Egy robbanás története (1888)

Ez idén februáriusban történt.

A fizikai sorozatos elôadások már javában folytak. Mikor a hôtan ismertetésére került a sor, az elôadó báró Eötvös Loránd egy alkalommal úgy nyilatkozott elôttem, hogy szeretné a hallgatóságnak kísérletileg megmutatni azt, hogy a mikor a folyadékok az ú. n. válságos hômérsékletre hevülnek és a folyadék saját gôzében eltûnni látszik: a gôz és folyadék keveréke úgy keletkezik, hogy a mi alatt a folyadék fajsúlya a melegedés miatt csökken, az alatt a gôz fajsúlya a növekvô nyomással emelkedik és e szerint a fajsúlyok annyira közeledhetnek egymáshoz, hogy a folyadék a szó szoros értelmében összekeveredik a maga gôzével. E keveréknek természetesen kisebb a fajsúlya, mint a folyadéké, de nagyobb, mint a gôzé, a míg a kritikus hôfokot el nem érik; és épen ezt kell vala a kísérletnek megmutatnia.

A kísérlet megtételére kettô szükséges: 1. olyan folyadék, a melynek kritikus hômérséklete ne legyen nagyon magasan; 2. egy szilárd test, mely úszó jelzôül szolgáljon és a melynek fajsúlya e szerint kisebb legyen a folyadék, de nagyobb a gôz fajsúlyánál, a míg a kritikus hômérsékletet el nem érik; ellenben kisebb a folyadék- és gôzkeverék fajsúlyánál, ha ez a kritikus hômérsékletet túllépte. Könnyen érthetô, hogy az ilyen szilárd test a folyadék felületén mindaddig úszni fog, a míg a melegedô folyadék a gôzében el nem tûnik. Abban a pillanatban azonban, mikor a folyadék a kritikus hômérsékletet elérte és ennélfogva a folyadék szintje eltûnik: a szilárd testnek a folyadék- és gôzkeverékben föl kell emelkednie.

Már az egymaga, hogy valamely szilárd test látszólag üres üvegcsôben önként felemelkedik, nemcsak meglepô tünemény, de egyszersmind tanulságos is; érdemes tehát a kérdéssel foglalkoznunk.

Megállapodtunk abban, hogy a kísérlet megtételét kipróbáljuk. Folyadékúl folyós széndioxid, úszó jelzôül pedig bodzabélgolyócska fog szolgálni: A folyós széndioxid fajsúlya 0^o-on 0.947, a bodzabélé pedig 0.3--0.4, tehát a golyó úszni fog a folyadékon. Ha a beforrasztott üvegcsô, a melyben a tüneménynek elô kell állnia, félig lesz telve folyós széndioxiddal, akkor a kritikus hômérsékleten, a folyadék eltûnése után, a csôben foglalt széndioxid fajsúlya 0.4735 lesz, tehát közel oly nagy, mint a bodzabélé, mert most az elôbbihez képest kétszer akkora tért foglal el. Ha a csô két harmadára van tele folyós széndioxiddal, akkor a kritikus hômérsékleten a csô tartalmának fajsúlya 0.631 lesz, mert a térfogat egy harmaddal nagyobbodik. Ezen a közegen tehát a bodzabélnek úsznia kell. A félig telt csôvel nem biztos a kísérlet sikerülése; ellenben a két harmadáig megtöltött csô, a számítás szerint, sikert ígér.

