Ugrás a tartalomhoz

Fizikatörténeti szöveggyűjtemény

Szegedi Péter (2013)

ELTE-TTK

5 Mágnesség és elektromosság a XVIII-XIX. században

5 Mágnesség és elektromosság a XVIII-XIX. században

A mechanikai minta követésének és egyben a mechanika meghaladásának talán legszebb példája az elektromágnesesség-tan fejlődése. Az elektromosság és mágnesesség tanulmányozása Newton előtt meglehetősen esetlegesen, kezdetleges szinten folyt, tulajdonképpen csak az alapjelenségeket ismerték. A thesszáliai Magnéziában bányászott magnetit és a borostyán (görögül elektron) vonzási tulajdonságát az ókori görögök – például Thalész – ismerték, a kínaiak pedig valószínűleg már jóval korábban az irányok megállapítására is használták a mágnest. A mágnes tulajdonságainak első kiterjedt vizsgálata Petrus Peregrinus de Maricourt francia mérnök-tudós nevéhez fűződik az 1260-as évek vége felé. Tőle származik – egy gömb alakú mágnes vizsgálatából a Földdel való analógia révén – a mágneses pólus elnevezés; ő írta le először, hogy a két pólus a mágnes kettéosztásakor is megmarad, hogy az azonosak taszítják, az ellentétesek pedig vonzzák egymást; tőle származnak az első receptek a mágnesezésre és a mágnesek alkalmazásaira (pl. iránytűnek). A newtoni fizika előtt az elektromosságtan atyjának William Gilbert (vagy Gylberde, 1544–1603) angol királyi orvost tekintették, aki 17 éven át több mint 600 mágneses és (kisebb hányadban) dörzsöléses elektromos kísérletet végzett; legitimmé tette a fizikában az elektromos vonzás és az elektromos erő fogalmát; azzal magyarázta az iránytű beállását, hogy a Föld egy nagy mágnes. Megállapította, hogy a mágneses és elektromos jelenség abban is különbözik egymástól, hogy míg az előbbi nem érzékeny az egymást vonzó vagy taszító testek között lévő más testekre, addig az utóbbi igen. Az elektromos töltés és tér mai fogalmainak előképei nála valamiféle folyadékok, folytonos közegek alakjában jelentek meg.

A newtoni mechanika példája azonban receptet adott a természettudósok számára ennek a területnek a kezelésében is. Az elektromosságot tanulmányozó XVIII. sz-i kutatók szinte mind – személyesen is – Newton hatása alatt álltak. Az elektromos jelenségeket hosszú ideig mechanikai jelenségeknek (pl. folyadékáramlásnak) tartották.

A kutatók első problémája – mint annyi más területen is – az volt, hogy hogyan lehet az elektromos jelenségeket stabilan létrehozni. Az ősi dörzsöléses technikát fokozatosan olyan szintre fejlesztették, amely megoldotta ezt a kérdést. A dörzsölést forgómozgással először Guericke (2.4) kombinálta, aki egyik kezével egy vastengelyre rögzített rézgömböt forgatott, miközben a másik kezével dörzsölte azt. További fejlesztések után az elektromosság vizsgálata egyre népszerűbbé vált, és már tulajdonképpen nem volt annyira nehéz néhány addig ismeretlen tulajdonságot felfedezni. Gray angol vegyész 1729-ben megkísérelte a felhalmozott statikus elektromosságot elvezetni, és ez egyre nagyobb távolságokra sikerült neki, eközben azt tapasztalta, hogy kétféle anyag van, olyan, amely vezeti az elektromosságot, és olyan, amely nem. Tőle származik első beszámolónk.

Az elektrosztatikai vizsgálatok azt mutatták, hogy kétféle elektromosság létezik, mert az elektromos tulajdonság szempontjából az anyagok másképpen is két csoportba sorolhatók. Charles François de Cisternay DuFay (1698–1739) francia vegyész 1733-ban már számos anyagot tudott felsorolni a kétféle csoportból, a gyanta-elektromosból és az üveg-elektromosból. Úgy vélte, a kétféle elektromos folyadék általában egyensúlyban van, de a dörzsölés ezt az egyensúlyt megbontja.

Megtanulták az elektromosságot tárolni, amely felfedezéshez szintén a folyadékmodell vezetett el. A holland matematikus-fizikus, Musschenbroek ugyanis 1746-ban a termelt elektromosságot egy – a folyadékok tárolására szokásosan alkalmazott – palackban próbálta meg összegyűjteni, amely egyébként rettenetesen megütötte, amikor hozzáért (így a leydeni palack egyben az elektromosság fiziológiai hatásának megrázó felfedezése is volt). Erről írt levelét idézzük. A palackot fémfóliák felvitelével tovább tökéletesítették, majd az amerikai Benjamin Franklin (1706–1790), a Függetlenségi Nyilatkozat megfogalmazója, belátta, hogy nem a palackforma a lényeges az elektromosság összegyűjtésében, hanem az eszköz által alkotott – akár sík – kondenzátor fegyverzetei. Így viszonylag olcsón és kényelmesen nagy mennyiségű elektromos töltést tudtak felhalmozni az egyre nagyobb szabású és látványosabb kísérletekhez. Franklin volt az is, aki 1752-ben sikeres kísérleteket végzett (és ezt – óvatossága, gondossága miatt – túl is élte, amit nem mindenki mondhatott el magáról ebben az időben) a légköri elektromossággal és a villámokkal, amelyek gyakorlati eredménye lett a villámhárító. Ő elméletileg az egyfolyadékos modell híve volt, a pozitív és a negatív elektromosságot a folyadék túlzott jelenlétének, illetve hiányának tudta be, ezzel tulajdonképpen a töltésmegmaradás törvényét kifejtve. Ez a mechanikai jellegű elmélet mintegy 100 évig uralta az elektromosságtant.

A kísérletek egy része és a modellek szintén arra utaltnak, hogy az elektromosság nem csupán lokálisan képes hatást kifejteni, hanem áramoltatható is. Mielőtt azonban az ebből fakadó fejleményekre rátérnénk, be kell számolnunk a newtoni mechanikának a statikus elektromossággal kapcsolatos legnagyobb eredményéről és legnagyobb kudarcáról. Az előbbi esetben Coulomb méréseiről van szó, aki egy igen pontos eszközzel, a torziós mérleggel – amelyet korábban feltalált, és amelynek tulajdonságait gondosan megvizsgálta és leírta – a töltések (majd az egymást mágnesesen vonzó illetve taszító testek) közötti erőt vizsgálta, teljesen a newtoni recept alapján. De nem csak abban az értelemben követte a newtoni ajánlást, hogy a természeti jelenségek mögötti erőket kereste, hogy azután ennek birtokában új jelenségeket tudjon megjósolni, hanem magát az erő(ke)t is pontosan abban a formában feltételezte, amelyben Newton a tömegvonzást felírta. Vagyis Coulomb 1785-ben nem annyira felfedezte, hogy a töltések között ható erő arányos a töltésekkel és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével, mint inkább igazolta azt méréseivel. Fogalmazhatunk talán úgy is, hogy Coulomb itt nem egy új tudományágat indított el a kvantitatív működés útján, hanem a mechanikának szerzett egy újabb nagy diadalt. Mellesleg persze egy olyan eszközt is megalkotott, amelynek változatai még legalább egy évszázadon át fontos szerepet játszottak a fizikában. Beszámolóiból idézni fogjuk a legfontosabb részeket.

Az említett kudarc az elektromos és mágneses jelenségek közötti kapcsolat megteremtésének hiánya volt. A jelenségek vizsgálata, a kialakuló matematikai modellek mind azt mutatták, hogy az elektromos és mágneses jelenségek analóg módon mennek végbe. Semmilyen mechanikai ötlet nem vezetett azonban a két jelenségkör összekapcsolásához. A megoldáshoz egy a mechanikai világképen kívülről jött filozófiai eredetű nézetrendszer vezetett el, a már említett romantikus természetfilozófia (4.4.1). Schelling rendkívüli módon érdeklődött az elektromosság és mágnesesség közös vonásai iránt is, és ez vezette rstedet arra, hogy végül felfedezze az elektromos áram és a mágnesség közötti kapcsolatot, amelynek legfontosabb momentumáról idézetet közlünk. Gyakran véletlenként szokták beállítani, hogy egy esti előadáson, fizikus hallgatók előtti demonstrációs kísérlet közben 1820-ban rájött, nem a felhalmozott töltések és a mágnestű között lép fel kölcsönhatás, hanem az áram jelenlétében észlelhető mágneses hatás. Valójában azonban – Schelling nyomán – ekkor már körülbelül 20 éve foglalkoztatta intenzíven ez a probléma, tehát nehezen lehetne teljesen véletlennek minősíteni felfedezését. Mindvégig úgy képzelte, hogy a kémiai affinitás, az elektromosság, a hő, a mágnesesség, a fény, mind ugyanannak az alapvető vonzásnak és taszításnak a különböző megnyilvánulásai. A felfedezés estéjén is az elektromos és hőjelenségek összefüggéséről tartott előadást és demonstrációt. Nem egyedül rstedet motiválta nagyon erősen az a tetszetős elképzelés, hogy a világ egyetlen elvből építkezik, hanem ugyanezen a területen később például Faraday-t is, aki tulajdonképpen egész tudományos pályafutása alatt az egyik erőt a másikká próbálta átalakítani, így például az elektromosság és mágnesesség kölcsönhatásainak minden formáját vizsgálta és hasznosította, de bizonyította az elektromosság és a kémiai kötés, valamint a fény és a mágnesesség összefüggését is.

rsted felfedezése egy teljesen új utat nyitott meg a fizikában, kicsit talán oly módon, ahogyan Kuhn ([Kuhn]) beszél a paradigmaváltásról. Nemcsak a nagy, átfogó tudományos forradalmak, hanem a kisebbek esetén is használható az a hasonlata, mely szerint egy ilyen váltással a tudósok egyik pillanatról a másikra egy új bolygón találják magukat: látnak néhány már ismerős alakzatot, de az egész lényegében feltáratlan. Ha nem akarjuk a paradigmaváltás fogalmát használni, akkor is minimum azt kell megállapítanunk, hogy az elektromosság és mágnesesség kapcsolatának felfedezése után az elektromágnesesség-tan fejlődése lényegesen felgyorsult, és sok e területen dolgozó kutató számára megnyílt a lehetőség az előbbre jutásra.

Ezt megelőzően természetesen meg kellett oldani az elektromosság korábban felfedezett áramlásának szokásos technikai alapproblémáját: hogyan hozható létre stabil elektromos áram, hogy ez is megfigyelhető, kísérletek tárgyává tehető legyen. A problémát az olasz orvos-fizikus, Luigi Galvani (1737–1798) "állati elektromosság"-gal kapcsolatos 1780-as felfedezései nyomán előállított Volta-oszlopok eddigre már megoldották. Hogy hogyan, arra vonatkozóan részleteket közlünk Volta egyik leveléből.

Az elektromos áram és mágneses hatásának birtokában ismét alkalmazták a mechanikai recepteket. Ampere, aki állítólag 14 éves korában az Enciklopédiát ABC-rendben olvasva szívta magába a mechanikai szemléletet, rsted felfedezése után heteken belül mérni és számolni kezdte az áramok közötti erőhatásokat (bár nem volt szisztematikus kísérletező, a vezetőket olyan ravasz módon szerkesztette meg, hogy azok mozogni, kilengeni tudjanak, ezáltal adva meg a lehetőséget a köztük ható erők mérésére), amit néhány részlettel mi is bemutatunk. De még jóval később, a XIX. század közepe után is élt a mechanikai szemlélet az elektromágnesesség-tanban: Maxwell az elektromágneses tér tulajdonságait fogaskerekekkel ábrázolta, mégpedig nem csupán a maga számára, hanem például az elektrodinamikát kifejtő három megjelent cikke közül a középsőben a nyilvánosság előtt is.

Még mielőtt az elmélet teljes fegyverzetben megjelent volna, számos feltáró jellegű kísérleti munkára volt szükség. Ezek nagy részét a fizika történetének talán legnagyobb kísérletezője, Faraday végezte el, aki körülbelül 20 év alatt több ezer kísérletet tervezett és kivitelezett, főképpen az elektromágnesesség különféle területein. Tevékenységéből nem hiányoztak azonban a fogalomalkotások (pl. erővonal), az elméleti általánosítások sem. Munkásságának talán legjelentősebb része, hogy forgómozgások segítségével behatóan tanulmányozta az elektromos áramok és a mágneses tér kölcsönhatását: az elektromágneses indukciót, az elektromotoros erőt stb., és meg tudta tenni azokat a felfedezéseket, amelyek idővel elvezettek az elektromosság gyakorlati felhasználásához is. Tőle az indukcióval kapcsolatos legfontosabb kísérleteket fogjuk felidézni.

Faraday-ről szól az a legenda, hogy egy pénzügyi államférfiú látogatásakor, annak kérdésére, hogy mit ér a munkája, mi értelme a kísérleteinek, Faraday azt válaszolta, hogy Méltóságod egyszer még megadóztathatja. Mint tudjuk, jóslata bevált. A másik terület, amelyet bár nem ő fedezett fel, de részletes kísérletekkel ő tárt fel, az elektrolízis jelenségköre volt. (Innen a fogalomalkotó tevékenységéről közlünk illusztrációkat.) Ez vezette el az ionok létének feltételezéséhez, vagy az elektromos töltés megmaradásának kísérleti alátámasztásához. Foglalkozott ezeken kívül még például a fénypolarizációval és számos kémiai jellegű problémával is. Ami az elmélet felé haladást illeti, Faraday elkezdett azon gondolkodni, hogy hogyan lehet elképzelni a vizsgált elektromágneses hatások működését, és erre találta ki például a mágneses erővonalak fogalmát, amit ma is használunk.

Faraday-en kívül természetesen mások is foglalkoztak a múlt század húszas éveitől kezdve kísérleti elektromágnesesség-tannal és így hozzájárultak az ismeretek gyarapodásához. Csak a legismertebb neveket megemlítve: Ohm tárta fel az áramkörökre vonatkozó (feszültség, áramerősség, ellenállás közötti) róla elnevezett összefüggést 1827-ben - aminek leírását lefordítottuk -; ugyancsak az áramkörökre vonatkozóan húsz évvel később a szintén német fizikus, Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) állapította meg az ún. csomóponti törvényeket. Lenz - akinek törvényét szintén idézzük -; a Faraday-hez hasonlóan angol autodidakta matematikus (egyébként pék és molnár), George Green (1793–1841) és mások szintén fontos kísérleti és elméleti lépéseket tettek e jelenségkör feltárására.

Mindezeket az eredményeket Maxwell összegezte axiomatikus elektrodinamikai elméletében 1855 és 1865 között. Ez a munka – nagyságrendjét tekintve – csak Newtonéhoz hasonlítható. Kiindulópontja, segédeszközei, analógiái a mechanikai paradigmából származnak; ugyanúgy rakja össze, szintetizálja egésszé tudományágában a mások (pl. Faraday) által felfedezett töredékeket, mint Newton, miközben a nagy elődhöz hasonlóan ezekhez hozzáteszi a maga részeredményeit (pl. eltolódási áram) is. A végeredmény pedig egy olyan teljes elmélet, amely (a közben felhasznált fogaskerekek ellenére) túllép a newtoni mechanikán. Túllép abban, hogy egy új jelenségkör teljes lefedésére alkalmas, de túllép szemléletében is, amennyiben az elektromágneses tér fogalma különbözik minden, a newtoni mechanikában használatos fogalomtól.[107] Ahogy Newton után a fizikusok feladata a Newton-féle törvények alkalmazása lett különböző többé-kevésbé speciális esetre, úgy Maxwell után a fizikusoknak nem volt más teendőjük, mint a négy Maxwell-féle differenciálegyenlet megoldása többé-kevésbé speciális kezdeti és határfeltételek mellett. A négy egyenlet lényegében a következő állításokkal ekvivalens: 1. a Coulomb-erőnek megfelelő elektromos tér elektromos töltésből származik – divD=ρ; 2. nincsenek elszigetelt mágneses pólusok, egy mágnes pólusai között a Coulomb-erő hat – divB=0; 3. változó mágneses terek elektromos tereket hoznak létre (Faraday-féle indukciós törvény) – rotE=Bt; 4. változó elektromos terek és áramok mágneses tereket hoznak létre (az Ampere-törvény Maxwell-féle általánosítása) – rotH=Dt+J (a képletekben E az elektromos térerősség, ρ a töltéssűrűség, D az elektromos indukció, H a mágneses térerősség, B a mágneses indukció, J pedig az áramsűrűség). Ezek alapján bármely elektromágnesességgel kapcsolatos problémát meg lehetett és meg kellett oldani. Az elmélet segítségével ráadásul nem csupán a korábban ismert jelenségek voltak tárgyalhatók, hanem újakra is fény derült. Ezzel tehát a mechanika után megszületett a második fizikai elmélet, amely önállónak, teljesnek és sikeresnek volt tekinthető – a ma klasszikus elektrodinamikának nevezett rendszer.[108] Maxwell hatalmas munkájából mindössze egyik cikkének bevezetőjét fordítottuk le, amely összefoglalja ezt a munkásságot.

Az elektrodinamika az egyik legalkalmasabb példa arra, hogy a tudomány gyakorlati következményeiről is említést tegyünk. Szó volt róla, hogy az elektromosságot már dörzsöléses formájában is megpróbálták – sikerrel – távolabbra vezetni, ez az áramok, az áramkörök és a vezetők tulajdonságainak feltárása után még inkább lehetővé vált. Megnyílt az út a különböző technikai alkalmazásokra. Ezeket részben tudósok, részben feltalálók valósították meg. Az első esetre az egyik példa az elektromágneses távíró első formája, amelyet a német fizikus, Wilhelm Eduard Weber (1804–1891) alkotott meg barátja, talán minden idők legnagyobb matematikusa, Carl Friedrich Gauss (1777–1855) segítségével 1833-ban – az anyagi eszközök hiánya miatt egyelőre kis méretekben. Az első viszonylag működőképes változatra 1837-ben kapott szabadalmat William Fothergill Cook (1806–1879) angol feltaláló és Charles Wheatston (1802–1875), a vele dolgozó fizikus. A közvetlenül rsted megfigyelését alkalmazó – öt mágnestűt használó – távírót elsősorban az angol vasút alkalmazta. Ugyanebben az évben kapott szabadalmat az Egyesült Államokban Samuel F. B. Morse (1791–1872) portréfestő, a képzőművészet professzora a később a vasutaknál és a hírközlésben széles körben elterjedt készülékére, amelyhez a használandó kódokat is megalkotta. Harminc év múlva az Atlanti-óceánba süllyesztett kábelen keresztül már jelentős interkontinentális hírforgalom is zajlott. A XIX. század utolsó negyedében a nagyobb átviteli sebesség érdekében duplex, quadruplex, majd időosztásos multiplex áramköröket használtak. Ezek továbbfejlesztésével a XX. század közepe táján már teljesen elterjedtek a telex-szerű készülékek (távírógépek), amelyek egészen a század végéig használatban voltak. Az elektromos távírók jelentőségét csökkentette az olyan átviteli eszközök fokozatos megjelenése, mint a telefon, a mikrohullámú rádiókapcsolat, a műholdas átvitel, a számítógépes hálózat. A XX. század végére a fax és az e-mail lényegében szükségtelenné teszi ezt a korábban igen fontos szerepet betöltő alkalmazást.

Az elektromosságot alkalmazó feltalálók közül talán a legnevesebb az amerikai Thomas Alva Edison (1847–1931) volt, aki többek (mintegy 1300 szabadalmazott találmány) között megalkotta a ma is használatoshoz hasonló villanykörtét és az elektromos világítási hálózatot 1880 körül. Az elektromágnesességgel kapcsolatos fizikai alapkutatásra épülő ilyen technikai alkalmazások rengeteg mérnöki munka segítségével fokozatosan elterjedtek szinte az egész világon, és nyugodtan állíthatjuk, hogy alaposan megváltoztatták mindennapi életünket. Míg a mechanikai gépek feltalálásához, tökéletesítéséhez az esetek többségében nem volt szükség a mechanika tudományára, az elektromágnesességnél nem ez a helyzet. Az elektromosság és mágnesesség kifejezetten a tudomány találmánya. A laikus számára csupán nagyon kevés alapjelenség volt ismert az elektromágnesesség-tan kialakulása előtt. A tudomány által feltárt elektromágneses jelenségek alkalmazása pedig nem lett volna lehetséges a tudósok szisztematikus kísérleti és elméleti munkája, törvényszerűségeket feltáró tevékenysége nélkül. Ez a tevékenység azután olyan eszközrendszereket vont maga után (közülük fentebb csupán kettőt említettünk), amelyek jelentőségét talán úgy becsülhetjük fel leginkább, ha elképzeljük – vagy előidézzük – hiányukat mai életünkben, amely alapvetően az elektromosságra épül, nélküle már nehezen tudnánk meglenni.

A Maxwell-féle elektrodinamika új elméleti eredményei is rendkívüli jelentőségre tettek szert. A negyedik egyenlet lehetővé teszi, hogy pl. elektromos váltóáram hatására periodikus elektromágneses hullámok jöjjenek létre, és ezek a forrásról leszakadva – mintegy zavarként – tovaterjedjenek a térben. Maxwell ezzel megmagyarázta a fény természetét, de egyben másféle hullámterjedések lehetőségére is utalt. Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894) német fizikus 1885 és 1889 között a megfelelő adó- és vevőkészülékeket (antennákat) megépítve létre is hozott laboratóriumában az ún. rádiófrekvenciához tartozó hullámokat, amelyekről fémtükrök és paraffin prizmák segítségével belátta, hogy ugyanúgy verődnek vissza és törnek meg, mint fény- vagy hősugárzás. Ezzel egyrészt alátámasztotta Maxwell elektrodinamikai elméletét – amit addig sokan kétségekkel fogadtak –, másrészt közvetve igazolta a fény elektromágneses természetét, harmadrészt pedig új alkalmazások előtt nyitotta meg az utat. Az általa megépített antenna ugyanis a mai rádió, televízió valamint radar-antennák őse, amely azonban természetesen már XX. századi történet. Ennek végigtekintése nélkül is láthatjuk, hogy a mai tömegkommunikáció minden technikai formája az elektromosságtant alkalmazza. Egy olyan tudománytörténeti példával állunk itt is szemben, amikor a tudományos – akár elméleti – eredmények rendkívül nagy hatást gyakorolnak az emberi életre, az életminőségre, a hétköznapjainkra. Az adott esetben egyszerűen annyira áthatják tevékenységeinket, hogy nehéz lenne azokat elképzelni elektromos áramok és elektromágneses hullámok nélkül, utóbbiak esetében pedig eléggé nyilvánvaló, hogy ezek felfedezéséhez nem csupán empirikus, hanem elméleti kutatásokra is szükség volt. (Nincs ugyanis olyan érzékszervünk, amellyel a fénytartományon kívül ezeket észlelhettük volna, az alkalmas eszközöket pedig az elmélet alapján állították elő.) Más tudományos eredményeknek is voltak társadalmi következményeik, de az egyik legjelentősebb hatást ebben a vonatkozásban éppen az elektromágnesesség-tan fejtette ki.

