Liszi János: Jedlik Ányos ’Hőtan’-a

Kézirat a XIX. század közepéről[1]

 

A 66 oldalas magyar nyelvű kézirat, amelyet a Pannonhalmi Főapátsági Könyvtár őriz, 1847 és 1851 között keletkezett. Az időbeni behatárolás azon alapul, hogy egyrészt a kézirat a Polytechn. Journal 1847. áprilisi száma alapján folyószövegben ismerteti Boutigny fagyasztási módját, másrészt 1851-ben jelent meg a kézirat alapján egy kőnyomatos hőtan Goldsmidt Vilmos bölcsész leírásában.[2] Jedlik a negyvenes években nagy terjedelmű természettant készült írni, olyan egyetemi színvonalú könyvet, mely szakkifejezéseiben is magyar. A műnek sajnos csak az első része jelent meg nyomtatásban. Ennek rövidített címe: Súlyos testek természettana. Az előszóban Jedlik bejelentette, hogy ha törekvése „az olvasó közönség előtt némi némű méltánylásban” részesül, „hatalmasan ösztönöztetve” érezné magát a súlytalanok természettanának kidolgozására és közrebocsátására. Ennek része lett volna a ’Hőtan’ is. A Pannonhalmán őrzött 66 oldalas kézirat azonban szűkös terjedelme miatt nem tekinthető a Természettan folytatásának, vagy ha annak készült is, később lényegesen bővítette volna a szerző.[3]

 

A kézirat öt fejezetre oszlik és rendre a következő címeket viseli:

-        A meleg fokozatairól

-        A meleg terjedéséről

-        A testeknek hévfoghatóságáról

-        A meleg működéséről

-        A meleg forrásairól.

 

A ’Hőtan’ megítélésekor figyelembe kell venni, hogy nem sajtó alá rendezett kéziratról van szó. Többször említi, hogy „élőszóval előadva”. Nem ír a gőzgépekről sem, pedig ezek nyilvánvalóan érdekelték a kísérletező Jedliket. Ez a kézirat-jelleg is magyarázza a helyesírás következetlenségeit, az ékezetek „nagyvonalú” használatát. ha röviden akarnánk jellemezni a kéziratot, akkor azt mondanánk, hogy kémiai termodinamikáról van szó, kivéve annak kémiai reakciókkal foglalkozó részét.

Külön kell szólnunk a ’Hőtan’ nyelvezetéről. Feltűnően érződik rajta a nyelvújítás hatása. Kerüli az idegen szavakat, bár zárójelben – mintegy magyarázatként – latin kifejezéseket ad meg. A magyar tudományos nyelvnek ez a korszaka viszonylag rövid életű. Nendtvich Károly ’A vegytan elemei’-ben már 1854-ben visszatér a latin és görög eredetű szavak használatához. Jedlik maga is tevékenyen részt vett a nyelvújításban. neki tulajdoníthatók például következő szavaink: dugattyú, eredő, huzal, nyomaték, térfogat. Az ő munkássága nyomán terjedt el a halmazállapot és a hullámelhajlás használata. Természetesen vannak olyan szavai is, melyek feledésbe merültek. Ilyen bájos leleménye a meneny, amivel az iont akarta elnevezni. Eszerint az anion bemeneny, a kation kimeneny lett volna. Ma talán mosolygunk ezeken az elnevezéseken, de ez csak tudatlanságunkból ered. Jedlik ugyanis pontosan tudta, hogy az ion (ιον) a görög „menni” (ιεναι) ige változata és azt jelenti, hogy valami ami mozog. A ’Hőtan’ nyelve egészében ízes magyar nyelv, mely a mai olvasó számára éppen azért tűnik kissé különösnek, mert kerüli az idegen szavak használatát.

 

A jelen fejezetben ismertetett kéziratot a fejezet szerzője rendezte sajtó alá és jelentette meg 1990-ben.[4]

Mielőtt szemelvényeket néznénk a kéziratból emlékeznünk kell arra, hogy a XIX. század közepén a fizikusok óriási erőfeszítéseket tettek a hő mibenlétének tisztázására. Gondoljuk meg: már régen működtek a gőzgépek és még nem tudták, hogy mi a hő.

 

E hosszú sikertelenség okát ma három dolognak tulajdonítjuk, nevezetesen:

1.      Nem definiálták a termodinamikai rendszert, ami pedig elengedhetetlen a fegyelmezett gondolkodáshoz. Jedlik maga is csapong, egyaránt beszél a Papin-féle üstről és a „tűzokádó hegyek szörnyű tüneményei”-ről.

2.      Nem tudták, hogy a hő nem termodinamikai tulajdonság, hanem un. útfüggvény. A megfelelő termodinamikai tulajdonságot, az entrópiát Clausius találta meg, akivel Jedlik személyesen is találkozott.

3.      Nem tettek különbséget a hő és a hőmérséklet között, sőt voltak, akik a hőt valamilyen különleges anyagnak gondolták. Tarczy Lajos például így ír: „…két úton vannak a physicusok. Egyik irány a testek parányainak, a másik a testparányokat körülfogó leb-parányok hintázataiban véli a hő forrását. (…) Melyik életrevalóbb e két nézet közül: azt a jövő vizsgálódások fogják elhatározni.”[5] Kellően bölcs volt ahhoz, hogy ne ítéljen olyanról, amit nem tud.

 

 

Szemelvények Jedlik Ányos ’Hőtan’-ából

 

1. A melegről

 

„A meleg vagy alanyilag vagy tárgyilag tekinthető.[6] Alanyilag jelenti azon sajátságos érzetet, mellyet testünknek bár melly részén veszünk észre, ha például befűtött kemenczéhez, vagy égő testhez közeledünk, vagy avval érintkezésbe jövünk. Tárgyilag vett meleg pedig nem egyéb, mint az imént említett érzetnek oka.”

