Azokról a kvalitatív elektrosztatikai vizsgálatokról, amelyeket a XVIII. század elsô háromnegyed részében – vagy még régebben – végeztek, érdekes összefoglalót nyújt Joseph Priestley 1767-ben megjelent The history and present state of electricity, with original experiments címû könyve. Priestley maga is tevékenyen részt vett a különbözô tudományszakok fejlesztésében. Nevét elsôsorban kémiai felfedezései tették ismertté; ô fedezte fel többek között az oxigént. Könyve több szempontból érdekes. Mint a címe is mutatja, olyasféle összefoglalásnak tekinthetô, mint amit ma státusriportnak nevezünk. Érdekes azért is, mert Priestley fontosnak tartotta, hogy az egyes kísérleteket önmaga is reprodukálja. Ilyen módon több eredeti meglátással gazdagította magát az elektrosztatika tudományát is. A könyvébôl vett 0.1– 2a idézet jó figyelmeztetô mindazok számára, akik azt hiszik, hogy csak korunkban szokás panaszkodni arról, hogy a sok eredeti cikk megjelenése miatt senki sem tudja áttekinteni a tudomány pillanatnyi állását, és hogy a természettudományos kutatások üteme csak a mi korunkban gyorsult fel . . .

[...] Ezen fejlôdési szakasz fôszereplõi: Stephan Gray, Dufay, Franklin, Aepinus, Priestley.

[...] Stephan Gray (1666?-1736) igen egyszerû eszközökkel, egy megdörzsölt üveghengerrel végezte kísérleteit. Legfôbb megállapítása az volt, hogy egyes anyagok, amelyeket addig nem elektromos anyagoknak neveztek, vezetik az elektromosságot. Ezeket az elnevezéseket is ô, illetôleg tanítványa, Jean Théopile Desaguliers (1683–1744) – egy francia hugenotta menekült – vezette be, és ô állapította meg, hogy a nem elektromos anyagok, ha szigetelôszállal (selyemszállal) függesztjük fel ôket, vagy szigetelôzsámolyra tesszük, akkor szintén elektromos állapotba hozhatók. Az ábrán láthatjuk Gray vidéki kastélyában barátja segítségével végzett kísérletei vázlatát. Megállapította elôször is, hogy a megdörzsölt üvegrúd dugójába helyezett fémszög is elektromos hatásokat mutat. Majd ehhez a szöghöz egy zsineget erôsített, és azon is sikerült az elektromos hatást továbbvezetni. Ilyen módon elôször a kastély folyosóján, majd a szép ôszi idôben a kertben folytatták kísérletüket. Sikerült az elektromos állapotot több száz méternyire (886 láb) elvezetni. Hangsúlyoznunk kell, hogy itt még mindig az elektrosztatikai jelenségen van a hangsúly, és nem az áramvezetés jelenségén. Gray fantáziájára jellemzô, hogy észrevette és leszögezte, hogy ilyen módon jelzéseket lehet továbbítani. Itt bukkan fel elôször az elektromos távíró gondolata. Gray még egy megállapítást tett, és ez nagyon fontosnak bizonyult a hô- és a villamosjelenségek azonosságának, illetôleg különbözôségének kérdésében: a testek villamos állapota azok felületével van kapcsolatban, és nem azok térfogatával.

Stephan Gray élénk levelezésben volt Charles François de Cisternay Dufay-jel (1698–1739), aki a francia királyi kertek felügyelôje volt. Dufay legnagyobb érdeme a kétféle villamosság felfedezése. Eddig ugyanis az volt ismeretes, hogy a dörzsöléssel elektromossá tett test a környezetében levô könnyû tárgyakat magához vonzotta, majd a velük való érintkezés után eltaszította. Maguk a megdörzsölt testek pedig egymást taszították. És íme, most kiderült (4.4–3 idézet), hogyha egy üvegrudat megdörzsölünk és egy gyantadarabot megdörzsölünk, akkor a két elektromossá tett anyag nem taszítja, hanem vonzza egymást. Dufay ezért kétféle elektromosságról beszél, az üvegelektromosságról (électricité vitreuse) és a gyantaelektromosságról (électricité résineuse). Ennek megfelelôen az eddigi egyfolyadék-elmélet helyébe megszületett a kétfolyadék-elmélet; ezt a francia királyi udvar hivatalos természettudósa, Jean Antoine Nollet (1700- 1770) dolgozta ki részletesen. Ô még úgy képzeli el, hogy a kétféle elektromosság effluvium és affluvium alakjában körülveszi az elektromos testet.