5.1 Stephen Gray (1666–1736)

Az angol kelmefestő nagyon érdeklődött a csillagászat iránt, és olyan pontos megfigyeléseket végzett, hogy azokat a hivatásosok is használni tudták. Így lett az első királyi csillagász, John Flamsteed (1646-1719) segítőjévé és barátjává. Ez azonban azt is jelentette, hogy Newton - aki összeveszett Flamsteeddel - nem engedte a hivatalos tudomány, vagyis a Royal Society közelébe. Gray 1720-tól kezdett statikus elektromossággal kísérletezni, és rájött, hogy kétféle anyag van, a vezetők és a szigetelők. Newton halála után már előadhatta eredményeit Londonban, sőt a Társaság később kitüntette, és néhány évvel halála előtt tagjainak sorába is vette.

5.1.1 Levél Cromwell Mortimernek Londonba

Gray a szokásoknak megfelelően elektromossággal kapcsolatos kísérleteinek leírását levélben küldte el a Royal Society titkárának. Az 1729-ben végzett kísérletek a Társaság lapjának 1731-es kötetében jelentek meg, de csak 1733-ban. Gray megkülönbözteti az elektromos vezetőket és szigetelőket, és ki is használja ezek tulajdonságait kísérletei közben. A hosszú levélből azt a részt fordítottuk le, amikor megpróbálja egyre nagyobb távolságra elvezetni az (egyelőre sztatikus) elektromosságot. Érdekes megfigyelni, ahogy a kor tudósai, ez esetben anyagilag a tudománytól független úriemberek összejönnek és tisztán érdeklődésből a természet titkait kutatják.

5.1.1.1 Elektromos vezetők és szigetelők

Levél Cromwell Mortimer M. D., a R. S. titkárának az elektromossággal kapcsolatos számos kísérletről

URAM,

...

1729. június 30. Elmentem Otterden-Place-be Wheler[109] úrhoz, magammal vittem egy körülbelül tizenegy hüvelyk hosszú és 7/8 hüvelyk átmérőjű kis üvegrudat, néhány más szükséges dologgal, azt tervezve, hogy csupán bemutatót tartok a kísérleteimből. Az elsőt a hallba nyíló hosszú galéria ablakából végeztem körülbelül tizenhat láb magasságból; a következőt a ház oromzatáról le az elülső udvarba, huszonkilenc lábnyira; azután az óratoronyból a földszintre, ami harmincnégy láb volt, a legnagyobb, amit el tudtunk érni: és a rúd kicsinysége ellenére a rézlapon várakozásaimon felüli vonzást és taszítást tapasztaltunk. Minthogy itt nem állt rendelkezésünkre nagy magasság, Wheler úr meg szerette volna próbálni, hogy vajon nem tudjuk-e vízszintesen elvezetni az elektromosságot. Beszéltem neki a sikertelen kísérletemről, a használt módszerről és anyagokról. Azt javasolta, hogy egy selyemzsinórra függesszük azt, amin az elektromosság áthalad. Én azt mondtam, lehetőleg csak kicsit alkalmazzunk, hogy kevesebb erőt vigyen el a vezetékből.

26. ábra. Ahol Gray a kísérleteket végezte: Otterden Place, a Wheler család birtoka - 100 évvel később. A téglaház még VIII. Henrik idejében épült, és - átépítve - ma is áll.

Ennek megfelelően 1729. július 2-án délelőtt tízkor elvégeztünk egy kísérletet. Körülbelül négy lábra a galéria végétől volt egy zsinór keresztben, amelynek a végeit a galéria két oldalán szögekkel rögzítettük; a zsinór középső része selyem volt, a többi a két végén spárga. A nyolcvan láb hosszú vezetéket, amelyre az elefántcsont golyót függesztettük, és amely az elektromosságot a csőből hozzávezette, ráfektettük a keresztben lévő selyemzsinórra, úgy hogy a golyó körülbelül kilenc lábnyira alatta függött. A vezeték másik végét egy hurokkal felfüggesztettük az üvegrúdra, a rézlemezt pedig a golyó alatt tartottuk egy darab fehér papíron; amikor a csövet dörzsöltük, a golyó vonzotta a rézlemezt és egy darabig fenn is tartotta.

27. ábra. Rajz Gray kísérletéről.

Ez a kísérlet igen jól sikerült, de a galéria nem tette lehetővé, hogy távolabbra menjünk, ezért Wheler úr kitalált egy módszert vezetékünk hosszának növelésére, azzal, hogy egy másik keresztzsinórt helyezzünk el a galéria túlsó végében; a két zsinór selyemrészére fektettünk egy olyan hosszú vezetéket, hogy vissza lehetett vele fordulni, oda, ahol a golyó függött: és mivel most a vezeték mindkét vége a galériának ugyanazon az oldalán volt, vigyáztunk, hogy a cső elég távol legyen, és így ne gyakoroljon közvetlen hatást a rézlemezre, csak a vezetéken át. Azután megdörzsöltük a rudat, és a rézlemezt az elefántcsontgolyó alá tettük, az elektromosság áthaladt az vezetéken a galéria másik végébe, majd visszajött az elefántcsontgolyóhoz, amely vonzotta a rézlemezt, és ugyanúgy fenntartotta, mint korábban. A vezeték teljes hossza 147 láb volt.

Azután azt gondoltuk, kipróbáljuk, vajon a vonzás nem erősebb-e a vezeték megduplázása vagy visszafordulása nélkül, amelyre a fészerben találtunk lehetőséget, ahol 124 láb hosszúságot értünk el, ebből tizennégy lábnyi merőlegesen lógott a selyemzsinórtól; most a vonzás erősebb volt, mint amikor a galérián visszafordítottuk a vezetéket.

Július 3. Most a nagy üvegcsövet hoztam magammal, délelőtt tíz és tizenegy között, megint a fészerbe mentünk, és megismételtük az utoljára említett kísérletet a csővel és a rúddal is; a vonzás azonban nem volt olyan erős, mint az előző estén, és a rúd, illetve az üvegcső által közölt vonzás közötti különbség sem volt olyan nagy, mint vártuk volna, tekintve a hosszuk és átmérőjük közti eltérést.

Ezután tovább folytattuk, annyi vezetéket hozzátéve, hogy vissza lehessen fordulni a fészer másik végéből, így a hossza 293 láb lett; és bár ennyire meghosszabbodott, nem találtunk érzékelhető különbséget a vonzásban. Ez arra bátorított bennünket, hogy egy újabb fordulatot tegyünk; azonban amikor dörzsölni kezdtük a csövet, selyemzsinórjaink elszakadtak, mert túl gyengék voltak a vezeték súlyának hordozásához, ahogy a cső dörzsölésével megrángattuk őket. Emiatt, mivel réz- és vasdrótot is hoztam magammal, a selyem helyett kis vasdrótot tettünk fel; de az is túl gyenge volt a vezeték súlyának elviseléséhez. Ekkor a vasnál valamivel nagyobb méretű rézdrótot vettünk. Ez elbírta az vezetékünket; de bár a csövet jól megdörzsöltük, a legkisebb vonzást sem tapasztaltuk még a nagy csővel sem. Ezáltal meggyőződtünk róla, korábbi sikerünk azon múlott, hogy az vezetéket tartó zsinórok selyemből voltak, nem pedig azon, hogy kicsik, mint ahogy a próba előtt képzeltem; ugyanez a jelenség történik, amikor az elektromosságot szállító vezetéket spárga tartja; azaz amikor az effluviumok a vezetéket tartó drótokhoz vagy spárgákhoz érnek, ezek elvezetik őket a fához, amelyhez a végüket rögzítettük, és így nem mennek tovább előre a vezetéken, amely az elefántcsontgolyóhoz vinné őket.

...

URAM,

alázatos szolgája

STEPHEN GRAY

Charter Ház 19301 február 8.

(Forrás: [Gray], fordította: Szegedi Péter)

5.2 Pieter van Musschenbroek (1692–1761)

Holland matematikus-fizikus professzor, az egyik első fizika tankönyv írója.

5.2.1 Levél Réaumurnek

Musschenbroek kísérleteiről latin nyelvű levélben számolt be Réaumurnek, aki aztán a levelet megmutatta Jean Antoine Nollet-nek (1700-1770), ő lefordította és ismertette a Francia Tudományos Akadémia folyóiratában. A levélből annyit közlünk, amennyit Nollet idézett, vagyis a kondenzátor felfedezésének körülményeit.

5.2.1.1 A leydeni palack

28. ábra. Musschenbroek ábrája.

Elmondok Önnek egy új, de szörnyű kísérletet, amelyet – azt tanácsolom – ne próbáljon ki. ...Az elektromos erőt tanulmányoztam; ebből a célból két kékselyem szálra egy AB fegyvercsövet (lásd az 28 ábrát) függesztettem, amely egy tengelye körül gyorsan forgatott és közben a rátett kézzel dörzsölt üveggömb elektromosságát kapta érintkezés útján; a B másik végén szabadon lógott egy rézdrót, ennek vége egy – részben vízzel töltött – kerek D üvegpalackba vezetett, amelyet F jobb kezemben tartottam, míg az E másik kezemmel megpróbáltam szikrákat húzni a feltöltött fegyvercsőből: hirtelen az F jobb kezemet olyan heves ütés érte, hogy az az egész testemre kihatott, mintha villám csapott volna meg; a palack, bár vékony üvegből készült, általában nem törik el, és a kéz sem mozdult el a zavar következtében; de a kart és az egész testet olyan szörnyű hatás érte, hogy nem is tudom leírni: egyszóval azt hittem, hogy végem. Nagyon figyelemreméltó azonban, hogy amikor a kísérletet egy angol üveggel próbáltuk elvégezni, a jelenség nem vagy csak alig lépett fel; az üvegnek németnek kell lennie, még a holland sem jó; mindegy, hogy gömbölyű vagy bármilyen más alakú: használhatunk egy közönséges – nagy vagy kicsi, vastag vagy vékony, mély vagy nem mély – talpas poharat; feltétlenül szükséges azonban, hogy német vagy cseh üveg legyen; az, amelyről azt hittem megölt, vékony, fehér üvegből készült és öt hüvelyk átmérőjű volt. A kísérletet végző személy állhat egyszerűen a padlón, de fontos, hogy egyazon ember tartsa a D palackot az egyik kezében és próbáljon meg szikrát húzni a másikkal; a hatás nagyon gyenge, ha ezeket a tevékenységeket két különböző ember végzi: ha a D palackot egy fa asztalon álló fém állványra tesszük, akkor aki megérinti ezt a fémet akár az ujja végével is, és szikrát húz a másik kezével, nagy ütést kap stb.

(Forrás: [Mussch], fordította: Szegedi Péter)

5.3 Charles-Augustine de Coulomb (1736-1806)

Párizsban tanult, majd hadmérnök lett a katonaságnál. Sok évet töltött a francia Nyugat-Indiákon (Kis-Antillák), majd egészségi állapota visszatérésre kényszerítette. Ettől kezdve tudott tudománnyal foglalkozni. A súrlódással és csavarodással kapcsolatosan feltárt törvények elismerést hoztak számára. A forradalom alatt vidékre vonult vissza, majd haláláig megint Párizsban élt. Mi az elektromos és mágneses erőkkel kapcsolatos munkássága miatt vettük fel gyűjteményünkbe.

5.3.1 Beszámoló az elektromosságról és mágnesességről

Valójában hét Mémoires sur LÉlectricité et le Magnétisme jelent meg a Francia Tudományos Akadémia kiadványában, a Mémoires de lAcadémie royale des Sciencesben 1785 és 1789 között, a cím első szavában jelezve a beszámolók sorszámát. Bennünket most az "Első beszámoló ..." és a "Második beszámoló ..." érdekel. Az elsőt az Akadémia kötetében megelőzi Coulomb-nak egy iránytűről szóló cikke. Ehhez a problémához a hadseregben kapott feladatai vezették el. Tulajdonképpen ugyanez a helyzet a mi első tanulmányunk elején szereplő torziós ingával (inkább a torziós mérleg kifejezést fogjuk használni) is. Katonai állomáshelyén ugyanis anyagvizsgálati jellegű kérdések is felmerültek, ezért kezdett rugalmasságtannal foglalkozni, ezen belül pedig vizsgálta a csavarodást és a csavarodási rugalmasságot is. Innen származik a torziós mérleg ötlete, amelynek lehetőségeit azután alaposan tanulmányozta. Ez tette lehetővé, hogy az eszközt az elektromosságtanban is alkalmazza. Az első beszámoló elején tehát ismerteti az eszközt, amellyel az elektromos erőt tudja mérni, majd a kísérleteket, amelynek révén a törvényhez jut. Az első cikket teljes egészében lefordítottuk, kivéve a végén lévő megjegyzéseket, amelyekben a kísérleti pontosságot gátló körülményeket és azok kivédési lehetőségeit tárja fel. A második cikk elejéről is elhagytuk a hasonló részeket, ahol vonzó erők mérésével kapcsolatos nehézségeket említi. Azért ezekre vonatkozóan is megtalálja az inverz négyzetes törvényt. A mágnesesség vizsgálatára vonatkozó részt már szintén nem fordítottuk le.

5.3.1.1 Az elektrosztatikai erőről

ELSŐ BESZÁMOLÓ AZ ELEKTROMOSSÁGRÓL ÉS MÁGNESESSÉGRŐL

COULOMB ÚRTÓL

Egy olyan elektromos mérleg megépítése és felhasználása, amely a fémdrótok azon tulajdonságain alapul, mely szerint csavarodási ellen-erejük arányos a csavarodás szögével.

Az ugyanolyan fajta elektromossággal ellátott elemi testek taszítási törvényének kísérleti meghatározása.

Az Akadémián 1784-ben előadott beszámolómban kísérletileg meghatároztam a fémdrótok csavarodási erejének törvényét, és azt találtam, hogy ez az erő arányos a csavarodás szögével, a felfüggesztett drót átmérőjének negyedik hatványával, és fordítva arányos a hosszával - mindegyiket szorozva egy állandó együtthatóval, amely a fém természetétől függ, és kísérletileg könnyű meghatározni.

Ugyanabban a beszámolóban megmutattam, hogy ezt a csavarodási erőt használva pontosan mérhetőek a kis erők, mint például egy szemer[110] tízezred része. Ugyanakkor megadtam ennek az elméletnek egy alkalmazását is, megkísérelve megmérni egy állandó erőt, amelyet a tapadásnak tulajdonítanak a folyadékban mozgó szilárd test felületi súrlódását kifejező képletben.

Ma egy elektromos mérleget terjesztek elő az Akadémiának, amelyet ugyanezen elv alapján szerkesztettem; nagyon pontosan méri egy test állapotát és elektromos erejét, akármilyen kevéssé is van feltöltve.

A mérleg felépítése

Bár a tapasztalatból megtanultam, hogy egyes elektromos kísérletek kényelmes kivitelezéséhez ki kéne javítanom az általam készített első mérleg bizonyos hibáit, minthogy azonban idáig ez az egyetlen, amit használtam, ennek a leírását kell megadnom, egyszerűen megjegyezve, hogy alakját és méretét meg lehet és meg kell változtatni a tervezett kísérletek természetének megfelelően. Az első ábra mutatja e mérleg távlati képét, a részletei pedig a következők:

29. ábra. Coulomb torziós mérlege.

Egy 12 hüvelyk átmérőjű és 12 hüvelyk magas ABCD üveghengerre (29. ábra) rátettünk egy 13 hüvelyk átmérőjű üveglapot, amely teljesen lefedte az üvegedényt; ezen a lapon két, kb. 20 vonal átmérőjű lyuk van, az egyik f-nél középen, fölé egy 24 hüvelyk magas üvegcsövet tettünk; ezt a csövet az f lyuk fölé ragasztottuk, olyan ragasztóval, melyet általában használnak az elektromos készülékekben; a cső felső végén, h-nál egy mikrométer csavart helyeztünk el, amely részleteiben látható a Fig. 2.-n. A No. 1-es felső rész hordozza a b recés fejet, az io mutatót és a q szorító szerkezetet; ez az alkatrész beleillik a No. 2-es darab G lyukjába; ez a No. 2-es alkatrész egy az élénél 360 fokra osztott körből áll, továbbá egy Φ rézcsőből, amely a No. 3-as H csőbe illeszkedik, amely viszont belemegy a Fig. 1. fh üvegcsöve vagy oszlopa felső végének belsejébe. A q szorító szerkezet (29., Fig. 2., No. 1.) leginkább egy töltőceruza végére hasonlít és a q gyűrűvel zárható le. Ebbe a tartóba szorítottuk be egy nagyon finom ezüstdrót végét; az ezüstdrót másik végét (29., Fig. 3.) P-nél az egy vonalnál nem nagyobb átmérőjű Po rézhengerből készített szorító szerkezet tartja, amelynek P felső vége úgy van felhasítva, hogy egy szorítót képezzen, amelyet a Φ csúszó alkatrész zár le. Ez a kis henger C-nél kiszélesedik és egy lyukat fúrtunk belé, amelybe beilleszthető (29., Fig. 3.) az ag tű; e kis henger súlya elég nagy ahhoz, hogy kifeszítse az ezüstdrótot, anélkül hogy elszakítaná. A nagy edénybe zárt, kb. félmagasságban vízszintesen felfüggesztett ag tű (29., Fig. 1.) vagy spanyolviaszba áztatott selyemfonalból, vagy hasonlóan spanyolviaszba áztatott szalmaszálból készült, és q-tól a-ig, 18 vonal hosszan egy sellak[111] rúd zárja le; ez a tű az a végénél egy kis - két-három vonal átmérőjű - bodzabél golyót hordoz; g-nél pedig függőlegesen egy terpentinben áztatott kis papírdarab van, amely ellensúlyt képez az a golyónak és lelassítja a lengéseket.

Említettük, hogy az AC tetőn van egy m másik lyuk is. A második lyukba bevezetünk egy kis mΦt hengert, amelynek Φt alsó része sellakból készül; t-nél pedig egy másik bodzabél golyó van; az edény körül a tű magasságában egy zQ kört írunk 360 fokra osztva - az egyszerűség kedvéért én egy 360 fokra osztott papírcsíkot használtam, amit a tű magasságában az edény köré ragasztottam.

Használathoz a műszert úgy állítottam be, hogy az m lyuk gyakorlatilag az edény köré rajzolt zoQ kör első beosztásához essen. A mikrométer oi mutatóját szintén az első osztásra állítottam; ezután a mikrométert a függőleges fh csőben addig fordítottam el, amíg a tűt tartó függőleges drót mellett elnézve az ag tűn lévő golyó középpontja nem esett a zoQ kör első osztásához. Ezután az m lyukon keresztül bevezettem az mΦt rúdon lévő másik, t golyót, úgy hogy érintse az a golyót, és a felfüggesztő drót mentén nézve a t golyó találkozzon a zoQ kör első osztásával. Ekkor a mérleg az összes műveletünk számára használható állapotban van; példaként most annak a módszernek a megadásával folytatjuk, amelyet felhasználtunk az elektromos testek taszítási alaptörvényének meghatározására.

Az elektromosság alapja

A két ugyanolyan fajta elektromossággal feltöltött kis gömb taszító ereje inverz négyzetes arányban van a két gömb középpontjai közötti távolsággal.

TAPASZTALAT

Elektromossággal töltünk fel egy kis vezetőt (29., Fig. 4.), ami egyszerűen egy nagyfejű gombostű, úgy szigetelve, hogy a hegyét beleszúrjuk egy spanyolviasz rúd végébe; ezt a gombostűt bevezetjük az m lyukon keresztül és megérintjük vele a t golyót, amely érintkezik az a golyóval; visszahúzva a gombostűt, a két golyó ugyanazzal a fajta elektromossággal lesz feltöltve és eltaszítják egymást egy távolságra, amelyet úgy mérünk meg, hogy a felfüggesztő dróton és az a golyó közepén átnézve látjuk a megfelelő osztást az zoQ körön; azután a mikrométer mutatójának a pno irányba forgatásával elcsavarjuk az lp felfüggesztő drótot és a csavarás szögével arányos erőt fejtünk ki, amely igyekszik közelebb hozni az a golyót a t golyóhoz. Ezúton megfigyeljük a távolságot, amelyen keresztül a különböző csavarodási szögek az a golyót a t golyó felé viszik, és összehasonlítva a csavarodási erőket a két golyó megfelelő távolságaival meghatározzuk a taszítás törvényét.

Első kísérlet. A két golyót a gombostű segítségével elektromossággal feltöltve, miközben a mikrométer mutatója a o-n áll, a tű a golyója 36 fokkal eltávolodik a t golyótól.

Második kísérlet. Ha a mikrométer o mutatója segítségével a felfüggesztő drótot 126 fokkal elcsavarjuk, akkor a két golyó közeledik egymáshoz és 18 fok távolságra megállnak.

Harmadik kísérlet. A felfüggesztő drót 567 fokos megcsavarásával a két golyó 8 és fél fokos távolságra közelíti meg egymást.

E tapasztalat magyarázata és eredménye

Az elektromossággal való feltöltés előtt a golyók érintkeznek és a tűn lévő a golyó középpontja nincs a golyók félátmérőjénél messzebb a felfüggesztett drót csavarodásának nullpontjától. Meg kell említeni, hogy a felfüggesztésre szolgáló lp ezüstdrót huszonnyolc hüvelyk hosszú volt, és annyira finom, hogy egy lábnyi csak 116 szemert nyomott. Kiszámítva az erőt, amely e drót csavarásához szükséges az a pontban, négy hüvelyknyire az lp dróttól, vagy a felfüggesztés középpontjától, úgy találtam - azokat a képleteket használva, amelyeket a fémdrótok csavarási erejének törvényeiről szóló beszámolómban magyaráztam el az Akadémia 1784-es kötetében -, hogy ennek a drótnak a 360 fokra való elcsavarásához az a pontban, azaz a négy hüvelyk hosszú an karon szükséges erő csak 1340 szemer; úgyhogy mivel a csavarási erők - ahogy az említett beszámolóban bizonyítottuk - arányosak a csavarodás szögével a két golyó közötti legkisebb taszítás is érzékelhetően el fogja távolítani őket egymástól.

