlapot gyorsan forgatják s mi ránézünk a körlapra, akkor a hét szín helyett piszkosszürke színt látunk. Teljesen fehér szín nem keletkezik, hiszen a spektrum-színeknek csak néhány képviselője van a korongra festve, de azért lényegileg ugyanaz a jelenség, mint a spektrum színeinek egyesítése.

Sokkal érdekesebb kísérleteket is elvégezhetünk a spektrummal. Ha valamilyen kis prizmával a színkép színei közül az egyiket, például a zöldet jobban eltérítjük, a többi színt pedig egyesítjük, akkor vörös színt kapunk.

Az ilymódon keletkezett színeket, melyeknek természetét a festők igen jól ismerik, keverékszíneknek hívjuk.

Vannak aztán a spektrumban olyan színpárok is, melyek egymással keveredve újból fehér színt adnak. Ezeket a színeket kiegészítő, vagy compleméntaire színeknek nevezzük, így pl. a vörös észöld, vagy a sárga és a kék ilyen kiegészítő színek. Ter­mészetesen nem mindegy, hogy a sárga spektrumrésznek melyik vona­lát keverjük össze a kék spektrumrész egyik vonalával. Ez igen nehéz mun­kát igényel. Helmholtz végzett ezen a téren is maradandót.

A spektrumvizsgálatok során legnagyobb jelentőségű felfedezést Kirchojf (1824 — 1887) tette, aki kísér­letileg kimutatta, és elméletileg is igazolta azt a tételét, hogy minden test olyan sugarakat nyel el, ame­lyeknek kibocsátására maga is képes. Ez a tétel a színképelemzés néven ismert igen fontos és nagy jelentőségű kutatások alapja lett.

Kirchoff.

■

142

Mielőtt a színképelemzéssel részletesen foglalkoznánk, előbb meg kell állapítani néhány igen fontos eredményt. Mindenekelőtt azt, hogy az olyan színképet, melyet pl. a napfény vizsgálatánál is kaptunk, melynél a színek egymásba fokozatosan, minden átmenet nélkül mennek át, folytonos szín­képnek hívjuk. Ha izzó, szilárd vagy folyékony anyagoknak színét engedjük egy prizmára, ilyen színképet kapunk. Ha pl. az elektromos ívlámpát, vagy az elektromos lámpát tekintem fényforrásnak, ugyanolyan színképet kapok, mint akkor, ha a nap a fényforrás.

Ha ellenben úgy készítünk fényforrást, hogy valamely magasfeszültségű áramforrást, pl. Rumkor ff-télé szikrainduktort összekötünk egy gázzal telt üvegcső két végével, akkor a színkép megszakított lesz, azaz keskeny vonalak­ból, vagy szélesebb csíkokból fog állani. így pl. a Na-göze, melyet egyszerűen előállíthatunk, ha egy színtelen lángba konyhasót teszünk, teljesen homogén sárga fényt szolgáltat. Két egymáshoz igen közeleső k = 589.615 mp és A = 589,018 mp. vonalakat kapunk a Na színképeként. Vannak anyagok, melyek­nek színképei sokkal több vonalat tartalmaznak. A vas színképében pl. kb. 5000 vonal található. Már az eddigiekből is látható, hogy a vonalas színképek­ből, mivel az egyes elemek más és más vonalas színképet szolgáltatnak, követ­keztetni lehet valamely anyag jelenlétére.

Ilyenféle vizsgálatokat a kémia igen sokszor végez, s rendkívül nagy a fontosságuk. Ez a Kirchoff által felfedezett spektrumanalízis azonban sokkal pontosabb a többi, eddig ismert analízisnél, hiszen az illető anyagból jelenlévő rendkívül kis mennyiség — a milligramm milliomodrésze — is elegendő annak kimutatására.

Midőn Kirchoff a spektrálanalízist felfedezte (1859), már igen híres tudós volt. Dísze a heidelbergi egyetemnek. Ismeretesek voltak már az elektromos áram elágazásának alapvető törvényei. Kirchoff neve számos hallgatót von­zott Heidelbergbe, ahol ekkor még Bunsen és Helmhoitz is tanítottak. A heidel­bergi egyetem fénykorát jelentette ez a triász. Nem is akart a kis városkától megválni egyikök sem. Kirchoff se fogadta el először a berlini egyetem meg­hívását 1870-ben, csak mikor ez az előkelő testület megismételte négy év múlva megtisztelő ajánlatát, nem térhetett ki, nehéz szívvel távozott a városkából s otthagyta hű munkatársát és barátját, Bunsent. A kitűnő tanárt, a rokonszenves embert sokáig emlegették a heidelbergi egyetemen, mely ma is büszkén hirdeti volt nagyszerű tanárai közt is egyik legkimagaslóbb tudósát: Kirchoffot.

A színképelemzéssel megkezdődtek a kísérletek. Már Bunsen is együtt dol­gozott Kirchoffu\. A különböző anyagok gőzének spektrumát kezdték vizs­gálni. A színtelen lánggal égő Bwnsen-égőbe tették a különböző anyagokat, melyek ott elpárologtak és alángot megfestették. így végezték az első spektrál- analízissel végrehajtott vizsgálatokat, melyek aztán rövidesen egy nagy­távlatú, hatalmas kiterjedésű új tudománnyá terebélyesedtek. A spektrál- analízises eljárás helyességét igazolták Bunsen felfedezései, melyek során az elemek periodikus rendszerében hiányzó rubidiumot és caesiumot felfedezi. Pár esztendő múlva ugyanezzel az eljárással mások még sok elemet fedeztek fel.

Az így végzett színképelemzést, mivel bizonyos fénytadó testek emisszió­jából állapították meg az ott jelenlevő anyagokat, emissziós színképelemzésnek nevezik. Ezt az emissziós színképelemzést később nemcsak arra használták fel, hogy a színkép vonalak helyéből és számából megállapítsák valamely anyag jelenlétét, azaz kvalitatív vagy minőségi analízist végezzenek, hanem kvantitatív, vagy mennyiségi analízis elvégzésére is. Evégből nem kellett mást tenni, mint meghatározni az egyes színképvonalak erősségét. Ez nem

145

volt könnyű feladat, de megérte a fáradságot, mert igen sok új ismeretre tettek szert általa a fizikusok. Mikor már a színképelemzések során végzett nagyszámú mérés eredményeképpen számos adat állt a kutatók rendelkezé­sére, kiderült sok érdekes összefüggés.

Észrevették, hogy az egyes színkép vonalak között nemcsak hullám­hosszúságban, de egyéb sajátságokban is van különbség. Mágneses és elektromos térben való viselkedése is más az egyes vonalaknak. Az azonos sajátságú szín­képvonalakat sorozatokba lehetett foglalni. A periódusos rendszerben ugyan­azon oszlopban levő, rokonelemek vonalas színképének szerkezete teljesen hasonló. Ezek a megismerések úi és gazdag gondolatnak lettek szülőanyjai.

Lassan, a Kirchoff által felállított törvény alapján, megindultak a kísérletek a fény-abszorpcióra vonatkozólag is. Az mindenki előtt ismeretes, hogy ha a fény egy anyag határához érkezik, akkor a fény egyrészét az anyag visszaveri, a másik része behatol az anyagba, hol is részint elnyelődik, abszor- beálódik, részint pedig az anyagon keresztülhaladva törést szenved. A legtöbb anyag mármost úgy abszorbeálja a fényt, hogy a fehér fényből egyes sugara­kat más és más mértékben nyel el. Ha tehát egy folytonos színképet adó fényforrás fényét keresztülbocsájtjuk valamely anyagon, akkor azt tapasz­taljuk, hogy a folytonos színkép bizonyos helyei jobban, mások kevésbbé gyengülnek meg a különböző abszorpciónak megfelelően, de azt is észre­vesszük, hogy a folytonos színkép egyes részei teljesen hiányoznak, vagyis a folytonos színképet széles csíkok, vagy keskeny vonalak szakítják meg.

Ilyen elnyelési vonalakat elsőízben Fraunhoffer (Í787—1826) észlelt a nap színképében. Ez a Fraunhoffer a németek Faraday-je. Szintén inas volt, mint Fara­day s autodidakta módjára lett a fizika egyik nagy alakja. Az inaséveit egy üveg- csiszoló-üzemben tölti, később ő maga alapít egy optikai intézetet. Itt igen sokat dolgozott. Munkájának eredményei igen nagyok. Mindenekelőtt kidolgoz egy módszert, mely lehetővé teszi az üvegek öntésének tökéletesítését. Kezdeményezé­sére bevezetik, hogy mielőtt prizmát készí­tenek az üvegből, megmérik annak törés­mutatóját. Legnagyobb érdemei közé tar­tozik az achromatikus lencsék előállítása. Csillagászati távcsövei minden addig ismert távcsövet felülmúlnak. Üres óráiban csil­lagászattal foglalkozik. A nap színképét vizsgálja. Nagyszerű távcsöve segítségével észreveszi, hogy a Nap színképében finom, vékony fekete vonalak találhatók. A vona­laknak meghatározza a pontos helyét,

(hullámhosszát) és őket A, B, C,… betűkkel jelöli meg. Finom theodolith-tal vizsgálva a színképet, több mint 500 ilyen fekete vonalat vesz észre. Fraunhoffer nem tudja a vonalak keletkezésének magyarázatát adni. Brewster kísérletei alapján azt állítja, hogy a Fraunhoffer-iéXe vonalakat abszorpció okozza. Brewster már azt is kimondja, hogy gyanúja szerint a vonalak a Nap légkörétől függenek. A Fraunhoffer-ié\e vonalak létrejöttét sokkal később Kirchoff fejti meg, aki szerint ezek a vonalak a Föld légkörétől és a Napot körülvevő hidegebb gőzrétegtől származnak. A Kirchoff-ié\& törvény értei­

FraunhoSer.

mében a vonalak helyéből bizonyos elemeknek a Nap környezetében való jelenlétére következtethetünk.

Néhány szóval még meg akarok emlékezni azon eszközökről is, melyek­nek segítségével színképelemzés végezhető. Ezek az eszközök a spektroszkópok. A Kirchoff-íéle eszközök rendszerint három csőből álló olyan eszközök voltak, melyeknek közepén egy prizma volt elhelyezve. Az egyik cső végén lévő igen keskeny rést világították meg a színképet adó fényforrással. A fényforrás fénye a prizmára esett s az így létrejött színképet vizsgálhattuk a másik csőben elhelyezett távcső segítségével. A harmadik csőben, az ú. n, skálacsőben egy osztályzat van elhelyezve, melyet megvilágítunk s a sugarak úgy esnek a prizmának távcső felé néző oldalára, hogy az onnan visszaverődő sugarak éppen a távcsőbe esnek. Ez a cső teszi lehetővé tehát a spektrumvonalak helyének pontos meghatározását.

Spektroszkóp.

A mai spektroszkópok legtöbbjének elve ugyanez, csak a kivitel lett jobb és szebb.

Van azonban egy másikfajta spektroszkóp is, mely a prizmák helyett optikai rácsokat használ fel a színkép előállítására. Tudjuk, hogy az optikai rácsokon áthaladó fény elhajlítást szenved, mégpedig, ha fehér fénnyel vé­gezzük a kísérletet, akkor azt tapasztaljuk, hogy színkép jön létre, hiszen a vörös fény kevésbbé hajlik el, mint az ibolya. Mivel a spektroszkópia törek­vése az, hogy minél hosszabb színképeket állítson elő, hiszen ennek meg­felelően pontosabbak lesznek méréseink. Ezt vagy úgy érik el, hogy a priz­mákat szaporítják, vagy úgy, hogy optikai rácsokat alkalmaznak. Azon­ban azáltal, hogy a színképek hosszúságát növeljük, a színkép fényes­sége csökken, tehát a szemmel való megfigyelést el kellett hagyni és helyette a színképek fotografálását kellett bevezetni. így jöttek létre a spektro­gráfok. így objektívekké váltak a vizsgálatok s főleg a kvantitatív mérések elvégzése vált könnyűvé.

Még csak röviden megemlítem azt, hogy a színkép nem végződik a vörös­nél és ibolyánál. Van a színképnek egy vörösöntúli (infravörös) és ibolyántúli (ultraibolya) része is, mely részeknek törvényei megegyeznek a látható rész törvényeivel, de a vizsgálatok kiszélesítése sok új ismeretet hozott, melyek közelebb vittek a spektroszkópiai vizsgálatok igazi nagy céljához, az atom külső részének teljes megismeréséhez.

XVIII.

VOLTA

Az elektromosságot már régóta ismerték. Az első elektromos jelenség abból állott, hogy a borostyánkő dörzsölésekor papírszeletkéket magához vonzott. Később felismerték azt is, hogy nemcsak borostyánkő dörzsölésekor keletkezik elektromosság, hanem ha például üvegrudat állati bőrrel vagy ebonitot szövetdarabbal megdörzsölünk, akkor is létrejön a jelenség.

A XVIII. században felismerték azt is, hogy a turmálin nevezetű ásvány, ha egyik végén melegítjük, akkor néhány helyen elektromosságokat mutat. Aepinus tanulmányozta a turmálin elektromosságát s azt pyro-élektromosság- nak nevezte el. Később néhány halnak is észrevették elektromos tulajdon­ságait, de ezt inkább kuriózumnak tekintették, s bővebben nem foglalkoztak e kérdéssel.

Volta.

Ezek voltak azok a jelenségek, amelyekkel elektromosságot tudtak elő idézni. Ezeknek számát szaporította értékes felfedezéseivel Volta (1748— 1827), akinek munkássága elindította az elektromos kísérleteket. Tulajdon­képpen akkor kezdődik az elektromosság iránti nagy érdeklődés, amikor Volta felfedezését a francia akadémia elé terjeszti. De ne vágjunk az események elé I . . .

Volta Comóban, a szép tóparti kis városkában született, itt is tanult; tanulmányainak elvégzése után szülő­városának gimnáziumában lesz tanár. Itt a kisvárosi környezetben és a gimnázium egyszerű felszerelésű fizikai laboratóriumában fedezi fel a kísérleti fizika egyik kedvenc bemutató eszkö­zét : az elektrofort. Vesz egy ebonit- lapot, melyet szövettel megdörzsöl, aztán erre ráhelyez egy szígetelőnyéllel ellátott fémlapot, melyet megérint, s így ez az egyszerű fémlap elektromos­ságot mutat. Elektroszkóp már a kö­zelítéskor is kitérést mutat. A fém­lapot akárhányszor ráhelyezhetjük az ebonitlapra, az mindannyiszor elektro­mos töltéseket nyer. Volta készüléké­nek az elektrofor nevet adta. Ma is így

Koczkás Gyula: örök törvények.

146

hívjuk. Az érdekes felfedezés nagy tetszésben és elismerésben részesült. A fizikusok is érdeklődtek »az elektromosság kiapadhatatlan forrása iránt# és ez az érdeklődés Voltának világhírt szerzett. A jelenségnek Volta nem adta magyarázatát, ő csak a tényeket említette. Ma az elektromos meg­osztással magyarázzuk az elektrofor működését.

A felfedez és után nemsokára meghívj ák V oltót a páduai egyetemre fizikus­nak. Itt több kisebb-nagyobb jelentőségű találmánnyal, felfedezéssel teszi nevét ismertebbé. Igen érdekes értekezésében a mocsárlég tüneményének elsőnek adja helyes magyarázatát. Az »aranyfüst-lemezes elektroszkóp« mintájára »szalmaszál-elektroszkóp«-ot szerkeszt, mellyel az elektromosság jól kimutatható. Volta készítette a Franklin-tábla elvén alapuló első konden­zátort, vagy sűrítőt. A kondenzátort ismertető értekezésében teljes pontos­sággal leírja a kondenzátor működését és célját. Sokat foglalkozik ezidőtájt a légköri elektromossággal, melynek Lavoisier és Laplace francia tudósokkal együtt helyes magyarázatát is megadja. Legnevezetesebb felfedezése Voltá­nak a nevéről elnevezett elektromos oszlop feltalálása, mely lehetővé tette elektromos áramok létrehozását, s így érdekes és fontos elektromos felfede­zéseket.

Volta nagyszerű felfedezését egy másik érdekes észlelés tette lehetővé. Galvaninak, a páduai egyetem anatómus professzorának felesége beteg lett. A beteg asszonynak békalevest ajánlottak az orvosok. Galvaniprofesszor úr saját maga készítette el a levest, de míg boncolta a békákat, a vele egy szobában lévő elektromos géppel valaki kisüléseket állított elő. Valahányszor elektro­mos szikra keletkezett, a békacomb mindannyiszor összezárkózott. Galvani­nak nem kerülte el a figyelmét ez az érdekes jelenség, melyet ő az állati elektro­mosság elméletével igyekezett magyarázni. Hogy magyarázatának minél nagyobb súlyt adjon, további kisérleteket is végzett. Evégből idegizom- készítményeket rézdrótra függesztett fel s azokat lakása erkélyére akasztotta. Galvani ezzel a kísérletével a légköri elektromosság hatását akarta megtudni. Kísérletét azonban úgy hajtotta végre, hogy az izom az erkély vaspárkányá­hoz ért le. Valahányszor a szellő révén az izom a vaspárkányhoz ért, össze- rándult, jelezve az elektromosságot.

Volta ekkor kapcsolódott bele a Galvani-téle kísérletek értelmezésébe. Volta a lényeget vette észre. Vagyis azt, hogy az idegizom-készítmény leg­jobban akkor rángatódzik, ha két különböző fémmel is érintkezik. Volta a fémek érintkezésében látta a lényeget, Galvani az állati elektromosságban. Hosszú és kegyetlen vita indult meg, mely Volta teljes győzelmével végződött. Volta ugyanis egy kísérletet állított össze, melyet a Galvani-féle magyarázattal semmiképpen se lehetett összhangba hozni.

Kísérletében vett egy cinklapot és egy rézlapot. Mindkét fémlapot szige­telőnyéllel is ellátta. Most a két fémlapot egymásra illesztette, aztán hirtelenül széjjel választotta őket s ekkor, ha a fémlapokat elektroszkóphoz érintette, az elektromosságot jelzett.

Később ezt a kísérletet sokféle fémmel is elvégezte. Eredménye az a sorozat lett, melyet különféle fémekből úgy állított össze, hogy a sor minden tagja az előtte álló tagokkal érintkezve negatív, az utána következő tagokkal érintkezve pedig pozitív elektromosságú lesz. Ilyen sor pl. zink, ólom, vas, réz, ezüst, arany.

Volta most ezt a felfedezését hasznosítani akarta. Felismerte, hogy így az elektromosságnak egy új forrásához lehet eljutni. Hosszú, sokszor bizony sikertelen, kísérleteket végzett. Végre aztán felismerte a jelenség igazi okát. Úgy állított össze két fémből álló oszlopot, hogy közéjük mindig sósvízzel átitatott posztót helyezett. Megvolt az új áramforrás. Ha ugyanis a két szélső

147

fémet összekötötte egy vezetővel, elektromos áram jött létre. Volta talál­mányát bejelentette a francia akadémiának és a Royal Societynek. Ez utóbbi értekezését a CopZey-éremmel jutalmazta, míg a francia akadémia meghívta Párisba, mutassa be ezeket az érdekes jelenségeket. A híres ülésen jelen volt Napóleon is. Napóleon ekkor Franciaország első konzulja volt, de már tagja a halhatatlanok testületének. Volta kitűnő előadása olyan hatással volt rá, hogy indítványozta, tüntessék ki az előadót aranyéremmel, ű pedig az állam kasszájából kifizette Volta utazási költségeit.

Volta ezután majdnem minden európai akadémiának tagja lett. Királyok kitüntetései is egymást érték. A becsületrend érdemkeresztje után a vas- koronarendet kapja meg. Hazája szenátorrá választja s az olasz király Lom­bardia grófjává nevezi ki. Akadémikus társa, Arago írja róla : «… a sok kitüntetés Volta lelkületét kevélységre sohasem hangolta. A kicsiny Como kedves tartózkodóhelye maradt; Oroszországnak tobbízben tett csábító ajánlatai nem bírhatták arra, hogy Lombardia derült egét Néva ködével felcserélje. Gyors és átható értelem, nagy és találó eszmék, őszinte és meg­nyerő jellem, ezek voltak szembetűnő vonásai.*

Volta tulajdonképpeni jelentőségét az a sok világhíres felfedezés adja meg, melyet oszlopának segítségével tettek. Davy kísérleteiben ezzel az áram­forrással dolgozott, midőn az elektromos ívlámpát felfedezte. Faraday ugyan­csak Volta oszlopának segítségével állította össze az elektromos indukció felfedezését jelentő híres kísérletét. Ampere kísérleteit az elektromágnességgel szintén a Volta-íéle oszlop feltalálása tette lehetővé. Oersted és Arago nagy­szerű kísérletei sem lehettek volna elvégezhetők nélküle.

Volta igazi jellemzéséhez hozzátartozik még, hogy kitűnő előadó volt. A paduai egyetemre igen sok külföldi csak azért utazott el, hogy a híres Poltót meghallgassa. Ezért is, midőn 15 évi tanárkodás után Volta nyug­díjazását kérte, Napóleon megtagadta a kérést. Napóleon azt mondotta, ha Volta fáradt, kímélje magát, ne adjon elő hetenként csak egyszer, de ne fossza meg a paduai egyetemet legnagyobb díszétől : személyétől.

Como egyik kedves terén áll Volta márványszobra. A szobor talapzatát a művész a Volta-oszlop mintájára képezte ki. Gyönyörű szimbólum: a láng­ész legbiztosabban akkor áll, ha saját oszlopán nyugszik!

10*

OHM

Az elektromosságnak előbb különböző hatásait vették észre a fizikusok és csak azután derültek ki azok a nevezetes összefüggések, melyek nélkül az elektromosság elmélete és mibenléte sohasem volna éithető. Ennek a nagy munkának első és eredményes harcosa Ohm (1787—1854) volt, aki Erlangen- ben született s gyerekkorában édesapja lakatosműhelyében inaskodva, nagy kézügyességre tett szert, melyet később, kísérletei során, eredményesen tudott értékesíteni. Édesapja, aki maga is igen müveit ember volt, észrevette fia érdeklődését a tudomány iránt, tovább taníttatta s így Ohm rövidesen az erlangeni egyetem hallgatója lesz. Az egyetem kitűnő elvégzése után sokáig nem kap megfelelő állást. Magánintézetekben tanít, ahonnan csak 29 éves korában szabadul meg, hogy a kölni jezsuita-gimnáziumnak legyen tanára. Munkássága itt veszi kezdetét. Sok fáradság és nehéz küzdelem árán kísér­letileg is dolgozhat az iskola szertárában. Egymásután jelennek meg dolgozatai, melyekben az elektromossággal foglal­kozik. Legfontosabb dolgozata is, mely­ben a galván-elemekkel foglalkozva rájön arra a nevezetes összefüggésre, melyet Ohm-féle törvény néven isme­rünk, ebből az időből származik. A dolgozat nem részesül megfelelő fogad­tatásban. Nem veszik észre, hogy mi­lyen rendkívül jelentősek Ohm megál­lapításai. OAmnak továbbra is kemé­nyen kell harcolni, egyrészt a megfelelő állásért, másrészt felfedezésének elis­mertetéséért. Állandóan mellőzik egye­temi tanszékek betöltésénél. Akkor ugyanis Hegelnek és követőinek olyan befolyásuk volt, hogy Németországban tudományos állást csak az kapott, aki hegelianus volt. Vagyis csak az, aki hitte az ész mindenhatóságát s az egész világ értelmét, csak az ész meg­nyilvánulásaiban látta. Ez a gondol­kodás, mely materialista és kommu­nista filozófusok gárdáját nevelte,

egyáltalában nem volt rokon a természettudományi gondolkodással. Nem is hihette ezt a hegeli világnézetet Ohm, akinek egész munkássága pontos kísérleteken, értékes tapasztalatokon és számtalan megfigyelésen nyugodott. Bizony ezek sem voltak azok a sszép idők«, amikor egy eredményesen dolgozó s kitűnő eredményeket produkáló fizikus csak azért nem lehetett egyetemi tanár, mert nem volt hegelianus . . .

Ohm nagy felfedezését először Angliában méltányolják. A Royal Society nevében Wheatstone ír Ohmnak, hogy a Copley-érmet az 1841-ik évben neki ítélték. Most is, mint Róbert Mayer esetében, Anglia méltányolta először a német tudós felfedezését. Ezzel egyszersmind azt a prioritási vitát is eldön­tötte, melyet Schweigger indított Ohm ellen, jóllehet hosszú évek múlva írta csak le Ohm után a nevezetes összefüggést. Hamarosan Németország is rá-’ eszmél arra, hogy Ohm milyen nagy tudós és 1849-ben végre a müncheni egyetem tanszékhez juttatja a 62 éves tudóst. Nem sokáig élvezte az egyetemi katedra örömeit, de legalább öregkorában elérte állandóan hangoztatott vágyát és egyetemi tanár lett.

Ohm törvénye összefüggést állapít meg az elektromos áram elektro­motoros ereje (feszültsége), intenzitása és ellenállása között. Az összefüggés szerint az elektromotoros erő egyenlő az áram intenzitásának és a vezeték ellenállásának szorzatával.

Mielőtt tovább mennénk, foglalkozzunk kissé ezzel a három mennyiséggel. Az elektromotoros erő akkor jön létre, ha egy vezeték két pontjában különböző elektromos mennyiség van, vagy ahogy ezt ki szokták fejezni, két pont között potenciálkülönbség van. Ennek a potenciálkülönbségnek mérőegysége a Volt. Akkor van két pont között 1 volt potenciálkülönbség, ha az elektromos mennyiség egységét egyik pontból a másikba vive éppen 1 ergnyi munkát végezünk.

Az elektromos áram intenzitásán a vezető keresztmetszetén áthaladó elektromos mennyiséget értjük. Ha a vezető keresztmetszetén 1 másodperc alatt éppen egységnyi elektromos mennyiség halad keresztül, akkor az elektro­mos áram éppen 1 ampére-nyi. Mint látjuk tehát, az áram erősségének egységét ampére-nak nevezzük.

A harmadik mennyiség, amely az OAm-féle törvényben szerepel: az elektromos ellenállás. A tapasztalat azt mutatta, hogy valamely elektromos vezetőnek annál nagyobb az ellenállása, minél nagyobb a hosszúsága és minél kisebb a vezető keresztmetszete. De ez a megállapítás csak egy és ugyanarra az elektromos vezetőre vonatkozik. Ha más anyagból készítünk megfelelő vezetőt (drótot), azt tapasztaljuk, hogy ugyanakkora hosszúságú és keresztmetszetű vezető ellenállása aszerint lesz nagyobb és kisebb, hogy milyen anyagból készült a vezető. Ha mindenféle anyagból csinálunk egy 1 cm³-es kockát, akkor ezeknek a kockáknak elektromos ellenállása lesz az illető anyag fajlagos ellenállása. A fémek között az ezüstnek és a réznek legkisebb a fajlagos ellenállása, ezért is szeretik ezeket felhasználni elektromos szereléseknél. Az ellenállásnak reciprok értékét vezetőképesség­

nek nevezzük. Az elmondottak szerint láthatjuk, hogy az ezüstnek és a réznek vezetőképessége a legnagyobb.

Az elektromos ellenállás egysége az ohm. 1 ohm ellenállása van egy 106-3 cm hosszú és 1 cm² keresztmetszetű higanyoszlopnak 0° C hőmérsékleten és 760 mm higanyoszlopnak megfelelő légnyomáson. Természetesen ilyen ellenállás­egységeket nem igen használunk, mert ezek elkészítése és használata is igen nehézkes lenne. Ellenben olyan drótokból, melyek kis hőmérséklet­ingadozásra ellenállásukat nem igen változtatják, készítenek ellenállás-

150

sorozatokat, ahol az egyes ellenállások értéke más és más. Ilyen ellenállás­szekrényt elsőízben Ampere készített. Ezekben olyan ellenállásértékek vannak

a		i [b\	/ C \	2 5 / d íuWi	elhelyezve, amelyekből minden ellen­állásérték kikereshető. így van a szek­rényben 0-1, 0-2, 0’2, 0-5, 1, 2, 2, 5, b 10, 20, 20, 50, 100 stb. ohm ellenállás.
1 11				| If ]| na tehát pl. y2*7 ohmot akarunk hasz-
	A		©		nálni, akkor az 50, 20, 20, 2, 0-5, 0.2 ohm-oknak a dugóját kell kivennünk. Ugyanis a dugó két végéhez van hozzá­vezetve az ellenállás két vége. Ha min­den dugót beteszünk, akkor a vastag rézfelületen halad az áram keresztül, melyeknek ellenállása igen kicsi; ha ‘ pedig valamelyik dugót kivesszük, akkor az áram kénytelen keresztül
		Ellenállásszekrény.

menni a megfelelő ellenállású dróton is. így tehát adva van egy módszer arra, hogy megmérjük az ellenállást. Ugyanis az ismeretlen drót ellenállását összehasonlítjuk az ellenállásszekrény ellenállásával. Ha az áram mindkét esetben pontosan egyenlő, akkor az ismeretlen drót ellenállása egyenlő a kivett dugók által érvényesült ellen­állások összegével.

Elektromos méréseknél igen nagy szerepe van az ellenállásoknak. Mérési célokra ezért a legkülönfélébb ellenállásokat állítják össze. így van csúszó­ellenállás, ahol a drót hosszúságának változtatásával érjük el az elenállás- változást, de van karos ellenállás is,ahol nemcsak a drót hosszát változtatjuk, hanem egyúttal a drót vastagságát is.

Általában az a tapasztalat, hogy az elektromos áram, ha két vezetőn való átmenet közül választhat, akkor mindig a kisebb ellenállásún halad át a nagyobb erősségű áram (Kirchoff törvénye). Ez alól kivétel csak az emberi és állati test. Egyszer láttam egy elektromos szerelőt úgy szerelni, hogy csak két ujjúval ért az áramhoz, tehát az áramnak a két ujjnak megfelelő áram­körön kellett volna záródnia. Az áram azonban különösképpen nem ezen ment keresztül, hanem a szíven haladt át s a szerelőt megölte. Hiába volt az órákig tartó mesterséges légzés, az ember meghalt. Ezt figyelmeztetésnek szántam. Az elektromos árammal óvatosan kell bánni!

Rá akarok még arra is mutatni, hogy nem állja meg helyét az a tévhit sem, hogy csak a magasfeszültségű áramok veszélyesek, a közönséges 110 V-os városi világítási áram legfeljebb »megüti« az embert, de nem lehet tőle meg­halni. Igenis, veszélyes a városi világítási áram is! Ugyanis nem az elektromos feszültség öl, hanem a feszültség és intenzitás szorzata adja a veszélyesség fokát. Minél nagyobb érték ez a szorzat, annál veszélyesebb az áram. Vigyázni kell azonban minden elektromos áramnál, mert a hirtelen kapott elektromos »ütés«, amikor tehát nem számítunk rá, hamarabb okoz szívbénulásos halált. Ha el vagyunk készülve (lelkileg) az sütés«-r?, akkor semmiesetre sem olyan veszélyes. Ha tehát elektromos árammal dolgozunk, akkor húzzunk kezünkre gumikesztyűt, az jól szigetel és álljunk száraz talajra. Nedves kézzel sohase nyúljunk elektromos vezetékhez, mert a nedves test ellenállása kisebb, mint a szárazé, s így nagyobb lesz a rajtunk keresztülhaladó áram erőssége is; Legyünk tehát mindig óvatosak!

ELEKTROMÁGNESSÉG

Franklin.

Az elektromos áram mágneses hatásának felfedezésére a XIX. század teljesen megérett. A talaj már kitűnően meg volt munkálva és már csak a Szellem hiányzott, aki a meglévő adatokat rendezze s kimondja az elektro­mosság elméletileg és gyakorlatilag legfontosabb hatásának, a mágneses hatás­nak törvényszerűségét.

Franklin Benjámin (1706—1790) volt az elsők egyike, aki észrevette az áram mágneses hatását. Nem volt érdektelen ember ez a Franklin. Hazájának, Amerikának egyik legkitűnőbb fia, nagynevű diplomata, becsületes és jelle- mes férfi, kitűnő munkás, eredményes szervező, alkotó államférfi. Életének eredményes éveiből csak hét évet tudott fizikai tudományos vizsgálatokra szánni, de ez a hét év is elég volt arra, hogy alkotásaival nevét a fizika arany­könyvébe beírja.

Küzdelmes fiatalsága volt EranWínnak. Volt szappanos-, gyertyamártó- és nyomdászinas. Aztán lapszerkesztő és betűöntő lett. Rövidesen felismerik te­hetségét, képviselő lesz s mint ilyen, Ame­rika függetlenségének egyik legelszántabb harcosa. Aztán Pennsylvania főposta­mestere lesz, majd Philadelphiában ezred­parancsnok. A tudománnyal 1746-ban ismerkedett meg, midőn egy orvos barátja néhány elektromos kísérletet mutat be neki. Rövidesen Franklin is elektromos kísérleteket végez. Első eredménye egy elektromos sűrítő, melyet Franklin-tábla. néven ismer a mai diák. Nemsokára egy nagyjelentőségű gyakorlati berendezéssel gyarapítja a tudományos technikát: feltalálja a villámhárítót. Az áram mág­neses hatására akkor gondolt, midőn észrevette, ha leydeni palackokból álló sort kisütött, akkor a keletkezett szikra hatá­sára a kisülés közelében lévő nem mág­neses varrótű mágneses lett. Franklin ezt az értékes tapasztalatot nem tudta tovább fejleszteni s ezért a már vajúdó kérdés még tovább érett…

152

Franklint a politika elszólította a laboratóriumi kísérletektől. A politikába is belevitte azonban azt a tiszta idealista felfogását, mely egész lényét jelle­mezte. 1776—1783. években végzi legnagyobb küldetését, midőn hazája számára, mint meghatalmazott miniszter megszerzi Franciaország szövetségét s ezzel Amerika függetlenségét is kivívja. Párisból való hazatérését egész Amerika ünnepelte. Zászlódíszes diadalmenet fogadta, rövidesen Pennsyl- vánia kormányzója lesz. Mint kormányzó is a humanitás, szabadság, közéleti tisztaság ideális megvalósításáért küzd. Mikor 84 éves korában meghalt, egész Amerikában egyhónapi hivatalos gyászt rendelnek el, de minden amerikai polgár — függetlenül a hivatalos előírástól — lélekben is gyászolja egyik legnagyobb fiát, az igazi amerikai típus képviselőjét.

Franklinnak a leydeni palackkal végzett kísérletét a természet egy nagyvonalú kísérlettel 1731-ben megismételte. Az történt ugyanis, hogy egy wekefiedi kereskedő házába villám csapott be. A villám egy szekrényt ért, amelybe a kereskedő evőeszköze volt éltévé. Az evőeszközök egyrésze meg­olvadt, egy másik része viszont épen maradt. A kereskedő azonban azt is tapasztalta, hogy mind a megolvadt, mind az épen maradt evőeszközök mágnesesek lettek.

