4.3. Forgonyok és villamindítók

  
Oh tárd ki, tárd ki, végtelen nagy ég,
Rejtélyes és szent könyvedet előttem;
Törvényidet ha már-már ellesém,
Felejtem a kort és mindent körűlem.
Te örökös vagy, míg az mind mulandó,
Te felmagasztalsz, míg amaz lesújt. 
Madách Imre: Az ember tragédiája, 8. szín
4.3.1. Tanulok, mulatok és gyönyörködöm...
 Ünnepi emlékbeszédében, 1928-ban, Verebél˙ László, az erősáramú elektrotech-nika professzora a Műszaki Egyetemen, idézi Ramon y Cajal népszerű filozófust. Ez a filozófus öt olyan tulajdonságot sorol fel, amellyel egy tudósnak rendelkez-nie kell, ha sikeres akar lenni: szellemi függetlenség, intellektuális kíváncsiság, kitartás a munkában, hazafiság és dicsvágy. Jedlik Ányosból (1. ábra) ez utóbbi, úgy tűnik, teljesen hiányzott. Mint tudatos szerénység valóban szimpatikus tulaj-donság, de egyrészt megnehezíti az utókor munkáját, amikor tevékenységét érde-mének megfelelő helyre akarja tenni, másrészt káros a közösségre, hazájára is. Nemcsak azért mert őket is megfosztja a megérdemelt dicsőségtől, hanem talál-mányának esetleges ipari értékesítésének hasznától is.
 
1. ábra. Jedlik Ányos (1800, Szimő – 1895, Győr) arcképe. Gimnáziumi tanulmányait Nagyszombatban és Pozsonyban végezte. 1817-ben belépett a Bencés Rendbe Pannonhalmán. Doktori szigorlata tárgyaként a matematika, a fizika, a filozófia és a történelem szerepet. Pesten 1822-ben avatták bölcsész doktorrá. 1822-1831: a Bencés Rend győri gimnáziumában, majd liceumában tanított. 1831-1840: a Pozsonyi Királyi Akadémia tanára. 1840-től visszavonulásáig (1878) a pesti tudományegyetemen a fizika és a mechanika professzora. Közben a bölcsészkar dékánja (1846-49), majd az egyetem rektora (1863-64). 1858-tól a Magyar Tudományos Akadémia tagja. Nagy szerepet játszott a magyar műszaki nyelv kialakításában. Ő írta az első magyar nyelvű fizika tankönyvet (Természettan elemei. Első könyv. Súlyos testek természettana (1850). Hőtan (1851). Fénytan (1851) Alapító tagja a Királyi Magyar Természettudományi Társulatnak (1841)

 Ő maga így érvel Heller Ágosthoz írt egyik levelében: Midőn ez imént tárgyalt villamdelejes forgásokra való készüléket 1827. és 1828. évek előtt jó eredménnyel létrehoztam, akkor még nem lehetett hasonlóknak leírását a kezem-nél létezett folyóiratokban vagy munkákban találni és olvasni. Ezen körülménynél fogva részemről azon véleményben voltam, hogy a leírt villamdelejes készülékek-nek és alkalmazási módjuknak én volnék a feltalálója, de csak a magam egyénisé-gére nézve, mert mint kezdő természettani tanárnak többször volt alkalmam azt tapasztalni, hogy némely természettani tünemények, melyekre csak saját belátá-som és kutatásom útján jöttem, másoknál már jóval előbb ismeretesek voltak. E vélemény mellett még továbbra is megmaradtam. 1829-ben vagy 1930-ban valamely könyvben, valószínűleg Dingler Polytechnisches Journal egy kötetében találtam egy ábrát, mely az általam itt leírt gépekre vonatkozó ábrával annyira megegyezett, hogy ha az énáltalam létrehozott villamdelejes készülékeket előbb közzétettem volna, azt kellett volna gyanítanom, hogy az illető írónak az általam közzétett leírás szolgálhatott alkalmul. De mivel én a villamdelejes forgásokról akkor semmit sem tettem közzé, meg kell azon nyugodnom, hogy azokat Oersted, Ampere, Schweigger és mások fölfedezése nyomán saját iparkodásomnak köszönhetem. Jelenleg már bajos volna a prioritás miatt bárkivel vitatkozni.