Az első kísérletben, amelyben a mikrométer mutatóját az o pontra állítottuk, azt találtuk, hogy a golyók 36 fokra távolodtak egymástól, ami 36=13400 szemer csavarási erőt ad; a második kísérletben a golyók közötti távolság 18 fok, de minthogy a mikrométert 126 fokra tekertük, ez azt eredményezte, hogy 18 foknál a taszító erő a 144 fokossal volt azonos; szóval az első távolság felénél a golyók taszítása négyszeres.

A harmadik kísérletben a felfüggesztő drótot 567 fokkal csavartuk el és a két golyó csak 8 és fél fokra távolodott egymástól. A teljes csavarás következésképpen 576 fok volt, négyszer annyi, mint a második kísérletben, a két golyó távolsága pedig ebben a harmadik kísérletben csak fél fokkal volt kevesebb a második kísérletben mért távolság felénél. E három kísérlet eredménye tehát az, hogy a hasonló elektromossággal feltöltött két golyó által egymásra gyakorolt taszítás inverz négyzetes arányban áll a távolságokkal.

...

MÁSODIK BESZÁMOLÓ AZ ELEKTROMOSSÁGRÓL ÉS MÁGNESESSÉGRŐL

A mágneses és elektromos folyadék taszítására vagy vonzására vonatkozó törvény meghatározása.

COULOMB ÚRTÓL

...

Második kísérleti módszer annak a törvénynek a meghatározására, amely szerint egy egy-két láb átmérőjű gömb vonz egy kis testet, amely más fajtájú elektromossággal van feltöltve, mint ő maga.

A módszer, amit követni fogunk hasonló ahhoz, mint amit a Savants Étrangers hetedik kötetében használtunk egy acéllemez mágneses erejének meghatározására hosszának, vastagságának és szélességének függvényében. Ez abban áll, hogy vízszintesen felfüggesztünk egy tűt, amelynek csak a vége van elektromosan feltöltve és amelyet, ha egy bizonyos távolságra teszünk egy - a másik fajta elektromossággal feltöltött - gömbtől, akkor az vonzza, és ingamozgást végez a gömb hatása miatt; ekkor az adott idő alatt végzett lengések számából különböző távolságokra számítással meghatározzuk a vonzóerőt, éppúgy mint ahogy a gravitációs erőt meghatározzuk a szokásos inga lengéseiből.

Először áttekintünk néhány megfigyelést, ami a most következő kísérleteknél vezetett bennünket. Egy selyemgubóból vett selyemszál - amely 80 szemert bír el szakadás nélkül - olyan könnyen elfordul, hogy ha egy ilyen 3 hüvelyk hosszú szálra vákuumban vízszintesen felfüggesztünk egy kis ismert súlyú és átmérőjű körlemezt, akkor e kis lemez lengésidejéből - azokat a képleteket használva, amelyeket a fémdrótok csavarási erejének törvényeiről szóló beszámolómban magyaráztam el az Akadémia 1784-es kötetében - úgy találjuk, hogy amikor 7-8 vonal hosszú kart használunk a szál felfüggesztési tengely körüli tekerésére, akkor egy teljes fordulathoz általában nincs szükség egy hatvanezred szemernél több erőre; ha pedig a felfüggesztett szál kétszer olyan hosszú, akkor csak egy százhúszezred szemerre lesz szükség. Ezért, ha vízszintesen felfüggesztünk e szálra egy tűt, és amikor a tű nyugalomba kerül és a szál egyáltalán nem csavarodik, akkor bármilyen erővel lengésbe hozzuk a zéró csavarodás vonalától mérve 20-30 foknál nem nagyobb kitéréssel, a csavarodási erőnek nem lesz érzékelhető hatása a lengésidőre, még akkor sem, ha a lengéseket létrehozó erő nem nagyobb egy század szemernél. Ezeket előrebocsájtva, nézzük, hogyan határozzuk meg az elektromos vonzás törvényét.

Felfüggesztünk (30, Fig. 2.) egy lg sellakból készült tűt egy a selyemgubóból kihúzott egyetlen szálból álló 7-8 hüvelyk hosszú sc selyemfonálra; az l végén a tűre merőlegesen rögzítünk egy 8-10 vonal átmérőjű kis korongot, amelyet egy aranyozott papírlapból vágtunk ki és nagyon könnyű; a selyemfonalat s-nél fölerősítjük egy kemencében szárított és sellakkal vagy spanyolviasszal bevont kis st rúd alsó végére; ezt a rudat t-nél egy satu tartja amely csúsztatható a bevonalozott oE rúd mentén, és tetszés szerint bárhová állítható a V csavar segítségével.

30. ábra. Coulomb ábrája a vonzás vizsgálatáról.

G egy rézgömb vagy ónnal borított kartongömb. Négy spanyolviasszal borított üvegoszlop tartja, amelyek - a még tökéletesebb szigetelés érdekében - négy, három-négy hüvelyk hosszú spanyolviasz rúdban végződnek. E négy oszlop alsó végei egy alapzatra vannak helyezve, amelyet egy kis mozgatható asztalra tettünk, amelyet, mint az ábrán látható, a kísérlet számára legmegfelelőbb magasságra lehet állítani; az Eo rudat az E csavar segítségével szintén megfelelő magasságra tehetjük.

Amikor minden készen van, a G gömböt úgy állítjuk be, hogy a Gr vízszintes átmérője szemben legyen a néhány hüvelyk távolságban lévő l lemez középpontjával. Egy leydeni palackból elektromos szikrát adunk a gömbnek, azután megérintjük az l lemezt egy vezetővel és az elektromosan feltöltött gömb hatása a nem feltöltött lemez elektromos folyadékára a másik fajta töltést adja a lemeznek, mint a gömbé; így amikor a vezető testet elvesszük, a gömb és a lemez vonzzák egymást.

TAPASZTALAT

A G gömb átmérője egy láb volt, az l lemezé 7 vonal, az lg sellak tű 15 vonal hosszú volt, az sc felfüggesztő szálat egy selyemgubóból vettük és 8 vonal hosszú; mikor a csúszka az o pontnál volt, az l lemez r-nél hozzáért a gömbhöz, és ahogy a csúszkát E félé mozgattuk, a lemez a gömb középpontjától a 0, 3, 6, 9, 12 hüvelykes osztásoknak megfelelő távolságra került, amikor a gömböt feltöltöttük a pozitívnak nevezett elektromossággal, a lemezt pedig a leírt módon negatív elektromossággal, akkor a következőt kaptuk:

E tapasztalat magyarázata és eredménye

Amikor egy gömbfelület minden pontja egy a távolsággal inverz négyzetes arányban lévő erővel vonz vagy taszít egy a felületétől akármilyen távolságra lévő pontot, akkor ismert, hogy a hatás ugyanaz, mintha az egész gömbfelület a gömb középpontjában összpontosulna.

Minthogy a mi kísérletünkben az l lemez csak 7 vonal átmérőjű volt, és minthogy a legkisebb távolsága a gömbtől 9 hüvelyk volt, érezhető hiba nélkül feltehetjük, hogy minden vonal, amit a gömb középpontjából a lemez egy pontjához húzunk, az párhuzamos és egyenlő; következésképpen a lemez teljes hatásáról pedig feltételezhetjük, hogy az egyesíthető a középpontjában, ahogy a gömb esetében; úgyhogy a tű kis lengéseire a tű lengéseit kiváltó hatás állandó mennyiség lesz adott távolságnál, és a két középpontot összekötő vonal mentén hat. Ezért, ha az erőt φ-vel, egy bizonyos számú lengés idejét pedig T-vel jelöljük, akkor T arányos lesz 1φ-vel, de ha d a gömb középpontjának a lemez középpontjától mért Gl távolság, és ha a vonzóerők arányosak a távolságok inverz négyzetével, vagyis 1d2-tel, akkor következik, hogy T arányos lesz d-vel vagyis a távolsággal; szóval amikor kísérleteink során változtatjuk a távolságot, az ugyanolyan számú lengések idejének arányosnak kell lennie a lemez központjának a gömb központjától mért távolságával; hasonlítsuk össze ezt az elméletet a kísérlettel.

Így e három kísérletben az elmélet és a tapasztalat közötti különbség 110 az utolsó kísérletet az elsővel összehasonlítva, és majdnem semmi a második kísérletet az elsővel összehasonlítva; meg kell azonban jegyezni, hogy csaknem négy percig tartott a három kísérlet elvégzése, és bár a kísérlet napján az elektromosság elég jól megmaradt, azért percenként mennyiségének 140-ed részét elveszítette. Látni fogjuk a mait követő beszámolóban, hogy ha az elektromos sűrűség nem nagyon nagy, akkor a két elektromosan feltöltött test elektromos hatása adott idő alatt pontosan az elektromos sűrűséggel vagy a hatás erősségével arányosan csökken; ezért, mivel kísérleteink négy percig tartottak és az elektromos hatás minden percben elveszítettek az 140-edét az elsőtől az utolsó kísérletig, az elektromos sűrűség erősségéből eredő hatásnak - függetlenül a távolságtól - majdnem a tizedével csökkennie kellett; következésképpen ha meg akarjuk kapni az utolsó kísérlet 15 lengésének javított idejét, akkor 57 másodpercet kapunk, ami már csak 120 különbséget jelent.

Így az elsőtől tökéletesen különböző módszerrel hasonló eredményhez érkeztünk; ezért arra következtethetünk, hogy a pozitívnak nevezett elektromos folyadék és az általában negatívnak nevezett elektromos folyadék kölcsönös vonzása inverz négyzetes arányban áll a távolságokkal; éppúgy, mint ahogy első beszámolónkban azt találtuk, hogy az ugyanolyan fajta elektromos folyadék kölcsönhatása is inverz négyzetes arányban áll a távolsággal.

...

(Forrás: [Coul], fordította: Szegedi Péter)

5.4 Alessandro Volta (1745-1827)

Volta Comoban született és ott lett fizikatanár 1774-ben. Öt évvel később a Paviai Egyetemre hívták. Tudományos kutatást főleg az elektromosság területén végzett, legfontosabb eredménye a fémek érintkezése révén létrehozott áram. Utazásai során sok tudóssal találkozott, és igen jó viszonyt alakított ki Napóleonnal is. 1804-től azonban már nem nagyon foglalkozott tudománnyal, családi körben, visszavonultan élt.

5.4.1 Levél Sir Joseph Banksnek Londonba

Az olasz tudós kutatási eredményeit a régi szokás szerint 1800. március 20-án levélben küldte el a Royal Societynek, pontosabban Joseph Banksnek (1743-1820), a Társaság elnökének. A franciául írt levelet június 26-án olvasták fel, és még abban az évben megjelent a Társaság folyóiratában, a Philosophical Transactions-ban, "On the Electricity excited by the mere Contact of conducting Substances of different kinds" ("A csupán két különböző fajta vezető anyag érintkezése révén gerjesztett elektromosságról") címen. Az igen hosszú levélnek csak az első feléből idézünk, de ott is kihagytuk a nem közvetlenül a témához tartozó részeket (alkalmazások, áramütések stb.).

5.4.1.1 A Volta-oszlop

Como, a Milánói Tartományban 1800. március 20.

Hosszú csend után, amelyért meg sem kísérelek bocsánatot kérni, örömmel közlök Önnel, Sir, és Önön keresztül a Royal Societyvel néhány meglepő eredményt, amelyekhez különböző fajta fémek egyszerű kölcsönös érintkezésével, sőt más - egymástól szintén különböző - vezetők (akár folyadékok vagy némi folyadékot tartalmazók, amely tulajdonságnak köszönhetik vezető erejüket) érintkezésével gerjesztett elektromossággal kísérletezve jutottam. Ezeknek az eredményeknek a legfontosabbika, amely gyakorlatilag az összes többit magában foglalja, egy készülék összeállítása, amely hatásait, azaz a zavarokat tekintve (a karokban stb.) hasonlít a leydeni palackokra, vagy még inkább a gyengén töltött elektromos telepekre (battériákra), és amely folyamatosan hat, vagyis úgy, hogy töltése minden egyes kisütés után helyreállítja önmagát; vagyis korlátlan töltést biztosít vagy állandó hatást illetve impulzust fejt ki az elektromos folyadékra; amely azonban egyébként lényegesen különbözik ezektől, mind ezért a folytonosan aktív tulajdonságáért, mind azért, mert a szokásos palackok és elektromos telepek vezetőkkel vagy nem-elektromosnak[112] nevezett testekkel borított egy vagy több vékony szigetelő lemezei - amelyeket az egyedüli elektromos testeknek gondolnak - helyett, ez az új készülék teljesen az előbbiekből van kialakítva, sőt, a legjobb vezetők közül válogattunk, amelyek ezért - ahogy mindig hittük - a legtávolabb vannak az elektromos természettől. Igen, a készülék, amiről beszélek, és amely kétségkívül meglepi Önt, csupán bizonyos számú különböző fajta jó vezető meghatározott módon elrendezett összeállítása. 30, 40, 60 vagy még több darab réz, vagy inkább ezüst, mindegyik érintkezésben egy darab ónnal, vagy még inkább cinkkel és ugyanolyan számú réteg víz vagy valamilyen más folyadék, ami jobb vezető a tiszta víznél, mint a sós víz vagy lúg és így tovább, vagy ezekkel a folyadékokkal jól átitatott karton- vagy bőrdarabok stb.; ha ilyen rétegeket teszünk a különböző fémpárok közé, akkor e három fajta vezető váltakozó sorozatai - mindig ugyanabban a rendben - alkotják az új készülékemet; amely - ahogy említettem - a leideni palackot vagy az elektromos telepeket utánozza, ahogy ugyanazokat a zavarokat adja, mint azok; amely valójában sokkal gyengébb ezeknél a jól töltött telepeknél robbanásaik erejében és zajában, a szikrában, a távolságban, amelyen keresztül a töltés át tud menni stb.; hatásában csak egy nagyon gyengén töltött telepnek felel meg, de mindazonáltal egy óriási kapacitású elemnek; amely azonban továbbá végtelenül felülmúlja ezeknek a telepeknek az erejét abban, hogy velük ellentétben nincs szüksége külső forrásból származó előzetes feltöltésre; és abban, hogy a zavart minden alkalommal szolgáltatja, ha megfelelően megérintik, mindegy, milyen gyakran.

...

Folytatom a készülék és néhány más hasonló berendezés leírásával, valamint a velük végzett legfigyelemreméltóbb kísérletekkel.

Gondoskodtam pár tucat többé-kevésbé egy hüvelyk átmérőjű kis kerek réz-, vagy bronz-, vagy inkább ezüstlemezről vagy korongról (például érmékről) és ugyanolyan számú közelítőleg ugyanolyan alakú és méretű ón-, vagy még inkább cinklemezről; azért mondom, hogy közelítőleg, mert a pontosság nem szükséges, és általában a fémdarabok mérete és alakja tetszőleges, csak az szükséges, hogy könnyen egy oszlopba egymás fölé rakhatók legyenek. Gondoskodtam továbbá elegendően nagy számú karton-, vagy bőrkorongról, esetleg valamilyen más szivacsos anyagról, amely jól átáztatva sok vizet vagy más folyadékot tud felvenni és megtartani, hogy a kísérlet sikerüljön. Ezeket a darabokat, amelyeket megnedvesített korongoknak fogok nevezni, egy kicsit kisebbre csináltam a fémkorongoknál vagy -lemezeknél, hogy amikor közéjük helyeztem őket, ahogy hamarosan leírom, akkor ne álljanak ki.

Ha mindezek a darabok jó állapotban - azaz a fémkorongok tisztán és szárazon, a nem-fémek jól vízbe, vagy még inkább sós vízbe áztatva és utána kissé megtörölve, hogy ne csöpögjenek - rendelkezésre állnak, akkor csak a megfelelő módon el kell rendeznem őket; ami egyszerű és könnyű.

Leteszem vízszintesen egy asztalra vagy alapra az egyik fémlemezt, például az egyik ezüstlemezt, és erre az első lemezre ráteszek egy második cinklemezt; erre a második lemezre ráfektetem az egyik megnedvesített korongot; azután egy másik ezüstlemezt, amit közvetlenül egy másik cink követ, amelyre megint egy megnedvesített korongot rakok. Így folytatom ugyanezen a módon párosítva egy-egy ezüst- és cinklemezt, mindig ugyanabban a sorrendben, azaz mindig alulra az ezüstöt és fölé a cinket vagy fordítva, attól függően, hogy hogyan kezdtem, e párok közé pedig egy megnedvesített korongot illesztek; folytatom ezeket a lépéseket egy olyan magas oszlopot képezve, amely még meg tudja tartani magát, anélkül, hogy összeomlana (31. ábra, Fig. 2., 3., 4.).

31. ábra. Volta ábrája.

...

Visszatérve készülékem mechanikai felépítéséhez, amely számos változatot tesz lehetővé, nem folytatom most mindazoknak a leírását, amelyeket kitaláltam és megépítettem nagyban vagy kicsiben, hanem csak azokkal foglalkozom, amelyek vagy érdekesebbek, vagy használhatóbbak, vagy amelyek valamilyen tényleges előnyt nyújtanak, mint például hogy könnyebb vagy gyorsabb megépíteni őket, biztosabb a hatásuk vagy hosszabb ideig megtartják jó állapotukat.

Kezdem azzal, amely csaknem minden ilyen előnyt egyesít, amely formájában különbözik a legtöbb korábban leírt oszlopos készüléktől, amelynek azonban az a hátránya, hogy sokkal nagyobb eszköz, ezt az új készüléket, amelyet csészekoronának hívok, az 31 Fig. 1.-en mutatom be.

Sorba állítunk néhány csészét vagy mély tálat, amelyek bármilyen anyagból készülhetnek, kivéve a fémeket, tehát akkor fa-, agyag-, vagy inkább kristály kupát (a kis üvegpoharak vagy talpaspoharak nagyon megfelelőek) félig tiszta vízzel, vagy inkább sós vízzel vagy lúggal; és mindet összekötjük egyfajta lánccal fémívek segítségével, amelyek egyik vörös- vagy sárgaréz, vagy inkább ezüstözött réz Aa karját vagy csak az A végét beletesszük az egyik pohárba, a másik ón, vagy inkább cink Z végét a következő pohárba. Közben megfigyelhetjük, hogy a lúg vagy más alkalikus folyadékok részesítendők előnyben, ha a beléjük merített fém az ón; a sós víz pedig jobb, ha cinkről van szó. Az íveket alkotó két fémet valahol a folyadékba merülő rész fölött forrasztjuk össze, a folyadékkal pedig az íveknek elegendően nagy felületen kell érintkezniük: ebből a célból megfelelő, ha ez a rész egy négyzethüvelyknyi, vagy nagyon kevéssel kisebb; az ív többi része annyival keskenyebb lehet, amennyire csak akarjuk, akár egy egyszerű fémdrót is lehet. Lehet egy a poharak folyadékába merített két fémtől különböző harmadik fajta is, minthogy az elektromos folyadékra gyakorolt hatás - amely az összes közvetlen érintkezésben lévő számos fém érintkezéséből fakad -, az erő, amely ezt a folyadékot végül hajtja, teljesen vagy közel ugyanaz, mint amilyen akkor lenne ha az első és az utolsó fém közvetlenül érintkezne, bármilyen közvetítő fém nélkül, ahogy azt közvetlen kísérlettel igazoltam, amelyről máshol még alkalmam lesz beszélni.

Nos, ha 30, 40, 60 ilyen pohár láncát összekötjük ezen a módon és elrendezzük akár egyenes vonalban, akár görbén, vagy körben, bármilyen formában ez az új készülék lesz belőle, amely alapvetően és lényegében ugyanaz, mint a korábban kipróbált oszlopos másik; a lényegi tulajdonság, hogy különböző fémek közvetlenül érintkeznek, párt alkotnak, és a párok egymással egy nedves vezetőn keresztül vannak kapcsolatban, ugyanúgy jelen van ebben a készülékben, mint a másikban.

...

(Forrás: [Volta], fordította: Szegedi Péter)

5.5 Hans Christian Orsted (1777-1851)

Apja gyógyszerész volt, fiai a patikában végzett munka során kedvelték meg a tudományokat. Koppenhágában jártak egyetemre és azután rsted ott is tanított fizikát 1806-tól. Előtte azonban európai utazási ösztöndíjat nyert; az eredetileg kantiánus fiatalember ennek során ismerkedett meg Schelling természetfilozófiájával (4.4.1), és ez irányította őt a fizika felé. 1829-ben megalapította a dán Műegyetemet, amelynek első igazgatója lett.

5.5.1 A Kísérletek az elektromos konfliktusnak a mágnestűre kifejtett hatásával kapcsolatban

A dán tudós már csaknem két évtizede foglalkozott az elektromossággal, és próbálta - másokhoz hasonlóan sikertelenül - összefüggésbe hozni a mágnesességgel, amikor 1820-ban egy esti kísérleti bemutatón, az áram hőhatását demonstrálva, észrevette, hogy az asztalon lévő, más kísérlethez használt mágnestű kileng. Az ezután elvégzett ellenőrző kísérleteiről írta meg az Experimenta circa efficaciam conflictus[113] electrici in acum magneticam c. latin nyelvű kiadványát, amelyet később lefordított angolra és rendes folyóiratban is megjelentetett. A tanulmányt teljes egészében lefordítottuk.

rsted eredménye érdekes módon veti fel a szisztematikus kutatások és a véletlen felfedezések viszonyának kérdését. Először is erős filozófiai motivációja volt a természet egységének, ezen belül az elektromos és mágneses jelenségek összefüggésének bizonyítására. Ennek alapján hosszú ideig szisztematikus kutatásokat végzett. A megoldáshoz azonban egy véletlen vezette el. A véletlen körülményei alapján persze könnyen mondhatjuk, hogy az adott szituáció előbb-utóbb előfordult volna más kutatók laboratóriumaiban is, és valamelyikük idővel szintén felfigyelt volna az effektusra. Ez valószínűleg így is van, de nem tudjuk megbecsülni, mennyi időbe tellett volna. Azt azonban látjuk, hogy a kortársak igazából fel voltak készülve a felfedezésre, sőt alig vártak rá. Abban a pillanatban, hogy a dán fizikus megfigyelése napvilágot látott, számos más kutató is azonnal lecsapott rá, és szinte hetek alatt jelentős eredményeket értek el jelenség tanulmányozásában, vele kapcsolatos készülékek megépítésében stb. A véletlen eseményt tehát szisztematikus kutatások veszik körül, akárhonnan nézzük is.

