, f,' DRUŠTVO MATEMATIKOV, FIZIKOV IN ASTRONOMOV SRS LETNIK 13, 1985-86, * z. ; ,' .""". Janez Strnad 1'"~ JOŽEF ,STEFAN - Ob stopetdesetletnici rojstva Slika 1. En a izmed red kih podob Jo žefa Stefana in njegov podpis. Stefan ni maral javno nastopati, če se temu ni mogel izogniti, pa je prosil novinarje , naj ga ne omenjajo. Janez Strnad JOŽEF STEFAN Ob stopetdesetletnici rojstva . Društvo matematikov, fizikov in astronomov SRS LJUBLJANA 1985 KAZALO PREDGOVOR o o o o • • • • o • o o o o o o o o o o o o • o • o • o • o o o • o o o o o o 3 UVOD . o . 'o . o o o o o o o o o o o o o o ' o o o o o o o o o o o. o o . o. o o o o o o o o 5 ŽiVLJENJSKA POT o ' o o • o • o o o 0 "0 • o o o o o o o • o o o o o o o o o o o o o o 9 SLOVENSKO LEPOSLOVJE o o oo o o o o o o oo O o o o oo o o o o o . o o oo o 21 DOSEŽKI V FIZIKI. o o o o • o o o o o • o o o o o o o o o o o • o • • o • • o o • o o 31 Uvod o o o o o • o o o o •• o o o o o o o • o o o o o o • o • o o o o o o • o o • o o o o 31 Toplotna prevodnost plinov o o o • o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ' 33 Zakon o sevanju ., o o o o o o o o o o o o o o o • o o o o o o o o o o o o o o o o . 47 Izhlapevanje o " o • o o o o o o o o o o o o o o o o ••• o o • o • o o o •• o • • o 55 Elektrika in magnetizem o . o • o o o o o • •• • o o o o o o o o • o o o o • • " 57 LITERATURA o o o • • o o • • o o o • o o • o o o o o o o o o • o o o o o o • o o o o o o 63 Na ovit ku : Borut Pečar. Jožef Stefan - karikature, 1982 2 PREDGOVOR 24. marca 1985 je minilo sto petdeset let od rojstva Jožefa Stefana. Tej obletni- ci naj bo posvečen kratek zapis o njegovem življenju in delu. Poudaril sem Stefanove uspehe v fiziki. Bežno sem omenil tudi njegovo slovensko leposlovje, ki ga - tako vse kaže - zapostavljamo. Pri tem sem si izdatno pomagal s citati iz njegovih del in iz del o njem. Sposojal sem si tudi misli iz svojih prejšnjih zapisov o Stefanu. Nekaj odlomkov iz tujih besedil sem na novo prevedel. Prevzetih prevodov in drugih citatov nisem spreminjal. Izjema je samo priimek Stefan, ki sem ga uporabil, četudi so ga drugi pisali drugače. Ob delu sem spoznal, da je spomin na Stefana danes bolj živ, kot je bil ob stoletnici njegovega rojstva. K temu je najbrž prispevalo tudi to, da so poime- novali po njem velik raziskovalni inštitut. S članki , ki jih objavljajo člani te- ga inštituta, prodira v mednarodno znanstveno javnost zavest, da je bil Stefan Slovenec. Ljubljana, spomlad i 1985 Janez Strnad 3 SJ ~e.l· I~ J~!L4~ ..,~ 'tCA~fe, t.;)~· ~~ ~~~\ u-:;tL·, .fl tlJ.Vtd I~ ~ 1< ~.~~ 0 0 UVOD Nemški dramatik Rolf Hochhuth, pisec uspelih dram o nekaterih znanih osebah iz časa druge svetovne vojne, je zavzdihnil: "Z grozo sem ugotovil, da zgodo- vinski roman ni mogoč, saj niti največji avtorji ne morejo oživiti ozračja neke dobe, ki jo je odnesel tok." Zares je nemogoče do podrobnosti razumeti in opisati minule dogodke. Čeprav kratek zapis o največjem slovenskem fiziku Jožefu Stefanu seveda ni zgodovinski roman, ga spremlja podobna težava. Kako naj bi v zgodovini fizike naslikali nekdanje razmere? Vanje se je težko vživeti, saj se zdijo dandanes stvari, za katere nekdaj niso vedele