Tolna Megyei Népújság, 1989. augusztus (39. évfolyam, 179-205. szám)
1989-08-26 / 201. szám
4 NÉPÚJSÁG 1989. augusztus 26. A villámok természete A villám az egyik legérdekesebb meteorológiai jelenség. Sokan - nem alaptalanul - félnek tőle, mások gyönyörködnek szépségében. A tudomány viszont - érzelmek nélkül - kutatja fizikai tulajdonságait, s ennek során már eddig is több érdekes dolgot fedezett fel. Régi tapasztalat, hogy a villámokat bizonyos szeszélyesség jellemzi. Különös jelenségek tapasztalhatók például a villámok gyújtó hatásával kapcsolatban. Tudjuk, hogy a villámcsapás sok veszedelmes tűzesetnek az okozója. A történelem során tömérdek nevezetes épület, műemlék esett áldozatul villám okozta tűzvésznek, főleg a sziklaormokon épült várak és kastélyok közül. Történelmi tény, hogy a villám okozta tűzvészek a középkorban több erősítést és várost pusztítottak el, mint az ellenség. De - és ez a meglepő! - nem minden villámcsapásnak van gyújtó hatása. Időnként előfordul, hogy a villám nagyon könnyen égő anyagok közé sújt le - például egy puha fedésű falusi háztetőszerkezetébe - és ezek az anyagok mégsem gyulladnak meg. Hová csap a villám? Hasonlóan megmagyarázhatatlan az is, hogy hová üt be a villám. Az imént már utaltunk rá, hogy a villám igen gyakran csap bele a hegyormokon emelt épületekbe, és általában a földfelszínből magasra kiemelkedő tárgyakba, például antennatornyokba, felhőkarcolókba, gyárkéményekbe. Máskor azt tapasztaljuk, hogy vannak olyan villámok, amelyek nemhogy a kimagasló tárgyakat sújtanák, hanem éppen ellenkezőleg, több magas épület között valami mélyedésbe, például az udvar kövezetébe vagy egy gödörbe ütnek bele. A földbe bevágódott dűlőutak mélyén járó ember tehát ugyanúgy ki van téve a villámcsapás veszélyének, mintha a szabad magaslatokon, például egy sziklaormon tartózkodik. Amikor a villámhárítók egyre szélesebb körben elterjedtek, újabb meglepő tapasztalatokra tettünk szert a villám szeszélyességével kapcsolatban. Igen sok villám ugyan a villámhárítókba üt bele, és ilyenkor azok - legalábbis, ha jól vannak karbantartva - baj nélkül levezetik a villámot, védelmet nyújtva nemcsak az épületnek, hanem még a közvetlen szomszédságnak is. Időnként azonban előfordulnak olyan villámok, amelyek nem a villámhárítókba ütnek bele, hanem a villámhárító közvetlen szomszédságába. A kutatássok eredményeként fény derült a villám „szeszélyeire”: ma már meg tudjuk mondani, mi a magyarázata ennek a furcsa jelenségnek. Kétféle villám A villámokra vonatkozó meteorológiai ismeretek mennyisége évszázadunk első felében rohamosan megszaporodott. Azt már azelőtt is tudtuk, hogy a villám óriási villamos szikrakisülés, amelynek egyik sarka a zivatarfelhőben, a másik pedig a föld felszínén van. Kevéssé köztudott azonban, hogy kétféle villamos kisülés lehetséges: váltóáramú és egyenáramú. A váltóáramú kisülésben a pozitív töltésű részecskék felváltva rohannak a kisülés egyik sarka felől a másik felé és vissza, a negatív töltésűek pedig mindig az ellenkező irányban teszik ugyanezt. Az egyenáramú kisüléskor viszont a pozitív részecskék mindig a negatív elektród felé haladnak, a negatív részecskék pedig az ellenkező irányban. Felmerülhet a kérdés, vajon a villám váltóáramú vagy egyenáramú kisülés-e? A múlt században még sokan azt gondolták, hogy váltóáramú. Az elektromos műszertechnika fejlődése lehetővé tette olyan készülékek szerkesztését, amelyek megmutatják, hogy egy közelünkben végbemenő villamos kisülésben a töltések milyen irányban mozognak. Az eredmény minden megvizsgált villám esetében