Ilyenféle eset még több fordult elő, sőt primitív kísérletek is történtek az áram mágneses hatásának felderítésére, de a jelenség lényegét csak 1820-ban tudta felderíteni Oersted dán fizikus (1777—1851). Apja gyógyszerész. Oersted szinte saját maga szerezte meg a megfelelő ismereteket, melyek birtokában rövidesen a kopenhágai egyetem orvosi karának hallgatója lesz. Itt magán- tanítással gyűjtötte össze azt a pénzt, amely a további tanulmányait lehetővé tette. A patikárus mesterség ugyanis akkor még nem jövedelmezett olyan jól mint napjainkban, tehát apja nem segíthette. 29 éves korában orvosdoktor s ekkor már igen komoly természetfilozófiai tanulmányokat is folytatott. Oersted érdeklődését a fizika iránt Volta elektromos oszlopa keltette fel. Ezzel a PoZta-féle oszloppal megismételte Volta kísérleteit s így megfelelő tudás birtokában Németországba indul tanulmányútra. Az itt eltöltött hat hónap alatt sokat tanul és sok értékes emberrel ismerkedik meg. Kopenhágába vissz- térve kinevezik a fizika professzorává. Most aztán egymásután jelennek meg kisebb jelentőségű munkái. Legnevezetesebb kísérlete ebből az időből az, mely a folyadék összenyomhatóságára vonatkozik. Piezométerével kimutatja, hogy 1 atmoszféra nyomással a víz eredeti térfogatának 46 milliomod részére nyomható össze. Ez a kísérlete nem volt hibáktól mentes, hiszen számításon kívül hagyta, hogy maga az edény, a piezométer, is tágul. Később más szerzők revideálták Oersted eredményeit.

Oersted számára a legnagyobb sikert az 1820-as év hozta, midőn észre­vette, hogy ha több sorbakapcsolt Volta-oszlop két sarkát összekötötte, akkor az így keletkezett elektromos áram hatására a mágnestű kitér eredeti irányá­ból. Első erre vonatkozó észlelését még az 1819. év végén tette, midőn egy, a nagyközönség előtt megtartott népszerű előadásában észrevette, hogy az elektromos árammal izzásba hozott platinadrót közelében lévő mágnestű kilengést végzett. Oersted és hallgatósága is nagy meglepetéssel vették észre ezt a különös jelenséget. Oerstednék ettől a naptól kezdve se nappala, se éj­szakája nem volt nyugodt. Folyton csak ezzel a jelenséggel törődött. Kísérle­tezett és gondolkodott. Végre 1820 júliusban megjelentetett értekezésében leírja az áram mágneses hatását.

Oersted egyszerre világhírű lesz. Franciaországba, Németországba, Angliába és Svájcba megy, előadásokat tart s mindenütt ünnepük. Hazája azzal tiszteli meg, hogy a Kopenhágába felállított műegyetem igazgatójává nevezi ki. Résztvesz hazájának és vallásának mozgalmaiban. Szabadelvű,

bátor nézetét mindig hangoztatta. Vallásossága közismert volt. Több mint 50 tudományos testület választotta tagjának. Királyok rendjelekkel halmoz­ták el. Neki pedig a legnagyobb örömet az a villa szerezte, melyet a dán nép ajándékozott neki 50 éves doktori működése ünnepén, jubileuma alkalmával. Ide akart szeretett családjával elvonulni s itt élni a harmonikus öregség meg­hitt, csendes óráit. A sors nem ezt akarta. 73 éves korában, nemsokkal az ünneplések után, meghalt. Dániában szobrai hirdetik nagyságát, de az egész világ fizikusai tudják, hogy legjobbjainak egyike Dániában fedezte fel az emberiségre olyan nagy jelentőségű mágneses hatást.

Ez a mágneses hatás tette lehetővé Faraday számára, hogy felfedezze az indukció törvényét, mely viszont az elektrotechnika nagyszerű alkotásait . hívta életre.

Meg is indult a kísérletezés szerte a világban. A fizikusok legdivatosabb kísérletei az elektromos áram mágneses hatására vonatkoznak. Ezeknek a kísérleteknek Mekkája azonban nem Kopenhága lett, hanem Páris, ahol Arago s főleg Ampere nagyszerű vizsgálatai a kérdés összes lehetőségeit meg­világították.

Arago (1786—1853) ugyanis 1820-ban Genfben járt, ahol látta Oersted kísérleteit. Hazajött Párisba s itt a nagyszerű felfedezést közölte a híres Ampére-rel. Arago és Ampere is dolgozni kezdtek az Oersted által mutatott irányban.

Arago tehetsége már fiatal korában mutatkozott, midőn saját szorgal­mából és segítség nélkül Lagrange és Laplace nehéz matematikai könyveit olyan jól megértette, hogy a politechnikumra szóló felvételi vizsgát 16 éves korában a legjobb eredménnyel teszi le. Tüzértiszt akar lenni. Franciaország­ban ezidőtájt a tüzértiszteknek nehéz matematikai stúdiumokat kellett elvégezni. Tanárai közül Legendre és Poisson voltak a leghíresebbek. Arago jóviszonyba volt mindkettővel ; igen sokat tanult tőlük. Aragot megszerették a politechnikumban. Rövidesen szakaszparancsnok s több igen bátor fellépésé­vel társainak megbecsülését és szeretetét is biztosítja. A politechnikum elvég­zése után Poisson a párizsi Obszervatórium titkári állását ajánlja fel Aragonak. Arago a csillagvizsgálóban sokat dolgozik, de legjobban a fénytörés kérdése foglalkoztatja. Biot-val közösen szép dolgozatokban írják le a gázak fénytöré­sének törvényszerűségét. Közben a francia akadémia által kezdeményezett fokméréseknek abbanhagyása Aragot és Biotot arra bírja, hogy megkérik az akadémia egyik tekintélyes tudósát, Laplacet, hogy ők végezhessék el a . Spanyolországban abbahagyott fokmérést. A 20 éves Arago el is indul Spanyol­országba, ahol a Disierto de las Palmas hegy csúcsán hat hónapig tartózkodott anélkül, hogy emberekkel érintkezett volna.

Szorgalmasan és pontosan végezte méréseit, melyeket egy hatalmas jegyzőkönyvbe írt bele. Aztán áttette székhelyét egy másik hegyre, közben azonban egy csinos kislánnyal volt regényes szerelme. A lány vőlegénye az akkori spanyol szokásoknak megfelelően Aragot tettéért halállal akarta meg­büntetni, de Arago ügyessége megmentette életét. Romantikus ismeretségbe esett egy rablóvezérrel is, aki barátságból biztosította Aragot, hogy járkálásai alkalmával soha nem fogják a rablók megtámadni. A vezér megtartotta szavát. Arago szabadon járt-kelt és soha nem történt semmi baja. A fokmérések befejezése után, midőn Biot már visszament Párizsba, Arago még ott maradt, hogy néhány kiegészítő mérést végezzen. A spanyolok ezidőtájt igen féltek a francia partraszállástól s Aragot is francia kémnek hitték. A feldühödött nép elől el kellett szöknie. Fogságba került. A regényszerű bonyodalmaknak aztán se vége, se hossza. Csónakon megy Spanyolországból Algírba, ahol engedélyt szerez, hogy egy spanyol hajóval, hamis útlevéllel Marseillebe menjen. Nem

154

jut el Marseillebe, mert egy kalózhajó feltartóztatja őket. További küzdelmek veszik kezdetüket. Halálos veszedelmekből szerencsésen megszabadul, éhezik, ismét Algírba kerül sok-sok szenvedés után. Több mint egy évi fogság után ismét elindul Franciaország felé, ahová kisebb incidensek után (angol hajó feltartóztatása) meg is érkezik.

A francia tudományos körök nagy örömmel fogadják Aragot, kinek ész­lelési jegyzőkönyvei igen értékes és pontos eredményeket szolgáltattak. Ennek alapján rövidesen tagja lesz az akadémiának is a »már« 23 éves tudós. Már, mint akadémiai tagot, behívják katonának. Nem megy. Végre is megüzeni tábornokának, hogy az akadémia zöld frakkjában fog masírozni. A tábornok erre Napóleontól való félelme miatt — hiszen Napóleon is tagja volt a halhatat­lanok gyülekezetének — elállóit a behívástól.

Mindenki azt hihetné, hogy Arago most nyugodtan dolgozik. Nem. Már vérében van a nyugtalanság s így országról-országra járja a tudományos inté­zeteket. Ahol valami érdekes tudományos esemény történik, oda Arago biz­tosan elmegy. Ő az egyes nemzetek tudósai között az összekötő kapocs. Rend­kívül szereti a tudományt, senkire se féltékeny, mindenkinek segítségére van. Meg is szeretik ezt a kedves, okos fiatalembert mindenütt. Egymásután tagja lesz Európa összes akadémiáinak. Rövidesen a francia akadémia is titkárrá választja és egyetemi tanár lesz.

Tudományos munkássága először a fény aberrációjának érdekes jelensé­gére szorítkozik, de rövidesen jelentős szerepet játszik az emissziós fényelmélet és hullámelmélet vitájában, ahol Arago az utóbbi mellett foglal állást. Ugyan­csak jelentősek azok a kísérleti megállapításai, melyeket & fény-polarizációval végzett, felfedezve a színes polározás érdekes jelenségét. Megcsinálja a mai fizikának és az orvostudománynak egyaránt jelentős eszközét, a polarimétert, mellyel egyes anyagok forgatóképességét mérik. A fénysebesség meghatáro­zására is ad érdekes támpontokat. Végül az elektromágnesség jelenségével foglalkozik Oersted genfi előadásának hatására. Arago Oersted kísérletei beren­dezésével kimutatja, hogy az árammal átjárt vezető a vasreszeléket éppen úgy magához vonzza, mint a mágnes. Amint azonban megszűnik az áram, meg­szűnik ez a mágneses hatás is.

Nagyjelentőségű felfedezés a forgó-mágneses hatás megismerése is, mely Faraday indukciós kísérlete előfutárjának tekinthető. Arago ott állott tehát az áram mágneses hatásának teljesen szigorú törvényszerűségének és az indukció jelenségének megismerése előtt, de az utolsó lépést már nem tudta megtenni.

Jelentős vizsgálatokat végzett Arago a csillagászatban és meteorológiá­ban. Résztvett a hang terjedési sebességének a francia akadémia által végre­hajtott pontos meghatározásában. Becsesek Aragonak azok a beszédei is, melye­ket mint a francia akadémia titkárja tartott egyes elhúnyt nagy fizikusok fölött.

Részt vett a politikai életben is. Napóleon igen szerette Aragot. Napóleon bukása után ketten Amerikába akartak menni, hogy ott csak a tudománynak éljenek. Az angolok azonban közbeléptek s Napóleont Szent Ilona szigetére vitték. Arago Franciaországban marad. Hiába kap fényes anyagi ajánlatot az orosz cártól, nem hagyja el Franciaországot, mondván, akárhogy is nem szeretik az »új« Franciaországban, annyi helye mindig megmarad, ahova a teleszkópját felállítja. Boldogsága akkor pedig biztosítva van.

Tengerészeti, majd hadügyminiszter is lesz. Ez a kormány törli el a halál­büntetést. Republikánus felfogását állandóan hangoztatta s Amerikát tar­totta a tökéletes állam ideáljának.

Ideális ember volt. Tudományért és eszmékért harcolt. Szervezett, tevé­kenykedett állandóan. Az anyagi javakat megvetette, a pénz nem érdekelte.

155

Ampere.

Sem miniszteri, sem képviselői fizetését soha fel nem vette, tudományos állá­sának szerény jövedelme bőven elég volt számára. A XIX. század egyik leg­nagyobb jelentőségű alakja volt, ámbár tudományos jelentősége talán még nagyobb volna, ha nem foglalkozott volna annyi mindennel és mindig olyan lelkiismeretesen. De ha nem lennének is nagy tudományos eredményei, neve akkor is fennmaradna, mert ő volt az, aki egyik nemzet tudományos ered­ményét a többivel megismertette. így például neki köszönhetjük, hogy ■Oersted nagy felfedezését követő három hónap után már Ampere új eredmé­nyeket terjeszthet a francia akadémia elé, amelyek alapján az egész mágneses hatás kérdéskomplexuma leegyszerű­södött és véglegesen tisztázódott.

Ampere (1775—1836) még gyermek volt, mikor nagy mohósággal elolvasta apja könyvtárának minden kötetét. Még a Diderot és D’Alembert nagy enciklopédiáját is elolvasta az »a« betű­től a »z« betűig. Még nincs 13 éves, midőn Euler és Bernoulli matemati­káját tanulmányozza, még pedig ere­deti latin nyelven. Aztán is a mate­matika marad legkedvesebb tudomá­nya. A valószínűség-számítással fog­lalkozva, megírja a kártyajáték mate­matikáját. Ez a könyve hívja fel Lalande figyelmét Amperre, akinek révén rövidesen a párisi politechnikum tanára lesz.

Ampere itt kezdi meg azokat a kísérleteit, melyek az elektromos áram mágneses hatására vonatkoznak. Min­denekelőtt megállapítja, hogy az áram­mal átjárt vezető körébe elhelyezett mágnestű merre tér ki. Ampere áram­szabálya így hangzik: Ha az áram irányában egy úszó embert képzelünk,

aki a mágnestű felé tekint, akkor a mágnestű északi sarka ennek embernek balkeze felé fog kitérni.

Rövidesen megállapítja az árammal átjárt vezetőknek egymásra gyako­rolt hatását is.

az úszó

A jelenséget úgy magyarázza, hogy az elektromos áram is mágneses teret létesít maga körül. Ez ki is mutatható vasreszelék által.

Rövidesen megszerkeszti a galvanometereket, melyekkel az elektromos áram intenzitását mágneses hatás alapján lehet meghatározni. Ez az Ampére- féle galvanométer köralakú vezetőből áll, melynek közepében egy mágnestű van elhelyezve. A tű kitérésének nagysága annál nagyobb, minél nagyobb a köralakú vezetőn keresztülhaladó áram.

Rájön a szolenoidok egyszerű törvényére is. Ha egy drótból spirális teker­cset készítünk s ebbe elektromos áramot vezetünk, akkor ez a szolenoid úgy viselkedik, mint egy mágnes, tehát pl. megfelelő felfüggesztés esetén beáll az északi-déli irányba.

A szolenoid maga körül mágneses teret létesít. Ha ilyen szolenoid bel­sejébe lágyvasat teszünk, az mágneses lesz, mikor a szolenoidon áram megy keresztül, viszont azonnal elveszti mágnesességét, ha az áram megszűnik.

156

• r <1

Az árammal átjárt tekercs (szo- lenoid) mágneses teret létesít.

A mai ipar által felhasznált elektromágnesek tehát Ampere egyszerű vizsgá­lataiból jöttek létre.

Ampere vizsgálataira a koronát a mág- nesség elméletével tette rá. Ez az elmélet egészen addig volt érvényben, míg az elektron­elmélet tana nem lett ismeretes.

Ampere kitűnő tudós volt, de nem volt jó tanár. Diákjai nem a nagyszerű tudóst tekin­tették benne, hanem a szórakozott és félszeg embert, kinek előadásain kitűnően lehet szórakozni.

Filozófiára hajlamos, vallásos lélek volt. Ennek tulajdonítható, hogy öreg korában már a fizika legnagyobb veszteségére nem foglal­kozott ezzel a tudománnyal, csak az összes tudományok osztályozásának kérdése foglal­koztatta. Milyen szomorú sors egy kiváló

alkotó számára olyannal foglalkozni, ami végleges és megnyugtató ered­ményt sohasem hozhat!

Ampere után az elektromos áram mágneses hatásának pontos mate­matikai összefüggését Laplace, Biot és Savart írták le és törvényük pontosan egybefoglalja mindazt, amit erről az értékes jelenségről tudunk és tud­nunk kell.

s£.í “3

FARADAY

Korunk egyetemes jellegét a gépeknek eddig soha nem látott hihetetlen nagy mértékben való alkalmazása adja meg. Igaz, minden kornak megvoltak a maga gépei, hiszen az ó-kor nagyszerű, monumentális épületeinek létesítése gépek alkalmazása nélkül el sem képzelhető. A mai gépektől az ó-kor gépei azonban lényegben is különböznek, ugyanis az ó-kori vagy egyszerű gépek csak emberi, vagy állati erőnek megsokszorozását célozták. Az emelőnek, csa­varnak, vagy különböző csigasoroknak alkalmazása csak azért történt, hogy pl. egy súlyt, melynek felemeléséhez mondjuk öt emberre volt szükség, egy csigasor alkalmazásával egy ember is könnyen felemelhessen.

A korok változnak, a tudomány alakul, az emberiség fejlődik és a XVIII. és XIX. század technikusának már legfőbb törekvése az volt, hogy a termé­szet szolgáltatta energiáknak — szélnek, víznek, tűznek — minél nagyobb mértékben való kihasználása lehetővé váljék. Ezen energiák kihasználását szélmotorok, turbinák, gőzgépek és gázmotorok alkalmazása tette lehetővé, így azonban ipari központoknak természetesen ott kellett alakulniok, ahol megfelelő természeti erő állt az ember rendelkezésére. Ez nagy kényelmetlen­séget jelentett, de sok esetben még megoldhatatlan feladatok elé is állította az ipari központot létesítő társaságokat.

A múlt század utolsó évtizedei óta tudjuk csak a szél-, víz- és hőmotorok szolgáltatta energiát — elektromotorok segítségével — elektromos energiává átalakítani, az energiának ezt a fajtáját nagyobb veszteség nélkül — transz­formátorok alkalmazásával — nagy távolságokra elvinni és így a természet energiáit az energiák lelőhelyétől messze is értékesíteni. Hogy elektromoto- raink, transzformátoraink oly kiválóan teljesítik a rájuk bízott feladatokat, azt elsősorban minden idők legkiválóbb kísérleti fizikusának, Faradaynak köszönhetjük.

Faraday 1791-ben született a London melletti Newington Butts helység­ben. Az írni-olvasni tudást elsajátítva, Londonba ment könyvkötő inasnak. A kötésre kerülő könyvek közül sokat elolvasott és ilymódon képezte magát. Érdeklődése a természettudományok felé vonzotta, így kerül az egyszerű könyvkötőinas az akkor már világhíres Sir Humphry Davynek — a Royal Institution akkori igazgatójának — népszerű előadásaira. Davy előadásairól jegyzeteket készít és ezt egy alkalommal Darunak bemutatja, aki felismeri a nem mindennapi tehetséget és meghívja asszisztensének. Ezzel Faraday sorsa eldőlt. Azt a pályát választotta, amelyen Eötvös szerint »elég magasan terem­nek a babérok arra, hogy azokat csak az igazán erős szakíthassa le«. Faradayra

158

Faraday.

vonatkoztathatók legjobban Condorcet szavai: »Középszerűségeket lehet nevelni, a kiválóságok önmagukat nevelik.« Faradayt tehát Istenadta fényes tehetsége, jó megfigyelőképessége és kitartó szenvedélyes szorgalma juttatta a legnagyobb természettudósok fényes sorának legelejére. Faraday el is ért minden babért, amely a kutató búvár számára elérhető. Nézeteit nem befo­lyásolta senki, hiszen teljesen auto­didakta volt. Talán ez a nagy ered­mények titka … Ki tudja, nem veszett volna-e el sok értékes megismerése, ha a kor vezetőszellemeinek nézetét előre ismeri ? . . .

Kutató munkáséveinek első idő­szakában főként kémiai vizsgálatokat végzett. Erre az időre esik a szénsav, sósav, ammóniák, klór cseppfolyósí- tása, melyen Davyvál együtt dolgozott. Ugyancsak ebben az időben fedezi fel a benzolt, a kémiai technológiának ezt az igen fontos anyagát. Nemsokára a Royal Society megbízásából olyan üve­gek készítési módját teszi vizsgálatai tárgyává, melyek optikai célokra is alkalmasak.

1829-ben — már mint a Royal Institution laboratóriumának igazgatója — kezdi meg elektromos és mágneses vizsgálatait, melyek során felfedezi az elektromos és mágneses indukciót, a modern elektrotechnika — nyugodtan mond­hatjuk — legfontosabb felfedezését.

Már 1820-ban ismertté vált Oersted felfedezése, mely szerint az elektromos árammal körüljárt tekercs a közelébe he­lyezett mágnestűt egyensúlyi helyzetéből kimozdítja. Arago, Ampere, Biot és Savart későbbi vizsgálatai kiderítették, hogy az elektromos árammal átjárt tekercs éppen úgy viselkedik, mint egy mágnes. Tehát az áramátfolyta tekerccsel ugyanazok a kísér­letek végezhetők el, mint a mágnesrúddal. Nézzük csak egyik legfontosabb mágneses kísérletét. Helyezzünk egy mágnesrúd fölé papírlapot s hintsünk a papírlapra finom vasreszeléket, akkor a vasreszeléknek a papírlapon való elhelyezkedése bizonyos görbék mentén történik, amely görbék a mágnesrúd által a vasreszelékre ható erők irányát mutatják, miért is ezen görbéket a mágnesrúd által keltett mágneses tér erővonalainak hívjuk. Végezzük el ugyanezt a kísérletet egy áramátjárta tekerccsel s ugyanezt fogjuk tapasztalni. Minél nagyobb a tekercs menetszáma és a tekercsen áthaladó áram intenzitása, annál ^nagy°hb lesz ez a mágneses hatás. Faraday már most arra a kérdésre keresett feleletet: ha az elektromos áram mágnességet kelt, vájjon a mágnesség és így az

elektromos áram nem kelt-e valami módon elektromos áramot? Hogy a kérdésre biztos feleletet adhasson, megkérdezte a természetet s evégből összeállította a következő kísérletet. Egy tekercs két végét egy galvanométer két sarkával kötötte össze. Mivel a tekercs és galvanométer alkotta körben áram nem kering, a galvanométer tűje nyugalomban marad. Vegyünk most egy mágnesrudat — úgy, mint Faraday tette — s közelítsünk vele a tekercshez ; azt fogjuk látni, hogy a galvanométer tűje — jelezve, hogy a galvanométer s a tekercs alkotta körben áram van — kilengést mutat. Távolítsuk most a tekercstől a mágnes­rudat, akkor a galvanométer az előbbivel ellenkező irányú áramot jelez. Ha megfordítjuk a mágnest, — azaz a két sarkot felcseréljük — akkor közelí­téskor kapunk olyan áramot, mint előbb a távolításkor és viszont. Hagyjuk nyugalomban a mágnest, — akármilyen közel is a tekercshez vagy akár a tekercs belsejében — azt fogjuk tapasztalni, hogy a galvanométer tűje nem jelez áramot, nyugalomban marad. Ugyanezeket a jelenségeket fogjuk tapasz­

talni akkor is, ha a mágnesrúd helyett egy áramátjárta tekerccsel végezzük el ezeket a kísérleteket. Kísérletei közben azt is tapasztalta, hogy ha egy galvano­méterrel összekapcsolt tekercs közelébe helyezett egy elektromos telepekkel összekötött másik tekercset s ez utóbbi tekercs áramkörét zárta, — ámbár a tekercs nyugalomban volt — a galvanométer mégis kitérést mutatott. Ellen­kező volt a galvanométer kitérése, ha az áramkört nyitotta.

Az így létrejött jelenségeket aszerint, amint azt mágnessel vagy elektro­mos árammal átjárt tekerccsel hoztuk létre ; mágneses vagy elektromos induk­ciónak nevezzük. A mágnes, illetőleg az áramátjárta tekercs közelítésekor, távolításakor az áram nyitása vagy zárásakor keletkezett elektromos áramot indukált elektromos áramnak hívjuk.

További kutatásaiban Faraday az önindukció néven ismeretes jelen­ségeket tette vizsgálat tárgyává. Az önindukció jelensége — mint ismeretes — abban áll, hogy ha egy tekercsbe elektromos áramot vezetünk, akkor ezzel az ú. n. gerjesztő elektromotoros erővel szemben fellép egy ellenkező irányú elektromotoros erő, mely — természetesen — az áramerősség változásának késését eredményezi. Ezt az ellenkező irányú elektromotoros erőt önindukció­nak nevezzük. Az önindukció tehát — mint látjuk — az áramerősség gyors felléptét késlelteti — mintegy lefojtja, ezért a nagy önindukcióval bíró teker­cseket ellenállásként, mint fojtótekercseket is használhatjuk.

160

Kísérletei alapján kimondotta, hogy mindannyiszor indukció jön létre, ahányszor a mágneses vagy elektromos erővonalak számában változás áll be. Később mennyiségileg is kimutatta, ha valamely tekercs belsejében az erő­vonalak száma megváltozik, akkor ez az erővonalszámváltozás olyan elektro­motoros erőt idéz elő, melynek nagysága egy bizonyos menetszámú tekercsnél az egy másodperc alatt létrejött erővonalszám megváltozásától függ.

Bármilyen módon változtatjuk is meg tehát az erővonalak számát, Faraday fenti általános érvényességű törvénye következtében ott elektro­motoros erőnek kell keletkeznie. Ezzel a törvénnyel már a különböző gépek szerkesztésének módját is megadta. így pl. ha úgy hozunk létre az erővonalak számában változást, hogy az erővo­nalak sűrűsége közben ne változzék, azaz a tekercs helyzetének változta­tásával hozunk létre erővonal szám­változást, eljutunk a váltakozó áramú­ős, dinamógépek élvéhez ; viszont ha az erővonalak sűrűségének megváltoz­tatásával hozzuk létre az erővonalak számának megváltozását, akkor a transzformátor élvéhez jutunk.

A fenti elvek szerint váltakozó­áramú gépet először Jedlik Ányos budapesti bencés egyetemi tanár szerkeszt, aki felismeri és kimondja a dinamóelvet is. Az akkori rossz ma­gyar tudományos viszonyok követ­keztében Jedlik fontos találmányai feledésbe mentek és így történhetett csak meg, hogy a váltakozó áramú és dinamógépek feltalálását a külföld Siemensnek tulajdonítja, jóllehet Jedlik legalább tíz évvel előzi meg ezeket. Transzformátort először Gau-

lard szerkeszt 1883-ban; transzformá­

torának igen nagy hátránya, hogy az áttétel 1 : 1 volt és így nagyfeszültségű áramból kisfeszültségű áramot csak úgy tudott létrehozni, hogy transzformá­

torainak primer tekercseit sorba kapcsolta. A szó szoros értelmében vett első transzformátort a magyar Zipernovszky, Déri és Bláthy szer­kesztették. ► h

Faradaynak ez a nagyszerű kí­sérlete szülőanyja a mindnyájunk életét kényelmesebbé tevő technikai tudományoknak, mint a villany­világítás, telefon, táviró, elektromos vasút, röntgengépek, rádió, távol­balátás stb., stb.

Csodálkozva állhatunk meg te­hát, hogy egy ilyen egyszerűnek és szerénynek látszó felfedezésből — mint az elektromos (és mágneses indukció — mennyi fontos és nagy-

Az első transzformátor, melyet Zipernovszky, Déri és Bláthy terveztek.

szerű találmány keletkezett alig száz esztendő alatt. Csodálkozásunk, elis­merésünk és hálánk az indukció felfedezőjéé, Michael Faradayé, aki felfe­dezésével az elektromosság korának kezdetét 1831-ben állapította meg. További kutatásai során

Déri Miksa. Bláthy Ottó Titusz.

dönti az akkor divatos elektromos távolhatás elméletét. Faradaynak az elektromos és mágneses erőtérről alkotott felfogásait pontos matematikai formába Maxwell öntötte, aki megalkotta a Faraday—Maxwell-íé\e elektromágneses fényelméletet, mely szerint az elektromosság is, mint a fény, hullámokban terjed tova. Foglalkozott Faraday az elektromos áram vegyi hatásával is. Vizsgálatainak eredménye az elektrólysis azon két törvénye, amelyeket ^Faraday két törvényen néven ismer a fizika. Az egyik törvény meg­állapítja, hogy bizonyos áram valamely elektrolytből az áramlás idejével ará­nyos mennyiségeket választ el. Ugyancsak kísérleti vizsgálatok alapján szö- vegezi meg a második törvényt is : ugyanaz az áram különböző elektrolytekből kémiailag aequivalens mennyiségeket választ le. Tehát annyi grammot, amennyi annak molekulasúlya. Ezen vizsgálatai során megszerkeszti a voltaméiért, mely az áram erősségét az egy másodperc alatt fejlődő gázak mennyiségével méri.

Hogy az áram kémiai hatásának jelenségei könnyebben érthetők legye­nek, új kifejezéseket vezet be. Az ő elnevezései a következő, ma már általá­nosan használt szavak: elektród, elektrólysis, katód, ion, anód, kation, anion.

A Volta-oszlop működését helyesen kémiai hatással magyarázza. Faradaynak ez az álláspontja igen nagy és széleskörű vitát indított el, melyből aztán a Faraday-féle felfogás került ki győztesként.

Felfedezi és megmagyarázza az elektrotechnikában jól ismert ú. n. extra-áramokat is. Egyes anyagok mágneses térben való viselkedésének tanul­mányozása közben jön rá arra, hogy minden testnek van mágneses tulajdon­sága. így felosztja az anyagokat paramágneses tulajdonságúakra (vas, vas­tartalmú anyagok), melyeket a mágnes vonz és diamágneses tulajdonságúakra (réz, üveg, állati test), melyeket a mágnes taszít. Hogy milyen részletekre is kiterjedt Faraday munkássága *s érdeklődése, elmondom, hogy évekkel ezelőtt az izom mágneses viselkedésének kérdésével foglalkoztam egy barátommal közösen. Mint ilyenkor szokás, átnéztük az irodalmat és megdöbbenéssel Koczkás Gyula: örök törvények. 11

tapasztaltuk, hogy már Faraday gondolt az izom mágneses tulajdonságainak kikutatására és kísérleti eredményei meg is egyeztek az általunk végzett kísér­letek eredményeivel.

A mágnességnek és a polarizált fénynek egymásra való hatását tanulmá­nyozva felfedezi, hogy a mágneses térbe helyezett anyagok a rajtuk keresztül haladó fény rezgési síkját elforgatják. Ez a Faraday-ejfektus néven ismeretes kísérlet a modern fizikában olyan nagy szerepet játszó Zeemann-effektus elő­futár jának tekinthető.

Még sok olyan vizsgálata ismeretes Faradaynak, melyek a fizika részlet­kutatásaiban nagy fontosságúak, de ezeket már meg se említem, hiszen az itt felsorolt nagy tevékenység is elegendő arra, hogy ezt a nagyszerű munkás életet jellemezzük általuk.

Ami a fizikai kutatásoktól távol esett, az lehetett neki kedves és szép is, de semmiesetre sem lehetett számára olyan fontos, mint a kísérleti megismerés. Boldog és hosszú házassága ennek az eredményes életnek csak nagyszerű keretet adott. Kitüntetések és címek nem érdekelték. Nem jelentett 1 észére semmi különöset sem az angol, sem a francia vagy firenzei akadémiák tagsága. Mikor a Royal Society elnökségére — mely a legnagyobb megtiszteltetés angol kutató részére — felkérték, szerényen elhárította magától a kitüntetést, mondván, hogy őt e díszes állás hátráltatná tudományos búvárkodásában.

Faradaynak, mint kísérletező kutatónak legszebb vonása, hogy a tudo­mányt rögtöni alkalmazhatóságra való tekintet nélkül művelte. Alkotásaival — melyeknek inkább kísérleti és elméleti eredményei érdekelték — mégis hosszú évek során nemcsak kultúrát teremtett, de a modern ember életében olyan fontos civilizációt is rendkívüli módon fellendítette. A múlt század utolsó éveitől kezdődőleg a mai napig mind több és több azon találmányok sora, melyek az ember életének megkönnyítését éppen a Faraday-a.dta utakon igyekeznek megvalósítani. Faraday számára tehát nem volt fontos, hogy valami hasznos felfedezést tegyen, de hajtotta az a jogos kíváncsiság, mely az Igazság keresésére irányult. Faradayra igazán ráillenek Br. Eötvös Loránd szavai: »A tudományban haladni csak az tud, aki az igazságot magáért az igazságért és nem mellékérdekből keresi.« ű azért kutatott, hogy kielégítse nemes emberi kíváncsiságát. Ezért adott fel olyan sokféle kérdést a Természet­hez és mert kérdései értelmesek voltak, azért kapott olyan egyszerű fele­leteket.

Faraday életével is példát mutatott arra, hogyan kell különböző körül­mények között megfelelően viselkedni. Csak egy példával igazolom állításom helyességét: egyízben megkérdezték, hogyan tanítsák az iskolákban a ter­mészettudományokat és mikor kezdjék meg ezek tanítását. Faraday válasza ez volt: »Előbb hosszú ideig megfigyeléseket kell végeznem és ha már ele­gendő tapasztalattal rendelkezem, megmondom véleményemet.*

Igaz ember volt. Mindenkinek segíteni akart. Irígyei sohasem voltak. Ha valaki kéréssel fordult hozzá, biztos lehetett a tökéletes elintézésben. Vitája nem volt soha senkivel. Harmonikus, szinte azt mondhatjuk, töké­letes, boldog életet élt.

XXII.

ELEKTROMOSSÁG A GYAKORLATBAN

1.

A VILLAMOS VILÁGÍTÁS.

Legrégibb időkben a sötétség beálltával azt a világosságot használták, amit a tűz adott. Nem is olyan régen még f alvainkban is ilyen világítás mellett végezték esti foglalkozásukat az emberek. Ezekről szól Arany János a »Családi kör«-ben, mikor kukoricái osztásnál

»… héjjából időnként tűzre tesznek sokat, Az világítja meg, gömbölyű arcokat.«

Igen természetes azonban, hogy ez a svilágítási mód« nem elégítette ki az igényeket és már az egyiptomi népek közt is akadtak olyanok, akik meg­kezdték a mécsesek használatát: különböző állati és növényi zsírokat és ola­jokat égettek el kanóc segítségével.

Ugyancsak még az ókorban jöttek rá arra, hogy zsírt vagy olajat kanóc közé lehet fagyasztani. így jöttek létre a gyertyák, melyeknek első meg­jelenési formája a szurokkal és viasszal átitatott lenfonat — fáklya — volt. Krisztus után 300 körül már viasz- és faggyúgyertyák is ismertekké váltak.

Az általunk már annyira lenézett petróleum-világítás általánosítására 800 körül történtek az első kísérletek, de a petróleumlámpákat először csak az 1800-as évek elején használták Galíciában.

Alig telt el néhány esztendő és V. Murdock angol mérnök felismerte a kőszénből előállítható gáznak világítás céljaira való használhatóságát és már az 1814-ik esztendőben az általa alapított gáztársaság látta el London utcai világítását is. Budapesten világítógázt 1850-ben kezdenek először gyártani. A világítás fejlődésében ezt a kétségtelenül óriási lépést 1885-ben K. Auer osztrák mérnök tökéletesítette, aki különféle fémek hamujából olyan csonka­kúp alakú vázat — az úgynevezett Auer-féle harisnyát — készített, mely a világító gáz lángjában vakító fehér izzásba jön és így igen erős fehér fényt bocsájt ki magából. Alig pár éve csak, hogy városaink házaiból eltűntek ezek az Auer-égővél felszerelt gázlámpák, hogy átengedjék a helyet a modern idők minden igényt kielégítő világítási eszközének, a villamos világításnak. Mielőtt erről a villamos világításról beszélnénk, megemlítem a gáz világításnak egy másik formáját, az acetylen-gázvilágítást. Ennek meghonosítását erősen gátolta egyrészt az, hogy könnyen robban és így kezelése óvatosságot követel, de talán ennél is inkább az a körülmény, hogy a villanyvilágítás már kezdett meghonosodni akkor, amikor megfelelő acetylen-gáz égőket — karbidlámpákat

11*

164

— tudtak szerkeszteni. A karbidlámpa pedig természetesen nem bizonyul­hatott versenytársnak.

