A Hét 1986/1 (31. évfolyam, 1-26. szám)
1986-06-13 / 24. szám
TUDOMANY-TECHNIKA A véletlen különös szeszélye folytán úgy adódott, hogy ezekben a napokban szinte egyszerre emlékezik meg a tudományos világ az elektromosságtan két nagy egyéniségéről. 250 éve, 1736. június 14-ikén született a franciaországi Angouleme-ben Charles Auguste de Coulomb (1736—1806), az elektrosztatika egyik megalapozója, és 150 éve, 1836. június 10-ikén hunyt el André Marie Ampére (1775—1836), az elektrodinamika egyik megteremtője. Azt hiszem ezeket a neveket mindenki hallotta már valahol, csak esetleg idővel kihullottak az emlékezetből. Mind a két tudós egy korszakot zárt le és egy újat nyitott a munkásságával. Coulomb azokat a megfigyeléseket és tényeket foglalta rendszerbe, amelyeket elődei és kortársai a sztatikus elektromossággal kapcsolatosan gyűjtöttek össze. Az elektrosztatika a nyugalomban levő, az időben állandó töltések által keltett elektromos tér törvényszerűségeivel foglalkozik. Elektrosztatikus jelenségeket gyakran megfigyelhetünk, sőt produkálhatunk mi is a környezetünkben. A különböző elektromos kisülések (villámlás, szikrázás stb.) az elektromos töltések felhalmozódásával függenek össze; amikor télen a jólfűtött panellházban lépten nyomon „kisül" a kezünk vagy egyéb testrészünk, akkor is a felgyülemlett villamos töltések incselkednek velünk. Ezeket a töltéseket rendszerint mi magunk gerjesztjük, hiszen a műanyagok, a műszálas ruhák és bútorhuzatok, valamint a száraz levegő szinte ideális feltételeket biztosítanak az elektrosztatikus feszültség felhalmozódása számára. Coulomb már jóval túl a negyvenedik életévén kezdett el foglalkozni az elektromos töltések problémájával. Igaz ugyan, hogy Párizsban matematikát és természettudományokat tanult az egyetemen, de aztán katonai pályára lépett és a szolgálat távoli tájakra szólította el. Kilenc esztendőt töltött Martinique szigetén, ahol az erődítmények építésére felügyelt. Miután visszatért Párizsba, nem hagyta ojt a hadsereget, de egyúttal lehetővé tették számára, hogy tudományos kutatásokat folytasson. Ama kevesek közé tartozott, akit tudományos eredményeiért nemcsak beválasztottak a Tudományos Akadémia tagjai sorába, hanem még elő is léptettek a hadseregben. Kezdetben a súrlódás és a rugalmasság kérdései foglalkoztatták. Szerkesztett egy torziós mérleget, amely lényegében egy vékony fonál elcsavarodásán alapul. A fonálra kis súlyt akasztanak, s ha valamilyen erő hat a testre, a fonál az erő nagyságával arányosan elcsavarodik egy bizonyos szöggel. Ezt az elcsavarodási szöget mérik, s ennek alapján számítják ki az erő hatását. A torziós inga igen kis súlyok és erők mérését is lehetővé teszi, ezért is gondolta Coulomb azt, hogy az egymásra ható elektromos töltéseket lehetne megmérni 16 Charles Auguste dé Coulomb Andre Mane Ampere Az elektromosság titkainak kutatói vele. Szeme előtt lebegett Newton gravitációs törvénye, amely kimondja, hogy két test olyan erővel vonzza egymást, amely egyenesen arányos a testek tömegének szorzatával és fordítva arányos a testek közötti távolság négyzetével (F = k m-1-: m? ). Ha a töltések r2 tömege helyett a töltések értékét írjuk be a képletbe, akkor talán megkapható a két töltés között fellépő elektromos vonzó- illetve taszítóerö nagysága. A torziós mérleg segítségével aztán igazolta is, hogy az általa javasolt összefüggés (F = k .9.1. P2 ) helyes. A dor2 lógnak csupán az volt a szépséghibája, hogy rajta kívül még további három tudós: Joseph Priestley (1733—1804), Henry Cavendish (1731 — 1810) és John Robison (kb. 1740—1810) is rájött az összefüggésre. Hogy mégis Coulomb nevét viseli a törvény az nyilván a pontos mérési eredményekkel is összefügg. Rajta kívül csak Cavendish-nek sikerült