egyértelmű volt: a villám nem váltóáramú, hanem egyenáramú kisülés. Ez azt is jelenti, hogy a villámcsapás során a felhőkben levő elektród felől állandóan ugyanolyan töltésű részecskék száguldanak a földfelszín felé, onnan pedig állandóan az ellenkező előjelű részecskék rohannak a felhők felé. Itt azonban ismét kétféle lehetőség van: lehet, hogy a felhő felől pozitív részecskék haladnak a föld felé, és a föld felől tartanak a negatív részecskék a felhők felé, vagy fordítva. Eszerint a lecsapó villám kétféle lehet. Közülük az első a pozitív, a második a negatív villám. A pozitív és a negatív villám között tehát az az alapvető különbség, hogy a pozitív villámoknak a felhőben van a pozitív sarka, a negatív villámnak pedig a negatív sarka van ott. A műszeres megfigyelések azt bizonyítják, hogy a természetben mind a kétféle villám előfordul. Vannak zivatarok, amelyekben a pozitív villámok száma jóval nagyobb, minta negatívoké, vagyis a felhő nagy részének pozitív töltése van. Ha egy egész nyári évad adatait megvizsgáljuk, általában azt találjuk, hogy a pozitív villámok száma nagyjából megegyezik a negatív villámokéval. A pozitív és negatív villámok hatása A pozitív villámokra az a jellemző, hogy olyan helyekre ütnek le, ahol a föld felszínén vagy a talajrétegekben a villamosságot jól vezető anyagok vannak. Például valósággal keresik a nedves helyeket, a patakmedreket, a mocsaras, ingoványos területeket. Vannak olyan kőzetek és talajfajták, amelyek jobban vezetik a villamos áramot, mint a többiek, ezek az úgynevezett villámfészkek, ahol a villámcsapások rendkívül gyakoriak. Ilyen helyre nem tanácsos házat építeni, vagy ipari üzemet telepíteni, annál is inkább, mert a pozitív villámok ellen a villámhárítók nem nyújtanak teljes védelmet. Szerencsére ezek a villámok nem okoznak az épületekben tüzet, mert a pozitív villámok kisülése kevéssé melegíti fel azokat az anyagokat, amelyeken áthalad. A negatív villámok nem egyetlen kisülésből állnak, hanem úgynevezett többszörös villámok: ugyanazon a helyen, ugyanazon a kisülési csatornán keresztül rendkívül gyors egymásutánban két- három, sőt sok esetben 10-20 kisülés megy végbe. Ezek a kisülések oly gyorsan követik egymást, hogy az emberi szem előtt egyetlen fényáradatban olvadnak össze. E tulajdonság súlyos következményekkel jár a villám gyújtó hatása szempontjából. Ha ugyanis a többszörös kisülés első tagja még nem is képes felgyújtani a gyúlékony anyagokat, az utána következő újabb gyors kisülések hőhatása fokozatosan összegező- dik, és a tűz kitörése elkerülhetetlenné válik. Ezek a villámok kiemelkedő tárgyakat, vastornyokat, távvezetékek oszlopait sújtják. Ha épületet talál el, többnyire a villámháritóba csap bele, ez védi meg a villamos távvezetékeken az áramszolgáltatást is. A villámok kártevő képessége nemcsak attól függ, hogy pozitív vagy negatív villámról van-e szó. Különbséget jelent az is, hogy a kisülési áram erőssége nem minden villámban egyforma, sőt tág határok között változik. Az átlagos villámokban húsz- és harmincezer amper az áramerősség, de kivételesen - magas építményeket érő villámcsapások alkalmával - még félmillió amperes áramerősség is előfordulhat. H. Zs. A golyóscsapágy története Körülötte forog a világ Energia - jégkristályokból Sok gondot okoz az embernek a technikában és a mindennapi életben egyaránt a súrlódás. Minden erejével küzd ellene, és - nem tud meglenni nélküle. Közlekedni súrlódás nélkül lehetetlen (tapasztaljuk ezt a jeges úton). De gyorsan közlekedni anélkül, hogy minimálisra csökkentenénk a súrlódást (hajtóműben