„Régiebb természetvizsgálók a meleget egy igen finom sulytalan, vagy legalább észrevehetetlen sulyu folyó anyagnak tartották, melly minden egyéb anyagokon keresztül hat. A természettan jelen állapotában azonban a meleg anyagok közé nem soroltatik, hanem az egész világon elterjedett lebegény /:aether:/ valamivel nagyobb hullámu rezgésének állíttatik; mint a minő a világosság[7] származására szükséges. (…) Mi is a meleg lényegét rezgési mozgásban lenni állítjuk; mi azonban nem fog gátolni bennünket, hogy rövidebb kifejezés végett a meleg szóval többször úgy élünk, mintha azt még most is anyagnak tartanók.”

 

 

2. A meleg terjedéséről

 

„Midőn valamelly test hévmérséke a’ körül álló testek hévmérsékénél magosabb, abbol a melegnek minden iránybani elterjedését onnét vehetni észre, hogy emezeknek hév­mér­séke növekszik. Ezen melegterjedés kétféleképen szokott megtörténni t.i. sugárzás vagy vezetés által. (…)

 

 

A meleg sugárzás

 

Minden meleg testből, melly egyennemü közegtöl környülözve van, a meleg mindenfelé sugárok gyanánt őmlik. (…) Az e képen terjedő meleg sugárzó melegnek mondatik. A sugárzó meleg haladási sebességét megmérni eddig nem valának képesek a természetvizsgálók, de azon nagy hasonlatosságnál fogva melly a meleg és a világosság között létezik alaposan gyanítják, miként a’ meleg sugárainak sebessége vagy egyenlő a’ világosság sebességéhez, vagy attol nem sokkal különbözik.[8] (…) A sugárzó meleg mennyisége, melly a’ meleg testből bizonyos idő alatt kiömlik több körülményetől függ. Tapasztalás szerint annál több meleg sugárzik ki a testből a) minél nagyobb annak a hévmérséke b) minél nagyobb a sugárzó test felülete. c) Minél göcsörtösebb ezen felület. d) Végre a sugárzó meleg mennyisége függ még a meleg test anyagának minemüségétől[9] és szinétől is. (…) Ha meleg testből kiömlő sugarak másnemű közegbe ütköznek, ettől részént visszahajtatnak[10] részínt átbocsájtatnak, részént elnyeletnek. A visszahajtott, és átbocsájtott sugarak bizonyos körülményekben még azon módosításnak is vannak alája vetve, melly sugár sarkításnak /:polarizatio:/ mondatik. (…) A hévsugarak közt szint azon szinezeti különbség /:Thermochromismus:/ uralkodik, melly a’ világ sugarakban észrevehető. Valamely átmelegítő testen[11] keresztül menő hévsugarak épen azon törvények szerint szokták irányukat változtatni, az az megtörést szenvedni, mellyeket a világsugarakroli tárgyalásunkban hozandunk elő. Ennél fogva konyhasó átlátszó jegőczéből készített lencsével a láthatatlan melegsugarak épen úgy, mint a világsugarak gyujtó lencsével öszpontosít­hatók.”[12]

 

 

A meleg vezetésről

 

„Ha valamelly testnek egyik része bár mimódon megmelegítetik, az melegét a többi részekkel is mind addig közli, míg az egész test egy hévmérsékű nem lesz; ugyan ezt mondhatni az érintkezésben levő több testről is. Ezen tulajdonsága a testeknek melegvezető tehetségnek[13] mondatik. A testek, a mint nagyobb v. kisebb sebességgel terjesztik el tömegükön a meleget ugy vagy jó vagy közép vagy rossz melegvezetőknek neveztetnek. A szilárd testek annál jobb vezetők, minél tömöttebbek; legjobbak tehát a fémek (…), középszerűek az üveg, kövek és föld anyagú testek; legrosszabbak az állati és növényi termékek ugymint: tol, gyapju, szőr. (…) A folyadékok és légnemű testek általában a rossz vezetőkhöz tartoznak. (…) Mindenütt, hol gyors meghűtést eszközleni akarunk jó vezetőket használunk, hol pedig a meleg elillanását gátolni kivánjuk rosz melegvezetőkkel élünk.”

 

 

3. A termikus egyensúlyról[14]

 

„Minthogy minden test bár melly hévmérsékben is magából meleget sugárzik, látni való, hogy az egymás közelében létező és különböző hévmérsékű testek egymást sugározzák; ez alatt a melegebb testek kevesebb hévsugarakat kapván, mint a kevésbé melegek, azok meghűlnek, emezek pedig megmelegülnek, míg végre mind egyikben egyenlő hévmérsék elő nem áll. Ezen hévmérséki egyenlőség meleg egyensúlyának neveztetik, melly nem azon értelemben veendő, mintha abban a testek melegének sugárzása megszünnék, hanem csak akkép, hogy a közösülésben létező testeknek midegyike ugyan annyi meleget sugároz ki, a mennyit a többiektől kisugárzott melegből elnyel; s ennek okáért az illy módon elő állott hévmérséki egyenlőség határozattamban[15] mozgó egyensúlynak mondatik.”

