„Villámdelejes forgony”, Magyar Iparművészeti Múzeum

Fiatal korára az általános érdeklődés volt jellemző, foglalkozott kémiával, elektrokémiával (elemekkel), később elektromosságtanban volt sok alkotása, és kiemelkedőek voltak az optikai kísérletei. Munkásságából két korszakalkotó felfedezése emelkedik ki: az elektromotor és az öngerjesztésű dinamó. Az első, akinek sikerült áramvezetőt mágnesrúd egyik sarka körül forgatni, Faraday volt. Erről egy 1821-ben megjelent cikkében számolt be^[2]. A következő lépés Peter Barlow mágnespatkó szárai között forgó fogazott kereke volt, amely higanyba merülő fogak és a kerék tengelye között folyó sugárirányú áramtól jött forgásba. A fejlődés láncolatába ezen a ponton kapcsolódott be Jedlik villámdelejes forgonya, amely két új elemet vitt a szerkezetbe: az egyik az acélmágnes helyére kerülő elektromágnes, a másik pedig a higanyvályús kommutátor volt^[2].

A „villámdelejes forgony” lényegében egy egyenáramú gép. A fenti ábrán látható külső tekercs egyenárammal van táplálva. A tekercsben folyó áram a jobbkéz-szabállyal megállapítható irányú erővonalakat hoz létre. Mivel a tekercs unifiláris kivitelű, és a tekercs meneteiben folyó áram iránya megegyező ezek az erővonalak azonos irányú, a tekercs síkjára merőleges mágneses teret hoznak létre. A létrejövő mágneses tér nagysága függ a tekercs menetszámától és a rajta átfolyó áram nagyságától (fajlagos gerjesztés). A belső tekercs tekercselési iránya végig megegyező. A benne folyó áram szintén a jobbkéz-szabállyal megállapítható irányú erővonalakat hoz létre. A létrehozott mágneses tér a tekercsben axiális irányú. A belső tekercsben elhelyezett vas miatt elektromágnesként viselkedik. A külső mágneses tér hat a belső mágnesre, és a fellépő Lorentz-erő a belső tekercset elfordítja, egészen addig, míg a belső tekercs hossztengelye a külső tekercs síkjába nem kerül. Ebben a helyzetben a tengelyen lévő kommutátor a belső tekercsbe folyó áram irányát megfordítja, és a forgás folytatódik. Itt a kommutátor szerepe a belső tekercsvégek higanyba merülő polaritásváltásával van megoldva. A külső tekercs áramirányának változatlanul hagyása mellett, és a belső tekercs ellentétes irányú táplálásakor a forgás iránya ellentétes lesz.

Jedlik mindjárt háromféle forgókészüléket gondolt ki^[2]:

• az elsőben a multiplikátor^[12]-tekercs áll, benne forog az elektromágnes;
• a másodikban az elektromágnes áll és körülötte forog a multiplikátor-tekercs;
• a harmadikban a multiplikátort elektromágnes helyettesíti: az egyik elektromágnes forog a másik szilárdan álló elektromágnes felett^[4].

Kivitelét tekintve lehet:

az állótekercs és a forgótekercs sorba kötve,

az állótekercs és a forgótekercs párhuzamosan kötve.

Jedlik találmányának velejét, a tisztán elektromágneses forgást csak mintegy hat esztendővel később, a német Moritz Hermann Jacobi motorján látjuk újra, amelyet a párizsi akadémián mutatott be. Ez a Jedlik-féle harmadik megoldási mód szerint épült gép már gyakorlati célokra alkalmas villamos motor volt, amely 1838-ban Szentpéterváron a Néván egy 12 személyes csónakot hajtott^[2].

A feltalálás időpontjára és eredeti voltára nézve Jedlik a következőképpen nyilatkozott:

A készüléket tökéletesítve és modellt alkotva megmutatta, hogy az áram járművek hajtására is alkalmas, így megteremtette a későbbi elektromos mozdonyok, vagy a mai áram hajtotta autók nagyon korai ősét.