Azt hisszük, nem tévedünk, ha a villamosvilágítás első tényének H. Davy- nak egy a XIX. század kezdetén elvégzett kísérletét tekintjük. Davy kétezer galvánelemet kapcsolt össze és az így nyert telep mindkét sarkához egy-egy szénpálcikát kapcsolt. A két szénpálca csúcsait összeérintette, azután lassan eltávolította egymástól és azt vette észre, hogy a várt szikra helyett egy foly­tonos erős fény keletkezett, az úgynevezett elektromos ívfény. A kísérletet úgy magyarázzuk, hogy az áramforrás bekapcsolásakor a két széncsúcs csak lazán érintkezett egymással és így olyan nagy volt elektromos ellenállásuk, hogy a két érintkező szénvég izzásba jött. De az áram akkor se szakad meg, ha a két széncsúcsot egymástól kissé eltávolítjuk, mert a z izzó levegő, de különösen a keletkező széngőzök szintén vezetik az áramot. Ezenkívül az áram pozitív sarkával összekötött széncsúcsról még igen apró szénrészecskék is leválnak, melyek az árammal haladnak a negatív széncsúcs felé. (A pozitív széncsúcson azért van a kráterszerű bemélyedés, a negatív széncsúcs viszont ezért csúcso­sodik ki.) A szenek ezen oknál fogva természetesen bizonyos idő alatt elhasz­nálódnak, pedig itt nem egyszerű égésről van szó, hiszen az ívfény attól a nagy­feszültségű áramtól származik, mely a két széncsúcs közti levegőréteget áthidalja. Ebből az is következik, hogy ha a két széncsúcs közötti távolság — fogyásuk következtében — egy bizonyos nagyságot elért, az ívfény kialszik. Tehát az ívfény útján világító berendezéseinket — az ívlámpákat — kezelni kell. A két széncsúcsot mindig a kívánt távolságra kell egymástól tartani, így azután szép, egyenletesen világító ívfényt kapunk. ívfénnyel először 1858-ban világítottak a Themse-híd alapozási munkálatainál. Azóta az ívfény a nagy terek, utcák stb. kivilágításánál a legutolsó időkig igen nagy szerepet játszott. Általános elterjedése csak akkor vált lehetségessé, amikor felfedezték az automatikus regulatort. Ez olyan készülék, amely a két szénrudat mindig a kívánt távolságban tartja. Az ívlámpák használhatóságát erősen befolyá­solja a költséges üzem. A szénrudak 12—16 óra használat után elpusztulnak, azokat újakkal kell pótolni, ami természetesen emberi erővel történik és így az üzemet drágítja. 1919 körül sikerült a szenek életét kb. 150 órára meg­hosszabbítani azáltal, hogy az egész ívlámpát egy olyan edénybe helyezték el, melybe a levegő csak igen lassan szivároghatott be és így az égéshez szükséges oxigén kevesebb lévén, a szénrudak elégése is lassúbbá vált. A világításra hasz­nált ívlámpák kb. 700—1000 gyertyafényt adnak. Áramfogyasztásuk gyer- gyánként kb. % watt. Gyertya alatt itt Zfe/ner-gyertyát értünk. A Hefner- gyertya az a fényforrás, melyben egy 8 mm keresztmetszetű kerek bél amylace- tátba ér és ez meggyujtva 40 mm magas lánggal ég. Legújabban használatos nemzetközi gyertya kb. 1-11 ZZe/ner-gyertyának felel meg.

Izzólámpával való világításnak alapgondolata is H. Davyé. (5 mutatta ki, hogy egy vékony széndarabot izzóvá tehetünk, ha elegendő erős áramot vezetünk rajta keresztül. Egy baj volt csak : ez a széndarab a levegőben igen gyorsan elégett. A feladat tehát adva volt: meg kell akadályozni a szén gyors elégését és lesz egy világításra alkalmas eszközünk. A legegyszerűbb mód arra, hogy a szénszálacska elégését megakadályozzuk, az, ha abból az edényből, ahol a szén izzitása végbemegy, a levegőt teljesen kizárjuk. Ekkor ugyanis nincs oxigén, nem lehet tehát égés se. így voltak berendezve az első izzólámpák vagy »villanykörték«, amelyekbe, mint ritkított levegőjű üvegedényekbe, igen vékony elektromos vezető szálak vannak beforrasztva. Minél nagyobb ezen szálon keresztül haladó áram erőssége és minél magasabb a szál hőfoka, annál nagyobb fényességet ad. A villamos izzás tartóssá tételét csak 1880-ban sikerült Edisonnak megoldania. Az Edison-iéle izzólámpában vékony patkó-

165

I b

¹

F

Edison.

hőfoka 2500° C és 1 watt 16 lumen

S* A.

-X

,r_

.*

%

alakú szénfonál van egy körtealakú edénybe helyezve, az edényből a levegő pedig ki van szivattyúzva. Minél vékonyabb a szénfonál, annál hamarabb izzásba jön, de vékonysága mellett a különböző rázkódtatásokat is el kell viselnie. Edison, fonálként, cukor­oldatba áztatott elszenesített bam­buszrostokat használt. Ma ezek he­lyett a szénszálas körték helyett fém­szálas körtéket alkalmaznak. Vannak wolfram, ozram, tantál, ozmium stb, izzólámpák. A gyárak a különböző szálak előállításánál azon vetélked­nek, hogy egy izzólámpa minél ol­csóbb legyen, minél erősebb fényt szolgáltasson, minél kevesebb áramot fogyasszon és minél hosszabb ideig világítson.

Hogy Edison első próbálgatása óta mennyit fejlődtek ezek a lámpák, kitűnik abból, hogy míg az Edison-íéle szénszálas lámpa szénszálának hőfoka 1850° C volt és 1 watt kb. 3 lumen fényáramot adott, addig a mai mo­dern wolfram-kripton lámpa szálának

fényáramot ad. (1 watt = 1 volt x 1 ampére.)

A megvilágítás erősségének egysége : lux, az a megvilágítás, melyet 1 He/ner-gyertya ad tőle 1 méter távolságban elhelyezett a sugarak irányá­ban merőleges felületen. Az a fénymennyiség pedig, amelyet a fényforrás kisu­gároz, az úgynevezett fényáram. A fényáram egysége a lumen, melyet 1 Hefner- gyertyaegység erősségű fényforrás kelt akkor, ha minden irányban egyformán sugároz, olyan 1 m² felületen, mely a fényforrástól 1 m távolságra van és a felület a sugarak irányára merőleges. A villanykörtéken látható dekálumen (Dlm) jelzés ennek az egységnek a tízszerese.

A használatos ízzókörték fényereje rendkívül tág határok között mozog. Vannak 5, de vannak 3000 gyertyafényű izzólámpák is. Az elektromos lámpá­val való világításnak nagy előnye, hogy ezek alig melegítenek, a szoba leve­gőjét nem rontják, mert nem égés teszi a szálat izzóvá, — mint a többi világító­eszköznél — hanem az elektromos áram. A villamosvilágítás hatalmas arányú fejlődését sok, igen érdekes laboratóriumi eredmény felhasználása tette lehetővé. így mindenek előtt — mint már fentebb is említettem — arra kel­lett törekedni, hogy a használt izzószál izzási hőmérséklete minél magasabb és a szál párolgása pedig minél kisebb legyen. Arra is a világítástechnikai laboratóriumok jöttek rá, hogy a szál nagyobb fényességet ad, ha nem lég­ritkított, hanem gázzal telt térben végezzük az izzítást. Ekkor ugyanis az izzószálból kilépő elektronok összeütköznek a gázatomokkal és így fokozottabb világítási effektust hoznak létre. Ezért töltik meg az elektromos izzólámpákat gázokkal, régebben neon-, argon-, hélium- és ma kriptongázzal.

A villamos világításnak eleinte egyik legnagyobb hátránya az volt, hogy használata komoly veszélyt jelentett. Hogy a világítást veszélytelenné tegyék, az elektromos vezetékeket úgy méretezték, hogy az előforduló legerősebb terhelés, tehát az összes elektromos lámpáknak egyidőben való égetése mel­lett se melegedjenek fel. Hibás méretezés esetén ugyanis előfordulhat, hogy a túlságosan felmelegedő elektromos vezetékek szigetelő burka elszenesedik,

166

így azután az oda- és visszavezető drótok egymással közvetlenül érintkezésbe juthatnak, és így az áramkör a tulajdonképpeni nagy ellenállású fogyasztó­nak, az elektromos lámpáknak megkerülésével, »röviden záródik«. Ekkor a kis ellenállás folytán az áramerősség nagyobb lesz, a szigetelés tovább ég, és a környezet is lángra lobbanhat. Ez a veszedelem akkor is előállhat, ha déldául a lámpafoglalatba valamilyen fémtárgyat teszünk. Az ilymódon elő­állható veszedelmek elkerülése végett a vezetékre, alkalmas helyen, például a lakásba való bevezetésnél, tűzálló burkolatban egy kis darab, könnyen olvadó fémből készült drótot iktatnak, (ezüst-, ólomdrót), amely a szabályos terhelést még éppen kibírja, de az ezt meghaladó áramerősségnél kiolvad és így az áram útját automatikusan megszakítja. Ezt a vékony, könnyen olvadó drótot hívják biztosítéknak. Ma már másféle automatikus biztosítékok is vannak.

A villamos világításnak még kevéssé ismert fajtája az, amely a ritkított gázakban történt kisülések fényét iparkodik felhasználni. Érdekes jelensé­get tapasztaltak ugyanis a kutatók, midőn egy üvegcsőből a levegőt ki­szívták és rajta áramot vezettek keresztül. A várt szikra helyett egy folytonos fénynyalábot kaptak. Ennek az ismert jelenségnek világítás céljaira való fel­használása ma még a kezdet nehézségeivel küzd, ugyanis a nyert fényerősség még igen kicsi. Mindazonáltal tetszetős és szép. Énnek köszönheti elterje­dését is. Sok helyen, — főleg előcsarnokokban — ahol nem szükséges nagy fényerősség, vagy reklám-világításoknál, használják ezt a világítási módot. Ha valaha meg fogja hódítani a világot, nagy része lesz benne azon tulajdon­ságának, hogy a hideg fény ideálját a lehető legjobban megközelíti. Leg­újabb laboratóriumi kísérletek olyan elektromos izzólámpa előállítását céloz­zák, melynek fénye pontosan megegyez a nap fényével, így ugyanis elér­hető lenne, hogy esténként is ugyanolyan világítás mellett végezhetnénk dolgainkat vagy szórakozhatnánk, mint nappal

A világítástechnika feladata azonban nemcsak az, hogy minél jobb és minél olcsóbb fényforrásokat szolgáltasson, de az is, hogy megtanítsa az embert a helyes, egészségét és legfőbb kincsét — a szemet — óvó világítási módokra. így a világítás-technikusoktól tudjuk, mennyire fontos, hogy izzólámpáinkat a hálózati tényleges feszültséggel egyenlő feszültségűre vásá­roljuk. Ha a hálózati feszültség például 105 volt, és az izzólámpánkra írt feszültség 110 volt, akkor a kapott fényáram már 15%-kal csökken, igaz viszont, hogy a lámpa élettartama 100%-kal nő. Ha viszont a hálózati fe­szültség 105 volt, és lámpánkra írt feszültség 100 volt, akkor igaz, hogy 15%-kal több fényt kapunk, mintha 105 voltos izzólámpát használnánk, viszont a lámpa élettartama körülbelül a felére csökken. Nagyobb eltérések­nél természetesen még nagyobbak ezek a különbségek.

Ugyancsak a világítás-technika tanítja, hogy helyes világítás szem­pontjából legfontosabb követelmény az, hogy izzólámpáink környezete — tehát lakószobánk mennyezete és fala — tiszta és világos, lehetőleg fehér legyen.

A világítás-technika tanítása szerint nem szabad úgy világítanunk, hogy az izzólámpa fénye közvetlenül érje szemünket!

Ugyancsak a világítás-technika szolgáltatta azokat a megvilágítás erősségére szolgáló adatokat is, amelyeknek tudása és alkalmazása szemünket kíméli, munkateljesítményünket fokozza és hangulatunkat kellemesebbé teszi. Egy lakószobában a közepes megvilágítás erőssége legalább 80 lux, még a legkedvezőtlenebb helyen is legalább 40 lux legyen. A varráshoz, amennyiben fehér anyagot varrunk, elegendő 80 lux megvilágítás, de fekete anyag varrásához már 500 luxra van szükség.

167

Amint látjuk a világítás-technika elsőrendű feladatát, hogy az ember kényelmét szolgálja, pontosan és híven teljesítette. Rajtunk a sor : köves­sük útmutatásait.

TELEFON.

Az emberi hang nem terjed nagyon messze. Kiabálással is alig pár száz métert tudunk csak áthidalni. Alig növelhetjük ezt a képességünket, ha ■ megfelelő tölcsért illesztünk szánkhoz. Az ember törekvése azonban mindig az volt, hogy megoldják a távolba beszélés és hallás problémáját. Kínaiak, kiknek bölcsessége még a technikai megoldásokban is igen sokszor megnyi­latkozott, egy megfelelő nád segítségével próbálkoztak lehetővé tenni ezt a régi óhajt. Á nád üregébe beszéltek s ebből vékony drót vezette a beszédet több méteren át a másik nádba. Ezzel az egyszerű berendezéssel több száz méterre sikerült az emberi hangot elvezetni.

Ugyancsak a hangtovábbítás eszközeihez tartozik az az egyszerű készü­lék is, melyet az orvosok használnak vizsgálatok alkalmával. A stetoszkóp- ban ugyanis a finom zörejek és halk hangok többszörös visszaverődés által jól hallhatóvá tehetők. Aki már járt a londoni Szent Pál székesegyházban, jól tudja, hogy egy pár halk beszédét a »suttogó folyosói másik végén is jól lehet hallani. Természetesen ezt is a hangvisszaverődés teszi lehetővé.

Mindezek a próbálkozások és kísérletek jelentős eredményre nem vezet­tek. A hangtovábbítás kérdésének nagyszerű renaissanceja akkor kezdődött, midőn Faraday indukciós kísérletei és Ampere elektromágnese lehetővé tették az elektromos megoldást.

Gyenge próbálkozás több történt, de jelentősége csak a Reiss-féle meg­oldásnak van. Reiss német tanító ugyanis az első mikrofon megszer­kesztésével a hangnak elektromos árammá való átalakítását valósí­totta meg. Büszkén el is nevezte primitív készülékét: Telefonnak.

Az igazi telefon megoldása azonban még késett. Ezt Bell találja fel 1875-ben. Bell családjában ha­gyomány volt, hogy a férfiak süket­némák oktatásával foglalkoznak. Bell apja is süket némaoktató volt Edinburghban és ő is ezzel foglalko­zott Bostonban. Már édesapja híre is nagy volt, Anglia legjobb süket- némaoktatójának tartották, de fia túltett apján és Amerikába való kivándorlása után pár évvel már egyetemi tanár is lett. Módszerét — a látva beszélő-rendszert — tökéle­tesíteni akarja. Kísérletezik. Köz­ben, egyszercsak megismerve Ampere elektromágneses kísérleteit és Helm- holtz munkásságát, nagyot és meré-

szét gondolt: meg akarja oldani a távol babeszélés problémáját. Ami nem sikerült a német tanítónak, Reissnek, majd sikerül neki. Meg kell csinálnia a telefont. Kísérletezik, otthagyja tanítványait és egyetemi állását is, csakhogy minél több ideje legyen a kísérletekre. De a kísér­letekre pénz is kell. Ezért tanítványai közül kettőt, kiknek szülei gazdagok, megtart. Kísérleteire pénzt a gazdag szülőktől szerez. (5 pedig segédjével, Watsonnal, folyton dolgozik. Watson kitűnő mechanikus, aki Bell ötleteit megfelelő formába önti. Sok meddő kísérlet következik, melyekben Belinek már süket felesége is segít. Bellné nem fizikus, csak leikével és érzéseivel támogatja urát a hatalmas küzdelemben. Végre 1875 március 2-án megvan a »csodák csodája*. Egyik szobában lévő Watson beszédét Bell a másik szo­bában már hallja. Igaz, hogy a beszéd még halk, de már beszéd. . .

Most kezdődik a szédületes tempójú munka, mely egészen az 1876. évi nagy világkiállításig tart. Ebben az évben ünnepli az Egyesült Államok népe a függetlenségi nyilatkozat 100-ik évfordulóját. Az ünnepségek egyik programmja az a világkiállítás, melyben Amerika megmutatja a világnak eddigi produkcióit. Ennek a kiállításnak keretében az amerikai találmányo­kat is bemutatják. Bell is idehozza készülékét. A készülék semmi feltűnést nem kelt. Már utolsó napja van a kiállításnak, amikor Don Pedro, Brazília császára érdeklődik a készülék iránt. Az államfő érdeklődése egyszerre nép­szerűvé teszi Belieket és a készüléket. Végül is ennek a véletlen szerencsés érdeklődésnek köszönhetjük, hogy Bell telefonja olyan hamar lett közkincse az emberiségnek. A találmányokat bíráló bizottság most már sietve első díjjal jutalmazza Bellt s ezzel elkezdődött a telefon diadalmenete. Ma már nem érdekesség, csak szükséges segítőtársunk, amely lehetővé teszi, hogy sok-sok időt megtakarítsunk más, okos dologra.

De nem volt mindig ilyen ismert a telefon. Két évvel a telefon feltalá­lása után Szily Kálmán, műegyetemünk kiváló fizika-professzora, »Üj talál­mány* címmel ír a Természettudományi Közlönyben. A cikkből szószerint idézem a következőket: »A Természettudományi Közlöny mindekkoráig nem tett említést e nevezetes találmányról, minthogy előbb be akarta várni, hogy ^a kalandosan hangzó tudósítások helyett szavahihető egyénektől ala­posabb leírások érkezzenek.* Láthatjuk tehát, hogy ez a nagyszerű talál­mány milyen rendkívüli szenzáció volt 67 évvel ezelőtt. Még tudósok is kétel­kedtek megvalósításának lehetőségében . . .

A szerencse most már két karral ölelte magához Bellt. Legnagyobb ese­mények közé számít az az előadás, melyet Bell 1877 október 31-én tartott a londoni telegráf-mérnökök egyesületében. E bemutatással kísért előadás sikere óriási volt. Bellt ünnepelték. Az előadás után sok, igen híres fizikus sietett szerencsét kívánni. Bellné is odament férjéhez, ámbár semmit sem hallott az előadásból, pontosan tudta, miről van szó, s azt is tudta, hogy ragyog már szerencsecsillaguk. Férje szerelmesen nézte szép feleségét s hal­kan mondta egy barátjának : »Legjobban az bánt hogy ezt a nagy találmányt, mely az egész emberiségnek hasznára van, csak az az egy ember nem élvez­heti, akit legjobban szeretek: feleségem.«

A Bell-fé\e telefon egy mágnesből áll, melynek végére pár menet drótot csévélünk. E tekercs előtt egy fémlemez van. A fémlemezre rábeszélünk, mire ez a beszéd hangjainak megfelelő rezgésbe jön, s így a mágneshez hol közeledik, hol pedig távolodik tőle. Ez a mágneses tér megváltozását idézi elő, mely pedig mágneses indukciót létesít, tehát elektromos áram keletkezik. Az ilymódon létrejött váltakozó elektromos áramot elvezetjük egy hasonló berendezés tekercsébe, mely az áram mágneses terét hol erősíti, hol pedig gyengíti. Ennek megfelelően a mágnes előtt álló fémlemezt jobban vagy

169

kevésbbé jobban magához vonzza. A lemez tehát a beszéd ütemének meg­felelő rezgésbe jön, tehát hangot ad.

Ma már nem a JSeZZ-féle berendezést használjuk. Azt nagyon tökéletesí-

membrán

Mikrofon.

tették. Mai telefon alapelve az, hogy az elektromos áramhoz egy szén­mikrofont kapcsolunk. E szénszemecskék ellenállása azonban megváltozik, ha szénszemecskék elé helyezett fémlemezre beszélünk, mely így nyomást

gyakorol a szenszemecskékre. Ez az ellenállásváltozás mindannyiszor be­következik, ahányszor rezgésbe jön a lemez. Az így keletkezett váltó­áramot vezetjük azután egy hasonló szerkezetbe, ahol hallgatják beszé­dünket.

Nem célom a telefon fejlődésé­nek ismertetése. Nem beszélek az automatatelefonról,sem a tengeren­túli beszélgetéseket létrehozó beren­dezésekről. Csak a fizikai alappal akartam olvasóimat megismertetni.

Egy találmányról azonban meg­emlékezem még : Puskás Tivadar, az Amerikába került magyar mér­nök találmánya a telefonhírmondó, mely lehetővé tette a híreknek azonnali közlését az előfizetők ré­szére. Puskásnak ezt a nagyszerű eszméjét csakhamar kiszorította az újkor legnevezetesebb találmánya, a Marconi által megvalósított rádió.

Puskás Tivadar.

3.

A TÁVIRÖ.

Messze kell visszamennünk a történelemben, hogy megtaláljuk a távirat legősibb formáját. Attila harcban álló seregétől a csata kimenetelére vonat­kozó híreket úgy kapta meg, hogy embersort állított fel a csata színhelyétől

170

a főhadiszállásig, az emberek pedig egymásnak kiáltották az üzenetet. így 1 km-t körülbelül 3 másodperc alatt futott be a hír, ami óránként 1200 kilo­méteres sebességnek felel meg. A sebességben tehát nincs is hiba ; de sok­sok ezer embert foglalkoztatni kiabálás céljából, a mai ember számára elkép­zelhetetlen és mosolyognivaló.

Igen sokan voltak, akik a táviratküldés technikáját meg akarták oldani. Talán a napóleoni idők távírója, a Chappe testvérek által megépített fény­távíró volt az első, használható berendezés. A gyakorlatban is jól bevált első távírót Samud Finley Morse (1791 — 1872) készítette. Morse festő volt. Jónevü, sokat kereső festő, aki a newyorki szépművészeti akadémiának is elnöke volt. Nyugtalan, kutató, kalandos természetű, minden szép és új iránt érdeklődő ember : művész volt. Morse Európában járt, hallott Ampere kísérleteiről, és érdeklődött az elektromágnesség problémái iránt. A francia fizikusok laboratóriumaiban látott érdekes és tanulságos munka annyira rabul ejtette, hogy Amerikába visszaérkezve kísérleti laboratóriumot állít fel magának. Megismételte a látott kísérleteket. Látta, amint az elektromos áram hatására a mágnestű kitér eredeti irányából ; mégpedig, ha erősebb az áram, jobban, ha gyengébb, kevésbbé tér ki a mágnestű. Nem lehetne-e az áram mágneses hatását felhasználni táviratozás, hírközvetítés céljaira?

Mesélik. — állítólag Morse maga mondta —,hogy egyszer, amikor sokat gondolkozott ezen, szórakozottságból ujjaival kopogott az asztalon. Ekkor jött arra a gondolatra, hogy a megoldás az abc leegyszerűsítése. Legegy­szerűbb geometriai alakzatoknak, a pontnak és vonalnak kombinációjából megcsinálja az úgynevezett Morse-jéle abc-t. Ez a J/orse-abc, melyet ma min­den kisdiák, cserkész, postás, vasutas, híradókatona, repülő, rádióamatőr ismer, tette lehetővé az elektromágneses távíró megalkotását. Eleinte Morse az elektromos áram elvezetésére két vezetéket használt, de csakhamar rájöt­tek arra, hogy a föld helyettesítheti az egyik vezetéket. így lényegesen ol­csóbbá tették a távíróberendezéseket.

Morse hamar elkészült találmányával. Igazi amerikaira jellemző élelmességével a parlamenthez fordult, hogy engedélyezzék egy távíróvonal megépítését — és ennek költségeit fedezze az állam. Megkapta az engedélyt, és rövidesen megkapta a pénzt is. 1844 május 24-én működik először a Morse- féle távíró. Washingtonban van az egyik és New-Yorkban a másik állomás.

Az avatás napján a készülékek pontosan működtek. Morse mégis rossz­kedvű. Hogyne, mikor egy újságírón kívül egész Amerikában senkit sem érdekel találmánya. Az avatásra csak egy újságíró jött el. Morse rosszked­vűen beszélget Washingtonból New-Yorkkal : pontok és vonalak segítségé­vel. A newyorki állomás egyszercsak értesíti, hogy a demokraták megválasz­tották az alelnököt Wright személyében. A jelenlévő újságíró megérzi a tör­ténelmi pillanatot. Felismeri a távíró rendkívüli jelentőségét és lehetőségeit. Másnap újságja elsőnek közli a választás eredményét. Ugyanebben a szám­ban az újságíró ír egy másik cikket is: Morse-t magasztalja benne és rész­letesen leírja a nagyszerű találmányt.

Az egész készülék igen egyszerű. A készülék lelke egy elektromágnes, mely abban a pillanatban rántja magához a vevőkészüléknél egy előtte elfutó papírszalagra az írókészülék hegyét, amikor az adóállomáson a Morse- jeleket kopogtató készülékkel zárjuk az elektromos áramkört. Az elektro­mágnesek működése addig tart, míg zárjuk az áramot. Ha tehát hosszabb ideig zárjuk, akkor az írókészülék vonalat ír a futó papírszalagra, míg ha rövidebb ideig zárjuk csak az áramot, akkor pontot ír le a szalagra. Ha tehát ismerjük a Morse-íé\e abc-t, akkor a szalagról folyékonyan olvashatjuk a szöveget.

Pollák Antal.

A modern élet azonban mind gyorsabb és gyorsabb iramot követel. Már hallatszik a panasz : mivel egy-egy betűhöz több jelet kell küldeni, időveszteség áll elő. Időpocsékolást jelent továbbá még az is, hogy a megér­kezett táviratot még »át kell tennií betűtávirattá. Mindezeken felül a Morse- távirász 1 perc alatt csak 60—70 betűt képes leadni. Bandot egyidőre segít azzal, hogy megoldja a többszörös táviratozás problémáját. Hughes azonban már lényegbeli változást hoz be : rendes írást továbbít, és az elért sebesség percenként 125 betű. Még ez sem elég ! Hosszú táviratoknak, laptudósítá­soknak leadása így is sok időt venne igénybe. Feltalálják a géptávírót. Már nem kézzel adják az egyes jeleket, hanem gépek segítségével. A sebesség foko­zódik. Wheatstone már 250, Murray 350, Siemens és Hálske Aktién Gesell- schaft gépe 1000 betűt továbbít percenként.

A leggyorsabb távírót Pollák és Virág magyar mérnökök ‘”szer­kesztik. Nyílások segítségével állít­ják össze az abc-t. A távirat szö­vegét egy papírszalagra megfelelő lyuggatás által felírják. A papír­szalag fémkefék és fémkorongok között fut. A kefék és korongok között érintkezés csak akkor van, ha a papírszalag valamelyik lyuka áthalad közöttük. Az így záródó elektromos áram finom telefon­membránt hoz rezgésbe. A mem­bránokra tükör van erősítve, mely meg van világítva. Ha a membrán a váltakozó elektromos áramnak megfelelően rezgésbe jön, termé­szetesen elmozdul a tükörről vissza­vert fénysugár is ; ezt a fényrez­

gést aztán lefotografálják. A fénykép híven adja vissza a papírszalagon lévő lyukak helyzetét, tehát a táviratot könnyen elolvashatjuk. Ezzel a gyorstávíróval percenként 3000 betűt továbbíthatunk.

A mindennapi életben sokszor tapasztaljuk és a legtöbb ember haj­lamos is arra, hogy valamely nagy találmányt egy embernek tulajdonítson. Nem így van. Mindig sok-sok munkás eredményes munkája hozza létre a találmányt. És igen sokszor az úttörők munkája fontosabb az Igazság kuta­tásában, mint az alkalmazóké!

4.

ELEKTRONCSÖVEK.

Edison (1884) végezte el az első kísérletet az elektroncsővel, anélkül, – hogy kísérletével az elektroncső fejlődését előmozdította volna. Ez a roman­tikus életű nagy feltaláló tulajdonképpen már megoldotta az egyenirányítás elvét is, de kísérletének sem jelentőségére nem jött rá, sem pedig a jelenségnek megfelelő magyarázatát nem adta meg. De nem is adhatta ennek magyará­zatát, hiszen az elektronelmélet még nem vált ekkor olyan általánossá, mint napjainkban. Mégis ez az egyszerű kísérlet ismétlődött meg Wehnelt (1901)

172

Edison két-elektródos csövének kapcsolása.

kísérleteiben, aki már tudatosan — Edisontól függetlenül — valósította meg az egyenirányítás elvét. Ennek az Edison és Wehnelt által elvégzett kísérlet­nek lényege a következő volt. Vettek egy jól evakuált csövet (villanykörtét), melybe két elektródot forrasztottak be. Egyrészt egy fűtőszálat, másrészt egy fémlapot. A fűtőszálat kisfeszültségű, körülbelül 4—6 V-os elektro­mos teleppel izzásba hozhatták. A fűtőszál és a fémlap közé egy nagy (100 V) feszültségű elektromos telepet és egy galvanométert iktattak. A fűtőszálat katódnak, a fémlapot anódnak nevezzük. A nagyfeszültségű telepet úgy kap­csoljuk, hogy ennek pozitív sarka az anóddal legyen összekötve. Kapcsoljuk most be a nagyfeszültségű vagy anódtelepet anélkül, hogy a katódot izzásba hoznánk. Hiába tettük ezt, galvanométerünk csakúgy nem mutat kitérést,

tehát nem jelez áramot, mint mikor egyik telep sincs bekapcsolva. Miért nincs elektromos áram? Egyszerűen azért, mert a katód és anód nincsenek vezető összeköttetésben. A két elektród között légüres tér van, mely nem vezeti az elektromos áramot, tehát természetesen nem is lehet elektro­mos áram. De végezzük csak el most azt a kísérletet, melyet Edison és Wehnelt is elvégeztek. Kapcsoljuk be előbb az izzószál telepét, miáltal a csőben lévő szál izzásba jön. Miután a szál izzik, kapcsoljuk be az anód­telepet is. Ha most figyeljük galvanométerünk kitérését, azt fogjuk észre­venni, hogy az lassan mind nagyobb és nagyobb kitérést mutat és ezzel jelzi, hogy az izzószál és fémlemez között elektromos áram létesült. Hát most mi történt? Hiszen most is légüres tér választja el az anódot a katódtól ! Most mégis van áram ? Igen, és pedig azért jött létre elektromos áram, mert az izzószáltól negatív elektromos részecskék, elektronok léptek ki, melyek aztán az elektromos áram szállítóivá lettek.

Eddig tartott Edison vizsgálata.

A jelenség Edison-hatás néven lett ismeretes a fizikában.

Wehnelt ellenben megtette a következő lépést is, mely — mint mondot­tuk — az egyenirányítás elvéhez vezetett. Wehnelt ugyanis felcserélte az

173

anódtelep két sarkát, különben az egesz berendezést változatlanul hagyta, így most a lámpa anódja a telep negatív sarkával volt összekötve. Hiába volt most a kátéd bármilyen mérvű izzítása, a galvanométer nem jelzett semmiféle áramot. Wehnelt e két kísérletből rögtön látta, hogy a csőnek szelep hatása van: csak egy irányban bocsátja át az elektromos áramot. Ha tehát váltakozó-áramot kötünk az anódtelep helyére, akkor mi csak a lüktető egyenáramot vesszük észre, mert a cső csak egyik irányú elektro­mos áramot bocsátja keresztül.

Később ezt a Wehnelt-íéle úgynevezett két elektródos csövet Flemming (1903) tökéletesíti, aki már arra is rájön, hogy a cső nemcsak kis váltakozás­számú elektromos áramokat egyenirányít, hanem használható nagyfrequen- ciájú áramok esetén is. A csöveknek ez a detektorhatása akkor lett igazán tökéletes, midőn Lee de Forest (1906) a katód és anód közé egy harmadik elektródot is iktatott: a rácsot. A rács-elektróddal megszülettek a mai háromelektródos elektroncsövek; A Lee de Forest-ié\e: csövön még kisebb- nagyobb változásokat eszközölt Lieben (1906) és Langmuir (1915), míg elju­tottunk a modern elektroncsövekhez. Más lett a cső alakja is, de viszont most szélesebb alkalmazási lehetőségre is alkalom nyílott.

Két-elektródos elektroncső kapcsolása.

Mindenekelőtt ez a háromelektró­dos elektroncső alkalmas lett arra, hogy általa kis váltakozó feszültségű elektromos áramokat felerősíthessünk Hogy az erősítés elvével tisztába jö­hessünk, végezzünk el előbb egy érdekes

kísérletet a csővel. Kapcsoljuk a csövet az ábrán látható módon. Ekkor mint már az előbbiekben is láttuk, a galvanométer kitérést mutat. Most aztán adjunk a rács-elektródnak, mondjuk, negatív töltést s nézzük, mi tör­ténik. Ha a rács negatív töltésű, a galvanométer kitérése kisebbedik, jelezve, hogy az elektromos áram kisebb lett. Azt is tapasztalhatjuk, minél nagyobb a rács negatív töltése, a kapott elektromos áram annál kisebb és viszont. Adjunk most a rácsnak pozitív töltést, akkor a galvanométer nagyobb ára­mot fog jelezni. A jelenségnek igen egyszerű a magyarázata. Az elektron­csőben az elektromos áramot, mint mondottuk, az izzószálból kilépő elektro­nok szállítják, melyek ennél a háromelektródos csőnél természetesen csak a rácson keresztül juthatnak el az anódhoz. Ha most a rács töltése negatív.

174

akkor az izzószálból kilépő negatív töltésű elektronokat a rács negatív töltése taszítja, az elektronok sebességét ez a taszító hatás lefékezi, és így azok az elektronok, melyeknek sebessége kisebb volt, nem tudnak a rácson keresztül jutni, tehát az áram kisebb is lesz. Ha pedig a rácsnak pozitív a töltése, akkor az a vonzó hatás révén gyorsítja az elektronok sebességét és így azok az elek­tronok is eljutnak az anódhoz, melyeknek sebessége e nélkül a rácstól kapott kis lökés nélkül, nem lett volna elegendő arra, hogy odáig eljussanak. Ha most a katód és anód között létrejövő elektromos áramot anódáramnak nevezzük, akkor mondhatjuk, hogy a rács feszültségének kis mértékű ingadozása az anódáramban nagy változásokat idézhet elő.

Kísérletekkel megvizsgálhatjuk, hogy a rács különböző feszültségekor mekkora volt az anódáram. Ha ezt az összefüggést egy olyan rendszerben ábrázolom, ahol a vízszintesen a rácsfeszültségeket, a függőlegesen pedig a megfelelő anódáramot tüntetem fel, akkor megkapom az elektroncső karak­

terisztikáját. Minden anódfeszültséghez más és más karakterisztika tartozik, A karakterisztikából látható, hogy a rácsfeszültséggel hogyan nő az anódáram. Minden karakterisztikán látni egy meredek szakaszt, mely teljesen egyenes. Ez az egyenes rész azt mutatja, hogy ezen szakaszon belül a rácsfeszültség arányos az anódárammal. Éppen ezért megfelelő módon (példáid a rácsnak adott különböző előfeszültségek adásával) mindig arra törekszünk, hogy a karakterisztikának ezen az egyenes részén dolgozzunk.

Kapcsoljunk most egy kisfeszültségű váltakozó áramot, mondjuk a szív­hangnak mikrofonban létesített áramát, az elektroncső rácsára. Az anód- körben ezek a kis ingadozások már megnövekednek, de még ez a megnöveke­dett áram se lenne elég arra, hogy például egy hangszórót megszólaltasson. Akkor az így létrejött váltakozó áramot egy transzformátor segítségével egy másik cső rácsára visszük. A második cső anódárama még erősebb lesz. És így tovább fokozhatjuk ezt az erősítést, nyugodtan mondhatjuk: tetszés szerint. Ma már 10— 100-ezerszeres erősítéseket könnyen eszközölhetünk.

