A
XIX. század fizikusai egyszerre kutatták az anyagnak mikroszerkezetétől független mozgástörvényeit és keresték a mikro-szerkezetre közvetve utaló jelenségek ma-gyarázatát. Eötvös Loránd mindkét irányzathoz értékes kísérleti hozzájárulásra volt képes. Kutatá-sait a mikroszkopikus kölcsönhatások és a mak-roszkopikus tulajdonságok kapcsolatának kísérleti vizsgálatával, majd azok tanulságai alapján egy min-den anyagra érvényes törvény megfogalmazásával kezdte. Ezt követte annak a nagy pontosságú gravi-tációs mérésnek kidolgozása és megvalósítása, ami-vel beírta nevét a tudománytörténetbe.Mikola Sándor írta az Eötvös Loránd halálá- nak 10. évfordulója alkalmából kiadott Emlék-könyvben: „Báró Eötvös Lorándnak a nehézségi erőre és a felületi feszültségre vonatkozó igazságai ezer év múlva éppolyan igazak és értékesek ma-radnak, amilyenek ma, még abban az esetben is, ha akkorára a tömegvonzásra és az anyag leg- kisebb részeire vonatkozó mai fogalmaink meg is szűnnek.”
Az Eötvös Loránd által feltárt igazságok szem-léletes, az album minden Olvasója számára kö- vethető bemutatása jelen fejezet vállalt feladata.
Az Eötvös-törvény
A vízipók titka
A nyugodt álló víztükör felületén nyaranta bogarak könnyed mozgása ragadja meg figyelmünket. Nem Arkhimédész törvénye óvja őket az elsüllyedéstől, egyáltalán nem merülnek a vízbe. Lábaik éppen csak érintik a felületet, ami nem szakad be, pusztán behorpad súlyuk alatt.
A besüllyedéstől éppen a lábaikhoz tapadó fo-lyadék behorpadt, görbült felülete mentén érintő-legesen ható erők mentik meg a vízipókot, a vízi molnárkát és társaikat.
A felületi erők a folyadék részecskéi, molekulái között ható vonzóerő megnyilvánulásai, amelyek a felszínen lévő részecskéket nem engedik abból kilépni. A vonzás legyőzéséhez energiát kell befek-tetni. A felület növelésekor a növelés arányában növekszik az energia. Az egységnyi felületre jutó energiának neve: kapilláris állandó. Az energia- minimum általános természeti elvének megvalósí-tása alakítja ki a nyugvó folyadékcsepp felszínét, meghatározza annak alakját.
33 AZ EÖtVÖS-tÖRVénytŐL AZ EÖtVÖS-IngÁn KERESZtÜL AZ EÖtVÖS-HAtÁSIg
Eötvös kísérleti módszere a kapilláris állandó mérésére
Eötvös 1869-ben Franz Neumann előadásait hall-gatta a Königsbergi Egyetemen, többek között a ka-pillaritás elméletéről. Az üveget nedvesítő folyadék annak falán felkúszik, egy görbülő felületet alakítva ki. A faltól távoli vízszintes felülethez képest adott
magasságban lévő felületi pont és a felület érintő-jének a vízszintessel bezárt szöge között egysze-rű összefüggés van, amely tartalmazza a kapilláris állandót. A diák Eötvös azzal nyerte el professzo-ra dicséretét, hogy nem egyetlen pont adataiból, A vízi molnárka (legfelül) és a vidrapók (fent) alatt
behajlik, de nem szakad be a víz felszíne.
A felületet összetartó, a ráhelyezett testre érintőleges erővel ható (F) erőnek felületi feszültség a neve.
A felületi feszültségi erők összegzett hatása ellen-súlyozza a rovarokat mélybe húzó (mg) súlyerőt.
A vastag kék vonallal jelzett falak között elhelyezkedő folyadékcsepp lefelé kidom-borodó felszíne a falakat ned-vesítve görbülten megtapad.
A felület két pontjára úgy irá-nyítanak vékony fénysugarat, hogy a felszínről pontosan vízszintesen verődjék vissza a fény. A sárga, illetve piros színnel meghúzott sugárme-net vízszintes ágainak magas-ságkülönbségét a jobbra látható korabeli teodolithoz hasonló műszerrel mérik le.
Még szükség van a folyadék felszínére a fény visszaverő-désének pontjaiban emelt merőlegesnek a függőlegessel bezárt szöge lemérésére is.
Ezen adatokból egyszerű összefüggéssel számolható a folyadékot jellemző felületi feszültség. (A teodolit Eötvös Loránd eredeti mérőeszközének fény-képe. Az Eötvös Loránd Emlékgyűjtemény tulajdona.)
CSERTI JÓZSEF – PATKÓS ANDRÁS
hanem a két pont magasságkülönbsége és a pon-tokhoz tartozó szögfüggvények különbsége méré-sével határozta meg a kapilláris állandót.
Módszerét heidelbergi doktorálása után hazatérve 1873-ban a Magyar Tudományos Akadémián ismer-tette, majd 1876-ban a Műegyetemi Lapok első köte-tének első közleményeként részletesen be is mutatta.
Az Eötvös-törvény születése
Eötvös Loránd pontos mérési eljárása birtokában az anyag fajtájától független összefüggést keresett különböző anyagok felületi feszültségei között.
Az anyag feltételezett molekuláris szerkezete alap-ján elképzelte, hogy a folyadék felületén lévő mole-kulák egyenként is meghatározott nagyságú felületet foglalnak el. Egy mólnyi anyag térfogata a mól- térfogat, amelyből a sűrűség ismeretében az egy molekulára jutó térfogatot megkaphatjuk. Szem- léletesen a móltérfogat nagyságú gömb felületét nevezhetjük moláris felületnek. Eötvös azt
a kér-dést tette fel, hogy a moláris felület egységnyi nö-velésére fordított kapilláris energia hogyan válto-zik a hőmérséklet egyfoknyi változásakor? Elméleti megfontoláson alapuló hipotézise az volt, hogy
(kapilláris állandó)×(moláris felület) szorzat megváltozása hőmérséklet megváltozása =
= anyagfüggetlen állandó
Tanítványa, Tangl Károly írta 1930-ban: „Amint az elméleti eredmény megvolt, lázas laboratóriumi munka indult meg a törvény kísérleti igazolására.
A régi egyetemi fizikai intézet ablakai sokszor bi-zony éjjel is világosak voltak. A mérések nagy meg-lepetéssel szolgáltak: a hányados értéke független volt attól is, hogy mi volt a kezdő hőmérséklet.”
A törvényt Eötvös Loránd 1885-ben ismertette a Tu-dományos Akadémián: „valamennyi egyszerűen összetett folyadék molekuláris felületi energiája a hőmérséklet 1 fokkal történő emelésekor ugyan-annyit változik”. Az univerzális értéket a fiziko- kémiai irodalom ma Eötvös-állandóként emlegeti.