Jedlik számára a kutatás, a kísérletezés az öröm, a boldogság forrása volt: közvet-len kapcsolatba kerülni a természet csodálatos jelenségeivel, ez motiválta. Egyik rendtársa megkérdezte, miért nem használja éles elméjét a teológia magasztos eszméinek kifejtésére. Azt felelte, hogy valóban minden tudományágban tanulha-tott volna eleget és szépet „de a fizikában tanulok és egyszersmind mulatok és gyönyörködöm is.”

 Jedliket igazán jó pedagógussá az tette, hogy ezt az örömét másokkal is meg akarta osztani; ezen igyekezete, hogy tudniillik bemutathassa a hallgatóság-nak a jelenséget, újabb eredményekhez, találmányokhoz vezetett.

 A rácsosztó gép keletkezésével kapcsolatban ezt a folyamatot tetten érhetjük, miközben megismerkedhetünk a műszaki nyelv kezdetleges állapotával, de Jedlik nehézkes stílusával is.

 Különös érdeket gerjesztenek minden beavatott előtt az Inflexionis Lucis Phaenomena, mellyeket már most is meglehetőssen ponyvára vétették, ha pedig erőmet meg nem halladná azon készületek megszerzése, mellyeknek minő leendőségét sok fáradozásaim után végtére kipuhatoltam, akkor … ezen tüneményeket oly fénnyel, pompával, s majestással tudnám a ponyvára vettetni, hogy az ember mellettük magát elragadtatva érezhetné. Ezen találmányomnak annál is inkább örvendek, mivel az előtt véltem, hogy ezen tünemények finomsága a táblára való vetitést meg nem engedi s így sokaságnak meg nem mutathatik.

 Az eredmény egy vonalzógép, amellyel egy nagy felbontóképességű rácsot (162 rés/mm) tudott készíteni (1845).

 Büszke volt újszerű hengeres kondenzátorára (1867); sokat foglalkozott és cikkezett már korábban is a kondenzátor különböző összekapcsolásával (ma úgy mondanánk: soros és párhuzamos kapcsolásával). Az ilyen kondenzátortelepekkel azután látványos kisüléseket hozott létre.

 Megvalósította a Bunsen-elem egy jobb hatásfokú változatát, de ő volt a szódavíz feltalálója is; ennek részletes technológiáját leírta, meg is jelent a Zeitschrift für Physik und Mathematik 1830/7 füzetében.

 Jedlik Ányost azonban ma elsősorban mint a villamos motor és a dinamó elektromos elv feltalálóját ünnepeljük. 1825-ben, közvetlenül pappá szentelése után mint a győri bencés gimnázium fiatal fizikatanára megismerkedett a fiziká-nak éppen megindult, de viharos gyorsasággal fejlődő új jelenségével, az elektro-mágneses hatásokkal. Oersted 1820-ban felfedezte az áramot vivő vezetéknek a mágnestűre kifejtett hatását, Biot és Savart már kvantitatív törvényben fogalmaz-za meg ezt a hatást. Még ugyanezen évben Ampére az áramok egymásra kifejtett hatását is megállapította. Ekkor kapcsolódott be a kutatásokba Faraday is, minden idők talán legnagyobb kísérletező géniusza. Jedlik, miközben előadta ezeket a vizsgálatokat, kísérletileg is bemutatta őket.