Új lendületet adott a kísérleteknek a leideni palack feltalálása. Ez a találmány von Kleist (plébános Camminban, Pomeránia) és Musschenbroek leideni professzor nevéhez fûzôdik. Von Kleist véletlenül, Musschenbroek viszont tudatos kísérletezés közben, de ugyancsak a véletlen segítségével jutott el felfedezéséhez. Musschenbroek gondolata ugyanis az volt, hogy meg akarta akadályozni azt az ismert jelenséget, hogy egy, a levegôben szigetelten elhelyezett, elektromos állapotba hozott, majd magára hagyott vezetô ezt az állapotát elôbb-utóbb elveszti. Ennek megakadályozása céljából Musschenbroek egy üvegpalackba zárt vizet "villanyozott" úgy, hogy az üveg dugóján keresztülvezetett fémszálat kötötte össze a dörzselektromos géppel. A palackot egyik kezében tartva a másik kezével hozzáért a vezetô rendszerhez, és így egy erôs áramütést kapott. A 4.4–4 idézet élénk színekkel ecseteli Musschenbroek ijedelmét.

Itt közbevetôleg érdemes felfigyelni az idézet további részére is: a tudósban mindig meg kell lenni a "furor heroicusnak", amely irigylésre méltónak nevezi azt a tudóst, aki tudományos kutatás közben veszíti el életét. Az itt szereplô Richman Pétervárott vesztette életét villámokkal végzett kísérletezés közben.

Mint említettük, ettôl kezdve jött igazán divatba a villamos jelenségekkel való foglalkozás. Egyre szebb és nagyobb berendezéseket kezdtek építeni, egyre több kísérleti eszközt használtak. ...

Felfedezték az orvosok is a villamos jelenségekben rejlô lehetôségeket: bevezetik az elektrosokkos kezelést, ha nem is a ma szokásos célokra.

Ezen korszak legérdekesebb egyénisége és legeredményesebb kutatója Benjamin Franklin (1706–1790). Ô az elsô amerikai tudós, aki érdemben beleszólt az európai tudomány fejlôdésébe. Amikor elsô vizsgálatai megjelentek és azok francia nyelven hozzáférhetôvé váltak, a már említett Nollet páter, akinek nézeteivel Franklin felfogása szemben állt, egyszerûen nem akarta elhinni, hogy létezik egy Franklin nevû fizikus, méghozzá Philadelphiában. Az egész könyvrôl az volt a véleménye, hogy azt ellenségei írták, az ô lejáratására.

Franklin a villamos jelenségekkel egy Amerikát járó, inkább vásári kikiáltó, mint tudós közvetítésével ismerkedett meg. Szerencséjére nem olvasta az európai kollégák különbözô elméleteit. Szellemi fegyvere Newton Principiája és Optikája volt. Ilyen módon szabadabban értelmezhette kísérleti eredményeit. Nevét elsôsorban a villámhárító tette híressé. Már elôtte is kézenfekvô volt az a gondolat, látva a villamos kisülés fényét, és hallva az azzal együtt járó csattanást, hogy a villám egy ehhez hasonló elektromos jelenség. Teljes bizonyítást azonban ez csak Franklin kísérletein keresztül nyert. Ô ugyanis egy sárkánnyal feleresztett szerkezet segítségével mutatta meg, hogy a légköri elektromosság segítségével ugyanúgy fel lehet tölteni egy leideni palackot, mint a dörzselektromos géppel.

Franklin állapította meg azt a tényt, amely a villámhárító alapjául szolgál, hogy hegyes fémtû segítségével egy testet töltéssel lehet ellátni, és a töltést le is lehet szedni.

Az olvasó talán észrevette, hogy korábban kerültük az elektromos töltés szót, mert az bennünk már az elektromosság mibenlétére vonatkozó egészen meghatározott képzetet kelt. Ezt a szót is Franklin vezette be, és így mostantól kezdve mi is beszélhetünk az elektromos állapotba hozott testek körülményesebb megjelölés helyett az elektromosan töltött vagy töltéssel ellátott testrôl.

Franklin egyetlen töltésfajtát tételezett fel; ezt identifikálta a Dufay által üvegelektromosságnak nevezett töltésfajtával. A test elektromos állapota attól függ, hogy ebbôl az elektromos töltésbôl a testen a normálisnál több van-e, akkor azt mondjuk, hogy a test üvegelektromossággal, vagy Euler szerint pozitív elektromossággal van töltve; ha viszont hiány áll elô, akkor a régi értelemben a test gyantaelektromossággal, vagy az új elnevezés szerint negatív elektromos töltéssel van ellátva. A negatív elektromos töltés tehát a töltés hiányát jelenti, más szóval az elektromos töltéstôl megfosztott anyagot..

Franklin úgy magyarázta a villamos jelenségeket, hogy a villamos töltés önmagára taszító hatást fejt ki, viszont a villamos töltés és az anyag egymást vonzza. Nem tudott azonban számot adni Franklin arról, hogy két töltéshiánnyal bíró, tehát csupasz anyagban álló test miért taszítja egymást. Mai nómenklatúránkkal kifejezve ezek mindegyike negatív töltésû, és így mi természetesnek vesszük, hogy közöttük taszítás lép fel.

