280 éve született Jacques Charles francia fizikus, matematikus és a repülés egyik úttörője. Leginkább a gázok hőtágulásával kapcsolatos Charles-törvény felfedezéséről, valamint a világ első hidrogénnel töltött léghajójának megépítéséről és navigálásáról ismert.
Pénzügyminisztériumi tisztviselőből vált tudóssá, az elektromossággal kísérletezett. Találmányai közül kiemelkedik a hidrométer egyik típusa, a tükrös goniométer, továbbfejlesztette a Gravesande-féle heliosztátot és Fahrenheit sűrűség- és nyomásmérőjét.
Jacques Charles és a Robert testvérek 1783-as úttörő vállalkozása a repülés történetének egyik legizgalmasabb fejezete. Kevesebb mint két héttel azután, hogy a Montgolfier testvérek végrehajtották az első emberes repülést forró levegővel töltött ballonjukkal, Charles bebizonyította, hogy a hidrogéngáz (amit akkoriban „gyúlékony levegőnek” neveztek) sokkal hatékonyabb és modernebb megoldást jelent.
A hidrogén előállítása a 18. században
A legnagyobb technikai kihívást a hatalmas mennyiségű hidrogéngáz előállítása és a ballonba juttatása jelentette. Henry Cavendish mindössze 1766-ban izolálta a hidrogént, így a tömegtermelésre még semmilyen bejáratott módszer nem létezett.
Charles a korszak standard kémiai reakcióját alkalmazta: vasreszeléket és kénsavat (vitriolt) reagáltatott egymással. A folyamat során vas(II)-szulfát és hidrogéngáz keletkezett.
Az előállítási folyamat a következőképpen zajlott:
1. A párizsi Place des Victoires-on egy sor nagyméretű, ólommal kibélelt fahordót állítottak fel (mivel az ólom ellenáll a kénsavnak). Ezeket csővezetékekkel kötötték össze.
2. A hordókba több tonna vasreszeléket lapátoltak, majd hígított kénsavat öntöttek rá. A reakció azonnal beindult, heves pezsgés és rendkívüli hőképződés kíséretében.
3. A keletkező gáz nagyon forró volt, és savas gőzöket, valamint vízpárát tartalmazott, ami károsította volna a ballon anyagát. Ezért a hidrogént vízzel teli kádakon (mosópalackok korai verzióin) vezették keresztül, hogy lehűtsék és megtisztítsák, mielőtt a ballonba pumpálták volna.
A folyamat rendkívül lassú és veszélyes volt. Napokig tartott, mire a 380 köbméteres ballont sikerült megtölteni. A belélegzett savas gőzök miatt Charles és segítői folyamatosan rosszulléttel és köhögéssel küzdöttek.
A történelmi repülés: 1783. december 1.
A frissen elkészült, gumírozott selyemből készült ballont – amelyet tiszteletére Charlière-nek neveztek el – a Tuileriák kertjéből (Jardin des Tuileries) bocsátották fel. A rendezvényre hatalmas, mintegy 400 000 fős tömeg gyűlt össze, ami akkoriban Párizs lakosságának a felét jelentette. A nézők között ott volt a híres amerikai államférfi és tudós, Benjamin Franklin is.
A felszállás és az első szakasz
Délután 1:45-kor Jacques Charles és Nicolas-Louis Robert beszálltak a kosárba. A felszállást egy ágyúlövés jelezte.
A ballon fenségesen emelkedett a magasba, és mintegy 555 méteres (1800 láb) magasságban az enyhe szél északnyugati irányba kezdte sodorni őket.
A kosárban ülve a két férfi elképesztő kényelemről számolt be. A Montgolfier-féle forró levegős ballonokkal ellentétben itt nem volt nyílt láng, nem hullott rájuk hamu, és nem kellett folyamatosan szalmát dobálni a tűzre – a repülés csendes és tiszta volt. Charles-ék útközben tudományos méréseket is végeztek: barométerrel mérték a légnyomást, és hőmérséklet-feljegyzéseket készítettek.