2. ábra. Schweigger kísérlete, Jedlik újítása

 A villamos motor ötletét – úgy tűnik – Schweigger egyik kísérlete adta. J.S.Ch. Schweigger, az erlangeni egyetem tanára, nem sokkal Oersted bejelentése után kimutatta, hogy egy fakeretre felcsévélt huzalból álló tekercs (vagy ahogy ő nevezte, multiplikátor sokszorozó) belsejében a mágnestűre kifejtett hatás meg-sokszorozódik (2. ábra). Jedlik a mágnestű helyett egy másik, forgatható tekercset helyezett el és észrevette, hogy ennek tengelye még erőteljesebben igyekszik be-állni a négyszög alakú tekercs tengelyébe. Rájött, ha azt akarja, hogy a tekercs a nyugalmi állapot elérése után tovább forogjon, meg kell változtatni az áram irá-nyát a tekercsben. Ehhez Jedlik egy áramirány váltó szerkezetet, a higanyos kommutátort is konstruált.
 
 


 

3.a ábra. Jedlik forgonya (1830)


3.c ábra. Az áram áttekinthető menete

3. ábra   … mivel a villamdelej a multiplikátor delejes hatása alatt azon helyzetből, amelyben a hossza a multiplikátor huzalainak irányával egyenközű, ott megint nyugvó állapotba jönne, ahol a delej hossza a multiplikátor huzalainak irányával épszöget képez: tehát avégett, hogy azon helyeken meg ne állhasson, hanem forgó mozgásba jöjjön s azt megszakadás nélkül folytassa, a multiplikátor szerkezete úgy módosítandó, hogy a villamdelejen létező huzaltekercsben a villamfolyam ellenkező irányúvá vál-tozzék ott, ahol a villamdelej hossza a multiplikátor huzalainak irányával épszöget képez.

 Levél Heller Ágostonhoz (1886. február 18.)
 Az áram irányának megváltoztatására szolgáló szerkezet, a kommutátor, mai szemmel nézve legegyszerűbb esetben egy fémgyűrű, amely két, diametrálisan szemben fekvő szigetelőréssel van megszakítva. Az egyik szegmenshez kapcsoljuk a pozitív, a másikhoz a negatív sarkot. A forgó szerkezet – amelyben az áram irányát változtatni akarjuk – csúszó érintkezőkkel (kefékkel) csatlakozik (1). Hogy a mozgás következtében fellépő súrlódási erőt csökkentsük, a mozgó érintkezőket egy fából készült körbefutó vályúba öntött higanygyűrűbe lógatjuk bele. Ha a vályúba a megfelelő helyeken két fapecekkel a higanygyűrűt megszakítjuk, elvileg a szokványos – előbb leírt – kommutátor-típust valósítjuk meg (2). Jedliknél azonban két vályút találunk és így a kommutátor szerkezete is, működése is kissé módosul a mi mai elképzelésünkkel szemben. Nyilvánvaló, amikor Jedlik a nagyobbik tekercsben (a multiplikátorban) folyó áram hatását akarta vizsgálni az árammal átjárt kisebbik tekercsre, például annak beállítását az egyensúlyi helyzetbe, vagy a lengését, akkor valóban két folytonos, tehát szigetelőrés nélküli higanygyűrűre volt szüksége, egyiket a pozitív, a másikat a negatív pólushoz csatlakoztatva. Ezt a konstrukciót használta fel Jedlik kommutátornak is, úgy, hogy mindegyik gyűrűbe két-két megszakító rést helyezett el. Ezzel mindkét gyűrűnek csak egy-egy fele van az áramkörbe kapcsolva (3). Amikor a forgó érintkezők ezekhez érkeznek, a forgó tekercsben megszűnik az áram, tehát nem kap újabb lökést, de nincs fékező hatás sem. A forgás lendülete átsegíti a tekercset az egyensúlyi helyzeten és félfordulat után ismét újabb gyorsító lökést kap a forgó rendszer, tehát a forgó mozgás (a motorként való működés) így is lehetséges. (Szaggatva berajzoltuk ezt az átkötést, amely mellett nem lenne „üresjárat”.)
 