Mindezekre a kérdésekre a Rostockban született, de Pétervárott tevékenykedô Aepinus [Franz Ulrich Theodosius (1724–1802)] adta meg a választ. Szerinte az elektromosságtól megfosztott anyagrészek pontosan úgy taszítják egymást, mint az elektromos töltést alkotó anyag részecskéi. Megállapításaiból szinte ki lehet olvasni– természetesen mai szóhasználattal kifejezve – azt a tényt, hogy az eltávozott villamos töltések mintegy ionizált állapotban hagyják ott az anyagrészeket.

Nem lehet pontosan megállapítani, hogy mi vezette Franklint arra, hogy éppen az üvegelektromos töltést fogadja el létezônek és a gyantaelektromos töltést tekintse hiánynak. A pozitív és negatív elnevezés ugyanis ennek már logikus következménye. Franklin nyilván olyan megfontolásból indult ki, hogy amikor egy töltött és egy nem töltött testet összeérintünk, töltésáramlás mindig csak egy irányban megy végbe. Ez mai ismereteink szerint is így van, ha az elektromos töltés áramlását fémes testeknél vizsgáljuk. A különbség csak az, hogy ma tudjuk, hogy ilyenkor a negatív töltés az, ami áramlik, és a pozitív töltés marad helyben. Franklin kísérleteiben azonban, éppen amikor egy fémcsúcs segítségével töltést vitt egy testre vagy szedett le arról, a fémcsúcs és a töltéssel ellátandó test közötti levegôben mindkét irányú töltésáramlás végbemegy. Minden valószínûség szerint Franklinnak azt az ötletet, hogy csak az üvegelektromosság áramlik, az ilyenkor fellépô és sötétben jól látható fényjelenség alakja adta, amely ebben az esetben jobban emlékeztet egy öntözôkannából kifolyó vízsugárra.

Franklin kísérletei és Aepinus által finomított elgondolásai végérvényessé tették a töltésmegmaradás elvét: a töltés a dörzsöléskor tehát nem keletkezik, csak szétválasztódik. Franklinnak egy szemléletes képe is volt a töltés szétválasztásához. A testek normál állapotban olyanok, mint egy nedves szivacs. A dörzsölés úgy választja ki a testekbôl a villamos töltést, mint ahogy a nyomás a vizet a szivacsból.

Az egyfolyadék-elmélet mellett azonban egyre nagyobb szerephez jut a kétfolyadék-elmélet. Coulomb is ezt tette magáévá. A két elmélet egyformán jól tudja megmagyarázni a töltésmegmaradás tényét – ez az egyfolyadék-elméletbôl automatikusan következik –: a visszamaradó hiány szükségszerûen megegyezik az elvitt töltéssel. Viszont az erôhatás egyszerûbben fejezhetô ki a kétfolyadékmodell segítségével. Kétféle elektromosságot feltételezve egyszerûen azt mondjuk, hogy az erôhatás mindkét töltéssel arányos, tehát arányos a töltések szorzatával: mai írásmódunkkal a Q₁Q₂ mennyiséggel. Az egyfolyadék-modellnél figyelembe kell vennünk a többlettöltések közötti taszítóerôt, az anyag és a töltések közötti vonzóerôt, és végül az anyag és az anyag közötti taszítóerôt. Az alábbi meggondolás azt mutatja, hogy a kétféle szemléletmód alapján kapott eredmény ugyanaz.

Legyen ugyanis Q₁= E₁ – M₁ és Q₂= E₂ – M₂, ahol M az az anyagmennyiség, amely semleges állapotban éppen közömbösíti az E elektromos töltés hatását. Képezve a Q₁Q₂ szorzatot:

Q₁Q₂ = (E₁ – M₁) (E₂ – M₂) = E₁E₂ – E₁M₂ – E₂M₁ + M₁M₂

A jobb oldal éppen a különbözô elôbb felsorolt hatások matematikai kifejezôje.

Franklin már az eljövendô villamos korszak vízióját vetíti kortársai elé, amidôn tudós baráti körét egy búcsúvacsorára hívja meg. Vacsora elôtt a folyó túlsó partjára helyezett alkoholos égôt villamos szikra segítségével gyújtják meg. Az ünnepi vacsora pulykáját áramütéssel ölik le, villanyozott pezsgôspoharakból isznak a világ híres elektrikusai egészségére az elektromos battéria kisülésének durrogása között.

A XVIII. század közepe táján, ha csak kvalitatív formában is, de leírtak olyan jelenségeket, amelyek jelentôsége csak késôbb derült ki (4.4–5 idézet).

Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete, 3., átdolgozott kiadás, Gondolat Kiadó, Budapest, 1986, 17. és 306–316. o.

Vissza