KURZUS: Fizikatörténet

MODUL: Újkori fizika

3.10. lecke: Jedlik Ányos élete és munkássága

Cél: A lecke célja, hogy megismerjük Jedlik Ányos életének legfőbb állomásait, valamint feltalálói és oktatói tevékenységén keresztül a magyar fizikaoktatás és műszaki fejlődés alapozó korszakát. Jedlik életén keresztül látni fogjuk, hogyan kapcsolódik egymáshoz az alap- és alkalmazott kutatás valamint az oktatási rendszer.

Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes önállóan:

  • Leírni Jedlik győri és pesti tartózkodásának időszakait (2-3 év pontossággal) és mindegyikhez 1-2 jellemző tevékenységet, felfedezést megemlíteni.
  • 5-6 mondatban összefoglalni a legfontosabb ismereteket Jedlik villanymotorjával kapcsolatban.
  • 5-6 mondatban összefoglalni a legfontosabb ismereteket Jedlik öngerjesztéses dinamójával kapcsolatban.
  • 2-3 mondatban ismertetni Jedlik legalább két jelentős találmányát, melyek különböznek villanymotortól és az öngerjesztéses dinamótól.
  • 5-6 mondatban összefoglalni Jedlik oktatási tevékenységét.
  • 3-4 mondatban leírni, miért nem sikerült Jedlik több találmányát ipari szinten hasznosítani.

Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 50 percre lesz szüksége.

Tevékenység:

1.Nézze meg a fiztort_13_jedlik videót (45:50). Ebben a részben a prezentációt a fiztort_13_jedlik.pdf fájl tartalmazza (16 oldal). A videó nézése közben a következő témák megértésére figyeljen különösen (ha szükségesnek tartja, jegyzeteljen egy füzetbe):
    • Mik Jedlik Ányos szakmai tevékenységének fő helyszínei?
    • Melyek Jedlik főbb találmányai? Mit mondhatunk Jedlik villanymotorjáról és az öngerjesztéses dinamóról?
    • Miért nem épült Jedlik találmányai köré ipari alkalmazások köre?
    • Miért nevezhetjük Jedliket a magyar fizikaoktatás megteremtőjének?
2.A prezentációs fájl átolvasásával frissítse fel az előadásban hallottakat, különösen figyelve az előbbi kérdésekre.
3.Válaszoljon a lentebbi "Önellenőrző kérdések"-re. A cél most az 50%-osnál jobb eredmény elérése.
4.Olvassa el a lenti "Követelmények"-et és döntse el, képes lenne-e azok teljesítésére.
5.Ha az előző két pontban hiányosságok merültek fel, vegye elő újra a prezentációt vagy az előadás-videót.
Önellenőrző kérdések
1. Életének mely szakaszaiban tartózkodott tartósan Győrben Jedlik Ányos? Válassza ki a helyes megoldást!
Fiatal korában (kb. 18-30 éves kora közt) és idős éveiben (78 évtől haláláig).
Bencés szerzetessé válása után gyakorlatilag végig Győrben tartózkodott, csak egy-egy évet töltött Pozsonyban vagy Pesten vendégelőadóként.
Jedlik lényegben csak nyugdíjas éveit töltötte Győrben. (70 éves kora felett.)
Fiatal szerzetes korától kb. 40 éves koráig, utána Pestre került, ahonnan csak látogatni járt néha Győrbe.
2. Mit mondhatunk Jedlik 1820-as években feltalált villanymotorjának (villanydelejes forgony) ipari alkalmazhatóságáról? Válassza ki a helyes megoldást!
A berendezés alkalmatlan volt az ipari alkalmazásra, mert gyártása túlságosan költséges lett volna.
A berendezés alkalmatlan volt az ipari alkalmazásra, mert forgó része egy tűhegyen billegett, így csak kis teljesítmény leadására volt képes, de a külső zavarok, rázkódás hatására könnyen el is romlott.
A berendezés tökéletesen alkalmas volt a nehézkes gőzgépek lecserélésére, csak az elektromos áramot termelő erőművek és az elektromos hálózat hiányosságai miatt nem lehetett az iparban alkalmazni.
A berendezés tökéletesen alkalmas volt ipari alkalmazásra, de Jedlik nem ismerte fel ezt és csak tanórai érdekességet látott benne.
3. Azt mondjuk, hogy Jedlik az "öngerjesztéses dinamó" feltalálója. Mit jelent itt az "öngerjesztéses" szó? Válassza ki a helyes megoldást!
Azt, hogy a dinamó által termelt árammal táplálta a mágneses teret előállító tekercseket.
Azt, hogy ha valaki egyszer a dinamót forgásba hozta, az a saját maga által termelt áramot használva villanymotorként is üzemelt, így fenntartotta forgását.
Azt, hogy a nagyobb generátorok forgását kisebb, "gerjesztő" generátorokkal indították be, melyek a mérettől eltekintve azonos felépítésűek voltak a nagyokkal.
Azt, hogy a dinamó által előállított elektromágneses hullámok segítettek a fordulatszám szabályozásában.
1. Az oktatás helyzete Magyarországon a 19. század elején