5.5.1.1 Az áram mágneses hatásáról

Kísérletek az elektromos konfliktusnak a mágnestűre kifejtett hatásával kapcsolatban

Hans Christian rsted, a Danneborg érdemrend lovagja, a természetfilozófia professzora, a Koppenhágai Király Társaság titkára

A most elmagyarázandó tárggyal kapcsolatos első kísérleteket az elmúlt télen végeztem, miközben elektromosságot, galvánosságot és mágnesességet tanítottam az Egyetemen. E kísérletek bizonyítani látszottak, hogy a galvánkészülék kimozdítja a mágnestűt a helyzetéből, de a galvánkörnek zárva kell lennie, nem pedig nyitva, ahogy az utóbbi módszerrel hiába próbálkoztak néhány éve nagyon híres gondolkodók. Minthogy azonban ezeket a kísérleteket egy gyenge készülékkel végezték, és emiatt nem voltak elég meggyőzőek a tárgy fontosságához képest, csatlakoztam Esmarch[114] barátomhoz, hogy megismételjük és kiterjesszük azokat egy nagyon erős galvántelep segítségével, amelyet közösen építettünk. Jelen volt és segített a kísérletezésben Wleugel úr[115], a Danneborg érdemrend lovagja. Hasonlóképpen jelen volt a természettudományokban nagyon jól képzett Hauch úr[116], Reinhardt úr[117], a természetrajz professzora, az orvosprofesszor Jacobsen úr, és a nagyon képzett vegyész, Dr. Zeise[118]. Gyakran magam végeztem a kísérleteket, de minden megfigyelést megismételtem ezen urak jelenlétében is.

Kísérleteim áttekintésekor mellőzök mindent, ami bár elősegítette a dolog lényegének felfedezését, azután már nem járul hozzá a leíráshoz. Ezért azokat a dolgokat, amelyek világosan mutatják a lényeget, magától értetődőnek tekintjük.

A galvánkészülék, amelyet alkalmaztunk, 20 négyszögletes rézedényből áll, amelyek hossza és magassága egyaránt 12 hüvelyk, a szélességük viszont alig haladta meg a 212 hüvelyket; mindegyik edényt elláttuk két rézlemezzel, úgy meghajlítva, hogy elbírjanak egy rézrudat, amelyik a következő edény vizében tartja a cinklemezt. Az edények vize 160-ad súlyarányban tartalmazott kénsavat, és ugyanennyi salétromsavat. Minden cinklemeznek a vízbe merített része négyzet alakú, kb. 10 hüvelykes oldalakkal. Kisebb készüléket is lehet használni, feltéve, hogy elég erős egy fémdrót vörös izzásig hevítéséhez.

A galvántelep ellenkező pólusait összekötöttük egy fémdróttal, amit a rövidség kedvéért kapcsolóvezetőnek, vagy kapcsolódrótnak fogunk nevezni. Az ebben a vezetőben és a környező térben fellépő hatásnak az elektromos konfliktus nevet adjuk.

1. Tegyük ennek a drótnak az egyenes részét vízszintesen a megfelelően felfüggesztett, vele párhuzamos mágnestű fölé. Ha szükséges, a kapcsolódrótot hajlítsuk meg, hogy megfelelő helyzetet foglaljon el a kísérlethez. Ha a dolgokat így elrendeztük, a tű elmozdul, a telep negatív oldala felé eső vége nyugat felé hajlik.

Ha a kapcsolódrót távolsága a mágnestűtől nem haladja meg a háromnegyed hüvelyket, akkor a tű elhajlása kb. 45-os lesz. Ha a távolságot növeljük, a szög arányosan csökken. Az elhajlás hasonlóan változik a telep erejével.

A kapcsolódrótnak változtathatjuk a helyzetét kelet-nyugati irányban, feltéve, hogy párhuzamos marad a tűvel, anélkül, hogy a hatás megváltozna, kivéve a mértékét; így a hatás semmiképpen sem tulajdonítható a vonzásnak, mert a mágnestű azon pólusának, amely keleten közelít a kapcsolódróthoz, távolodnia kellene amikor a nyugati oldalon van, ha ezek az elhajlások a vonzástól vagy taszítástól függenének.

2. A kapcsolóvezető állhat számos összekötött drótból vagy fémszalagból. A fém fajtája nem változtatja meg a hatást, csupán a mértékét. Ugyanolyan sikerrel alkalmaztunk platina-, arany-, ezüst-, bronz-, vasdrótot, ólom- és ónszalagokat vagy higanyt. A vezető nem vesztette el teljesen a hatását, ha vízzel szakítottuk meg, hacsak a megszakítás nem volt sok hüvelyknyi hosszú.

3. A kapcsolódrót hatása a mágnestűre áthatol az üvegen, fémeken, fán, vízen, gyantán, agyagon, köveken; ugyanis ha üveg-, fém- vagy falapot helyezünk közbe, akkor sem tűnik el. Még ha az üveget, fémet és fát egyszerre tesszük közbe, akkor sem tűnik el, legfeljebb alig gyengül. Borostyánkorongot, a porfír lemezeket, egy agyagedényt - akár vízzel töltve - tettünk közbe ugyanezzel az eredménnyel. Kísérleteink azt is megmutatták, hogy az említett hatás nem változott, ha a mágnestűt egy vízzel töltött bronzdobozba helyeztük. Szükségtelen megjegyeznünk, hogy korábban sosem figyelték meg az elektromos vagy galvanikus hatás átvitelét mindezeken az anyagokon. Az elektromos konfliktusban lévő hatások ezért nagyon különböznek bármelyik elektromos erőétől.

4. Ha a kapcsolódrótot vízszintesen a mágnestű alá helyezzük, minden hatás ugyanaz, mint amikor felette van, csak az ellenkező irányban; mert a mágnestűnek a telep negatív vége felé eső pólusa keletre hajlik.

E tények könnyebb megjegyezéséhez használhatjuk a következő formulát - a negatív elektromosság belépése felett a pólus nyugatra fordul, alatta keletre.

5. Ha a kapcsolódrótot vízszintes síkban úgy forgatjuk, hogy fokozatosan növekvő szöget alkosson a mágneses meridiánnal, a mágnestű elhajlása növekszik, ha a drót a megzavart tű helye felé mozog, és csökken, ha a drót ettől a helytől távolodik.

6. Ha a kapcsolódrótot ugyanabban a síkban párhuzamosan helyezzük el, mint amelyben a mágnestű kiegyensúlyozottan mozog, nem lesz elhajlás sem keletre, sem nyugatra; viszont egy dőlés (inklináció) következik be, úgy hogy a negatív elektromosság belépése felé eső pólus lehajlik, ha a drót a nyugati oldalon helyezkedik el, és felemelkedik, ha a keleti oldalon van.

7. Ha a kapcsolódrótot a mágneses meridián síkjára merőlegesen helyezzük el, akár fölé, akár alá, a mágnestű nyugalomban marad, kivéve, ha nagyon közel van a pólushoz; ebben az esetben a pólus felemelkedik, ha az áram a drót nyugati oldaláról lép be, és lehajlik, ha a keleti oldalról.

8. Ha a kapcsolódrótot függőlegesen helyezzük el a mágnestű pólusával szemben és a drót felső vége kapja a negatív elektromosságot, a pólus kelet felé mozdul el; ha azonban a drót egy a pólus és a tű közepe közötti ponttal van szemben, akkor a pólus nyugat felé mozdul. Amikor a drót felső vége pozitív elektromosságot kap, a jelenség megfordul.

9. Ha úgy hajlítjuk meg a kapcsolódrótot, hogy két egymással párhuzamos szárat alkosson, akkor az - az eset különböző feltételeinek megfelelően - taszítja vagy vonzza a mágneses pólusokat. Tegyük fel, hogy a drótot úgy helyezzük el a tű valamelyik pólusával szemben, hogy a párhuzamos szárak síkja merőleges a mágneses meridiánra és a keleti szárat kötjük a telep negatív végéhez, a nyugatit pedig a pozitívhoz: ebben az esetben a közelebbi pólust taszítani fogja kelet vagy nyugat felé, a szárak síkja helyzetének megfelelően. Ha a keleti szárat kötjük a telep pozitív oldalára, a nyugatit a negatívra, akkor a közelebbi pólust vonzani fogja. Ha a szárak síkját egy a pólus és a mágnestű közepe közötti helyre merőlegesre állítjuk, ugyanez történik, csak fordítva.

10. Egy a mágnestűhöz hasonlóan felfüggesztett bronztű nem mozdul meg a kapcsolódrót hatására. Ugyanígy az üveg és lakkgumi tűk is mozdulatlanok maradnak hasonló kísérletek során.

Most teszünk néhány megjegyzést e jelenségek magyarázatával kapcsolatban.

Az elektromos konfliktus csak a anyag mágneses részecskéire hat. Minden nem-mágneses test áthatolhatónak tűnik az elektromos konfliktus számára, míg a mágneses testek, vagy inkább ezek mágneses részecskéi gátolják e konfliktus áthaladását. Így a szemben álló erők impulzusa meg tudja mozgatni azokat.

Az előző tényekből eléggé nyilvánvaló, hogy az elektromos konfliktus nincs bezárva a vezetőbe, hanem meglehetősén messze eloszlik a környező térben.

Hasonlóan összegyűjthető a megfigyelésekből, hogy ez a konfliktus körforgásokat végez; e nélkül a feltétel nélkül lehetetlennek látszik, hogy a kapcsolódrót egy része, amikor a mágneses pólus alá helyezzük, kelet felé felé hajtja azt, ha pedig fölé tesszük, akkor nyugat felé; az ugyanis a körforgás természete, hogy a szemben álló részeken a mozgások az ellenkező irányban történnek. Emellett a körmozgás párosulva egy haladó mozgással a vezető hosszában csiga- vagy spirális vonalat kell alkosson, azonban ez - ha nem tévedek - semmivel sem járul hozzá az eddig megfigyelt jelenségek magyarázatához.

Az északi pólusra gyakorolt összes említett hatás könnyen érthető, ha feltesszük, hogy a negatív elektromosság jobbra hajló spirális vonalban mozog és hajtja az északi pólust, de nem hat a déli pólusra. A déli pólusra gyakorolt hatásokat hasonló módon magyarázzuk, ha a pozitív elektromosságnak ellenkező mozgást és hatóerőt tulajdonítunk a déli pólus irányában, miközben nem hat a tű északi pólusára. E törvénynek a természettel való egyezését jobban láthatjuk a kísérletek megismétlése, mint hosszú magyarázatok révén. A kísérletek értékelését nagyban megkönnyíti, ha a kapcsolódróton festékkel vagy bemetszéssel jelöljük az elektromos áram irányát.

A fentiekhez csak azt tenném hozzá, amit egy öt évvel ezelőtt megjelent könyvben[119] bizonyítottam, hogy a hő és a fény az elektromosságok konfliktusából áll. A mostani megfigyelésekből arra következtethetünk, hogy ezekben a hatásokban szintén előfordulnak körmozgások. Azt gondolom, ez komolyan hozzá fog járulni annak a jelenségnek a leírásához, amit fénypolarizációnak neveznek.

Koppenhága, 1820. július 21.

(Forrás: [Oerst], fordította: Szegedi Péter)

5.6 André-Marie Ampere (1775-1836)

Csodagyerekként aritmetikával már azelőtt foglalkozott, hogy írni-olvasni megtanult volna, 13 éves korában pedig az Enciklopédiát olvasta abc-rendben. Jómódú, művelt kereskedő apja latinra, majd – látva tehetségét – matematikára taníttatta. Ampère tizenhét éves kora előtt olvasta Eukleidészen kívül D. Bernoulli, Leonard Euler (1707-1783) és Joseph-Louis Lagrange (1736-1813) műveit is. A közben békebírói szerepet is vállaló apát azonban a forradalom guillotine alá küldte, a komoly megrázkódtatáson átesett fiú pedig megszakította tanulmányait. Később magántanítványokat vállalt, hogy el tudja tartani családját. 1803-ban tanári kinevezést kapott. Ekkortájt hívta fel magára a francia matematikusok figyelmét játékelméleti könyvével, amelyben valószínűségszámítási módszereket alkalmazott. Matematikát tanított a felsőoktatásban (végzettség nélkül), analitikus geometriával, variációszámítással, parciális differenciálegyenletekkel foglalkozott, de gyakran tett kitérőt más tudományok irányába: új felfedezéseket tett a kémiában; megpróbálta egyértelműen definiálni a részecskék, molekulák és atomok fogalmát; részt vett a fény hullámtermészetéről folytatott vitákban. 1820-ban rstednek (5.5.1.1) végre sikerült valamit felfedezni az elektromosság és mágnesesség – mindenki által sejtett – kapcsolatáról. A francia tudós azonnal (egy héten belül készen volt az első cikk) rávetette magát a témára: bár elméleti ember volt, kísérleti eszközöket szerzett be, és a dánnál sokkal pontosabb és kiterjedtebb méréseket végzett. Az Enciklopédiából megtanult mechanikai szemlélet alapján dolgozott, a két áram által átjárt drót közötti erőhatás vizsgálata – amelyhez kitalálta a mérési módszert – például tipikus newtoniánus eljárás. Az erről szóló jelentést fordítottuk le. Az áram és a mágneses tér erőssége közötti összefüggést is megállapította, ez az Ampère-törvény. Akárcsak a kémiában, az elektromosságtanban is törekedett a fogalmak tisztázására: tőle származik az elektromágnesség, az elektrodinamika (és -sztatika) fogalmunk, az elektromos feszültség és az elektromos áram (amelynek mértékegységét róla nevezték el) megkülönböztetése. Ezzel kapcsolatban is közlünk egy rövid szövegrészletet.

Az első kísérletre támaszkodó további munkásságát a Théorie mathématique des phénomenes électro-dynamiques uniquement déduite de lexpérience (Az elektrodinamika matematikai elmélete kizárólag a tapasztalatból levezetve) c. hosszú 1826-os cikkében foglalja össze. A francia matematikus, fizikus és vegyész eredményeit az elektrodinamika területén már életének utolsó évtizedében is széleskörűen elismerték. Később ezeket az eredményeket a német Wilhelm Weber (1804-1891) – más kísérleti elrendezésekkel és műszerekkel – más módon is igazolta. A fizikai haladás fő vonalát jelentő Maxwell-féle axiomatikus elmélet ugyanebből a cikkből indul ki.

5.6.1 Az egyik elektromos áramnak a másik áramra gyakorolt hatásáról

A De lAction exercée sur un courant électrique, par un autre courant c. tanulmányban a francia fizikus beszámol azokról a kísérleteiről, amelyek során a két áram közötti erőhatásokat vizsgálta. E cikk leglényegesebb részleteit idézzük: az elektromos feszültség és az elektromos áram megkülönböztetését; az áramok közötti kölcsönhatás megkülönböztetését a töltések közötti kölcsönhatástól; magának a készüléknek a leírását és működési lehetőségeit; végül azt a részt, ahol az anyagok mágneses tulajdonságait molekuláris köráramok segítségével értelmezi, ami már kevésbé fér bele a kor newtonianizmusába, viszont annál inkább emlékeztet a modern fizika felfogására.

5.6.1.1 Az áramok kölcsönhatásáról

Két elektromos áram kölcsönhatásáról

1. Az elektromotoros működés kétfajta hatásban nyilvánul meg, amelyet azt hiszem, először én tudok pontos definíciókkal megkülönböztetni.

Az elsőt elektromos feszültségnek, a másodikat elektromos áramnak fogom nevezni.

Az elsőt akkor figyeljük meg, amikor két testet - amelyek között e hatás felbukkan - nem-vezető testekkel választunk el egymástól felületeik minden pontjában, kivéve azokban, amelyekben kimutatjuk; a második akkor szerepel, amikor a testek részét képezik egy vezető testekből álló körnek, amelyek felületük azon pontjainál érintkeznek, amelyek különböznek azoktól, ahol az elektromotoros hatás termelődik. Az első esetben az elektromotoros tevékenység hatása az, hogy két testet - vagy testek két rendszerét, amelyek között létezik - két feszültségállapotba hoz, amelyek között a különbség állandó, ha e hatás állandó, amikor például ezt két különböző fajtájú anyag érintkezése hozza létre; de ellenkezőleg, ez a különbség változhat is az okkal, amely létrehozza, ha dörzsölésből vagy nyomásból származik.

Az első eset az egyetlen, amely adódhat, amikor az elektromotoros hatás ugyanannak a nem-vezető testnek a különböző részei között fejlődik ki; a turmalin egy példa erre, amikor a hőmérséklete változik.

A második esetben már nincs semmilyen elektromos feszültség, a könnyű testeket nem vonzza érzékelhetően és a szokásos elektrométer már nem szolgál jelzőként arról, mi történik a testben; mindazonáltal az elektromotoros tevékenység folytatódik; mert ha például víz, sav, lúg vagy sóoldat is részét képezi a körnek, akkor ezek a testek elbomlanak, különösen amikor az elektromotoros hatás állandó, ahogy azt egy ideje tudjuk; továbbá, mint azt rsted úr nemrég felfedezte, amikor az elektromotoros hatást fémek érintkezésével állítjuk elő, a mágnestű elfordul az irányából, ha a közel tesszük a kör bármelyik részéhez; ezek a hatások azonban megszűnnek, a víz többé nem bomlik el, a tű visszatér a szokásos helyzetébe, amint a kört megszakítjuk, amikor is a feszültségek visszaállnak és ismét vonzza a könnyű testeket. Ez bizonyítja, hogy a feszültségek nem okai a víz elbomlásának vagy a mágnestű rsted úr által felfedezett irányváltásának.

Ez a második eset nyilvánvalóan az egyetlen, ami előfordulhat, ha az elektromotoros hatás ugyanannak a vezető testnek a különböző részei között fejlődik. Az rsted úr kísérleteiből e beszámolóban levezett következmények elvezetnek bennünket e feltétel létezésének felismeréséhez abban az egyetlen esetben, ahol ez még hiányzik.

2. Lássuk, miben áll e teljesen eltérő rendű jelenségek különbsége, amelyek egyikét a feszültség és a vonzások vagy taszítások jellemzik, amit rég ismerünk, míg a másikat a víz és sok már anyag elbontása, a tű irányváltása, valamint egy csomó olyan vonzás és taszítás, amely teljesen különbözik a szokásos elektromos vonzásoktól és taszításoktól, és amelyeket - azt hiszem - én fedeztem fel először és a többitől való megkülönböztetés érdekében az elektromos áram vonzásainak és taszításainak neveztem el. Amikor nincs vezetési folytonosság az egyik testről, vagy testek rendszereiről - amelyben az elektromotoros hatás kifejlődik - a másikra, és amikor ezek a testek önmaguk vezetők, mint a Volta-oszlopban, csak úgy tudjuk elképzelni e hatást, mint amely folyamatosan pozitív elektromosságot visz az egyik testbe és negatív elektromosságot a másikba: az első pillanatban, amikor semmi sem áll ellen a hatás termelésének, a két elektromosság felhalmozódik, mindegyik az egész rendszernek abban a részében, amelyikbe megy, de ez a hatás akadályba ütközik, amint az elektromos feszültségek különbsége elegendő erőt ad a kölcsönös vonzásuknak - ami újraegyesíteni akarja őket -, hogy egyensúlyt alakítsanak ki az elektromotoros hatással. Akkor minden marad ebben az állapotban, kivéve az elektromosság elszivárgását, ami apránként bekövetkezhet a nem-vezető testen - például a levegőn - keresztül, amely megszakítja a kört; mert úgy tűnik, nincsenek olyan testek, amelyek tökéletes szigetelők lennének. Ahogy ez az elszivárgás bekövetkezik, a feszültség csökken, mivel azonban amint csökken, a két elektromosság kölcsönös vonzása már nem lesz egyensúlyban az elektromotoros hatással, ez utóbbi erő - ha állandó - újra pozitív elektromosságot szállít az egyik oldalra és negatív elektromosságot a másikra és a feszültségek helyreállnak. Az elektromotoros és vezető testek rendszerének ez az az állapota, amit elektromos feszültségnek neveztem. Tudjuk, hogy ez létezik e rendszer két felében, ha szétválasztjuk őket, sőt abban az esetben is, ha érintkezésben maradnak az elektromotoros hatás megszűnése után, feltéve, hogy nyomás vagy dörzsölés révén keletkezett olyan testek között, amelyek nem mindketten vezetők. Ebben a két esetben a feszültség fokozatosan csökken az elektromosság elszivárgása miatt, amiről az imént beszéltünk.