és futóműben) - ugyancsak lehetetlen. Az egyiptomiak a faragott köveket és szobraikat rendszerint a Níluson szállították a tervezett építkezés közelébe, onnan pedig szántalpakra erősítve rabszolgákkal, tehát emberi erővel vontatták az előre megépített tégla- vagy kőúton rendeltetési helyükre. A csúszó szántalp persze hallatlanul nagy erővel súrlódotta talajhoz. A kerék, amelyet csak jóval később kezdtek alkalmazni, sokat segített. A kerék nem csúszik, hanem gördül a földön. A csúszósúrlódást tehát fölváltotta a nála sokkal kisebb gördülősúrlódás. De még mindig maradt csúszósúrlódás is, mégpedig a tengely és a kerékagy között. A kerék középpontjában vágott kerek nyílás és az éppen belé illő tengely szintén súrlódó felület, ha finomabban megmunkált is, mint a hajdani szántalp és a vele érintkező útburkolat kőkockái. A tengelycsap „ágya” Ez a szellemes találmány egyébként - ha még oly primitív is - voltaképpen már csapágy. A kerek vájatba, a kerékagyba illesztett tengelyt sikló csapágynak nevezik. Az az előnye, hogy magunk választhatjuk meg a súrlódó felületeket, és alkalmas kenőszerrel csökkenthetjük súrlódásukat. De még így is akkora lehet a súrlódás, hogy miatta bemelegszik a csapágy, s a tengely annyira kitágul, hogy beszorul a kerékagyba. Ha pedig nagyobb helyet hagynak a tengely és a csapágy között, akkor a tengely „kotyog”, könnyen eltörhet, sőt eltörhet a kerékagy is. Amíg csak igásállat vontatta a járműveket, megtette a sikló csapágy is. Még a vasút térhódítása sem hozott jelentős változást. Azt a különbséget, ami a terhelésnek és a sebességnek a növelésével a kocsi és a vonat között mutatkozott, áthidalták a csapágy tökéletesítésével: jobb kenőanyagot használtak, kibélelték a csapágyakat különleges fémekkel, hű- tötték az erősebben igénybe vett csapágyakat stb. A baj akkor kezdődött, amikor a méltóságteljesen pöfögő lokomotívok és loko- mobilok komótos járását fölváltotta a robbanó- és a villanymotorok eszeveszett pörgése. Itt már a legtökéletesebb sikló csapágy is alkalmatlannak bizonyult; hamar fölmelegedett vagy kiolvadt. Gyökeresen más megoldást követelt a rohamléptekkel előretörő technika. Gördülősúrlódás A feladat lényegében ugyanaz volt, mint a kerék föltalálása előtt, csakhogy most a súrlódást nem a talaj és a talajjal érintkező jármű, hanem a kerékagy és a tengely között kellett csökkenteni. De hogyan? Úgy, hogy a tengely és a kerékagy közötti csúszó súrlódást is gördülő súrlódássá változtatták át olyan módon, hogy golyókat helyeztek a tengely és a kerékagy közé. így született meg a golyós csapágy. A golyós és általában mindenfajta gördülő csapágy lényegében egy külső gyűrűből, a tengelyhez szorosan illeszkedő belső gyűrűből, a két gyűrű között levő golyókból, illetve gördülőtestekből és a gördülőtesteket összefogó kosárból áll. Eleinte csakis golyóscsapágyakat gyártottak, vagyis olyanokat, amelyeknek gördülőteste golyó volt. Kiderült azonban, hogy az anyag nem birja a csapágygyűrű és a golyó érintkezési helyén keletkező, négyzetcentiméterenkénti 15 000-50 000 kilónyi nyomást, hamar „berágódik”, vagyis a csapágygyűrűn, körben egyenetlen árok keletkezik. Ebből pedig előbb-utóbb törés lesz. Golyó helyett görgő A megoldás keresése során találták fel a görgőt. Az ötlet egyébként magától értetődő volt, és újnak sem nevezhető. Hengeres dorongokon már a legrégibb időkben is görgetett az ember nehéz súlyokat. A csapágy történetében mégis nagy lépés volt. A görgő nagyobb felületen - egy vonal mentén - érintkezik a gyűrűvel, tehát a görgős csapágy nagyobb terhet bír el, mint a