 3.b. ábra. A forgony konstrukciós rajza




 Az első motor 1826–28 között készült el (3. ábra). Komoly munkavégzést ettől a motortól nem lehet várni: a tekercs tűhegyen forog. Különböző, bizarrnak mondható megoldások után Moritz Herman Jacobi 1834-ben egy, a Jedlikéhez hasonló elven működő motort mutatott be a párizsi akadémián, amely 1838-ban Szentpétervárott, a Néva-folyón gyakorlati alkalmazási lehetőségét is bizonyította: egy 12 személlyel megterhelt csónakot hajtott.

4.3.2. Az egysarki villamindító és a dinamoelektromos elv

 Jedlik másik nagy felfedezése, a dinamó elektromos elv és ezzel kapcso-latban az unipoláris villamos generátor, vagy dinamó. Jedlik megnevezésével: egysarki villamindító.

 Faraday 1831-ben fedezte fel az indukció törvényét, ezután indulhatott meg az áramfejlesztő gépek (generátorok, dinamók) kifejlesztése. A Jedlik által kifejlesztett szerkezet, az unipoláris gép minden belefektetett feltalálói ötlet, ere-detiség ellenére sem arathatott sikert. Jedlik, talán mert maga sem volt megelé-gedve az eredménnyel, még a szokottnál is visszafogottabban vitte gépét a nyilvá-nosság elé. Az alábbiakban megkíséreljük érzékeltetni Jedlik zsenialitását.

 Az első unipoláris generátorként a Faraday-korongot szokás idézni: ha egy rézkorong egy állandó mágnes sarkai között forog, a tengely és a perem között (csúszó érintkezővel levehető) feszültséget mérhetünk. Jedlik készülékének meg-értéséhez célszerűbb azonban a 4. ábrán látható elrendezésből kiindulni. Az uni-poláris (egysarki) megnevezés is világossá válik: elég az állandó mágnes, vagy elektromágnes egyetlen pólusa is az áram fejlesztéséhez. Ha egy sugárirányú vezetéket a tengely körül forgatunk (miközben a mágnes áll), a tengely és a vezeték csúcsa között feszültséget észlelünk, amelyet a tengelyről és egy, a vezetékekkel együtt forgó, azzal szilárd összeköttetésben lévő gyűrűről szedhetünk le csúszó érintkezők segítségével. A feszültség nagysága attól függ, hogy a vezeték mennyi erővonalat metsz az időegység alatt. Ugyanezt észleljük, ha a mágneses erőteret szolgáltató hengert forgatjuk, ekkor még a csúszó érintkezőre sincs szükségünk. A lényeg az unipoláris indukciónál, hogy a mozgás iránya, a vezeték és az erővonal egymáshoz viszonyított helyzete azonos maradjon.
 
 

4.a ábra. A legegyszerűbb „unipoláris dinamó”.
Az OP vezeték forgása közben a szögsebességgel
a hosszával és a mágneses tér erősségével arányos
feszültség keletkezik az OP pontok között
4.c ábra. A készülék fényképe [40/5]

4.b ábra.  Jedlik egysarki villamindítójának eredeti vázlata és használati utasítása. Ennek 4. pontja mondja ki a dinamó-elektromos elvet:  Ha a és c szorítók egymás között rézhuzallal összeköttetnek, b és d szorítók közé pedig Bunsen-féle elemek helyett egy galvanométer v. érintői tájoló foglalta-tik, akkor a delej forgatása folytán a sokszorozó huzalban villamfolyam indíttatik, mely a forgatott delej tekercsén átmenvén a delejt erősebbé teszi, az pedig ismét erősebb villamfolyamot indít s.i.t.
 

4.d ábra. Az egysarki villamindító szerkezeti rajza


4.e ábra. A vezetékek kapcsolása, a bennük folyó áram irányának jelölésével. Látjuk, hogy elektromos teret gerjesztő tekercsek soros kapcsolásúak 4.f ábra. Az álló és a forgó szerkezetek közötti elektromos kapcsolat biztosítására szolgáló szerkezetek. Az elektromos erővonalakat színesen rajzoltuk

 A készülék szerkezeti felépítését egyszerűbben és tömörebben nem lehet ismertetni, mint Verbély professzor teszi ezt idézett cikkében. Az alábbiakban ezt követjük. A magunk részéről viszont a másutt nem található magyarázó ábrákkal igyekszünk azt kiegészíteni.