Amikor azonban a két test, vagy a testek két rendszere, amelyek között az elektromotoros hatás keletkezik, olyan vezető testekkel is össze vannak kötve, amelyekben nincs más az elsővel egyenlő és ellentétes elektromotoros hatás, amely fenn tudná tartani az elektromos egyensúly állapotát, és következésképpen a belőle eredő feszültségeket, akkor ezek a feszültségek eltűnnek, vagy legalábbis nagyon kicsivé válnak, és megtörténik a jelenség, amelyet erre a második esetre jellemzőnek mutattunk. Minthogy egyébként semmi sem változott a testek elrendezésében, amelyek között az elektromotoros hatás kifejlődik, nem kétséges, hogy folytatódik a tevékenysége, és ahogy a két elektromosság kölcsönös vonzása - amelyet az elektromos feszültségkülönbséggel mérünk -, amely semmivé válik, vagy jelentősen csökken, már nem tart egyensúlyt e hatással, általában elfogadjuk, hogy folytatja a két elektromosság szállítását abban az irányban, amelyben korábban; oly módon, hogy az dupla áramot eredményez, az egyik a pozitív elektromosságé, a másik a negatív elektromosságé, amelyek az elektromotoros hatás keletkezésének pontjaitól ellenkező irányban indulnak el, és kifutnak, hogy újraegyesüljenek a kör ezektől a pontoktól távoli részeiben. Az áramok, amelyekről beszélek, gyorsulnak, amíg az elektromos folyadékok tehetetlensége és még a legjobb vezetőkben is előforduló tökéletlenségekből eredő ellenállás egyensúlyt nem hoz létre az elektromotoros erővel, ami után korlátlanul folytatják állandó sebességgel, ameddig ennek az erőnek ugyanaz az intenzitása, de mindig megszűnnek abban a pillanatban, amikor a kör megszakad. Ez az az állapota az elektromosságnak egy sor elektromotoros és vezető testben, amelyet a rövidség kedvéért elektromos áramnaknevezek; és minthogy gyakran kell beszélnem a két ellentétes irányról, amelyben a két elektromosság mozog, ha a kérdés felmerül, az unalmas ismétlések elkerülése érdekében mindig bele fogom érteni "az elektromos áram iránya" szavakba azt is, hogy a "pozitív elektromosságé"; szóval, ha például egy Volta-oszlopot veszünk, akkor az elektromos áram iránya az oszlopban kifejezés a víz elbomlásánál a hidrogén felszabadulásának helyétől az oxigén kinyerésének helye felé mutató irányt jelöli; az elektromos áram iránya az oszlop két vége közötti kapcsolatot megteremtő vezetőben kifejezés pedig az ellenkező irányt jelzi, amely az oxigén megjelenésének helyétől a hidrogénfejlődés helye felé mutat. A két esetet egyetlen definícióba foglalása érdekében mondhatjuk, hogy amit az elektromos áram irányának nevezünk, az az, amit a hidrogén és a sók bázisai követnek, amikor víz vagy valamilyen sós anyag része a körnek, és az áram elbontja akár ezek az anyagok részei a vezetőnek a Volta-oszlopban, akár az oszlopot alkotó párok közé vannak helyezve.

...

4. Ilyenek a már felismert különbségek a leírt két állapotban termelt elektromosság hatásaiban, amelyek közül az egyik ha nincs nyugalomban, akkor lassan mozog, de csak az elektromos feszültséget mutató testek teljes elszigetelésének nehézsége miatt, a másik a vezető testek folytonos köre mentén a pozitív és negatív elektromosság dupla árama. Az elektromosság szokásos elméletében feltesszük, hogy az alkotórészeit képező két folyadék állandóan el van választva egymástól a kör egy részében, és gyorsan átmennek az ellenkező irányokban ugyanezen kör másik részébe, ahol folytonosan újraegyesülnek. Bár az így definiált elektromos áram létrehozható egy szokásos géppel, úgy elrendezve, hogy kifejlessze a két elektromosságot, azonban a berendezés két részét - ahol termelődnek - egy vezetővel összekötve csak nagyon nagy gép használatával tudunk jelentős energiájú áramot nyerni, kivéve a Volta-oszlop használatát, mert a dörzsöléses gép által termelt elektromosság mennyisége ugyanaz marad egy adott idő alatt, akármilyen is a kör többi részének vezetési ereje, míg az oszlop által elindított korlátlanul növekszik adott idő alatt, ha a két végét egy jobb vezetővel kötjük össze.

A felidézett különbségek azonban nem az egyetlenek, amelyek megkülönböztetik az elektromosságnak ezt a két állapotát. Felfedeztem néhány még figyelemre méltóbbat csak azzal, hogy két Volta-oszlop végeit összekötő két vezető drót két egyenes részét párhuzamosan rendeztem el; az egyiket rögzítettem, a másikat felfüggesztettem és a mozgás iránt nagyon érzékennyé tettem egy ellensúly segítségével, ez közeledni tudott az elsőhöz vagy távolodni tőle, miközben párhuzamos maradt vele. Azután megfigyeltem, hogy ha elektromos áramot bocsátottam át mindkét dróton azonnal vonzották egymást, ha a két áram ugyanolyan irányú volt, és taszították egymást, ha a két áram ellenkező irányú.

Az elektromos áramoknak ezek a vonzásai és taszításai lényegesen különböznek azoktól, amiket az elektromosság nyugalmi állapotban hoz létre; először is megszűnnek, ahogy a kémiai elbomlások is, ha a vezető testek körét megszakítjuk; másodszor, a szokásos elektromos vonzások és taszítások esetében az ellenkező fajtájú elektromosságok vonzzák, és az ugyanolyanok taszítják egymást; az elektromos áramok vonzásai és taszításai esetében pontosan az ellenkezője történik; amikor két vezető drótot párhuzamosan helyezünk el, hogy az ugyanolyan jelölésű végeik ugyanazon az oldalon vannak egymáshoz nagyon közel, akkor vonzás van, ha pedig a még mindig két párhuzamos vezető áramai ellentétes irányúak, azaz az ugyanolyan jelölésű végeik a lehető legtávolabb vannak egymástól, akkor taszítás jelentkezik. Harmadszor, a vonzásnál, ha az elég erős, hogy a mozgó vezetőt érintkezésbe hozza a rögzített vezetővel, akkor összekapcsolódva maradnak, akárcsak két mágnes, és nem válnak el egy idő múlva, ahogy az akkor történik, amikor egymást vonzó vezető testek elektromos - az egyik pozitívra a másik negatívra való - feltöltésük miatt érintkezésbe jönnek. Végül, és úgy tűnik, ez az utolsó körülmény ugyanattól az októl függ, mint az előző, két elektromos áram ugyanúgy vonzza vagy taszítja egymást vákuumban, mint levegőben, ami ellentétes azzal, amit két szokásos elektromossággal feltöltött vezető test kölcsönhatásakor megfigyelünk. Nem ez a hely ezeknek az új jelenségeknek a magyarázatára; a két elektromos áram közötti vonzások és taszítások - attól függően, hogy ugyanolyan vagy ellenkező irányúak - egy könnyen megismételhető kísérlet által szolgáltatott tények. Ebben a kísérletben a mozgatható vezetőnek a levegő által okozott mozgásai kizárásának érdekében a készüléket üvegburkolat alá kell helyezni, amelybe - az őt hordozó aljzaton keresztül - bevisszük a vezetőknek azt a részét, amelyet az oszlop két végéhez csatlakoztatunk. E vezetők legalkalmasabb elhelyezése (32. ábra), ha az egyiket vízszintes helyzetben két tartóra rögzítjük, a másikat pedig a két hozzájuk kötött fémdróttal felfüggesztjük egy üvegrúdra, amely az első vezető felett van, és amely két másik fémtartón nyugszik nagyon finom acélékeken; ezek az ékek az említett fémdrótok két végéhez vannak forrasztva, úgy hogy kiépüljön a kapcsolat a tartókon keresztül ezeknek az ékeknek a segítségével.

32. ábra. Amp\`ere készüléke.

...

A két vezető így párhuzamos és az egyik a másik mellett van egy vízszintes síkban; az egyik mozgatható, mert lengéseket tud végezni a két acélék végein átmenő vízszintes vonal körül, és amikor így mozog, szükségszerűen párhuzamos marad a rögzített vezetővel.

Az üvegrúd fölé a közepére egy ellensúlyt tettünk, hogy megnöveljük a lengő rész mozgékonyságát a súlypontja megemelésével.

Először azt hittem, hogy az elektromos áramot két különböző oszloppal kell előidézni a két vezetőben, de ez nem szükséges. Mindkét vezető része lehet ugyanannak a körnek; mert az elektromos áram mindenhol ugyanolyan erősségű. Ebből a megfigyelésből arra következtethetünk, hogy az oszlop két végén fellépő elektromos feszültségeknek semmi közük a bennünket érdeklő jelenségekhez; mert biztosan nincsenek feszültségek a kör többi részében. Ezt a nézetet megerősíti, hogy képesek voltunk megmozgatni a mágnestűt az oszloptól nagy távolságra egy nagyon hosszú vezető segítségével, amelynek közepe a tű alá vagy fölé görbült a mágneses meridián irányában. Ezt a kísérletet a kiváló tudós[120] javasolta nekem, akinek a fizikai-matematikai tudományok oly sokat köszönhetnek a napjainkban elért óriási haladás terén - a kísérlet tökéletesen sikerült.

Jelölje A és B a rögzített vezető két végét, C a mozgatható vezető A oldali végét és D ugyanannak a vezetőnek a B oldali végét; világos, hogy ha az oszlop egyik végét összekötjük A-val, B-t C-vel, D-t pedig az oszlop másik végével, akkor az elektromos áram ugyanolyan irányú a két vezetőben; ekkor látni fogjuk, hogy vonzzák egymást; ha viszont míg A továbbra is az oszlop egyik végére van kötve, B-t D-re kötjük, C-t pedig az oszlop másik végére, akkor az áram a két vezetőben ellentétes irányú lesz és taszítják egymást.

...

Továbbá felismerhetjük, hogy mivel az elektromos áramok vonzásai és taszításai a kör minden pontjánál hatnak, egyetlen rögzített vezetővel annyi vezetőt vonzhatunk és taszíthatunk, annyi mágnestű irányát változtathatjuk meg, amennyit csak akarunk. Javaslok ugyanabban az üvegdobozban két mozgatható vezetőt, úgy elrendezve, hogy ugyanannak a körnek a részévé téve őket egy közös rögzített vezetővel, hogy felváltva mindkettőt vonzza vagy taszítsa, vagy egyidejűleg az egyiket vonzza és a másikat taszítsa, annak megfelelően milyen módon kapcsolódnak. A Laplace márki által nekem javasolt kísérlet sikerét követve alkalmazzunk annyi vezető drótot és mágnestűt, ahány betű van, minden betűt rögzítsünk egy-egy mágnesen, és egy a tűktől távoli oszlopot használva, amelynek saját végeit váltakozva összekötjük a vezetők végeivel, egyfajta távírót készíthetünk, amellyel mindenfélét leírhatunk, amit továbbítani akarunk - bármilyen akadályokon keresztül - a személynek, akinek meg kell figyelnie a tűk által hordott betűket. Ha az oszlop fölé egy billentyűzetet teszünk, amelynek billentyűi ugyanazokat a betűket hordozzák és a kapcsolatot a lenyomásuk hozza létre, akkor egy könnyen kezelhető levelezési módszert kapunk, amely nem vesz több időt igénybe, mint ami szükséges az egyik oldalon a billentyűk érintéséhez, a másikon az egyes betűk kiolvasásához.

Ha a mozgatható vezető nem úgy van beállítva, hogy a rögzített vezetővel párhuzamosan mozogjon, hanem csak elfordulni tud a középpontjaikon átmenő közös merőleges körül egy a rögzített vezetővel párhuzamos síkban, akkor az elektromos áramok vonzásainak és taszításainak általunk felfedezett törvényéből világos, hogy a két vezető mindegyik fele egyidejűleg vonzani vagy taszítani fog, aszerint, hogy az áramok ugyanolyan vagy ellentétes irányúak; következésképpen a mozgatható vezető elfordul, amíg párhuzamos nem lesz a rögzített vezetővel, oly módon, hogy az áramok ugyanarra irányuljanak: amiből következik, hogy két elektromos áram kölcsönhatásában az irányító hatás és a vonzó vagy taszító hatás ugyanattól az elvtől függ és csak különböző okozatai egy és ugyanazon tevékenységnek. Ezért már nem szükséges e két hatás között olyan különbséget tenni, mint ami annyira fontos - ahogy nagyon hamarosan látni fogjuk -, amikor egy elektromos áram és egy mágnes kölcsönhatásával foglalkozunk, ahogy azt szoktuk a tengelyére vonatkozóan, mert ebben a hatásban a két test hajlamos egymáshoz képest merőlegesen elhelyezkedni.

Most ezt az utóbbi hatást valamint két mágnes egymásra hatását vizsgáljuk meg, és látni fogjuk, hogy mindkettő a két elektromos áram kölcsönhatásának törvénye alá esik, ha ezen áramok egyikét úgy fogjuk fel, mint ami egy mágnes felületén az egyik pólustól a másikig húzott egyenes minden pontjában létezik a mágnes tengelyére merőleges síkokban, úgyhogy a tények egyszerű összehasonlításából számomra lehetetlennek tűnik kételkedni abban, hogy valóban vannak ilyen áramok, vagy inkább hogy a mágnesezés egy olyan folyamat, amellyel az acél részecskéinek átadjuk a képességet - az említett áramok értelmében - ugyanolyan elektromotoros hatás termelésére, mint amelyet a Volta-oszlop, az ásványkutatók oxidálódott cinkje[121], a melegített turmalin, vagy akár a nedves kartonból és ugyanazon fém két különböző hőmérsékletű változatából készült oszlop mutat. Mindazonáltal, mivel a mágnes esetében ez az elektromotoros hatás ugyanannak a testnek a különböző részecskéi között létezik, amelyik jó vezető, mint korábban megjegyeztük, soha nem termel semmilyen elektromos feszültséget, csak egy állandó áramot, ahhoz hasonlót, ami a Volta-oszlopban létezik, ha egy zárt görbén visszaléptetjük önmagába. Eléggé nyilvánvaló a korábbi megfigyelésekből, hogy egy ilyen oszlop semelyik pontjában nem termel sem elektromos feszültséget, sem vonzásokat vagy taszításokat, esetleg kémiai jelenségeket, mivel ekkor lehetetlen folyadékot beiktatni a körbe; de hogy az ebben az oszlopban közvetlenül létrehozott áram irányít, vonz vagy taszít akár egy másik elektromos áramot, akár egy mágnest, az - mint látni fogjuk - csak az elektromos áramok elrendezésének kérdése.

Ezen a módon jutottunk ehhez a váratlan eredményhez, hogy a mágneses jelenséget az elektromosság hozza létre, és hogy nincs más különbség egy mágnes két pólusa között, mint a helyzetük az áramokhoz képest, amelyből a mágnes áll, úgyhogy a déli pólus az, amely ezektől az áramoktól jobbra van, az északi pólus pedig az, amelyik balra.

...

(Forrás: [Amp1], fordította: Szegedi Péter)

5.6.2 Az új elektrodinamikai jelenségekkel kapcsolatos kísérletek

Az "Expériences relatives a de nouveaux phénomenes électro-dynamiques" c. 1822-es cikkből csak a címet és a hozzáfűzött megjegyzést idézzük, azért, hogy lássuk, hogyan vezeti be a francia fizikus az új tudományág nevét.

5.6.2.1 Az új nevek

AZ ÚJ ELEKTRODINAMIKAI(1) JELENSÉGEKKEL KAPCSOLATOS KÍSÉRLETEK

(1) Az "elektromágneses" szó, amelyet a Volta-oszlop vezetékhuzalai által létrehozott jelenségek jellemzésére használtak, nem tudta megfelelően leírni azokat, kivéve abban az időszakban, amikor az egyetlen ismert effajta jelenség az az elektromos áram és egy mágnes által mutatott volt, amit ersted úr fedezett fel. Elhatároztam, hogy az elektrodinamikai szót használom, hogy egy közös névben összefoglaljam mindezeket a jelenségeket, különösen azok megjelölésére, amelyeket két áramvezető között megfigyeltem. Ez kifejezi igazi jellegüket, hogy mozgó elektromosság hozza létre őket: míg az elektromos vonzások és taszítások, amelyek régóta ismertek, a megfigyelt testekben nyugalomban lévő elektromosság egyenlőtlen eloszlása által létrehozott elektrosztatikus jelenségek.

(Forrás: [Amp2], fordította: Szegedi Péter)

5.7 Georg Simon Ohm (1789-1854)

Ohm apja kovács volt és a német tudós majdnem egész életében anyagi nehézségekkel küzdött. Eleinte erlangeni otthonában tanult autodidakta apjától, később ugyanebben a városban járt gimnáziumba, majd egyetemre, miközben jelentős előrehaladást ért el a matematika területén. Szorgalmának hiánya – inkább táncolt és biliárdozott, mint könyveket bújt – azonban nem nyerte el apja tetszését, ezért három félév után inkább Svájcba küldte, matematikát tanítani. A fiú később mégis meggondolta magát, állását otthagyva magántanítványokat vállalt, hogy folytathassa tanulmányait. Végül 1811-ben doktorált, ismét Erlangenben, ahol azonnal tanítani is kezdett. Munkahelyét többször megváltoztatta, mert mindig csak alacsony jövedelmű állásokat kapott. Ørsted új korszakot elindító felfedezése (5.5.1.1) utáni fellendülés idején Kölnben találjuk, ahol lehetősége volt elektromosságtannal foglalkozni a gimnázium laboratóriumában. Kísérleti berendezést épített az áramvezetés vizsgálatára, amelyben a pontos árammérés érdekében például torziós ingát használt, az ingadozó teljesítményű Volta-féle elemek helyett pedig termoelemek szolgáltatták az áramot. Utóbbihoz jeges valamint forrásban lévő vízre volt szüksége, de az egyensúly kialakulásához legalább fél órát várnia kellett, majd maguk a mérések 3-4 órán keresztül tartottak, ami után mindig legalább egy óra szünetet tartott a következő drót vizsgálatáig. Az Ohm-törvény kísérleti bizonyítékát 1826-ban publikálta. E munkájának végső eredménye Az áramkör, matematikailag vizsgálva, amely már inkább elméleti jellegű. Talán éppen emiatt fogadták ellenségesen a német tudományos körökben. Az 1840-es években – az Angliából jövő elismerések után – helyzete fokozatosan javul, akusztikával foglalkozik, 1849-ben végre jól fizető állást, halála előtt nem sokkal pedig tanszéket kap a Müncheni Egyetemen.

5.7.1 A törvény meghatározása, amely szerint a fémek a kontaktelektromosságot vezetik

A "Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contektelectricitat leiten, nebst einem Entwurfe zu einer Theorie des Voltaischen Apparates und des Schweiggerischen Multiplicators" 1826 februárjában jelent meg, de a benne szereplő első mérések egy évvel korábban történtek. Akkor fémek relatív vezetőképességét kezdte mérni, úgy hogy azokból egyforma vastag drótokat készíttetett. Azt tapasztalta, hogy a vezetőképességek igen különbözőek lehetnek. Fél évvel később megismételte a méréseket, és kiderült, hogy a vezetőképesség erősen függ attól, hogyan készítik el a drótokat (pl. mennyire szennyezettek), így több értéket felül kellett vizsgálnia. Ezután különböző átmérőjű és hosszúságú drótokat kezdett használni, és rájött, hogy a különböző átmérőjű drótoknak akkor azonos a vezetőképessége, ha a hosszuk arányos a keresztmetszetükkel. Nagyon fontos része a munkának a termoelektromos áramforrás előállítása és használata.

Ohm a cikket a törvénnyel kapcsolatos korábban publikált méréseivel kezdi, és összeveti eredményeit a mások által kapott eltérő adatokkal. Utána a Volta-oszlopokkal kapcsolatos problémákat elemzi, amelynek következtében ő más áramforrást választott. Innen közöljük a cikk egy egybefüggő részletét, amely leírja a készüléket és a kapott eredményeket. Ezek után kevésbé lényeges témák következnek, amelyeket már nem fordítottunk le.

Későbbi cikkeiben Ohm elméletileg is megalapozza - a közelhatás feltételezésével - a törvényt, amelynek egy pontosabb megfogalmazása: "Egy elektromos áramkörben az áram nagysága egyenesen arányos az összes feszültség összegével és fordítottan az áramkör teljes redukált hosszával." A törvény lehetővé teszi, hogy kövessék és megmagyarázzák az áramköri elemek cseréjekor fellépő változásokat, hogy a kívánalmaknak megfelelő áramköröket hozzanak létre, hogy javítsák a telepek teljesítményét, hogy gyors léptekkel haladjanak előre a technikai alkalmazásokban. Ohm neve ezért idővel közismertté válik, az Ohm-törvényt tanítják az iskolában, róla nevezték el az ellenállás mértékegységét. Mindez bizonyítja óriási hatását a fizika és a műszaki területek fejlődésére.

5.7.1.1 Az Ohm-törvény

...ezért a termoelektromos elem használata felé fordultam, amelyet Poggendorf úr javasolt, mondván, hogy megfelel a céljaimnak; minthogy az e módon nyert eredmények egyértelműen megadják a vezetés törvényét, azt gondolom, nem felesleges hosszabban leírni a berendezésemet, mert így a nyert eredmények megbízhatóságának fokát könnyebb megítélni.

33. ábra. Az Ohm-törvény mérésére szolgáló eszköz.

Egy darab bizmutot öntöttünk egy abba négyzet alakú kapocs formájára (33. ábra), amelynek hosszabb oldala 612 hüvelyk, az ab, ab rövidebb lábai pedig egyenként 312 hüvelyk hosszúak. Szélessége mindenhol 9 vonal, vastagsága pedig 4 vonal volt. Mindkét lábra két csavarral ráerősítettem az abcd, abcd rézcsíkokat, amelyek 9 vonal szélesek és 1 vonal vastagok, együttesen pedig 28 hüvelyk hosszúak voltak. Ezeket úgy hajlítottam, hogy a cd, cd szabad végük az m, m csészékben lévő higanyba merült, amelyek az fghi faalapzaton álltak.

Az alapzat felső lapjára helyeztem a torziós mérleget, amelynek leírásában kissé hosszadalmas leszek, mert felépítése valamennyire eltér a szokásostól. A vv üveghenger, amelyre állítottam, 6 hüvelyk magas és 412 hüvelyk széles. Két részből áll, az egyiket - nop - elláttam egy kissé kúpos foglalattal, és szilárdan odaerősítettem az üveghenger felső lapjához; a másik - qrs - egy 8 vonal vastag kúpos kiugró résszel szorosan illik a foglalatba, és van egy 3 hüvelyk széles rr lemeze, amely az első rész ugyanolyan vastag nn lemezén fekszik. A qs kiugró rész felezőpontját nagy gonddal megjelöltem az esztergapadon egy kis kúpos bemélyedéssel, aztán a fémet eltávolítottam egy fél hüvelyk hosszúságban, amíg az így kialakuló sík felületek tökéletes háromszögként nem mutatták a kúpos bemélyedést. Egy speciális elrendezéssel a tűt felfüggesztő fonalat a kiugró részhez erősítettem, úgy hogy felezőpontja pontosan a háromszög csúcsába esik.

A tt mágnestű 0,8 vonal vastag acéldrótból készült, nem egészen 2 hüvelyk hosszú. Két végét hengeres elefántcsontdarabokba dugtam, amelyek egyikéhez egy hegyesre vágott és kissé lefelé hajlított bronzdrótot erősítettem. Ez a jelzőként szolgáló bronzmutató közel jön egy uu bronzívhez, amely az alapzaton áll és fokokra van osztva. Kezdetben a mágnest olyan hosszúra készítettem, hogy a vége közvetlenül a beosztott skála felett mozgott, de a lassúsága, amelyet a lengések kis száma mutatott, Arago[122] nemrég végzett kísérletére emlékeztetett, és más elrendezést választottam.

