Az aeroplán.

A siklórepülő motora a szél. De ez szeszélyes és bonyolult járású. Azért sokkal fontosabbak azok a repülőgépek, melyek motorikus erőt használnak. Ezek a szoros értelemben vett repülőgépek.

Az előbbiek után az aeroplán működésének alapelvét is könnyen megérthetjük. Legyen most is AB (32. ábra) a szárnyfelület, amelyre a szélnyomás hat. Ezt a felületre merőleges P erő ábrázolja, amelyet vízszintes P₁ és függőleges P₂ összetevőkre bontunk fel.

A vízszintes erő saját irányában mozgatja a lapot, a függőleges erő pedig felemelni igyekszik. De a vízszintes erő csak addig működik, míg a lap sebessége elérte a szél sebességét. Amint az bekövetkezett, megszűnik az egész szélnyomás -és vele együtt természetesen a függőleges erő is. Ha tehát azt akarjuk, hogy a lapra emelő erő hasson, arról kell gondoskodni, hogy a lap ne érje el a szél sebességét. E végett a légcsavarok segítségével a gép maga csinál szelet magának és így természetes szél nélkül is fel tud szállni. Mikor a siklórepüléssel haladó madár sebességét növelni akarja, szárnyának hátsó részével evezőszerűen csapkodja a levegőt.

32. ábra. Az aeroplán működésének alapelve.

Ezek a csapások a csavar forgásának felelnek meg. Az egyfedelű aeroplán a madárnak ezt a mozgását utánozza.

Az emelő erő nagysága a szárnyfelület hajlásától is függ. Általában a lap a vízszintessel csak kis szöget zár be. Ha pedig az aeroplán már nagy sebességet ért el, akkor a lap majdnem vízszintes. Nem szabad felednünk, hogy a repülőgépnek törzse is van, amelyben a motor, az utasok és a többi teher foglal helyet. Ez a törzs és az eszköz váza növelik a gép ellenállását és így előrehaladását gátolják, azonkívül a levegőben való fennmaradását is nehezítik. E hátrányok csökkentése végett a törzs alakját a halak módjára szerkesztik, elől van a vastagabb vége, hátsó vége pedig megnyúlt. Ekkor a levegő ellenállása a legkisebb. Az eddig elért sebesség már felül van óránként 400 km-en.

Végül a repülés történetében nevezetes két repülőgépnek rajzát mutatjuk be. Az egyik (33. ábra) a Wright-féle biplán. A W r i gh t testvérek 1903 dec. 17-én repültek először Amerikában. Leghosszabb útjuk 260 m volt, melyet 1 perc alatt tettek meg. Motoruk 16 lóerős volt. Képünk 1908-ban használt aeroplánjukat mutatja, melynek motora 25 lóerős volt. Másik képünkön (34. ábra) azt a monoplánt látjuk, mellyel B l é r i o t 1909 júl. 23-án először kelt át a La Manche-csatornán.

A gépek teljesítménye.

A repülőgépek teljesítményéről szólva a lóerő egységet említettük. Most ennek értelmét akarjuk adni. E végett először a munka fogalmával kell megismerkednünk.

Ha egy test súlyánál fogva lefelé esik, akkor azt mondjuk, .hogy a súly mint erő a testen munkát végzett. Ha egy testet a földről asztalomra emelek, akkor izomerőm végzett munkát. Általában, ha az erő egy testet saját irányában mozgat, akkor az erő a testen munkát végez.

A gyakorlatban a munkát kgméter (kgm) egységgel mérik. Ezt a munkát akkor végezzük, ha 1 kg-ot 1 m magasra emelünk. Ha pl. 70 kg súlyú ember a 10 m magasan levő harmadik emeletre megy, akkor 70x10, vagyis 700 kgm munkát végzett. Ha 5 kg súly 6 m-nyire leesik, akkor a nehézségi erő ezen a testen 5x6=30 kgm munkát végzett.

A gépeknél nem elég a végzett munkát megmérni, az is lényeges, hogy a munkára mennyi idő kellett. Ezért a gépek jellemzésére másik fogalmat vezetünk be, a teljesítményt (effectus). A gép teljesítménye az 1 mp alatt végzett munkát jelenti. Gyakorlati egysége a lóerő (szokott jele HP, az angol horse power rövidítése). Ha a gép 1 mp alatt 75 kgm munkát tud végezni, akkor teljesítménye 1 lóerő. Ma már a nagy repülőgépeken 700 lóerős vagy még nagyobb gépeket használnak. Gőzgépekben sokkal nagyobb típusokat is készítenek, az elektromos gépek teljesítménye pedig sokkal nagyobb is lehet. Amerikában mostanában készültek el a világ legnagyobb teljesítményű gépével, amely 140.000 lóerős.

A Magnus-hatás és a rotorhajó.

A tüzérség évszázadok óta tudja, hogy a kilőtt lövedék, amely egyúttal forog is, kilép az elméleti úton meghatározott pályasíkból. Ugyanezt lehet az eldobott forgó labdán is látni. Ez a jelenség Newton figyelmét sem kerülte el. A jelenség mélyére Magnus kezdett hatolni 1852-ben végzett laboratóriumi kísérleteivel.

A pörgettyűvel már megismerkedtünk. A forgó korong helyére Magnus hengert szerelt, amely két csúcs közt foroghat. Az egész keret pedig úgy van felszerelve, hogy oldalt elmozdulhat. A hengert rácsavart fonállal hozzuk gyors forgásba, és fújtassunk rá erős légáramot .

Ekkor a henger oldalt eltolódik, még pedig arrafelé, ahol a forgás iránya a légáram irányával megegyező. Ez a Magnus-hatás,

amely ugyanaz, mint a kilőtt forgó golyó elmozdulása.

A jelenséget szobánkban egyszerű eszközökkel következő módon állíthatjuk elő. Készítsünk papírból hosszú hengert (35. ábra, a) és ragasszunk két végére kiálló lapokat (bb).

Csavarjunk rá fonalat, melynek közepét a papírból kiálló kampóba (k) akasztjuk, úgy, mint rajzunk mutatja. A fonal két végét erősítsük állványhoz (d). Ha a hengert elengedjük, akkor legördül és így forgásba jön. Mikor a fonalat elhagyja, nem függőlegesen esik, mint forgás nélkül tenné, hanem a nyilak irányában a függőleges síkból kilép.

A következőkben megkísérlem a jelenség magyarázatát röviden megadni. Állítsunk hengert áramló folyadékba. Ha súrlódás nem lépne fel a henger és a víz, továbbá az egymás mellett haladó vízrétegek közt, akkor a folyadék a 36. ábrán látható görbék, az úgynevezett áramvonalak mentén haladna. Csakhogy a súrlódás miatt közvetlenül a henger mellett a víz lassabban áramlik. Messzebb az áramlási vonal (37. ábra, AB) olyan, mint előbb. A C-nél haladó vízrészecske azonban a súrlódás miatt lassúbbodik, ennek következtében D-nél visszafordul, itt örvény keletkezik. A megnövekedett örvény leválik a hengerről.

A vízszintes irányban tovább vándorol és a henger mellett újabb örvény keletkezik. Az örvények a vízszintes felező vonal mindkét oldalán szimmetrikusan keletkeznek.

Most hozzuk forgásba a hengert. 38. ábránkon a görbe nyíl a forgás irányát mutatja. A henger a súrlódás folytán a mellette levő vizet magával viszi, a felső örvények egészen elmaradnak, az alsók pedig a forgás irányában eltolódnak.

37. ábra. Az áramvonalak álló henger körül súrlódással.

A levált örvények ferdén lefelé távoznak. Rajzunkon két levált örvényt láthatunk. Ez más szóval azt jelenti, hogy a légáram az eredeti irányból oldalra elhajlik. A forgó henger tehát úgy hat, mint egy vitorla, melynek helyét szaggatott vonal jelzi. A képzelt vitorlán merőlegesen szélnyomás működik (az egyenes nyíl irányában).

Mindezeket a jelenségeket már előbb ismerték, az örvényekről fotográfiákat is készítettek.

38. ábra. Az áramvonalak forgó henger körül.

Mikor Flettner a göttingeni aerodinamikai intézetben ezeket a kísérleteket megismerte, akkor jutott arra a gondolatra, hogy az elmélet és a kísérlet eredményeit a gyakorlatban értékesítse. A további munkát a göttingeni intézet, különösen ennek vezetője, PrandtI és F l e t t n e r közösen végezték. 39. rajzunk Flettner rotorhajóját mutatja. Ennek két hengere van, mindegyik 2,8 m átmérőjű és 15,6 m magas. A forgatásra elég 10—15 lóerős motor. A hengereket külön-külön is lehet forgatni percenként 120 fordulattal.

Ha a hengerek forgásirányát az ellenkezőre változtatjuk, a menetirány megfordul. Ha a két henger egymással szembe forog, akkor a hajó álló helyzetben megfordul. A rotorok kezelése emelőkar segítségével igen egyszerű, leállításuk csak néhány mp-ig tart. A szél hajtóerejét végig ki lehet használni.

Az energia.

Az előbbiekben többször volt alkalmunk szélnek és gépeknek hajtóerejéről szólni. Ha a gépek lényegét meg akarjuk érteni, a fizikának egyik legfontosabb fogalmát, az energiát kell megismernünk.

Általában akkor mondhatjuk, hogy egy testnek energiája van, ha a test munkát tud végezni. Az energia tehát általános értelemben munkaképességet jelent. Az asztalunkon levő, vagy a kezünkben tartott tárgyon a nehézségi erő még végezhet munkát, mert még mozgathatja saját irányában, vagyis függőlegesen lefelé. Az ilyen magasan levő testnek tehát energiája van. Minthogy ez a test energiáját pusztán helyzetének köszöni, pontosabban azt mondjuk, hogy helyzeti (potenciális) energiája van. Erre az energiára nézve egészen mindegy, vajon az erő valóban végzi-e a munkát, vagy sem, más szóval az erő mozgatja-e a testet vagy sem. Itt csak a lehetőségről van szó. A földön levő testnek ilyen helyzeti energiája a nehézségi erővel szemben nincs, mert ez a test súlyánál fogva nem eshet tovább lefelé.

