INZELT GYÖRGY

Kétszáz éves Alessandro Volta találmánya

Egy levél Angliába

Az állandó elektromos áramforrás előállításának ebben az évben ünnepeljük kétszáz éves évfordulóját. Történetünk a hadak dúlta Lombardiába vezet, ahol épp az osztrákok az urak. 1800. március 20-án  egy olasz tudós, a Páviai Egyetem professzora a Milánóhoz közeli Comoból  francia nyelvű levelet küldött Sir Joseph Banks, a Londoni Királyi Társaság elnöke címére. (Joseph Banks természettudóst a Cook kapitány filmsorozatból ismerhetjük. Ő volt az egyik fő szervezője az Endeavour  1768-ban kezdődő, három éves felfedező útjának.) A levél feladója maga is a Társaság tagja és a Társaság által adományozható legnagyobb elismerés, a Copley-érem öt évvel korábbi kitüntetettje, egy olyan készülékről számolt be, amely folyamatosan tud elektromos áramot szolgáltatni. Az 55 éves Alessandro Volta ily módon hozta a világ tudomására találmányát, amely azután döntően megváltoztatta az emberek életét az egész földgolyón.

A találmány lényege és előzményei

Volta készüléke, amit ő “mesterséges elektromos szerv” névvel illetett – célozva ezzel a villamos ráják, angolnák természetes elektromos szervére – tulajdonképpen rendkívül egyszerű volt. Váltakozva egymás fölé rakott két különböző fémből készült korongokat, amelyek közé rendre nedves kartonpapírt helyezett. Így olyan oszlopokat alakított ki, amelyek az ábrán is láthatók. Ugyanezen a Volta-féle eredeti illusztráción látszik egy másik, láncszerű elrendezés is. Ez esetben poharakat félig megtöltött vízzel vagy sóoldattal és ezekbe merítette váltakozva a különböző fémpárokat. Az egyik fém (A) ezüst vagy réz volt, míg a másik (Z) cink vagy ón. A réz- illetve az ezüstkorong nála és követőinél sokszor nem volt más, mint egy-egy pénzdarab. Például Nicholson és Carlisle, akik a Volta-oszloppal még ugyanebben az évben végrehajtották az első vízbontásos kísérletet, félkoronás ezüstpénzeket használtak. Volta találmánya azonnal hatalmas sikert aratott. Az egyik ok éppen abban rejlett, hogy bárki igen egyszerűen csinálhatott Volta-oszlopot magának és kísérletezhetett vele, a másik pedig az, hogy a sztatikus elektromos és mágneses jelenségeket a 18. század során már széleskörűen vizsgálták és az elektrosztatika fontosabb törvényeit Coulomb, Cavendish, Priestley és Franklin már meg is fogalmazta. A leideni-palack alapvető kísérleti eszköz lett, ezzel már nagyerejű villamos ütéseket és intenzív fényjelenséget is elő lehetett idézni. Benjamin Franklin tapasztalta is ezt, egy óvatlan kísérlet során olyan erős elektromos kisülés érte, hogy elvesztette az eszméletét. Ő bizonyította be a villám elektromos természetét és alkotta meg az első villámhárítót.

A Volta-oszlop rajza az eredeti közleményből

Magyarországon Hatvani István debreceni professzort tartották ízlés szerint ördögősnek vagy csodatevőnek elektromos kíséretei miatt. Az elektromos gyógyászati módszerek iránt is “nagy társadalmi érdeklődés” mutatkozott, mint írta Marat 1783-ban Saint-Laurent-nek. (Marat, a jövendő híres “népbarát” ekkor még orvosként dolgozott és fizikai kísérleteket folytatott.) Jókai Mór is leírja e gyógymód alkalmazását A lőcsei fehér asszony című regényében.

Volta találmányának korszakos jelentősége azonban éppen abban rejlett, hogy az általa kifejlesztett eszköz folyamatosan és hosszú ideig szolgáltatta az áramot ellentétben a leideni- palack és hasonló, dörzsöléssel gerjesztett villamos sűrítő berendezések nagyerejű, de pillanatszerű kisülésével. Noha a ma is használatos, évente milliárdos nagyságrendben gyártott primer elemek formájukban és alakjukban különböznek a Volta-féle oszloptól, alapvető szerkezetük, működési elvük ugyanaz.