Harmadik igen fontos alkalmazása az elektroncsöveknek az, melyet először Meissner (1913) alkalmazott csillapítatlan elektromos rezgések

előállítására. Ez a visszacsatolás abból áll, hogy az anódáram megindulásakor a feszültség egy tekercsből és konden­zátorból álló rezgőkörben feszültséget indukál. Itt rezgések keletkeznek, me­lyek ugyancsak indukció révén a cső rácsára jutnak. A cső rácsára jutott rezgés befolyásolja az anódáramot és ez ismét a rezgőkört. Hymódon tehát előállíthatunk csillapítatlan elektromos rezgéseket, melyeknek jelentőségét, azt hiszem, felesleges hangsúlyozni, hiszen ennek a rádiónál való alkalmazását mindenki ismeri. így működnek az adóállomások.

Az elektroncső mint rezgéskeltő. A Meissner-féle visszacsatolás kapcsolási rajza.

ben fokozhatjuk általuk. Ugyancsak is, mely alkalmazásukkal sok, soha i

Marconi.

Az elektroncsöveknek ez a három alkalmazási területe hozta létre a mai rádió technikát. Marconi, Braun és mások kísérleteinek és eredményei­nek nem lehetett volna akkora gya­korlati jelentősége, ha az elektron­csövek nem lettek volna. A rádió elterjedését és tökéletesítését az elektroncsövek tették lehetővé.

De nemcsak a rádiótechnika vette hasznát az elektroncsöveknek, hanem a tudományos műszerek érzékenysé­gét igen sokszor hihetetlen mérték­sokat nyert velük az orvostudomány em értett, összefüggésre jött rá.

5.

A KATÖDOSZCILLOGRÁF.

A fizikai előadási-kísérleti eszközök szürkeségéből lépett a laboratóriumi világ elé, hogy itt meg se pihenve induljon a technikai világ meghódítására. Tüneményes pályafutása ez egy tisztán bemutató-kísérleti eszköznek, a mindnyájunk által jól ismert Braun-féle csőnek.

A Braun-féle cső egy üvegedényből áll, melyből a levegő annyira ki van szíva, hogy az üvegcsőben uralkodó nyomás 0-01 mm-nél kisebb legyen. Két elektród is be van forrasztva a csőbe. Kapcsoljuk most egy induktor másod­lagos tekercsét a Braun-cső két elektródjához úgy, hogy a cső végén lévő elektród legyen a negatív sarok, azaz a katód. Ebben az esetben ebből a katódból kiindul egy láthatatlan, csak hatásaiban észlelhető sugárzás, mely a katód felületére merőlegesen, egyenes irányban halad, függetlenül az anód

. r.® r- :s;- -x.- —

176

helyzetétől. Ezen sugárzás tulajdonságai közé tartozik, hogy az elektromos tér a térrel egyező, a mágneses tér a térre merőleges irányban téríti ki ezeket a katódsugarakat. Tehát, ha a csőbe beforrasztunk még két-két fémlapot

A Braun-féle cső.

K = katód, A = anód, D = diafragma, T = eltérítő elektródok, F — fluoreszkáló ernyő.

és ezekhez egy váltakozó elektromos áram két sarkát kötjük, akkor e között a két lap között (melyeket kondenzátor-lapoknak vagy eltérítő elektródoknak is hívunk) elektromos tér keletkezik. Ha pedig a csőhöz közel, kívül, meg­felelő menetszámú tekercset teszünk, akkor a két tekercs között mágneses tér keletkezik; hiszen ismeretes, hogy a tekercs, amelybe áramot vezetünk, úgy viselkedik mint egy mágnes. Itt kell megjegyeznem még azt is, hogy a Braun-esőben, a kátédhoz közel, van még egy középen kis lyukkal ellátott körlemez is elhelyezve, mely arra szolgál, hogy keskeny sugárnyalábot kap­junk. Végül, hogy láthatóvá és így megfigyelhetővé tehessük a jelenségeket, a csőnek a katóddal szembeeső falát fluoreszkáló anyaggal vonjuk be.

A katódsugár elektromos és mágneses eltérítésének vizsgálataiból kide­rült, hogy a katódsugár elektron-sugárzás, ahol az elektronok szabadon, minden anyagtól függetlenül fordulnak elő. Ez az anyagtól való függetlenség teszi lehetővé, hogy a Braun-csövet, mint minden tehetetlenségtől mentes műszert, alkalmazhatjuk minden elektromos és mágneses, vagy minden olyan változás regisztrálására, mely elektromos vagy mágneses változássá átalakít­ható. Hogy már régebben nem lett olyan széleskörű alkalmazása a Braun- csőnek, mint a legutóbbi 10—15 évben, az onnan van, hogy a cső működte­téséhez igen nagy feszültség volt szükséges és még ekkor sem adott fényes, jól fotografálható foltot. A rádiócsövek gyártási technikája lehetővé tette a Hrawn-csőnek oly módon való átalakítását, hogy azt a regisztrálásokra könnyen lehessen felhasználni. Európában Manfred von Ardenne, Ameriká-

T

4

Katódoszcillográf.

W =Wehnelt-féle henger, K=izzókatód, A=anód, T=eltérítő elektródok, F = fluoreszkáló ernyő.

bán Johnson volt az első, aki ilyen újfajta csövet, úgynevezett katódoszcillo- gráfot épített. A Braun-féle csőtől ez az Ardenne-féle cső abban különbözik, hogy ez utóbbinak izzó katódja van, miáltal kisebb feszültségekre is műkő-

177

dik, ezenkívül összehasonlíthatatlanul fényesebb foltot is ad. Az Ardenne- féle cső lényege az ábrából érthető meg. A cső működése a következő: az izzókatódból izzításra elektronok lépnek ki, melyek a katóddal szem­ben elhelyezett anód felé repülnek. Ezt az anód felé tartó nyalábot a IFeáneZZ-henger, melynek a katódhoz képest negatív feszültséget adunk, összetartóbbá teszi. Az anódon lévő lyuk (diafragma) ebből az összetartó nyalábból csak egy egész keskeny nyalábot enged át, mely aztán épúgy, mint a JBraun-esönél, a fluoreszkáló ernyőbe ütközik és azt kis foltocskán világítóvá teszi. Az anód és a Wehnelt-henger részére feszültségeket egy háló­zati készülék ad.

A Wehnelt-henger és anód részére fesziiltéségeket adó hálózati készülék.

Az elektromos és mágneses változások az oszcillográf elektron-nyalábját és így a fluoreszkáló ernyő foltját ide-oda való mozgásra bírják. Ha ezen változások elég lassúak, akkor a fénylő folt mozgása szemmel követhető, ha azonban gyorsak, akkor az ernyőn csak fénylő vonalat látunk, melyből a folt sebességére és gyorsulására nem következtethetünk. Ha eze­ket a változásokat egy olyan forgó tükör segítségével vizsgáljuk, melynek tengelye párhuzamos a fénylő folt kitérésével, akkor a változásoknak az idő­ben egymás után következő részleteit a tükörben egymás mellé sorakozva látjuk. Minél gyorsabban forgatjuk a tükröt, annál inkább széthúzzuk a görbét, így tehát gyors változások pontos szemlélése és szemléltetése egy­szerűen lehetségessé válik. Pontos vizsgálatokhoz természetesen nem ele­gendő az ilyen megfigyelés, tehát igyekszünk vizsgálatainkat objektívvá tenni azáltal, hogy a katódsugár ide-oda való mozgását lefényképezzük. A fény­képezés folytonosan mozgó filmszalaggal (a filmgépből a máltai keresztet és a szakaszos mozgást biztosító peceket is kivesszük) úgy történik, hogy a filmet a katódsugár-nyaláb kitérésére merőleges irányban, egyenletes sebes­séggel mozgatjuk.

A katód-oszcillográffal való regisztrálás lehetővé teszi még a másod­percenként milliószor váltakozó elektromos rezgések vizsgálatát is. Egyedüli nehézséget csak az okoz, hogy a katódsugár-nyaláb eltérítéséhez aránylag nagy feszültségre van szükség. így például ha a csőbe forrasztott két eltérítő elektródhoz egy volt feszültséget viszünk, akkor a fluoreszkáló ernyőn meg­jelenő katódsugár-nyaláb egy mm-t mozdul el. Tehát ahhoz, hogy jól lát­ható kitéréseket kapjunk, szükségünk van 10—100 volt feszültségre. Ezt pedig legtöbb esetben csak felerősítéssel érhetjük el. Az erősítéstechnika mai állása mellett ez különösebb nehézséget nem okoz, csak figyelembe kell venni, hogy a transzformátoros erősítők torzítanak, ezért úgynevezett ellen­állásos erősítőt használunk.

Koczkás Gyula: örök törvények. 12

r

178

Alábbiakban ismertetek néhány olyan egyszerű vizsgáló eljárást, melyeknek pontos végrehajtását a katód-oszcillográf teszi lehetővé.

Váltakozó áram áramgörbéje. Vezessük a vizsgálandó váltakozó áramot szabályozható ellenálláson át egy tekercsbe. A tekercset fektessük az oszcillo­gráf magasságában a csőhöz közel, a cső tengelyére merőlegesen, vagy fek-

Váltakozó-áram felvételének kapcsolási rajza. Az »a« és »b« körök a katódoszcillográfot jelentik.

tessük a tekercset a cső alá, megint csak merőleges helyzetben a cső ten­gelyére és ahhoz szimetrikusan úgy, hogy a tekercs erővonalai a diafragma közelében, a diafragma és az ernyő között haladjanak át a csövön. Az ernyő fénylő foltja a váltakozó mág­nestér hatására egyenes vonallá hú­zódik szét, amit lefényképezve, szi-

nuszgörbehez hasonló vonalat kapunk. Ha a tekercsbe vasmagot teszünk, akkor, mivel a tekercs önindukciója nagyobb lesz, a kitérések is sokkal nagyobbak lesznek.

Váltakozó áram feszültség-görbéje. Ennek előállításához az oszcillográfban lévő eltérítő elektródokra kötjük rá a váltakozó áramforrás sarkait, amikor is a lemezek közötti váltakozó elektrosztatikus tér hatására az elektron-nyaláb

Hangok felvétele katódoszcillográffal.

M=mikrofon, T=elektromos telep, Tr=transzf ormátor.

179

gyorsan ide-oda hajlik, a fénylő folt pedig az ernyőn vonallá húzódik szét. Fényképezve megint csak szinuszhoz hasonló görbét láthatunk.

Hangok vizsgálata. Ezen kísérletekhez a .hangrezgéseket elektromos rezgésekké kell átalakítanunk. Célszerűen mikrofont használunk, melyet az ábrán látható módon kapcsolunk. A mikrofonba belebeszélve a hang-

Rádió hangjának felvétele katódoszcillográffal.

Felül: egészséges, alul: beteg szívhang görbéje. (A szerző készülékével történt felvételek.)

görbéket forgó tükörben, vagy a lefényképezett filmen vizsgálhatjuk. Igen szép és érdekes, ha egy rádiókészülék úgynevezett kimenő transzformátorá­tól vezetjük az elektromos áramot az eltérítő elektródokhoz ; ilyenkor akár­melyik állomás műsorát láthatjuk. A hanglebegés képét is előállíthatjuk oly módon, hogy például két egyforma, de elhangolt sípot egyszerre szólal­tatunk meg a mikrofon előtt. Attól függően, hogy az elhangolás milyen mér­tékű, lassú vagy gyors lebegéseket láthatunk.

Az orvostudományban is fontos például a szívhangok, lég­zési zörejek és kopogtatási hangok vizsgálata. Torzításmentes szív- hangfelvételeleket szerzőnek úgy sikerült elérni, hogy egy kondenzátor-mikrofont’ leukop- lasz segélyével a mellkasra he­lyezett és az így keletkezett áramot ellenállásos erősítővel felerősítette, s ezt a felerősített áramot vezette egy ellenálláson keresztül a katód-oszcillográf eltérő elektródjaihoz. Kóros viszonyok között megváltozik a hang magassága, időtartama,

színezete és fokozódik az erőssége is. Hasonló módon fényképezhetjük le a légzési zörejeket és a kopogtatási hangokat is. A katód-oszcillográfot mint elektrokárdiográfot is lehet használni.

Hysteresis-görbe. Elektromos gépek folytonos átmágneseződésnek kitett vasmagjainál igen fontos az átmágneseződésekre fordított munka nagyságá­nak ismerete, melyről tájékozódást nyújt az illető vasmagról felvett hysteresis- görbe által bezárt terület. A hysteresis-görbe vizsgálata katód-oszcillográffal a következőképpen történik. Állítsunk két tekercset egymásra és a cső ten­gelyére merőlegesen és kapcsoljuk ezeket sorba, egy szabályozható ellen­álláson át a váltakozó áramra. Az egyik tekercsbe tegyük a vizsgálandó vasmagot. A vasmagnélküli tekercsnél a mágnesezési áram téríti ki a foltot, viszont az erre merőleges vasmagos tekercsnél a mágnesezettség és a mágne­sezési áram a foltot egy az előbbi kitérésre merőleges irányban téríti ki. Mivel a vasmag mágnesezése a mágnesező árammal szemben elmarad, meg­kapjuk a hysteresis-görbét.

12*

180

Felhasználhatjuk még a katód-oszcil- lográfot rendkívül kis időeltérések mérésére- is. Ily módon egy milliomodmásodpercen belüli változásokat is lehet az oszcillog­ráffal regisztrálni (Rogowsky).

Újabban egyik legfontosabb alkalma­zása a katód-oszcillográfnak a távolbalátási technikában van. _T

6.

HANGOS FILM.

Mikor először néztek és hallgattak végig hangosfilmet, valószínű, hogy mindegyikük feltette a kérdést, hogyan is lehetséges ez a csoda? Erre a »hogyan?« kérdésre szeretnék feleletet adni.

Hiába jutott el a néma film a tökéletesedés legmagasabb fokára, az emberi szellem nem nyert kielégülést általa. Tovább kutatott. Ez a kutatni vágyó természet késztette az embert arra, hogy a néma filmet megszólaltassa és létrehozza a technika egyik újabb csodáját: a hangosfilmet.

Az alábbiak során meg fogunk ismerkedni a hangnak filmen való meg­örökítését, illetőleg lefényképezését célzó eljárásokkal és aztán a lefényké­pezett hang visszaadásának módszereivel.

A hang lefényképezésére ma általában kétféle eljárás ismeretes : az egyik az ú. n. csíkozó, csipkéző vagy amplitúdó eljárás; a másik az árnyalati vagy intenzitás eljárás. Foglalkozzunk előbb a csíkozó eljárással készült hang­felvételekkel. Ismeretes dolog, hogy egy hang keletkezésekor létrejövő hang­hullámok a levegő részecskéket mozgásba hozzák. Ismeretes továbbá az is, hogy a levegőnek ez a rezgése vékonyabb fémlemezt, illetőleg kifeszített papírhártyát is rezgésbe tud hozni, hiszen ezt a jelenséget használjuk fel a telefonnál olyképpen, hogy a fémlemeznek ez az ingadozása két mágnes­sarok előtt menjen végbe. A lemez ezen rezgése által ugyanis a mágnes­sarkok által keltett mágneses tér megváltozik, miáltal elektromos áram jön létre. Ezt az elektromos áramot vezetjük el egy transzformátor segélyével a telefon kagylóba. Azt a készüléket, melyen két mágnes elé vékony hártyát

181

feszítünk ki, mágneses mikrofonnak hívjuk. Igen sokféle mikrofon van, ezekkel azonban nem foglalkozunk. Állítsunk most telefonhallgatónk leme­zével szoros kapcsolatban alkal­mas módon tükröt, amely könnyen mozgatható. Ejtsünk a tükörre fénynyalábot és állítsuk úgy a tükröt, hogy a róla vissza­vert fénnyaláb egy keskeny, vízszintes réssel ellátott fém­lapra essék. Mikor tehát a tele­font hang éri, a tükör rezgésbe jön a visszavert fénynyaláb a vízszintesben jobbra-balra mo­zog és így a résnek majd na­gyobb, majd kisebb részét vi­lágítja meg. A megvilágított rés képét egy lencsével filmszalagra vetítjük, melyen az előhívás után a képnek megfelelő hosz- szabb rövidebb csiksorozat jele­

nik meg. Ez a szeszélyes csík- Amplitúdó-eljárással készült hangfénykép elve, sorozat a hang fényképe.

Ennek az eljárásnak hibája, hogy mivel nagyobb tömegeket (lemez, tükör) kell rezgésbe hozni, a fellépő nagy tehetetlenségek miatt különösen a magasabb hangok torzítást szenvednek. Berglundnak ezt az eljárását Poulsen és Petersen úgy módosították, hogy nem a telefonlemez rezgését vitték át a tükörre, hanem ehelyett egy tükrös oszc.illográfot alkalmaztak.A tükrös oszcillográf egy mágnespatkó sarkai között kifeszített vékony dróthurok, melyre tükröt erősítünk. Ha most a hangrezgések által keltett mikrofon-

Tükrös oszcillográf.

áramot ebbe a vékony hurokba vezetjük be, akkor a hurok az áramváltozások­nak megfelelően függélyes tengely körül ide-oda forog és vele együtt forog

182

természetesen a tükör is. A tükörről visszavert fénynyalábot most is egy résre irányítjuk, melynek a rezgések szerint nagyobb vagy kisebb részét világítja meg és így ismét előállíthatjunk a hangnak megfelelő csíkrendszert

Most vizsgáljuk még meg a hang lefényképezésének másik módját, az árnyalati vagy intenzitás eljárást. Míg a csipkéző eljárásnál a hang a fénysugárirányát változtatta meg, ennél az árnyalati eljárásnál a hang a fény erősségében idéz elő változást. Ezen eljárás kidolgozása három kutató nevé­hez fűződik : Engl, Vogt, Alassole, éppen ezért i>tri-ergonn-eljárás név alatt ismeretes. Kérdés : miképpen lehet hanggal egy lámpa fényerősségét változ­tatni? Könnyű erre a kérdésre megadni a választ: egyszerűen úgy, hogy a hangrezgésekkel a lámpát tápláló elektromos áram erősségét megváltoztatjuk. Természetesen a közönséges izzólámpák erre a célra használhatatlanok, mert az izzó fémszál a másodperc tört részeiben fényességét megváltoztatni nem képes. Pedig a hangrezgéseket csak akkor tudná híven követni, ha a hangok rez­gésszámának megfelelően másodpercenként párszázszor, illetőleg ezerszer vál­toztatná erősségét. Igen jól megfelel azonban ennek a célnak a ködfénylámpa, mely többek közt kapcsoló-tábláknál nyer állandó alkalmazást, de a nagy­városok pompázó reklámlámpái is ilyen ködfénylámpák. Ezen lámpákban izzó szál helyett ritkított gáz van, mely szép színben világít, ha elektromosáram halad át rajtuk. Pontos mérésekkel megállapították, hogy a ködfénylámpából kiinduló fénnvaláb erőssége arányos a lámpán áthaladó áram erősségével. A lámpa az elektromos áramban beálló ingadozásokat olyan gyorsan tudja követni, hogy még másodpercenként 10.000 változást is híven jelez.

A hang fényképezésére szolgáló berendezésünk tehát a következő. A hang­rezgések által a mikrofon útján létrejövő áramingadozásokat — esetleg rádió­lámpákkal felerősítve — transzformátor segélyével átvisszük a ködfény­lámpa áramkörébe, melynek

Intenzitásai hangfelvétel

T ransverzál is (amplitúdói) hangfelvétel

fényerőssége a hangrezgéseknek megfelelően változik. A lámpa fényét gyűj­tőlencsék segélyével egy finom résre összegyűjtik s a rés képét alkalmas lencserendszerrel a mozgó filmre vetítik. Ha a filmet előhívjuk, azt fogjuk látni, hogy a filmen világosabb és sötétebb csíkok váltakoz­nak, de a csíkok hossza és szélessége változatlan.

A hangok lefotografálása tehát az előbb említett eljá­rásokkal könnyen eszközöl­hető. Feladatunk most már

az, hogy ismerkedjünk meg azzal az eljárással, melynek segélyével ezt a filmre felvett hangfényképet ismét megszó­laltathatjuk. Evégből a fény­kép készítésekor fellépő válto­zásokat ellenkező sorrendben kell végigcsinálni. A film se­gélyével előállítjuk ugyanazon fényingadozásokat, melyeket a felvételkor használtak, azután ezen fényingadozásokat elek­

183

tromos áramingadozásokká alakítják át és végül ezen áramingadozásokat hang gerjesztésére használják fel. Tehát a hangfénykép megszólaltatása következőképpen történik: szigorúan állandó fényforrással erősen meg­világítanak egy keskeny rést, me’ynek képét lencserendszerrel a mozgó

A hang-fénykép megszólaltatása.

F fényforrás, R keskeny rés, L lencse, F a hangfénykép, C a fotoelektromos cella.

filmszalagra vetítik úgy, hogy ennek a fénycsíknak ne legyen nagyobb a szélessége annál, melyet a felvételkor használtak. Bármily módszerrel készült is a hangfénykép, a mozgó film pillanatról-pillanatra más és más fény­mennyiséget enged át a mögötte elhelyezett fotocellára, tehát a fotocella áramkörében folytonos változás történik. Ezeket a változásokat rádiólámpás- erősítő berendezésekkel felerősítik és így vezetik a hangszóróba, ahol azt a hangot fogjuk hallani, mely a filmen lévő hangfényképet előidézte. Elvileg bármilyen hangszórót használhatunk erre a célra, mégis, tekintettel a külön­legesfeladatokra, olyan különleges alakú hangszórókat szerkesztettek, melyek bármilyen magasságú, erősségű és színezetű hangot is lehetőleg torzításmen­tesen adnak vissza.

Legyen szabad most még megemlítenem azokat a nehézségeket, amelye­ket a hangosfilm elkészítésénél át kell hidalni. Igen nagy nehézséget okoz az, hogy a képet és a hangot két különböző filmszalagra veszik fel. Ennek egyik fő oka az, hogy a kétféle filmfelvételt egész máskép kell előhívni, kidolgozni. A két felvételt másoláskor egyesítik azután egyetlen filmre. De van ennek még egy, az előbbinél nem kevésbbé fontos oka, mely a leadás technikájában keresendő. A film mozgatása, mint említettük, lökésszerűen történik. Viszont a hang lejátszásához folytonos filmmozgásra van szükség. Szerencsére ezt a két ellentétes követelményt össze tudjuk egyeztetni, mert a filmnek vannak olyan szakaszai is, melyek egyenletesen mozognak. Ugyanis a film a vetítőlencse fölött és alatt hurkot vet, hol a film egyenletesen mozog annak ellenére, hogy a vetítőlencse mögött lökésszerűen halad tovább. Ennek következtében a hang képét vagy felül vagy alul a huroknál kell elhelyezni, annál is inkább, mert a vetítőlencse közelében a hang leadására szolgáló készülékek el sem férnek. így azután a kép és hangfelvétel egymáshoz képest kb. 18—20 cm-rel el van tolva, tehát ez is szükségessé teszi a kép­nek és a hangnak két külön filmszalagra való lefotografálását.

A megoldásra váró kérdések közül fontosabbak : a térbeli látás elérése, a színes film tökéletes megoldása és nem utolsó sorban az, hogy a film az egyes országokban az ország nyelvét használja, ami esetleg segédhangszínészek alkalmazásával nyerhet megoldást.

A »hogyan?« kérdésre — azt hiszem — sikerült megadni a kielégítő választ, azonban az emberi kutatás nem áll meg ; új és új »hogyan?« kérdé­seket tűz maga elé, melyekre előbb vagy utóbb új válaszokat fog adni. A kérdések azonban kifogyhatatlanok . . .

184

7.

AZ ELEKTROMOS ZENE.

Ma, amidőn kényelmi berendezéseink igen nagy részének elektromos­ság a szülőanyja, egyáltalában nem lepődünk meg, ha egy-egy újabb terü­letet vesz birtokába az elektromosság. Mégis az a körülbelül 15 éve elterjedt hír, hogy az elektromos zene — vagy ahogyan igen sokan helytelenül nevezik: az éterzene — gyakorlati megoldást nyert, hihetetlennek tűnt fel.

Hiszen a tudomány igazságokat keres, viszont a művészet egyéni érzése­ket rögzít le ; a tudós a valóságot adja hallgatóinak, a művész költeményt nyújt közönségének. Igaza van Kollaritsnak, aki azt mondja, hogy »míg az ellenkező tudományos nézetek lassan egy pont felé törekedve összehasonul­nak, a művészetek mindinkább szétágaznak*.. :Ha pedig a művészetek, például a zene terén beszélhetnénk az igazság kereséséről, akkor a zene­értőknek nem élvezni kellene Bach, Beethowen, Rossini, Strauss vagy Wagner műveit, hanem — tekintve, hogy mindegyik más-más elméleti alapon dolgozott — meg kellene határozni, hogy a sok közül melyik az »igazi muzsika*.

Ezek a kirívó különbségek, amelyek a tudományt a művészetektől elválasztották, azt hittük, nem fognak semmiféle közeledést megengedni; pedig ma, midőn a tényeket látjuk, el kell ismerni, hogy ezen nagy különbsé­gek dacára, a tudomány és a zene — az elektromos zene létesülésénél — összeölelkeztek.

Mielőtt a gyakorlatban is bevált elektromos hangszerek mibenlétével megismerkednénk, nem lesz érdektelen, ha áttekintjük a hangok elektromos- úton való előállításának rövid történetét.

Duddel (1900) egy egyenáramú áramforrás által táplált ívlámpával pár- ‘ huzamosan kapcsolt egy önindukciós tekercset és egy kapacitást s azt találta, hogy az ív, az önindukciós tekercs és a kapacitás alkotta rezgőkörben az ív apró szabálytalanságai által előidézett áramerősségingadozások folytán

olyan rezgések keletkeztek, melyek a rezgőkör saját rezgésszámával rezonan­ciában voltak. Ha most már az önindukcióstekercset és a kapacitást úgy választjuk, hogy a frekvencia a hallható hangok rezgésszámának megfelelő legyen, akkor berendezésünk hangot ad.

185

Duddel után a kérdésnek igen sok kutatója volt s köztük legnevezete­sebbek Simon és Gineles kísérletei. A gyakorlati megoldás azonban késett mindaddig, míg csak az elektroncső fölfedezésével az egész rádiótechnika olyan impulzust nem kapott, amely egyszerre a fölfedezéseknek és tökéletesí­téseknek egész légióját jelentette.

Az elektroncső segítségével ma már igen egyszerű módon állíthatunk elő elektromos úton hangokat. Kétféle mód is kínálkozik a hangfrekvencia- rezgések előállítására: egyik az úgynevezett hangfrekvenciagenerátort alkal­mazza, a másik az interferencia tüneményét használja fel.

A hangfrekvenciagenerátor segítségével létrejövő hang előállításának módja igen egyszerű. Mint tudjuk, elektromos rezgések gerjesztésére az ú. n. zárt rezgőköröket szokás felhasználni. A zárt rezgőkörök adta elektromos ‘ rezgések — általában — igen nagyfrekvenciájuak (például 500 m hullámhosszú elektromos rezgés frekvenciája 600.000), úgy, hogyha alacsony frekvenciákat akarunk nyerni a rezgőkörből, akkor rezgőkörünket át kell alakítani. Mivel a zárt rezgőkör az elektroncső áramkörébe kapcsolt önindukciós tekercsből és kondenzátorból áll, Thomson ismeretes formulája alapján

1

^{n =} 2 – ]/ L. C

(hol n a rezgésszám, L a rendszer önindukciója, C az összkapacitás) nem kell mást tennünk, mint az önindukciót és kapacitást addig növelni, míg csak a keletkezett rezgések rezgésszáma 20 és 20.000 között nem lesz. (Az emberi fül ugyanis csak a 20 és 20.000 közötti frekvenciájú rezgéseket hallja, mint hangot.) Legegyszerűbben ezt úgy érthetjük el, hogy a használatos vasmagnélküli önindukcióstekercs helyébe vasmagos hangfrekvenciatransz- formátort iktatunk. Ha az így felépített hangfrekvenciagenerátor rezgő-

Bertrand-féle elektromos-hangszer kapcsolási rajza. Tr = transzformátor, C = forgókondenzátor.

186

körébe egy forgókondenzátort iktatunk, akkor a kondenzátor különböző állásainak megfelelőleg más és más magasságú hangokat hallunk s így az egész skálát végigjátszhatjuk. A hang erősségét az elektroncső fűtésével sz abál yoz hat j u k.

Ezen az elven alapszik Bertrand René francia tanárnak készüléke — a dynafon —, melyet Budapesten és több magyar vidéki városban is bemu­tatott. Készülékének egyszerű kapcsolását az ábra mutatja, Ha az így nyert hang túlmagas, vagy túlmély, akkor rezgőkörből különböző kapacitásokat veszünk el vagy iktatunk közbe.

A készülék igen egyszerű mind kezelésben, mind felépítésben, azonban igen nagy hibája, hogy a vasmag permeabilitása folytán a rezgőkör öninduk­ciója időnként megváltozik s így a megszólaltatott hang helyett egy más hang fog megszólalni. Bertrand ezen kétféleképpen is segített; egyrészt azáltal, hogy a kondenzátorra szerelt mutató segítségével — mellyel a beállítást is végezte — a kondenzátort állandóan rezegtette ; másrészt a vas­magos tekercset oszcillációs térbe helyezte s így elérte, hogy a vasmagnak nem volt hysteresise.

Az elektromos úton létrejövő hangrezgések előállításának másik módja az interferencia tüneményét használja fel. Vegyünk e célból két olyan zárt

Két rezgőkör interferenciájából létrejött rezgés.

20-nál nem kisebb. Ekkor ha például az egyik rezgőkör adta elektromos rezgés rezgésszáma 1,000.000, a másik rezgőköré pedig 1,001.000, akkor a két rezgést egy közös pontban találkoztatva, ott olyan rezgés jön létre, mely­nek rezgésszáma 1000. A keletkezett rezgések alakját az ábra tünteti fel. Amint az ábrából látjuk, a rezgések amplitúdója a nyugalmi helyzet két oldalán szimetrikusan váltakozik. Ha az ilyen rezgéseket egy telefonkagylóba bevezetjük, ott hang nem keletkezik, ámbár a rezgésszám beleesik abba a rezgésintervallumba, mely iránt az emberi fül érzékeny. Ha azonban a rez­géseket — egy elektroncső segítségével — egyenirányítjuk, akkor a telefon megszólal, hangot ad. Ilymódon igen könnyen előállhatunk tetszésszerinti magasságú hangokat.

Az interferencián alapszik az orosz Theremin készüléke, aki készülékét 1927 nyarán Frankfurt am Mainban mutatta be a nagyközönségnek. Az esz­köz — melyet aetherofonnak keresztelt el a szerző — két rezgőkörből áll, melyeknek rezgéseit egy közös erősítőbe s onnan egy hangszóróba vezeti. Ha már most az interferencia folytán létrejövő lebegések egy másodperc alatti száma az emberi fül érzékenysége által megszabott rezgésintervallumba esik, akkor a hangszóróba hangot hallunk. Hogy a hangok magasságát könnyen tudja változtatni, Theremin az egyik rezgőkörhöz körülbelül % méter hosszú rézrudat kapcsolt. Ha már most kezével a rúd felé közeledett, akkor — a rádióval kapcsolatban igen sokat emlegetett kézkapacitás miatt — a rezgőkör rezgésszáma megváltozott. Mivel pedig az interferencia folytán létrejövő hang a két rezgőkör adta rezgésszámok különbsége, tehát — a kis

187

kézkapacitás ellenére is — a kéz közelítésével, illetőleg távolításával a hang magasságát nagy intervallumban tudta változtatni.

Theremin azonban nem elégedett meg azzal, hogy a hang magasságát tudja változtatni, hanem a hang másik igen fontos jellemzőjét az erősséget is szabályozta úgy, hogy a másik rezgőkör tekercsébe egy 30—50 cm átmérőjű rézkarikát iktatott. Minél mélyebben dugta bele kezét a rézkarikába, a kapott hang — a rezgések amplitúdójának csökkenése folytán — annál gyen­gébb lett. Ugyanis a .rézkarikába áram indukálódik, amely Lenz törvénye értelmében az indukálóárammal ellentétes irányú s így azt gyengíti.

Igen természetes, hogy az eszköz működtetéséhez igen nagy kézügyes­ségre és abszolút hallásra van szükség. Theremin tehát hangszerével azt a misztikusságot, amely az elektromos zenét a nagyközönség körében úgyis körülveszi, csak fokozta ; mert hiszen csodával határos volt, hogy a két kéznek különböző mozgatása zenét produkál. A közönség föllelkesülve beszélt Theremin fantasztikus jóslásáról, hogy »jövőben az emberek nem zenére fognak táncolni, hanem a táncot magától fogja kísérni a muzsika«.

Theremin aetherofonjával elvben teljesen megegyez a francia M. Martenot készüléke, amelyben a hang soha nem hallott finomsággal zeng. Martenot készüléke zene szempontjából felülmúlja az összes addigi készü­lékeket, azonban összetétele és berendezése olyan komplikált, hogy általános elterjedésre nem igen számíthat.

A többi sok-sok fölfedező készülékének ismertetését nem akarom e rövid fejezet keretén belül ismertetni, hanem inkább egy egészen más elven alapuló, de ugyancsak elektromos hangszert akarok alábbiakban bemutatni olvasó­sóimnak.

A fotoelektromos cellának a rádiótechnikába való bevonulása az elektro­moshangszerek készítésénél is érezteti hatását. Első, aki készülékében fotocellát alkalmazott; E. Spielmann wieni építész, aki »fényzongorájával« általános feltűnést keltett. A készülék a közönséges zongorától alakra alig tér el. Viszont zene szempontjából a zongorának igen nagy mértékben töké­letesített társa. A hang színezetét a zenész néhány mozdulatával teljesen megváltoztatja úgy, hogy egyszer a fuvolához hasonlít, majd a hegedű hang­

188

ját utánozza, vagy az emberi hangot adja stb.; a hang erőssége pedig szinte végtelen nagy határok között változhat.

Hangkomplexuma és dynamikája olyan, hogy a jövő zeneművészetet egészen új feladatok elé fogja állítani. Egy hibája azonban ennek a hang­szernek is van; igen bonyolult a szerkezete. Villamosmotor hajt 12 ebonit- korongot. A korongok forgási sebességét ellenállással szabályozhatjuk. A korongokon Spielmann hét koncentrikus kör mentén különböző számú lyuka­kat helyezett el. A lyukak előtt egy kis villanylámpa volt, míg a korong mögé fotoelektromos cellát tett. Hozzuk már most forgásba a motor segélyé­vel a korongokat, ekkor ha egy billentyűt lenyomunk, a korong egyik köre előtt lévő vili anylámpa kigyullad és a fény a lyukakon keresztül szűrődve, a fotocellára esik, ahol a fényerősségnek megfelelő intenzitású áram kelet­kezik. A villanylámpa fénye annyiszor jut a fotocellára, ahány lyuk kerül — a korong forgása folytán — a lámpa elé. A fényváltozás a fotocellában- áramingadozást kelt, ez pedig kellőképpen fölerősítve olyan hangot repre­zentál, amelynek rezgésszáma a fényváltozásokkal egyenlő. Különböző billentyűknek más-más korong más-más köre felelvén meg ; a különböző billentyűk lenyomásával különböző hangok keletkeznek. A »fényzongorán« még különböző forgattyúk, pedálok és billentyűk vannak, melyeknek segélyé­vel a megszólaltatott hang időtartamát változtatjuk, trillát, vibrálást stb. kelthetünk.

Az elektromos zene nagy jelentősége már most nem abban keresendő, hogy az elektromos hangszerekkel a partitúra bővül, hanem figyelembe kell venni azt is, hogy mit is jelent az elektromos zene a hangok világában.