Az energiának sok más forrása is van. A szélerővel, mint ismeretes, motorokat lehet hajtani, tehát munkát lehet végeztetni. Ennélfogva a szélnek is van energiája, de ez már az energiának másféle alakja. A szél tulajdonképpen mozgásban levő levegő. Ez a légtömeg energiáját éppen mozgásának köszöni. Minden mozgó testnek van energiája, melyet mozgási (kinetikus) energiának nevezünk. A lövedékek romboló hatása félelmetes példája a mozgási energiának.

Ezt a kétféle energiát közös néven mechanikai energiának is szokás nevezni. Mindennapi tapasztalataink az energiának másféle alakjaira is rávezetnek. A gőzgép azt mutatja, hogy annak a hőnek árán, amelyet a szén elégetésével nyerünk, szintén lehet munkát nyerni. Ezért a hő is energia. A súrlódás minden testet fölmelegít. Sokszor ezt a hőt külön el kell vezetni, mert különben bajt okoz. Vasúti kocsik kerekeinek csapágyát útközben többször vizsgálják, nem melegedett-e fel túlságosan. Itt éppen fordítva, munka árán nyertünk hőt. Ugyanezt látjuk akkor is, mikor a kovács puszta kalapácsolással izzásig hevíti fel a vasat.

Az elektromos áram különféle hatásait a mindennapi életből ismerjük. A villamos kocsit elektromos áram mozgatja. Az elektromotor mint hajtóerő gyárakban és műhelyekben jól ismert energiaforrás. Az elektromos kályha, vasaló, főző azt mutatják, hegy az áram hőt termel. A hőről pedig már tudjuk, hegy az energiának egyik alakja. Tehát az elektromos áramnak is van energiája.

Folytathatnánk tovább is a sort. De az eddigi példák is eléggé mutatják, hogy az energiának többféle alakja van és ezek az alakok egymásba átalakulhatnak. Egyik fajta energia árán más alakú energiát kaphatunk, pl. a gőzgépben hőenergia mechanikai energiává (a lendítő kerék forgásává) alakul. Az átalakulást a fizikának egyik legfontosabb tapasztalati törvénye szabályozza, az energia megmaradásának elve. E szerint energia nem veszhet el és viszont nem lehet energiát nyerni. Egyik fajta energia átváltozhat másfajtává, de az az energiakészlet, amely a világegyetemben van, mennyiségre nézve állandó marad, sem nem szaporodhat, sem nem fogyhat.

Az összes gépeknek az a céljuk, hogy az egyikfajta energiát másfajta energiává alakítsák át, röviden minden gép energiaátalakító.

A természet is nyújtott energiaforrásokat. Ezeket használjuk fel a vízi erőgépeknél és a szélmotoroknál. A nagyobb vízesések és sebes folyású vizek jelentékeny energiát képviselnek, melynek értékesítése állandóan fokozódik.

Az alulcsapott vízikeréken (40. ábra) lapátok vannak, amelyek a vízbe érnek. A víz a lapátot tovább löki, a kerék elfordul, a következő lapát ismét lökést kap s í. t. Ilyen kerékkel hajtják a dunai vízi malmokat.

A gőzt innen a tápláló csövön át a hengerbe vezetjük (43. ábra), melyben dugattyú mozoghat fel és alá. A gőz a hengerbe két úton át juthat. Ha a dugattyú a henger felső oldalán van (rajzunk baloldalán), akkor a bevezető csövek közül is a felső szabad. A nyíl irányában beáramló gőz a dugattyút nyomásával lefelé mozgatja. Evvel a gőz el is végezte munkáját. Hője részben a dugattyú munkájává alakult és így a gőz lehűl. Ez a fáradt gőz a hengerből külön nyíláson (a) át eltávozik. Tehát az energiának többször említett átalakulása a hengerben megy végbe.

Mialatt a dugattyú lefelé halad, egy fémsapka, a tolattyú, melyet a gép karok segítségével maga mozgat ide-oda, a gőz felső útját elzárja.

43. ábra. A gőzgép hengere.

Most a gőz az alsó úton áramlik a hengerbe (rajzunk jobboldalán) és nyomásával felfelé taszítja a dugattyút. Ezalatt ismét a felső gőzjárat nyílik meg és így az előbbi folyamat megismétlődik.

A dugattyúnak ezt az ide-oda mozgását karok segítségével, az úgynevezett vezérművel a lokomotív kerekeire viszik át. Az álló gőzgépeknél a vezérmű nagytömegű kereket mozgat. Ezt a lendítőkereket hajtószíj köti össze a munkagéppel.

A lokomotívokban a fáradt gőz a szabadba jut. Így a berendezés egyszerűbb, de viszont a dugattyú egyik oldalát a szabad levegő éri, itt tehát 1 atmoszféra nyomás (légköri nyomás) hat, melyet a beáramló gőznek le kell győznie, mielőtt még a dugattyút elmozdítaná. Az álló gőzgépekben a fáradt gőz sűrítőkamrába jut. A gőzgép maga vizet szív ebbe a kamrába, a víz apró nyílásokon át jut be, ezért kis cseppekre esik szét és a kamra falait lehűti. Mikor a gőz a hideg falakra ér, vízzé csapódik le és így gőznyomása megszűnik. Azonkívül a gőzgép légszívót is mozgat, amely a sűrítőkamra levegőjét ritkítja, hogy a dugattyúra ne hasson a levegő ellennyomása. Az ilyen gépekben a gőz nyomása 2 atmoszféra lehet. Ez a kisnyomású gép. A középnyomású, leginkább elterjedt ipari gépekben a gőznyomás 2—4 atm. A lokomotívok nagynyomású gépek 4 atm.-nál nagyobb gőznyomással.

Nagyobb teljesítményű gőzgépek a compound-rendszert használják. Ez két, egymásután következő gőzgépből áll. A gőz a kazánt nagy nyomással hagyja el és miután az első gép hengerében elvégezte munkáját, a második gépbe kerül, ahol még további munkát végez és csak most jut mint végleges fáradt gőz a szabadba vagy a sűrítőkamrába.

A teljes nyomású gépekben a gőz mindaddig áramlik a hengerbe, amíg a dugattyú egész útját megtette felfelé vagy lefelé. Sokkal gazdaságosabbak az expanziós gépek. Ezekben a gőzt csak addig engedik be, míg a dugattyú útjának egy részét, pl. 40%-át megtette. A gőz nagy nyomása már elég arra, hogy a dugattyút végig tolja. Mennél gyorsabban akarja a mozdonyvezető a gépet járatni, annál több gőzt enged a hengerbe.

A hő és a munka.

Ne elégedjünk meg avval, hogy a hő munkává alakul, hanem keressük pontosabban, mennyi munkát kaphatunk a fejlesztett hőből. A munkát már meg tudjuk mérni, egysége a kgm. Most még a hőmennyiség egységével kell megismerkednünk. Azt mindenki tudja, hogy a hőmérsékletet fokokkal fejezzük ki és hőmérővel mérjük. Ezt talán általánosan ismertnek tételezhetem fel. Ha vizet melegítünk, akkor hőmérséklete emelkedik. Mennél több víz van edényünkben és mennél jobban fel akarjuk melegíteni, annál több hőt kell a vízzel közölni. Az a hőmennyiség, amely 1 kg vizet 0°-ról l°-ra melegít, a hő egysége, a kg-kalória.

Most már pontosabban azt kérdezhetjük, hogy 1 kg kalória hő hány kg m munkát tud termelni.

Több pontatlan mérés után Joule, angol fizikus felelt a kérdésre 1847—1850. végzett kísérletei alapján. Vízzel telt edénybe (44. ábra) lapátos kerék merül, amelynek tengelye foroghat. A tengelyre kívül kétféle irányban fonal van csavarva. A fonalat mindkét oldalon csigán vetjük át és nagyobb súllyal megterheljük. Ha a súlyokat elengedjük, a fonal lecsavarodik és a tengelyt forgásba hozza. Az edényben a lapátok a vízhez súrlódnak, tehát a víz felmelegszik. A hőmérséklet emelkedését a vízbe mártott hőmérőn leolvashatjuk. Most már egyszerűen megmondhatjuk, mennyi munkát végeztek a súlyok és hány kalória hő fejlődött az edényben. Ha pl. a két súly együtt 50 kg és 20 m-nyire estek, akkor végzett munkájuk 50x20, vagyis 1000 kg m. Viszont a keletkezett hő kiszámítása végett vegyük azt a példát, hogy az edényben 2 kg víz van, amely 3°-kal melegedett fel. 1 kg vizet l°-kal 1 kgkal. hő melegít fel, tehát 2 kg víznek 3°-kal való felmelegítéséhez 2x3=6 kgkal. hő kell. Rowland ezt a kísérletet igen gondosan megismételte. Így tudjuk, hogy 1 kgkal. hő 427,1 kgm munkát termel, vagy fordítva 427,1 kgm munka árán 1 kgkal. hőt kaphatunk. Azt szoktuk mondani, hogy 1 kgkal. hő 427,1 kgm munkával egyenlőértékű. Ezt a fontos eredményt a hő és munka egyenértéke néven szoktuk idézni.

Nagy hiba lenne azt gondolni, hogy a gőzgépben is minden kgkal. termelt hő 427 kgm hasznosítható munkát végez. A gőzgépben ugyanis a termelt hőnek aránylag csak kis részét tudjuk értékesíteni. Ha 1 kg szenet elégetünk, akkor a szén minősége szerint 8000 kgkal.-ig menő hőt nyerünk. Ez a szén égéshője. A termelt hőnek nagy részét a fáradt gőz még magával viszi, sok hő kisugárzás folytán is élvész stb. A gőzgép legjobb esetben a termelt hőnek csak 14%-át értékesíti, más szóval a gőzgép hatásfoka legfeljebb 14%.

Jobb hatásfokkal dolgozik a gőzturbina, amely úgy működik, mint a vízi turbina.

A magas nyomású gőzt körben elhelyezett csöveken át lapátokhoz vezetik, amelyek itt is kerékre vannak szerelve. A gőz nyomása a lapátot meglöki, a kerék forgásba jön és más, vele összekötött gépeket hajt.

Robbanásos motorok.