 A Jedlik-féle egysarki villanyindító forgórésze két, hengeralakú üreges tengelyre fölcsavart, négy küllőjű mágneskerékből áll. A küllők mindegyikére 2x16 (17) menetű, szigetelt rézhuzalból álló tekercs van fölhúzva és e tekercsek oly módon vannak sorbakapcsolva, hogy gerjesztésük esetén az egyik keréken mind a négy vasküllő külső vége északi mágnességű, a másik keréken viszont déli mágnességű lesz. A kerekek vaskarimájából tehát sugárirányú mágnesmező lép ki… amely a levegőn keresztül egyik keréktől a másikhoz vezet és viszont a küllők belső végeinél az üreges tengely falán keresztül záródik, amelynek a két mágneskerék közé eső középső része, erre való tekintettel, vascsőből készült.

 A vezetők, amelyekben a sugárirányú forgó mező elektromotoros erőt in-dukál, egymás mellett, a gép fából készült törzsének alján végighúzódó vályúban vannak elhelyezve. Mindegyik mágneskerékhez hat, 3 mm átmérőjű, szigetelt réz-huzalból álló vezető tartozik, amelyeknek derékszögben fölhajlított két vége a tör-zsön keresztül egy-egy higannyal telt vályucskához vezet. E vályucskákat azok a vékony fából készült keresztfalak alkotják, amelyek a törzsnek és a reá illő födő-nek az üreges tengelyt körülvevő hengeres terébe vannak a tengelyre merőlegesen beleillesztve. Mindegyik mágneskerék két oldalán 6–6, tehát összesen 24 ilyen köralakú vályú van.

 Az unipoláris gépek problémáját, a vezetők sorbakapcsolását Jedlik igen szellemesen úgy oldja meg, hogy az összekötő vezetőket az üreges tengely belsejében, tehát mágnesmezőtől mentes térbe helyezi. A tengely hengeres üregében mindegyik mágneskeréknek megfelelően 6 vezető van, amelyek ugyancsak derékszögben meghajlított két vége egy-egy köralakú réztárcsa belső széléhez van hozzáforrasztva. A réztárcsák fából készült távolságtartó gyűrűkkel váltakozva vannak a tengely csövére ráhúzva úgy, hogy minden egyes tárcsa egy-egy vályu középsíkjába esik és az alsó pereme az illető vályú fenekén lévő higanycseppbe ér. Könnyen belátható, hogy ezen elrendezés mellett a tengely hengeres üregében helyezett vezetők és az állórész törzsébe ágyazott vezetők között forgás közben is állandó jó összeköttetés áll fönn, amely lehetővé teszi, hogy az állórész bármelyik vezetőjének végét, a tengelyen keresztül a következő álló vezető kezdetével összekössük, vagyis az illető mágneskerékhez tartozó hat vezetőt sorba kapcsoljuk. Ugyanígy van egymásután kapcsolva a két mágneskerékhez tartozó két 6–6 menetes tekercs is és végül ugyancsak egy-egy higanyvályu és tárcsa szolgál a nyolc sorbakapcsolt mágnestekercs két külső végének a készülék alapzatán elhelyezett A és C szorítókkal való összeköttetésére.
 

4.3.3. Gyakorlati megvalósítás

 Az 5. és 6. ábrával azt szeretnénk megmutatni, hogy Jedlik dinamó villamos elve és az egysarki villamindítója milyen formában vált gyakorlatilag valóban használatos szerkezetté.

Ilyen elvet valósított meg Jedlik Ányos is az ő egysarki villamindítójában, hogy kommutátor nélkül is sima egyenáramot kapjon.