 

 

4. A testeknek hévfoghatóságáról, fajlagi és viszonyos melegéről[16]

 

„A testek egymás közt folytonosan közösülvén, azon meleget is, mellyet magukban elnyelve tartanak egymással szükségképen közlik; ennélfogva nincs test, mellyben kisebb vagy nagyobb mennyiségű meleg nem léteznék. Ha egyenlő tömegü és anyagu két test ugyan azon hévmérsékű is, nincs okunk kételkedni, hogy bennük létező meleg mennyiségek is egyenlők, ha pedig az egyenlő hévmérsékű és anyagu testeknek egyike 2-szer 3-szor nagyobb tömegű a másiknál, természetes, miként a nagyobb tömegű testben található meleg mennyiség is 2-szer 3-szor nagyobb a kisebbik tömegü test meleg mennyiségénél. (…) A testek azon tulajdona mellynél fogva bizonyos hévmérsék elérésére több vagy kevesebb meleget vesznek fel hévfoghatóságnak /:capacitas caloris:/ neveztetik. (…) Azon meleg mennyiség, melly bizonyos tömegű testben szükséges, hogy más, vele egyenlő tömeggel ugyan azon hévmérsékbe jöjjön fajlagi melegnek /:calor specificus:/ mondatik. (…) A víznek hévfoghatósága minden egyéb testek hévfoghatóságát meghaladja. a fémek hévfoghatósága ellenben legkisebb. (…) Végre igen nevezetes Dulong és Petit abbeli észrevételök, hogy ha egyes vegyelemeknek számokban kifejezett parány[17] sulyai szoroztatnak azoknak hévfoghatósági számaikkal, mindég csaknem egyenlő szorzat keletkezik.[18] Igy Dulong és Petit szerint a vas hévfoghatósága 0.1100, paránysulya[19] pedig 339.2, ezeknek szorzata 37.31. A réznek hévfoghatósága 0.0949, paránysulya 395.7, ezeknek szorzata 37.59. A kén hévfoghatósága 0.188, paránysulya 201.2, melly számok szorzata 37.82.”

 

 

5. A kiterjedésről[20]

 

„Midőn valamelly testel uj meleg mennyiség közöltetik, ez sajátságos tulajdonánál fogva a’ test részecskéire taszitó erő gyanánt hat, s’ azokat egymástól valamennyire eltávolitja; ennélfogva tehát a testek melegülés által minden kivétel nélkül szétterjednek.[21] Ellenben ha valamelly test részecskéire taszítólag müködő melegmennyiségéből veszít, azok az összefüggési erőnek[22] szabadabb működése által egymáshoz közelebb vonatnak; tehát a’ testek meghűlés által összehuzódnak. Mind a két állitás igazságát a következő tünemények[23] is bízonyítják. a) Az ingák egyenlő körűlmények feltétele mellett nagy hőségben lassabban, nagy hidegben gyorsabban teszik meg ingásaikat; előbbi esetben tehát hosszabbulniok, másodikban pedig rövidülniök kellett.[24] b) Ha fém lemezen akkora lyuk vágatik, hogy rajta egy hideg ércz golyó épen átférhessen, megmelegitetvén azon lyukon mind addig át nem tér, míg ismét meg nem hül. c) Ha vizzel vagy más folyadékkal töltött palaczk parafa dugaszán hosszu üveg cső keresztül tolatik, azutan a palacz vízzel együtt megmelegítetik, látni való, miként a folyadék melegítés közben míndíg fellebb emelkedik; a víz meghidgűlésével pedig megint az előbbi állására leszál; valamint ezt a’ hévmutatók[25] folyadékai is tanusítják. (…) Ellenben igen sok folyadék ha fagyási fokig meghül nagyobb tért foglal el.”[26]

 

 

6. Az olvadásról

 

„Ha szilárd test részecskéinek összefüggésük a meleg által annyira kisebbítetik, hogy az a sulyjoknál fogva lefelé törekvő részecskéket tovább az előbbi helyzetükben fenn tartani nem képes, akkor a test folyó állapotba megy által ’s megolvadni mondatik. Ezen halmazi változáson nem minden test képes általmenni, némellyek, főkép az életműszerűek[27] minekelőtte megolvadnának vagy vegyűleti szétbomlást szenvednek, vagy a körlég élenyével[28] egyesűlvén megégnek, mások a’ legnagyobb elállítható hőséget is olvadatlanul kiállják, mint ezt a mészföldben[29] (…) tapasztalhatni. (…) Különböző anyagu testek olvadása különböző hévmérsékeket igényel.[30] Némellyek olvadására a legcsikorgóbb télnek hévmérséke is elegendő, illyenek a higany, borszesz, kénégény,[31] mások a körlég közönséges hévmérsékében térnek folyó állapotba; víz, olaj. (…) Ha a test meghűlés közben olvadási hévpontját elérte abban mind addig állandóan megmarad, míg egésszen meg nem olvadott.[32] Ezen állítás a következendő késerlet által bizonyítatik be. Vétessék két egyenlő nagyságu edény, ‘s minek után egyik (…) 0° hévmérsékű hóval, másik ugyan annyi tömegű, ‘s azon hévmérsékű vízzel megtöltetett, állíttassék mind a kettő egyszerre forró vízbe. A havat foglaló edény hévmérséke mind addig nem fog emelkedni, míg a hó benne egészen fel nem olvadott, a vizet foglaló edény pedig vizével együtt azon idő alatt 75 oC – ra megmelegszik.” A „megolvadó hó részecskék által felvett meleg csupán csak olvadásukra fordítatik anélkül, hogy az a hévmérsékük emelésére legkevesebbé is befolyhatna. A test által e képen felfogott meleg lappangó melegnek vagy kötött melegnek[33] neveztetik. (…) Valamint a szilárd testeknek olvadásakor bizonyos meleg mennyiség megköttetik, ugy a’ folyadékoknak szilárd állapotbai átmenetelekor a kötött meleg ismét szabaddá lesz.”