Az automobilok és léghajók leginkább a benzinmotort használják, melyben a dugattyúra ható nyomást felrobbantott benzingáz gyakorolja. Hengerében (45. ábra) dugattyú

járhat ide-oda, továbbá egyik oldalán (a rajzban balra fent) két szelep is van. A baloldali a beömlő, a jobboldali a kipuffogó szelep. A gép csak úgy működik, ha kézierővel vagy más úton megindítjuk. A megindításnál a dugattyú először kifelé mozog (I), a beömlő szelep kinyílik, a benzingáznak és levegőnek keveréke a hengerbe jut. Ez a gép első üteme. A második ütem alatt (II) a dugattyú befelé mozog, mindkét szelep zárva marad, tehát a dugattyú a gázkeveréket összenyomja és evvel együtt felmelegíti. Ekkor külön elektromos gyújtószerkezet a gázt felrobbantja. A robbanás folytán magas, 30—40 atmoszféra nyomás áll elő, mely a dugattyút kifelé taszítja (III). Végül a negyedik ütem alatt (IV) a dugattyú ismét befelé tolódik. Ekkor a kipufogó szelep nyílik ki és az égéstermékek eltávoznak.

A dugattyú nyeléről karok segítségével a mozgást itt is lendítőkerékre visszük át. A gép akkor végez munkát, mikor a nyomás a dugattyút kitolja, vagyis a harmadik ütem alatt. A többi három ütem alatt csak fogyaszt munkát. Ezért foglalják össze ezt a négy ütemet és nevezik az ilyen motort négyüteműnek. Vannak kétütemű motorok is, melyek egyszerre szívják be a gázt és taszítják ki az égéstermékeket.

A hő okozta tágulás.

A Gravesand-féle kísérlet, mellyel a testek kitágulását igazoljuk, régi, jól ismert eljárás. Fémgyűrű kell hozzá és olyan fémgömb, amely a gyűrűn még átfér (46. ábra). Ha a gömböt felmelegítjük, nem fér át a gyűrűn. Ha a gyűrűn fekve hagyjuk, egyszer csak átesik, mert közben lehűlt és összehúzódott.

A tágulás kimutatására magunk összeállíthatjuk a következő kísérletet (47. ábra).

Szúrjunk kötőtűt parafadugón át, azonkívül függőleges irányban gombostűt, mélynek csúcsa a forgáspont lesz. A kötőtű két végére egy-egy parafadugót húzunk, ezeknek alsó oldalába pedig gombostűket szúrunk, hogy a súlypont mélyebben legyen. A dugók ide-oda tolásával elérhetjük, hogy a tűre állított kis «mérleg» vízszintes legyen. Melegítsük a kötőtű egyik felét, akkor ez az oldal lehajlik, mert hosszabb lett.

Ha folyadék kiterjedését akarjuk vizsgálni, akkor töltsünk meg vele egy edényt teljesen (lásd a 46. ábra jobboldalán), a dugón keresztül pedig nyílt üvegcsövet merítsünk be. Jelöljük meg a csövön a folyadék magasságát. Ha az edényt, melegítjük, a folyadék a csőben felszáll. De az, amit mi látunk, a folyadék tágulásának csak egy része, a látszólagos kiterjedés. Közben ugyanis az edény is tágult, a folyadéknak tehát nagyobb edényt kell kitöltenie. A valóságos kiterjedés annyival nagyobb a látszólagosnál, amennyivel az edény kitágult.

47. ábra. Hőokozta megnyúlás.

A kiterjedés nem mindig olyan szabályos, mint eddig leírtuk. Így pl. ha kaucsukszalagot megterhelve melegítünk, kiterjedése kisebb, mint terhelés nélkül.

A terhelést lehet úgy megválasztani, hogy a melegítés egyáltalában nem okoz megnyúlást. Sőt még nagyobb terhelésnél a melegítés összehúzódással jár.

A víz is «rendellenes» (anomális) viselkedésű. Ha a víz hőmérséklete pl. 15° és melegítjük, akkor szabályosan kiterjed, sűrűsége pedig ennek következtében csökken. Ha lehűtjük a vizet, akkor sűrűsége növekszik, de csak 4° C-ig. Ekkor a víz legsűrűbb, ilyenkor sűrűsége 1. Ha még tovább hűtjük a vizet, akkor már kitágul, sűrűsége csökken. A változás nagyságát a következő kis táblázat mutatja :

A hő okozta tágulást gyakran keli figyelembe venni. A vasúti sínek közt hézagot hagynak, hogy nyáron legyen helyük kitágulni. Jó ingaórák ingáját nem lehet fából készíteni, mert ez idővel meggörbül. A féminga hossza pedig lényegesen függ a hőmérséklettől és a megnyúlás késéssel jár. Ma már ismerünk egy fémet, mely a melegítésnél alig terjed ki. Ez a nikkelacél vagy invar. 35,7% nikkelnek és 64,3% acélnak ötvözete. 1 m hosszú ilyen pálca, ha 30°-kal felmelegítjük, csak 1,5 ezredmm-rel nyúlik meg.

A halmazállapot változásai.

Ha egy testet melegítünk vagy lehűlünk, akkor hőmérséklete nem emelkedik vagy csökken bármeddig, hanem csak addig, míg a szilárd állapotból folyékonyba megy át, vagy folyékonyból légnemű lesz, vagy fordítva, szóval míg halmazállapota megváltozik. Ezeket a változásokat kissé közelebbről akarjuk megismerni.

Olvadás, fagyás. Ha akármilyen szilárd testet melegítünk, hőmérséklete csak egy pontig emelkedik, a szilárd test olvadni kezd. Amíg az egész test meg nem olvadt, addig a hőmérséklet a melegítés ellenére ugyanaz marad, a közölt hő a megolvasztást végzi. Ezt a tapasztalatot felhasználjuk a hőmérő osztályozásánál, mikor a 0°-ot meghatározzuk.

A még osztályozatlan hőmérőt olvadó jégbe állítjuk és megvárjuk, míg a higanyszál megállapodik. A higany most a 0°-ot mutatja.

Azt az állandó hőmérsékletet, amelyen az olvadás végbemegy, olvadáspontnak nevezzük. Néhány anyag olvadáspontja a következő : ólom 327°, vas 1200—1400°, arany 1064°, réz 1084°, nikkel 1470°, platina 1720°, cink 419°, wolfrám 2900°, etilalkohol (közönséges alkohol) —110°, metilalkohol —94°, jég 0°, higany —39°.

Azt a hőmennyiséget pedig, amellyel 1 kg anyagot megolvaszthatunk, ha már az olvadáspontra hevítettük, olvadáshőnek mondjuk. Így pl. az ólom olvadáshője 6 kal. Ez azt jelenti, hogy ha 1 kg ólmot az olvadáspontra, tehát 327°-ra már felmelegítettünk, még 6 kalória hőt kell vele közölnünk, hogy 327°-os megolvadt ólomba vigyük át. Az a hő, amellyel az ólmot 327°-ig melegítettük, az olvadáshőbe nem számít. Néhány más anyag olvadáshője : vas 30 kal., platina 27 kal., cink 28 kal., jég 80 kal.

A megolvadásnál a térfogat rendesen növekszik, vagy ami ugyanaz, a megolvasztott anyag sűrűsége kisebb, mint a szilárd anyagé. Ezért a megolvasztott ólom a szilárd ólmon úszik. Csak a víz kivétel. A jég a megolvadásnál összehúzódik, tehát a jég sűrűsége kisebb, mint a vízé. Ezért úszik a jég a vízen. Fordítva pedig, mikor a víz jéggé fagy, kiterjed. Ezért veti szét a víz a zárt palackot, ha megfagy.

Ha a jégre nagy nyomás hat, akkor ez a jég összehúzódását segíti, ezért a jég nagy nyomás alatt könnyebben, már 0° alatt is olvad. Így keletkeznek a gleccserek. A felhalmozódott jég és hó saját súlyával nyomja az alsó réteget, amely ennélfogva megolvad, bár a hőmérséklet 0° alatt van. Ekkor a jég- és hómező a hegy lejtőjén tovább csúszik. Magunk is meggyőződhetünk a nyomásnak erről a hatásáról . Hurkoljunk át jégtömböt, melyet két végén alátámasztottunk, acéldróttal és a drótot terheljük meg annyi súllyal, amennyit a drót elbír. Csakhamar azt látjuk, hogy a drót a jégtömbbe behatol, mert a drót nagy nyomásával a jeget maga alatt megolvasztja. De fölötte, ahol a nyomás megszűnt, a jég újra megfagy, így a drót keresztülmehet a jégen a nélkül, hogy megolvasztaná.

Az olvadásnak ellentett folyamata a fagyás. Ha folyékony ólom lehűl 327°-ra, tehát ugyanarra a hőfokra, amelyen előbb megolvadt, akkor hőmérséklete tovább nem csökken, hanem az ólom megszilárdul (megfagy). Amíg az egész ólom szilárd nem lett, hőmérséklete a hűtés ellenére 327° marad. Tehát a fagyás is állandó hőmérsékleten megy végbe, még pedig a fagyáspont minden anyagnál az olvadásponttal egyezik, amint ezt az imént az ólom példáján láttuk. Az a hő, amelyet a megolvasztás végett az anyaggal közöltünk, a fagyásnál felszabadul. A 0°-os víz csak akkor fagy meg 0°-os jéggé, ha a víztől kg-onként 80 kalória hőt elvonunk.

Ha vizet akarunk fagyasztani, akkor edényünket hűtőkeverékbe állítjuk. Ezt úgy készítjük, hogy jeget apróra törünk és sóval jól elkeverjük. Tudjuk ugyanis, hogy a sónak a megolvadáshoz hő kell. A jéggel érintkező só is feloldódik, az ehhez szükséges hőt a jégtől vonja el, tehát a jég lehűl. Így —20°-ig is lehűlhetjük a jeget.

Néha megtörténik, hogy a teljesen nyugodt vizet —10° alá is sikerül lehűteni a nélkül, hogy megfagyna. Ha az ilyen túlhűtött vizet megrázzuk, vagy kis jégdarabot dobunk bele, a víztömeg egy része gyorsan megfagy és hőmérséklete 0°-ra, tehát a rendes fagyáspontra emelkedik.

