Þjóðviljinn - 16.06.1955, Side 7

Fimmtudagur 16. júni 1955 — ÞJÓÐVILJINN — (7
Óskar B. Bjamason, eínaverkfræðingur:
Innrí aerð efnisins
•s
HVAÐ ER RAFMAGN?
Til er gamansaga, sem segir
frá því að prófessor nokkur
spurði nemanda sinn á prófi:
„Hvað er rafmagn?“ og nem-
andinn svaraði eftir nokkurt
hik: „Ég vissi það í morgun
þegar ég fór að heiman, en nú
er ég bara búinn að gleyma
því.“ ”f>að var leiðinlegt"
sagði prófessorinn, ”því þá
hafið þér verið eini maðurinn
í heiminum sem vissi það.“
Ef þessi saga er sönn er hún
gott dæmi þess hvernig pró-
fessor má ekki spyrja nemend-
ur sína í prófi. í prófi eru
menn síst af öllu færir um að
sjá við hrekkjum.
Sannleikurinn er sá að við
þessari spurningu og mörgum
hliðstæðum er ekki hægt að
gefa fullnægjandi svar. í»að
kann að virðast einkennilegt
að þrátt fyrir hinar mörgu
uppgötvanir og framfarir í
náttúruvísindum á okkar tím-
um getum við ekki svarað
slíkum spurningum.
Þeirri spurningu, hvert sé
hið innra eðli hluta og fyrir-
bæra náttúrunnar, getum við
væntanlega aldrei svarað. En
ef til vill er spurningin
rangt sett fram, því þótt það
vefjist fyrir okkur eins og
nemandanum að svara spurn-
ingunni: ”Hvað er rafmagn?"
þá getum við sagt ýmislegt
fróðlegt um fyrirbærið raf-
magn, um eiginleika þess og
áhrif, hvernig við getum haft
stjórn á þvi og látið það vinna
fyrir okkur. Við getum t. d.
sagt að rafstraumur sé hreyf-
ing eiektróna eða rafeinda. En
hvað er þá rafeind? Við getum
í þessu sambandi látið okkur
nægja að segja að það séu
hinar minnstu eindir sem raf-
magn kemur fyrir í.
í hvert skipti sem við
kveikjum rafljós með því að
þrýsta á hnapp, þá erum við
að setja rafeindir i hreyfingu
og láta þær vinna fyrir okkur.
Það er til mikil fræðigrein
sem fjallar um hreyfingu raf-
einda eða rafstraum og það
er meira að segja mjög gagn-
leg fræðigrein eins og kunn-
ugt er.
Spumingin um eðli rafmagns
er nátengd spurningunni um
innsta eðli og gerð efnisins.
Rafeindir eru ein af þeim
frumögnum, sem minnstu eindir
frumefna og efnasambanda
eru gerðar af. Elektrónur eru
mjög léttar og hreyfanlegar
efnisagnir og auk þess að
vera hluti frumeinda' og sam-
einda geta þær einnig verið
til og hreyfzt sem sjálfstæðar
agnir. Rafstraumur sem. berst
eftir málmþræði er straumur
frjálsra rafeinda sem streym-
ir frá nekatífu skauti til þess
pósitífa.
Lofttegundir við venjulegan
þrýsting leiða rafmagn illa.
Venjulegt andrúmsloft er ein-
% tnitt' aUgóður einangrari fyrir
rafmagn. Þó geta rafeindir
streymt milli tveggja rafhlað-
inna likama gegnum loft ef
spennan er há og myndast
þá neisti.
Þetta skeður til dæmis í
þrumuveðri þegar eldingu
lýstur milli tveggja skýja eða
milli skýs og jarðar.
Ef tvær málm elektróður
eru bræddar sín í hvorn enda
á glerpípu og eins miklu af
lofti og hægt er síðan dælt
2. grein
út úr pípunni, kemur í ljós
að rafstraumur, þ. e. straum- .
ur rafeinda getur gengið í
gegnum pípuna enda þótt
spennan sé höfð tág. Raf-
eindir frá sólinni ná yztu
lögum gufuhvolfs jarðar og
þar valda þær rafstraumum
þeim sem nefnast norðurljós.
Sú uppgötvun að þynntar
lofttegundir leiða rafmagn
var gerð af þýzkum manni
að nafni Plúcker árið 1859.
En það var brezkur vísinda-
maður að nafni J. J: Thomson
sem sýndi fram á að raf-
straumurinn í þessum loft-
tæmdu glerpípum samanstend-
ur úr nekatíft rafhlöðnum efn-
isögnum, og má því segja að
hann hafi uppgötvað rafeind-
imar. 1897 fann hann aðferð
til að ákveða hraða rafeinda
og einnig hlutfallið milli
hleðslu þeirra og massa.
Bandaríkjamaður að nafni
Millikan fann síðan mjög
snjalla og einfalda aðferð til
að mæla hleðslu rafeinda með
mikilli nákvæmni. þessar
mælingar sýna ,að massi el-
ektrónanna er aðeins 1/1840
hluta af massa vetnisfrum-
eindarinnar sem er léttust allra
frumeinda.