 

 

7. A gőzképzés

 

„Meleg által minden szilárd, vagy csöpögös[34] test terjedékenynyé változtatható. ha ezen halmazi változás csak a testnek felűletén megy véghez párolgás, ha pedig egyszersmind a test tömegének belsejében is történik, forrásnak mondatik. A párolgás által származott terjedékeny test pára, a forrás által eredett pedig gőz nevet visel; egyik a másiktól nem lényegre, hanem csak származásának hévmérséki fokára nézve különbözik. (…) A testek nagyobb részént nem csak a közönséges, de még a fagypontalatti hévmérsékben is képesek párologni.[35] (…) A párák terjedékeny állpotukból ismét folydékká válnak, ha vagy meghűttetnek, vagy összenyomatnak. Meghűtés által a fennállhatásukra szükséges melegtől fosztatnak meg, nyomás által pedig kisebb térbe szoríttatnak; de midőn ez történik feszerejüknek növekedni kellene; mint hogy pedig a párák feszereje ugy mint a levegőnek nyomás által nem nagyobbítható, azok egy részének szükségképen folyadékká válnia kell. – Ha a kőrlégben létező párák hideg szilárd testek által hűttetnek meg, azokat harmat gyanánt lepik be, valamint ezt nyári napokban a föld színén ‘s növények levelein, téli időben pedig a lakott teremek ablaktábláin láthatni. Ha pedig maga a víz párával elegyedett levegő bár mi oknál fogva meghűl, akkor a párák a levegőben igen parányi csőppőcskekké (…) változnak, mellyek mennyiségükhez képest a körléget majd homályosabbá teszik, majd annak alsóbb rétegeit köddel töltik meg, majd a kőrlég felsőbb rétegeiben felhőket képeznek. (…) Midőn valamely folyadék alulról azon hévmérséki fokra melegíttetik, melly alatt nem csak felszínén, hanem tömege belsejében létező részecskék is gőzzé változnak, forrásban lenni mondatik. Ez következő tünemények közt szokott történni. Legelőszőr is a folyadék líkacsaíban létező légrészek apró buborékok alakjában kiszabadulván felszállnak, vagy az edény oldalaira telepednek. Azután a növekvő melegűlés következtében kis gőzbuborékok keletkeznek, mellyek felfelé emelkedvén a folyadék felsőbb ‘s hidegebb rétegeiben összeesnek, és azon sajátságos zugást okozzák, melly a forrást szokta megelőzni. Végre ha a folyadék legfelső rétege is elegendőleg átmelegült a folytonosan felfelé tóduló gőzbuborékok többé össze nem esnek, hanem a folyadékot hullámzó mozgásba hozván, annak felszínén szétpukkannak, és a körléggel összeelegyednek. (…) Különnemű folyadékok forrására különböző hévmérséki fok kívántatik. Ugyan is minden folyadék csak azon hévmérsék alatt jöhet forrásba, melly által részecskéinek összefüggése[36] felbontatik; már pedig a folyadékok összefüggése igen különböző; az lesz tehát a forrásukra megkivántató hévmérséki fok is, melly forrpontnak neveztetik. (…) A folyadékok forrás alatti hévmérséke nem változik, bár melly magos hőségi hatásnak is tétessenek ki, ha különben a többi körülmények ugyan azok maradnak.[37] … A forrás által képett gőznek feszereje a növkvő hévmérsékkel növekszik ugyan, de nem aránylagosan, hanem sokkal nagyobb mértékben.[38] (…) A zárt edényben melegített víz forrpontján fölül bármelly hévmérséket vehet föl, csak a vizet tartalmazó edény a gőzök hathatós feszerejének legyen képes ellentéllni. – A folyadékok e tulajdonságán alapul a Papin-féle üst, ez nem egyébb mint egy lezárólag erősen befödött vas edény, mellyben a víz 200 °C – ra is megmelegíttethetik, a hus kevés idő alatt csekély tüziszer felhasználásával igen puhára fől, sőt még a csontok is részént kocsonyává, részént porrá szétmállanak. Szétpukkanástol nyomatékokkal terhelt szellentyű által biztosítatik”.[39]

 

 

8. Az égésről

 

„Az égés széles értelemben véve nem egyéb mint némelly anyagoknak hőség és világosság származásával összekapcsolt vegyesülése, legtöbbnyire mégis az égés élenynek szén(eny), köneny,[40] kén(eny), villany[41] és fémekkeli vegyűlése által eszközöltetik. Ennélfogva a nevezett elemek, és azokat mint alkotrészeket tartalmazó testek égékeny, vagy gyulékonyoknak mondatnak.

Az égésre megkívántató körülmények. a) Az égékeny testek természetéhez mért bizonyos hévmérséki fok. b) Az égés folytatására szükséges, hogy a meggyulladt testhez elegendő mennyiségű éleny, vagy ezt tartalmazó körlég járulhasson, az élenytől megfosztott körlég pedig attol elmozdíttassék. Ezen kellék létesítése többnyire az égő testből kifejlődött hőség által eszközöltetik; mert az égő test körüli körlég megmelegedvén a minden oldalról hozzá toduló hidegebb körlégtől felemeltetik. Ha ezen az égésre elkerülhetetlenül szükséges léghuzam mesterségesen például kémények, fuvócsők,[42] fujtatók czél­sze­rű alkalmazásával gyorsabbá tétetik az égési folyam is tetemesen elősegíttetik, valamint ezt a fuvocsők által illesztett lámpák lángjában, és az ércz olvasztó szél­ke­men­czék­ben tapasztalhatni. c) Az égő test, és az éleny közt a lehető legnagyobb érintkezési terület. Ennélfogva élénkebb az égés tiszta élenyben mint körlégben, összenyomott körlégben mint rit­kítottban. Forgácsokra darabolt fa is élénkebben ég mint darabolatlan.