Magamra vállaltam a csô elkészítését. Mintegy 8-10 mm. átmérôjû csôbe, melybe a 4-5 mm. átmérôjû bodzabélgolyó könnyen mozoghatott, széndioxidot sûrítettem meg. Hogy mennyi lesz a csôben a folyadék, azt nehéz elôre megítélni, mert a gáz a megsûrítéskor nemcsak hogy megfolyósodik, hanem a folyadék meg is fagy. A megfagyott széndioxid és folyós széndioxid térfogata között pedig roppant nagy különbség van; az utóbbinak térfogata ugyanis kétszerténél is nagyobb, mint amazé. Nem is sikerül a csövet két harmadára tölteni meg a folyadékkal, de azért a kísérlet sikerülhetett, mert a csô felénél jóval tovább volt tele folyadékkal. Mikor a csövet, beforrasztása után, a hûtôkeverékbôl kivettük, a bodzabélgolyócska bele volt fagyva a széndioxidba. Hogy a nagyon hideg csô hirtelen fel ne melegedjék, kitettük a szabadba -5--6^o-nyi hidegre. A csôben levô megfagyott széndioxid lassacskán megolvadt s a folyadékon vígan úszkált a golyócska. A csô körülbelül egy óra hosszant volt kinn a szabadban és kiállván az elsô próbát, t. i. a 30-40 légnyomást (ekkora t. i. a folyós széndioxid gôzének a feszültsége -5--6^o-on), beállítottuk a fûtött szobába; itt 18-20^o-ra felmelegedvén, a nyomás benne kerekszámban 55 légkörre emelkedett. Kis vártat múlva bámulatomra azt veszem észre, hogy a bodzabélgolyó a folyadékban alásülyedt és a felületén élénk gázfejlôdés mutatkozik. Mitôl lehet az? A golyó épen olyan hideg, mint maga a folyadék, tehát az nem lehet, hogy a golyótól kezdjen forrni? Talán mégis, mert a bodzabél érdes felületû; az érdes felületek pedig a folyadékok forrását elôsegítik. Vagy talán a nagy nyomás a bodzabélbe szorúlt levegôt sajtolja ki és ez gyöngyözik a folyadékban? Bár mint legyen is, a folyadékot ismét kitettem az ablakba, mert, ámbár jól tudtam, hogy a csôben - akár hogyan forrjon is a folyadék - a nyomás addig nem emelkedhetik, míg a hômérséklet a szoba hômérsékleténél feljebb nem megy: az ilyen frissen készült és megtöltött csövekkel mégis nagyon óvatosan kell bánni. Az üvegnek hozzá kell szokni a nagy nyomáshoz, melytôl a csô kissé kitágul és ennek megfelelôleg az üvegben magában változásnak kell végbemenni. hogy ezt az üvegben végbemenô változást - a nagy nyomáshoz való alkalmazkodást a csô kibírja-e; elôre nem lehet tudni. Az efféle csô hasonlít az olyan aknához, melynek a gyújtó zsinórja kialudt s a zsinór meggyújtója nem mer közeledni az aknához, mert nem tudja, mely pillanatban következik be a robbanás. Én is csak a betett ablakon keresztül néztem meg néha a csövet. Egyszercsak azt látom, hogy a golyó ismét a folyadékon úszik s körülötte a pezsgés megszûnt. Ha a csövet a szobába tettem: a golyó nem sokára alásülyedt a folyadékban; ha ismét kitettem a hidegre, a golyó is felemelkedett. A golyócska e szeszélyes játékából két következtetést lehetett vonni: elôször, hogy a bodzabél fajsúlya nem 0.3, hanem ennél jóval nagyobb és nagyon közel áll a folyós széndioxid fajsúlyához; másodszor, hogy a tervezett kísérlet bodzabélgolyóval - ha már a folyós széndioxidon sem úszik - nem fog sikerülni. A bodzabél fajsúlyát a beléje zárt levegô teszi oly kicsivé; de ezt a levegôt a nagy nyomás kisajtolja belôle és innen van a pezsgés, melyet a golyócska körül látni lehet. E közben a golyócska fajsúlya természetesen mindig nagyobb és nagyobb lesz, míg végre egyenlôvé, vagy legalább közel egyenlôvé válik a folyós széndioxid fajsúlyával. Ámde a folyós széndioxid a melegedéskor jobban kiterjed, mint a gázok, fajsúlya tehát tetemesen csökken. Innen van, hogy a folyadékban a golyócska felszállt, ha a csô az ablakon kívül volt, és alámerült, ha a csô a szobában volt. A csô még most is megvan, de benne a golyó lehûtésre vagy melegítésre többé nem száll alá s fel, mert már ki van belôle sajtolva a levegô s ennek következtében fajsúlya jóval nagyobb, mint a folyós széndioxidé.

A feladat megoldását más módon kellett megkísérelni.