5. ábra. A dinamó-elektromos, vagy dinamó villamos elvet gyakorlatilag használható formában Siemens és Wheatstone monda ki először. Ez az elv azt mondja, hogy az engyenáramú generátor kezdő áramát a gép elektromágneseinek lágy vasmagjában visszamaradó mágnesség indítja meg. Az így kapott gyenge áram azután, a mágnestekercseken keresztülvezetve, a térmágnességet erősíti, amely viszont most már erősebb áramot indukál. Ez a hatás halmozódva folytatódik, s a mágnes és az áram egymást kölcsönösen erősítik, tisztán mechanikai munka fölhasználásával, anélkül, hogy állandó mágnesekre volna szükség.
 a) Werner von Siemens 1867. január 17-én a Berlini Tudományos Akadémián jelentette be ezt az elvet, ő sorba kapcsolta a gerjesztő tekercseket a forgó résszel, míg
 b) Wheatstone 1867. február 14-én a Royal Society előtt – ugyanezt az elvet monda ki, Siemenstől függetlenül – párhuzamos kapcsolást javasolt. A gya-korlat a felhasználástól függően mind a párhuzamos, mind a soros, mind a ve-gyes kapcsolást használja.
 
 
 

a)
b) c)

6. ábra. a) Gyakorlatilag is használható unipoláris gép – amely akár több ezer kilowatt teljesítmény leadására is képes – realizálása csak a 20. század első éveiben sikerült Noegerathnak. Ennek szerkezeti rajza látható. (A, B kapcsok; G gerjesztő tekercs; V vezetők; K kefék)
b) A kapcsolási séma. Itt az aktív vezetők – amelyekben tehát feszültség ke-letkezik – a forgórész kerületén vannak, párhuzamosan a tengelyre egyenlete-sen elosztva (Jedlik a kerület kis részét használta csak ki)
c) a mágneses erővonal folyam (fluxus) menete: a feszültséget a körgyűrű ala-kú részben lévő radiális erővonalak metszése hozza létre
 
 

7. ábra. Horváth János professzor, jezsuita szerzetes latin nyelvű tankönyve
a nagyszombati, majd később – a költözés utén – a pesti egyetem hallgatói számára (1770)



 
 

8. ábra. Külön ki kell emelnünk Jedlik Ányos tankönyvírói tevékenységének fontosságát a magyar fizikai szaknyelv megalkotásában, helyesebben továbbfejlesztésében. Voltak ugyanis már korábbi, igen értékes kísérletek. Bár Varga Márton ezt írja (4.1 .4. fejezet): "Előttem törött út, kiki tudgya,
nem volt", itt láthatjuk Molnár János munkáját 1777-ból "A természetiekről...", amely már igencsak járható – bár kissé göröngyös – utat tört. Használták is ezt a könyvet a királyi akadémiákon (a szerzetesi akadémiák betiltása után).
Molnár János és Varga Márton könyvének jelentőségét még jobban kiemeli az a tény, hogy ez idő tájt még a magyar nyelvet is – amikor 1814-ben oktatása középiskoláinkban azok számára is kötelezővé vált, akik tudtak magyarul – latin nyelvű tankönyv alapján tanították. Az egyik ilyen tankönyv címe: Epitome institutionum grammaticarum linguae Hungaricae (Verseghy Ferenc).
Törvény csak 1844-ben mondta ki, hogy az államigazgatás hívatafos nyelve a magyar, és magyar a közoktatás nyelve is.
 

A XIX. század különböző területeken dolgozó, meghatározó jelentőségű személyiségei. A külföldi filozófusok és fizikusok közül azok szerepelnek, akikre a hazai hasonló területen dolgozó tudósok hivatkoztak (vagy hivatkozniuk kellett volna)


Természet Világa, 
2001. I. különszám
Simonyi Károly: A magyarországi fizika kultúrtörténete (XIX. század) 
http://www.termeszetvilaga.hu


Vissza a tartalomjegyzékhez