nagypontosságú torziós mérleget szerkesztenie, de az ő tudományos kutatásainak valódi értékéről több mint ötven évvel halála után szerezhetett tudomást csak a világ, akkor dolgozta fel ugyanis a hagyatékát a fizika egy másik nagy alakja, James Clerk Maxwell (1831-1879). Coulomb a mozgó elektromosság kérdéseivel nem foglalkozott, jóllehet az idő tájt már ismertté váltak Galvani (1737-1798) és Volta (1745-1827) megfigyelései a fémvezetőkben haladó elektromos árammal kapcsolatosan. Természetesen ennek a problémának a tanulmányozását az is determinálta, hogy korábban nem léteztek elektromos áramot termelő telepek. A Voltaoszlop létrehozásával aztán megkezdődhettek az ide vágó kutatások is, de még így is több mint húsz évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy Hans Christian Oersted (1777—1851) dán fizikus 1820-ban felfedezze az elektromos áramnak a mágnesre gyakorolt hatását. Oersted kísérletét azóta minden iskolás gyermek láthatja a fizikaórán, én itt most csak a lényegét mondom el: ha egy mágnestű felett elhelyezett vezetőben elektromos áram halad át, akkor a mágnestű az áram haladási irányától függően jobbra vagy balra kitér, mert a vezető körül mágneses tér alakul ki. Ez a látszólag egyszerű kísérlet nagyhorderejű gondolatok megfogalmazására ösztönözte a korabeli fizikusokat, köztük Ampére-t is, aki korábban főleg matematikával foglalkozott. Oersted kísérletének híre olyan hatással volt rá, hogy azonnal az elektromos áram tanulmányozásába kezdett. Nyilvánvalóvá lett előtte, hogy az elektromosság és a mágnesség között szoros összefüggés áll fenn. Elképzelése szerint a mágnesség tulajdonképpen apró (atomnyi, molekulányi) köráramok eredménye, s nincs szükség permanens mágnesre ahhoz, hogy mágneses teret hozzunk létre. Ha egy fémszálat egy hengerfelületre csévélünk és tekercset alakítunk ki belőle, majd a fémszál két végét áramforráshoz kapcsoljuk, akkor a tekercs belsejében mágneses tér alakul ki. Ez a berendezés (szolenoid néven is ismert) mágnesessé tehet olyan anyagokat is, amelyek korábban nem mutattak mágneses tulajdonságokat. Ampére a továbbiakban azt is megvizsgálta, milyen hatást gyakorol egymásra két vezető, amelyben áram folyik. Ha a két vezetőben az áram iránya megegyezik, akkor vonzzák, ellenkező esetben viszont taszítják egymást. A vonzó-, ill. a taszítóerö nagyságára hasonló kifejezést kapott mint a Coulomb-törvény, csakhogy ebben az esetben nem a töltések nagyságával, hanem az áremerősséggel kellett számolni, ami egy merőben új fogalom volt. Ő vezette be az elektromos és a mágneses erőtér fogalmát is, s kishíján felfedezte az elektromos ellenállást is. Tulajdonképpen Ampére munkássága nyitotta meg az utat az elektrodinamika kibontakozása előtt. Ez a tudomány, amint az az elnevezésből is gyanítható, a mozgó elektromos töltések, vagyis az elektromos áram tulajdonságait és törvényszerűségeit vizsgálja. Azt természetesen akkoriban még nem tudhatták, mik is valójában azok a részecskék, amelyek a vezetőben egyik helyről a másik irányába áramlanak, de a mozgásuk törvényszerűségeit már le tudták írni. Innen már csak néhány lépést kellett megtenni ahhoz, hogy az elektromos áramot más módon is elő tudják állítani és munkába fogják. De ez már egy másik történet. André Marie Ampére elsősorban az elektromosságtani kutatásai révén írta be a nevét a tudománytörténetbe. Kevesen tudják róla, hogy fiatalabb korában a matematikai analízist is magas szinten művelte, s a parciális differenciálegyenletek elméletét is gyarapította néhány felismeréssel. Tudományelméleti munkássága is figyelemre méltó, s az utóbbi időben egyre gyakrabban esik szó azokról a dolgozatairól és elképzeléseiről, amelyek a kibernetika egyik korai előfutárává avatják őt. LACZA TIHAMÉR