Égés közben előfordulni szokott figyelemreméltó tünemények.

a) Az égő testek nyagyobb részint lánggal, némellyek a nélkül égnek. A melly tesnek gyulékony alkotrészei égés közbeni kifejlett hőség által hamarabb gőzzé v. léggé változnak mintsem az élenynyel egyesülhettek volna, azok lánggal égnek, mert a belőlük fölfelé törekvő gyulékony részek elröppenésük közben jőnek az élenynyel érintkezésbe. A láng tehát nem egyéb mint a' hevített testből kifejlett, és rendszerint fölfelé irányzott gyulékony részecskéknek égő folyama; az égő testet mind azon által azért nem hagyja el; mert az elröppenő és megégett részecskék másokkal folytonosan pótoltatnak. (…) Különböző gyúlékony anyagok különböző színű lánggal szoknak megégni; miként ezt az olaj, borszesz kén, villany sat. lángjában láthatni. Ennélfogva az égő testek lángja szinesithető, ha az égő testtel némelly anyagok czélszerűen vegyítetnek; igy a borszesz lángját pirsókkal[43] pirosra, konyhasóval sárgára, bőrsavval, vagy rézsóval zöldre, mészsókkal[44] tégla színűre sat. lehet festeni.

b) Némelly testek minden füst nélkül égnek, mások égés közben füstöt bocsátanak ki. Füst nélkül minden esetben csak olly testek égnek, mellyeknek gőzzé vált részeik mind magányosan, mind az élenynyel egyesűlve láthatlanok. (…) Azon testek pedig, mellyek alkotrészeik élenynyel egyesülve szilárd testet képeznek, égésük alatt sűrű füstöt bocsátanak ki magokból. (…) A láng fölébe közvetlenül tartott fémlemezt a láng nem érinti meg, mert a lemezzel érintkező részecskék az égésükre szükséges melegtől megfosztatván égni megszünnek. Ennélfogva a láng fém huzalbol készült hálóforma szöveten még akkor sem hat keresztül, ha a mondott szövet vörös izzásig is megmelegedett. Ezen tapasztalatra alapítá Davy biztosító lámpáját.[45] (…) Áll ez egy henger alaku közönséges olajlámpából, mellynek lángját finom vashuzalból szőtt … szita boriték födi. Ha illy lámpa a gyulékony bányaléggel[46] terhelt aknába vitetik, a huzal szövet likacsainlánghoz tuoduló bányalég a szövettöl környezett térben meggyuladhat ugyan, de a gyuladás annak likacsain keresztül a többi bányaléggel nem közöltethetik.”

 

 

9. A Föld hőmérsékletéről

 

„Földgömbünk maga egy meleg forrás gyanánt tekintendő, mert nem tekintvén a felületén folytonosan változó hévmérséket tapasztalásból tudjuk, hogy 25 méternyi mélységben állandó hévmérsékkel bir, melly (…) körülbelül minden 100 lábban nagyobb mélységben 1 °C-kal növekszik.[47] Feltévén, hogy a föld hévmérséke azon mélységekben is, mellyekre kutatásainkkal nem bocsátkozhatunk, az imént említett arány szerint növekszik, megengedni kénytelenítetünk, miként földünk tömegének néhány mérföldnyi mélységre már az izzó és folyó állapotban léteznie kell. – Ezen következtetést bizonyitni látszanak a föld színén itt ott kitörő tűzokádó hegyek borzasztó tüneményei. – De birjon a földgömb bár melly magos hőség fokával, annak a szakadalanul kisugárzó meleg miatt alább szállania kellene, ha nem léteznének még egyéb meleg források is. (…) A föld színén uralkodó hévmérséknek fő kutforrása a nap.” (…) A Föld hőmérséklete közelítőleg állandó, mert  „földgömbünk tengelye körüli forgásának ideje Hipparch[48] idejétől fogva 0.01 másodperczel sem változott, következik, hogy azóta annak térfogata sem változhatott, az az ki sem terjedett, össze sem huzodott, tehát sem melegebb sem hidegebb nem lőn; miből továbbá foly, hogy földünk kisugárzás által épen annyi meleget veszít, amennyit … kap.”

 

 

10. A hőfejlődésről

 

„Az eddig tárgyalt, és egész földgömbünk hévmérsékére tetemes befolyást gyakorló hévforrásokon kívül nevezetesek még azok is, mellyek által ámbár szükebb határok között, jelentékes hőség eszköltethető. Ilyenek nevezet szerint: a Surlodás, Anygsűrítés, Nedvesítés és Elnyeletés, Vegyesűlés, Életerő müködése, és Villámfolyam.[49]