Szerintem ugyanis az elektromos zenével el lehet érni azt a tökéletességet, amelyet ma csak a Palestrina-kórus reprezentál. Visszatérést jelent az elektro­mos zene a pentatonikus skálához, mely Zarlino szerint a természetes, ősi adott skála. Ezt remélni lehet nemcsak azért, mert a hangok magasságát tetszésszerinti mértékben tudjuk változtatni, hanem azért is, mert el tudjuk érni, hogy az alaphanggal együtt olyan felhangok szólaljanak csak meg, amelyek nekünk a legkellemesebbek.

8.

TÁVOLBALÁTÁS.

Az a törekvés, amely kéziratoknak, rajzoknak és képeknek egyik helyről egy másik helyie elektromos áram segítségével való átvitelét célozza, majd­nem egyidejű a telegrafiának — távíró — feltalálásával. Kielégítő eredmé­nyeket azonban a kísérletek csak azóta mutatnak, amióta a képátvitel prob­lémájává lett a rádiótechnikának is. A kérdést ma már megoldottnak tekint­hetjük, mindazonáltal sok, főleg technikai részletkérdés várja a tökéletesítést. Fontosságát legjobban az mutatja, hogy a fejlődés alig 60 esztendeje óta az összes művelt nemzetek foglalkoznak a kérdés minél egyszerűbb megoldásá­val. A képtelegráfia elterjedésének nagy hiányát megérzi a mindennapi élet is. Hiszen rajzoknak és fényképeknek torzításmentes továbbítása a sajtónál igen nagy szerepet játszana. Vagy a katonai szolgálatban a terepviszonyok jellemzésére mennyivel jobban használhatnánk a néhány vonással felrajzolt és elektromosan továbbított térképet, a hosszadalmas — telefonon keresztül történő — szóbeli közlésnél. Egy más alkalmazása a bűnügy terén lehetne a képtelegráfiának : gonosztevők arcképét és ujjlenyomatát ezúton közölnék

1

I

189

az egész föld rendőrségével. Úttörők az angol Bain (1843), Bakewell (1847) és az olasz Caselli (1855) voltak, akik kézírást és vonalas rajzokat már tudtak továbbítani. 1907-ben Kom müncheni tanár volt az első, aki arcképet továbbított: VII. Edward, angol király arcképét 15 perc alatt továbbította. Most azután, ha a további kutatók munkásságát ismertetnénk, igen sokszor át kellene lépni egy másik területre, a távolbalátás területére. Éppen ezért előbb elmondom, hogy mi is az a távolbalátás és csak azután ismertetem a további haladást. Valaki a képtáviratozás fontosságát egyszer úgy jellemezte, hogy legnagyobb jelentősége az, hogy a képtáviratozás problémája vezette az emberiséget a minden technikai teljesítmény koronájához : a távolbalátáshoz.

Távolbalátókészüléken olyan kettőskészüléket — adó- és vevőállomást — értünk, amely lehetővé teszi, hogy az adóállomás előtt lévő képet, vagy megjelenő alakot, esetleg egy eseményt, vagy színdarabot a vevőállomáson ugyanabban a pillanatban lehessen látni.

A távolbalátás tehát igen hasonló a telefonáláshoz. A telefonálásnál ugynais a hanghullámok mikrofon segítségével elektromos áramingadozássá

alakulnak. Ezt a váltakozó elektromos áramot vezetjük a felvevő állomás kagylójába, ahol az elektromágnes az elektromos áram ingadozásának meg­felelően, hol jobban, hol kevésbbé jobban húzza magához a telefon hártyáját.

A T tárgyról L lencse segítségével nyert képet a C fotocellára ejtjük. Az így nyert elektromos áramot a vevő-állomáson egy ködfénylámpába vezetjük s az ott keletkezett képet L lencsével E ernyőre vetítjük.

Ennek a telefonmembránnak ingadozása olyan hangokat kelt, mint amelvek a mikrofont érték. így azután bárhol lévő ismerőseinkkel is beszél­hetünk. A távolbalátás problémája: adva van a megvilágított tárgy. Az

190

Ködfénylámpa.

A rádió­sé meg- erősítés- anélkül,

erről visszaverődő fénysugarak annak megfelelően, hogy a tárgy világosabb, vagy sötétebb helyéről verődtek-e vissza, erősségingadozást fognak mutatni Ezeket az ingadozásokat kell elektromos árammá alakítani. Az így létrejövő váltakozó elektromos áramot el kell vezetni a vevőállomás elektromos­lámpájához, mely a fényességét az elektromos áram erősségének megfelelően változtatja. A lámpa fényét ernyőre vetítjük, ahol az adóállomás tárgyához hasonló képet fogunk látni.

A kérdés tehát nem egyszerű. Mindenekelőtt nézzük meg, hogy vannak-e a fizikának olyan eszközei, amelyekkel a fentebb jelzett feladatot megoldhat­juk. Az első kérdés : van-e olyan eszközünk, amellyel gyors fényingadozások elektromos áramingadozásokká alakíthatók? Igennel kell felelni, mert mint azt az előbbi fejezetekből tudjuk, a fotoelektromoscella a fényerősségingadozásokat még akkor is hűen jelzi, ha ezek az ingadozások egymilliomod másodpercenként követik is egymást. Ezzel tehát nincs baj ; de a fotocella által keltett áram igen kicsiny — körülbelül egymilliomod ampére — tehát ezt fel kell erősíteni, nál tanultakból azt is tudjuk, hogy ez oldhatatlan feladat, hiszen a modern technika akár milliószorosra erősít hogy valami torzítás jönne létre.

A felvetődő második kérdés: van-e olyan elektromos lámpa, mely az elég gyors áram­ingadozásokat híven visszaadja, mint fény­erősségingadozást? Tudjuk, hogy a közönséges izzólámpa erre a célra nem használható, dö a fizikai eszközök egész sorát ismerjük, — hú­ros galvanométer, tükrös oszcillográf, Kerr- cella, katódoszcillográf — amelyek a fenti célra megfelelnek. Mi csak a legegyszerűbbet, a ködfény-, vagy neonlámpát ismertetjük. Ez a ködfénylámpa egy izzólámpaalakú üvegcső, melynek két nagy felületű elektródja van. Az elektródokat igen közel helyezik el egymás mellé, de természetesen úgy, hogy azok egy­mással ne érintkezzenek. A lámpát megtöltik neongázzal, így elérik azt, hogy már alacsony 100—200 volt feszültséggel is üzemben tart­ható. Érdekes — és távolbalátás szempont­jából igen fontos — tulajdonsága a ködfénv- lámpának, hogy csak az egyik elektród világít és a lámpa fényerőssége még milliomod másod­percek alatt is arányosan követi az őt tápláló elektromos áram ingadozásait.

Látjuk, hogy a probléma az eszközök miatt megoldható. Nézzük tehát a feladat nehézségeit.

Az első kérdés, hogyan világítjuk meg a tárgyat, hogy annak egy-egy pontjáról vissza­verődő fénysugár egymás után érje csak a fotoelektromos cellát? Ezt mindenesetre meg

191

kell oldani. Emlékszem egy régi esetre, amikor egy fiúcska megkérdezte tőlem, hogyan készülnek a gobelin-képek. Rövid ideig tartó fejtörés után azt ajánlottam a fiúcskának, vegye elő a sok és különböző színű dara­bokból álló kockajátékát és ketten megpróbálunk építeni egy ogobelin- képet«. Elővettem egy kis gobelint és diktálni kezdtem az egymás után következő négyzeteket szín szerint. A fiúcska nagy gonddal és pon­tossággal rakta egymás mellé a különböző színű kockák sorait. Ez így ment sokáig. Sort sor követett és egyszer csak előttünk feküdt a gobelin-mintának egy tökéletlen, de mégis hasonló és felismerhető mása. Ilyen fajta munkát kell elvégezni a távolbalátók adójánál is. Utánozni kell az újságokból jól ismert raster (rácsos) eljárással készített képek technikáját. Egy ilyen raster kép még például 50—60 cm-ről nézve teljesen egyöntetűnek látszik, de 10— 15 cm-ről már jól láthatók a sötét és világos pontok sorozatai, melyek a képet alkotják. Ezeket a világos vagy sötét pontokat képelemeknek nevezzük. Minden kép összerakható ilyen világos és sötét képelemek sorozatából. A kér­dés csak az, miképpen sikerül a továbbítandó tárgyat megfelelő nagyságú képelemekre bontani? Minél kisebbek a képelemek, a kép annál tökéletesebb lesz. Mivel szemünk érzékenysége (feloldódó képessége) olyan, hogy 30 cm távolságból még 0-1 mm-nyi részleteket még felismer, a képelemeknek tehát 0-1 mm²-nél kisebbeknek kell lenni. Ha a képelemek nagysága 0-1 mm², akkor egy 24 x 36 mm-es normál film méretű képet 8640 elemre kell bon­tanunk és ennek következtében 8640-szer ingadozó elektromos áramot kell továbbítani. De ez még nem elég ! Ahhoz, hogy szemünk az egymás után következő képeket folytonos mozgássá alakítsa (a mozinál ugyanez a pro­bléma) szükséges, hogy egy másodperc alatt 10, de még jobb, ha 16 képett tudunk továbbítani. Ennek következtében egy másodperc alatt 16 x 8640 = = 138.240 jelet kell továbbítanunk. Más szóval, egy 138.240-szer ingadozó elektromos áram továbbvitelének problémáját kell megoldani.

Mielőtt erről beszélnénk, térjünk vissza eredeti feladatunkhoz, a kép­elemekre való bontáshoz. Erre a célra többféle készülék is felhasználható: A Belin-ié\e képalanizátor, Weiller-kerék, Jenkins-korong, katódoszcillográf. Mi csak a legegyszerűbbet, a Nipkow-féle korongot ismertetjük. Ez a kívánt képelemek méretének megfe­lelő nagyságú nyílásokat tar­talmaz, melyek a korongon csigavonalban vannak elhe­lyezve. A továbbítandó kép elé úgy kell ezt a korongot elhelyezni, hogy az első nyílás a korong forgása következté­ben a kép legfelső csíkját »si- mítsa* végig. Amikor ez az első nyílás a sor végére ér, a második, a képelemek mére­tének megfelelően lefelé kissé eltolt nyílás a második csíkot futja végig és így tovább. A Nipkow-korongon mindig annyi nyílás van, ahány csíkra akarjuk felbontani a továbbí­tandó képet. A fényforrás fé­nyét a korong nyílásain enged­jük át és így a fénysugarakkal

192

Nipkow.

szinte végigtapogatjuk a továbbítandó tárgyat. A tárgy egy-egy pontjáról visszaverődő fény fotocellára esik, melyben a visszavert fény erősségének megfelelő erősségű elektromos áram keletkezik. Az adóállomás nehézségeit ezzel meg is beszéltük.

Nézzük a vevőállomást. A vevő­állomás legfontosabb része az inga­dozó elektromos áramot fényingado­zássá átalakító neonlámpa. (Újabban mindgyakrabban használják a neon­lámpa helyett a teljesen tehetetlen­ségmentes katódoszcillográfot). A négyszögletes elektróddal — ez a négyszög éppen akkora mint a kép, tehát a mi esetünkben 24 x 36 mm — ellátott neonlámpába vezetjük az adóállomásról jövő áramot, mely az odaérkező áramimpulzusoknak meg­felelően jobban, vagy kevésbbé job­ban világít. A neon-lámpa ezen fényingadozását szabad szemmel észre sem vesszük, de ha a négyszögletes elektród előtt egy, az adóállomás Nipkow-korongjával egyidejűleg (szin­krón) forgó Nipkow-korongot teszünk, akkor egyszerre megjelenik előttünk a kívánt kép. Ugyanis a korongon keresztülnézve

mi csak az állomáson továbbított kép egyes képelemeit lát-

Az »adás< vázlata.

F = fényforrás, N = Nipkow-korong, C = fotoelektromos cella.

193

hatjuk ugyanolyan sorrendben, ahogy azt az adóállomáson a fénysugár letapogatta. Egy teljes fordulat alatt tehát minden képelem csak egyszer válik láthatóvá. Az egymás után felvillanó képelemeket azután szemünk egyesíti képpé.

Az elmondottakból látható, hogy a távolbalátás kérdésének elvi akadályai nincsenek. A nehézségek főleg technikaiak. Iíiv a legnagyobb nehézséget az okozza, milyen módon lehet elérni azt a szükséges feltételt, hogy az adó­állomás és vevőállomás Nipkow tárcsái egyidejűleg szinkrón forogjanak. Nem elég ugyanis, ha a korongok sebessége hajszálnyira megegyez, szük­séges még az is, hogy a két korong mindig ugyanabban a fázisban legyen ; azaz a két korong nyílásai mindig ugyanarra a képpontra essenek. (Ha két tökéletesen egyforma óra minden mutatója, minden pillanatban egyforma időt mutat, akkor mondhatjuk csak a két óráról, hogy szinkronizálva vannak.) Sok pólusú szinkrónmotorok

— Bell T. C. már 240 pólusú szin­kronmotort is épített kísérletei­hez — és kvarcoszcillátorok se­gítségével ezt a nehézséget is sikeiült legyőzni.

A távolbalátás kérdése tehát

— legalábbis kísérletileg — meg­oldottnak tekinthető. Az elterje­dés akadályai : a vevőkészülékek még igen sokba kerülnek, de talán még inkább az, hogy a képele­meknek megfelelő ingadozású elektromos áramot csak az úgy­nevezett ultrarövid hullámú adó­állomások segítségével továbbít­hatjuk. Ezeknek az adóknak hatósugara pedig igen kicsiny, kb. 30 km, tehát ahhoz, hogy egy egész o»szág élvezhesse a tá-

Távolbalátó készüléken át így látunk egy arcot.

volbalátást. igen sok ilyen adó­állomás felépítésére lenne szükség, ami viszont — természetesen — az üzemet drágítja.

A távolbalátás kísérleti megoldásában igen sok kutató tevékenykedett. Csak neveket sorolok fel : Thorne. Backer, de Paiva, Senlecq. Nipkow, Weiller, Sutton, Belin, Bayrd, Jenkins, Karolus, Fulton, Alexanderson, íves, Mihály Dénes, Babits Viktor, Okolicsányi Ferenc, Farnswort, Zworykin. Bizonyára kimaradt a felsorolásból sok. igen kiváló munkás. A legkiválóbbat azonban csak most említjük külön : Baird angol mérnök végezte a távolbalátás terén a legkomolyabb és a legeredményesebb munkát. Már 1925-ben bemutatja a nagy­közönségnek a távolbalását. 1927-ben felfedezi az éjjeli látást, a noktovíziót. 1928-ban London és Newyork között csinált távolbalátási bemutatót. Ugyan­csak ebben az évben mutatja be a Royal Institution tagjainak a színes távolba­látást. 1932-től kezdve pedig gyártja a különböző, jobbnál jobb, de még elég drága (2000—5000 pengő értékű) távolbalátó vevőkészülékeket. A távolba­látási kísérletek legjelentősebb eseménye talán 1927 április 7-én tör­tént. Az amerikai Bell T. C mutatta be a távolbalátást Washington és New- York között és ezzel a kísérlettel igen nagy tömegeket tett a távolbalátás iránt figyelmessé. A Washingtonban beszélő Hoover, az Egyesült-Államoknak

Koczkás Gyula: örök törvények.

194

Boosewelt előtti elnöke, megjelent a new-yorki polgárok előtt, akik nemcsak hallották szavait (rádió), de látták is őt.

Néhány szóval emlékezzünk még meg Baird egyik legérdekesebb és a leg­nagyobb perspektívát nyújtó találmányáról, a noktovízióról. Mikor észre­vette Baird azt, hogy olyan fo-

Zworykin. Baird.

sugárzás iránt is érzékenyek, kísérleteket végzett abban az irányban, hogy ha valamely fényforrás fényéből a látható és ultraibolyasugarakat kiszűri és csak a vörösöntúli sugarakkal »világítja« meg a tárgyat, lehet-e távolba­látást eszközölni? Kísérletei teljes eredménnyel jártak. így is ugyanolyan képet kapott, mint napfényben. Lehetséges tehát ilymódon az éjszaka sötétjében egyéneket, tájakat észrevétlenül megvilágítani és azokat látha­tóvá tenni. De talán még nagyobb jelentősége is van a noktovíziónak. Hiszen ezek a vörösöntúli sugarak, mint tudjuk, ködön és füstön is áthatol­nak, tehát ennek segítségével elködösített tájak is »megláthatók«. Éppen ennek hadászati jelentőségére való tekintettel Baird a szaklapokba semmi közelebbi megoldást nem közöl találmányáról.

Hogy az egyes napi események a távolbalátókészülék-tulajdonosokhoz mielőbb eljuthassanak, úgy oldották meg, hogy valamely nagyobb eseményt egy úgynevezett távolbalátási autó filmfelvevő gépjével lefotografálnak, de ekkor már a film be is jut az autó belsejébe, ahol azt kidolgozzák s már az így kikészített filmet az autó egy másik rekeszében elhelyezett távolbalátó adó­állomás Nipfcow-korongja elé helyezik. Az adóállomás antennája a váltakozó elektromos rezgéseket kisugározza, egy másik, közelben lévő, nagyobb teljesít­ményű adó ezeket felerősíti és így jut el az elektromos rezgés a vevőkészülé­kekhez. Pár percnyi késés után tehát már láthatjuk is a nap legfontosabb, érdekes eseményeit, ha van távolbalátó vevőkészülékünk. . .

Ha ezen készülékek általános elterjedését bizonyos anyagi természeti okok még meg is hiúsít ják, jogosan reméljük, hogy ez nem fog sokáig tartani

195

Előttünk áll a rádiónak az a hihetetlenül gyors fejlődése, amely Marconi felléptétől számított 50 év alatt az egész kultúrvilágot meghódította. Reméjük tehát, nincs messze az az idő sem, amikor a távolbalátás is ugyanolyan népszerűségnek fog örvendeni, mint ma a rádió.

A RÖNTGEN-SUGARAK.

Röntgen.

A XIX. század végén a fizikusok legnagyobb része a katódsugárzás törvényszerűségeit kutatta. Újszerű, érdekes és szép kísérletek kedvel tették meg a fizikusokkal ezeket a vizsgálato­kat, melyek igen értékes eredmények­kel gazdagították a fizikát. Nem lehet tehát azon csodálkoznunk, hogy Rönt­gen professzornak is ez a kedvenc té­mája a XIX. század utolsó évtizedében.

Röntgen Hollandiában született 1845-ben, apja német kereskedő volt. Röntgen jó tanuló, de mégis olyan szerencsétlen, hogy kisebb diákcsínyek miatt érettségijét nem tudta letenni. Egyetemre nem is iratkozott be, ha­nem a zürichi polytechnikumnak lesz hallgatója. Professzora, a híres Kundt, igen megszereti s maga mellé veszi asszisztensnek. Kundt mellett marad sokáig s követi is mesterét a különböző egyetemeken. Würzburgban Kundt magántanárrá akarja habilitál tatni Röntgent, de a kar az érettségi hiánya miatt nem hajlandó elfogadni Röntgen magántanárságát. A sors különös sze­szélye folytán ugyanez az egyetem bívja meg rendes professzorának s azóta is a würzburgi egyetem büszke­séggel állapítja meg, hogy az egyetem­nek nem volt híresebb professzora Röntgennél. Röntgen élvezhette a sikert

„ „ , amit felfedezése hozott

számára. (5 az első fizikus, aki megkapja a Nobel-díjat, de ezenkívül meg­érhette a Röntgen-sugárzásnak azt a rendkívül Sokoldalú alkalmazását, mely lehetővé teszi, hogy a technika területén, a tudományos megismerésben,\a művészetek segédeszközeként, a betegségek diagnosztikájában és a therapiában egyaránt hasznára legyen az emberiségnek. Még nincs 50 esztendeje, hogy Röntgen felfedezte az általa X-sugaraknak elnevezett Pönfgen-sugarakat (1895) s talán ez a felfedezés hozott az emberiségnek legtöbb áldást anélkül, hogy azt rosszra is fel lehetne használni. A Röntgen-sugár csak segíti az embe ri szelle­met az Igazság megismerésében anélkül, hogy ezt a haladást valami módon gátolná is. Ha megszavaztatnák az emberiséget, melyik feltalálót tartják az emberiség legnagyobb jótevőjének, biztos vagyok benne, hogy a legtöbb szavazatot Röntgen kapná és joggal.

13*

196

Tehát a múlt század kilencvenes éveiben Röntgen a katódsugarakkal kísérletezett. Vizsgálta a sugarak mágneses és elektromos eltérítő hatását és különösen érdekelték a katódsugarak különböző tulajdonságai. Vizsgálatai­hoz rendszerint egy úgynevezett Crookes-féle csövet használt. Ez a Crookes-té\e> cső olyan üvegcső, melybe két elektród van beforrasztva s melyből a levegő

0’01 mm higanynyomásig ki van szivattyúzva. A cső anódja rendszerint egy máltai keresztalakú fém szokott lenni, főleg azért, hogy a katódsugarak egye­nesvonalú terjedése jól demonstrálható legyen általa. A máltai kereszt ugyanis

a katódsugarak hatására a cső falára árnyékot vet, ami jól bizonyítja az egyenesvonalú terjedést. Röntgen ezzel a csővel kísérletezett. Meg akarta ismételni azt a fontos kísérletet, melyet Lenard végzett el először. Lenard ugyanis egy 0-01 mm vastag alumí­nium ablakon kivezette a katódsu- garakat a csőből s így azokat a leve­gőben is tanulmányozhatta. Röntgen midőn ezt a kísérletet megismételte, meglepődve tapasztalta, hogy a kezé­ben tartott s fekete papírral teljesen- letakart báriumplatincianürrel bevont ernyője a sugarak hatására fluoreszkál, azaz világít. Ismerték már ekkor a katódsugarak fluoreszkáló hatását, de viszont az is ismeretes volt, hogy a katódsugárnak igen csekély az átható­képessége, tehát a katódsugárzás nem okozhatta ezt a különös fluoreszkálást.

Lenard. Röntgen a jelenség lényegét akarta

felderíteni. Mi okozta a báriumplatin- cianür-ernyő fluoreszkálását? Rendkívül érdekes kérdés, megéri a fáradságot. Bizony Röntgen sem gondolkodott másképpen. A laboratórium­ban ütötte fel tanyáját. Odahozatta ágyát, ebédjét, vacsoráját. Hetek és hónapok teltek el anélkül, hogy Röntgen kimozdult volna a laboratórium­ból. Kísérletezett, dolgozott. Új és új nyomokon indult el, míg aztán

197

egyszercsak rájött arra, hogy az ernyőnek ezt a fluoreszkálását egy új, az üvegesővön és feketepapíron is áthaladó sugárzás idézi elő, amelyet Röntgen X-sugárzásnak nevezett el. Röntgen azonban nem elégedett meg ennyivel, tudni akarta, hogy ennek a titokzatos sugárzásnak milyen tulajdonságai van­nak. Kezében a báriumplatincianür-ernyővel állandóan vizsgálódott. Egyszer csak meglepetéssel tapasztalta, hogy a fluoreszkáló ernyőn kezének árnyképe is megjelent. Ez az árnyékkép a kéz csontjainak elhelyezkedését pontosan mutatta. Óriási jelentőségű felfedezés volt ez, melynek fontosságára. Röntgen az X-sugarakról tartott első előadásaiban már rá is mutatott, kiemelve a sugaraknak az orvostudományban leendő nagy szerepét. Ez a nagy áthatoló­képesség volt ezeknek a sugaraknak legszembetűnőbb tulajdonsága, melyet Röntgen vadászpuskájáról való felvételével is igazol.

Röntgen eredeti összeállítása, mellyel kezét lefényképezi.

Vannak azonban még egyéb tulajdonságai is ezeknek a sugaraknak. így pl. a sugarak a tér minden irányába egyenes vonalban terjednek. Fluoreszkálást idéznek elő. A fényképezőlemezt megfeketítik. A levegőt elektromosan veze­tővé teszik, azaz ionizálják. Sem az elektromos, sem a mágneses tér nincs rájuk hatással. Biológiai hatásuk az hogy élő szöveteket elpusztítanak.

Midőn Röntgen a sugarak legfontosabb hatásaival tisztába jött, mindenek­előtt a Crooies-csövet kissé átalakította. A katódról kiinduló katódsugárzás útjába egy az anóddal összekötött fémlemezt — antikatódot — helyezett, amelyre eső katódsugarak ezt egy új sugárzás — az X-sugárzás — megindí­tásra bírják. A legújabb időkig ezeket a Röntgen-lámpákat használták, még­pedig úgy, hogy egy nagyfeszültségű elektromos áram két sarkával össze­kötötték a lámpa két sarkát. Röntgen áramforrás gyanánt egy Rumkorff-iéle szikrainduktort használt.

A vizsgálatok során az is kiderült a Röntgensugárról, hogy elektro- e o

mágneses sugárzás, melynek hullámhossza 180 A-től kb. 0-05 A-ig terjed. A Röntgen-sugarak hullámhosszai tehát átlagban 10.000-szer kisebbek, mint a látható fény hullámhosszai. Megjegyzem, minél kisebb a Röntgen-sugár hullámhossza, annál nagyobb az áthatoló képessége. A kis hullámhosszúságú sugárzást kemény sugárnak nevezzük, a nagy hullámhosszút pedig lágy sugár­zásnak. Természetesen ma már nem azzal az egyszerű vacuumlámpával

198

Laue.

állítják elő a Röntgensugarakat, hanem gáztól téses izzókatódos Rönt- (/en-lámpákkal. Ugyanis az izzó- katód csakolyan elektron-áramlást eredményez, mint a nagy vacuumú csőben lefolyó elektromos kisülés. Az előbb a Röntgen-sugarak hullámhosszát olyan könnyedén adtam meg, pedig igen sokáig tar­tott, míg ezt meg tudták határozni. Sohasem sikerült ugyanis a Röntgen- sugarakkal bármilyen sűrű optikai rácsok segítségével interferenciát vagy elhajlásos jelenséget létrehozni. Ma már tudjuk az okát: nem lehet olyan sűrű rácsokat előállítani, mely ilyen rendkívül kis hullámhosszú­ságú sugaraknak elhajlását ered­ményezheti. A kérdést Laue német fizikus oldotta meg 1912-ben, midőn arra gondolt, hogy az atomoknak kristályokban való szabályos elren­deződését fel lehetne használni opti­

kai rács gyanánt. A gondolatot tett követte. Laue kísérleteiben egy keskeny Röntgen-uyalab útjába kősókristályt helyezett s a kristály által elhajlí­tott .Róntyensugarak útjába pedig fényképező lemezt tett. A fényképező lemez az ábra szerinti képet mutatta. Ezzel be volt bizonyítva, hogy a kristályokban az atomok rácsszerűleg helyezked­nek el. A Zatte-kísérlet alapján azonban be lett bizonyítva a Röntgensugarak hullámtermészete is és megállapíthatóvá vált a sugarak hullámhosszú­

A Laue-féle berendezés.

B = rés, K = kristály, FK = fényképezőlemez. Elöl a Röntgen-lámpa látható.

199

sága. Laue ezekért a kísérletekért kapta 1914-ben a fizikai Nobel-díjat. A Laue-féle interferenciánál egyszerűbb eljárást eszelt ki a két Bragg, — apa és fiú — akik a jRönfgen-sugaraknak kristálylapon történt vissza­verődésével tudtak Rontgen-színképet előállítani. Az 1915-ös Nobeldíjat ezért kapta meg a két kutató.

A ^önígen-sugárzásnak jelentősége nem tudjuk hol nagyobb, a tisztán tudományos megismerésben, vagy az alkalmazott tudományok körében ?

Ugyanis a látható spektrummal való spektroszkópiai vizsgálatok az atomok szerkezetének perifériális részleteire igen becses adatokat szolgál­tattak, azonban nem mondtak semmit az atommag fizikájáról. Erre vonat­kozólag viszont a Röntgen-spektroszkópia adott bő és termékeny felvilágo­sítást.

Az alkalmazott tudományok terén az orvostudományban van leg­nagyobb jelentősége a Röntgen-sugaraknak, ahol egyrészt diagnosztizálásra, másrészt therápiára is felhasználják ezeket a sugarakat. A betegségek felisme­rése Röntgen-sugarak alapján vagy átvilágítással, vagy fényképezés útján történik. A lágy részeken könnyen keresztülhaladó Röntgen-sugár a fényképen sötétedést idéz elő. A csontokban a röntgensugárzás nagyrésze elnyelődik s így a csontok világosabbak lesznek. Ahol csak lágy részeket akarunk vizsgálni : pl. gyomor- vagy bélvizsgálatoknál, ott egy nehéz atomsúlyú (a Röntgen­sugarat jól elnyelő) kontrasztanyagot viszünk be a szervezetbe, hogy így a betegséget felfedezhessük.

A Röntgen-sugárral való kezelés a sugaraknak azon a hatásán alapszik, hogy az élő szöveteket elpusztítják. Jó- és rosszindulatú daganatokat besugá­rozzák, mire a daganatot alkotó szövet szétesik s a beteg meggyógyul. Sajnos rákosdaganatoknál ez nem mindig következik be, de tünetmentesíteni és a beteg életét ezáltal esetleg évekkel meghosszabbítani majd minden esetben lehetséges.

Van a Röntgen-sugaraknak azonban egy igen veszedelmes hatása és pedig az, hogy maga a sugárzás is előidézheti a rákot. Sok kiváló tudós or­vos, aki röntgennel gyógykezelte a betegeket, maga is a Röntgen-sugár áldozata lett. Hamburgban a Szent György-kórház udvarán egy emlékoszlopot állí­tottak fel a röntgenezés vértanúinak emlékére. 150-nél több név között hat magyar orvos neve is ott található. Ezek a pionírok még nem ismerték a Röntgen-sugárnak ezt a veszélyes hatását, tehát nem is védekeztek: ez lett a vesztük. Ma már a Röntgen-sugár ellen megfelelő védelmet nyújt az orvos által használt megfelelő vastagságú ólomgumi és ólomüveg felszerelések.

A technika is felhasználja a Röntgen-sugárt »diagnosztizálásra« oly­képpen, hogy öntött fém-alkotórészeket átvilágítják vele s így az esetleg kelet­kező öntési hibát, mely súlyos szerencsétlenségeket okozhat, felfedezhetjük. Ugyanígy ellenőrizhetjük Röntgen-átvilágítással a hegesztési eljárásokat is.

Újabban festmények vizsgálatánál is használják a Röntgen-átvilágítást. Régi mesterek ugyanis általában nagy rendszámú elemekből álló festékekkel — ólomfehér, zinóber stb. — dolgoztak. Az újabb festők viszont kis rendszámú elemekből álló szerves festékeket használnak. Ha tehát egy festményt meg­vizsgálunk Röntgen-sugarakkal, akkor Röntgen-átvilágítás segítségével eset­leg megállapíthatjuk, hogy alatta egy értékes régi festmény van.

A Röntgen-sugár széles alkalmazási területe közül még újabb kutatá­sokra vár a biológiai hatások teljes tisztázása.

Az azonban már is megállapítható, hogy Röntgen felfedezésével az embe­riségnek olyan ajándékot adott, melynek értékét ma még megbecsülni se tudjuk…

200

10.

AZ ELEKTRONMIKROSZKÓP.

Az optikai mikroszkóp feloldóképességének határa 0-1 p., ami azt jelenti, hogy egy ilyen kis részecskékből álló tárgynak szerkezetét mikroszkóppal még tanulmányozhatjuk. A mikroszkóp tárgyalásánál azt is láttuk, hogy az ultra­mikroszkóp segítségével, ha nem is vizsgálódhatunk 0-1 p-nál kisebb részle­tekből álló tárgynál, de észrevehetünk még olyan kis tárgyakat is, melyeknek mérete kb. 0-6 mp. Ennél kisebb tárgyak észrevevése optikai mikroszkópok segítségével nem eszközölhető. így tehát a legtöbb baktérium még tanulmá­nyozható optikai mikroszkóppal, hiszen ezek nagysága kb. 1 — 5 p. nagyság­rendű. A 0-1 p-nál kisebb nagyságú baktériumok és vírusok, melyek közt még 0-01 p-nagyságrendűek is vannak, már nem tanulmányozhatók vele. Termé­szetesen még reményünk se lehetett rá, hogy molekulákat vagy pláne atomo­kat megfigyelhessünk mikroszkópjainkkal.

Eljutottunk oda, ahol azt hittük, megállásra kényszerültünk. De nem kell abbahagyni a mikrokozmosz világának objektív megfigyelését, hiszen itt van máris az új eszköz, E. Ruska által a közelmúltban felfedezett elektronmikroszkóp. Ez a műszer az elektronsugaraknak elektromos és mág­neses eltérítésével lehetővé teszi a további nagyításokat is. Körülbelül 5 esz­tendeje működik az első használható elektronmikroszkóp s ma már 35.000-sze- res nagyításokkal dolgozik s a legkisebb részecske, melyet még észrevehetünk általa, kb. 0-003 p. Az elektronmikroszkóp által nyert kép legalább olyan tökéletes, mint az optikai mikroszkópok képe, óriási távlatok nyíltak meg az elektronmikroszkóp által. Talán nemsokára az atomok törvényszerűségeit figyelhetjük meg. De addig is új megismerésekhez és új alkalmazásokhoz jutott el általa a tudomány.

Nézzük már most az elektronmikroszkóp fizikai alapjait.

Mindenekelőtt valószínűleg meglepődnek figyelmes olvasóim azon, hogy elektronoknak, tehát anyagi részeknek segítségével mikroszkópi képet tudunk előállítani. Ehhez ugyanis az a szükséges feltétel kívántatik meg, hogy az elektronyalábokat megfelelő módon tetszés szerint összetartókká tehessünk. Ez pedig hullámszerű viselkedést követel meg. Bizony erre eleinte gondolni se mertek a kutatók, míg nem sikerült elektronyalábok segítségével interferen­ciát és elhajlást létrehozni, ami pedig — mint láttuk — a hullámszerűség leg­jobb és egyúttal döntő bizonyítéka.

Az elektronok elhajlása és az elektroninterferencia jelensége igen szoros kapcsolatban áll a DeBroglie-féle anyaghullám elmélettel. Az anyag fizikája és a hullámfizika ugyanis mind szorosabb kapcsolatba kerültek egymással. Mint tudjuk, először Planck tételezte fel quantum-elméletében, hogy a fénykibo- csájtás és a fényelnyelés csak az elemi quantumnak egészszámú többszörösé­ben, tehát meghatározott nagyságban történhetik. A quantumelmélet szerint az energia atomos szerkezetű. Einstein szerint, mivel az energiának és tömeg­nek igen szoros a kapcsolata, a sugárzó energiának is van tömege. Ezt a relativisztikus felfogást Compton igazolta kísérletileg, midőn kimutatta, hogy a fényquantumoknak (fotonoknak) elektronokkal való összeütközése a rugal­mas testek ütközésének szabályai szerint történik, tehát a fotonok tényleg mint rugalmas tömegek szerepelnek. De Broglie tulajdonképpen csak ezen kísérleti bizonyíték hatására merte kimondani, hogy ha a hullám úgy fogható fel bizo­nyos esetekben, mint a tömeg, akkor a tömegrészecskék is tekinthetők hul­lámnak. Davidson és Germer kísérletileg kimutatták a Broglie-íéXe gondolat helyességét, midőn a katódsugárnyalábot egy vékony fémlemezen keresztül-

201

bocsájtva, éppen olyan elhajlásos gyűrűket észleltek, mint Laue észlelt a Röntgen-interferenciánál. Davidson és Germer az elhajlásos kép alapján kiszá­mították a hullámhosszúságot is, mely jól egyezett a Broglie által elméletileg kiszámított értékké’. így tehát az elektronok hullámszerűsége bizonyítva van, de nagy kérdés, mi módon tudjuk az elektronyalábokat összegyűjteni és így velük mikroszkópi képet előállítani?