Más csövet készítettem. A csô 12-15 mm. átmérôjû lehetett; úszóúl üvegbôl készített, beforrasztott kis areométert helyeztem bele, melynek átlagos fajsúlya a 0.4-et nem haladta meg. Az üveg fajsúlya 2.4; az areométer átlagos fajsúlyának pedig 0.4-nél nem volt szabad nagyobbnak lenni. Ebbôl következik, hogy az areométerre akkora tekét kellett fújni, hogy a beléje zárt levegô a kis eszköz fajsúlyát 0.4-re szállítsa alá. Az elkészítése meglehetôsen nehéz volt, mert az egész eszköznek kicsinynek és e mellett a teke falának elég erôsnek kellett lennie, hogy a nagy nyomást kiállhassa. Abban egyébiránt nem igen kételkedtem, hogy a teke és vele együtt az egész kis areométer a nyomást kiállja, mert tapasztaltam, hogy a Geissler-csöveken levô tekék, a melyek néha 1/2, sôt egy egész liter térfogatúak, az egy légköri nyomást jól kiállják, noha a falak csaknem papírvékonyságúak. Aránylag nagyon vékonyfalú üvegtekék bámulatos nagy nyomást kiállanak, ha az reájok kívülrôl hat; ellenben a belsô nyomásra hamar szétdurrannak. A mi esetünkben a tekének kerekszámban 80 légköri nyomást kell majd kiállania, mert a folyós széndioxid a kritikus pontra lesz hevítendô s e hômérsékleten a széndioxid feszítô ereje 80 légköri nyomás. Nem volt tehát szabad a teke falát nagyon is vékonyra csinálni, de azért a tekének elég nagynak kellett lenni, hogy az úszó fajsúlya a 0.4-et meg ne haladja és e mellett mégis elég kicsinynek is, hogy a csôben jól elférjen. A feladat nem volt könnyû, de végre sok kísérlet után sikerült olyan úszót készítenem, mely a kívánalmaknak megfelelt.

Az úszót a csôbe tenni, a csövet folyós széndioxiddal két harmadáig megtölteni és beforrasztani semmi nehézséggel sem járt s így a csô egy pár óra alatt elkészült. Az üvegúszó is - ép úgy mint a bodzabélgolyó - belefagyott a széndioxidba. E csôvel még sokkal óvatosabban kellett bánni, mint az elôbbivel, mert az kétségtelen volt, hogy ha a csôben levô úszót a növekvö nyomás összehúzza, maga a csô is szétrobban, ízzé-porrá törik. De miért kétségtelen ez? Ha a csôben levô úszó összezúzódik is, ettôl a nyomás nem hogy nagyobbodnék, sôt az összehúzódás pillanatában valamicskét csökken; miért durranna tehát szét maga a csô? Azért, mivel a csônek alkalmazkodni kell, a belsejében uralkodó nyomással egyensúlyt tart, de ez az egyensúly olyan, a mely hirtelen változás esetén végkép felbomolhat. Ehhez járul az is, hogy a lökés, a mely az úszó széttörése pillanatában a csô belsejében okvetetlenül keletkezik, a csövet is erôsen megrázza, sôt az úszó törmeléke a csövet összekarczolja, mintegy megsebzi. E hatásoknak - abban nem lehetett kételkedni - a csô nem lesz képes ellenállani.

Mindezen okoknál fogva a csövet nagyon lassan engedtem felmelegedni s hogy ezt elérjem, a csövet azon hidegen jól beburkoltam pamuttal s kitettem a hidegre. Itt melegedett fel a csô -5^o-ra. A megfagyott széndioxid lassanként elolvadt, s a folyadékon szépen úszott a kis üveg areométer. A folyadék lassan felmelegedett a szoba hômérsékletére. A kis üveg-úszó még ellenállt az 50-55 légköri nyomásnak s így lehetett reményleni, hogy még azt a 25 légköri nyomás-szaporulatot, a mely a kritikus hômérsékleten elô fog állani, szintén el fogja viselni.

Az ekként felszerelt csô több napig állott s így tanúságot tett, hogy önként már ezentúl sem robban el. A kísérletet meg lehetett tehát vele tenni.