Volta, aki találmánya bejelentése előtt 22 évet töltött a Páviai Egyetemen, mint a kísérleti fizika professzora, természetesen ismerte kora tudományos eredményeit, sőt az addigiaknál hatásosabb elektrosztatikus gépet is szerkesztett. A Volta-oszlop megalkotásához azonban Luigi Galvani bolognai professzor békacomb kísérletei vezették el. Ugyanis Galvani 1786-ban azt észlelte, hogy a békacomb összerándul, ha egy rézdrótot és egy vaslemezt egyszerre érint. A jelenséget annak tulajdonította, hogy az izmok egy “idegi elektromos folyadékot” tartalmaznak. Könyvet is írt “Fejtegetések az elektromos erők szerepéről az izommozgásban” címmel. Volta megállapította, hogy a Galvani-féle “állati elektromosság” – legalábbis olyan formában, ahogy a bolognai tudós képzelte – nem létezik. A jelenségben éppen az egésznek bájt adó békacomb a felesleges, illetve kiváltható sóoldattal átitatott papír-vagy szövetdarabbal is. Ami fontos, az két különböző fémdarab és a közöttük lévő vezető folyadék.

Volta felfedezte a fémek érintkezésekor fellépő kontaktpotenciált és ezzel igyekezett magyarázni a cellában fellépő potenciálkülönbséget. Elkeseredett vitát folytatott Galvanival egészen annak 1798-ban bekövetkezett haláláig. A lényeget, tehát a működés feltételeit illetően Voltának volt igaza bár az ő elmélete is helytelen volt, sőt Volta nagy tekintélye évtizedekre meggátolta a fejlődést. Az elektrokémia alaptörvényeit azután Faraday fogalmazta meg 1834-ben, majd a 19. század végén alakultak ki a ma is vallott felfogásunk fő vonásai, a potenciálkülönbség termodinamikai magyarázata. A tekintély gátolta haladás a tudomány fejlődésének sok területén megfigyelhető, így az elektrokémia további története során is, amely tudományág atyjaként mindazonáltal Voltát tisztelhetjük. Galvanit pedig jogosan tekinthetjük a ma egyre nagyobb jelentőségre szert tevő bioelektrokémia és elektrofiziológia előfutárának.
 

A tudós a történelem viharában

Alessandro Volta Camnago (Como) városában született – ma Camnago Volta – 1745. február 18-án. Annak ellenére, hogy csak hétéves korában kezdett el beszélni, már igen korán felismerhetőek voltak a zsenialitás jegyei. Családja elképzelése szerinti humán pálya helyett érdeklődését követve a fizika tanulását választotta. Már tizennyolc éves korától kiterjedt levelezést folytatott fizikusokkal, de igazi feltűnést a Beccaria professzorhoz írt levele keltett, amelyben az elektromosságról vallott nézeteit fejtette ki, 1769-ben. 1775-től Comoban tanított, majd 34 éves korában már a híres Páviai Egyetem kísérleti fizika professzorának hívták meg.

1785-ben ugyanezen egyetem rektorává választották. 1775 és 1785 között feltalálóként és tudósként vívta ki a nemzetközi tudományos közösség elismerését. Pályája csúcsát jelentő találmány történetéről nagyvonalakban már szóltunk. A történet részletei és háttere azonban további érdekességeket rejtenek. Azt a bizonyos levelet Comoból és nem Páviából írta. Vajon miért? Bizony ennek nem más volt az oka, mint az, hogy a többi professzorral együtt elküldték az egyetemről. A professzorok ugyanis lelkes hívei voltak a felvilágosodás eszméinek, és Boneparte Napóleon tábornok bevonulását is üdvözölték. 1799. júniusában a Szuvorov tábornok vezette orosz sereg győzelmeinek köszönhetően az osztrákok visszatérhettek Lombardiába. (Napoleon ez időben (1798.július - 1799.október) Egyiptomban, illetve a Közel-Keleten hadakozott.)
Az osztrákok első intézkedéseinek egyike pedig – büntetésként – éppen az egyetem bezárása volt. (Persze ez Voltának még jól is jöhetett, hiszen megszabadulván a tanítás és a bürokratikus teendők mindennapi gondjaitól, nyugodtan dolgozhatott tudományos eredményei összefoglalásán és a közlemény írásán. Azért volt az ügynek hátránya is, mert fizetést sem kaptak.) Bonaparte – némi nehézségek után, mert Nelson megsemmisítette a flottáját Abukirnál – visszatért és Lombardia hamarosan újra gazdát cserélt. (Napóleon, most már mint első konzul, 1800.június 14-én Marengo mellett döntő győzelmet aratott és az osztrákok kénytelenek voltak Lombardiát és Piemontot kiüríteni.)