Az így elkészített tűt felfüggesztettem egy szétlapított aranydrótból készült 5 hüvelyk hosszú szalaggal, amelyet pontosan a forgástengelyben a torziós mérlegre erősítettem. A fémszalagok meggyőződésem szerint sokkal jobban illenek a torziós mérleggel végzett kísérletekhez, mint a hengeres drótok. A szalag, amit a torziós mérlegemben használtam - a rövidségét nem is említve, amely sok szempontból oly kívánatos - annyira magas fokon elégíti ki a torziós mérleggel végzett vizsgálatok összes követelményét, hogy a tű, miután a szalag több mint 3 teljes fordulat deformációját szenvedte el, elengedve visszatér a régi helyzetébe. Mindazonáltal minden egyes kísérlet után megvizsgáltam a tű nyugalmi helyzetét, azért hogy megbizonyosodjak róla, a készülék nem változott. Továbbá, azt hiszem, meg kell jegyeznem, hogy a hasonló bronztűvel végzett kísérletek meggyőztek, hogy a kis és nagy lengések (2 teljes fordulattól lefelé egészen néhány fokig vizsgáltam őket) pontosan ugyanannyi ideig tartottak, úgyhogy ebben a vonatkozásban sincs mitől tartani.

A torziós mérleg úgy volt felerősítve az alapzat felső lemezére, hogy egy a bc rézcsík szélességében lefelé, a beosztott uu ív és egy egyszerű, az ív előtt merőlegesre állított selyemfonal felezőpontjának irányában húzott egyenes vonal legyen a mágneses meridiánban és egyben a mágneses tű irányában, amikor a mutatója nullát jelzett a skálán. Az alapzat egy k kiálló része tartott egy hüvelyknyi fókusztávolságú l domború lencsét, olyan helyzetbe állítva, hogy megfigyelhető legyen az alsó beosztott skála, és a parallaxis elkerülése végett, a szemet mindig úgy helyeztem el a megfigyelés során, hogy a selyemfonal és a skála felezőpontja egybeessen. A megfigyeléseket a következő módon végeztem: valahányszor a tűt az elektromos áram eltérítette a készülékben, a mérleg forgórészével a szalagot elcsavartam az ellenkező irányban amíg a tű bronzmutatója meg nem állt a selyemfonal mögött a skála felezőpontjánál; akkor a fordulat századrészének pontosságával leolvastam a csavarást a felső skálán, amely szám, mint az jól ismert, megadja a tűre ható erőt.

34. ábra. Ohm fűtő- és hűtőtartálya.

A kísérletben használt vezetők végeit belemerítettem az m, m higanyos csészékbe, amelyek fölött a nagyobb biztonság kedvéért egy egyszerű elrendezés gondoskodott róla, hogy minden vezető vége mindig érintkezésben legyen a higannyal. Ráadásul a vezetők végeit, ha bármi ok volt a higannyal való érintkezéssel kapcsolatos félelemre, gyantával burkoltam, a végeiket pedig finom reszelővel megtisztítottam, és ezt minden alkalommal megismételtem. Végül, hogy beállítsam a megfelelő hőmérséklet-különbséget a készüléknek azon a részein, ahol a bizmut és a réz érintkeznek, készítettem két óntartályt, amelyek keresztmetszetei kinagyítva láthatók az 34. ábrán. Mindegyikük közepén van egy felül nyitott xx térrész az ab, ab részek befogadására, egyébként teljesen zártak. Az A-val jelzettben a vizet állandó forrásban tartjuk; ezen y-nál van egy dugóval lezárható lyuk, amelyen keresztül vizet lehet vezetni a tartályba, a másik oldalon pedig egy zz cső található, amelyen a gőz tud távozni. A B tartályba havat vagy jégtörmeléket teszünk. Az ab, ab részeket bevontam vékony, de sűrűn szövött selyemmel, aztán leeresztettem az xx helyekre, azután ezeket feltöltöttem körülbelül egy hüvelyk magasan söréttel, majd a tetejükig üvegport pakoltam beléjük. Így a bizmut és a réz minden érintkezési pontja ólommal töltött térben volt, amely jól vezette a hőt, az üvegréteg pedig megvédte e területet a környező levegő gyors hőmérséklet-változásaitól.

A készülék ezen alapos leírása után most lássuk a vele végzett kísérleteimet. Készítettem 8 különböző vezetőt, amelyet mostantól az 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 nevekkel különböztetek meg, és amelyek 2, 4, 6, 10, 18, 34, 66 illetve 130 hüvelyk hosszúak és 78 vonal vastagok voltak, egyetlen rézdrótból kivágva és a már korábban leírt módon elkészítve. Miután a víz félóráig forrt, a drótokat egymás után bevezettem a körbe. Két kísérlet között, amelyek 3-4 óráig tartottak, mindig volt egy egyórás szünet, amely alatt már felmelegített friss vizet öntöttem a tartályba, amely hamarosan forrni kezdett, és akkor a vezetőket ismét sorban behelyeztem a körbe, csak fordított sorrendben. Így az I. táblázatban látható eredményeket kaptam (35).

35. ábra. Ohm I. táblázata. Az első oszlopban a kísérlet dátuma, a másodikban a kísérletsorozat száma, a következő oszlopokban pedig az egyes vezetők mért adatai láthatók.

Látszik, hogy az erő érzékelhetően csökken egyik napról a másikra. Hogy ennek okát az érintkező felületek változásában, vagy talán abban a tényben kell keresni, hogy január 8. és 11. nagyon hideg napok voltak, és a jégláda az ablaknál állt egy gyengén fűtött és a hideg ellen rosszul védett szobában, én nem merem eldönteni; azt hiszem, hozzá kell tennem, hogy 15-től nem figyeltem meg ilyen különbségeket.

Külön hangsúlyt kell fektetni arra a tényre, hogy nem lehet fluktuációk nyomát észlelni, mint amikor hidroelektromos telep volt a körben. Amikor a tűt nyugalomba hoztuk, további mozgás nélkül a helyén maradt. Gyakran fél óráig figyeltem miután befejeztem egy kísérletet, anélkül hogy a legkisebb változást észleltem volna a helyzetében. Valóban, amikor a tűt egyensúlyba hoztam az 1-es vezetővel és ugyanabban a helyzetben tartottam az egyik oldalára helyezett ütközővel, és azután amikor helyreállítottam a kört ugyanazzal a vezetővel, amelyet egy időre eltávolítottam a körből, semmit sem mozdult el az ellenkező irányba. Ez igazolja a következtetést, hogy a fluktuációk oka a folyadékban van, amely magától az elektromos áramtól függ, vele együtt nő és csökken. Úgy tűnik, mintha a mozgó elektromosság idézné elő a folyadék bizonyos alkotórészeinek a szétválását, amely pontosan ugyanazoknak a törvényeknek felel meg, mint amit a nyugvó elektromosság hatására megállapítottak; a növekvő erő az alkotórészek növekvő szétválását eredményezi, az erő csökkenése egy részleges újraegyesülést enged, amely teljessé válik, ha az erő eltűnik. Nagyon valószínű, és később alá is fogjuk támasztani ezt a nézetet, hogy a folyadéknak ez az áram általi szétválasztása nemcsak a kör gerjesztő erejében hoz létre változást, hanem a folyadék vezetőképességében is, és a hidroelektromos körben éppen ez a változékonyság teszi benne a vezetési törvényt olyan zavarossá és nehezen feltárhatóvá. Azonnal világosan látszik, hogy amikor megpróbáljuk meghatározni csak a fémek szerepét az elektromos áram vezetésében, a hidroelektromos kör nem felel meg ennek a célnak, mert olyan sok szabálytalanságot okoz; míg a termoelektroos kör tökéletesen alkalmas erre a célra. Most megnézzük, mit is ad.

A már megadott számokat nagyon kielégítően reprezentálja az

X = a b + x

egyenlet, ahol X a mágneses hatás erőssége, amikor az x hosszúságú vezetőt használjuk, a és b pedig állandók, a gerjesztő erőtől és az áramkör többi részének ellenállásától függő mennyiségek. Ha például b-t 2014-nek választjuk, az a pedig a különböző sorozatokban 7285, 6965, 6885, 6800, 6800, akkor számítással a II. táblázatban látható eredményeket kapjuk (36).

36. ábra. Ohm II. táblázata. Az első oszlopban a kísérletsorozat száma, a következőkben pedig az egyes vezetők számított adatai láthatók.

Ha összevetjük ezeket a számítással kapott adatokat az előző kísérleti számokkal, kitűnik, hogy a különbségek nagyon kicsinyek, és abban a nagyságrendben vannak, amit várhatunk az ilyenfajta kutatásoknál. Nem időzöm ennél a pontnál, hanem folytatom a képlet helyességének bizonyításával extrém esetekben, amely módszer a leghasznosabb egy néhány példából levezetett törvény általános alkalmazhatóságának megalapozásához.

Ebből a célból csináltam rendre 2, 4, 8, 16 hüvelyk hosszú a, b, c, d vezetőket a 0,3 vonal vastag rézdrótból, amelyet a hidroelektromos körrel végzett korábbi kutatásaimban használtam; ezek a körben a 11112,6434,37,1924 számokat adták, míg az 1-es vezető a 305-öt. A fenti egyenletből meg lehet határozni, mely hosszúságok felelnek meg ezeknek a számoknak. Ezek: 4034,8434,16312,324, mely számok egységesen mutatják, hogy egy hüvelyknyi bronzdrót megfelel 2012 hüvelyk rézdrótnak. Ez után az előkészítő munka után betettem a körbe egy 23 láb hosszú vezetőt ugyanabból a bronzból, amelyet 5-tel jelöltem ebben a kísérletben, ez 114-et adott. Tényleg majdnem pontosan ezt a számot kapjuk, ha az egyenletben x helyére a 23122012=5658-at írjuk. E példából látjuk, hogy az egyenlet nagyon pontosan illeszkedik a kísérlethez közel az erőnek a vezetők ellenállása miatti kioltásáig.

A továbbiakban a réz-bizmut páros egyik végét jég használatával 0 hőmérsékleten tartottam, míg a másik vége szobahőmérsékleten volt, amelyet egy a készülék közelében lógó hőmérő állandóan 712R-nek mért a megfigyelések alatt. A körbe berakott vezetők az 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 sorrendben a 27,25,2313,20,1512,1034, 612,323,612,1034,1512,20,2313,2514,2734 számokat adták. Ha az egyenletünkbe b=2014-et rakunk és és a-t az a2214=2738 alapján határozzuk meg, akkor számítással olyan számokat kapunk, amelyek egyik esetben sem különböznek jobban a fentiektől, mint egy osztás fele; amiből kitűnik, hogy az egyenlet fennáll a gerjesztő erő bármilyen értékére. Ebből az utolsó vizsgálatból két további fontos dolog nyilvánvaló. Először is ott van az a figyelemre méltó körülmény, hogy a b értéke változatlan marad, miközben az erő több, mint 10-szer kisebb, úgyhogy a csak a gerjesztő erőtől látszik függeni, b pedig csak a kör változatlan részeitől. Másodszor, e kísérletekből - úgy tűnik - következik, hogy a termoelektromos kör ereje pontosan arányos a két vége közötti hőmérséklet-különbséggel.

E kutatás végén nem tudom elkerülni egy megfigyelés említését, amely közvetlenebb módon megerősíti Davy következtetését, hogy a fémek vezetőképessége nő a hőmérséklet csökkentésével. Vettem egy 4 hüvelykes bronz vezetőt és betettem a körbe; 159 osztást adott. Amikor a közepét alkohol lángjával melegítettem, az erő fokozatosan csökkent 20 vagy több osztással, és a hatás ugyanaz volt, ha a lángot a vezető egyik vagy másik vége felé elmozdítottam; ha azonban egy réteg havat tettem rá, akkor az erő megnövekedett 2 osztással. A szoba hőmérséklete 814 Réaumur volt. Ez egy ideillő tény, mert kisebb anomáliákat okozhat.

...

(Forrás: [Ohm], fordította: Szegedi Péter)

5.8 Michael Faraday (1791-1867)

Faraday apja munkát alig találó, szegény kovács volt. A gyermek írni-olvasni-számolni is a vasárnapi iskolában tanult meg, 13 évesen könyvkötő inasnak adták. Itt 7 év alatt számos könyv a kezébe került, sokat el is olvasott. Egyik ügyfele észrevette a fiú érdeklődését a kémiai és fizikai problémák iránt, ezért megajándékozta Davy ismeretterjesztő előadásaira szóló bérlettel. Az ifjú az előadások után bemutatta jegyzeteit az előadónak, akinek ez nyilván imponált, mert állást ígért neki. Az üvegmosásnál azonban többet jelentett Faraday-nek, hogy 1814-15-ben Davy és felesége inasként magukkal vitték egy európai tudományos körútra. Megismerkedett korának számos kiváló tudósával és laboratóriumával. Visszatérve egyre inkább részt vett a kutatásban, majd önállóan is folytatta azt. Döntően a kísérleti vizsgálatok érdekelték, azon belül elsősorban az elektromosság. Mint sokakat, őt is rsted felfedezése vitte erre az útra. Meg volt győződve róla, hogy a mágnesség valamiféle örvénylést jelent, amellyel körmozgást lehet létrehozni. 1821-ben sikerült is körmozgásra bírnia egy higanyban szabadon mozgó vezetőt. Jelentős kémiai felfedezések után elektromos kísérletsorozatairól 1831-től 1854-ig a Royal Societyben és annak Philosophical Transactions c. folyóiratában számolt be, de a cikkek összegyűjtve könyv formájában is megjelentek – ez lett Az elektromosság kísérleti vizsgálata.

Faraday felfedezései egyrészt alapvetően új technológiákat hoztak létre, amelyek gyökeresen megváltoztatták életünket. Másrészt az elvégzett kísérletek és az elméleti eredmények alapjául szolgáltak a Maxwell-féle elektrodinamikának, amely újabb utakat nyitott meg a gyakorlati alkalmazások és az elméleti fizika továbbfejlődése felé.

5.8.1 Az elektromosság kísérleti vizsgálata

Az Experimental Researches in Electricity (1839-55) a fizikatörténet vagy talán az egész tudománytörténet legnagyobb kísérletezőjének háromkötetes munkája, kísérleteinek leírása 3340 pontban.

A könyvekben leírt hatalmas kísérletfolyamról természetesen még vázlatosan sem tudunk beszámolni, csupán kiemelünk néhány fontos momentumot. Az 1. kísérletsorozat (I. kötet) mindjárt a legjelentősebb: az elektromágneses indukció felfedezése. Egy vasgyűrűre két egymástól elszigetelt drótot tekercselve (27. pont) és az egyikben az áramot kapcsolgatva, a másikban is áram keletkezik (az ötletet egyébként a mágnesezhetőségen kívül az akusztikus indukció adta: egy lemezt rezgésbe hozva – az eközben kialakuló vonalak, a Chladni-ábrák teljesen lenyűgözték Faraday-t – a közelben lévő lemez is átveszi a rezgést). Ez volt minden – az elektromosság felhasználása szempontjából alapvető fontosságú – elektromos transzformátor őse. Elsőként ebből a részből fordítottunk le néhány pontot. A 2. kísérletsorozatban egy patkó-mágnes pólusai között forgó lemezzel és tekercsekkel állandó áramot hozott létre, bemutatva az elektromos generátorok első példányát. A szerkezet működését megfordítva – áramot adva a tekercsekre – pedig létrehozta az első elektromotort, hiszen a lemez forgásba jött. Ezzel kapcsolatban később felfedezte az önindukciót is (9. sorozat). Bebizonyította (3. sorozat), hogy a Volta-elemből, az indukcióból illetve a generátorból, a termoelemből stb. származó elektromosság mind ugyanaz. Sok olyan kísérletet végzett (5-7. sorozat), amelyben az áramot folyadékokba vezette, ennek során megállapította az elektrolízis két alaptörvényét, megalapozta az elektrokémiát, amely szintén óriási technikai jelentőségre tett szert a modern vegyiparban. A kísérletek leírásához és értelmezéséhez az angol fizikus számos új elnevezést, fogalmat fogadott el vagy hívott életre. Így ő népszerűsítette az elektród, anód, katód, ion, elektrolit, elektrolízis fogalmakat is (662-665. pontok). Ezeket a definíciókat is idézzük, együtt az elektrolízis alaptörvényével. A 11. sorozat részeként látványos kísérletekkel erősítette meg, hogy a vezetés a testek felületén történik (Faraday-kalitka: az általa épített drótháló egy kb. 4 m-es élű kocka volt, amelybe be is költözött – a kocka belsejében nem tudott elektromosságot kimutatni, bármit is csináltak a hálóval). A mágnesesség kimutatására már eleinte is vasreszeléket használt, az így kialakuló vonalakat mágneses erővonalaknak hívta, és nagy jelentőséget tulajdonított nekik (több helyen, részletesen a III. kötetben). Mögéjük egy közvetítő közeget (mezőt vagy teret) képzelt, amely nemcsak az elektromosságért és a mágnesességért, hanem a fény terjedéséért is felelős. Ørstedhez hasonlóan Faraday-t is erősen befolyásolta Schelling természetfilozófiája, ez motiválta a fénypolarizáció (III. kötet) és a mágnesség különböző fajtáinak (para- és diamágnesség, III. kötet) felismerését, amelyhez igen erős mágneseket használt. A három kötetben további számos érdekes kísérlet és gondolat található, amelyekre nem tudunk kitérni.

5.8.1.1 Az indukcióról

AZ ELEKTROMOSSÁG KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA ELSŐ SOROZAT

§ 1. Az elektromos áramok indukciójáról. § 2. Az elektromosság kifejlődéséről a mágnesességből. § 3. Az anyag új elektromos állapotáról. § 4. Arago mágneses jelenségeiről. (Felolvasva 1831. november 24-én)[123]

1. Az erőre, amellyel a feszültségi elektromosság[124] ellentétes elektromos állapotot hoz létre a környezetében, az indukció általános kifejezést alkalmazzák; amely - minthogy elfogadott a tudományos nyelvben - helyesen használható ugyanebben az általános értelemben az elektromos áramok erejére is, amely képes lehet előidézni (indukálni) a közvetlen szomszédságában az egyébként semleges anyagnak valamilyen sajátos állapotát. E tanulmányban ebben az értelemben szándékozom használni.

2. Az elektromos áramok indukciójának bizonyos hatásait már felismerték és leírták: mint a mágnesezést; Ampere kísérletét, amelyben egy rézkorongot egy lapos spirálhoz közelített; ugyancsak ő elektromágnessel megismételte Arago rendkívüli kísérleteit[125]; és talán még néhány mást is. Mégis valószínűtlennek tűnt, hogy ez minden hatás, amit az áramok okozta indukció produkálni tud; különösen hogy a vastól eltekintve majdnem mindegyik eltűnik, mialatt végtelen sok test a feszültségi elektromosság indukciójának határozott jeleit mutatja, és a mozgó elektromosság indukciójának hatása alatt marad.

3. Továbbá: akár Ampere szép elméletét fogadtuk el, akár bármi mást, vagy bármilyen gondolatunk is volt, mindenképpen nagyon furcsának tűnt, hogy ahogy minden elektromos áramhoz társult az áramra merőlegesen egy megfelelő erősségű mágneses hatás, a jó elektromos vezetőkben, amikor ennek hatókörébe helyezték, nem indukálódott semmilyen áram, vagy legalább valami érzékelhető hatás, amely ekvivalens egy ilyen árammal.

4. Ezek a megfontolások, a következményeikkel, és a remény az elektromosság kinyerésére a mágnesességből, ezek ösztönöztek különböző időpontokban az elektromos áramok induktív hatásának kísérleti vizsgálatára. Nemrég pozitív eredményekre jutottam; és nem csupán reményeim teljesültek, de egy olyan kulcsra tettem szert, amely szerintem megnyitja a teljes magyarázatot az Arago-féle mágneses jelenségekhez, valamint felfedeztem egy új állapotot, amelynek talán nagy hatása lesz az elektromos áramok legfontosabb tulajdonságainak némelyikére.

...

§ 1. Az elektromos áramok indukciója

...

10. Kétszázhárom láb rézdrótot tekertem fel egyetlen darabban egy nagy fatuskóra; másik kétszázhárom láb hasonló drótot az első tekercs menetei közé spiráloztam, a fémkontaktust mindenhol egy zsinór akadályozta meg. Az egyik spirálist összekötöttem egy galvanométerrel, a másikat pedig egy száz darab (dupla rézlemezes[126]) négy négyzethüvelykes lemezpárból álló teleppel, amely jól fel volt töltve. Amikor az érintkezést létrehoztam, egy hirtelen és nagyon gyenge hatás mutatkozott a galvanométeren, és hasonlóan gyenge hatás jelentkezett az elemmel való kapcsolat megszakításakor. Amikor azonban az áram folyamatosan haladt át az első spirálon, nem volt jelenség a galvanométeren, és semmilyen indukciós hatás nem volt érzékelhető a másik spirálon, bár a telep hatóereje nagynak bizonyult, ugyanis az egész saját spirálját melegítette, és amikor kisülést hoztam létre, az is fényes volt.

11. Nem adott más eredményt a kísérlet százhúsz lemezpáros teleppel való megismétlése sem; azonban bebizonyosodott, hogy most és előzőleg is, a tű enyhe elhajlása a kapcsolat létrehozásának pillanatában mindig egy irányban történik, az ugyanilyen enyhe elhajlás a kapcsolat megszakításakor pedig ellenkező irányú; ugyanez történt az első spirálok használatakor is (6., 8. pont).

12. A mágnesekkel kapcsolatos eddigi eredményeim alapján azt hiszem, hogy a telep árama a drótban valóban hasonló áramot indukált a másik drótban, de az csak egy pillanatig tartott, és inkább egy szokásos leydeni palack lökéséből eredő elektromos hullám áthaladásának természetével bírt, nem pedig egy Volta-féle telepből származó áraméval, ezért képes volt egy acéltű mágnesezésére, azonban alig hatott a galvanométerre.

13. Ez a várakozás beigazolódott, mert a galvanométer helyére egy üvegcső köré tekert kis üres spirált téve, egy acéltűt belehelyezve, a korábbihoz hasonlóan érintkezést létrehozva a telep és az indukáló drót között (7., 10. pont), azután pedig az elem érintkezésének megszakítása előtt a tűt elvéve, azt mágnesezettnek találtam.