Hogy surlodás által meleg fejlődik ki számtalan tünemények igazolják. Mindenki előtt ismeretes, hogy kezeit dörzsölés által valamennyire megmelegítheti. Ha valaki néhány ölnyi magosságrol függő kötelen hirtelen lecsuszik, tenyereit megégeti rajta. Furók, fűrészek használat közben megmelegülnek, erősen összedörzsölt fa azonnal füstölögni kezd, kenetlen tengelyek gyors forgás közben már többször meggyuladtak. Valamint ősi időkben ugy jelenleg is a vad népeknél szokás száraz fadarabok czélszrű összdörzsölése által tüzet gerjeszteni. (…) A surlodás által származott meleget több természettudósok a surlodo részek összenyomásának hajlandók tulajdonítani, mit állítani képtelenség; mert a meleg surlódás által mind addig fejlődik ki, a meddig maga a surlódás tart; már pedig nem mondhatni, hogy a surlodó testek surlodásuk alatt folytonosan sűrűbbekké tétetnek. Valószínübb az, hogy a testek részecskéi surlodás által olly rezgési mozgásba hozatnak, melly a melegnek lényegét teszi, és így a surlodó testekből a meleg valódilag nem fejlik ki, hanem általuk létesíttetik. (…) A testek anyagának sűrítésével mindig bizonyos mennyiségü meleg fejlődik ki, mert az által hévfoghatóságuk kisebbedvén megkötött melegüknek egy részét, mint előbbi hévmérsékük fenntartására feleslegeset szabadon bocsátják. Igy ha egy üres hengert képző, ‘s alulról fenékkel ellátott csőben létező levegő alkalmas dugattyu segitségével hirtelen[50] térfogatának egy ötödére összenyomatik, az anyira megmelegül, hogy a dugattyu végére erősített taplót képes meggyujtani. (…) A testek egymás közti vegyűlete igen bő forrása a melegnek, és pedig annál nagyobb mértékben, minél erélyesebb a vegyülő anyagok közti vegyrokonság. Igy ha mészeg,[51] sulyag,[52] pírág,[53] kesreg[54] vízzel vegyesülvén erősen megmelegszik, kénsavval pedig az izzásig is felhevül. (…) Egyenlő sulymennyiségü elem a másikkal egyesülvén mindig ugyan azon mennyiségű meleget terjeszt akár gyorsan akár lassan történjék az egyesűlés; azonban minél gyorsabb az egyesülés, annál magosb a kifejlett hőségi fok; mert az által a különben lassan fejlődő meleg mintegy összpontosulva áll elő. (…) Az élet működése által keletkezett meleg már a növényekben is észrevehető, mert ezeknek hévmérséke az őket környező közeget, ha kevéssel is, fölülhaladja, de leginkább ki tűnik az a meleg vérű állatokban, mellyeknek hévmérséke fajonként ugyan különböző, de ugyan azon fajban állandó, s’ ennél fogva a közeg hévmérsékétől független. (…) Ezen meleg forrás Liebig nagy hírű német vegyész szerint azon vegyülésben áll, mellybe a légzés által beszívott körlég élenye az állat vérében alkotrész gyanánt rejlő szénenynyel és könenynyel lép.

A melegforrások között igen nevezetes a’ villamfolyam is, de erről alább szó­lan­dunk.”

 

*

 

A kézirat tehát az elektromos áram hőhatásának említésével ér véget. Ez is mutatja, hogy nem befejezett munkáról van szó.

Amikor Teller Ede kezébe vette a kézirat alapján készült könyvet, megkérdezte: „Ismerte már az energiamegmaradás elvét?” „Még nem”, hangzott a válasz. Így hát fejeződjék be ez a fejezet a termodinamika első és második főtételének idézésével.

Az első főtétel az energiamegmaradás elvét fejezi ki. Izolált rendszer belső energiája állandó. Ez másképpen úgy fogalmazható, hogy egy rendszer belső energiája növelhető a rendszeren végzett munka és a rendszernek átadott hő útján. ∆U=q+w, ahol U  belső ener­gia, q hő, w munka. Az első főtétel tehát nem tesz megkötést arra, hogy az energiaváltozás hogyan oszlik meg munkára és hőre. ∆U-t, és így (q+w)-t is, meghatározza a rendszer kezdeti és végső állapota. Külön-külön azonban a hő és a munka végtelenül sokféle lehet. A hő és a munka nem termodinamikai állapothatározók.

A termodinamika második főtétele az energiaelértéktelenedés elvét fogalmazza meg. Izolált rendszerben csak olya folyamatok játszódnak le önként, melyek növelik a rendszer entrópiáját. Az egyensúly elérése után a rendszer entrópiája maximális. Fontos emlékezni arra, hogy az izolált rendszer belső energiája állandó. Az energia tehát nem változik, de az irreverzibilis folyamatok lejátszódása következtében elértéktelenedik. A rendszer ho­mo­ge­ni­zálódik, elveszíti munkavégző képességét.

A termodinamikai főtelek fényében tudjuk értékelni, hogy milyen tisztán látta Jedlik Ányos a hőtan kérdéseit.

 


[1] A Jedlik emlékkönyv e fejezetének szaklektora Radnai Gyula volt – a szerk. megj.

[2] Lásd a pontos adatokat a jelen kötetben a Pannonhalmán őrzött kéziratok jegyzékében!

[3] Pannonhalmán több hőtant érintő Jedlik-kéziratot is őriznek. Ezek – Mayer Farkas szíves közlése szerint – a következők:

·         Jedlik Ányos: Előadási jegyzetek (1840–1850 körül)

·         Calorimetria (2 oldal)

·         A légnemű testek hőfoghatóságára és a hő erőműtani munkálatára vonatkozó jegyzet (6 oldal)

·         Melegről (2 oldal)

·         Jedlik, Anianus: Notationes (1840 körül)

·         De calore (5 oldal)

·         Jedlik, Anianus: Notationes ad praelectiones (1840 előtt)

·         De combustione (2 oldal)

·         Jedlik, Anianus: Libri ad usum scholasticorum (1830–1850 között)

·         Calorica (1837, 30 oldal)

·         Jedlik Ányos: Beszédek, bírálatok, egyetemi ügyek (1837–78)

·         A tanárjelöltek vizsgálatának bírálatai. 1863–1878. (157 oldal. Ezek között sok hőtani vonatkozású dolgozatcím és kérdés akad Jedlik megjegyzéseivel.)

·         Jedlik Ányos írásai vegyes találmányaival kapcsolatban (1840–1880)

·         Jegyzetek a sugárzó hőről (8 oldal)

·         Jedlik Ányos: Hőtan (1846 körül, 34 oldal)

·         Jedlik Ányos: Hőtan (Kőnyomatos jegyzet, 1851 előtt, 80 oldal)

·         Jedlik Ányos: Hőtan (Kőnyomatos jegyzet, leírta Goldsmidt Vilmos, 1851. 75 oldal)

A teljes Jedlik kéziratos hagyaték jegyzékét közreadjuk a jelen kötetben, a fenti lista annak kivonata – a szerk. megj.