Það var einnig hægt að sýna
fram á að hleðsla rafeindar-
innar er sá minnsti skammtur
sem rafmagn kemur fyrir í.
Rafmagn hefur þannig sínar
minnstu einingar, atóm á svip-
aðan hátt og efnið sjálft, frum-
efnin og sambönd þeirra eru
gerð af frumeindum og sam-
eindum. Rafmagn er heldur
ekki til án sambands við efni.
••
STÆRÐARHLUTFÖLL
OG FJARLÆGÐIR INNAN
FRUMEINDARINNAR
Rafeindir eru hluti frumeinda
(atóma) eins og tekið hefur
verið fram og ganga þær um-
hverfis kjarnann í tiltölulega
mikilli fjarlægð eftir ákveðn-
um brautum, líkt og reikistjörn-
ur um sól.
Ef við viljum gera okkur
grein fyrir smæð frumeinda
og sameinda, jafnframt hinum
mikla fjölda þeirra jafnvel í
hinni smæstu sýnilegri ögn
efnis, er auðvelt að taka nokkr
ur dæmi:
Ef sameind súrefnis væri
5000 sinnum stærri en hún er í
allar áttir mundi hún samt
vera ósýnileg með berum aug-,
um, en rétt aðeins sýnileg íj
smásjá sem stækkaði 5 þús-
und sinnum.
Hugsum okkur vatnsdropal
stækkaðan svo að hann verðij
jafnstór jörðinni, þá yrði hver.
sameind vatns í dropanum á
stærð við fótbolta. Fjöldi sam-
Allt frá því vetnissprengjan var sprengd á Kyrrahafi hafa
japanskir vísindamenn rannsakað afla af þeim slóðum með
Geiger-teljara, til að vita hvort leyndust geislavirk efni í fisk-
inum. Myndin sýnir er heill skipsfannur af túnfiski var grafinn
í jörð utan við Tokio vegna þess að halnn reyndist geislavirkur.
einda í einum dropa vatns er
óskiljanlega há tala. Hún er
tíu í tuttugasta og fyrsta
veldi, þ.e. 1 með 21 núlli íyr-
ir aftan.
Ef við hugsum okkur að
lofti væri dælt burt úr ein-
hverju íláti. með beztu dælum
sem til eru þannig að þrýst-
ingurinn næmi minnu en ein-
um tíuþúsundasta hluta úr
millimetra kvikasilfurssúlu
væri samt eftir í hverjum ten-
ingssentimetra ílátsins hérum-
bil milljón milljónir loftsam-
einda.
Til þess að gera okkur grein
fyrir því hve mikill hluti frum-
eindarinnar er tómt rúm skul-
um við hugsa okkur vetnis-
frumeindina stækkaða svo að
A sjúkrahúsi í Tokio rannsakar læknir einn japönsku sjómannanna, sem skaðbrenndust er
Bandarikjamenn sprengdu vetnissprengju á Kyrrahafi, með Geiger-teljara. (Ahaldinu er lýst
hér í greininni).
þvermál hennar verði 100 m.
Kjarninn væri þá á stærð við
stórt sandkorn, en rafeindin,
sem sveimar um kjarnann í
50 m. fjarlægð, nokkrum sinn-
um stærri. En eins og áður
hefur verið tekið fram er
vatnsefnið einfaldast að gerð
allra frumefna. Frumeinda-
kjarnar annarra efna eru þó
byggðir upp á sama hátt en
kjarnar þeirra eru þyngri og
stærri og ytri rafeindir fleiri.
Nú nýlega hafa verið búin til '
frumefni með allt að hundrað
ytri rafeindum.
Eftir því sem rafeindirnar
eru lengra frá kjarnanum eru
þær lausar bundnar. Venju-
legar kemískar efnabreytingar
eins og til dæmis bruni elds-
neytis taka aðeins til breyt-
inga í ytri rafeindum efnanna,
en kjarninn er ósnortinn,
Breytingar sem taka til
kjarna efnisins eru miklu rót-
tækari, og við slíkar breytingar
ummyndazt nokkur hluti efnis-
ins í orku. Á þennan hátt er
hægt að fá gífurlega orku úr
litlu magni efnis og það er ein-
mitt þess vegna sem svo mik-
il áherzla hefur verið lögð á
klofningu atómkjarna á síðari
árum.
• •
EFN ASAMSTÆDUR —
ATÓMIN VEGIN
í>ó að fjöldi og skipan ytri
rafeinda sé hinn sami hjá öll-
um frumeindum hvers frumefn-
is, er ekki þar með sagt að
kjarnar þeirra séu eins. Og það
hefur einmitt komið í Ijós að
því nær öll frumefni eru gerð af
blöndu misþungra kjarna. Til
dæmis er venjulegt klór blanda
sem inniheldur 76% af klóri
með frumeindaþungann 35 og
24% með frumeindaþungann
37 og loks er ofurlítið til af
klóri sem hefur frumeinda-
þunga 39.
Það var brezkur vísindamað--
Framhald á 9. síðu.