...

26. Így nyilvánvaló, hogy az elektromos áram a feszültségi elektromossághoz valamennyire hasonlóan mutatja az indukció jelenségeit, bár - ahogy látni fogjuk - a kettő között sok különbség van. Az eredmény más - az indukáló árammal párhuzamos, vagy párhuzamosságra törekvő - áramok termelése (amelyek azonban csak pillanatnyiak). A jelző spirálban formált (13., 14. pont) pólusokkal és a galvanométer-tű elhajlásaival (11. pont) kapcsolatban minden esetben azt találtam, hogy az indukáló áram első hatására keletkezett indukált áram az előbbivel ellentétes irányú, ha azonban az áramot az indukáló áram megszűnése idézte elő, akkor ugyanolyan irányú volt (19. pont). A körülírás elkerülése érdekében javaslom, hogy a Volta-telepből származó áramnak ezt a hatását nevezzük volta-elektromos indukciónak. Az indukció által létrehozott első áram után - miközben a telepből állandóan folyik az áram az indukáló szomszédban (10., 18. pont) - a második drót tulajdonságai egy sajátos elektromos állapotot alkotnak, amelynek vizsgálatát később folytatjuk (60. pont). Mindezeket az eredményeket egy egyetlen lemezpárból álló Volta-készülékkel értük el.

§ 2. Az elektromosság kifejlődése a mágnesességből

27. Egy kerek lágyvas-rúdból gyűrűt hegesztettem, a fém vastagsága hétnyolcad hüvelyk volt, a gyűrű külső átmérője hat hüvelykesre sikerült. E gyűrű egyik részére három spirált tekertem, mindegyik körülbelül huszonnégy láb hosszú egyhuszad hüvelyk vastag rézdrótból állt; elszigeteltem őket a vastól és egymástól, és egymásra tettem őket a korábban leírt módon (6. pont) - körülbelül kilenc hüvelyket foglaltak el a gyűrűből. Külön-külön vagy egyesítve is lehetett őket használni; a csoportot A-val jelölöm (37. ábra). A gyűrű másik részére ugyanolyan módon körülbelül hatvan láb hasonló drótot tettem két darabban, ezek alkotják a B spirált, amelyek ugyanolyan irányultságúak, mint az A spirálok, de azoktól mindkét végén körülbelül fél hüvelyk csupasz vas választja el.

37. ábra. Faraday 1. ábrája az indukciós gyűrűről.

28. A B spirált összekötöttem a gyűrűtől három lábnyira lévő galvanométerrel. Az A spirálokat úgy kötöttem össze, hogy egyetlen közös spirált alkossanak, amelynek a végeit egy tíz - négy négyzethüvelykes - lemezpárból álló telephez kötöttem. A galvanométer azonnal jelzett, mégpedig messze nagyobb mértékben, mint amikor a tízszeres erejű telepet használtam a vas nélküli spirálokkal (10. pont); minthogy azonban az érintkezés folytatódott, a hatás nem volt állandó, ugyanis a tű hamar nyugalomba került a természetes helyzetében, mintha teljesen érzéketlen lenne az ott lévő elektromágneses berendezésre. A teleppel való érintkezés megszakítására a tű ismét erőteljesen kilengett, de most az ellenkező irányban, mint az első alkalommal.

29. A készüléket úgy átrendezve, hogy a B használaton kívül legyen, a galvanométert A három drótja közül (27. pont) az egyikre kötöttem, a másik kettőből kialakított spirálon keresztülengedtem az edényből (28. pont) jövő áramot, és hasonló de még erősebb hatást kaptam.

30. Amikor a telepet az egyik oldallal kötöttem be, a galvanométer-tű az egyik irányba hajlott; ha a másik oldallal, akkor a másikba. A telep érintkezésének megszakításánál az elhajlás mindig a fordítottja volt, mint amikor összekötöttem. A telep érintésekor az elhajlás mindig a telepből jövővel ellentétes irányú indukált áramot jelzett; az érintkezés megszakításakor azonban az elhajlás a telepével azonos irányú indukált áramot jelzett. A B oldalon vagy a galvanométer-kör bármelyik részén az érintkezés létrehozása vagy megszakítása semmilyen hatást nem gyakorolt a galvanométerre. A telep áramának fenntartása a galvanométer-tűt nem lengette ki. Minthogy a fenti eredmények közösek ebben az összes kísérletben, valamint a közönséges mágnessel végzett hasonlóakban, amelyeket majd később részletezek, nincs szükség arra, hogy ismételten különösebben leírjam őket.

...

34. Azután egy másik elrendezést alkalmaztam a Volta-elektromos indukcióval (6-26. pont) kapcsolatos korábbi kísérletek összekapcsolására a mostanival. A spirálok már leírt kombinációjához (6. pont) hasonlót készítettem egy üres kartonhengerre; nyolc darab összesen 220 láb hosszú rézdrót volt rajta; négyet közülük összekötöttem egymással és azután a galvanométerrel (7. pont); a többi közbeeső négyet szintén összekötöttem, és egy száz párból álló telepet kisütöttem rajtuk keresztül. Ebben a formában a galvanométeren alig érzékelhető volt a hatás (11. pont), bár mágneseket lehetett csinálni az indukált árammal (13. pont). Amikor azonban egy hétnyolcad hüvelyk vastag, tizenkét hüvelyk hosszú lágyvas hengert tettem a spirálokkal körülvett kartoncsőbe, akkor az indukált áram erős hatással volt a galvanométerre, mindazokkal a jelenségekkel, amelyeket az imént leírtam (30. pont). Rendelkezett a mágnesező erővel is, láthatólag nagyobb energiával, mint amikor nem volt ott a vashenger.

35. Amikor a vashengert helyettesítettem egy ugyanolyan rézhengerrel, nem volt más hatás, mint amit a spirálok egyedül is keltettek. A vashengeres berendezés nem volt olyan erős, mint a korábban leírt gyűrűs eszköz (27. pont).

38. ábra. Faraday 2. ábrája.

36. Azután hasonló hatásokat értem el közönséges mágnesekkel: így az éppen leírt (34. pont) üres spirál összes elemi spirálját két öt-öt láb hosszú rézdróttal összekötöttem a galvanométerrel; a lágyvas hengert a tengelyébe dugtam; egy pár huszonnégy hüvelyk hosszú rúdmágnest az egyik végüknél - ellenkező pólusokkal - összeérintettem, úgyhogy egy patkómágnesre emlékeztettek, és azután a másik pólusaik közé (úgy, hogy érintkezzenek) tettem a vasrudat, amely ezáltal egy időre mágnessé vált (38. ábra): a mágneses érintkezések megszakításával vagy visszaállításával a vashenger mágnesessége tetszés szerint törölhető vagy visszaállítható volt.

5.8.1.2 Az elektrolízis törvényeiről

HETEDIK SOROZAT

Bevezetés

661. Az elmélet, amelyet az elektro-kémiai felbomlással kapcsolatos tények igaz kifejezésének hiszek, és amelyet ezért e könyv korábbi sorozataiban részleteztem, annyira eltér a korábban előterjesztettekhez képest, hogy igen nagy nehézségeket okozott az eredmények - azt hiszem - helyes kifejtése, amíg azokra a kifejezésekre szorítkoztam, amelyek ma általánosak egy bizonyos elfogadott jelentéssel. Ilyen a pólus kifejezés az elé tett pozitívval vagy negatívval, és a hozzákapcsolt vonzás és taszítás fogalmak. Az általános kifejezésmód az, hogy a pozitív pólus vonzza az oxigént, a savakat stb., vagy óvatosabban, hogy meghatározza a felületén történő kifejlődésüket; és hogy a negatív pólus ugyanilyen módon hat a hidrogénre, az éghető anyagokra, a fémekre és a bázisokra. Szerintem a meghatározó erő nem a pólusoknál található, hanem a felbomlás alatt álló testen belül; és az oxigén, a savak a test negatív végén jelennek meg, míg a hidrogén, a fémek stb. a pozitív végén fejlődnek ki (518., 524. pont).

662. Hogy tehát elkerüljük a zavart és szószaporítást, és a kifejezés nagyobb pontossága kedvéért, mint amit egyébként kaphatnék, tudatosan áttekintettem a tárgykört két baráttal, és a segítségükkel, velük egyetértésben célul tűzöm ki, hogy mostantól bizonyos más kifejezéseket használok, amelyeket most definiálni fogok. A pólusok, ahogy általában nevezik őket, csak kapuk vagy utak, amelyeken keresztül az áram be- és kilép a szétbomló testekbe (556. pont); és ezek természetesen - amikor érintkezésben vannak azzal a testtel - kiterjedésének határai az áram irányában. A kifejezést általában a szétbomló anyaggal érintkező fémfelületre alkalmazzák; hogy azonban a tudósok általában alkalmaznák-e a levegő (465., 471. pont) és a víz (493. pont) felületére is, ahol sikerült elektro-kémiai bomlást előidéznem, az már kétséges. A pólus kifejezés helyett javaslom az elektróda[127] használatát, és ezen azt az anyagot, vagy inkább felületet értem - akár levegő, víz, fém vagy bármely más test -, amely a szétbomló anyag kiterjedését határolja az elektromos áram irányában.

663. A felületek, ahol a szokásos kifejezésmód szerint az elektromos áram belép és elhagyja a szétbomló testet, a hatás legfontosabb helyei, és meg kell különböztetni őket a pólusoktól, amelyekkel legtöbbször, és az elektródáktól, amelyekkel mindig érintkeznek. Az elektromos irány természetes sztenderdjét keresve, amelyhez ezeket viszonyíthatnám, kifejezve a különbségüket, és ugyanakkor minden elmélettől mentesen, azt gondoltam, hogy ez a Földben lehet megtalálni. Ha a földmágnesesség az őt körüljáró elektromos áramoknak köszönhető, akkor az utóbbi állandó irányú, ami - a jelenlegi szóhasználat szerint - keletről nyugatra mutat, vagy az emlékezet segítésére: amely irányban a Nap mozogni látszik. Ha az elektromos bontás bármelyik esetében úgy helyezzük el a szétbomló testet, hogy a rajta keresztülmenő áram ugyanolyan irányú és párhuzamos legyen a Földben feltételezettel, akkor a felületek, amelyeken keresztül az elektromosság be- és kimegy az anyagból egy változatlan referenciát adnak, és folyamatosan az áramoknak ugyanazt a viszonyát mutatják. Ennek alapján a keleti irányút anódnak[128], a nyugatit katódnak[129] szándékozunk nevezni; és bármilyen változások is lesznek nézeteinkben az elektromosságot és az elektromos hatást illetően, minthogy bármilyen szétbomló anyaggal - amelyre ezek a kifejezések bármikor alkalmazhatóak - ugyanolyan mértékben és ugyanabban az irányban kell érinteniük a hivatkozott természetes sztenderdet, ezért nem látszik ok azt várni, hogy zavarhoz vezetnek, vagy bármilyen módon támogatnának hamis nézeteket. Az anód tehát az a felület, ahol az elektromos áram - a mostani kifejezésünk szerint - belép: ez a szétbomló anyag negatív vége; ahol az oxigén, a klór, a savak fejlődnek; ez a pozitív elektródával ellentétes. A katód az a felület, ahol az áram elhagyja a szétbomló testet; ez a pozitív vége; az éghető testek, fémek, alkáliák és bázisok fejlődnek itt, és ez érintkezik a negatív elektródával.

664. Lesz alkalmam e könyvben osztályozni is az anyagokat bizonyos az elektromos hatásaikból levezetett viszonyaik szerint (822. pont); és kifejezni ezeket a viszonyokat, anélkül, hogy ugyanakkor a szóhasználatba bármilyen hipotetikus nézetet bevonnék, így a következő neveket és szakkifejezéseket szándékszom használni. Sok testet az elektromos áram közvetlenül felbont, elemeit felszabadítja: ezeket javaslom, hogy hívjuk elektroliteknek[130]. A víz így egy elektrolit. A testek, amelyek - mint a salétromsav vagy a kénsav - másodlagos módon (732., 737. pont) bomlanak szét, nem tartoznak e szakkifejezés alá. Azután az elektro-kémiailag szétbontottra gyakran fogom használni az elektrolizált kifejezést, amit ugyanolyan módon kaptam, és azt jelenti, hogy a szóban forgó testet az elektromosság hatása alatt felbontottuk alkotórészeire, értelmében és hangzásában analóg az analizállal, amelyet hasonló módon kaptunk. Az elektrolitikus kifejezés azonnal érthető: a sósav elektrolitikus, a bórsav nem.

665. Végül kell egy szó azokra a testekre, amelyek az elektródok - vagy ahogy általában nevezik, a pólusok - felé mozognak. Az anyagokról gyakran mondják, hogy elektronegatívak vagy elektropozitívak, attól függően, hogy a feltételezett közvetlen vonzás hatására a pozitív vagy a negatív pólus felé mozognak. Ezek a szavak azonban sokkal kifejezőbbek annál, mint amire én használni szeretném őket; ezért bár talán a jelentések megfelelőek, mégis csak hipotetikusak, és elképzelhető, hogy helytelenek; akkor pedig egy alig-alig érzékelhető, de mégis veszélyes - mert állandó - befolyás révén nagy kárt okoznak a tudománynak azzal, hogy korlátozzák elkötelezett követőinek nézeteit. Javaslom, hogy az ilyen testeket különböztessük meg azzal, hogy a szétbomló test anódja felé tartókat nevezzük anionoknak[131], a katód felé mozgókat pedig kationoknak[132]; és amikor alkalmam van ezekről együtt beszélni, akkor ionoknak fogom hívni őket. Így az ólom-klorid egy elektrolit, és amikor elektrolizáljuk, akkor két iont fejleszt, a klórt és az ólmot, az előbbi egy anion, az utóbbi pedig egy kation.

...

Egy új árammérőről

...

732. Az előző vizsgálódást elegendőnek tekintem annak a rendkívüli és fontos elvnek a bizonyítására, miszerint a VÍZre vonatkozóan, elektromos áram hatására a szétbontott mennyisége pontosan arányos az áthaladt elektromosság mennyiségével, függetlenül a feltételek és körülmények ezer változatától amelyek között végbement; továbbá ha kivédjük bizonyos másodlagos hatások (742. és köv. pontok) beavatkozását, a gáz feloldódását és rekombinálódását és a levegőfejlődést, akkor a szétbomlás termékeit olyan pontosan össze lehet gyűjteni, hogy egy nagyon kitűnő és értékes elektromosság-mérőt nyerünk a fejlődésük révén.

...

(Forrás: [Farad], fordította: Szegedi Péter)

5.9 Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)

A balti német tudós[133] Dorpatban[134] született az akkori Oroszországban. Tanulmányait az egyetemig bezárólag szülővárosában végezte. Hosszú expedíciókban vett részt, majd a Szentpétervári Egyetemen lett a fizika professzora, később dékán, végül haláláig az egyetem rektora. Faraday nyomában járva 1831-től foglalkozott elektromágnesességgel. A róla elnevezett törvényt 1833-ban fogalmazta meg. Vizsgálta ezenkívül az anyagok elektromos vezetőképességét, a hő hatását az elektromos tulajdonságokra. Eközben 1842-ben Joule-tól függetlenül felfedezte az áram és az általa termelt hő mennyiségi összefüggését.

5.9.1 Az elektrodinamikus indukció által kiváltott galvánáram irányának meghatározásáról

A róla elnevezett törvényt Lenz először egy előadáson tárta a nyilvánosság elé, amelyet a Szentpétervári Tudományos Akadémián tartott. Valamivel később írásban is megjelentette "Ueber die Bestimmung der Richtung der durch elektrodynamische Vertheilung erregten galvanischen Ströme" címmel, mi ennek a cikknek az elejét fordítottuk le. A cikk maradék részében szereplő további példákat már nem idézzük.

5.9.1.1 A Lenz-törvény

Az elektrodinamikus indukció által kiváltott galvánáram irányának meghatározásáról

E. Lenz

(Felolvasva a Szentpétervári Tudományos Akadémián 1833. november 29-én.)

Faraday "Az elektromosság kísérleti vizsgálata" c. könyvében, amely tartalmazza az úgynevezett elektrodinamikus indukció felfedezését, az ezáltal kiváltott galvánáram irányát a következőképpen határozza meg: 1) egy galvánáram egy párhuzamos drótban, amely közeledik hozzá, egy a sajátjával ellentétes irányú áramot indukál, viszont egy tőle távolodó drótban a saját irányával azonosat; és 2) egy mágnes áramot kelt a szomszédságában mozgó vezetőben, amely attól függ, hogy a vezető mozgása során milyen irányban metszi a mágneses görbéket (Poggendorf Annalenje, 1832. No. 5. § 114 és 116, Faraday munkája). Számításon kívül hagyva a tényt, hogy két teljesen különböző szabály vonatkozik egy és ugyanazon jelenségre (mivel Ampere gyönyörű elmélete szerint a mágnest galvanikus köráramok rendszerének tekinthetjük), a szabály nem kielégítő, amennyiben sok esetre nem vonatkozik, például amikor az áram mentén egy merőlegesen elhelyezett vezető mozog; és végül szerintem a második állításban nincs meg a kívánatos egyszerűség ahhoz, hogy könnyen alkalmazható legyen speciális esetekre, és azt hiszem, e figyelemre méltó beszámoló más olvasói egyetértenek velem ebben, ha felidézik a § 116-ot, ahol Faraday egy késpenge mágnes menti mozgásával próbálja világossá tenni a fenti szabályt; igen, maga Faraday hívja fel a figyelmet az áram irányára vonatkozó világos állítás megfogalmazásának nehézségére.

Nobili[135] (beszámolójában: Poggendorf Annalenjében, 1833, No. 3) Faraday első törvényéből indul ki, hogy amikor egy vezetőt közelítünk egy vele párhuzamos galvánáramhoz, akkor egy ellenkező irányú áram keletkezik, és amikor távolítjuk, akkor egy ugyanolyan irányú áram, és egyedül ebből igyekszik megmagyarázni az összes jelenséget és áramirányt, amelyet az elektrodinamikus indukció létrehoz. Azt kell mondanom, hogy ez a munka, amely más szempontokból oly méltó az elismerésre, sok pontban nem adja meg számomra a bizonyosság olyan fokát, amelyet elvárunk egy fizikai beszámolóban, különösen azoknak az áramoknak a magyarázatánál, amelyek egy galvánáramra merőlegesen elhelyezett vezetőben keletkeznek, ha annak mentén mozgatjuk. Faradaynek bizonyosan igaza van, hogy általánosságban bírálja az olasz fizikusok elméletét abban az esetben, amikor egy mágnest forgatunk a saját tengelye körül, és a drót megfelelő elrendezésével galvánáramot lehet indukálni, bár ekkor az áramok sem nem közelednek, sem nem távolodnak a mágnesektől, hanem ellenkezőleg, a berendezés minden része megtartja a kölcsönös távolságokat.

Amikor Faraday beszámolóját olvastam, számomra úgy tűnt, hogy az elektrodinamikus indukció összes kísérletét könnyen vissza lehet vezetni az elektrodinamikus mozgás törvényeire, úgy hogy ha feltesszük, hogy ezek ismertek, a többi ennek következtében meghatározható, és mivel képes voltam sok kísérlettel megerősíteni e nézetet, a következőkben bemutatom, és részben jól ismert, részben néhány általam e célból elvégzett megfigyeléssel bebizonyítom azt.

A törvény, amely szerint a magnetoelektromos jelenségek visszavezethetők az elektromágneses jelenségekre, a következő:

Ha egy fém vezető mozog egy galvánáram vagy egy mágnes szomszédságában, akkor galvánáram keletkezik benne, amelynek olyan iránya lesz, hogy a drótban - ha nyugalomban lenne - olyan mozgást idéz elő, amely pontosan ellentétes azzal, amit a drót kapott, feltéve, hogy a nyugalomban lévő drót csak a mozgás irányában vagy azzal ellentétesen képes mozogni.

Ezért az elektrodinamikus indukció által a mozgó drótban gerjesztett áram irányának megmutatásához fontoljuk meg, hogy az elektromágneses törvények szerint milyen irányúnak kell lennie az áramnak, ha neki kéne a mozgást előidéznie; a drótban lévő áram ezzel ellenkező irányú lesz. Példaként megszemlélhetjük Faraday jól ismert forgatási kísérletét, amelyben egy függőlegesen lógó mozgatható vezetőben galvánáram folyik fentről lefelé, és ennek következtében köröz egy közvetlenül alátett mágnes északi pólusa körül északról keleten át dél felé; nos, ha nem engedjük az áramot keresztülmenni a vezetőn, hanem mechanikai eszközökkel mozgatjuk az imént leírt módon, akkor törvényünk szerint egy áram indukálódik benne, amely - lévén ellenkező irányú az előzővel - lentről felfelé halad át a vezetőn, és kimutatható benne, ha az alsó és a felső végét egy galvanométerrel kötjük össze.

...

(Forrás: [Lenz], fordította: Szegedi Péter)

5.10 James Clerk Maxwell

A skót fizikus életét röviden már korábban ismertettük (4.8).

5.10.1 Az elektromágneses mező dinamikai elmélete

Az "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" Maxwell háromrészes cikksorozatának harmadik darabja. Ezekben, de már korábbi cikkeiben is igyekezett összeszedni, kibővíteni és matematikailag megfogalmazni minden elődjének – de különösen Ampere-nek és Faraday-nek – az elektromosság és mágnesesség területén elért eredményeit. Ebben az utolsó cikkben a matematikai megfogalmazás végül 20 differenciálegyenlet segítségével történt, majd nem sokkal Maxwell halála után sikerült 4-ben (és ennek megfelelően két-két elektromos és mágneses térjellemzőre) összefoglalni. Ugyanebben a cikkben vált számára világossá, hogy a fény az elektromágneses jelenségek közé sorolandó. A skót fizikus elektrodinamikája a közelhatás feltételezésén alapul és a végül rendkívül absztrakt formát öltő elmélet szemléletesebb modellek alapján jött létre. Ilyen volt Joseph Fourier (1768-1830) hővezetési modellje és természetesen Faraday erővonalai, de ezen túlmenően Maxwell a sorozat második cikkében fogaskerekeket is használt az elektromos és mágneses terek kölcsönös egymásba fonódásának modellezésére. A mechanikai analógiák használata azonban végül kivezetett a mechanikából és egy vadonatúj elmélet létrehozását tette lehetővé, amely nem-mechanikai – térelméleti – fogalmakkal is tudott volna dolgozni. Maxwell azonban – a távolhatás kizárása érdekében – az utolsó stádiumban is megtartott egy mechanikai közeget az elektrodinamikai jelenségek szemléltetéséhez, ez pedig az éter. Az éter feltételezése általános volt a fényelméletekben, de sokaknál hiányzott az elektromágnesesség tárgyalásánál, mert ott távolhatásokra gondoltak. Minthogy azonban a skót tudós eltörölte a különbséget a két elméletkör között, lehetővé vált az éter általános alkalmazása.