Jedlik Ányos 1800-ban született, 1895-ben halt meg. Látni fogjuk, hogy sokat tett a magyar természettudományos oktatásért, tulajdonképpen a magyar fizikaoktatás megalapozójának tekinthetjük. E tevékenységének jelentőségét akkor értékelhetjük igazán, ha röviden összefoglaljuk a magyar oktatási rendszer helyzetét a 19. század kezdetén.

A reneszánsz idején Magyarország az európai átlagnak megfelelő kulturális, tudományos aktivitást mutatott. Az 1367-ben alapított pécsi egyetem (Nagy Lajos) és az 1465-ös Pozsonyi Egyetem (Mátyás) alapítási ideje beleillik a környező országok egyetemeinek sorába, Mátyás udvarába nemzetközi hírű tudósok is érkeztek (pl. Regiomontanus), Janus Pannonius európai szinten híres humanista költőnek számított, stb.

Sajnos az 1500-as évektől kezdődően Magyarország a török és habsburg birodalmak ütközőzónájává vált és a körülmények nem kedveztek a tudományos kutatásnak vagy az oktatás széles körű elterjedésének. Így épp a fizika forradalmának idején nem tudtunk érdemben bekapcsolódni a tudományos fejlődésbe: amíg Kopernikusz, Galilei, Descartes, Huygens, Newton és sokan mások korszakalkotó felfedezéseiket tették, Magyarország a létéért küzdött. A török hódoltság alól csak az 1600-as évek legvégén szabadultunk fel, de még utána is sokáig viseltük e két évszázad következményeit. A török hódoltság idejével egybeeső reformáció-ellenreformáció korszaka alatt inkább csak a különböző felekezetek teológiai képzésre koncentráló kollégiumai, akadémiái nyíltak meg, köztük 1635-ben Nagyszombaton a Pázmány Péter által alapított Nagyszombati Egyetem, melyből több átalakulás után mai Eötvös Loránd Tudományegyetem fejlődött ki. Az eredeti, Pázmány által alapított egyetemen a természettudományok szerepe teljesen elhanyagolható volt a teológiai, bölcsészeti és jogi képzés mellett.

Az 1700-as években a magyar oktatási helyzet, ezen belül a felsőoktatás is nagyot fejlődött. Csak a legfontosabb dolgokat említve: 1735-ben megalakították a Selmecbányai Akadémiát bányamérnöki és kohómérnöki témákat helyezve a középpontba, Mária Terézia állami, egységes rendszerbe szervezte a közoktatást, a Nagyszombati Egyetemet Budára költöztette és előírta a reál témák művelését; orvosi egyetemet alapított, mely a mai Semmelweis Egyetem őse, ugyanő 1776-ban Győrben jogakadémiát, 1778-ban tanítóképző iskolát hozott létre, majd II. József 1782-ben megalapította a mai Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ősét. Így az 1800-as évek elején hazánkban minden szinten létezett oktatás, bár ennek színvonala sok szempontból a nyugat-európai alatt volt.

Az 1800-as évek elejének, a Reformkornak fő kérdése volt, hogy Magyarország felzárkózik-e a fejlett nemzetek közé és hogy ezt magyar nyelven tudja-e megtenni. Hazánk számtalan kiváló tudósa, politikusa fáradozott azon, hogy mindkét kérdésre "igen" legyen a válasz.

Ebben a korban élt és alkotott Jedlik Ányos, és munkájának értékelésekor ezt végig szem előtt kell tartanunk.