[4] Jedlik Ányos: Hőtan. Bp., 1990. Műszaki Könyvkiadó.

[5] A Kerületi Pápai Helv. Hitv. Főtanoda Értesítője, 1868/69. pp. 1–9.

[6] Az alanyilag vett meleg a hőérzet, a tárgyilag vett pedig maga a hő. Köznapi hőmérséklet fogalmunk a hőérzeten alapul. Sorba tudunk rakni tárgyakat (jég, egy pohár víz, forró vasaló) úgy, hogy mondjuk balról jobbra haladva egyre melegebbnek érezzük azokat. Ha az így sorba állított tárgyakhoz balról jobbra haladva növekvő számokat rendelünk, akkor ezeket a számokat nevezhetjük a tárgyak hőmérsékletének. Szubjektív hőérzetünk és tapasztalatunk alapján gondoljuk, hogy meleg lesz, ha a rádióból azt halljuk, hogy a várható legmagasabb nappali hőmérséklet 30 °C. A termodinamikai hőmérséklet definíció szerint T≡(∂U/∂S)V, ahol T a termodinamikai hőmérséklet, U a belső energia, S az entrópia, V a térfogat. A köznapi és a termodinamikai hőmérséklet minden vonatkozásban „azonosan működik”.

[7] Fény.

[8] A Nap sugarai felmelegítik Földünket anélkül, hogy a levegő észrevehetően felmelegedne. Ha a napfény színképén végigvezetünk egy érzékeny hőmérőt, azt tapasztaljuk, hogy a hőmérséklet az ibolya színnél a legkisebb és a vörös színnél a legnagyobb. Sőt a vörösön inneni részben, ahol szemünk már nem észlel fényt, a hősugárzás még nagyobb mértékű. ezek a láthatatlan hősugarak az infravörös sugarak. Hullámhosszúságuk 760 nm és 300 μm közé esik. Tekintve, hogy az infravörös sugárzás éppen úgy elektromágneses hullámként terjed, mint a látható fény, terjedési sebességük megegyezik.

[9] Minőségétől.

[10] Visszaverődnek.

[11] Hőt vezető anyagon.

[12] Igazán eredeti gondolkodó lehetett az, akinek először jutott eszébe, hogy kősóból lencsét készítsen és azzal megpróbálja a láthatatlan hősugarakat fókuszálni.

[13] Hővezetőképesség.

[14] Annak ellenére, hogy Jedlik reális képet ad a termikus egyensúlyról, itt érezzük leginkább a termodinamikai rendszer definíciójának hiányát. Rendszernek tekintjük a világnak azt a részét, amelynek tulajdonságait vizsgáljuk. A rendszer tulajdonságait falainak tulajdonságai határozzák meg. A fal mechanikai szempontból lehet merev vagy elmozdítható. A diaterm fal átereszti a hőt, az adiabatikus fal nem hőáteresztő. Ha a fal átengedi a kémiai anyagot, akkor permeábilisnak, ha nem engedi át, impermeábilisnak nevezzük. A minden oldalról merev, adiabatikus és impermeábilis falakkal határolt rendszert izolált rendszernek nevezzük. Izolált rendszerben csak olyan folyamatok játszódnak le önként, melyek során állandó belső energia mellett a rendszer entrópiája növekszik. Egyensúlyban a rendszer entrópiája maximális. ma így fogalmazzuk meg a termodinamikai egyensúly általános feltételét. A termikus egyensúly feltétele természetesen a hőmérséklet segítségével is megfogalmazható. Ebben az esetben az izolált rendszert több alrendszerből felépülőnek gondoljuk, melyeket diaterm, de merev és impermeábilis falak választanak el egymástól. Termikus egyensúly esetén az alrendszerek hőmérséklete megegyezik egymással.

[15] Határozottan

[16] Hévfoghatóság = hőkapacitás, fajlagi meleg = fajhő, viszonyos = relatív. Kémiai termodinamikában gyakran a moláris hőkapacitásokkal számolunk. Moláris hőkapacitásnak nevezzük azt a hőmennyiséget, amely egy mólnyi anyag hőmérsékletét egy fokkal növeli. Különösen gázok esetében célszerű megkülönböztetni az állandó térfogaton (Cv) és állandó nyomáson (CP) vett hőkapacitást. Definíció szerint: Cv≡ (∂U/∂T)V, és CP ≡ (∂H/∂T)P, ahol U a belső energia, H az entalpia, T a hőmérséklet, V a térfogat és p a nyomás. Az állandó nyomáson vett hőkapacitás nagyobb CV-nél, mert izobár melegedés során a rendszer térfogati munkát végez környezetén.

[17] Atom.

[18] A Dulong–Petit-szabályt ma úgy fogalmaznánk meg, hogy a szilárd elemek moláris hőkapacitása elég nagy hőmérsékleten közelítőleg 6 cal/g Co. A kellően nagy hőmérséklet kikötésére azért van szükség, mert az abszolút nullaponthoz közeledve minden anyag fajhője zérushoz tart. Például a vas atomtömege 55.85 g/mol, fajhője 0.111 cal/g Co, e kettő szorzata 6.2 cal/mol Co

[19] Atomsúly. Az itt szereplő atomsúlyok úgy lettek számolva, hogy az oxigén atomsúlyát 100-nak vették.

[20] Hőtágulásról.

[21] Ennek ellenpéldája: a víz viselkedése.

[22] Kohéziós erőnek.

[23] Jelenségek.

[24] Az ún. matematikai inga lengésideje: T = 2л( l/g) 1/2, ahol l az inga hossza, g a gravitációs gyorsulás. Tehát l növekedésével nő a lengésidő, vagyis az inga „lassabban jár”.