A három cikk tartalma végül helyet kap Maxwell második nagy összefoglaló művében (az elsőt lásd 4.8.2) az A Treatise on Electricity and Magnetism (Értekezés az elektromosságról és a mágnesességről, 1873) c. kétkötetes - korának teljes elektrodinamikai tudását átfogó és szintetizáló - művében, melyben megadja az elmélethez szükséges összes korszerű matematikai eszközt, de még a történeti hátteret és a lehetséges alkalmazásokat is. Ezáltal az elektrodinamika Maxwell kezében egy új, zárt, az adott jelenségkör minden részére kiterjedő tudományággá vált. Ilyen vonatkozásban az elmélet és maga az alkotói tevékenység, amely létrehozta, egyedül Newton mechanikájához és alkotóképességéhez hasonlítható. Sikeressége is csak azzal vethető össze. Hogy csak egyetlen – bár talán a legjelentősebb – példát említsünk: Hertz hamarosan kimutatta, hogy valóban léteznek az elmélet által megjósolt, a fénytől eltérő frekvenciával rendelkező sugárzások, a rádióhullámok, ami alapvető változásokat idéz elő mondjuk a hírközlésben. Még a Maxwell-féle elektrodinamika problémái is – amelyek nem érintik az elméletnek a klasszikus területen való univerzális felhasználhatóságát – óriási jelentőségűek: az éter-probléma (vagy helyesebben talán az elmélet belső szimmetriája) hívja életre a relativitáselméletet; egyes sugárzási jelenségek magyarázatának hiánya pedig a kvantummechanikát.

A harmadik cikk - amely 1864 végén jelent meg, miután Maxwell előtte felolvasta a Royal Society-ben - bevezetőjéből idézünk egy részletet, amelyben a szerző előrevetíti eredményeit, rögzíti, hogy az éternek többféle mozgási lehetőséggel kell rendelkeznie (ebből lesznek később a térerővektorok), és hogy ugyanarról a közegről van szó, amelyben a fény is terjed.

5.10.1.1 Az elektromágneses tér dinamikai elméletéről

Az elektromágneses mező dinamikai elmélete

J. Clerk Maxwell

Beérkezett 1864. október 27-én felolvasva december 8-án.

I. RÉSZ BEVEZETÉS

...

(3) Az elmélet, amelyet előterjesztek, ezért az elektromágneses mező[136] elméletének nevezhető, mert az elektromos vagy mágneses testek szomszédságában lévő térrel kapcsolatos, továbbá dinamikai elméletnek lehet hívni, mert feltételezi, hogy abban a térben mozgó anyag van, amely előidézi a megfigyelt elektromágneses jelenségeket.

(4) Az elektromágneses mező a térnek az a része, amely az elektromos és mágneses állapotú testeket tartalmazza és körülveszi.

Kitöltheti bármilyen fajta anyag, vagy törekedhetünk a sűrű anyag[137] kiürítésére belőle, mint a GEISSLER csövekben[138] vagy más úgynevezett vákuumokban.

Azonban mindig marad elegendő anyag a fény és hő hullámzásának befogadására vagy továbbítására, és ez az amiért ezeknek a sugárzásoknak az átvitele nem nagyon változik, amikor a mérhető sűrűségű átlátszó testeket úgynevezett vákuummal helyettesítjük, úgyhogy kénytelenek vagyunk elfogadni, hogy ezek egy éteri anyag hullámzásai, nem pedig a sűrű anyagé, amelynek jelenléte csupán valahogy módosítja az éter mozgását.

Ezért - a fény- és hőjelenségekből - okunk van azt hinni, hogy van egy éteri közeg, amely kitölti a teret és áthatol a testeken, képes mozogni és ezt a mozgást az egyik részről a másikra átadni, valamint közölni ezt a mozgást a sűrű anyaggal, például melegíteni és különböző módokon hatni rá.

(5) Nos, a melegítés során a testtel közölt energiának korábban léteznie kellett a mozgó közegben, mert a hullámzásoknak valamennyi idővel előbb el kellett hagyniuk a hőforrást, mint hogy elérték a testet, és ez alatt az idő alatt az energiának félig a közeg mozgásának formájában, félig az elasztikus rugalmasság formájában kellett lennie. E megfontolások alapján W. THOMSON professzor úgy érvelt, hogy a közegnek a sűrű anyaggal összehasonlítható sűrűségűnek kell lennie, sőt, megjelölte egy alsó korlátját ennek a sűrűségnek.

(6) Ezért elfogadhatjuk - mint egy a tárgyalandótól független tudományágból levezetett adatot - egy mindent betöltő közeg létezését, kis, de valódi sűrűséggel, a mozgás és a mozgás egyik részről a másikra való nagy, de nem végtelen sebességű átadásának képességével.

Így e közeg részeinek úgy kell kapcsolódniuk, hogy az egyik rész mozgása valamilyen módon függ a többi mozgásától; és ugyanakkor ezeknek a kapcsolatoknak képeseknek kell lenniük egy bizonyos fajta rugalmas hajlékonyságra, minthogy a mozgás közlése nem azonnali, hanem időt vesz igénybe.

A közeg tehát képes befogadni és tárolni kétfajta energiát, nevezetesen a "valóságos" energiát, amelyik a részeinek a mozgásától függ, és a "lehetséges" energiát, amely az a munka, amit a közeg elvégez, amikor rugalmasságánál fogva visszatér az elmozdulásból.

A hullámzások terjedése nem más, mint az energia egyik formájából a másikba való folytonos váltakozó átmenete, és az energia mennyisége az egész közegben bármely pillanatban egyenlően oszlik meg, tehát a fele mozgási energia, fele elasztikus rugalmasság.

(7) Egy ilyen felépítésű közeg képes lehet a fény- és hőjelenségeket előidézőktől eltérő típusú mozgásra és elmozdulásra, és ezek közül lehetnek olyanok is, amelyek által létrehozott jelenségek elárulják magukat az érzékeink számára.

(8) Most tudjuk, hogy a fényhordozó közeg bizonyos esetekben a mágnesesség révén hat; ugyanis FARADAY felfedezte, hogy amikor egy síkban polarizált sugár a szomszédságban lévő mágnesek vagy áramok által létrehozott mágneses erővonalak irányában halad át egy átlátszó diamágneses közegen, a polarizáció síkja elfordul.

A forgás mindig abban az irányban történik, amelyben a pozitív elektromosságnak körbe kell mennie a diamágneses test körül, hogy a mező tényleges mágnesezettségét létrehozza.

VERDET[139] úr azóta felfedezte, hogy ha egy paramágneses testtel - mint a vasperklorid oldata éterben - helyettesítjük a diamágneses testet, akkor a forgás ellenkező irányú.

Nos, W. THOMSON professzor kimutatta, hogy egy csakis fényrezgésekre képes közeg részei között ható erőknek nincs olyan eloszlása, amely kielégítően magyarázná a jelenségeket, hanem a fényt alkotó rezgőmozgás mellett meg kell engednünk egy a mágnesezettségtől függő mozgást is a közegben.

Igaz, hogy a polarizáció síkjának mágnesesség miatti elfordulását csak számottevő sűrűségű közegben figyelték meg, de a mágneses mező tulajdonságai nem nagyon változtak meg, ha az egyik közeget lecserélték egy másikra, vagy akár vákuumra, ami azt engedi feltételezni, hogy a sűrű közeg semmi többet nem csinál, mint csupán módosítja az éter mozgását. Ezért megbízható alapunk van a kutatásra, hogy vajon nem lehet-e az éteri közegnek egy olyan mozgása, ami a mágneses hatások esetében figyelhető meg, és van rá okunk feltételezni, hogy ez a mozgás egyfajta forgás, amelynek tengelye a mágneses erő tengelye.

(9) Nézzünk egy másik, az elektormágneses mezőben megfigyelt jelenséget. Amikor egy test keresztezi a mágneses erővonalakat, elektromotoros erőt tapasztal: a test két vége ellentétesen töltődik fel elektromossággal, és elektromos áram folyik át a testen. Ha az elektromotoros erő elég erős, és bizonyos vegyületekre hat, akkor szétbontja azokat, és az egyik komponenst a test egyik vége felé hajtja, a másikat az ellenkező irányba.

Itt bizonyítékunk van egy elektromos áramot okozó erőre, dacára az ellenállásnak; egy test végeit ellenkező módon feltölteni elektromossággal, ez egy olyan állapot, amelyet csak az elektromotoros erő tart fenn, és amely - amint az erőt eltávolítjuk - egyenlő és ellenkező erővel egy ellenáramot idéz elő a testen keresztül, és helyreállítja a test eredeti elektromos állapotát; és végül, ha elég erős, darabokra szakítja a kémiai vegyületeket és a komponenseket az ellenkező irányba szállítja, miközben a természetes hajlamuk az egyesülés lenne, valamint egyesül egy erővel, amely az ellenkező irányban képes elektromotoros erőt generálni.

Ez akkor egy olyan testre ható erő, amelyet az elektromágneses mezőn keresztüli mozgása, vagy magában abban térben bekövetkező változások hoznak létre; az erő hatása pedig vagy egy áram előidézése és a test melegítése, vagy a test szétbontása, vagy - ha egyiket sem tudja megtenni - a test elektromos polarizációs állapotba juttatása: ez egy olyan kényszerállapot, amelyben az ellenkező végek ellenkezőleg vannak felöltve elektromossággal, és amelyből a test megszabadítani törekszik önmagát, amint a zavaró erőt eltávolítottuk.

(10) Az általam kifejtendő elmélet szerint ez az "elektromotoros erő" a mozgásnak a közeg egyik részéből a másikba való közvetítése során lép működésbe, és ennek az erőnek a segítségével okozza az egyik rész mozgása a másik rész mozgását. Amikor az elektromotoros erő egy vezető körre hat, áramot hoz létre, amely ahogy ellenállással találkozik, előidézi az elektromos energia folytonos átalakulását hővé, amelyet a folyamat semmilyen megfordításával nem lehet ismét visszaalakítani elektromos energiává.

(11) Amikor azonban az elektromotoros erő egy dielektrikumra hat, akkor részeinek polarizált állapotát hozza létre, hasonlóan egy mágnes hatása alatt álló vastömeg részei polaritásának szétosztásához, és mint a mágneses polarizáció, amely olyan állapotként írható le, amelyben minden részecske ellenkező pólusai ellenkező állapotban vannak.

Azt képzelhetjük, hogy az elektromotoros erő hatása alatt álló dielektrikumban minden molekula elektromossága úgy mozdul el, hogy az egyik oldal pozitív, a másik pedig negatív elektromosságot mutat, de az elektromosság teljesen a molekulákhoz kapcsolt marad, és nem megy át egyik molekuláról a másikra. Ennek hatása az egész dielektrikumra az, hogy az elektromosság egészében eltolódik egy bizonyos irányba. Ez az eltolódás nem egy áram, mert amikor elért egy bizonyos értéket, akkor állandó marad, de kezdete egy áramnak, és a változásai pozitív vagy negatív irányú áramot alkotnak, függően attól, hogy az eltolódás növekszik vagy csökken. A dielektrikum belsejében nincs jele az elektromos feltöltődésnek, mert bármely molekula felszínének elektromos feltöltődését semlegesíti a vele érintkezésben lévő molekulák felszínének ellenkező elektromos feltöltődése; a dielektrikum határfelületén azonban, ahol az elektromos feltöltődés nem semlegesítődik, megtaláljuk a pozitív vagy negatív elektromos feltöltődést jelző jelenségeket.

Az elektromotoros erő és az általa okozott elektromos eltolódás mennyiségének kapcsolata a dielektrikum természetétől függ, ugyanaz az elektromotoros erő általában nagyobb elektromos eltolódást hoz létre a szilárd dielektrikumokban - például az üvegben vagy a kénben -, mint a levegőben.

(12) Itt akkor érzékeljük az elektromotoros erő egy másik hatását, nevezetesen az elektromos eltolódást, amely az elméletünk szerint egyfajta rugalmas hajlékonyság az erő hatására, hasonlóan mint ami a szerkezetekben és gépekben van, mert bennük a kapcsolódások nem tökéletesen szilárdak.

(13) A dielektrikumok induktív kapacitásának gyakorlati vizsgálatát két zavaró jelenség nehezíti. Az első a dielektrikum vezetőképessége, amely - bár sok esetben rendkívül kicsi - nem teljesen észrevehetetlen. A másik az elektromos abszorpciónak nevezett jelenség, amelynek folytán amikor a dielektrikumra elektromotoros erő hat, az elektromos eltolódás fokozatosan nő, amikor pedig az elektromotoros erő megszűnik, a dielektrikum nem tér vissza azonnal a kezdeti állapotába, hanem az elektromos feltöltődésének csak egy részét süti ki, és amikor magára hagyjuk, fokozatosan elektromos feltöltődéshez jut a felületén, miközben a belseje fokozatosan depolarizálttá válik. Majdnem mindegyik szilárd dielektrikum mutatja ezt a jelenséget, amelyik a megmaradó töltést kelti a leydeni palackban, és számos jelenséget az elektromos kábelekben, amelyeket F. JENKIN úr[140] írt le.

(14) Van még itt két másfajta hajlékonyságunk is a tökéletes dielektrikum hajlékonysága mellett, amelyet a tökéletesen rugalmas testhez hasonlítottunk. A vezetőképességnek köszönhető hajlékonyságot a viszkózus folyadékéval (azaz a nagy belső súrlódással rendelkező folyadékéval) lehet összehasonlítani, vagy egy lágy szilárd testtel, amelyen a legkisebb erő is állandó alakváltozást okoz, amely az erő hatásának ideje folyamán növekszik. Az elektromos abszorpciónak köszönhető hajlékonyságot pedig egy üreges rugalmas testhez lehet hasonlítani, amelynek lyukaiban sűrű folyadék van. Az ilyen test, nyomás alá helyezve fokozatosan nyomódik össze, a sűrű folyadék fokozatos engedése miatt; ha pedig a nyomás megszűnik, nem azonnal nyeri vissza az alakját, mert a test anyagának rugalmassága fokozatosan kerekedik felül a folyadék ellenállásán, mielőtt visszanyerné a teljes egyensúlyt.

Számos szilárd test, amelyben nem található meg ez a feltételezett struktúra, látszik rendelkezni ezzel a fajta mechanikai tulajdonsággal; és valószínűnek látszik, hogy ugyanazok az anyagok, ha dielektrikumok, rendelkezhetnek az analóg elektromos tulajdonsággal, ha pedig mágnesesek, akkor meglehetnek a megfelelő tulajdonságok a mágneses polaritás megszerzését, megtartását és elvesztését illetően.

(15) Ezért úgy tűnik, hogy bizonyos elektromos és mágneses jelenségek ugyanahhoz a következtetéshez vezetnek, mint az optikaiak, hogy ugyanis van egy minden testen áthatoló, és azok jelenléte által csak kissé módosuló éteri közeg; hogy e közeg részei képesek mozogni az elektromos áramok és mágnesek hatására; hogy a részek kapcsolataiból fakadó erők révén ez a mozgás átadódik a közeg egyik részéről a másikra; hogy ezeknek az erőknek a hatása alatt jelentkezik egy bizonyos hajlékonyság, amely ezeknek a kapcsolatoknak a rugalmasságától függ; és hogy ezért az energia két különböző formában létezhet a közegben, az egyik forma a részeinek a valóságos mozgási energiája, a másik pedig a rugalmasságuk folytán a kapcsolatokban tárolt potenciális energia.

(16) Így azután eljutottunk egy bonyolult mechanizmus képéhez, amely rengetegféle mozgásra képes, de ugyanakkor olyan összefüggő, hogy az egyik részének a mozgása meghatározott viszonyok szerint függ a többi rész mozgásától; ezeket a mozgásokat az összefüggő részek rugalmassága folytán a relatív elmozdulásuk nyomán fellépő erők közvetítik. Egy ilyen mechanizmusra érvényesnek kell lenniük a dinamika általános törvényeinek, nekünk pedig képesnek kellene lennünk mozgása összes következményeinek kidolgozására, feltéve, ha ismerjük a mozgó részek közötti kapcsolat formáját.

...

(Forrás: [Max3], fordította: Szegedi Péter)



[107] A mechanikai szemlélet számára azonban maradt egy kibúvó, nevezetesen az elektromágnesességnek az éter – mint mechanikai közeg – tulajdonságakénti magyarázata. Ez azonban már egy másik történet.

[108] Legalábbis így tűnt a századvég tudósai számára. Amiről később kiderült, hogy mégsem kezelhető pusztán a Maxwell-egyenletek segítségével, az már új tudományt kívánt meg: az elektrodinamika tekinthető a XX. század két nagy fizikai forradalma – a relativitáselméleti és a kvantummechanikai – gyökerének.

[109] Granville Wheler (1701-1770), a Royal Society tagja, Gray halála után is folytatta az elektromos kísérleteket, elsősorban a taszítást tanulmányozta.

[110] Grain, gran, granum - kb. 0,0648 g.

[111] A trópusi lakktetű váladékából készült kiváló szigetelőanyag.

[112] A nem-elektromos testek, vagy nem-elektrikumok a vezetők, amelyeket nem lehetett elektromosan feltölteni.

[113] Mint látjuk, a latin eredetiben a conflictus = összeütközés szó szerepel. Úgy tűnik, a szerző - feltehetőleg filozófiai nézeteiből fakadóan - ezt a kifejezést használja az elektromos áramra és vele együtt a környező közegben megjelenő valamire, ami a mágnestűt elmozdítja. Az elektromos áram fogalma nem sokkal később, Ampere írásában jelenik meg először (lásd 5.6.1.1).

[114] Lauritz Esmarch (1765-1842) magas állami beosztású jogász, akivel rsted már korábban is sok kísérletet végzett.

[115] Feltehetőleg Peter Johan Wleugel (1766-1835) matematikusról, magas rangú tengerésztisztről van szó.

[116] Adam Wilhelm Hauch (1755-1838) szerzőnk előtt az egyetlen nemzetközileg is elismert dán fizikus, mellesleg korábban a Királyi Opera és a Királyi Zenekar igazgatója stb.

[117] Johannes Christopher Hagemann Reinhardt (1778-1845) zoológus.

[118] William Christopher Zeise (1789-1847), rsted patronáltja - mindkettejük apja patikus volt, régről ismerték egymást -, időnként asszisztense, később az első fémorganikus vegyület előállítója.

[119] A Recherches sur l’identité des forces électriques et chimiques (Kutatások az elektromos és kémiai erők azonosságáról, Párizs, 1813.) c. könyvről van szó.

[120] Pierre-Simone de Laplace (1749-1827) francia matematikus, csillagász, fizikus.

[121] Nyilván valamilyen - a következő turmalinhoz hasonló - piroelektromos anyagról van szó.

[122] Francois Arago (1786-1853) francia fizikus, csillagász, politikus egyik munkájára hivatkozik.

[123] A kísérletsorozatról szóló első beszámoló ezen a napon hangzott el a Royal Society-ben. A Társaság folyóiratában 1832-ben jelent meg először, mi pedig a kötetben megjelent változatból fordítottuk a részleteket.

[124] Az "electricity of tension" kifejezéssel Faraday itt a statikus elektromosságot jelöli.

[125] Arago 1824-ben figyelte meg, hogy ha egy rézkorongot forgat, akkor az alá vagy fölé helyezett mágnestű is elkezd forogni. Ez a forgási mágnesség vagy Arago-rotáció.

[126] William Hyde Wollaston (1766-1828) angol fizikus, vegyész és fiziológus találmánya: az U alakban meghajlított rézlemez jelentősen javította a telepek minőségét.

[127] ηλϵκτρoν és óδoς= egy út - Faraday jegyzete.

[128] ανω= felfelé és óδoς= egy út; a napkelte útja - Faraday jegyzete.

[129] κατα= lefelé és óδoς= egy út; a napnyugta útja - Faraday jegyzete.

[130] ηλϵκτρoν és λυω= solvo = felold. Főnév: elektrolit, ige: elektrolizál

[131] ανιων, ami felfelé megy (semleges melléknévi igenév). - Faraday megjegyzése.

[132] κατιων, ami lefelé megy. - Faraday megjegyzése

[133] Orosz neve helyes átírásban: Emilij Hrisztianovics Lenc.

[134] Oroszul: Gyerpt, ma: Tartu, Észtország.

[135] Leopoldo Nobili (1784-1835) olasz fizikus.

[136] Követjük Maxwell szóhasználatát, tehát az angol "field"-et "mező"-nek, a "space"-t "tér"-nek fordítjuk, ma már azonban többnyire az elektromágneses tér kifejezést használják.

[137] Maxwell itt a "gross matter", kifejezést használja, amellyel a látható-észlelhető, sűrű, nehéz, makroszkopikus anyagot szokták jelölni, szemben az éterrel (és adott esetben a sugárzásokkal).

[138] Heinrich Geissler (1814-1879) üvegtechnikus egy saját maga által kifejlesztett higanyos szivattyúval el tudta távolítani üvegcsöveiből a levegőt (ezáltal egyébként lehetősége nyílt azokat - a színes hatás elérésének kedvéért - akár más gázokkal is feltölteni). Az üvegcsövekbe előzőleg elektródákat illesztett, így áramot tudott átbocsátani a megritkított levegőn (vagy a gázokon). Mint kiderült, az eszköz ún. katódsugarakat (elektronokat) bocsátott ki, és ezzel a modern fizika kialakulásának egyik legfontosabb berendezéséve vált, más formái pedig pl. a XX. századi tömegkommunikáció, számítástechnika stb. nélkülözhetetlen alkatrészei voltak.

[139] Émile Verdet (1824-1866) francia fizikus.

[140] Fleeming Jenkin (1833-1885), angol mérnök, korábban Maxwell iskolatársa. A Földközi-tengeren fektetett elektromos kábeleket, majd együttműködött Thomsonnal (4.7) is.