največje glave, domala same po sebi razumljive. Nekateri zgodovinarji fizike poudarjajo, kako so odkritja tesno povezana s kulturo, tehniko in z družbenimi odnosi kakega časa. Čeprav bi radi osvetli- li predvsem Stefanov prispevek k fiziki, moramo zato vsaj poskusiti z okvirnim opisom razmer v času njegovega življenja. V Avstro-Ogrski so po Napoleonovem porazu leta 1813 in dunajskem kongresu v letih 1814 in 1815 prevladale težnje po vrnitvi starega reda. Kljub temu se je v naslednjih desetletjih fevdalna ureditev še naprej krhala. Novi gospodarski tokovi so spravljali na površje meščanstvo. Izkoriščanje tehničnih dosežkov, na primer parnega stroja, je omogočila nastanek in razvoj industrije . Tako so na primer v Avstro-Ogrski leta 1840 nakopali dvakrat toliko premoga kot leta 1835 in leta 1848 zopet dvakrat toliko kot leta 1840. Razmahnila se je gradnja železnic. V dveh desetletjih po prvi železnici leta 1825 v Angliji so jih zgradili tudi med večjimi avstrijskimi mesti. To je poživilo promet in trgovino. Slovenci razen za Napoleona, v kratkotrajnih Ilirskih provincah med leto- ma 1809 in 1813, niso imeli nobene samouprave. Kljub temu so se vse bolj ovedali svoje narodnostne pripadnosti. Tako so na primer leta 1843 začele izhajati v Ljubljani Kmetijske in rokodelske novice. Marčna revolucija leta 1848 je prinesla samo kratkotrajno upanje, da se bodo v tem pogledu razmere izboljšale. Ostalo je po starem, dokler se ni po letu 1861 v okviru avstro- 5 ogrskega parlamentarizma začelo počasi obračati na bolje. V času Stefanove mladosti se Celovec, ki sicer prej ni sodil k Ilirskim pro- vincam, ni kaj prida razlikoval od Ljubljane. Mestni prebivalci so govorili nemško, okolica pa je bila slovenska. Seveda so bile po jeziku v celoti slovenske v tem času le kmečke množice in delav- stvo, kolikor ni šlo pri njem za doseljence. Jezik višje družbe je v glavnem neslovenski. .. Znanje ali vsaj razumevanje slovenščine sicer tud i med višjo družbo, če ne štejemo dokaj številnega uradništva, ki po izvoru ni bilo iz slovenskih krajev, ni bilo tako majhno. Velik del te družbe je bil v nekem smislu dvojezičen ... Po nemško govori pri nas večina gospa, gospodov vajenih veleti in po slovensko služna jim družina. Župančičevprevod k it ice Prešernovega nemškega soneta "Mi iz trga smo večinoma že od doma znali nemško. V naši hiši smo med seboj na- vadno nemško govorili, toda znali smo tudi slovensko. Čutili pa se nismo ne za Nemce ne za Slovence , ker se za narodnost sploh nikdo ni menil do leta 1848, in nam je jezik bil le sredstvo , da se sporazumemo med seboj in z drugimi." . J. Vošnjak iz Šoštanja Slovensko nacionalno vprašanje se je pojavilo v javnosti takoj po revolucionarnih dunajskih marčnih dneh. Tako je bil [1848] formuliran znameniti program Zedinjene Slovenije . To je bil zares revolucionaren program: odprava starih deželnih enot, nove meje, potegnjene po narod- nostnem ozemlju, lasten parlament in lastna uprava. V času Bachovega absolutizma (imenuje se po ministru, ki je igral zlasti v 1. 1852 - 1859 vodilno vlogo) je ostalo razmerje družbenih sil na Slovenskem dokaj nespremenjeno. 