Párolgás, forrás, lecsapódás. Ha pohárban vizet hagyunk, akkor a víz folyton csökken. A felületen levő víz részecskék elhagyják a vizet, mint vízgőz elszállnak, szóval a víz párolog. Akármilyen hőmérsékleten van a víz, mindig párolog, csak a párolgás annál gyorsabb, mennél magasabb a folyadék hőmérséklete. Ha nagy a párolgó felület, akkor is gyors a párolgás. Végül azt is tudjuk, hogy a folyadékok nem egyformán párolognak. Az éter gyorsan, az alkohol már lassabban, a víz még lassabban párolog.

Ha a fürdőből kijövünk és nedves testtel a levegőn maradunk, akkor testünk lehűl. Ha kezünkre étert öntünk, kezünk fázik. A testünkhöz tapadt víz vagy a kezünkön levő éter ugyanis gyorsan párolog, ehhez pedig a folyadéknak hőre van szüksége, melyet testünkből von el. A párolgás magát a folyadékot is lehűti, mert ez is adhatja a kívánt hőt. A lehűtés olyan nagyfokú lehet, hogy a víz az erős párolgás folytán megfagy.

A mesterséges jéggyártás is ezt a párolgással járó lehűlést használja fel. Itt a párolgó folyadék ammóniák, amely szintén gyorsan párolog és olcsóbb az éternél. Az ammóniák gőzét szivattyúkkal összenyomják, majd hirtelen kiterjedni hagyják. Ez a gyors kiterjedés ugyancsak lehűléssel jár.

Így sós vizet —20°-ra le lehet hűteni. Ez a víz járja körül azokat az edényeket, melyekben a fagyasztandó víz van.

A párolgás alatt csak a felületen keletkezik vízgőz. Most melegítsünk vizet, melybe hőmérőt mártunk. A hőmérséklet 100°-ig emelkedik, ekkor megállapodik. A víz belsejében gőzbuborékok keletkeznek, amelyek felszállnak : a víz forr. Amíg edényünkben víz van, addig a hőmérséklet melegítés közben is 100° marad, a közölt hő a vizet gőzállapotba viszi át. A forrás minden folyadékban állandó hőmérsékleten, a forrásponton megy végbe. Néhány más anyag forráspontja a következő : alkohol 78°, éter 34,5°, benzol 80°, glicerin 290°, higany 357°.

Ezekhez az adatokhoz mindjárt azt a fontos megjegyzést kell fűznünk, hogy csak akkor érvényesek, ha a víz felületére normális légnyomás hat. Ha a nyomás csökken, akkor a forráspont alászáll. A légszívó búrája alatt 50°-os vagy még jóval alacsonyabb hőmérsékletű víz is forr, ha a levegő nyomását szivattyúzással csökkentjük.

Viszont ha a vizet zárt edényben melegítjük (Papin-féle edény), akkor a gőzök a víz felett maradnak, a nyomást növelik. Ekkor a víz csak 100° felett forr. Még vigyázni is kell, hogy a vizet ne melegítsük fel annyira, hogy a nagy gőznyomás az edényt szétvesse. Magas hegyeken a víz jóval 100°-on alul forr. De a főzéshez nem az kell, hogy a víz forrjon, hanem hogy 100°-os legyen. Ezért magas hegyeken zárt edényekben főzik az ételeket.

Míg normális nyomásnál is felemelkedhet a víz forráspontja néhány fokkal, ha só van benne oldva. De a vízből kilépő gőz ilyenkor is 100°-os. Azért nem merítjük a hőmérőt a forráspont meghatározásánál a vízbe, hanem a víz fölött levő gőzbe és ismét megvárjuk, míg a felszálló higanyszál megállapodik. Ekkor a hőmérő a víz forráspontját mutatja (normális légnyomásnál 100°).

Azt a hőmennyiséget, amely a víznek gőzzé való átalakításához kell, a párolgási hővel jellemezzük. A víz párolgási hője 100°-on 540 kalória. Ez azt jelenti, hogy 1 kg 100°-os vizet 100°-os gőzzé 540 kalóriával lehet átalakítani. A higany párolgási hője 68 kal., az alkoholé 202 kal., az éteré 90 kal., mindegyikét a maga forráspontjára értve.

A forrás ellentett folyamatát, a gőzök lecsapódását már többször említettük. Ha a gőz hidegebb testhez ér, akkor lehűl és folyadékká alakul. Az a hő, amely a víz forralásához kellett, a lecsapódásnál felszabadul. Ezen alapszik a gőzfűtés. A kazánban termelt gőzt csöveken át a fűtőtestekbe (radiátor) vezetik. Itt a gőz lecsapódik és a felszabaduló meleget a fűtőtest a szoba levegőjével közli.

A levegő nedvessége.

A folyók, tavak és tengerek állandó párolgása folytán a levegőben mindig van vízgőz. A levegőt száraznak vagy nedvesnek mondjuk a szerint, hogy kevés vagy sok vízgőz van benne. Egyik sem egészséges, a tapasztalat szerint legkedvezőbb, ha a levegő nedvessége 65%. Ennek értelme a következő. A levegő nem tud akármennyi vízgőzt felvenni. Ha pohár vizet asztalunkon burával lefedünk, akkor a víz párolog, eleinte a búra alatt a vízgőz gyarapodik. Utóbb a levegőben már annyi vízgőz van, amennyi egyáltalában lehetséges. Azt mondjuk, hogy a levegő vízgőzzel telítve van, maga a gőz pedig ilyenkor telített gőz. Innen kezdve amennyi gőz a vízből fejlődik, ugyanannyi le is csapódik, tehát a vízgőz mennyisége nem növekszik. A levegőben általában nincs annyi vízgőz, hogy telített legyen. Ha a levegő nedvessége 65%, ez azt jelenti, hogy 65%-a van a levegőben annak a vízgőzmennyiségnek, amennyi ezen a hőmérsékleten a telítéshez kellene.

A hőmérsékletet azért kell említenünk, mert a különböző hőfokon a vízgőznek más-más mennyisége kell a telítéshez. Mennél melegebb a levegő, annál több vízgőzt tud felvenni. Ha tehát téli hidegben a levegő nedvessége 65%, akkor kevesebb a páratartalom, mintha a nedvesség nyári melegben éri el a 65%-ot. Ezért, ha a levegő nedvességét teljesen jellemezni akarjuk, a százalékos, vagy amint mondani szoktuk, relatív nedvességen kívül még azt is meg kell mondani, hogy a levegőben m³-enként hány gramm vízgőz van. A levegőnek ez az abszolút nedvessége pl. 5 g m³-enként. Ez azt jelenti, hogy egy-egy m³ levegő 5 g vízgőzt tartalmaz.

A gyakorlatban rendesen csak a relatív (százalékos) nedvesség érdekel. Meteorológiai állomásainkon ennek mérésére az August-féle nedvességmérőt (higrométer) használják. Két hőmérő van egymás mellett. Az egyik egészen közönséges, a másiknak higanyos edényét szövettel vesszük körül, melynek alsó vége vízbe ér. A víz a szövetben felhúzódik és a hőmérőt nedvesen tartja. A párolgás a hőmérőt lehűti, tehát a nedves hőmérő kevesebbet mutat, mint a másik. Mennél nedvesebb a levegő, annál gyorsabb a párolgás és így annál nagyobb a különbség a két hőmérő között. A hőmérők állása alapján táblázatból a levegő nedvességét ki lehet olvasni.

Szárítóhelyiségekben, képtárakban vagy kórházakban, ahol a nedvesség foka lényeges, még ez az eljárás is nehézkes lenne. Ilyen helyeken olyan eszköz kell, amelyen a nedvességet rögtön leolvashatjuk. Nálunk igen elterjedt a Lambrecht-féle higrométer. Sok olyan anyagot ismerünk, amely a nedvességet valamilyen alakban megérzi. Némelyik festéknek színe megváltozik, a hajszál megnyúlik, a konyhasó a nedvességet magába szívja. Mindezek az anyagok higroszkopikusak. A Lambrecht-féle nedvességmérőben higroszkopikus anyagból készült, csavaralakban görbített fémszalag van, amely a légköri nedvesség növekedésekor kitágul. A szalag mutatóval függ össze, amely a nedvesség változásakor elfordul és az előtte levő osztályzaton mindjárt a százalékos nedvességet mutatja.

Az időjóslás.

Ha attól, hogy mesterségesen esőt fejleszthetnénk, vagy a túlságos esőt elháríthatnánk, még messze is vagyunk, azt a kérdést, milyen időt várhatunk a következő napra, joggal vethetjük fel. A kérdésnek csak ilyen alakjáról lehet szó. Annak, hogy az időjárást hosszabb időre, pl. az egész nyári évszakra meghatározzuk, még csak nagyon kevés komoly alapja van. A tudomány mai állapotában még az előbbi szerény kérdésre is csak valószínű választ lehet adni.

Ha valaki megnézi barométerét és a rányomtatott időjelzést készpénznek veszi, akkor ennek naivitását csak irigyelni lehet. Mert az időjárást nemcsak a légnyomás határozza meg és különösen nem elég egyetlen helyen a légnyomást ismerni. Sok olyan meteorológiai elem van, amely az időjárást befolyásolja. Ilyenek a légnyomáson kívül a szél, a levegő hőmérséklete és nedvessége, a felhőzet.

Ha valaki az összes szokásos elemeket saját lakóhelyén meghatározza, akkor sem sokra megy vele az időjóslás szempontjából. A meteorológiai adatokat nagy területről kell összegyűjteni. Erre a meteorológiai intézeteknek régi, alaposan kidolgozott szervezetük van. Az adatgyűjtés szükségét a légnyomás példáján akarjuk megmutatni. A meteorológiai intézet mindennap a beérkezett jelentések alapján légnyomási térképet készít. Európa térképén görbével összeköti azokat a pontokat, amelyekben a légnyomás megegyező. Ezek az izobár görbék. A térképen lesz pl. 740 mm-es zárt görbe, amely azokon a pontokon halad át, ahol a légnyomás 740 mm. Ezt körülveszi egy másik görbe, a 750 mm-es izobár s így tovább. Ebben a példában a légnyomás az első görbén kívül növekszik, az első görbén belül van az a hely, ahol a légnyomás a környezethez viszonyítva legkisebb. Ez a minimum vagy depresszió helye. Fordítva pedig, ha belül van pl. a 770 mm-es görbe, ezt a 760 mm-es izobár veszi körül, akkor belül a légnyomás maximuma van.