A Jedlik által 1861-ben kigondolt dinamó (Szalóky Albert felvétele)

Jedlik másik – következményeiben korszakalkotó jellegű – szellemi terméke az ún. dinamó-villamos elv felfedezése volt. A dinamó elvét már 1856-ban lefektette, és 1859-ben működött egy egysarki villanyindító, ami a dinamó elvet hasznosította. Jedlik elektrotechnikai munkásságából általában, de helytelenül a dinamó feltalálása él a köztudatban. Pontatlanul azért, mert nem magát a dinamót, mint villamos gépet találta fel, hanem az öngerjesztés elvét ismerte fel, és ennek alapján – bizonyíthatóan a világon elsőként – leírta a dinamó elvét. A hiteles bizonyíték a Magyar Királyi Tudomány-egyetem tanszékének leltárában Jedliktől származik, amely rögzíti az egysarki villanyindító (Unipolar Induktor) készítésének idejét. A készülék használatára is kitért, a leírás 4. pontjában található az öngerjesztés elvének felfedezése. Okmányszerűen bizonyítható, hogy Jedlik a dinamóelvet Werner Siemens és Sir Charles Wheatstone előtt legalább hat évvel felismerte^[14].

Minden korábban mágneses hatás alá került vastestben valamekkora visszamaradó (remanens) mágneses tér van jelen. Ha ebben a gyenge mágneses térben egy vezetőt mozgatunk, és az elmozdulásnak van az erővonalakra merőleges komponense, a vezetőben feszültség indukálódik. Ha ezt a vezetőben létrejövő feszültséget a vastest körüli tekercsre kapcsoljuk, növelni tudjuk a vastestben az erővonalak számát. A nagyobb erővonalsűrűség között mozgatott vezetőben már nagyobb feszültség indukálódik, és így nagyobb áram folyik, ami aztán ismét a vastest erővonalainak a számát növeli. Az öngerjesztés addig növekedhet, amíg a vastest mágnesesen telítetté nem válik; vagy addig, amíg a visszavezetett gerjesztőáramot nem korlátozzák valamilyen szabályzóval.

1814-ben Joseph von Fraunhofer felfedezte, hogy a hevített anyagok sajátos színtartományokban bocsátanak ki fényt. Az így létrejött vonalak pontos elemzéséhez azonban folytonos színképre is szükség volt. Ezt Newton óta a fehér fény prizma segítségével való bontásával oldották meg. Optikai rácsok alkalmazásával azonban használhatóbb, szélesebb színképet kaptak. Jedlik az akkor kapható eszközökkel nem volt megelégedve, ezért új gép konstruálásába fogott, ami folyamatos fejlesztőmunkává alakult, és három évtizeden át tartott. Eközben a neki dolgozó műszerésszel lényegében lerakták a magyar finommechanikai műszergyártás alapjait. Az 1840-es évek elején külföldön megjelentek a milliméterenként 300–400 vonást tartalmazó rácsok. A vonalak távolsága azonban nem volt egyforma, így nem kaptak tökéletes színképet. Jedlik ezért nem a vonalak számának növelését tűzte ki célul, hanem a karcolások közeinek egyenletességét.^[4] 1860-ra már pontosan dolgozó gépe volt. Egy-egy vonal meghúzása kb. 10 másodpercig tartott, azután a tű felemelkedett, s a gép a következő vonal végének megfelelő pontot tolta a tű alá. Egyetlen rács elkészítése – 12 000 vonal meghúzása – több napig tartott, ezért egy másik találmányát, a villamos motort állította be a gép meghajtására. A gép a dinamóval hajtva önműködően dolgozott. Többféle rácstípust is készített: vonalas, kereszt- és körkörös rácsokat. A rácsok előállítása komoly kémiai ismereteket és sok kísérletezést kívánt (az üveget bevonattal látták el, ezt karcolták és a karcolt felületet maratták), míg végül is Jedlik rátalált a legmegfelelőbb anyagokra. Kitűnő optikai rácsai ismertté és keresetté váltak. Egy párizsi optikus – akitől hajdan Jedlik egy óraműves szabályozású ívlámpát vett – lett a fő terjesztő. A Jedlik-rácsok pontosságukkal és nagy fényerejükkel vívták ki a szakértők elismerését. Segítségükkel a színképspektrum nanométer (10^-9 m) alatti hullámhosszfelbontása volt elérhető. Optikai rácsait, amelyeken 1 milliméteren több mint kétezer vonást húzott, még az 1960-as években is használták spektroszkópiai célokra.^[14][2]