golyós. Ezért a nagy terhelésű, de lassúbb fordulatú csapágyakban hengergörgőt alkalmaznak gördülőtestként. Ahogy a közlekedés és a szerszám- gépgyártás fejlődött, úgy születtek a csapágyaknak újabb meg újabb tipusai is, ám csak a két fő típus változataiként. A golyón és a hengergörgőn kívül helyet kapott a két csapágygyűrű között a csonka kúp (kúpgörgős csapágy), a hordó alakú görgő (hordógörgős csapágy) és az egészen kis átmérőjű tűgörgő (tűgörgős csapágy). Miből és hogyan készül? A csapágyak többnyire krómot tartalmazó szénacélból készülnek, meg van bennük egy kis mangán is. Egyes csapágyakat viszont nikkelt és molibdént tartalmazó acélokból állítják elő. A kosártól - amelynek mindössze az a feladata, hogy együtt tartsa és egyenletes távolságban vezesse a gördülőtesteket - nem várunk különösebbet. Anyaga szénacél, némi mangántartalommal. A csapágyaknak legtöbb munkával készülő részeit, a gyűrűket félkész árukból: rúdból, varrat nélküli húzott csőből vagy sajtolt, illetve kovácsolt munkadarabokból gyártják. A gördülőtesteket (golyó, kúpgörgő, hengergörgő stb.) rúdanyagból, sajtolással készítik. A sajtológép automatikusan adagolja az anyagot, levágja a kívánt méretre, és kialakítja a kívánt formát. A sajtolás közben keletkező sorjákat (éleket) koptatódobokban távolítják el. Ezután a görgülőtesteket - akárcsak a gyűrűket - edzik és köszörülik, s legvégül fényesítődobokban polírozzák. A gördülőtesteknél még fokozottabban ügyelnek a pontosságra, ezért a megmunkálásuk után ezredmilliméteres nagyságrendben osztályozzák őket. A kész és méretre megfelelően összeválogatott alkatrészeket végül összeszerelik. De még ezzel sem ért véget a gyár-- tás. A csapágyak műdödését, teherbírását és élettartamát is gondosan ellenőrizni kell, hiszen megbízhatóságuktól - például a közlekedésben - emberéletek is függenek. BLAHÓ ISTVÁN Amikor a hetvenes évek elején kirobbant olajválság nyomán világszerte újult erővel kezdtek alternatív energiaforrásokat keresni, még a legmerészebb fantáziájú kutatók sem gondolták, hogy a szükség és az emberi lelemény mi mindent kínál legalább részmegoldás gyanánt a jövőnek. Időközben kiderült, hogy a hagyományos tüzelőanyagokon, tehát a szénen, a kőolajon és a földgázon kívül a földkéreg óriási mennyiségben tartalmaz olyan anyagokat, amelyek akár hosszú időre is kielégíthetik az energiaszükségleteket: ezek különböző gázok és víz vegyületei, vagyis a gázhidrátok. Előtérben a gázhidrátok Gázhidrátokat mesterséges úton már másfél évszázaddal ezelőtt is elő tudtak állítani. Első alkalommal Davy angol kutató készített klórhidrá- tot 1810-ben. A csillagászati-űrkutatási eredmények alapján ismeretes az is, hogy a Naprendszer némelyik óriásbolygójának, valamint azok egyes holdjainak fontos alkotórészei a hidrátok, sőt, üstökösök magjában is előfordulnak. Normális körülmények közt, vagyis átlagos földi nyomás- és hőmérsékleti viszonyok mellett a gázok többsége a vízből egyszerűen kiszökik vagyis az anyag felbomlik, disszociál. Nagyobb nyomáson és megfelelő alacsony hőmérsékleten azonban a víz és gáz vegyülete stabil lehet. A gázhidrátok kristályos szerkezete a jégéhez hasonlít. Két kristályrácsból áll, amelyekben apró hézagok vannak. Ezekben helyezkednek el a gázmolekulák. Leggyakrabban a metán és a víz alkot hidrátokat, de néha más szénhidrogének, így az etán, a propán, a bután is. A gázhidrátok képződéséhez természetesen elegendő mennyiségű vízre és gázra is szükség van. Viz bőséggel előfordul az óceáni üledékek pórusaiban, s mint az üledékminták elemzéséből kiderült, e kőzetek igen sok metánt