A minimumok és maximumok helyzete az, ami a meteorológust érdekli. Ugyanis a minimum helyén az idő szeles és csapadékos szokott lenni, télen a hideg megenyhülését lehet várni, nyáron pedig lehűlést. Viszont a maximumok területén az idő csendes és derült, télen nagyobb hideg, nyáron pedig száraz meleg szokott beállni.

Sokszor Európában egyszerre több helyen van depresszió vagy maximum. Ezeknek helye nem is állandó, hanem elvonul napról-napra. A vonulat iránya nem egészen szabálytalan, a hosszú adatgyűjtésen alapuló tapasztalat már ismeri azokat a főbb irányokat, amelyekben a depressziók haladni szoktak, öt ilyen irányt ismerünk, négy Európa északi részén megy végig, egy pedig a Biscaya-öböltől Olaszországon át Magyarország felé halad. Ez az utóbbi depresszió, amely délnyugati irányból közeledik felénk, rendesen melegebb időt és csapadékot hoz. A mi időjárásunkra különösen ennek a depressziónak menete fontos. Így a légnyomás egész elosztásából és menetéből, nem pedig egyetlen helynek adatából, azonkívül a többi meteorológiai elem figyelembevételével valószínű időjóslatot lehet adni, amely ha elég óvatosan van megfogalmazva, az esetek 80%-ában be szokott válni.

Gázok cseppfolyósítása.

A halmazállapot változásai közül egy esettel még adósok vagyunk. Sokáig azt hitték, hogy egyes gázokat nem is lehet folyósítani. Ezeket állandó gázoknak nevezték. Ilyen volt az oxigén, nitrogén, levegő, hidrogén stb. Lehűtötték ugyanis a levegőt —100°-ra, több ezer atmoszféra nyomást gyakoroltak rá és a levegő mégis gáz maradt.

A viszonyok felderítése végett induljunk ki a szénsav példájából. Ismeretes, hogy a szénsavat erős vasfalú «bombákban» szállítják folyékony állapotban. A szénsav folyósítása nem okoz nehézséget. Ha a gázalakú szénsavra szobahőmérsékleten nagy nyomást, körülbelül 45 atmoszférát fejtenek ki, átlátszó színtelen folyadékká alakul. Andrews angol fizikus ismerte fel helyesen a viszonyokat. Minden gázra nézve van olyan hőmérséklet, amely fölött a gázt cseppfolyósítani nem lehet. Ez a kritikus hőmérséklet. A szénsav kritikus hőmérséklete +31°. Alatta, tehát szobahőmérsékleten (15— 18°) a szénsavat nyomással cseppfolyósíthatjuk, de +31° felett a szénsav csak gázállapotban lehetséges, bármekkora nyomást fejtsünk is ki rá. Ha a szénsav éppen a kritikus hőmérsékleten van, akkor 73 atm. nyomás kell a folyósításhoz. Ez a kritikus nyomás. Alacsonyabb hőmérsékleten már kevesebb nyomással célt érünk. Ezért mondtunk előbb 45 atmoszférát.

Azok a gázok, amelyeket azelőtt állandóknak mondtak, mind olyanok, melyeknek kritikus hőmérséklete igen alacsony, így a levegőé —140°. Ha tehát a levegőt folyósítani akarják, akkor először is legalább —140°-ra kell lehűteni és azután 39 atm. nyomás alá kell vetni. A cseppfolyósítás azért nem sikerült, mert ezt az alacsony hőmérsékletet nem tudták előállítani. Néhány anyag kritikus adatai a következők :

összefoglalóan tehát azt mondhatjuk, hogy a gázok folyósításához általában két lépés kell : először le kell hűteni a gázt a kritikus hőmérsékletre vagy ez alá, azután pedig a gázra nagy nyomást kell gyakorolni. Egyes gázoknál (szénsav, klór stb.) a lehűtés elmaradhat, ha már kezdetben a kritikus hőmérséklet alatt vagyunk.

Ma már minden gázt lehet folyósítani. Az utolsó a hélium volt, melynek kritikus hőmérséklete — 263°. Kamerlingh-Onnes folyósította 1910-ben. Ez a kiváló fizikus Leydenben nagy laboratóriumot rendezett be, amelynek főcélja a testek vizsgálata igen alacsony hőmérsékleten. Sokáig ez "a hideg laboratórium" ezen a téren egyedüli volt. Csak az utóbbi években rendeztek be egyet Charlottenburgban, egyet pedig az Egyesült Államokban.

A folyékony levegő.

A folyékony levegőt már hosszabb idő óta gyári úton állítják elő L i n d e eljárásával. Ha a levegő hirtelen kiterjed, akkor hőmérséklete leszáll. Ennek az eljárásnak sokszori megismétlésével érte el Linde a kívánt alacsony hőmérsékletet. Gépének, melyet 48. ábránk vázol, két lényeges része van, a sűrítő (kompresszor, rajzunk jobboldalán) és az ellenáramú készülék (a baloldalon). A kompresszor kettős légszívó.

Két hengere van, az egyik (e) alacsony nyomású, a másik (d) magas nyomású. Az első beszívja a külső levegőt és 16 atm. nyomásra sűríti. A másik oldalon működő d henger beszívja ezt a sűrített levegőt és egyúttal azt is, amely a gép másik oldaláról p₁ csövön át a nyíl irányában áramlik és tovább sűríti 200 atm.-ra. Mindkét hengert hűtőcsövek veszik körül, melyeken hideg víz áramlik. A második hengerből a 200 atm. nyomású levegő p₂ csövön és g hűtőcsövön át az ellenáramú készülékbe jut. Közben vízgyűjtő (f) van, ahol a lecsapódott pára kiválik.

Az ellenáramú eszközben három, csavarvonalban görbített rézcső van egymáson belül. A sűrítőből p₂ csövön át jövő levegő a legbelső csövön áramlik végig felülről lefelé. Mire leér, nyomása 16 atm.-ra csökkent. Így áramlik az a szabályozó szelepen keresztül a belső és középső csövek fala közt felfelé. Ez a lehűlt levegő jut p₁ csövön át, mint említettük, a sűrítő d hengeréhez, itt elvegyül az e hengerből jövő, ugyancsak 16 atm. nyomású levegővel, újra összenyomódik 200 atm.-ra és visszamegy előbbi útjára az ellenáramú eszközbe. 2 óra múlva a levegő a legbelső csőben —191 °-ra hűlt le és folyósodni. kezd. A folyékony levegő b szelepen át c gyűjtőedénybe jut, ahonnan h csapon át kivehető. A megmaradt gázalakú levegő pedig a középső és külső cső fala közt felfelé áramlik és miután még a belső levegőt lehűtötte, a szabadba jut. Az ellenáramú eszközt faköpeny veszi körül, melyet hőszigetelés végett gyapottal tömnek ki.

Ha a folyékony levegőt hosszabb ideig meg akarjuk őrizni, Dewar-féle palackban (49. ábra) kell tartani. Ez kettős falú edény, melynek két üvegfala közül a levegőt kiszívják, mielőtt a külső falat alul beforrasztják. Kívül a palackot ezüstréteggel vonják be. Így a külső hő nem juthat az edény belsejébe és a folyékony levegőt 14 napig is megtarthatjuk. Lényegében ugyanilyen a thermos-palack szerkezete is.

A folyékony levegő kissé kékes színű és rendesen homályos, mert a levegőben, levő szénsav megfagy és fehér hópelyhek alakjában a folyékony levegőben lebeg. A pelyheket szűréssel el lehet távolítani.

Ha fonálra kötött virágot mártunk a folyékony levegőbe és megvárjuk, míg a levegő megszűnik forrni, akkor a virág úgy megfagy, mintha porcellánból készült volna. Igen törékeny, a levelek a legkisebb érintésre lehullanak. Kalapácsütésre még a fonal is apró szilánkokra törik, mintha üvegből lenne. A bemártott gumilabda, ha a földre ejtjük, darabokra törik szét. Próbacsőbe öntött higany, ha folyékony levegőbe mártjuk, olyan keményre fagy, hogy ütésnél szépen cseng. Ha a fagyasztás előtt a higanyba végén meggörbített drótot dugunk, akkor a megfagyott higanyt a próbacsőből kihúzhatjuk. A bemártott alkohol először sűrű lesz, mint a szirup, azután üveghez hasonló anyaggá fagy meg.

Említettük, hogy a levegő 4/5 része nitrogén, 1/5 része pedig oxigén. A folyékony levegőnek, mikor a gépből kivesszük, majdnem fele oxigén.

Ennek az a magyarázata, hogy a nitrogén illékonyabb, mint az oxigén. Ezért a folyékony levegő, ha magára marad, oxigénben egyre gazdagabb lesz, végül pedig már majdnem tiszta oxigén marad. Ennek alapján a levegőből az oxigént gyári úton lehet nyerni. A Linde-féle gyár 95—97%-os tiszta oxigént hoz forgalomba, nyersanyaga pedig a levegő.

A folyékony levegőt hűtésre is használják. Termekben nyitott edényekben tartják, Amerikában pedig a vasúton szállított húst hűtik vele.

Ha a folyékony levegőt légszívó burája alá tesszük, akkor a kis nyomás alatt forráspontja —225° alá kerül.

Ezen a hőmérsékleten 20 atm. nyomással a hidrogént folyósítani lehet. Ha az előbbi eljárást folyékony hidrogénnel végezzük el, —272°-ot érhetünk el. Ezt már csak kereken 1° választja el az abszolút zérusponttól (—273° C), a legalacsonyabb lehetséges hőmérséklettől.

A hő terjedése.

Az utolsó kérdés, melyet a hőjelenségek köréből még fel akarunk vetni, az, hogyan jut el a hő egyik helyről a másikra.