2. Jedlik életének főbb állomásai

A mi tárgyunkban nem cél a konkrét életrajzi részletek megtanulása, de némi áttekintéssel rendelkeznünk kell Jedlik életéről. Legfontosabb állomásai:

  • 1800, Szimő: paraszti családban született (Jedlik István néven)
  • 1817, Pannonhalma: belép a Bencés Rendbe és felveszi az Ányos nevet
  • 1818-1831, Győr: magasabb szintű tanulmányok, majd tanár a Bencés Gimnáziumban Közben 1822-ben Pesten doktori címet szerez
  • 1831-től, a Pozsonyi Királyi Akadémia tanára
  • 1840-től, a Pesti Királyi Tudományegyetem (ami a Pázmány által alapított egyetem jogutódja) tanszékvezetője, később dékánja
  • 1878-1895, Győr: nyugdíjas éveire visszavonul a győri rendházba, főként tanít
3. Jedlik Ányos legfontosabb találmányai

Jedlik zseniális kísérletező, újító volt. Kisebb-nagyobb találmányainak száma több tucatra tehető, így az összeset meg sem próbáljuk ismertetni, hanem főként az elektromágnesességgel kapcsolatos munkáira koncentrálunk. Jedlik fiatal évei egybeesnek a téma nagy felfedezéseinek korával: a korábbi leckékben tanultuk, hogy Oersted 1820-as eredménye (az áram mágneses tere) utáni évtizedben sorra születtek a nagy felfedezések Ampere, Faraday és mások munkássága nyomán. Jedlik az erről szóló publikációkat olvasta és a kísérleteket maga is megismételte, majd az oktatásba is bevitte a tanult, élvonalbeli tudományos felfedezéseket. Eközben több egyéni ötlete is volt, melyek közül a villanymotorral és az öngerjesztéses dinamóval foglalkozunk részletesen.

A villanymotor ("villanydelejes forgony")

Az áram-járta vezetékek egymásra hatásának felfedezése sokak fantáziáját megragadta az egész világon és többen próbálkoztak ebből hasznos gépezetet alkotni. E kutatások egymással párhuzamosan, sokszor a másikról nem tudva zajlódtak, így lehetetlen igazságot tenni az elsőbbség kérdésében, de az biztos, hogy Jedlik Ányos 1827-es szerkezete, melyet "villanydelejes forgony"-nak hívott, az egyik legelső villanymotor volt az egész világon. (Vele egyidőben készített elektromosságból mozgást előállító szerkezetet pl. Michael Faraday is.)

Jedlik motorja egy látványos, de a gyakorlatban nehezen használható szerkezet volt.

Egy nagy álló tekercs által előállított mágneses térben forgott egy tűhegyen kiegyensúlyozott forgó tekercs, mely a középen elhelyezett "kommutátor"-on keresztül kapta az áramot. Állandó áramirány esetén a forgó rész az álló terében egy fix irányba állt volna be, mintegy iránytűként mutatva az álló rész terének irányát, de a kommutátor szerepe épp az volt, hogy mindig annak megfelelően változtatta meg a forgó részben folyó áram irányát, hogy ez az egyensúly ne következzen be, hanem mindig tovább lendüljön a forgómozgás. Jedlik ezt úgy oldotta meg, hogy a forgó tekercs kivezetései egy kicsi, gyűrű alakú vájatba lógtak bele, mely ketté volt osztva és higannyal volt töltve, a külső áramforrás pedig a higanynak adta át feszültségét. Így a forgó rész kivezetései mindig másik higanytálkába lógtak bele a forgás közben, így változtatva (kommutálva) a polaritást.

Látható, hogy ez a szerkezet instabil (a tűhegyen billegő forgó rész leeshet, a kommutátor higanya könnyen kifolyhat) és nagy teljesítmény leadására nem alkalmas. Jedlik az évek során több új konstrukcióval is előállt, melyeket saját berendezései hajtására fel is használt majd az 1840-es és 50-es években elektromos hajtású jármű fejlesztésén is gondolkozott, de ez utóbbihoz nem voltak adottak a technikai és infrastrukturális feltételek.

Az öngerjesztéses dinamó

Michael Faraday, aki az indukció jelenségét felfedezte és sokan, akik erről olvastak, egyből rájöttek, hogy ennek segítségével mechanikai mozgásból elektromos feszültség állítható elő. Az ilyen berendezések teljesítménye, élettartama elvben sokkal nagyobb lehetett, mint a Volta-oszlopé vagy bármilyen más, továbbfejlesztett elemé.