[25] Hőmérők.

[26] Általában az anyagok sűrűsége nagyobb szilárd állapotban, mint folyadékban. Fontos kivétel a víz, mert sűrűsége 4 Co hőmérsékleten a legnagyobb. Igy tehát a kisebb sűrűségű jég úszik a víz felületén, ezáltal a vizek felülről lefelé fagynak be. A kialakuló jégréteg elszigeteli az alatta levő vizet a külső hidegtől. Minél nagyobb a kinti hideg, annál vastagabb a jégréteg és így annál nagyobb a szigetelőképessége. E jelenségnek fontos szerepe van a vizek élővilága szempontjából.

[27] Szereves anyagok.

[28] A levegő oxigénjével.

[29] Kalcium-oxid.

[30] A kristályos anyagok meghatározott olvadásponttal rendelkeznek, míg az üvegszerű anyagok (melyeket túlhűtött folyadékoknak tekintünk) nem. Az olvadáspont jellemző az anyagra, ezért meghatározásával ellenőrizhető az anyag minősége és tisztasága.

[31] Etil – éter.

[32] A tiszta (egykomponensű) anyagok olvadása adott nyomáson (például légköri nyomáson) izoterm folyamat.

[33] Látens hő.

[34] A csöpögőstest a folyadék, a terjedékeny a gőz.

[35] A szilárd testek megolvadás nélküli gőzzé alakulását szublimációnak nevezzük. Jedlik tehát pontosan ismerte az egykomponensű rendszerek fázisátalakulásait: az olvadást és fagyást, a forrást, szublimációt és kondenzációt. Ma a fázisegyensúlyokat un. fázisdiagrammokban szoktuk szemléltetni, amikoris megadjuk az egymással egyensúlyt tartó fázisok nyomását a hőmérséklet függvényében. Jedlik kéziratának keletkezésekor azonban még senki nem rajzolt fázisdiagrammot. Csak később a múlt század végén készített olyan ábrákat J. W. Gibbs, melyek koordinátatengelyein nem geometriai távolságok, hanem termodinamikai tulajdonságok szerepelnek. Nincs szó a kéziratban a hármaspontról sem, melyben három fázis (H2O esetében víz, jég és gőz) tart egyensúlyt egymással.

[36] A részecskék összefüggésén az intermolekuláris kölcsönhatásokat kell érteni. Az intermolekuláris kölcsönhatások jellemzésére általában az energiát és nem az erőt használjuk. A kölcsönhatás távolságfüggését viszont az erővel szokásos jellemezni. Igy beszélünk „hosszú távon” és „rövid távon” ható erőkről. A távolság második hatványával fodítottan arányos erő „hosszabb távon hat”, mint a távolság hatodik hatványával fordítottan arányos. Az erő a potenciális energia negatív gradiense és így a két mennyiség kölcsönösen megfeleltethető egymásnak. általában két részecske kölcsönhatási energiájáról (a részecskepár potenciális energiájáról) beszélünk. Ha a kettő közül legalább egy részecskének van eredő töltése, akkor Coulomb-féle kölcsönhatásról van szó. Ha a kölcsönható részecskék egyikének sincs eredő töltése, akkor van der Waals-féle kölcsönhatásról beszélünk. A folyadékok normális forráspontját az intermolekuláris kölcsönhatások határozzák meg. Különös jelentősége van egy harmadik fajta kölcsönhatásnak: a hidrogén-kötésnek. Ez okozza például a víz molekulatömegéhez képest nagyon magas forráspontját.

[37] A tiszta folyadékok izobár forrása izoterm folyamat.

[38] A tiszta folyadékok gőznyomása exponenciálisan nő a hőmérséklettel. Ezt a tételt akkor még nem fogalmazták meg. A Clausius–Clapeyon-egyenlet szerint: p = Aexp(-∆H/RT), ahol p az egyensúlyi gőznyomás, R a gázállandó, T a hőmérséklet, ∆H a párolgási entalpiaváltozás, A arányossági tényező. Az egyenlet másik alakja: ln p = = ln A-∆H/RT, vagyis az egyensúlyi gőznyomás logaritmusa lineáris függvénye a hőmérséklet reciprokának. Ezen a ponton érdemes rövid időre megállnunk és feltennünk a kérdést, hogy vajon milyen pontos mérési eredmények voltak Jedlik korában? A kézirat megadja a víz egyensúlyi gőznyomását 100 és 200 Co között. Ezeket az adatokat mutatja az ábra lnp vs. l/T függvény formájában. Kitűnő egyenest látunk, melyre a korrelációs együttható 0.9992. Ma sem kellene szégyenkeznünk ilyen mérési eredményekkel.

[39] A Papin-féle üst a jól ismert kukta fazék őse.

[40] Hidrogén.

[41] Foszfor.

[42] Szúróláng előállítására szolgál.

[43] Stroncium sókkal.

[44] Kalcium sókkal.

[45] Davy első biztonsági lámpáját 1815-ben készítette el. A tökéletesített (dróthálós) készülék az 1816. év terméke.

[46] Könnyű szénhidrogének elegye nagy metántartalommal.

[47] A geotermikus gradiens értéke közelítőleg l Co/33m.

[48] Hipparkhosz görög csillagász, i.e. 2. század.

[49] Elektromos áram.

[50] A felmelegedést a kompressziós munka okozza. A kompressziót azért kell „hirtelen” végezni, hogy ne legyen lehetőség a környezettel való hőcserére (adiabatikus kompresszió).

[51] Kalcium-oxid.

[52] Bárium-oxid.

[53] Stroncium-oxid.

[54] Magnézium-oxid.