Említettük, hogy Volta nagy hírnévre tett szert, mai szóhasználattal nyugodtan mondhatjuk, hogy sztár lett. Az emberek felismerték az utcán, költők írtak verset róla és találmányáról (pl.: Mascheroni 1793-ban), muzsikusokat ihletett meg, így Piccini neki ajánlotta az “Áramütés” című művét. Napóleon 1801-ben meghívta Voltát Párizsba. (Volta 1796-ban már találkozott Bonepartéval, amikor is mint Como városi tanácsának képviselője üdvözölte őt Milánóban.) A bemutató óriási sikert aratott, Napóleon Voltát aranyéremmel tüntette ki, és a mai Nobel-díjnak megfelelő nagyságrendű összeggel is megjutalmazta. Ezenkívül egy, évente adományozható díjat is alapított, amit Volta-díjnak nevezett el.

Napóleon megbecsülése a későbbiekben némi problémát is okozott, ugyanis azon az alapon, hogy az egyetemes kultúrának ez túl nagy veszteség lenne, nem engedélyezte Volta nyugdíjba vonulását. Volta 1803 után fokozatosan visszavonult a tudományos élettől, újat már nem alkotott, bár még elég sokáig élt. 1827. március 5-én, 82 éves korában halt meg szülővárosában, Comoban. (Egészen másként alakult Galvani sorsa. Mivel nem volt hajlandó felesküdni a Napóloen-féle Ciszalpin Köztársaságra, elbocsátották a Bolognai Egyetemről és 61 évesen, nagy szegénységben halt meg.)

Volta korának tudományos közélete

A tudósok ebben a korban nemcsak leveleztek, hanem sokszor fel is keresték egymást. Még a háborúban álló országok tudósai között is fennállt a kapcsolat, sőt utaztak is egymás országába, így például az angol Davy és Faraday az ellenséges Franciaországba. ( Davyék 1813. október 14-én keltek útra és 27-én érkeztek meg Párizsba. A Lipcse melletti “népek csatája” 1813. október 16—19-e között zajlott! A 20. században hasonló esemény háború idején elképzelhetetlen lett volna. Egyik országba sem engedtek volna be ellenséges állam polgárát, de nem is lett volna olyan ország, amelyik hozzájárult volna egy vezető tudósa kiutazásához.)

Arra pedig, hogy ebben a korban milyen sűrűn vitt a postás leveleket tudósok között, mi sem jobb példa mint Bolyai Farkas és Gauss levelezése. Tudományos társaságok működtek nemzetközi tagsággal, és tudományos folyóiratok – igaz még kis számban –nyújtottak lehetőséget az eredmények közzétételére. Volta levelét 1800. június 26-án olvasták fel a Királyi Társaság ülésén és szeptemberben jelent meg nyomtatásban a Philosophical Transactions folyóiratban franciául, angol címekkel ellátva, illetve még ugyanabban  az évben teljes angol fordításban a Philosophical Magazine-ban. Volta levele, amely így kezdődött: “Hosszú hallgatás után, melyre nem találok mentséget, örömmel ismertetem önnel és önnön keresztül a Királyi Társasággal néhány figyelemre méltó eredményemet, melyeket azon kísérleteim során értem el, amelyekben különböző fajtájú fémek és más vezetők, folyadékok, illetve a vezetést biztosító nedvességet tartalmazó anyagok egyszerű kölcsönös érintkezése révén fellépő elektromosságot tanulmányoztam.” Volta levele tulajdonképpen egy 28 oldalas tudományos közlemény volt.