Az első berendezések, dinamók egy mágnesvasat mozgattak valamiképp elektromos tekercs közelében vagy belsejében, de kiderült, hogy így csak viszonylag kis teljesítmény állítható elő, mert a mágnesvasak tere nem túl erős. Jedlik ötlete az volt, hogy az állandó fém mágnest helyettesítsük elektromágnessel, azaz egy másik tekerccsel és ennek áramát a dinamó által termelt áramból vegyük. Így egy kezdeti kis mágnesezettség a szerkezet vasmagjában egy kis áramot gerjeszt, az erősíti a mozgó tekercs mágneses terét, ami még erősebb indukcióhoz vezet, ami még erősebb áramot jelent, .... így a szerkezet önmagát gerjesztve nagy mágneses teret generál és nagy teljesítmény leadására képes. Ezt az öngerjesztéses elvet Jedlik meg is valósította, és 1859 és '61 között egyre fejlettebb generátorokat épített. Ezzel sok évvel előzte meg a német Siemenst, aki csak 1867-ben állt elő hasonló szerkezettel, de ő egyből be is vezette az ipari alkalmazásba és ezért sok helyütt az ő nevéhez kapcsolják az öngerjesztéses dinamót.

Egyéb felfedezések

  • Bunsen-elemek tökéletesítése: Jedlik a "hagyományos" kémiai reakciókat használó elemek fejlesztésével is foglalkozott, hisz az elektromos hálózatok megjelenése előtti időben ezeket széles körben alkalmazták áramforrásként. A témában számos jelentős eredményt, hatékonyság-javulást ért el.
  • Villámfeszítő gép: Továbbfejlesztett leideni palackok majd kondenzátorok alkalmazásával, félautomata kapcsolószerkezet építésével Jedlik olyan gépet épített, mellyel 90 cm-es kisüléseket is tudott generálni. Az itt kifejlesztett ötleteket a későbbi nagyfeszültségű technika használta fel.
  • "Osztógép", nagy pontosságú optikai rácsok gyártása: Jedlik korának csúcstechnikai színvonalán működő finommechanikai berendezést épített, mely üveglemezbe nagyon nagy sűrűséggel volt képes rácsokat karcolni. Ezek az "optikai rácsok" az abban a korban fejlődő hullámoptikai kutatásokhoz és számtalan alkalmazáshoz (pl. a színképelemzéshez) voltak hasznosak.
  • "Hullámgép", rezgések összetételére alkalmas szerkezet: A fenti osztógéphez hasonló szerkezettel Jedlik 2-5 egymással különféle szöget bezáró rezgés összegét volt képes előállítani.
  • Szódavíz-gyártás: Jedlik rájött, hogy sok természetes ásványvíz jótékony hatása széndioxid-tartalmának köszönhető, ezért normál vízből szódavizet előállító gépet épített.
4. Jedlik innovációs tevékenysége

Sok helyütt számon kérik Jedliken, miért nem hasznosította jobban találmányait a gyakorlatban és szemére vetik, milyen nagy lehetőségeket szalasztottunk el azzal pl., hogy Siemens lett az öngerjesztéses dinamó gyakorlati alkalmazója. Ezek a vélemények azonban nagyon torzítottak: nem lehet egyetlen embertől elvárni, hogy egymaga legyen tanár, feltaláló, innovátor, cégtulajdonos, stb. Valójában Jedlik felismerte és sok esetben támogatta találmányai alkalmazását. A szódavíz-gyártásra, villanymotor és dinamógyártásra cégalapításban segédkezett, hullámgépe pénznyomdai alkalmazását javasolta.

Jedlik találmányai akkor hoztak volna nagyobb hasznot, ha a környezetében élők (pl. a tanítványai) építették volna be azokat az ipari termelésbe. Erre történtek kísérletek, de a magyar iparosítás alacsony szintje, a tőke és az infrastruktúra hiánya volt az, ami megakadályozta a sikert. Pl. a villanymotorok gyártására tervezett cég részben azon bukott meg, hogy nem talált megfelelő beszállítói kört, akik szigetelt vezetékeket, megbízható minőségű fémalkatrészeket gyártottak volna. Ugyanilyen témában Németországban már egész mások voltak a feltételek, így Siemens cége világszintűvé tudta magát kinőni.