Az elektronsugarakat legegyszerűbben egy fémből készült körgyűrűvel gyüjthetjük össze. Ha afémgyűrűnek elektromos töltést adunk, akkor valamely tárgynak képét ezzel a körgyűrűvel ugyanúgy előállíthatjuk, mint pl. optikai lencsével. Ez az elektromos töltéssel bíró fémből készült körgyűrű tehát az elektrosugarak lencséjeként tekinthető. Lehet jobb és tökéletesebb elektromos lencséket is előállítani másféle összeállítások segítségével. Ugyancsak mág­neses úton is el lehet téríteni az elektronyalábokat, tehát lehet mágneses len­cséket is konstruálni. Akár az elektromos, akár a mágneses lencsék segítségével összeállíthatjuk már az elektronmikroszkópot. Az elektronforrásból jövő elek- tronyalábot először egy elektromos kondenzorlencsén engedjük át, mely az elektronsugarakat gyorsítja és a tárgyra koncentrálja. A tárgyból szétszóródó elektronokat egy tárgylencsével gyűjtjük össze s a tárgyat így leképezzük.

A tárgyról így egy fordított, nagyított képet kapunk, melyet egy másik elektromos lencsével — az okulárral — leképezünk. Az okulár ismét fordított nagyított képet szolgáltat, tehát a tárgyhoz képest egyenesállású képet nye­rünk. A szemlencse által nyert képet vagy fluoreszkáló ernyőre ejtjük, ahol a képet közvetlenül szemlélhetjük, vagy pedig a fluoreszkáló ernyő helyére fényképezőlemezt helyezünk, mikoris lefotografáljuk az elektronmikroszkóp által nyert képet.

Az előbbi fejezetekből az már nyilvánvaló, hogy az elektronok útja az elektronmikroszkópban légritka térben történik, hiszen az elektronok csak úgy tudnak haladni. A megvizsgált tárgy is ebben a légritkított térben foglal heíyet. Ha a kapott kép nem elég éles, addig változtatjuk az elektromos len­csék elektromos töltését, míg a kép éles nem lesz, hasonlóan az optikai mikrosz­kóphoz, amikor a lencsék távolságának változtatásával érjük el a kép éles­ségét.

Mivel az elektronyalábok hatására a testek erősen felmelegednek, eset­leg izzásba is jönnek, tehát élő anyagok, baktériumok, vírusok vizsgálata az elektronmikroszkóppal eleinte nagy nehézségekbe ütközött. Ez csak azóta lehetséges, amióta Ardenne rájött arra, hogy annál kevésbbé veszélyes élő­lényekre az elektronsugár, minél nagyobb az elektronok sebessége. Ezért Ardenne elektronmikroszkópjában igen nagy feszültségeket alkalmaz (200 kilovolt), hogy az elektronok sebességét jelentős mértékben megnövelje.

Még sok hibája van az elektronmikroszkópnak, mert az elektromos len­cséknek is ugyanúgy vannak hibái, mint az optikai lencséknek. Csakhogy míg az optikai lencsék hibáit már teljesen ki tudjuk küszöbölni, addig az e’ektromos lencsék hibáit ezidőszerint még nem tudjuk megszüntetni.

Hogy az elektronmikroszkópnak milyen jelentősége van, arra nézve néhány példát szeretnék felhozni.

Fehérjemolekulákat elektronmikroszkóppal láthatóvá lehetett tenni.

A sejt szerkezetének kutatása terén az elektronmikroszkóp teljesen új kutatási irányt jelölt meg.

A kolloid-oldatok szerkezetének megállapításánál már eddig is sok haszonnal járt az elektron-mikroszkópia, de még további fejlődés várható.

Általában a mikrokozmosz világának új, eddig ismeretlen és észre sem vett kapui tárulnak ki az elektronmikroszkópos kutatások által, jelentősen csökkentve azt a közt, mely bennünket az Igazságtól elválaszt.

A FÉNY ELMÉLETEI

1.

AZ EMISSZIÓS FÉNYELMÉLET ÉS A FÉNY HULLÁMELMÉLETE.

Midőn elég sok megfigyelés történt, elég sok adat felmerült, elég sok kísérletet végrehajtottak, akkor a természetvizsgáló összefoglalja az ered­ményeket, a téglákat vakolattal köti össze s tervet készít a ház felépítésére, így történt ez a múltban, így fog ez történni a jövőben is. A nagy elméletek a fizikában sohasem önmagukért vannak, hanem azért, hogy az elmélet által az összes addigi eredményt egy egységes keretbe foglaljuk, de úgy, hogy ez a keret lehetőséget, sőt alapot adjon további kísérletek végzésére. Ha azután az így létrejött kísérlet nem fér bele ebbe a keretbe, akkor a keretet eldobjuk, újat tervezünk s ezzel a tudomány fokozatos fejlődését előmozdítjuk.

Sajnos azonban, a fizika fejlődése közben sok olyan tényre bukkanunk, melyeknél a haladást éppen az gátolta meg, hogy bizonyos elméletek hívei, vakon bízva gondolataikban, dogmatikusan törtek lándzsát elméleteik helyes­sége mellett. így volt ez egyik legnagyobb fizikus esetében is : Newtonnál, aki minden vonatkozásban a kísérletnek fent említett helyes viszonyát való­sította meg, mikor azonban ahhoz a kérdéshez ért: hogyan is keletkezik a fény?, kísérleti alap hijján kieszelt egy elméletet, mely bizony a fénytani kuta­tásokat hosszú időre megakasztotta. Newton szerint ugyanis a fényt világító testekből kibocsátott kis anyagi részecskék okozzák, amelyek nagy és állandó sebességgel mozognak. Ezek az anyagi részecskék jutnak szemünkbe s ott a látás érzete keletkezik. Eddig az elmélet. Egyszerű az egész, de semmi olyan kísérlet nem történt, mely ezt a felfogást valószínűsítené. Sőt! Igaz ugyan, hogy ez az elmélet alkalmas volt majd minden addig ismert fénytani jelenségnek meg­magyarázására, de volt kísérlet, mely kimaradt és amelyet sehogyse lehetett beleilleszteni ebbe a magyarázatba: a fényelhajlás jelensége. Ezt a jelenséget már Leonardo da Vinci, a Cinquecento nagy korának leghatalmasabb egyénisége fedezte fel. Ez a csodálatos ember mindenütt eredményre bukkant, ahová nyúlt. Emberi értékelésének igazi nagyságát még most se határozták meg, jóllehet olyan nagyságok foglalkoztak vele, mint Mereskovszkij. Igazi képet csak olyan valaki tudna rajzolni róla, aki tisztában lenne a művészetekben elért, hosszú időkre iránytmutató szerepével csakúgy, mint a természettudo­mányokban és technikában alkotott egyedülállóan gazdag kísérleti anyag­gal, melyekkel korát szintén századokkal megelőzte. Megfigyelése min­denre kiterjedt. így vette észre azt is, hogy kis tárgyak árnyékában világos és sötétebb részeket is találunk. Ezek a világos és sötét csíkok váltják egy-

203

mást, olyanféleképpen, mintha a kis tárgyra eső fény elhajlítást szenvedne. Valóban így is van ! A fény elhajlik. Különös, érdekes, de nem ritka jelenség. Biztosan sokan vannak, akik esős időben sétálgatva, utcai lámpák fényét a fejük fölött tartott esernyőn keresztül is szokták szemlélni. Ha van olyan olvasóm, aki ezt még nem tette volna, kérem, tegye meg. Nem okoz fáradságot és a látvány nem mindennapi. Ilyenkor ugyanis a szivárvány színének megfelelő színes pontokból összeállított képet látunk. A fizikus erre a lát­ványra természetes hangon azt feleli, igen, ez a fényelhajlás. Űgy-e, most már eléggé felcsigáztam érdeklődésüket ahhoz, hogy elmondtam, miben is áll a fényelhajlás tüneménye. Az már az eddig elmondottakból is megállapítható, hogy a fényelhajlás létrejövéséhez szükséges, hogy az, amivel azt létrehozzuk, kicsiny legyen (kicsi tárgyak árnyképe, esernyőnek kis lyukai). Kérdés, milyen kicsiny? Bizony a fényelhajlás pontos vizsgálatához a fizikusok olyan üvegre karcolt rácsot — ú. n. optikai rácsokat szoktak alkalmazni, melyeknek 1 cm szélességű darabjára legalább 500 ilyen karcolatot kell húzni, de nem ritkaság a pár ezer karcolaté rács sem. Persze nem könnyű az ilyet készíteni. A fizika szerény és tehetséges magyar munkása, Jedlik Ányos a múlt század­ban készített olyan gépet is, melynek segítségével ilyen optikai rácsok készít­hetők. Korának legkeresettebb rácsai voltak ezek. Készüléke igen bonyolult szerkezetű volt s Jedlik nagy szeretettel és fáradságot nem kímélve dolgozott vele. Mikor aztán Jedlik meghalt, a gép szétszedve maradt. Sokáig nem tudta senki összerakni, míg aztán Jedlik rendtársának, az ügyeskezű Palatin Ger­gelynek, a bencés főiskola tanárának sikerült a készüléket újból üzembe

A fényelhajlás.

201

Newton-féle színesgyűrűk.

helyezni. Palatin a készüléken kisebb-nagyobb, ügyes módosítást is végzett. Biztosan ismét ilyet akart végrehajtani, midőn a gépet újból szétszedte, de mielőtt összeállította volna, megbetegedett és meghalt. Ritka véletlen, de mintha ebből is a magyar sors tükröződne vissza…

Végezzünk már most egy ilyen optikai ráccsal egy kísérletet. Vegyünk egy ívlámpát s ez elé tegyünk egy finom függélyes rést. Vetítsük ezt a függélyes rést egy lencse segítségével az ernyőre s tegyünk a lencse elé közvetlenül egy optikai rácsot. Akkor az ernyőn a függélyes réskép körül színképek sorai fog­nak megjelenni. Elhajlásos színképeket kaptunk. Ha nem fehér fénnyel végezzük el ezt a kísérletet, hanem egyszínű fényforrással, — melyet könnyen előállít­hatunk, ha az ívlámpa elé vagy vörös, vagy zöld vagy kék üveget teszünk — akkor a függélyes rés képétől jobbra-balra sötétség, majd ismét a függélyes rés képe fog megjelenni. Ezt az egyszerű jelenséget nem lehetett sehogysem megmagyarázni a New- ion-féle ú. n. emissziós fényelmélet­tel. Sehogysem lehet ugyanis elkép­zelni, hogy egy anyaghoz egy másik anyagot adva, az eredmény 0 legyen! De nemcsak a fényelhajlás volt az egyedüli jelenség, melyet a Newton­iéit fényelmélet nem tudott megma­gyarázni. Maga Newton is fedezett fel olyan érdekes kísérletet, mely­nek szintén nem tudta magyarázat tát adni elmélete. Helyezzünk csak egy üveglapra egy üveglencsét, akkor jól látni, hogy a lencse és üveglap között fokozatosan növekvő levegőréteg van. Ha most ezt az összeállítást megvilágítjuk, akkor a lencsére nézve a koncentrikus körök­ben el helyezkedő színes gyűrűket láthatunk.

Ez a jelenség közeli rokonságban van a fényelhajlás jelenségével s ennek megmagyarázása sem lehetséges az emissziós elmélet segélyével. Az interjerencia és a fényelhajlás felfedezése Hooke-l (1629—1695) és Huyghens-et (1635—1703) arra bírták, hogy a fényt úgy fogják fel, mint amely­ben bizonyos szabályos rezgések terjednek. Ennek az elméletnek viszont az volt a sebezhető pontja, hogy nem tudta megmagyarázni a fény egyenesvonalú ter­jedését. Mivel tehát az új elmélet sem volt tökéletes, Newton nagy tekintélye megakadályozta a hullámelméletnek mielőbbi elterjedését. Később, igaz, hogy Joung (1773 — 1829) és Fresnel (1788—1827) már meg tudták magyarázni a hullámelmélettel a fény egyenesvonalú terjedését, de a közben eltelt esz­tendők kárbaveszett évek lettek. Körülbelül 1800-ig kellett várni, míg Joung egy szép dolgozatban ki nem mutatta, hogy az interferencia érdekes tünemé­nyét milyen egyszerűen meg lehet magyarázni a hullámelmélettel. Az inter­ferencia tüneménye akkor jön létre, ha egy fényforrásból kiinduló két fény­sugarat különböző utak megtétele után újból találkoztatnak. A két fény­sugár által megtett utak különbségétől függően ezek hol erősítik egymást, hol gyöngítik vagy teljesen ki is oltják egymás hatását. Ez a jelenség tehát ismét azt eredményezi, hogy a fény fényhez adva, sötétség jön létre. Természetesen értetlenül állott e jelenség előtt az emissziós elmélet. Mikor az interferencia jelenségét Fresnel tükrök segítségével hozta létre, megindult az elméleti fizi-

235

kusok munkája is és mihamarább érvényre juttatták Huyghens nagyszerű fel­fogását. Korának egyik legnagyobb elméje volt Huyghens, aki a matematiká­ban a valószínűségszámítás bevezetésével, az általános kultúrtörténetben az ingaóra megalkotásával és a hajszálrúgó elkészítésével, a fizikában a kettős­törés megmagyarázásával, a távcsöveken eszközölt kisebb javításokkal, a centrifugális erőre és a rugalmas ütközésekre vonatkozó kutatásaival, a forgó­mozgás mechanikájának kidolgozásával és a róla elnevezett fényhullámelmélet­tel, a csillagászatban a Saturnus gyűrűrendszerének és az Orion ködfoltnak felfedezésével tette nevét halhatatlanná. Huyghens szerint a fény bizonyos álla­potoknak szakaszos ingadozásából keletkezik. Mivel pedig a fény vacuumban is terjed, fel kell tennünk, — írja Huyghens — hogy a vacuumban is van valami, ami a fény terjedését közvetíti. Ezt a hypotetikus valamit elnevezte aether- nek. Huyghens szerint valamely fény­forrásból kialakuló hullámok a tér minden irányában egyenletesen ter­jednek. így tehát egy bizonyos idő alatt egy gömbfelületig jutnak el a rezgések. Idővel mind nagyobb és nagyobb sugarú gömbfelület lesz ez, hiszen a gömbfelületek minden pontja új rezgések kiindulópontjaként tekint­hető. A hullámok találkozásakor létrejövő interferencia alapján — és ez egyszerű szerkesztéssel igazolható — csak koncentrikus gömbfelületek mentén lehetnek hullámok. így tehát a hullám, a kiinduló pont, mint közép­pont körüli koncentrikus körökben terjed. Ennek az elvnek alapján igen egyszerű szerkesztésekké’ meggyőződ­hetünk arról, hogy a Huyghens-ié\e elv alkalmas a fény egyenesvonalú terjedésének, a visszaverődésnek és törésnek megmagyarázására, melye­ket az emissziós elmélet is könnyen megmagyarázott, de — és ez az igazi

eredménye — alkalmas az elhajlás és interferencia megmagyarázására is, mint azt a rezgőmozgás című fejezetben részletesen láttuk. Ahhoz azonban, hogy a hullámelmélettel megmagyarázzuk a fényelhajlást, vagy az inter­ferenciát, még nem döntöttünk afelől, hogy a hullám transversális vagy longitudinális-e. Ugyanis mindegyik alkalmas ezen jelenségek megma­gyarázására. így azután — természetesen — a hypotetikus aether ter­mészetére sem tudtak kielégítő módon következtetni. Ezt a kérdést egyérteiműleg eldöntötte Erasmus Bartholinus (1625—1698) felfedezése: a fény kettős törésének magyarázata. Erasmus Bartholinus ugyanis észrevette, hogy az izlandi mészpátnak az a tulajdonsága, hogy a felületére eső fény­sugárból két megtört fénysugár keletkezik. Huyghensneik. igen megtetszett a felfedezés és sokat foglalkozott vele, hogy a hullámelmélettel meg lehet-e magyarázni ezt a különös jelenséget. Vizsgálatának eredményei azt mutatták, hogy a megtört sugarak egyikének törésmutatója a sugár iránya szerint más és más lesz, sőt az is megesik, hogy a sugár kilép a beesési síkból. A jelenséget csak úgy lehetett megmagyarázni, hogy feltette: a fényhullámok trans-

verzális hullámok módjára terjednek. Itt csak az volt a baj, hogy így azt is fel kellett tételezni, hogy az aether szilárd test, hiszen transverzális hullámok csak szilárd anyagokban terjednek. Ez a nehézség még sokáig fennállott, de a- kutatók elsiklottak fölötte. A kétségtelen sikerek azonban a hullámelmélet helyzetét igen megerősítették s tényleg sokáig nem is jött olyan jelenség, mely a hullámelmélet siker koszorúját megtépázta volna.

Sőt a fejlődés további szakaszaiban sikerült a fényelhajlás és az inter­ferencia segítségével a fény hullámhosszúságát is meghatározni. Azt találták, hogy a látható színkép (k = 400—800 mp.) hullámhosszúságú intervallu­mot tölt ki, azaz a színkép terjedelme kb. egy oktáva.

2.

AZ ELEKTROMÁGNESES FÉNYELMÉLET.

Az elektromágneses fényelmélet alapjai Faradayig nyúlnak vissza, aki átfogó képességű nagy kutató volt. Faraday zsenialitását azonban csak akkor érthetjük meg, ha tudjuk, hogy ezt a gazdag munkásságot egy teljesen auto­didakta fejtette ki. Soha nem tanult szisztematikusan: iskolában. így pl. sohasem is tanulta meg a fizikusok tolvajnyelvét: a matematikát. Ez bizony igen sokszor hátráltatta is kutatásaiban. így pl. mikor felismeri, hogy két elektromossággal megtöltött vezetőnek egymásra való hatása — melyet quantitative a CowZowó-törvény állapít meg — nem egy közvetlen hatás, ahogy addig nevezték: távolhatás, mely a két elektromos töltésű vezető meg­jelenésével egyidejűleg fellép, hanem ez az erő két vezető közt lévő szigetelő közeg közvetítésével igen nagy, de mégis véges sebességgel terjed. Tehát Faraday szerint nincs távolhatás, csak igen gyorsan terjedő hatások vannak. Nagy és igen termékeny, gyümölcsöző gondolat volt ez. A gondolat nagy­szerűségét azonban a kartársak nem méltányolták kellőképpen. Faraday nyelve nehézkes és különben is körülményes volt körülírni ezt a matemati­kailag annyira könnyen kifejezhető gondolatot. Közben eltelt pár év, míg

Maxwell.

Hertz.

207

Maxwell (1831 — 1879) megértette Faraday nagyszerű, szemléletes gondolat­menetét és azt matematikai formába öntötte s így megalkotta az elektro­mágneses fényelméletet, mely szerint az elektromosság is, mint a fény 300.000 km-e« másodpercenkénti sebességgel, hullám alakjában terjed tova. Az elektro­mágneses fényelmélet tehát a fényhullámokat elektromágneses hullámoknak . tekinti. Maxwell összesen 8 differenciálegyenlettel fejezi ki Faraday gondola­tait s ebből a 8 egyenletből könnyen levezethető a Coulomb-törvény, a potenciál­elmélet, az elektrodynamika, szóval minden akkor ismert elektromos jelenség. Tulajdonképpen ez már létalapot is szolgáltatott az elektromágneses fényel­méletnek, jóllehet elektromágneses hullámokat még senki se állított elő. Bizonyos azonban, hogy nagy lépéssel vitte előbbre ez az elmélet a fizikát, hiszen Planck szerint valamely tudomány tökéletességét megszabja egysze­rűen az a körülmény, hogy mennyi benne az önálló elméletek száma. Minél kevesebb ez, annál tökéletesebb a tudomány. így Maxwell elméletével össze­kapcsolta a fény- és elektromosjelenségeket, tehát a fizika tökéletesítésén jó eredménnyel munkálkodott. Maxwell elméletének helyes voltát azonban csak Hertz (1875—1894) bizonyította be kísérletileg, kimutatva az elektromos hul­lámok létezését. Elektromos rezgéseket állított elő és ezekről kimutatta, hogy hullámalakban terjednek a térben. Meghatározta az előállított elektromos hul­lámok hullámhosszúságát és kimutatta azt is, hogy az elektromos hullámok alkalmas felületről éppúgy visszaverődnek vagy megfelelő felületen megtör­nek, mint a fényhullámok. Elő lehet állítani az elektromos hullámokkal elhajlí- tást és interferenciát is, tehát tényleg igaza volt Maxwéllnek, amikor Faraday alapján megalkotta az elektromágneses fényelméletet.

Miben különbözik már most az elektromos hullám a fényhullámtól? Hullámhosszúságban. Tulajdonképpen az elektromágneses hullámok a városi vezetékben keringő elektromos váltóáram X = 6000 km hullámhosszú suga­raitól kezdve, a hosszú rádióhullámokon (X = 2000—600 m), közepes (X = 600—200 m) és rövidhullámokon (X = 200—15 m) át, az ultrarövid (X = 15—3 m) és mikrohullámokon keresztül (X = 3 m—0-1 mm) eljutunk az infra­vörös fénysugarakig, melyeknek hullámhossza X = 0-3 mm-től 0-8 p-ig terjed. A hősugarakkal közvetlenül érintkezik a látható fény vörös színének hullám­hossza X = 800 mp = 0-8 p. Innen terjed a látható színkép a X = 400 mp hullámhosszú ibolyáig. Az ibolyaszínnel érintkezik az ultraibolyasugárzás, melynek hullámhossza X = 400 mp-tól X = 10 mp-ig terjed. Az ultraibolya­sugárzást követi a röntgensugárzás, melynek hullámhossza X = 18 mp = 180 A-től egészen 0-05 A-ig terjed. Ezt követi a rádium sugárzása, melynek hullámhossza X = 0-004 A-ig terjed. Ezt követi az eddig felfedezett legrövi­debb sugárzás, a kozmikus sugárzás, melynek legkisebb hullámhossza X = 0,000.000.000.2 A. óriási birodalom ez s ezt mind összefogja az elek­tromágneses fényelmélet. Érmek az elektromágneses elméletnek következ­ményeképpen szükséges az is, hogy az anyag elektromos szerkezetű legyen. Ezt a következtetést igazolni látszottak azok a kísérletek, melyeket az elektrolízissel és a ritkított gázokkal végeztek, melyek azt mutatták, hogy az atomokban és molekulákban elektromos részecskék vannak. Egy új világ kapuját nyitotta ki az elektromágneses fényelmélet. Ez a világ a mikrokozmosz világa, ahol aztán új és új meglepő megismerések vártak a kutatókra.

208

3.

A FÉNY KVANTUMELMÉLETE.

Az elektromágneses fényelmélettel mindaddig nem volt semmi baj, mig- csak új megismerést nem eredményezett egy May nevű távirász megfigyelése. May távirász volt West Island Valencia nevű városkájában. Ez a kis városka arról volt nevezetes, hogy itt végződött az Atlanti-kábel. A kábel végén elektromos ellenállás volt, melyet szelén-fémből készítettek. Egyszer csak észrevette ez a figyelmes hivatalnok, hogy az ellenállás aszerint lesz kisebb vagy nagyobb, hogy milyen idő van odakint (1873). Szép, nap­sütéses idő esetén a szelén ellenállása csökkent, rossz, borult idő esetén viszont emelkedett. Távirászunk bizony nem értette az egészet, de nem is törődött vele sokat, a szelénellenállás helyébe egy újat tett, mely más fémből készült, amely aztán nem mutatott időjárás szerinti ingadozást. Ezzel a maga részé­ről le is zárta volna az ügyet, de mégis egyszer alkalom adódott arra, hogy elbeszélje érdekes megfigyelését egv fizikusnak, aki aztán felismerte az érde­kes jelenség fontosságát és közhírré tette. így vonult be May észlelése a fizikába s így lett May az első, aki ezt az igen fontos fény elektromos jelenséget észrevette. Hogy a fény és az elektromosság között van valami közelebbi kapcsolat, azt már Faraday is állította, akinek feltevései szerint igen termé­szetesnek látszott, hogy mivel az elektromosságnak vannak fényhatásai (szikrák, kisülések fényei) ugyanígy a fénynek is van elektromos hatása.

A fotoelektromos hatás kimutatása.

D = diafragma, C = fémlap, E = elektrométer.

239

Ezt fedezte tehát fel May az előbb említett észlelésével. May felfedezése után körülbelül 15 év telt el, amidőn Hertz észrevette hogy a fény a levegőt elektromos vezetővé teszi. Kísérleteiben Hertz egy induktor szekunder­tekercsének két sarka között szikrát üttetett át. A szikraközt megnagyob­bította odáig, hogy a szikra éppen ne ugorjék át. Ha most ilyenkor a szikra­közt egy ívlámpa fényével megvilágította, a szikra átütött, ami csak azért következhetett be, mert a fény a levegőt elektromosan vezetővé tette. Hall- wachs ezt a Hertz-íéle kísérletet igyekezett megmagyarázni és ezért a követ­kező kísérleti berendezést állította össze. Az ívlámpa fényét egy diafragmán át negatív töltéssel ellátott elektroszkoppal összekötött zinklemezre ejtette. Tapasztalata az volt, hogy az elektroszkóp a fény hatására elvesztette nega- tív. töltését, sőt pozitív töltést mutatott. Ebből Hallwachs azt a következte­tést vonta le, hogy a zink (és általában a fémek) a fény hatására negatív elektromos töltésű részecskéket, elektronokat bocsátanak ki magukból. Ez a fényelektromos jelenség különösen jól észlelhető az ú. n. alkáli-fémeknél, mint a kálium, nátrium, rubidium stb. A fotoelektromos jelenséget a kiváló kutatók egész sora vizsgálta. 1911-ben Elster és Geitel megszerkesztik az első fotoelektromos cellát. A fotoelektromos cella egy olyan üveggömb, melybe két elektród van beforrasztva. Az egyik, a negatív elektródot az üveggömb falára desztillált fémréteg alkotja, míg a másik, a pozitív elektród, ezzel a fémréteggel szemben elhelyezett — szintén az üveggömb belsejében lévő — fémgyűrű. Az üveggömbből a levegőt kiszívjuk, esetleg pár tized mm nyomású nemesgázzal töltjük meg. Ezzel a fotoelektromos cellával megindított kuta­tásoknak a következő eredményei lettek. Lenard és Einstein vizsgálatai meg­állapították, hogy a fémből kilépő elektronok mozgási energiája (a tömeg szorozva a sebesség négyzetének felével) nem függ a fémre eső fény intenzi­tásától csak a fény hullámhosszúságától függ. Mégpedig minél kisebb a beeső fény hullámhossza (ibolya vagy ultraibolyasugárzás), annál nagyobb a kilépő elektronok sebessége, tehát mozgási energiája és viszont. Ezért kellett tehát a Hertz- és Hallwachs-ié\e kísérleteknél ultraibolya sugárzásban bővelkedő fényforrást, ívlámpát, használni. A fotoelektromos jelenségek másik — a fotoelektromos fényerősségmérés alapelvét kimondó — nevezetes összefüggését Elster és Geitel fedezték fel. Ezen összefüggés szerint ugyanazon idő alatt kilépő elektronok száma egyenesen arányos a fémre eső fény inten­zitásával. Hogy ezen fontos törvény érvényességét bebizonyítsuk, végezzünk el egy kísérletet. Állítsuk össze az ábrán látható kísérleti berendezést. Hagyjuk a cellát sötétben, árammérőnk semmiféle kitérést nem mutat, ami természetes is, hiszen a cella belsejében az áramkör meg van szakítva. Vilá-

A fotocella működése.

C = fotocella, = ampéreméter, E = elektromos telep.

A 14

Koczkás Gyula: örök törvények.

210

gítsuk most meg a cellát, műszerünk rögtön kitéréssel jelzi, hogy van elektro­mos áram. Ugyanis most a fémből a fény hatására kilépő elektronok révén záródik az áramkör. Ha most a cellát ért fény erősségét változtatjuk, azt vesszük észre, hogy a műszer kitérése aszerint lesz nagyobb vagy kisebb, amint a megvilágítás erősebb vagy gyengébb. Amennyiben egyszínű (homo­gén) fénnyel dolgozunk, azt tapasztaljuk, hogy ha a megvilágítás kétszer, háromszor, négyszer nagyobb, a műszer kitérése, tehát a keletkezett elektro­mos áram erőssége is kétszer, háromszor, négyszer nagyobb lesz. A műszer kitéréséből tehát következtethetünk a megvilágítás erősségére. Ez az alapja a fényelektromos fotometriának. Nézzük csak az ábrán összeállított berende­zést, melyet fel lehet rögtön használni fényerősségmérésre. Az így végrehaj­tott fényerősségmérés azonban igen kényelmetlen lenne, mert a berendezés nagy helyet foglal el, ezenkívül az elektromos telepet is állandóan kezelni kellene. Ezért volt nagy jelentőségű az ú. n. oxidulcéllák felfedezése. Az oxidul- cellákhoz, vagy — amint még szokták nevezni őket — a fényélemekhez nem kell áramforrás. A rézoxidulcella egy rézlemezből áll, melyen vékony oxidul- réteg van és efölött egy védő, de a fényt átbocsátó fémháló. Ezeknek a fényelemeknek felületét annyira megnagyobbíthatjuk, hogy a rájuk eső fényenergia már olyan »nagy« elektromos áramot ad, melynek erőssége 50— 100 milliampére. Ilymódon tehát a fényenergiának elektromos energiává alakítása sokkal jobb hatásfokkal történik, mint a fotoelektromos cellák esetén. Fényelemekkel már sikerült kis motorokat is működésben tartani.

Tehát végeredményben az észleletek szerint a fémből kilépő elektronok száma a fény erősségétől, viszont a kilépő elektronok sebessége a fény színé­től függ. Ezt a jelenséget sehogy sem lehetett a fény hullámtermészetével összhangba hozni. Eleinte a fizikusok nem fogták fel a kérdést tragikusan, inkább átsiklottak a dolog felett, strucc módjára.

Volt aztán még egy jelenség, melynek szintén nem tudta magyarázatát adni a hullámelmélet. Ez a fény-nyomás. A fény-nyomás értéke rendkívül kicsi, hiszen 1 cm² felületre eső napfény nyomása a földön körülbelül ²/_# milligramm, de mégis megvan. Ki is tudjuk mutatni a fény-nyomást egy­szerű készülék segítségével. Nichols és Hull a következőképpen eszközölték a fény-nyomás kimutatását: Vettek egy por-órát s ebbe smirgli- és likopódium- por keverékét tették. (A likopódium- por egy hasonló nevű növény termésé­ből nyerhető.) A porrészecskék kicsi­nyek voltak, átmérőjük körülbelül 0-002 mm volt. A por-órából, miután a porkeveréket beletették, kiszívták a levegőt. Most aztán a por-órát megfor­dították s a leeső porszemeket ívlám­pával megvilágították. A kísérletek azt mutatták, hogy a nehéz smirgli-por továbbra is függélyesen lefelé esett, míg a könnyű likopódium-por a fény­nyomás hatására kitért a függőleges irányból.

Ezt a két ismert jelenséget nem lehetett a hullámelmélet segítségével megmagyarázni. Hiszen nem tudjuk

211

magyarázatát adni annak, honnan veszik a fény által kiváltott elektronok mozgási energiájukat? Erre a kérdésre nem tud kielégítő választ adni a hullámelmélet. Mit lehet tenni? Új magyarázatot kell keresni. Ezt Einstein találta meg, aki Plánok kvantumelméletét a fényre is kiterjesztette. Einstein szerint a fénysugárban a fényenergia nem egyenletesen oszlik el, hanem apró kis tömbökbe — fotonokba — tömörül. Ezeknek a fotonoknak azonban tömegük nincs, csak energiájuk. Az energiájukat viszont a fény rezgésszáma határozza meg. Az ibolyaszínű bény fotonja körülbelül kétszer olyan nagy energiával rendelkezik, mint a vörös fény fotonja. Mivel pedig a relativitás elmélete szerint az energia és a tömeg azonos fogalmak, nincs semmi, ami a fotonok körül még magyarázatra szorulna.

Kétségtelenül Einstein nagy gondolatával — a Nobel-díjat azért kapta — könnyen meg lehetett magyarázni a fotoelektromos jelenséget vagy a fény­nyomást. De sokkal nagyobb lett a baj. Ez az Einstein-ié\e gondolat tulaj­donképpen visszatérést jelent a Newton-féle emissziós elmélethez. De viszont akkor nagyon nagy baj van, hiszen a Newton-féle elméletet éppen azért kellett elejteni, mert nem tudta megmagyarázni a fény-interferenciát, a fény­elhajlást és a polarizációt. Mit kezdünk most itt a fotonokkal? Be kellett vallani, bizony ezek a fotonok sem alkalmasak arra, hogy velük ezek a jelen­ségek megmagyarázhatók lennének. Mit csináljunk már most?

Jogosan kérdezhetjük: mi most már a fény? Hullám-e, vagy foton? Nehéz kérdés s a fizika is sok éven keresztül adós maradt a felelettel. Volt egy szellemes professzor, akitől mikor megkérdezték, mi is a fény?, mem tudom«-mal válaszolt. Mikor pedig azt kérdezték tovább, hogyan adja elő akkor a hallgatóknak ? azt felelte : hétfőn, szerdán, pénteken úgy, mintha hullám lenne, viszont kedden, csütörtökön és szombaton úgy, mintha foto­nokból állana. Bizony sok évig állott fenn a fénynek ez a dualisztikus fel­fogása. Amit megmagyaráztunk a hullámelmélettel, azt nem tudtuk magya­rázni a fotonok segítségével és viszont. . .

14*

XXIV.

AZ ANYAG SZERKEZETE

1.

MI AZ ANYAG?

Bizonyára voltak már mindnyájan gyönyörködő szemlélői a nyárutó színpompás világának. Sokan ültek is ilyen őszi verőfényes délutánon úgy, hogy közben szemlélték a szellő által megsuhogtatott fákat, hallgatták a fa­levelek hullásának zizegő hangját és nézték a természet színeinek csodás játékát. Ha ilyenkor egy hidegfejű, nem romantikus természetű természet­vizsgáló odament volna önökhöz, hogy fel világosítsa arról, hogy ez a nagy mindenség anyag, csalódottan hitték volna, hogy a természettudomány ismét megfosztotta önöket egy romantikus élvezettől. Pedig nem így van ! A természettudomány nem tesz mást, csak felcserélteti a rózsaszínű szem­üveget a valóság üvegével, mely mindannyiunkkal azt láttatja, hogy a ter­mészet csodálatos titkai, a csillagfényes égbolt, a nagyvárosok alkotásai és általában a bennünket körülvevő nagy mindenség : anyag.

Az anyag előfordulása szerint háromféle lehet: szilárd, cseppfolyós és légnemű. Szilárdnak mondjuk az anyagot, ha van meghatározott alakja és térfogata, vagyis, amelyen aránylag nagy erők is csak csekély alak- és tér­fogatváltozást tudnak eszközölni. A folyékony anyagnak már meghatározott alakja nincs, de van határozott térfogata. A folyadékok ezért mindig annak az edénynek alakját veszik fel, amelybe öntjük őket, tehát alakjukat aránylag kicsiny erők hatására is megváltoztatják, de térfogatváltozást rajtuk is csak aránylag igen nagy erők tudnak létrehozni. Végül gázoknak nevezzük azokat a testeket, melyeknek sem meghatározott alakjuk, sem meg­határozott térfogatuk nincs, tehát amelyek mind alakjukat, mind térfogatu­kat csekély erők hatásaképpen is megváltoztatják.