Az elmondottakból kitűnik. hogy a 18. század végén már nem csak a latin a tudomány nemzetközi nyelve. A francia nyelv használatának elterjedése a felvilágosodás íróinak, tudósainak köszönhető, később, mint a kor nagyhatalmának nyelve jutott vezető szerephez. A 19. század közepétől a természettudományban a német nyelv lett gyakorlatilag egyeduralkodó, ami a német tudományos élet meghatározó jellegének és annak tulajdonítható, hogy Németországban jelentek meg a legszínvonalasabb tudományos folyóiratok. Az angol az 1960-as évektől szorította ki vetélytársait, hasonló okok miatt. A tudományos kutatás súlypontja az Egyesült Államokba tevődött át, mely a világ legjelentősebb nagyhatalma is lett.

Figyeljük meg azt is, hogy Volta korában a publikáció beküldése és megjelenése között fél év sem telt el! Ezzel ma is igen elégedettek lennénk, hiszen a folyóiratok zöménél az átfutási idő közel egy év. Sőt, még egy különös dolog is történt. Az említett, a Volta-féle elemmel történő vízbontási kísérletről a közlemény hamarabb jelent meg, mint Volta eredeti közleménye! Volta levelét Banks több tudósnak megmutatta, akik a pontos leírás alapján maguk is elkészítették a Volta-oszlopot, és kísérleteket végeztek vele. Közöttük volt Anthony Carlisle,  divatos londoni orvos is – e korszakot tekintve még inkább kivételként beszélhetünk vegyészről vagy fizikusról, magukat leggyakrabban természetfilozófusoknak hívták – aki William Nicholson amatőr természetbúvárral és újságíróval végrehajtotta az első elektrolízist. Nicholson saját újságjában, amit Nicholson’s Journal néven ismer a tudománytörténet, már júliusban közölte is az eredményt, nevezetesen azt, hogy elektromos áram hatására vízből hidrogén és oxigén keletkezik.

A vízbontási kísérlet két okból is meglepő volt. Egyrészt cáfolta azt az akkor még széleskörűen elfogadott nézetet, hogy a víz egy elem, de ennél is nagyobb megdöbbenést keltett az a tény, hogy a kétféle gáz egymástól távol, a két fémkivezetésen keletkezett. A tudományos gondolkodást előrevivő szerepén túl e kísérletnek óriási hatása volt. A jelentőségét könnyen megérthetjük, ha arra gondolunk, hogy öt évvel később Davy e módszerrel állít elő addig ismeretlen elemeket (pl.: a nátriumot, a káliumot és a kálciumot) és ma is így nyerünk számos fémet és vegyületet. (Néhány példa: az évi termelés alumíniumból 20,5 millió tonna, rézből 10,7 tonna, klórból 43,5 millió tonna, nátronlúgból 47,8 millió tonna.)

Alessandro Volta új korszakot nyitott meg nemcsak a tudomány, hanem az emberiség történetében is. Ha Olaszországban valaki útba ejti az egykori longobárd királyság székhelyét, Páviát, látogasson el az egyetemre, ahol megtekintheti Volta egykori kísérleti eszközeit. Ha erre nincs idő vagy lehetőség, nézze meg figyelmesen a 10 000 lírás bankjegyet, amelyet Volta portréja díszít és látható rajta a Volta-féle elem is. Itália így is tiszteleg nagy fia előtt, de Volta – miként a legnagyobbak – nemcsak az olasz nép, hanem az emberiség történetének is egyik óriása.
Illő, hogy az évforduló kapcsán mi is megemlékezzünk róla és annak születéséről, amit Jókai az újkor csodatalálmányának* nevezett.
 

*Jókai a villanydelej kifejezést a villanyra, az elektromos áramra értette. Delejvillany világításról, villanydelej általi galvanoplasztikáról, Volta-oszlop által előidézett gyémántosodásról ír 1870 és 1890. között keletkezett könyveiben. A villanydelej az elektromágnes Jedlik Ányos által használt neve volt, hiszen ehhez elektromos áram (villany) kell és a delej (dél+éj) a mágneses vonzást fejezi ki.