Közel 2 órás, bő 36 kilométeres repülés után a gáz lassú szivárgása miatt a ballon ereszkedni kezdett, és naplemente környékén sima landolást hajtottak végre Nesles-la-Vallée mellett. A helyi gazdák és a lovas üldözők (akik Párizsból követték a ballont) kitörő örömmel fogadták őket.
A második, szóló repülés: Az első ember a sztratoszféra kapujában
Miután Robert kiszállt a kosárból, a ballon hirtelen jelentős súlytól szabadult meg. Charles úgy döntött, hogy egedül újra felszáll. Mivel a ballon a könnyebb teher miatt elképesztő sebességgel lőtt ki a magasba, percek alatt elérte a több mint 3000 méteres (kb. 10 000 láb) magasságot.
Ez a második szakasz drámai fordulatokat hozott:
• Charles a magasban újra meglátta a Napot, amely a földön élők számára már lebukott a horizont alá. Ő volt az első ember a történelemben, aki kétszer látta ugyanazt a naplementét egy napon.
• A ritka és fagyos levegőben Charles-ra hirtelen szörnyű fülfájás és dermesztő hideg tört rá.
• Ahogy a ballon emelkedett, a külső légnyomás lecsökkent. A bent lévő hidrogén tágulni kezdett, és azzal fenyegetett, hogy szétveti a selyemburkot. Charles azonban zseniálisan tervezte meg a ballont: kinyitotta a tetején elhelyezett kiengedő szelepet (ezt a szerkezetet is ő találta fel), így a felesleges gáz eltávozhatott.
Miután sikeresen stabilizálta a helyzetet, Charles kiengedte a gáz egy részét, és nagyjából 35 percnyi szóló repülés után biztonságosan földet ért Tour du Lay mellett.
Bár a repülés hatalmas diadal volt, a fenti fizikai megrázkódtatás és a halálfélelem miatt Jacques Charles soha többé életében nem ült léghajóba. Ennek ellenére az általa kifejlesztett technológia – a gumírozott selyem, a gázkiengedő szelep, a hálós felfüggesztés és a kosár – a következő másfél évszázadra a gázléghajózás alapjává vált.
Főbb tudományos és gyakorlati eredményei
• A Charles-törvény: 1787 körül megfigyelte, hogy állandó nyomáson egy ideális gáz térfogata egyenesen arányos az abszolút hőmérsékletével. Bár az eredményeit nem publikálta azonnal, Joseph Louis Gay-Lussac 1802-ben megjelentette a törvényt, de a felfedezés érdemét teljesen Charles-nak tulajdonította.
• Léghajózás (A „Charlière”): A Robert testvérekkel együttműködve 1783. augusztus 27-én felbocsátotta az első pilóta nélküli hidrogénballont. Ugyanezen év december 1-jén ő maga és Nicolas-Louis Robert végrehajtották az első emberi legénységgel ellátott hidrogénballonos repülést, mintegy 1800 láb (~550 méter) magasságig emelkedve. Tiszteletére a hidrogéntöltésű léghajókat Franciaországban Charlière-nek nevezték el.
• Találmányok: Számos mérőműszert fejlesztett ki vagy tökéletesített, többek között a folyadékok sűrűségének mérésére szolgáló aerométert (hidrométert), a kristályok szögeinek mérésére alkalmas goniométert, valamint a megaszkópot.
• Akadémiai tagság: 1795-ben beválasztották a Francia Természettudományi Akadémia (Académie des Sciences) tagjai közé, és később a fizika professzora lett.
Érdekesség: Charles szinte semmit sem írt a matematikáról. A neki tulajdonított matematikai munkák többsége egy névrokonával, a Párizsi Akadémia egy másik Jacques Charles nevű tagjával való összetévesztésből fakad.
Discover more from Magyar Iskola
Subscribe to get the latest posts sent to your email.