így osztályozva az anyagot, a természetes, kutató emberi kíváncsiság utat tört magának itt is, és feltette a nagy kérdést: milyen ennek az anyag­nak a belső szerkezete? Sokak által tapasztalt és meglehetősen általános érvé­nyességű jelenség, hogy egy anyag ugyanazon szempontból vizsgálva más viselkedésű a felületén, mint a belsejében. Ennek, és sok hasonló jelentőségű jelenségnek megfejtése már a legrégibb idők óta izgatta a gondolkodó ter­mészetvizsgálókat, de az okot soha sem tudták pontosan megnevezni, mert ezek a vizsgálatok végeredményben az anyag szerkezetére és összetételére vonatkozó ismereteket kívántak kiinduló pontul, már pedig éppen az anyag legapróbb részeinek mibenlétét és természetét fedte a legnagyobb homály.

213

Bármily nehéznek és elvontnak is tetszett a kérdés megoldása, már régtől fogva igen sokan hozzáfogtak a nagy munkához. Az ókor legnagyobb elméi gondolkodtak ezen. Anaxagoras, Leukippos, Demokritos, Epikuros és mások már azt állították, — egyszerű logikai alapon — hogy az anyagnak mind kisebb és kisebb részekre való bontása nem folytatható! a végtelenségig. Kell egy határnak lenni, amely kis rész tovább már nem osztható. Igv jutot­tak el, tisztán gondolkodás útján, az atomokhoz. (Atomos = oszthatatlan.) Ezekből az atomokból épülne fel a világ. Lehet, hogy ezek az atomok külön­böznek egymástól s ez a végtelen sok különböző minőségű atom magyarázná meg az anyagok különbözőségét. De lehet az is, hogy minden atom egyforma és az anyagok különböző voltát csak az atomok száma, helyzete, alakja és i esetleges mozgása jelentené.

A görög filozófusok után sok esztendő telt el, míg újból fölmerült az atomizmus gondolata. Boyle Róbert (1627 — 1691) viszi be újból a kémiába az atomizmus gondolatát, óriási különbség volt azonban a görögök atomiz­musa és Boyle atomizmusa között. A görögök, az emberi logika csalhatatlan voltában bízva, mindent, még az anyagot is a »szellem« oldaláról akarták megmagyarázni, viszont a sokat utazó és teljesen független Boyle, akinek a róla elnevezett gáztörvény tette nevét halhatatlanná, az 1661-ben megjelent The Sceptical Chymist című könyvében az addig ismert fizikai és kémiai kísérletek hatása alatt támadja a görögök felfogását, és a Gassendi által kifej­tett atomgondolatnak híveként magyarázza meg a megfe’e’ő kémiai átala­kulásokat. A kérdés kivizsgálását tehát a nagy elméletieskedés miatt tehe­tetlen filozófusoktól átvették a természetvizsgálók. Megfelelő módszeresség­gel és alapossággal először arra törekedtek, hogy az anyagot fizikai és kémiai módszerek segítségével minél apróbb és egyszerűbb részekre bontsák. Hosszú kutatások eredményeként azt kapták, hogy vannak egyszerű, tovább nem bontható anyagok, az ú. n. elemi testek, vagy elemek. 92 ilyen elemet isme­rünk. Ezek sokszor a legváltozatosabb kombinációkban, de mindig meg­határozott súlyarányban egyesülnek egymással, így sok százezer vegyületet alkotnak. Ezek a’ határozott összetételű vegyületek egymással keverednek s így adják az anyagok változatos sokaságát.

Daltonnak (1766—1844) már elegendő kísérleti anyag állott rendelkezé­sére, hogy kifejtse atomelméletét (1808). Az a tény, hogy addig még soha­sem sikerült egy elemet se megváltoztatni, Daltont arról győzte meg. hogy az atomok az oszthatóság legvégső határát képezik, azaz őket nem fizikai, sem kémiai úton nem lehet felbontani. Dalton felfogásával ellentétben Prou-st (1755 — 1826) azt állította, hogy az összes elemek atomjai a legegyszerűbb elemnek, a hidrogénnak atomjaiból vannak felépítve. A szellemi párbajból Proust elmélete került ki győztesként; ugyanis kísérletek, melyeket a katód- sugarakon végeztek, azt mutatták, hogy az atomok is elbomolhatnak, hiszen kísérletek tanúsága szerint a katódsugárzást az atomoknál kisebb részecs­kék okozzák.

Mielőtt továbbmennénk, feleljünk meg arra a kérdésre, hogyan kelet­kezik és mi is az a katódsugár ? Vegyünk egy üvegcsövet, melynek két végére forrasszunk egy-egy elektródot. Kapcsoljuk a két elektródhoz egy magas­feszültségű áramforrás két sarkát, azt fogjuk észrevenni, hogy — ha az üveg­cső elég hosszú — a két elektródon felhalmozódó elektromosság nem tud szikra alakjában kiegyenlítődni. Kössük most össze a csövet egy légszivattyú­val s ritkítsuk a cső belsejében a levegőt, azt tapasztaljuk, hogy most már kiegyenlítődik a feszültség, de nem, amint vártuk, szakadozott szikra alak­jában, hanem egy keskeny ibolyaszínű sáv révén, mely a két elektródot foly­tonosan összeköti. Ha tovább folytatjuk a ritkítást és a csőben lévő lég­

214

nyomás már csak 1—2 mm higanyoszlopnak felel meg, észrevehetjük, hogy az előbbi keskeny sáv kiszélesedik s egyszerre csak észrevehető különbség mutatkozik a cső két elektródja között. A pozitív sarkot — az anódot — rózsaszínű fény veszi körül s ebben a rózsaszínű fényben, ha közelről nézzük, sötétebb és világosabb rétegek keletkezését fedezhetjük fel. Ezt a fényt hívjuk pozitív fénynek. Eközben a katódot egy vékony, kékesen fénylő hártya borítja, melyhez csatlakozik a szintén vékony rétegű sötét katódtér, melyet immár egy kékes rétegű ^negatív ködjénye követ. A pozitív fényt ettől a sok komponensből álló negatív fénytől egy sötét tér, az ú. n. Faraday-féle sötét tér választja el.

Fokozzuk tovább a ritkítást. A légnyomás már csak 0-01 mm higany­oszlopnak megfelelő. Ekkor a pozitív fény kezd mind jobban és jobban visszahúzódni, a negatív fény is eltűnik, a cső teljesen sötét, de máris észre­vehetjük, hogy a cső falának a katóddal szembeeső fala sárgászöldes fényben világít: fluoreszkál. Az üvegfalnak ezt a fluoreszkálását egy új sugárzás idézi elő, mely a katódról indul ki, a katód felületére merőlegesen, és egyenes

vonalban terjed. Ezt a sugárzást hívjuk katődsugárzásnak. Sok kísérlettel megállapították a katódsugárzás tulajdonságait. A főbb tulajdonságai a következők: a katódsugarak láthatatlanok, fluoreszkálást idéznek elő, egyenes vonalban terjednek, a fényképezőlemezt megfeketitik, a levegőt és más gázokat elektromosan vezetővé tesznek, azaz ionizációt idéznek elő, az elektromos tér, valamint a mágneses tér eltéríti őket eredeti irányukból, mégpedig az elektromos tér és a tér irányával megegyező irányban, a mágne­ses tér viszont a tér irányára merőleges irányban téríti el ezeket a sugarakat. A katódsugarak természetét illetően megoszlott a fizikusok véleménye. Az első, aki helyes úton járt, Crookes volt, aki 1879-ben már azt állította, hogy a katódsugarak a katódból kibocsájtott olyan negatív elektromostöltésű anyagi részecskék, melyek az atomnál kisebbek. Nehéz volt ezt abban a korban hirdetni, amikor a hullám-elmélet sikert sikerre halmozva diadalát ülte. Nem lehet tehát csodálkoznunk, ha Crookes gondolatait — különösen Németországban — szkeptikusan fogadták. Lenardnak és Röntgennek a katódsugarakon végzett kísérletei azonban igazolták ezt a felfogást.

A katódsugarakon végzett kísérletek azt is kimutatták, hogy ezek a katódsugárrészecskék — melyeket Stoney elektronoknak nevezett el — elektromos töltése éppen a legkisebb atomnak, a hidrogénnek töltésével — elemi töltés — egyenlő, viszont tömegük a hidrogén atom tömegének körül­belül 1850-ed része.

Rendkívüli feladattal állottak szemben a fizikusok. Kétségtelen, hogy van az atomnál kisebb részecske is. Ez a részecske az atom alkotórésze! Tehát az atom egy összetett test? Igen. Feladatunk adva van: fel kell építeni az atomot!

215

2.

RUTHERFORD ÉS BOHR ATOMJA.

Mielőtt az atom szerkezetere vonatkozó magyarázatokat ismertetném, érzékeltetni szeretném olvasóimmal, hogy mekkora is az az atom. Astonnak kitűnő példája szerint, ha veszünk egy pohár vizet, és annak minden egyes molekuláját megjelöljük (például szép kis szalagot kötünk minden egyes molekulára), a pohár vizet pedig most beleöntjük a tengerbe és megvárjuk, míg az földünkön levő összes vízmennyiséggel, amely a tengerekben, folyókban, patakokban, tavakban, pocsolyákban, felhőkben helyet foglal, egyenletesen elkeveredett. Merítsünk ezután ismét valahonnan egy pohárral, olvassuk meg, hogy a pohárban hány megjelölt molekula van, meglepődve fogjuk tapasztalni, hogy még mindig 2000 megjelölt molekulát találunk, minden egyes próbában. így tehát arról győződtünk meg, hogy a vízmole­kula, melyben pedig 2 hidrogén és 1 oxigén atom foglal helyet, elképzelhe­tetlenül kicsi. Rutherford 1902-ben ismerteti atomelméletét. Rutherford sze­rint az atomot naprendszernek foghatjuk fel, ahol is a nap szerepét az atom belsejében lévő mag játssza, míg a bolygókhoz hasonlító elektronok az atom magja körül keringenének. Még abban is hasonlít a Rutherford-ié\e atom- modell a naprendszerhez, hogy míg a nap és bolygók közt fellépő vonzóerőt a gravitáció okozza, addig a pozitív elektromos töltésű mag és a negatív töltésű elektronok között a vonzóerőt az elektromos vonzás tartja fenn. Ebben a Rutherford-íéle atommodellben az elektronok száma egyenlő az illető elem rendszámával, azaz azzal a számmal, mely megmutatja, hogy az illető elem az elemek periódusos rendszerében hányadik helyet foglalja el.

Rutherford.

Mielőtt tovább beszélnénk az atomok csodálatos világáról, meg kell említenem, hogy a Földön lévő 92 ele­met Mendelejev nevű orosz tudós egy

Mendelejev.

rendszerbe osztotta. Az egyes elemeknek ezen rendszerben való helyfoglalása szabja meg azt, milyen az illető elem atomjának felépítése. Legegysze­

216

rűbb tehát a hidrogénatom felépítése, mely egy pozitív töltésű magból s e körül keringő egyetlen negatív elektronból áll. Aztán sorra jönnek a hélium, lithium és végül az igen komplikált felépítésű radioaktív elemek.

Nézzük már most azt, hogy ebben az elképzelhetetlenül kicsi atomban helyet foglaló elektronnak és atommagnak mekkorák a méretei. Csak hason­lattal közelítem meg a kérdést. Tessék elképzelni ezt a mérhetetlenül kicsiny atomot akkorának, amekkora mondjuk a budapesti Szent István bazilika. Az így megnagyított atomban az elektronok csupán gombostűfej nagyságúak volnának, míg az atommagok még ekkora nagyításban is láthatatlanok ma­radnának.

Méltán kelthet tehát mindenkiben megdöbbenést a fizikusok és kémiku­sok nagyszerű munkája, akik ebben a rendkívül kicsinyek birodalmában sikerrel munkálkodnak!

Hiába is igyekszünk elképzelni teháf az atomokat, azok olyan kicsinyek, hogy nem tudjuk őket érzékelni. A fizikusok pedig még meg is mérték az atomok kiterjedését. Méréseik eredményeképpen azt kapták, hogy az atomok kiterjedése a centiméter százmilliomodrészével egyenlő nagyságrendű. Az előbb elmondottakból következik viszont az, hogy az atomokat alkotó atom­magok és elektronok még az atomhoz képest is olyan kicsinyek, hogy nyugodtan állíthatjuk, hogy az atom szinte üres térből áll. Lenard szerint 1 m³ platinában az anyag, vagyis az áthatolhatatlan rész, körülbelül egy mák- szemnyi, a többi üres tér. Ez azt jelenti, hogy az atommagok, melyek körülbelül az atom egész tömegét adják 1 m³ platina esetében is, csak egy mákszemnyi térfogatot foglalnának el…

Térjünk már most vissza a Rutherjord-ié\e atommodellhez. Első, rend­kívül meglepő az elképzelésben az, hogy Rutherjord szerint minden atom pozitív és negatív elektromos töltésű részecskékből áll, pedig eddig még sem önök, sem mások nem tapasztalták sohasem, hogy a fa vagy az arany, vagy akármelyik másik elem elektromos tulajdonságokat mutatott volna. Hogyan lehet már most Rutherjord elképzelését a mindennapos tapasztalattal össze­egyeztetni? Igen könnyű a kérdésre megnyugtató feleletet adni, hiszen az elem atomjaiban a magnak annyi pozitív töltése van, amennyi negatív töl­tése van a mag körül keringő elektronoknak. A két ellenkező irányú, de azonos nagyságú töltés tehát egymás hatását kifelé közömbösíti s mi ezért nem tapasztaljuk, hogy az elemeknek elektromos tulajdonságuk van.

Sok kísérlet és következtetés plauzibilissé tette, hogy egy elem összes atomjainak egyeznek sajátságai. Ebből azonban az is következik, hogy minden elem összes atomjának felépítése ugyanazon szerkezeti elemekből tökéletesen azonos lesz. Mivel pedig a Rutherford-iéle elmélet csak annyit mond az elektronok pályáiról, hogy azok elipszisek, de a pálya méreteiről, excentricitásáról stb. nem tudunk meg semmit, az atomok felépítése az adott magból és elektronokból még igen változatos lehet. Ez egyik gyengéje a Rutherford-ié\e modellnek.

Van egy másik hibája is, éspedig az, hogy a Rutherjord-modell nem, stacionárius. Ezt úgy kell értenünk, hogy mivel az atommag körül keringő elektron elektromágneses energiát, fényt sugároz ki, könnyen előállhat az az eset, hogy a folytonos sugárzás közben, a csökkenő mozgási energia követ­keztében, a keringési pálya méretei is folyton kisebbednek s egyszercsak az olektron belezuhan a magba. Itt tehát csődöt mond a Rutherford-féle modell; mert míg a naprendszer esetében a bolygók keringése stacionáriusán megy végbe, mert azok nem sugároznak ki energiát, addig az elektronok keringése, éppen sugárzásuk következtében válik nem stacionáriussá.

217

A Rutherford-vaodell tehát nem állta ki a próbát. Más elképzelés kell helyette ! Akadt is egy fiatal, 26 éves tudós, Niéls Bohr, aki szerencsés kézzel megalkotta az új atommodellt. Elméletének legfontosabb része az volt, hogy megszabta a mag körül keringő elektronok pályáit. Ezeken a pályákon keringő elektronok nem sugároznak ki energiát. Energiakisu­gárzás csak akkor történik, midőn az elektron, valamely közelebbről nem ismert, külső körülmény követ­keztében egy, a magtól távolabb lévő pályáról egy közelebbi pályára ugrik át. Ekkor ugyanis energia termelődött, melyet az atom kisugároz fényenergia alakjában. A kisugárzott fény hullámhossza a két elektron­pálya közötti energia különbségnek megfelelő. A kisugárzott energia nem lehet tetszőleges, hanem mindig a Planck-féle elemi kvantumnak egész számú többszörösei.

Az elemek rendszámának meg­felelően mind bonyolultabb és bonyo­lultabb lesz az atomok felépítésének modellje.

Niels Bohr nagy és merész gondolatainak első komoly sikerét az a fel­fedezés jelentette, hogy megtalálták az akkor még hiányzó elemek sorában az elsőt, a 72-es számút. A felfedezők Hevesy György, a Budapestről elsza­kadt, de sokáig itthon dolgozó kiváló tudós és Coster D. voltak. Az elemet Bohr szülővárosának, Kopenhágának tiszteletére Hafniumnak (Hafnia Kopenhága régi neve) nevezték el. Röntgen-spektográfiai úton fedezték fel a hafniumot s azt találták, hogy a hafnium Röntgen színképének összes vonalának hullámhossza és a vonalak erőssége egyezik a Bohr-féle elmélet követelményeivel. Ez természetesen igen megerősítette a Bohr-féle elméletbe vetett hitet, hiszen az elmélet nemcsak az eddig ismert összes jelenségeket tudta megmagyarázni, — ez a fizikai elméleteknél elsőrangú fontosságú követelmény — de olyan új jelenségek létezését is állította, melyet később kísérletileg meg is találtak. A jövendöléseknek és a kísérleti eredményeknek egybevágása egyszerre megszüntetett minden kétkedést az elmélet meg­bízhatósága iránt. A tudományos megismerések azonban szaporodtál^ nemsokára új és más elképzelések váltak szükségessé . ..

3.

A RADIOAKTIVITÁS.

1896-ban a párisi egyetem világhíres professzora, Becquerel, azt igyek­szik kísérletileg eldönteni, hogy a fény hatására bizonyos fluoreszkáló testek nem bocsátanak-e’ ki magukból sugarakat. Ezek a vizsgálatok a kornak divatos vizsgálataihoz kapcsolódtak. Röntgen nagy fölfedezése, hogy a katódsugár a testeket egy új sugárzás megindítására bírja, érthető izgalomba

218

hozta az akkori tudományos világot. Becquerel is hodolt a divatnak s ezért foglalkozott az előbb vázolt problémával.

Becquerel vizsgálatainál egy lengyel származású asszisztensnő, Maria Sklodowska kisasszony segédkezett. A kísérletek nap mint nap folytak. Egyik nap Sklodowska kisasszony észreveszi, hogy egy régen elzárt, teljes sötétségben tartott uránérc lefényképezte magát az alája helyezett, papírba csomagolt fényképező-lemezre. Igen érdekes, eddig még sohasem látott fel­fedezés ez. Viszi is a fényképet Becquerelhez.

Kemény és lázas kísérleti munka kezdődik a jBecjuereZ-laboratóriumban.

A nagy munka eredményeit hónapok múlva terjeszti Becquerel a francia akadémia elé. Előadásában Sklodowska kisasszonnyal közös felfedezésüket, egy az uránból kiinduló uránsugárzásnak tulajdonítja. Az akadémia halha­tatlanjai lelkesednek, egyesek már azt is megjósolják, hogy az új sugárzás neve .Becg’uereZ-sugárzás lesz.

Egy ember van csak a teremben, aki kételkedik a nagy tudós szavainak igazságában : egy sápadt, szőke, finom, görögös arcélű fiatal lány ; a pro­fesszor asszisztensnője, a tulajdonképpeni felfedező. Kételkedését elmondja

Becquernek is, az azonban kineveti

Curiené.

már arra sem ad módot, hogy elgondo­lásait az ő intézetében kísérletileg kivizsgálhassa. Vizsgálatokra azonban okvetlenül szükség van…

Felkeresi régebbi ismerősét, Pierre Curie-t, aki Páris város fizikai és kémiai iskolájában tanár s ennek az iskolának egyszerű laboratóriumában dolgozik. Curie beleegyezik a mun­kába, de kijelenti, hogy ő nem vesz részt benne. Egyrészt el van foglalva saját, szép sikerrel kecsegtető kísérle­teivel : a kristályok vizsgálatával,

Curie.

másrészt ő sem igen hisz Sklodowska kisasszony feltevéseinek helyességében. A munka azonban így is megkezdődhetik.

Sklodowska kisasszony először is azt igyekszik eldönteni, hogy az általa

219

megtalált sugárzás milyen mértékben teszi elektromos vezetővé a levegőt. Rájön eközben arra is, hogy nem az urán az egyetlen elem, mely ilyen sugár­zást bocsát ki; a thoriumnál éppen így megvan ez a sugárzás. Ezzel már be is bizonyította, hogy Becquerel tévedett, mikor uránsugárzásról beszélt. Sklodowska kisasszony ezt az újfajta sugárzási jelenséget radioaktivitásnak nevezi el.

További vizsgálatok során az is kiderült, hogy némely ásványnál jelentkező sugárzás jelentékeny mértékben erősebb, mint azt az ásványok thorium és uránium-tartalmánál fogva várni lehetett. Ekkor gondolt Sklo- dowska kisasszony először arra, hogy ezek a megvizsgált ásványok is éppen úgy, mint az urán, egy igen erősen sugárzó radioaktív elemet tartalmaznak. Üj étem!

Közben azonban két esztendő telt el. 1839 április 12-én Lippmann professzor bemutatja a francia akadémiának Maria Sklodowska—Curienek első dolgozatát, melyben jelzi, hogy a szurokérc-ásványokban új, rendkívül erős radioaktív elem van jelen. A szerző eredeti szavai szerint » . . . két uránt tartalmazó ásvány, a szurokérc és a chalcolit sokkal aktívabb, mint maga az urán. Ez a tény nagyon figyelemre méltó és arra enged következtetni, hogy ezek az ásványok egy, az urániumnál is aktívabb új elemet tartalmaz­nak . . . «

Pierre Curie, aki már két éve férje ennek a zseniális szép lengyel nőnek, csak ekkor kapcsolódik bele a munkába. Közös munka kezdődik. Ezentúl csak így írnak: azt találtuk, azt vettük észre . . . Két lángeszű, jellemes, makacs, törhetetlen lendületű szerető ember szenteli életét az elkövetkező nyolc éven át a munkának és két lánykából álló családjuknak. Dolgoznak magáért a munkáért, mely számukra mindent, magát az életet jelentette. Egymásután érik őket az élet pofonai és simogatásai.

Nincs megfelelő laboratóriumuk, fészerben húzzák meg magukat. Jegyző­könyveikben néha 6° C szobahőmérsékletet tüntetnek fel. Pierre nem kap tanszéket a Sorbonneon, kibukik az akadémiából. A külföld ellenben siet az elismeréssel : a londoni Royal Society Dawy-aranyéremmel tünteti ki őket, később megkapják a Nobel-dijat is. 1904-ben Curie katedrát kap Párizsban, miután Svájc katedrát és laboratóriumot ajánl fel nekik. A sors rettenetes csapása : Curienek sohasem lesz laboratóriuma.

Mikor Curie egy szeneskocsis ügyetlensége folytán utcai baleset követ­keztében meghal, Mária tovább dolgozik. Nemsokára a Sorbonne tanára lesz. Újból megkapja a Nobel-dijat, melyet sem előtte, sem utána senki sem kapott meg kétszer. A francia akadémia azonban őt is kibuktatja. A köz­társasági elnök a becsületrenddel akarja kitüntetni, de miként férje, ő is visszautasítja a kitüntetést. Szakadatlanul és folyton dolgozik. 1914-ben kísérleti munkáját abbahagyja, új munkaterületet választ: ápolónő lesz. Megszervezi a francia mozgó Röntgen-laboratóriumokat. Most jólesnék, — mint lányához írt leveléből kitűnik — ha elismernék munkásságát egy érdem­kereszttel, de ez nem történik meg. Sok szép nap és sok szomorúság, mint minden ember életében . . .

1898 nyarán tehát két ember egy új elemet fedezett fel. Nevet választa­nak. A rajongó lengyel honleány első hazájáról poloniumnak nevezi tudomá­nyos elsőszülöttjét. Az akadémiai beszámolókban erről így írnak: »az a véleményünk, hogy az anyag, melyet a szurokércből nyertünk, egy még isme­retlen fémet tartalmaz. Ha ennek léte bebizonyosodik, azt ajánljuk, hogy egyikünk szülőföldjéről poloniumnak nevezzék.«

A munkát folytatják. írnak Joachimstalba s kérnek uránsalakot. Kapnak is 10.000 kgr-ot. Nehéz és fizikailag is fárasztó munka kezdődik.

220

Az első eredményt egy 1898 október 17-i keltezésű jegyzőkönyv rögzíti le : » . . . a felsorolt különféle okok arra engednek következtetni, hogy az új radioaktív anyag új elemet tartalmaz, melynek a rádium nevet akarjuk adni.« 1902-ben már a hivatalos szakkörök is elismerik, hogy a rádium új elem.

Tulajdonságait is rövidesen megállapítják: atomsúlya 226. A rádium szép kékes fénye csukott szemmel is látható, ha a recehártya sértetlen, vakok is láthatják. A rádium meleget sugároz ki. A rádium a közelében elhelyezett üveget lilára, a kősókristályt sárgára, a boraxot kékre festi. Rádium közelé­ben a valódi gyémántok felvillannak, az utánzatok nem. Általában fluoresz­kálást idéz elő. A rádium az oxigént ózonná változtatja, a cukrot megbarnítja, a papirost elsötétíti és törékennyé teszi. A rádium sugárzása még egy deci­méter vastag ólomlemezen át is kimutatható. Ezt a sugárzást külsőleg nem tudjuk befolyásolni. A rádium sugárzása a levegőt elektromosan vezetővé teszi, a fényképezőlemezt megfeketíti. Rákot idéz elő, de gyógyít is daga­natokat és így rákot is.

A rádium felfedezésének legnagyobb jelentősége azonban az a széleskörű kutatómunka, melyet elindított s mely az elemek állandóságába vetett hitet megváltoztatta s ezzel olyan kutatásoknak lett kiindulópontja, mely az anyag­szerkezetkutatásban és az atomrombolás rendkívül nagy jelentőségű kísérle­teiben kulminál.

A rádium ugyanis állandóan háromféle sugárzást és egy gázt bocsát ki magából. A háromféle sugárzást megkülönböztetésül a,- ji- és f-sugárzások- nak nevezzük. A kibocsájtott gázt pedig emanációnak hívjuk. A rádium állan­dóan veszít súlyából, de ez a veszteség olyan csekély, hogy egy bizonyos súlyú rádium 2000 év alatt csökken csak felényire. A rádium háromféle sugárzását a mágneses tér külön tudja választani s így lehetővé válik az egyes sugarak vizsgálata.

Mindenekelőtt Rutherford és Soddy a rádium a-sugarakkal foglalkoztak részletesen és megállapították, hogy ezek az a-sugarak egyes részecskéi hélium atomok. Ha tehát a rádium egy a-részecskét veszít, akkor a rádium eredeti 226 atomsúlyából kivonódik a hélium négy atomsúlya, tehát marad 222 atom­súlyú elem: azaz az emanáció vagy niton. Elemek egymásba alakulnak. De kiderültek még ennél is érdekesebb dolgok : észrevették, hogy vannak elemek, melyeknek minden kémiai és fizikai tulajdonságuk megegyez, csak atom­súlyban különböznek egymástól. Az ilyen elemeket izotop-elemeknek nevezik. Tehát az, amit eddig atomsúlynak hívtunk, mint kiderült, nem más, mint az

Rádium a-sugárzásának felvétele.

előforduló izotópok atomsúlyának átlagos értéke. így találták meg sok elem­nek izotópjait, többek között a hidrogénét is, melyet Urey és Murphy deu­tériumnak vagy nehéz hidrogénnek neveztek el. Azt a vizet, melyben két atom nehéz hidrogén (deutérium) kapcsolódik egy atom oxigénhez, nehéz víznek nevezzük. A következőkben ezen felfedezések eredményeit fogjuk megismerni.

221

4.

ATOMROMBOLÁS.

Mielőtt magáról az atomrombolásról beszélnénk, előbb számba kell ven­nünk az atom eddig megtalált alkotórészeit. Mindenekelőtt itt vannak az elektronok, melyekről már több alkalommal megemlékeztünk. Tudjuk, hogy a katódsugárzásban anyaghoz nem kötött állapotban is szerepelnek. A vizs­gálatok kiderítették róluk, hogy elektromos töltésük egységnyi, az ú. n. elemi töltés, tömegük pedig a legkisebb atom, a hidrogén tömegének 1850-ed része. Ezek az elektronok minden elem atomjának is alkotórészei. Az elem atomjai­ban helyetfoglaló elektronok számát az elemek rendszáma szabja meg, tehát az a szám, mely megmutatja, hogy az elem a periódusos rendszerben hányadik helyet foglalja el. Ezeknek az atommag körül keringő elektronoknak egy része könnyen leválasztható az atomról. Ezt az elektronleválasztást többféleképpen eszközölhetjük.

Izzítunk vakumban egy fémdrótot vagy fémlapot, azt tapasztaljuk, hogy belőle elektronok lépnek ki. (Rádiócsöveknél használják különösen ezt az elektron leválasztási formát.)

Láttuk már az előzőkben, hogy úgy is eszközölhetjük az elektronkivá­lasztást, ha egy fémfelületet megvilágítunk. Ennek a fényelektromos jelenség­nek alapján készítik a fotocellákat.

Tulajdonképpen a régtől ismert dörzsölési elektromosságnál is a dörzsölés révén választódnak le a testről elektronok. Végül pedig a rádium sugárzásának vizsgálatából kiderült az, hogy az ú. n. p-sugarak is elektronokból állanak. A finomabb vizsgálat azonban azt is kiderítette, hogy ezek az elektronok nem a mag körül keringő elektronok közül léptek ki, hanem ezek az atom­magban foglaltak helyet s azt hagyták el.

Ebből és még sok¹, igen nehéz és érdekes kísérletből kiderült, hogy az atom belsejében helyetfoglaló atommag is több alkotórészből áll. Vannak bennük protonok, melyek tulajdonképen pozitív töltésű hidrogén-atommagok. Elektromos töltése tehát egyenlő egy elektron töltésével, de ellenkező irányú. Ha a proton tömegét akarjuk megtudni, — akkor, mivel egy hidrogénatom áll egy elektronból és egy protonból — a hidrogénatom tömegéből le kell vonni egy elektron tömegét. A proton tehát kb. 1850-szer nagyobb tömegű, mint az elektron. Igen érdekes volt a proton felfedezése is, mely Rutherford nevéhez fűződik. Midőn az a-részecskéket vizsgálta Rutherford, észrevette, hogy még ‘ ott is lehet látni felvillanásokat, ahova az a-részecskék már biztosan nem tudnak eljutni. (Közbevetőleg megjegyzem, hogy az a-részecskéket úgy szokták vizsgálni, hogy az a-részeket kibocsátó rádióaktív elemmel szemben elhelyeznek egy zinkszulfid-ernyőt, melybe az a-részek beütköznek s ott fel­villanásokat, scintillációkat keltenek.) Midőn tehát Rutherford ezt a különös észlelést tette, közelebbről is megvizsgálta a dolgot, s így akadt rá a proto­nokra. Rutherford után még Chadwick, Petterson és Kirsch is sokat foglal­koztak hasonló kísérletekkel, melyből megállapítható volt, hogy a protonok a különböző elemek atommagjainak alkotórészei.

Az atommagnak egy másik, a közelmúltban (1930) felfedezett része a neutron. Bothe és Becker berilliumot bombázott a polonium a-sugaraival, s azt találták, hogy a berilliumból egy nagy áthatolóképességű, a rádium ^-sugarai­val, tehát a Röntgen-sugarakkal közeli rokonságban álló sugárzás indul ki. Később Madame Curie leánya, Iréné Curie és Joliot foglalkoztak a jelenséggel, aztán Chadwick végzett érdekes kísérleteket, melyeknek eredményeit csak

222

úgy tudta értelmezni, ha feltételezte egy új részecske jelenlétét, melynek elektromos töltése — mint a neve is mutatja — nincs, tömege pedig egyenlő a hidrogén atom tömegével. Ez a neutronsugárzás igen nagy áthaladóképes­ségű vastagabb anyagi részeken hatol keresztül, mint a legkeményebb Rönt­gen- vagy f-sugárzás.

Az atomok további alkotórészét a pozitront Anderson fedezte fel 1933-ban. Anderson kísérleteiben a kozmikus sugarakat erős mágneses téren vezette keresztül, s eközben azt tapasztalta, hogy a sugarak pályája néha elgörbül. A görbülés az elektron pályájának felelt meg, de a hajlás iránya éppen ellen­tétes volt, mint várni lehetett volna. Anderson ezt úgy értelmezte, hogy ezt a pályát befutó részecskék pozitív elektronok, vagy röviden pozitronok okoz­zák. Ebből máris következik, hogy a pozitron tömege egyenlő az elektron tömegével, sőt töltése is megegyez az elektron töltésével, csak pozitív. Iréné Curie és Joliot is megfigyelték ezeket a pozitronokat. Később sokan észlelték a pozitronokat különböző körülmények között. így Chadwick, Blactett, Oechia- lini, Meitner. A Dirac-féle elektronelmélet pedig igen nagy támogatásra talált a pozitronokban, ugyanis az elméletből többek közt az is következik, hogy az elektronok alkotta térben néha pozitív energiáknak is fel kell lépni. Az így felmerült nehézségeket egy csapásra megoldotta a pozitron felfedezése. A pozitronról későbbi vizsgálatok során kiderült, hogy nem állandó és léte­zése is csak a másodperc kis törtrészéig tart.

Az atommagnak egy további alkotórésze a deuton, mely a nehéz hidrogén atommagja. így tehát töltése pozitív és az elektron töltésével egyenlő, míg tömege éppen kétszerese a hidrogén atommag (proton) tömegének.

Az így ismertetett atommag alkotórészekhez csatlakozik két jó ismerő­sünk, az a-részecskék és az elektronok, melyek szintén helyet foglalnak az atommagban.

Hogy azután ezekből az alkotórészekből mi módon épül fel az atommag, arról igen keveset tudunk. Egy bizonyos, ha az atommagban hozunk létre változást, azaz bombázzuk az atomot, akkor sikerül az elemátalakítás. A rádióaktív elemek megismeréséből kiderült, hogy az anyagok átalakulhat­nak más anyagokká. így pl. az urán 4-5 milliárd év alatt feleződik, lesz belőle többféle rádióaktív elem, aztán rádiummá válik, ebből lesz emanáció, aztán ismét egy sor rádióaktív elem, végül a pillanatig »élő« polonium lesz belőle. Ez a tiszavirágéletű polonium átalakul a mindnyájunk által jól ismert közön­séges elemmé, ólommá. Tulajdonképpen ez az imént vázolt rádióaktív bomlás árulta el a fizikusoknak, hogy az atommagban is jöhetnek létre változások. A fizikusok el is határozták, hogy megpróbálják mesterségesen előidézni ezeket a változásokat. Kétségtelenné vált, amennyiben sikerül az atommag szerkezetét megváltoztatni, akkor sikerülne a középkori alchimistáknak a vágyálma: az elemátalakítás. Ez tényleg sikerült is. Ha valamilyen anyagra deutonokat, protonokat bombázunk, akkor az anyag atomjai vagy megvál­toznak, vagy teljesen szétrombolódnak. Ezt jól megfigyelhetjük az e célra készült rendkívül szellemes készülékekben. A bombázással készült elem mennyisége azonban olyan kicsi, hogy gyakorlati szempontból az elemát­alakítás még semmiesetre sem jöhet figyelembe, hiszen a bombázáshoz hasz­nált elektromos energia igen nagy és ennélfogva drága. Rutherjord volt az első, aki atombombázással egy elemet más elemmé alakított át, 1919-ben. Ruther­jord ezen kísérlete óta sok kutató foglalkozik ezzel az érdekes jelenséggel, több-kevesebb sikerrel.

223

5.

ANl’AG ÉS HULLÁM.