Hosszabb vaspálca egyik végét tartsuk lángba. Nemsokára kezünk is érzi a meleget. A pálcában a hő elterjedt az egyik végtől a másikig. Úgy szoktuk mondani, hogy a hő vezetés útján terjedt a pálcában. Ha égő gyufaszálat tartunk kezünkben, alig érzünk meleget, bár a szál rövid és égő része magas hőmérsékleten, 1000° körül van. Ez azt mutatja, hogy a fa rosszul vezeti a hőt. Általában jó és rossz hővezető anyagokról beszélünk. Jó vezetők a fémek, rossz vezető a fa, szalma, gyapot, üveg, porcellán stb.

De a fémek közt is nagy különbség van. Parafadugón szúrjunk át egyforma méretű vas és réz drótot (50. ábra) és mindegyiknek végére ragasszunk viaszgolyót. A drótok szabad végét tartsuk lángba, akkor a rézdrótról a

viaszgömb előbb esik le. Tehát a réz jobban vezeti a hőt, mint a vas.

Gázcsap fölé tartsunk fémhálót, amilyenből szitát készítenek (51. ábra). Gyújtsuk meg a gázt a háló alatt, akkor csak a hálóig ég a gáz. A háló ugyanis a hőt elvezeti és így fölötte a gáznak nincs meg az a hőmérséklete, amely a meggyulladáshoz kell.

Hasonlóképpen ha a gázt a háló fölött gyújtjuk meg, akkor a csap és a háló közt nem ég.

Ezen alapszik a Davy-féle biztosító lámpa (52. ábra), amelyet a bányászok használnak a robbanás elkerülése végett. D a v y angol kémikus (1778—1829) szerkesztette 1815-ben. A lángot részben üveghenger, részben pedig drótháló veszi körül. A hálón át, mint láttuk, a láng a külső, robbanékony bányagázokat nem tudja meggyújtani.

Kötözzünk jégdarabhoz vasat, hogy a vízben lesüllyedjen. Tegyük a jeget próbacsőbe és öntsünk föléje vizet (53. ábra). Tartsuk ferdén a csövet és melegítsük lángon a víz felső rétegét. A víz felül forr, alul pedig a jég nem olvad el. Ez azt mutatja, hogy a víz rosszul vezeti a hőt. A folyadékok általában rossz hővezetők. Ugyanezt mondhatjuk a levegőről is. Ezért készítenek kettős ablakokat és ajtókat. A köztük levő levegő jó hőszigetelő. A szűk ruha vagy kesztyű nem véd olyan jól a hideg ellen, mert ha bő ruhát viselünk, akkor a levegő testünk és ruhánk közt mint rossz vezető véd bennünket . A prémek is leginkább azért hőtartók, mert bennük sok levegő van.

Térjünk vissza egy pillanatra előbbi kísérletünkhöz. Miért kellett a vizet felül melegíteni? Ha alul melegítjük, akkor a hő elterjed benne, de nem vezetés útján. Az alul fel melegített víz, minthogy sűrűsége kisebb lett, felszáll, helyét pedig a felső hidegebb víz foglalja el. Ekkor maga a víz hordja a meleget alulról felfelé, a hő a víz áramlása útján terjed.

A vezetés és áramlás esetében egyaránt a hő anyagban terjed. De a Nap hője, amely a világűrön át eljut hozzánk, azt mutatja, hogy a hő léghíjas téren át is terjedhet, még pedig sugárzás útján. Mikor a napsugárzás légkörünkbe jut, a levegő nemhogy segíti a hő terjedését, hanem a Nap melegének egy részét elnyeli, tehát a sugárzást gyengíti. Ezért tűz erősebben a Nap magas hegyen, ahol a sugarak még csak kisebb és tisztább légrétegen hatoltak át. Ha fűtött kályha mellé állunk, akkor a hő a kályhából ugyancsak sugárzás útján jut testünkhöz.

Ha bútorunkat a kályha hőjétől védeni akarjuk, akkor fémernyőt helyezünk közbe. A fémek ugyanis a hősugárzást nem engedik át, hanem vagy elnyelik, vagy visszaverik. Az ernyő tehát felmelegszik, de mögötte a tárgyak a hőtől védve vannak. Az egyes anyagok a hősugárzást különböző mértékben engedik át. Egész légkörünk a rajta átmenő hősugárzásnak csak negyedrészét nyeli el. A levegő nem is közvetlenül kapja a hőt a Naptól, mert akkor a legfelső réteg legmelegebb lenne. A Nap hőjét a talaj nyeli el és ez melegíti fel a vele érintkező levegőt. Az a felmelegedés, amelyet a közvetlenül elnyelt sugárzás okoz, ehhez képest csekély. A sóréteg is jól átengedi a hősugárzást, ellenben az üveg és a csillám kevésbé.

Nyáron világos, télen sötétebb ruhát szoktunk hordani. Erre jó okunk van. A fekete test a ráeső sugárzást nagy mértékben elnyeli, felmelegszik, a fehér felületet a ráeső sugárzás kevésbé melegíti fel. A felület minősége más tekintetben is határoz, mert az érdes felület több hőt nyel, mint a simára csiszolt.

Ha fekete lapot teszünk a napsugarak útjába úgy, hogy a sugarak merőlegesen essenek rá, akkor a lapnak minden cm² területe percenként 2 grammkalória hőt kap, vagyis annyi hőt, amennyivel 2 g vizet 1 C°-al fel lehet melegíteni. Ezt a nagy hőmennyiséget motorikus célokra is fel lehet használni.

II. MOLEKULÁRIS HATÁSOK.

Molekula, atom.

Már az ókori görög tudományban megtaláljuk annak a felfogásnak kezdetét, hogy az anyag nem összefüggő, nem folytonos, hanem különálló részecskékből áll. Demokritos a Kr. e. 5. században azt írja, hogy az anyag oszthatatlan apró részekből áll. Mai tapasztalati alapon nyugvó atomelméletünket Dalton-tól (1766—1844) számítjuk, aki 1803-ban közölte először tanait. E szerint az anyagot nem oszthatjuk fel töréssel akármilyen kis részekre, a felosztásnak van határa, még pedig a molekula. Minden test molekulák halmaza, amelyeket kis, még mikroszkóppal sem észlelhető hézagok választanak el egymástól. Ugyanannak az anyagnak molekulái egymással mind megegyeznek.

Molekulánál kisebb tömeg szabadon nem fordulhat elő, de azért a molekulának is vannak részei, az atomok. Ismeretes, hogy a víz két rész hidrogénnek és egy rész oxigénnek vegyülete. A víz molekulája még maga is víz, vagyis ezekből a részekből áll. A víz molekuláját két hidrogénatom és egy oxigénatom alkotja. Vegyi eljárással a vizet fel lehet bontani ezekre az atomokra. Az atom tehát a vegyi bontás határa.

Rendes viszonyok között az oxigénatom nem marad magában szabadon, hanem két oxigénatom egy oxigénmolekulává egyesül. Az oxigén vegyi elem, vagyis nem bontható fel más anyagokra. Még a vegyi elem molekulái is többnyire atomokból állnak. Ha tehát egy palackban oxigént őrzünk, akkor molekulákat halmoztunk fel. Csak mikor az oxigént nagyon magas hőmérsékletre hevítjük, kb. 2000°-ra, akkor esnek szét a molekulák atomokra.

Ezeket a molekulákat nem szabad úgy tekinteni, hogy szépen, nyugodtan egymás mellé sorakoznak. Ezek még a szilárd testekben is folytonosan rezegnek, a rezgés teljesen rendezetlen, iránya mindig változik. Ezek a rezgések keltik bennünk a hő érzetét, ha egy testet megtapintunk. A test melegítésekor a rezgés élénkeb, tágasabb lesz. Ezért nevezzük ezeket a rezgéseket gyakran hőrezgéseknek.

Természetesen a molekulák csak úgy maradhatnak a testben együtt, ha köztük vonzóerő működik. Azt az erőt, amellyel a test molekulái egymást vonzzák, kohéziónak nevezzük. Ha egy testet el akarok törni vagy szakítani, akkor izomerőmmel ezt a kohéziót kell legyőznöm. Az eltöréshez szükséges erő tehát a kohéziónak is mértéke. Ha azt mondom, hogy az acéldrót erőssége mm²-enként 70 kg, ez azt jelenti, hogy 1 mm² keresztmetszetű acéldrótot elszakítása végett 70 kg-mal kell megterhelni. A rézdrót erőssége 40 kg, tehát azt is mondhatom, hogy az acél molekulái közt nagyobb kohézió működik, mint a réz molekulái közt.

Ha széttört pálca darabjait akármennyire összenyomom, a két rész bizony nem tapad újra össze. Más szóval a molekulákat nem tudom olyan közel hozni egymáshoz, hegy köztük észrevehető kohézió föllépjen. Ez a tapasztalat tehát azt mutatja, hogy a kohézió csak nagyon kis távolságig működik, csak egymáshoz nagyon közel eső molekulák közt.

Vízbe könnyű szerrel bedughatom kezemet. Evvel a víz részecskéit egymástól elválasztottam, a vizet «elszakítottam». Tehát folyadékokban sokkal kisebb a kohézió, mint szilárd testekben. Még kisebb a légnemű anyagokban. Fújjunk fel disznóhólyagot félig, kötözzük be és tegyük légszívó burája alá. Amint a levegőt kiszívjuk, a hólyag egyre jobban puffad. Ez azt mutatja, hogy az elzárt levegő kiterjedni igyekszik, a molekulák egymástól távolodnak, köztük kohézió alig működik.

A légnemű test mindig kitölti az egész teret, amely rendelkezésére áll. Ha terjeszkedésében az edény fala akadályozza, ezt belülről nyomja. Ez a gázok és gőzök feszítő ereje. A molekulák a falba ütköznek, innen visszapattannak, egymásba ütődnek, így röpködnek teljes összevisszaságban. A gáznyomás abból a folytonos bombázásból ered, amelyet a molekulák végeznek a falon.

A folyadékok felületi nyomása.