is tartalmaznak. A metánt minden valószínűség szerint mikrobák állítják elő, a következő módon: oxidációs környezetben, ami sekély, oxigénnel jól ellátott vízviszonyokat jelent, a szerves anyag elég gyorsan elbomlik. A mélyebb, kevesebb oxigént tartalmazó tengervízben több szerves anyag marad és halmozódik fel. Az üledékek hézagaiban levő vízben túl kevés az oxigén ahhoz, hogy az aerob, vagyis az oxigént felhasználó szervezeteket ellássa. így az ott élő szervezetek energiatermelésükhöz kénytelenek a környezetükben előforduló szerves anyagokat felhasználni. Ilyen, ún. anaerob baktériumok - köztük főleg nitrát- és szulfátredukálók - termelik az üledékekben a metánt. Amellett, hogy kevés bennükaz oxigén, a mélyebb vizek megfelelő hőmérsékleti és nyomás- viszonyaik mellett alkalmasak a metánhidrát stabilizálására. 500 méteres tengermélységig - ez magában foglalja a szárazföldek és a mélytengerek közti átmeneti zóna, az ún. kontinentális lejtő felső részét -, a metánhidrát még instabil. Közvetlenül ez alatt azonban már nem bomlik fel, s valóban itt vezettek először eredményre a kutatások is. A gázhidrátok keresése sokáig azért volt eredménytelen, mert a kutatás fő területe - akárcsak más szénhidrogének esetében - a kontinensek sekély tengerrel borított párkánya, a self volt. Gázhidrát az örökfagy-zónában A tengeri lelőhelyekhez hasonlóan hatalmas gázhidrátkészletek létét feltételezik Kanada és a Szovjetunió sarkvidéki területein, az ún. örökfagy-zónában. Ezeken a vidékeken a talaj, illetve az alatta fekvő kőzetek csak pár deciméteres vastagságig engednek fel nyáron, az alattuk levő rétegek több száz méteres vastagságban állandóan fagyottak. A vizsgálatok során az is kiderült, hogy a gázhidrátok ezeken a vidékeken még az örökfagy-zóna alatt, akár 1000 méternél mélyebben is megtalálhatók. A tengeri és örökfagyterületek gázhidrátjai közt van némi különbség. Mindenekelőtt az, hogy tengeri környezetben a metán az uralkodó gáz, az örökfagyon pedig az etán és más szén- hidrogének is nagy mennyiségben előfordulnak. Ez pedig arra enged következtetni, hogy e gázokat nem kizárólag mikróbák élettevékenysége hozza létre, hanem jóval mélyebben elhelyezkedő szénhidrogének is felszívárognak a gázhid- rátzónába. Kérdés, mekkora készleteket rejthet a Föld mélye? A hetvenes évek közepén a nevezetes amerikai Lamont-Doherty Geológiai Obszervatórium munkatársai szeizmikus módszerekei, földrengéshullámok visszaverődésének vizsgálatával határozták meg az Egyesült Államok délkeleti partvidéke mentén a kontinentális lejtő alatt rejtőzködő gázhidrátzóna helyzetét. 1980- ban a híres, nemzetközi kutatógárdát is foglalkoztató hajó, a Glomar Challenger hozott első ízben a felszínre egy gázhidrátot tartalmazó üledékmintát. Azóta már a világ több pontján is sikerült kézzelfogható bizonyítékot találni a gázhidrátok létére. Mekkora a készlet? Mindaddig, amíg a hagyományos szénhidrogének, tehát a kőolaj és a földgáz árszínvonala a jelenlegihez hasonlóan mérsékelt marad a világpiacon, a kitermelő ágazat felthetően közömbös lesz a gázhidrátok iránt. Addig is elsősorban a kormányzatokra és a nem haszonérdekeltségü kutatóintézetekre vár a feladat a további kutatások és a kitermelés lehetőségeinek kimunkálása terén. A szovjet geológusok már meglehetősen előrehaladott kutatásokat végeznek a gázhidrátkészletek felbecsülésére. A csillagászati számadatok közlése helyett elégedjünk meg azzal, hogy ha a feltételezett mennyiségnek csak a töredéke létezik, az is többszörösen felülmúlja a ma ismert földgázkészletekét. N. G. Dávid és Góliát