A Bohr-féle modell körül pár év múlva súlyos nehézségek támadtak. Maga az a tény, hogy a Bohr-féle modellben az atom stabilis állapotban nem sugároz energiát, merő ellentétben állott az elektrodinamika tanításával. De felmerült még más és több nehézség is, melyek a Bohr-féle elmélet átala­kítását szükségessé tették. Louis Victor de Broglie herceg (1892) volt az első módosító. Doktori disszertációját 1924-ben készíti el, s ebben már lerakja az általa megalapított kvantummechanika alapjait. Doktorátusa után öt évvel már Nobel-díjas s azóta is rendületlen szorgalommal, főleg kiváló ered­ménnyel műveli a modern fizikának ezt az új fejezetét. Broglie a fény kettős­ségének következményeit kötötte össze az atom-elmélettel. Azt már említet­tük, hogy a fényt úgy tekintették a fizikusok, mely egyszer úgy viselkedik, mint hullám, néha pedig úgy, mintha korpuszkulum lenne. Hullámszerű viselkedést mutat az optikai jelenségeknél, korpuszkuláris viselkedése pedig az atomban lefolyó elemi jelenségek során ütközik ki. Egy bizonyos, ha korpuláris viselkedésű, akkor nincs szükség hullámszerű tulajdonságaira és viszont. Nyugodtan mondhatjuk, úgy hitték, Janus-arca van a fény­nek, egyszer egyik, másszor másik arcát mutatja, de a kettőt egyszerre soha­sem. Broglie volt az első, aki azt állította, hogy a fénynek ez a kettősége nem két különböző dolog, hanem egy és ugyanazon dolognak csupán két meg­jelenési formája. Egy nehézség volt csak, ugyanis, ha igaz Broglie álláspontja, akkor abból logikailag következik, hogy pl. az elektronokhoz is kell, hogy tartozzék hullám. A haladó elektronhoz tartozó hullámokat 1928-ban meg is találta G. P. Thomson, Davidson és Germer, akik előállították ezeknek a mozgó elektronokhoz tartozó hullámoknak interferenciáját is. A Thomson- féle kísérlet abból áll, hogy igen gyors elektronokat vékony fémlemezen bocsá­tottak keresztül, s a lemezen átjutó elektronok útjába fotográfus lemezt tett. A lemezeken keletkezett kép ugyanolyan volt, mint a fényhullámok interferen­ciájának képe. Később Uwppnak optikai rácson (a fémrácson mm-ként 150 kar­colás volt) sikerült elektron elhajlást előállítani. Ezek a kísérletek tehát mind igazolták Broglie feltevésének helyességét. Egyik legnagyobb elméleti sikere a Broglie-féle elméletnek az volt, hogy belőle levezethetők a Bohr-féle atom- modell pályáinak kvantumfeltételei, melyek Bohrnál még csak feltevésként szerepeltek.

Broglie elméletét Schrödinger (1887) és Dirac (1920) fejlesztették tovább, s ezt a munkásságukat tüntette ki a Nobel-bizottság 1934-ben a Nobel-díjjal. Az általuk alkotott atommodell tökéletesebb volt minden eddiginél, de a tökéletességért a szemléletesség elvesztésével kellett fizetni. A modern fizika tulajdonképpen náluk kezdődik. Minden gondolatot ezután csak matematikailag lehet érzékeltetni. így a Schrödinger-iéle differenciálegyenlet is leírja az atom minden tulajdonságát. Az eltűnt szemléletességet nincs mit sajnálni, hiszen nagyobb lett a pontosság.

Még tovább ment a kvantummechanika fejlesztésében a negyedik Nobel- díjas, Heisenberg (1901), kinek gondolatai a klasszikus fizika tanításával való teljes szakítást idézték elő. Heisenberg mondja ki a mai fizikára talán leg­inkább jellemző »határozatlansági elvet«, amely tulajdonképpen azt fejezi ki, hogy valamely mozgó részecskének állapotát teljes pontossággal lehetetlen megadni.

Sajnos, nem beszélhetünk erről az érdekes fejlődésről többet, hiszen a hullám-mechanikában egyetlen lépést sem tehetünk matematika nélkül. . .

*

NÉVMUTATÓ

A

Abbé 131-133

Adams 43

Adriansoon 134

Aepinus 145

D’Alembert 155

Alexanderson 193

Ammonts 85

Amoutons 82

Ampere 147, 150, 153, 155, 156, 158 167, 170

Anaxagoras 213

Anderson 222

Andrews 94

Antheminus 105

Arago 79, 121, 147, 153, 154, 158

Arany 163

Archimedes 21, 26, 55′

Ardenne 176, 177, 201

Aristophanes 126

Aristoteles 24, 126

Armati 127

Aston 215

Attila 10, 169

Atwater 104

Auer 163

B

Belin 191, 193

Bell 167-169

Berget 10

Berglund 181

Bergson 8

Bernoulli D. 57, 78, 96, 97 99, 155

Bernoulli J. 96

Bertrand 185, 186

Bessel 15

Biot 153, 156, 158

Black 87, 88, 107

Blackett 222

Bláthy 160, 161

Bohr 215, 217, 223

Boltzmann 99

Bolyai J. 41

Borda 14, 20

Bothe 221

Bouvard 79

Boyle 52, 85, 87, 97, 129 213

Bradley 121

Bragg 199

de Brahe 28, 119

Branca 106

Braun 175—177

Brewster 143

de Broglie 200, 201, 223

Brown 100

Bunsen 77, 142

Babinet 53

Babits 193

Bach 184

Backer 193

Bacon F. 22

Bacon R. 126

Bain 189

Baird 193, 194

Baker 9

Bakewell 189

Bandot 171

Bartholinus 205

Baur 102

Bánki 113, 114

Becker 221

Becquerel 217, 218

Beethowen 184

Cailletet 94

Carnot 99

Caselli 189

Cassini 120, 121

Cavendish 109

Celsius 83

Chadwick 221, 222

Chappe 170

Chladni 78

Clapeyron 99

Claremonth 115

Clausius 99

Colding 99, 103

Coliadon 78

Compton 200

C

Koczkás Gyula: örök törvények.

15

226

Coudorcet 158

Comu 121

Coster 217

Coulomb 206, 207 Crawford 88

Crookes 196, 197, 214 Curie 218—222

D

Daguerre 138

Dalton 86, 213

Davidson 200, 210, 223

Davy 94, 147, 157, 158, 164, 219

Deluc 87

Demokritos 213

Descartes 119, 121

Dewar 95

Dóri 160, 161

Diderot 155

Diesel 56

Dirac 222, 223

Doppler 74

Duddel 184, 185

Duhem 5

E

Eddington 43

Edison 164, 165, 171, 172

VII. Edward 189

Einstein 36-44, 100, 200, 209, 211

Einthoven 80, 81

Elster 209

Engelmann 77

Engl 182

báró Eötvös J. 47, 48

báró Eötvös L. 42, 47, 48, 157, 162

Epikuros 213

Euklides 41

Euler 155

F

Fahrenheit 83

Faraday 41, 94, 143, 147, 153, 154, 157- 162, 167, 206-208, 214

Farnswort 193

Fináczi 7

Fitzgerald 38

Fizeau 121

Flemming 173

de Forest 173

Foucault 121

Fourier 89

Franklin 146, 151, 152

Fraunhoffer 126, 143

Fresnel 204

Fulton 193

G

Gaede 53

Galilei 22-26, 28, 30-32, 34, 36-38,

49, 50, 53, 82, 128, 134, 135

Galvani 146

Gassendi 78, 213 Gaulard 160

Gay-Lussac 79, 82, 86, 87 Geitel 209

Germer 200, 201, 223 Ginelee 185

Goethe 84

Grebe 43

Gregory 31, 136

Guericke 51, 52, 83, 85

H

Halasy—Nagy 7

Halifax 33

Hallwachs 209

Halske 171

Hegel 148

Heisenberg 223

Helmholz 23, 77, 103, 104, 141, 142, 167

Hero 105

Hertz 69, 206, 207, 209

Hevesy 217

Hoefer 89

Homeros 77

Hooke 30, 31, 36, 75, 129, 204

Hoover 193

Hughes 80, 171

Hull 210

Humbold 79

Huygheus 30, 31, 74, 106, 119, 121, 204, 205

I

Irwine 88 íves 193

J

Jansoon J. 128

Jansoon Z. 128

Jedlik 160, 203

Jenkins 191, 193

Jewel 43

John 43

Johnsson 81, 176

Joliot 221, 222

Joule 99, 103

Joung 204

Jókai 134

Jurin 47

K

Kammerlingh-Onnes 95

Karolus 193

lord Kelvin (J. J. Thomson) 17, 34

Kepler 27-29, 30-32, 36, 119, 135 Kirchoff 77, 141-144, 150

227

Kirsch 221

Kodály 36

Kollarits 184

Kopernikus 25, 27, 28, 36

nagy Konstantin 126 Kom 189

König 79

Krönig 99

Kundt 79, 195

L

Lactantius 126

Lagrange 14, 153

Lalande 155

Langmuir 173

Laplace 14, 78, 89, 90, 146, 153, 156 Laue 198, 199, 201

Lavoisier 87, 89, 90, 99, 102, 109, 146 Leeuwenhoek 128, 129

Legendre 153

Leidenfrost 93

Leibnitz 30, 103

Lenard 44, 196, 209, 214, 216

Lenoir 109

Lenz 187

Leukippos 213

Leverrier 42

Lieben 173

Liebig 7, 103

Lilienthal 59

Linde 96

Lippershey 134

Lippmann 219

Lissajous 73

Lobacsevszkij 41 _%

Lorenz 38, 40, 43

Lumiére A. 139

Lumiére L. 139

Luther 27

M

Maestlin 27, 28

Albertus Magnus 126

Marconi 169, 175, 195

Mariotte 51, 85, 87, 97

Martenot 187

Massole 182

Mathieu 79

Maurolyeus 127

Maxwell 38, 99, 161, 206, 207

May 208, 209

Mayer 77, 99, 101-104, 149

Medici 25

Meissner 174, 175

Melloni 84

Mendelejev 215

Mereskovszkij 202

Michelson 38—40, 121

Mihály 193

IV. Miklós 126

Mikola 34

Milankovich 32

Minkovsky 41 Mohi 77 Montgolfier 55, 56 Morley 38, 40 Morse 170 Murdock 163 Murphy 220 Murray 171

N

Napóleon 147, 154

Natterer 94

Newcomb 121

Newcomen 106, 107

Newton 12, 26, 29, 30—35, 36, 37, 41, 42, 49, 78, 82, 97, 121, 129, 136, 140, 202, 204, 211

Nichols 210

Niépce 137, 138

Nipkow 191 — 194

Nobili 84

O

Oderbeck 72

Oechialini 2 2

Oersted 147, 152-155, 158

Ohm 148-150

Okolicsányi 193

Olsewsky 95

Ottó 109

P

Palatin 203, 204

Papin 93, 106

Patterson 43

dón Pedro 168

Peltier 84

Perrin 100

Petersen 181

Petterson 221

Petzwall 138

Piccard 56

Planck 44, 200, 207, 210, 211, 217

Plateau 138

Plinius 54

Poggendorff 102

Poisson 153

Pollák 171

Porta 134

Potter 106

Pouisen 181

Prandtl 58

Prony 79

Proust 213

Ptolemaios 118, 119

Puskás 169

Q

Quincke 46, 47, 51, 52, 83, 85

Koczkás Gyula: Örök törvények.

16

228

R	Thomson G. P. 223 Thom 193
Rankine 63	Toricelli 30, 49 — 52
lord Rayleigh 77	de la Tour 76
Reaumur 83	Townend 66
Reiss 167, 168	Traut 97
Ricci 24	Tyndall 104, 129
Reimann 41, 42 Rogowsky 180 Rolls 115	U
Roosewelt 114 Rossini 184	ühler 43
Royce 115	ürey 220
Römer 120, 121 Röntgen 195-199, 214, 217 Rubner 104	V
gróf Rumford (sir Thomson) 89, 97—
99, 103	Valiét 64
Rumkorff 142, 197	Velten 77
Rupp 223	da Vinci 11, 31, 82, 202
Ruska 200	Virág 171
Rutherford 83, 215, 216, 220-222	Vitello 28, 119
S, Sz	Viviani 24, 50, 128, 134 Vogt 182 Voigtlander 138
Savart 75, 156, 158	Volta 145-147, 152 Voltaire 33
Savery 106 Schmolchowski 100 Schrödiger 223	W
Schwarz 56 Scliwedberg 100	Wagner 184
Schweigger 149	Wallenstein 29
Seebeck A. 76	Watson 168
Seebeck J. 84	Watt 9, 106-109
Senlecq 193	Wehnelt 171, 172, 177
Siedentopf 133	Weiller 181, 193
Siemens 160, 171	Wheatstone 84, 149, 171
Simon 185	Worcester 106
Six 83	Wright 170
Smith 107	Wroblewski 95
Snellius 119 Soddy 220 Spenzer 9	Z
Spielmann 187, 188 Stampfer 138	Zarlino 188
Stephenson 9	Z’emann 162
Stoney 214	Zeiss 131
Strauss 184	Zelovich 9
Sturm 78	Zeno 105
Sutton 193	Zeppelin 56
II. Sylvester 105	Z iperno vszky 160
Szly 99, 168	Zworykin 193
T	Zs
Talleyrand 14	Zsigmond 128
Theremin 186, 187	Zsigmondy 133

TÁRGYMUTATÓ

A, A

Abszolút geometria 41

Abszolút hőmérséklet 87

Abszolút idő 39

Abszolút mértékrendszer 15

Abszolút nulla fok 86, 87, 95

Abszolút nyugvó tér 37, 38

Abszolút sűrűség 78

Achromatikus lencserendszer 136

Aelipil 105

Aerodynamika 57

Aerodynamikai paradoxon 57

Alapegységek 22

Állati elektromosság 146

Álló hullám 74

Általános relativitás elve 41 — 43

Ampere szabálya 155

Amplitúdó 57-59, 61, 64, 66, 74, 77

Anasztigmát lencserendszer 138

Annáién dér Chemie und Pharmacie 103

Annáién dér Physik 102

Anódáram 174, 174

Anyag megmaradásának elve 104

Ar-apály 9

Áramlási sebesség 57

Aramvonalak 57 — 59, 61, 64, 66

Archimedes törvénye 21, 26, 55

Arckép-objektív 138

Asztigmatizmus 125, 138

Asztrológia 28

Átlagos hiba 18

Atmoszféra 51

Atom 213—216

Atomelmélet 213 — 215

Atomfizika 44, 199, 215, 221, 222

Atomrombolás 221, 222

Autó 115

Automata-telefon 169

Automatikus regulátor 164

B

Babinet-féle csap 53 Barométer 51

BarometereB magasságmérés 51

Beesési merőleges 116

Belin-féle képanalizátor 191

Bemoulli tétele 57

Betűtávíró 171

Bohr-féle atommodell 217, 222 Borda-féle mérlegelés 20

Boyle—Mariotte-törvény 85, 87 Braun-féle cső 175, 176 Broglie-féle anyaghullámelmélet 200 Brown-féle mozgás 100

C

Centrifugális erő 12, 66, 205

Centrifugális regulátor 144, 145

Centripetális erő 12, 66

CG S-egység 12

CGS-rendszer 15

Civilizáció 7

Consonans hangközök 77

Coulomb-törvény 206, 207

Crookes-féle cső 196, 197

Cseppfolyósitás 95

Cseppfolyós levegő 95, 96

Csillagászati távcső 135, 136

Csillapítatlan elektromos rezgés 174, 175

Csomópont 73

Csűrőkormány 66, 67

D

Dalton törvénye 86 Dekalumen 165 Detektorhatás 173

Deuton 222

Dewar-palack 95

Diafragma 131

Diamágneses anyagok 161

Dielektromos állandó 161

Differenciál számítás 30, 33

Diffúziós légszivattyú 53

Dioptria 125, 127

Doppler-elv 74

16*

230

E

Edison hatás 172

Egyenáram 173

Egyenirányítás 172

Egyenletes mozgás 12, 37, 41, 183

Egyenletesen változó mozgás 12, 36, 42 Egyensúly 65

Egyidejűség 39, 40

Egyszerű gépek 8

Egyszerű nagyító 127, 129, 136 Einstein-hatás 43

Elektrodynamika 207, 223

Elektrofor 145, 146 Elektrokardiográfia 80

Elektrolysis 161, 207

Elektromágnes 96, 147, 167, 170 Elektromágneses fényelmélet 161, 206 — 208

Elektromágneses hullám 38, 68, 207 Elektromágneses színkép 11, 207 Elektromágneses tér 38, 176, 197 Elektromágnesség 153—156

Elektromos áram 48, 80, 81, 84, 112, 145, 149, 150, 155, 158, 159, 164-166, 170-174, 176, 179, 180, 182-184, 188, 192, 209, 210

Elektromos áram erőssége 149, 150, 158, 159, 161

Elektromos áram feszültsége 48, 149, 150

Elektromos áram kémiai hatása 161

Elektromos áram mágneses hatása 151 — 153, 155, 156, 158

Elektromos biztosíték 166

Elektromos dynamó 101, 160

Elektromos ellenállás 80, 149, 150, 169

Elektromos ellenállás-szekrény 150

Elektromos energia 9

Elektromos hangszer 184—188

Elektromos indukció 112, 147, 154, 158— 161, 167, 175, 187

Elektromos ívfény 164

Elektromos ívlámpa 142, 147, 164, 209

Elektromos lencse 200

Elektromos megosztás 146

Elektromos rezgések 11, 177, 194, 207

Elektromosság elmélete 96, 147 Elektromosság terjedési sebessége 208 Elektromos távolhatás 161

Elektromos tér 214

Elektromos töltés 145

Elektromos váltóáram 70, 169, 171, 173, 174, 178, 179, 189

Elektromos vasút 205

Elektromos zene 184, 186, 188 Elektromotor 157, 188

Elektromotoros erő 149

Elektron 200, 201, 209-211, 216, 217, 221-223, 165, 172-174, 176, 177

Elektroncső 54, 171-176, 185, 186, 221 Elektroncső karakterisztikája 174 Elektroncsöves erősítés 173, 174, 177, 179, 183

Elektronelhajlás 223

Elektronelmélet 171, 222 Elektronhullám 200

Elektroninterferencia 200, 201, 223

Elektronmikroszkóp 133, 200, 201 Elektronsugár 176, 200, 201 Elektroszkóp 145, 146, 209 Elektrosztatikus tér 178 Elem-átalakulás 223

Elemek 213

Elemek rendszáma 216, 217, 221

Elemi quantum 200, 217

Elemi töltés 221

Elhajlásos színkép 204

Ellenállás hőmérő 84

Elméleti fizika 32, 35

Elnyelési vonalak 143

Elongáció 69, 73, 77

Eltérítő elektródok 176—179

Emissziós spektrálanalysis 142 Emulzió 48

Éneklő ívfény 184

Energia 8-10, 12, 41, 43, 57, 68, 101, 157, 200, 217

Energia megmaradásának elve 41, 77, 101-104

Eötvös-inga 48

Eötvös törvénye 48

Erő 12, 32, 33, 36, 45, 58, 63

Erőpár 65

Erő relativitása 41

Erővonalak 112

Euklidesi geometria 40—42

Euklidesi tér 40

Extra-áram 161, 189, 190

F

Fagyás 91

Fagyáspont 87, 91

Fajhő 87-90. 107

Fajsúly 12, 55, 85

Faraday-effektus 162

Faraday-féle sötét tér 214

Faraday két törvénye 161

Fáradt gőz 108

Fáziskülönbség 73, 74

Felhajtó erő 55, 59, 60, 64, 66

Felületi feszültség 45—49

Fény abberációja 154

Fény abszorpció 143

Fényáram 166

Fényelektromos elmélet 99

Fényelektromos hatás 209

Fényelektromos jelenségek 208, 209, 211

Fényelektromos fotometria 209, 210 Fényelemek 210

Fényelmélet 96, 121

Fényemissziós elmélet 31, 129, 202, 204, 205, 211

Fényhullám 207

Fényhullám elmélete 31, 129, 202, 204, 205, 210

Fényhullám hossza 38, 43

Fényinterferencia 31, 38, 204 — 206, 211

Fényképezőgép 128, 136, 138, 139 Fény-nyomás 210

Fénypolarizáció 154

231

Fényquantum 200

Fény quantum-elmélete 208

Fénysebesség 38, 39, 41, 43, 44, 78, 79, 120, 121, 154, 207

Fénysugár 43, 68, 117, 120, 121 Fénytörés 116, 118, 119, 143, 153, 205 Fényvisszaverődés 116, 117, 143, 192, 205 Filmgép 80, 177

Fizikai állandó 47

Focuspont 122, 123, 125, 126

Fojtótekercs 159

Folyadékhőmérő 82, 83

Folyadékok nyomása 57

Folyadékok mechanikája 26

Folyékony testek 91

Folytonos színkép 142, 143

Forgatóképesség 154

Forgatónyomaték 20

Forgó mágneses hatás 154

Forgótükör 177, 179

Forrás 92, 93

Forráspont 85, 87, 92, 93

Fotocella 187, 188, 190, 192, 209, 221 Foton 211

Földmágnesség 48

Főszínek 141

Francia akadémia 90, 103, 104, 121, 147, 153, 154

Franklin-tábla 151

Függőleges vezérsík 65

G

Galilei-féle távcső 134

Galilei-féle transzformációk 37

Gályatartó hal 54 .

Galvánelemek 148, 164

Galvanométer 84, 155, 159, 172, 173 Gay —Lussac törvényei 86, 88

Gázok cseppfolyósítása 86, 94, 158 Gázhőmérő 82

Gáztörvények 85, 87

Generátor 9

Gömbtükör 117, 118

Görbületi középpont 122 Grammkalória 88

Gravitáció 24, 29, 31, 32, 36, 41, 42, 43, 48, 129

Gőz expanziójának elve 108, 109 Gőzgép 9, 105, 109

Gőzkazán 106, 108

Gőzgép-kondenzátor 107

Gőzorgona 105

Gyorsulás 12, 32, 177

Gyújtógyertya 112

Gyújtópont 135 Gyujtótávolság 134, 135

Gyűjtőlencse 122, 123, 125, 126, 128, 134, 202

H

Hangfénykép 181

Hanglebegés 179

Hangos film 170, 183

Hangszínezet 187

Hangszóró 174, 186

Határozatlansági elv 223

Hefner-gyertya 164

Hidegfény 166

Hullámmechanika 223

Hysteresis-görbe 179, 180

I, J

Indukált elektromos áram 159

Interferencia 185, 186

Izom mágnessége 162

Izotóp elemek 220

Jenkins-korong 191

K

Kalória 87-91, 103, 104 Kaloriméter 104, 107 Kapacitás 184, 186, 187 Kapcsolótábla 182 Kapillar-elektrometer 48 Kapilláris-cső 47 Kapilláris-erő 83 Karburátor 113, 114 Katódoszcillográf 81, 175—180, 190—

192 195 196

Katódsúgár 81, 176, 177, 200, 213, 214, 217, 221

Kepler-távcső 28

Kepler törvényei 28, 29, 135, 136

Képelemek 191, 193

Képtávolság 123

Képtelegráfia 188, 189

Kettős-törés 205

Kétköpüs légszivattyú 53

Keverék-színek 141

Kiegészítő-színek 141

Kilogramm 15

Kilogrammkalória 88

Kilogrammétermunka 8, 12

Kinematográfia 138, 139

Kinetikai gázelmélet 96, 97, 99, 100

Kirchoff törvénye 150

Kísérleti fizika 22, 23

Klasszikus fizika 41, 42, 44

Klasszikus mechanika relativitási elve 40

Kondenzátor 146, 151, 175, 186

Kondenzorlencse 131, 133

Kopemikusi világnézet 25, 27

Kopogtatási hangok 179

Kormányozható léghajó 56

Kozmikus sugárzás 11, 222

Ködfénylámpa 182, 190, 192

Köráramlás 59

Kritikus hőmérséklet 94

Kultúra 7

Kvarcoszcillátor 193

L, Ly

Latens hő 87

Laue diagramm 198

232

Látószög 126

Lebegés 72

Lecsapódás 93

Legvalószínűbb érték 16

Lejtő-mozgás 23

Lencserendszer 130

Lencsék színi eltérítése 125

Lencsék törőképessége 125

Lendítőkerék 109

Levegőellenállás 59 — 61, 63 — 66

Levegő nyomása 50—54, 57, 87, 149

Leydeni palack 151, 152

Légcsavar 63—66

Léggömb 55, 56

Léggömb-zár 56

Légköri elektromosság 146

Légnemű testek 91

Légritkítás 52—54, 55

Légszivattyú 51 — 53, 213

Légzési zörejek 179

Linde-féle készülék 96

Lissajous figurák 73

Longitudinális rezgés 73

Lopó 53

Lorenz-féle kontrakciós elmélet 38

Lóerő 8, 9

Lóerő-óra 8

Lumen 165

Lux 165, 166

Lyuk-kamara elve 136, 137

M

Magassági kormány 65—67

Magdeburgi féltekék 52

Magyar Tudományos Akadémia 48 Manometer 85

Manometrikus lángok 79, 80

Maximális hiba 17

Maximum-minimum hőmérő 83

Mágnes 168

Mágneses erőtér 84, 176, 180, 197

Mágneses indukció 158—161, 168

Mágneses lencse 201

Mágneses tér erővonalai 158, 160 Mágnesesség elmélete 156

Másodperc 15

Mechanikai hőegyenérték 103

Mechanikai hőelmélet 99

Mechanikai világnézet 34

Mérés pontossága 18

Mérleg 19-21, 26

Mértékegységek 14

Méter 15

Michelson interferométere 38

Mikrofon 80, 81, 167, 169, 179, 181, 189 Mikrométer 50, 131

Mikroszkóp 128—134, 200, 201

Mikroszkóp feloldóképessége 133, 200

Mikroszkópi kép keletkezése 131 — 133

Molekulasúly 161

Morse-abc 170

Morse-távíró 170

Munka 12

Munkasiker 12

Műrepülés 65

N, Ny

Nagyítás 131

Nagyító 126, 134

Nauheimi diskussio 44

Nedvesítő folyadék 47

Nehéz hydrogén 220, 221

Nehéz víz 220

Nem nedvesítő folyadékok 47

Neutron 222

Newcomen gőzgépe 106, 107

Newton axiómái 12, 26, 31, 36, 37 Newton-féle színes gyűrűk 31, 204 Newtoni fizika 38

Négydimenziós tér-idő rendszer 40 Négyütemű motor 109, 110

N ipkow-korong 191, 192

Nobel-díj 80, 195, 198, 211. 223 Noktovizió 193, 194

Nyomás 12, 60, 78, 85, 93-95, 97, 100, 105, 109, 175

O, ö

Oderbeck-féle kettős-inga 72

Ohm-féle törvény 148

Oldalkormány 65, 66

Oldalviszony 63

Olvadás 91

Olvadáshő 92

Olvadási pont 84, 91

Optikai középpont 123, 124

Optikai lencse 122, 129, 137, 138, 201

Optikai rács 132, 144, 203, 204, 223 Organikus anyagok 48

Orvosi hőmérő 83

Oszcillográf 181, 190

Oxydáció 102 önindító 114 önindukció 159 önindukciós tekercs 184 örvény tér 61

P

Papin gőzgépe 106

Paramágneses anyagok 161 Pályaszámítások 28

Párolgás 92, 93

Perihelium mozgása 42, 43

Periodikus mozgás 68

Periódus 73

Periódusos rendszer 143, 221

Permanens gázok 94

Perpetuum mobile 102 Petzwall-objektiv 138 Pilóta 66

Piezometer 152

Polarizált fény 162

Porlasztó 114

Potencialemélet 207

Potenciálkülönbség 149

Pozitron 222

Prizmás távcső 135

Proton 221

Pyro-elektromosság 145

233

Q

S

Qualitativ-analysis 142

Quanitativ-analysis 142 Quantumelmélet 44, 200, 211

Quantum-mechanika 223 Quincke-féle mérleg 46, 47

R

Rakéta autó 33

Rácsáram 173, 174

Rádióaktivitás 217, 219

Rádió 10, 160, 169, 175, 179, 188, 195 Rádium 11

Rádium a-sugárzása 220, 221

Rádium (5-sugárzása 220, 221

Rádium y-sugárzása 220—222

Reflektor 31, 118, 136

Refraktor 136

Regeláció 91

Relatív hiba 18

Relativitás elve 39—44

Repülés 55, 56

Repülési sebesség 65

Repülőgép 33, 51, 56, 58, 61, 63, 65, 66, 115

Repülőgép futószerkezete 66

Repülőgép-kormányok 65

Repülőgép-kormányzás 65 Repülőgép-motor 109 ■

Repülótechnika 65

Rezgés 73, 74, 75, 76, 79, 80, 186

Rezgési idő 69, 70

Rezgés-szám 69-72, 74, 75, 76, 79 Rezgőkör 175, 184, 186, 187 Rezgőmozgás 68, 69, 205, 206 Rezonancia 71, 72

Réselt-szárny 62

Riemann-féle geometria 41 Riemann-féle tér 41

Robbanómotor 109, 110, 113 — 115

Rotorszárny 62

Royal Institution 98

Royal Society 31, 85, 104, 136, 147, 149, 162

Röntgen átvilágítás 199

Röntgencső 54, 197—199

Röntgendiagnosztika 199

Röntgensugár 11, 195—199, 221, 222 Röntgensugár elhajlása 198 Röntgensugár elleni védelem 199 Röntgensugár hullámtermészete 198 Röntgensugárzás interferenciája 198, 201 Röntgenszínkép 199, 217

Röntgentherápia 199

Rövidlátás 127

Rugalmas ütközés 205

Rumford fotométere 98

Rumkorff-féle szikráinduktor 142, 175, 197, 209

Rutherford-féle atommodell 215—217

Savart-sziréna 76

Savery-féle gőzgép 106

Sebesség 9, 12, 15, 39, 40, 57, 58, 61,

63, 65, 66, 70, 71, 77, 90, 100, 120, 170, 177, 201, 206, 207

Seebeck-sziréna 76

Sextáns 117

Siklószám 63

Síktükör 116, 117

Snellius — Descartes-törvény 119

Sötétkamra 136—138

Spektrográf 144

Spektroszkóp 144

Spektrum 11, 140, 141, 199

Stethoszkóp 167

Stroboszkóp 138

Sublimáció 93

Súrlódás 21, 32, 58, 114

Súly 12, 47, 55, 56, 98

Súlyos tömeg 42

Súlypont 65

Sűrűség 12, 85

Sz

Szabadesés 12, 23, 24, 26, 32, 36, 41 Számtani középérték 16

Szárnyfelületek 57, 60

Szelephatás 173

Szem 10

Szem alkalmazkodása 127

Szem érzékenysége 10, 11

Szem feloldóképessége 10, 129

Szemtükör 77

Szemüveg 127

Szélcsatorna 58, 59

Szélmotor 157

Szénsavhó 95

Szférikus aberráció 126

Szilárd testek 91

Színes film 183

Színes polározás 154

Színkép 43, 140—144, 206

Színképelemzés 141, 142, 144, 199

Színképvonalak 43

Szinkronizálás 193

Szinkronmotor 193

Szivattyú 107, 114

Szívókút 53

Szolenoid 155

Szórólencse 122, 123, 125, 127, 134

Sztratoszféra léggömb 56

T

Tapadó korongok 54

Tárgy távolság 123

Távcső 24, 25, 118, 128, 134-136, 143, 144, 154, 205

Távíró 10, 160, 169-171

Távolbalátás 11, 160, 180, 188-190,

193-195

—

V

Távolhatás 41, 206

Tehetetlenség 37, 79, 129, 176

Tehetetlenségi tömeg 42

Telefon 10, 160, 167-169, 180, 181, 188, 189

Telefonhírmondó 169

Telített gőzök 92, 93

Teljes periódus 68

Teljes visszaverődés 119, 120

Terjedtség 63

Termoelektromos elem 84

Termoelektromos hőmérő 84

Termoelektromos sor 84

Termodynamika II. főtétele 99

Természettudományi Közlöny 99

Térbeli látás 183

Tér relativitása 39

Toricelli-féle cső 50

Townend-gyűrű 66

Tömeg 19-21, 41, 43, 105, 200

Tömeg megmaradásának elve 41

Tömegmérés 19

Törésmutató 205

Transzformátor 9, 157, 160, 179, 180

Transzverzális rezgés 73

Túlhúzás 61, 63

Túlhűtés 91

Túllátás 128

Turbina 8

U

Ultrahang 68

Ultraibolya-sugárzás 11

Ultramikroszkóp 100, 133

Vákuum 52-54, 75, 197, 198, 205

Vegyidet 213

Vezetőképesség 149

Villanyvilágítás 160, 163—166

Villámhárító 151

Virtuális elmozdulások elve 26 Visszacsatolás 175

Vízgőz 92

Vízikerék 8

Vizkalorimeter 88

Vízmotor 157

Vízszintes vezérsík 65

Volta-oszlop 146, 147, 152

Vonalas színkép 142

W

Watt-féle gőzgép 106, 107

Wehnelt-henger 177

Weiller-kerék 191 Wheatstone-hőméró 84

Worcester-féle gőzgép 106

Z

Zeemann-effektus 162

Zenei hang 75

Zörej 75

TARTALOMJEGYZÉK

Előszó 5

I. Természettudomány és kultúra 7

II. Alapfogalmak 12

III. A mérésekről

1. A tudomány mértékrendszere 14

2. Hogyan mérünk a fizikában? 16

3. A tömegmérés 19

IV. Galilei 22

V. Kepler 27

VI. Newton 30

VII. Einstein új világa ………………………….. 36

VIII. Néhány szó a folyadékokról és a gázokról

1. A felületi feszültség 45

2. Milyen időjárás várható? 49

3. Légszivattyúk 51

IX. A repülés fizikája

1. Montgolfier, az első repülő 55

2. A számyfelületekről 57

3. A légcsavarról 63

4. Az egyensúlyról és kormányzásról 65

X. A rezgőmozgás 68

XI. A hangokról

1. A hang 75

2. A hang terjedési sebessége 78

3. A hangok ábrázolása 79

XII. Fejezetek a hő köréből

1. Hőmérsékletmérés 82

2. A gázok törvényei 85

3. Kalóriáról 87

4. Halmazállapotváltozások 91

5. A kritikus hőfok 94

6. Kinetikai gázelmélet 96

XIII. Mayer Róbert 101

XIV. Hőgépek

1. A gőzgép 105

2. A robbanómotor 109

XV. A fény törvényei

1. A fény visszaverődése és törése 116

2. A fény sebessége 120

XVI. Látást tökéletesítő eszközök

1. Optikai lencsék 122

2. Nagyítók 126

3. Mikroszkópok 128

4. Távcsövek 134

5. A fényképezőgép 136

XVII. Színképelemzés 140

XVIII. Volta 145

XIX. Ohm . 148

XX. Elektromágnesség 151

XXI. Faraday …………………………………. 157

XXII. Elektromosság a gyakorlatban

1 A villamos világítás 163

2. Telefon 167

3. Távíró 169

4. Elektroncsövek 171

5. A katódoszcillográf 175

6. Hangos-film 180

7. Az elektromos-zene 184

8. Távolbalátás 188

9. A röntgensugarak 195

10. Az elektronmikroszkóp 200

XXIII. A fény elméletei

1. Az emissziós fényelmélet és a fény hullámelmélete 202

2. Az elektromágneses fényelmélet 206

3. A fény kvantumelmélete 208

XXIV. Az anyag szerkezete

1. Mi az anyag? 212

2. Rutherford és Bohr atomja 215

3. A rádióaktivitás 217

4. Atomrombolás 221

5. Anyag és hullám 223

Névmutató 225

Tárgymutató 229