Vékony varrótűt helyezzünk óvatosan pohárban levő vízre. A tű, bár sűrűsége 8-szor akkora, mint a vízé, a víz felszínén úszik. A víznek felső, nagyon vékony rétege úgy viselkedik, mintha kifeszített hártya lenne és nem engedi át a tűt. Ezért tud a vízi boglárka is a víz tetején sétálni. Ez a hártyaszerű réteg a kohézió következménye. A folyadék belsejében levő molekulát a környező részecskék minden irányban egyformán vonzzák, ezek a vonzások egymást

kiegyenlítik, a kohéziónak tehát semmiféle hatása sincs. De azt a molekulát, amely a folyadék felületén van, a többi molekula befelé vonzza. A külső réteg tehát úgy viselkedik, mint ha befelé irányuló nyomás alatt lenne. Ez a felületi nyomás a külső réteget kifeszíti.

54. ábra. Szappanhártyára vetett cérna hurok.

A felületi nyomás szerepét különösen akkor látjuk tisztán, ha vékony folyadékréteget állítunk elő. Ismételjük meg gyerekkori játékunkat : szalmaszálon vagy üvegcsövön fújjunk szappanbuborékot. A magára hagyott buborék egyre összehúzódik. Ez a felületi nyomás következménye. A nyomás ugyanis befelé hat és a felületet csökkenteni igyekszik. A szappanbuboréknál ez lehetséges és a buborék valóban kisebbedik. Ez a megfigyelés szép példája annak, hogy egyszerű, régi jelenségekből is lehet mélyebb tanulságokat levonni.

Plateau nyomán más egyszerű kísérleteket is végezhetünk a felületi nyomás hatásának kimutatására. Már említettük, hogy a hígított alkoholban lebegő olaj gömbalakot vesz fel (lásd a 37. lapon). A gömbnek van ugyanis a legkisebb felülete, amelyet az olaj felvehet. Készítsünk köralakú drótkeretet és mártsuk szappanoldatba. A szappanhártya sík köralakban feszül ki. Most vessünk óvatosan cérnából készült szabálytalan hurkot a hártyára (54. ábra).

Ha itatóspapírral a hurok belsejéből a szappanoldatot kiszívjuk, a cérnahurok koraiakra ugrik ki. Ekkor van ugyanis a megmaradt hártyának legkisebb felülete. Készítsünk drótból kockavázat úgy, hogy a kockának minden éle meglegyen. Ezt a drótvázat is mártsuk szappanoldatba. Ekkor a hártya nem a kocka lapjait alkotja, hanem középen a hártyából kis négyzet alakul (55. ábra), ennek oldalaiból trapézalakú, csúcspontjaiból pedig háromszögalakú hártyalapok mennek a drótváz éleihez.

A felület görbültsége.

Ha üvegdarabot vízbe mártunk és azután kihúzzuk, azt látjuk, hogy az üveghez vízrészecskék tapadtak. A bemártott üveg tehát magához vonzotta a vizet. A különböző testek molekulái közt fellépő vonzóerő a tapadás (adhézió). De nem ez az egyetlen erő, amelyet itt számba kell venni. A víz molekulái közt a kohézió hat, amely a molekulákat együtt igyekszik tartani. Ha pedig azt látjuk, hogy a víz az üveghez tapadt, ebből azt lehet következtetni, hogy a tapadás az üveg és a víz között nagyobb, mint a kohézió a víz részecskéi között.

Mártsuk most üvegünket higanyba. Ha kihúzzuk, az üveg tiszta marad, higany nem tapadt hozzá. Nem mondhatjuk, hogy az üveg és higany molekulái nem vonzzák egymást, hanem az előbbi okoskodás szerint azt kell következtetni, hogy az üveg és higany közt a tapadás kisebb, mint a kohézió a higany molekulái közt.

56. ábra. A folyadék felszínének görbültsége a fal mellett.

A tapadásnak és kohéziónak együttes hatása a folyadék felületének az a meggörbülése, amelyet az edény falánál látunk. A víz az üvegpohár falánál felhúzódik, homorú lesz (56. abra, a).

Azt látjuk minden olyan folyadéknál, amely az edény falát megnedvesíti. A higany ellenben az üvegfal mellett domború alakot vesz fel (b).

A hajcsövesség.

Dugjunk vékony üvegcsövet vízbe, akkor azt látjuk, hogy a víz a csőben felemelkedik (57. ábra baloldalán), mégpedig annál magasabbra, mennél kisebb a cső belső világossága. Ez a hajcsövesség lényege. Hajszálcsőnek nevezünk minden olyan csövet, melynek belső nyílása kicsi. Mártsuk hajszálcsövünket higanyba (az ábra jobboldalán), akkor a higany a csőben alacsonyabb, mint a külső edényben, mégpedig most is annál alacsonyabb, mennél szűkebb a cső.

Ugyanezt a jelenséget más alakban is előállíthatjuk, ha van olyan közlekedő edényünk, melynek egyik szára hajszálcső (58. ábra). Ha ebbe az edénybe higanyt öntünk, amely nem nedvesíti meg a falat, akkor a hajszálcsőben a higany alacsonyabb lesz, mint a széles csőben. Ha ellenben vízzel töltjük meg edényünket, akkor a víz a hajszálcsőben magasabb, mint a másik szárban.

Ha ennek az érdekes jelenségnek magyarázatát keressük, akkor még rövid időre vissza kell térnünk a felületi nyomáshoz. U-alakú üvegcsőbe, mely belül kb. 2 mm széles (59. ábra a) öntsünk vizet.

59. ábra. A felületi nyomás homorú, vízszintes és domború felületen.

A víz mindkét szárban egyenlő magasan van. öntsünk tovább vizet, míg a rövidebb szár annyira tele van, hogy a víz felülete vízszintes (b). Ekkor a hosszabb szárban, ahol a víz felülete homorú, a víz magasabban van. Mit lehet ebből kiolvasni? A jelenségnek csak az lehet az oka, hogy a felületi nyomás, amely mindkét szárban befelé hat, a vízszintes felületen nagyobb, mint a homorú felületen és ez a nyomástöbblet a hosszabb csőben a vizet felszorítja. Most öntsünk csövünkbe még egy kevés vizet, míg a rövidebb szárban a víz domború (c). Ekkor a másik szárban a víz még magasabb, tehát a felületi nyomás a domború felületen még nagyobb.

Ezzel már birtokában vagyunk mindannak, ami a hajcsövesség magyarázatához kell. Ha a hajcsövet vízbe mártjuk (57. ábra), akkor a csőben a víz homorú, a külső széles edényben pedig vízszintes. Ennélfogva kívül nagyobb a felületi nyomás, mint a csövön belül, a nagyobb nyomás pedig felszorítja a csőben a vizet. Ellenben a higany a hajszálcsőben domború felületet vesz fel és így most a csőben nagyobb a felületi nyomás, mint kívül, tehát a külső folyadék lesz magasabb.

Az itatóspapírban vagy a falakon a víz hajcsövekben húzódik fel. A talaj nedvessége a növények felső részéhez ugyancsak hajcsöveken át jut.

Dörzsöljük meg az ebonitrudat állati szőrrel (62. rajz) és helyezzük kampónkba. Most dörzsöljük meg az üvegrudat a foncsorozott bőrrel és közelítsük az üveget az ebonit egyik végéhez. Az üveg maga felé vonzza az ebonitrudat.

62. ábra. Ebonitrúd dörzsölése.

Dörzsöljük meg másik ebonitrudunkat, akkor ez a kampón nyugvó ebonitot taszítja. Tehát a kampón levő ebonit máskép viselkedik a feléje közelített ebonittal, mint az üveggel szemben. Az ebonitnak másféle elektromossága van, mint az üvegnek. Így ez a tapasztalatunk arra jogosít fel,

hogy kétféle elektromosságot különböztessünk meg. A foncsorral dörzsölt üveg elektromosságát pozitívnak nevezzük, az állati szőrrel dörzsölt ebonit elektromosságát pedig negatívnak.

Ha előbbi kísérleteinket folytatjuk, azt látjuk, hogy a pozitív elektromos test a pozitívat és a negatív a negatívat taszítja. Ellenben a pozitív a negatívat vagy a negatív a pozitívat vonzza. Ezt úgy szoktuk összefoglalni, hogy egynemű elektromos testek taszítják egymást, különnemű elektromosságok pedig vonzzák egymást.

Kisebb mértékben elektromos testek vizsgálatára az elektroszkópot (63. ábra) használjuk. Üvegedénybe borostyán vagy kéndugón keresztül fémpálca nyúlik, melynek felső végén rendesen gömb van. A pálca alul két papírszalagot tart, mely csukló körül foroghat. Ha a gömböt elektromos testtel megérintjük, akkor a két lemez is egynemű elektromosságot kap, egymást taszítják és így széthajlanak.

Adjunk az elektroszkópnak pozitív elektromosságot,vagyis érintsük meg az előbbi üvegrúddal. A lemezek széthajlanak. Most érintsük a gömböt negatív elektromossággal, ekkor a lemezek összehajlanak, vagyis az elektromos állapot megszűnt. Tehát a pozitív és negatív töltések egymást közömbösítik.

Az elektroszkóp egyúttal azt is megmutatja, hegy a két összedörzsölt anyag mindegyike elektromos lesz, meg pedig az egyik pozitív, a másik negatív.

Az imént nem megdörzsölt rudakról beszéltünk, hanem pontosan megmondtuk a dörzsölő anyagot (állati szőr, foncsor) is. Ez valóban lényeges. Az üveg lehet pozitív vagy negatív elektromos a szerint, hogy mivel dörzsöltük meg. Erre nézve van egy sorozat : állati szőr, üveg, fémek, gyanta, gyapot, selyem, ebonit, borostyán, kén, kvarc, fa, pecsétviasz. Ha két anyagot összedörzsölünk, az lesz pozitív, amelyik a sorban előbb van, a másik negatív.

Vezetők és szigetelők.

Ha fémpálcát kezünkben tartunk úgy, mint az üveg vagy ebonitrudat és megdörzsöljük, akkor nem lesz elektromos. Sokáig valóban azt hitték, hogy a fémek nem elektromozhatók. Csak utóbb derült ki a tévedés oka. Az üveg csak ott elektromos, ahol megdörzsöljük, ellenben a fém az elektromosságot elvezeti. Ezért a fémeket vezetőknek nevezzük, az üveg pedig szigetelő. Ilyenek az üvegen és eboniton kívül a borostyán, kén, porcellán, csillám, selyem stb. A megdörzsölt fém töltése testünkön keresztül távozik, ha a fémrúd kezünkben van, mert az emberi test is vezető. Ha a fémet elektromozni akarjuk, akkor szigetelőnyéllel kell ellátni és csak ezt a nyelet szabad megfogni.