A fizikai intézet egyik dolgozó helyiségében volt a kísérlet megteendô. Báró Eötvös Loránd, segédje és én vártuk a kísérlet kimenetelét. Vajjon kiállja-e az úszó a nagy nyomást? Érdekes lesz a pilIanat, mikor az úszó felfelé kezd emelkedni; de fog-e emelkedni? - hát ha alásülyed? Ha alásülyed, akkor annak a keveréknek, a mely se folyadék, se gáz, kisebb a fajsúlya a számítottnál; s ha a fajsúly kisebb lenne, akkor a széndioxidban valamely eddig nem gyanított fizikai változásnak kellett végbemenni. Milyen lehet az a változás; mi okozhatja? Hogyan kell ezt majd kísérletileg tovább fürkészni? Ilyen gondolatokkal foglalkoztunk, midôn a szolga elôhozta a 36 ^oC-ra melegített vizet. Ebbe akartuk a széndioxidos csövet bemártani, hogy egy-két fokkal a kritikus hômérséklet (30.9 ^oC) fölé hevüljön. A folyós széndioxid szemmel láthatólag gyorsan terjedt ki, a mint a csô a meleg vízbe merült. A folyadék csakhamar eres lett; az a tünemény állt elô, a mely akkor is ha czukordarabbal a víz felületét érintjük; mikor is a czukortól finom átlátszó szálak - helyesebben erek látszanak kiindulni és a folyadékba sülyedni. A széndioxid megeresedése elárulta, hogy minô mozgás van a folyadékban; mint törekszenek a melegebb részecskék a felszínre és mint sülyednek alá a hidegebbek. A mozgás mind élénkebb lett, jeléül annak, hogy a folyadék hômérséklete nem sokára a kritikus pontig emelkedik. A csôben levô kis úszó még mindig megállta helyét, pedig ekkor már a reája feszülô nyomásnak igen nagynak kellett lenni és közel lehetett ama legnagyobb nyomáshoz, a melyet az úszónak el kellett viselnie. Noha valószínû volt, hogy az úszó azt a kis nyomás-szaporulatot is kiállja, mégis üveglapokat kértem, hogy azzal legalább arczunkat és szemünket védhessük a bekövetkezhetô robbanás ellen. Elôhozták az üveglapokat. Az enyém oly poros volt, hogy nem lehetett rajta keresztül látni, megfordultam, hogy a hátam mögött levô törlô ruhával letöröljem.

E pillanatban puskalövéshez hasonló durranást hallottam és a nyakamon és a fültômön - háttal állván a csônek sajátságos lökést éreztem, a mit nyomban szúró fájdalom követett. A bôr alá hatolt apró üvegszilánkok okozták a fájdalmat. Megfordulva, rémület fogott el, midôn láttam, hogy báró Eötvós meggörnyedve, kezeivel szemeit takarja el, s arczából csak úgy csorog a vér a padlóra. A robbanás pillanatában háttal lévén fordulva, nem tudtam, vajjon a válságos perczben szemei elé tartotta-e az üveglapot vagy sem. Hozzá intézett kérdésemre, vajjon szemei megsérültek-e?, nem vátaszolt. Képzelhetni a kétségbeesést, mely bennünket, sértetlenül maradtakat elfogott. Kétségbeesésünk szerencsére rövid ideig tartott, báró Eötvös végre megszólalt: "Szemeim fájnak, de úgy hiszem, nincsenek komolyan megsérülve." Úgy is volt. A robbanás heve az üveglapot, arczához csapta, de azért a lap - bár maga eltört - szemét megvédelmezte. A vérzés az arcznak azon részén ütött sebekbôl eredt, a melyet az üveglap kicsiny volta miatt nem védelmezett. Csakhamar megnyugodtunk. A vélt katasztrófa jelentéktelen balesetté törpült, a me!y azonban mé!yen bevésôdött mindnyájunk emlékébe.

Hová lett a csô, a víz, a melybe be volt mártva? Sem egyiknek, sem másiknak nyomát sem tudtuk föllelni; ízzé-porrá tört mind a kettô.

A kísérlet ismétlésérôl természetesen lemondtunk.

És most kedves olvasó, ha netalán kérdeznéd miért írtam le mindezeket: a feleletet is ide iktatom. Tájékozni akartalak egyrészt arról, hogy a kísérleti tények megállapítása mennyi fáradsággal jár, másrészt képet akartam adni annak, hogy új kísérletek tervezésében mily sok apró részlet esik megfontolás alá s mégis mily sok a tévedés!