A Magyar Mérnök- és Építész-Egylet Közlönye 44. évfolyam (1910)
1-2. szám - Rejtő Sándor: A fémek kimerülése
XLIV. kötet, I—II. füzet. Rejtő Sándor: A fémek kimerülése. A fémek kimerülése. REJTŐ SÁNDOR-tól. Tapasztalati tény, hogy a hajlításra is igénybe vett tengelyek, nagyszámú ismételt igénybevételek következtében eltérnek, noha a reájuk eső feszültség jóval alacsonyabb a rugalmassági határnál és az eltörött tengely anyaga ugyanazzal a szakító erővel, egyenletes nyúlással és kontrakcióval bír, mint új korában. E jelenségből sokan az eddigi vizsgálati módok elégtelenségére és megbízhatatlanságára következtetnek, miért is a kimerültség megállapítására új eljárásokat keresnek. Élénk viták és éles ellentétek fejlődtek ki e kérdés megvitatása körül. Ezek az ellentétek nézetem szerint onnan erednek, hogy a fémeket legtöbben holt tömegeknek tekintik. Márpedig a holtnak látszó szilárd anyag belsejében élénk s rendszeres munkafolyamat van, melynek törvényeit és jelenségeit ismernünk kell, hogy a szilárd anyagoknak igénybevételek ellen való viselkedését megérthessük. Közleményemet ez okból a szóban forgó törvények és jelenségek rövid ismertetésével kezdem. A belső erők. A tudomány mai álláspontja szerint a molekuláknak helyzeti és mozgási erélyük (potenciális és kinetikai energia) van. A potenciált az úgynevezett tömegvonzás (attrakció) kisebbíti. Jelöljük ennek a felszín egységre vonatkoztatott részét pm-mez. Ez volna tehát az egyik figyelembe veendő belső erő. Ennek az anyagtól való függőségét még nem ismerjük ugyan, de a sűrűséghez, illetőleg fajtérfogathoz (v) való viszonyát Van der Waals a következőképpen adja meg: a Pmni 1. ír Eszerint a tömegvonzás végtelen nagy értékű csak végtelen kis térfogat esetén lehetne, ámde Amagat kísérletei*) szerint a molekulák az anyag minőségétől függő minimális térfogatnál kisebbre nem nyomhatók össze, így p.n végtelen nagy értékűvé nem válhatik, ellenben igen kis értéke lesz, ha az anyag sűrűsége csekély, illetőleg térfogata nagy. A kinetikai energia a molekulák rezgő (haladó) és forgó mozgásából ered; a rezgő mozgás ütközéseket és ezek által molekuláris feszültséget idéz elő, amely a potenciális energiát növelni törekszik. E molekuláris feszültség értékét jelöljük pr-t 1. Hogy ezt, mint a hőmérséklet és fajtérfogat függvényét jelezhessük, a molekuláris mozgás milyenségét kell felvennünk. Van der Waals**) feltételezi, hogy a molekulák csak rezgő mozgást végeznek s ezen az alapon a függvényt következőképpen adja meg: RT Pr 2. ebben az esetben a hőfok a rezgő mozgás eleven erejétől függ és vele arányos. The. Er 3. Van der Waals képlete szerint számított értékek azonban a kísérleti adatokkal nem egyezők. A különbség oka az lehet, hogy a molekuláknak csak rezgő mozgást tulajdonít, holott azok Maxwell szerint nemcsak haladó, hanem forgó mozgást is végeznek. A következőkben Maxwell álláspontját fogadjuk el, mert csak ezen az alapon magyarázhatjuk meg a szilárd anyagokban előforduló összes jelenségeket. Maxwell álláspontja szerint a hőmérséklet a teljes kinetikai energiával, t. i. a haladó és forgó mozgás eleven erőinek összegével arányos, tehát T=t(Er + Er ). A molekuláris feszültségre vonatkozó Van der Waalsféle képlet ennek megfelelően módosítandó. E célból írjuk 4. kifejezést következő alakban: T= e. Er • Er innen i.Er=T • + = T.k ha Er + Ea * Megemlítjük még, hogy a Van der Waals-ize képletben szereplő minimális térfogat: b nem lehet állandó, miként ő azt felvette, mert az okvetetlenül a centrifugális erő nagyságától, tehát a hőmérséklettől függ, miért is a képletbe változó (bj teendő Ezen az alapon tehát a feszültség képlete lesz ! n Priv—b. 2a. Ez volna a figyelembe veendő második belső erő, minthogy e két erő ellentétes értelmű, így eredőjük Pr — Pm és lehet Pr — Pm m 0 6. Az eddigiekben csak a haladó mozgás okozta ütközést és az ebből eredő molekuláris feszültséget vettük figyelembe, ámde forgó mozgásból is előállhatnak ütközések. Ezeknek hatása a szögsebességnek, valamint a súlypont haladó sebességének nagyságra és irányra való megváltozásában nyilvánul. Minthogy pedig azonos hőfok fenntartása esetén a szögsebesség csak a haladó mozgás sebességének egyidejű megváltoztatásával változhatik (I. a 4. képletet), ez utóbbinak változása pedig a molekuláris feszültség megváltoztatásában nyilvánul, ezért a következőkben az ütközésnek csak az irányváltoztatásra vonatkozó hatását kell figyelembe vennünk. Kétségtelen, hogy a molekulák haladó sebességének folytonos irányváltoztatása a halmazállapotot is befolyásolja, miért is ezt a hatást óhajtjuk vizsgálni. A különböző halmazállapotok feltételei. Folytonos irányváltozás esetén igen csekély a valószínűség, hogy két molekula ismételten egymásba ütközzék. Ez okból nem is csoportosulnak, hanem szabadon végzik mozgásukat, miért is a folytonos irányváltozással járó rezgő mozgást a gázállapot jellemzőjének kell tartanunk. Ennek következtében a molekulák csoportosulásának egyik feltétele, hogy forgó mozgás okozta ütközés elő ne álljon, amely ennek következtében feltétele a folyékony halmazállapot is. *) Annales de Chimie et de Physique, 1881. évf. 22 k **) Prf. I. D. Van der Waals „Die Continuität des gasförmigen und flüssigen Zustandes". Magyar Mérnök- és Építész-Egylet Közlönye