Tulajdonképpen többé-kevésbé minden anyag vezeti az elektromosságot, a fémek jól, az üveg kevéssé. Azért helyesebb vezetők és szigetelők helyett jó és rossz vezetőkről beszélni.

A vezetésről a következő kísérlet ad jó képet. Állítsunk két elektroszkópot egymás mellé (64. ábra), az egyiket lássuk el elektromossággal és kössük össze szigetelő-nyelű fémdrót útján a másik elektroszkóppal. A dróton át az elektromosság elterjed és a másik elektroszkóp lemezei is kitérnek. Úgy képzeljük, hogy az elektromosságot súlytalan folyadék alkotja, az elektromos töltés, amely a dróton át áramlik. A kétféle elektromos állapotnak megfelelően kétféle töltést különböztetünk meg, pozitívat és negatívat.

Arról is számot adhatunk, hogy a vezetők töltése hol helyezkedik el. Dróthálót (65. ábra) szélén lássunk el szigetelőnyelekkel és állítsuk szigetelő állványra. Lapjára mindkét oldalon ragasszunk papírszalagokat. Ezek egy-egy elektroszkópnak felelnek meg.

A kiterített hálót töltsük meg elektromossággal pl. úgy, hogy üvegrúdunkkal néhányszor megérintjük. A lemezek mindkét oldalon kihaj lanak, tehát elektromos töltést jeleznek. Hajlítsuk be a hálót hengeralakra, akkor a külső lemezek kihajlanak, a belsők nem. Ha a hálót kifordítjuk, ismét csak a külső lemezek jeleznek töltést. Tehát az elektromos töltés a vezető külső felületén helyezkedik el.

Az elektromos megosztás.

Tetszésszerinti alakú vezetőt, pl. hengeralakút (66. ábra jobboldalán) állítsunk szigetelő-nyélre. Két végére függesszünk elektroszkóp gyanánt papírszalagokat vagy kis bodzabél golyókat. Közelítsünk pozitív elektromos testet, pl. az üvegrudat vagy előbb megelektromozott gömböt (A) hozzá. Az elektroszkópok széthajlásukkal töltést jeleznek.

A henger két végén elektromos. Ha a gömböt a henger mellett hagyjuk és pozitív elektromos üvegrúddal közeledünk a gömbhöz közelebb levő bodzagolyókhoz, vonzást látunk, az ellenkező oldalon pedig taszítást. Tehát az előbbi oldalon (a) negatív, az utóbbi végen (b) pozitív töltés keletkezett. Ha a gömböt (A) negatív töltéssel közelítettük volna, akkor az elektromosság mindenütt fordított lenne.

Tehát összefoglalóan a következőket mondhatjuk : Ha vezetőhöz elektromos töltéssel közeledünk, akkor a vezető két oldalán elektromos lesz. A közelített töltés felé eső oldalon ellentett, a másik oldalon egynemű elektromosság lép fel.

Ez az elektromos megosztás. Könnyen megérthetjük ezt a jelenséget, ha abból a képből indulunk ki, hogy minden vezetőben, még mielőtt elektromos, kétféle töltés van egyenlő mennyiségben elkeveredve. A közelített pozitív töltés a vezető negatív töltését maga felé vonzza, a pozitivet pedig az ellenkező oldalra taszítja. A megosztásnál tehát csak különvált az a kétféle töltés, amelyet előbb azért nem vettünk észre, mert elkeveredtek és így közömbösítették egymást.

Távolítsuk el a megosztó töltést (gömböt). Ekkor a lemezek lehajlanak, a megosztás megszűnt . Tehát a megosztás csak addig tart, míg a megosztó töltés a vezető közelében van. Ha az előbbi képet folytatni akarjuk, azt mondhatjuk, hogy a megosztó töltés eltávolítása után megszűnik az az ok, amely a kétféle elektromosságot különválasztotta és így ezek újra összekeverednek.

Állítsuk elő újra a megosztás jelenségét, hagyjuk a megosztó töltést (pozitív gömböt) a vezető (henger) közelében és érintsük meg a vezetőt . Ekkor a távoli végen (b) az elektroszkóp lemezei lehajlanak, vagyis az itt fellépő egynemű töltést testünkön át elvezettük, a közeli oldalon (a) az ellentett töltés megmarad. Bárhol érintjük meg a vezetőt, akár ott, ahol az ellentett töltés van, mindig csak az egynemű távozik. Addig, amíg a megosztó töltés helyén marad, csak az egynemű töltést lehet elvezetni, az ellentett töltést a megosztó test, amint mondani szoktuk, leköti. Ezért a megosztás alkalmával a megosztó töltéssel egynemű elektromosságot, amely a távoli oldalon lép fel, szabadnak mondjuk, az ellentett töltést pedig kötöttnek.

Miután a szabad töltést elvezettük, vigyük el a megosztó elektromosságot. Most már az ellentett töltés nincs lekötve a vezető egyik oldalára, hanem a vezető egész felületén eloszlik és szabadon rendelkezhetünk vele.

Tartsunk a megosztó töltés és az elektroszkóp közé szigetelőlapot, pl. száraz üveg- vagy ebonitlemezt. A meg osztás jelensége akkor is létrejön.

68. ábra. A csúcshatás.

A szigetelő az elektromos töltés hatását átengedi, azért dielektromos anyagnak is nevezzük (dia = keresztül).

De ha az elektroszkóp és a megosztó töltés közé fémlapot (67. ábra F) teszünk, mely a Földdel van összekötve, akkor az elektroszkóp a töltést nem érzi meg. A lapban ugyanis megosztás keletkezik, mégpedig a pozitív megosztó töltés (E) felé oldalon a lap negatív, a másik oldalon, pozitív lesz. A szabad pozitív töltés a Földbe távozik, kívül pedig a két ellentett töltés leköti egymást. Az elektroszkópra semmiféle töltés nem hat, a fémlap megvédi a külső töltés (E) hatásától. Ez a fémlap ernyőhatása, melyet mindig alkalmazunk, ha azt akarjuk, hogy a töltés a mellette levő vezetőt ne zavarja.

A megosztással kapcsolatban még egy érdekes jelenséget figyelhetünk meg. Töltsünk meg vezetőt, pl. gömböt (68. ábra, A) pozitív elektromossággal és állítsunk melléje fémcsúcsot (B), melyet fémvezeték (V) a Földdel köt össze.

A gömb csakhamar elveszti töltését. A fémcsúcsban ugyanis megosztás keletkezik. A szabad pozitív töltés a vezetéken át a Földbe távozik, a negatív pedig a csúcsról kiáramlik a gömbre és közömbösíti ennek pozitív töltését. Ez az úgynevezett csúcshatás. A vezetővel szembehelyezett fémcsúcs úgy viselkedik, mintha a vezető töltését kiszívta volna.

Az elektromos feszültség és kapacitás.

Helyezzünk el egy edényt (69. ábra, A) magasan és egy másikat (B) alacsonyan. A két edényt cső köti össze. Ha a magasabb edénybe vizet öntünk, ez lefelé áramlik.

Az áramlás oka a különböző magasság. A víz mindaddig folyik, amíg a két edényben a víz magassága közt különbség van. A magasságot onnan számítjuk, ahonnan akarjuk. Mondhatjuk, hogy az egyik edényben a Földtől számítva a víz magassága 1 m, a másikban 4 m. A különbség, amely most érdekel, 3 m. Éppen olyan joggal mérhetjük a magasságot az önkényes 0-től is. Ekkor az egyik vízfelület magassága 0 fölött 2 m (mondhatjuk + 2 m), a másiké 0 alatt 1 m (mondhatjuk — 1 m). A különbség persze most is 3 m.

Megfelelő jelenséget az elektromosság körében is találunk. Állítsunk egymásmellé két fémgömböt (70. ábra). Az egyiknek (A) adjunk nagy pozitív töltést, a másiknak (B) keveset. Ha a gömböket fémvezetékkel összekötjük, az első gömbről töltés áramlik a másikra. Itt is kell lenni egy oknak, amely a töltést mozgásba hozza. Ezt az okot elektromos feszültségnek mondjuk. A töltés a nagyobb feszültségű gömbről a fémdróton át a kisebb feszültségű gömbre áramlik, mint előbb a víz a magasabb edényből a csövön át az alacsonyabb edénybe.

70. ábra. Elekromos töltés áramlása.

71. ábra. Kapacitások összehasonlítása.

A gömbök azáltal kaptak elektromos feszült séget, hogy töltést adtunk nekik. Egyenlő méretű gömbök közül annak feszültsége lesz nagyobb, mely több töltést kapott.

De most még egy lépést tovább kell mennünk. Állítsunk egymás mellé egy nagyobb és egy kisebbméretű elektroszkópot (71. ábra) és adjunk mind a kettőnek ugyanannyitöltést. Ekkor a kisebb elektroszkóp lemeze nagyobb kitérést mutat. Az elektroszkóp tehát tulajdonképpen nem. is a töltés nagyságát méri. A lemezek kihajlása a feszültséget jelzi. Tehát ugyanaz a töltés a kisebb elektroszkópot nagyobb feszültségre emeli. Viszont ha azt akarjuk, hogy a két elektroszkóp lemezei egyenlő szöggel térjenek ki, tehát ugyanakkora feszültségük legyen, akkor a nagyobb elektroszkópnak több töltést kell adni. Úgy mondjuk, hogy a nagyobb elektroszkópnak nagyobb kapacitása van. Minden vezetőnek van kapacitása, melynek nagysága a vezető méretétől és alakjától függ.

Végül még új mennyiségeinek mértékeivel kell megismerkednünk. A feszültségnek gyakorlati mértéke 1 volt, a kapacitásé pedig 1 farad.

De ez az utóbbi igen nagy, ekkora kapacitásokkal nem igen dolgozunk. Helyette 1 mikrofaradot használunk egységül, mely a faradnak milliomodrésze. A kapacitást gyakran még cm egységekben is mérik. Ez 1 cm sugarú gömbnek kapacitása.