Jedlik Ányos csöves villámfeszítője

Jedlik az 1860–1870-es években fordult a nagyfeszültségű jelenségek irányába. Problémát jelentett a nagyfeszültség megbízható, reprodukálható előállítása. Már rendelkezésre álltak a dinamoelektromos elven működő villamos gépek, amelyek alkalmasak voltak üzemszerűen villamos energiát termelni. A feszültség növelése tekercselési menetszámok növelésével – elvileg – korlátlanul lehetséges volt, komoly gátat jelentettek azonban a rendelkezésre álló lehetséges szigetelőanyagok. A villamos szilárdság, a kúszóáramok, a rostos anyagok nedvességérzékenysége korlátozta a lehetőségeket. Figyelme az elektrosztatikus elven működő influenciagép felé fordult. A korábban alkalmazott üveg, illetve ebonit helyett impregnált papírt használt szigetelőként, ami kitűnően bevált az adott célra. A sokszorozás elvét a „Leydeni palackok láncolata” című munkájában fogalmazta meg 1863-ban. Sokéves kísérletezés után továbbfejlesztette, és leydeni palackok helyett üvegcsöves rézkondenzátor kötegekből nagy kapacitású és feszültségű kondenzátorokat készítve valósította meg a feszültségsokszorozást. Influenciagépével ugyanis kondenzátorokat töltött fel párhuzamos kapcsolásban az átütés határáig, majd pedig a párhuzamos kapcsolást felbontva a feltöltött kondenzátorokat sorba kapcsolta. Kezdetben töltéstárolóként leydeni palackokat alkalmazott, majd pedig ezeket saját „csöves villámszedőivel” váltotta ki. Négy oszlopban 50–50 csövet használt kondenzátortelepként. Ezzel a berendezéssel 60–90 centiméter hosszúságú kisüléseket sikerült előállítania levegőben. 1863-ban publikálni akarta eredményét az Annalen der Physik und Chemie című folyóiratban, de a szerkesztő a cikket terjedelme miatt nem tartotta leközölhetőnek. Az 1873-as bécsi világkiállítás azonban meghozta a sikert. A Siemens elnökletével vezetett nemzetközi bizottság legnagyobb elismerését, a „Haladásért érdemrend”-et nyerte el^[14].

Alapelvét az atomtechnikai kutatások kezdetén használták fel.^[14]

Az 1840-es évektől kezdve – az ívlámpás világítás nagy áramigénye miatt – kezdett Jedlik az elemek tökéletesítésével foglalkozni. A kor legjobb telepeit, a Bunsen-elemeket vizsgálva jött rá arra, hogy a belső ellenállás csökkentésével érheti el célját. Az addig használatos egysavas merítőelemek helyett kétfolyadékos battériákat készített, amiben a kétféle savat előbb agyagdiafragma, majd később impregnált papír választotta ketté. Ilyen elemeket küldött ki az 1855-ös párizsi világkiállításra, de ezek a hanyag szállítás miatt tönkrementek. Néhány épen maradt cellát tudott csak a bizottság megvizsgálni, és ezek hatását erősebbnek találták a megfelelő Bunsen-telepeknél. Ezt az eredményt bronzéremmel jutalmazták, Pesten pedig üzemet hoztak létre a gyártáshoz. Telepei ismertek és keresettek voltak, Párizsba, sőt Konstantinápolyba is szállítottak belőlük^[14]. Az elemeket és az ívlámpás világítást 1856-ban Pannonhalmán is bemutatta. {{idézet2|Este az ősmonostor négyszög udvarában 22 elemből álló Jedlik-féle villanytelepet szerepeltettünk. A fény olyan erős volt, hogy dacára a holdtöltének, a templom tornya égni látszott, és a szentmártoniak már a hegy felé tartottak, hogy a tüzet eloltsák|Kruesz Krizosztom főapát.^[14]

Savanyúvízi készület rajza

1826-ban, hogy rendtársait meglepje, szerkesztette meg „apparatus acidularis” nevű berendezését, amellyel mesterséges szénsavas víz volt előállítható. Az apparátust magyarul „savanyúvízi készület”-nek nevezte. Később tervei alapján épült fel az első szikvízüzem. Sajnos ez hamar csődbe ment, így a nagy találmány akkor még kiaknázatlan maradt^[14].

A szódavízgyártó gép leírását Jedlik Bécsbe küldte, a Zeitschrift für Physik und Mathematik című folyóiratnak. A latin nyelvű cikket német fordításban „Bereitung Künstlicher Säuerlinge” címmel jelentették meg^[14].