5. Jedlik, a magyar fizika-oktatás megalapozója

Jedlik Ányos egy tanító szerzetesrend tagjaként oktatói tevékenységét kiemelten fontosnak tartotta és e téren elért eredményei vitathatatlanok. Sok középiskolai és egyetemi tankönyvet írt, melyek a magyar természettudományos képzés első könyveinek számítottak. Részt vett a nyelvújításban és sok idegen szó magyarítását végezte el fizika, kémia és műszaki területeken. (Pl. a "drót"-ot "huzal"-nak magyarította, de a "térfogat", "nyomaték", "halmazállapot" szavak is neki köszönhetők.)

Könyvei mellett egyetemi szervező tevékenysége is számottevő: a mai fizikusképzés egyértelműen Jedlik munkásságán nyugszik. Jó mutatja ezt, hogy a Pesti Egyetemen vezető posztját annak az Eötvös Lorándnak adta át, aki később gravitációs méréseivel világhírű lett és annak az egyetemnek a jogutódját ma Eötvös Loránd Tudományegyetemnek hívják.

Számtalan népszerűsítő előadását is feljegyezték, mert fontosnak tartotta a szélesebb tömegek tudományos művelését is.

A nemzetközi szakirodalmat olvasta és az új eredményeket egyből beépítette az oktatott tananyagba. (Pl. már 1927-ben bemutatta villanydelejes forgonyát a diákoknak is.) Ezzel a magyar természettudományos oktatást a világ aktuális kutatási tevékenységéhez kapcsolta és nagyban hozzájárult ahhoz, hogy az 1800-as évek végén fizikusaink, mérnökeink világszínvonalú tudással rendelkezzenek. (Kandó Kálmán: villanymozdony, Puskás Tivadar: telefonközpont, Déri Miksa, Bláthy Ottó Titusz és Zipernowsky Károly: transzformátor....) Az ő irányításával felfejlesztett fizika oktatás volt az, amiben a később híres atomfizikus generáció felnőtt (Szilárd Leó, Wigner Jenő, Teller Ede...).

Mindemellett barátságos ember maradt, aki még nyugdíjas éveiben is szívesen foglalkozott a gimnáziumi diákokkal is, sőt, a szegényebbek segítésére alapítványt is tett.

Idős kora miatt az 1860-as évek nagy elméleti eredményeit (Maxwell-egyenletek) már nem tudta részleteiben követni, mert a szükséges matematikai alapokat már nem tudta elsajátítani. A fő felfedezéseket azonban továbbra is figyelemmel kísérte.

6. Értékelés

Jedlik Ányos igen nagy hagyatékkal bír. Csak címszavakban:

  • A magyar fizikaoktatás megteremtője.
  • A nemzetközi kutatási eredmények meghonosítója.
  • Egyetem-szervező.
  • Több jelentős találmány alkotója.
  • Nyelvújító.

Érdekes azonban, hogy a tudomány élvonalára gyakorolt közvetlen hatása elhanyagolható. Saját elméleti eredményei nincsenek, ezért valójában a fizikatörténet kurzusból akár ki is lehetne hagyni az ő tevékenységét. Mégis, azért térünk ki rá, mert egyrészt színesíti az elektromosságtan és optika hőskorának megismerését, másrészt helyi vonatkozású tanáraink, oktatásszervezőink, feltalálóink megérdemelnek ennyi figyelmet.

Legfőképp mégis azt figyeljük meg Jedlik életében, hogy milyen érdekesen fonódnak össze a különféle szálak: A nagy alaptudományi felfedezések (Oersted, Ampere, Faraday) sokféle alkalmazott kutatást indítanak el (villanymotor, dinamó, ...) ezek egyrészt a technikai fejlődést támogatják, másrészt előkészítik a nagyobb felfedezéseket egy új generáció felnevelésével és a műszertechnika fejlesztésével. Utóbbira kiváló példa, hogy Jedlik villámfeszítő gépének több megoldása később a nagyfeszültségű elektromos hálózatoknál és a magfizikában használt részecskegyorsítóknál is alkalmazást nyert, de modern számítástechnikánk sem tudott volna kifejlődni megbízható elektromos generátorokra épülő elektromos hálózati infrastruktúra nélkül.