1861 februarski patent, začetek ustavnega življenja v monarhiji, 1864 ustanovljena Slovenska Matica, 1867 volitve v deželne zbore - prva velika zmaga slovenskega narodnega gibanja. Vse navedbe so iz Zgodovine Slovencev, Cankarjeva založba, Ljubljana 1979 Jožefa Stefana ta Zgodovina ne omenja. Nič nenavadnega; tudi Michaela Faradaya bi zaman iskali v znani angleški Zgodovini. Znanost in tehnika sta napredovali z velikimi koraki. Samuel Morse je iznašel telegraf (18371. Louis Daguerre (1838) fotografijo, Philipp Reis (1861) in Alexander Graham Bell (1876) telefon, Nikolaus Otto bencinski motor (1876), Karl Benz je izdelal prvi avtomobil (1885). Že leta 1859 je izšla knjiga Charlesa Darwina O izvoru vrst z naravnim izborom. 6 V fiziki je mehanika z akustiko in hidrodinamiko začela izgubljati osrednjo vlogo. Uveljavljati se je začela optika, v kateri je v prvi polovici 19. stoletja zmagala valovna teorija svetlobe. Sredi tega stoletja so sprejeli energijski in entropijski zakon, ki sta povezala vse veje fizike in dala polet termodinamiki (nauku o toploti) . Na začetku stoletja je prodrla iz kemije v fiziko misel, da je snov sestavljena iz atomov. Iz nje je zrasla kinetična ali mehanična teorija toplote, v kateri so notranjo energijo (po domače toploto) pojasnili z nenehnim in neurejenim gibanjem molekul. Vendar dolgo časa niso razčistili pojmov atom in molekula. Nekateri so ju imel i zgolj za koristna modela . Na koncu petdesetih let so angleški fizik James Clerk Maxwell , nemški fizik Rudolf Clausius in drugi razvili kinetično teorijo plinov, ki je pojasnila lastnosti plinov z lastnostmi gibajočih se molekul. Leta 1865 je avst rijski fizik Joseph Loschmidt, ki je delal na istem inštitutu kot Jožef Stefan, v okviru te teorije ocenil velikost molekul. Kinetična teorija plinov je bila tedaj najime- nitnejša fizikaina teorija. V šestdesetih letih ji je sledila še imenitnejša Maxwellova elektrodinamika. Orišimo na kratko, kako je nastala. Leta 1800 je Alessandro Volta sestavil prvo baterijo, ki je omogočila raziskovanje konstantnega toka po skle njenem električnem krogu. Leta 1826 je Georg Simon Ohm z zakonom povezal nape- tost in tok. Leta 1831 je angleški fizik in kemik Michael Faraday odkril induk- cijo, pojav, da spremenljivo magnetno polje izzove električno napetost . Prav Faraday je nekoliko pozneje uvedel pojem polja. Maxwell je zamisel dalje razvijal in jo oblekel v matematično obleko. V letih 1865 in 1866 je prvič za- pisal - še na osnovi mehaničnih predstav - zakone za električno in magnetno polje. Zakone je dokončno izoblikoval leta 1873 v Razpravi o elektriki in magnetizmu - to pot že brez nekoliko okornih mehaničnih predstav. S to teorijo je povezal optiko z elektriko in magnetizmom in napovedal , da je svetloba elektromagnetno valovanje. Napovedi je potrdil Heinrich Hertz, ki je okoli leta 1888 prvi opazoval radijske valove. Po Maxwellovi smrti leta 1879 se je teorija počasi razširila na celinsko Evropo . Na osnovi te teorije so zrasla pomembna tehnična odkritja. Prvi dinamo- stroji so nastali že po odkritju indukcije, na veliko pa so se razmahnili po letu 1867, ko je Werner von Siemens nadomestil v nj ih trajne magnete z elektro- magneti. Thomas Alva Edison je leta 1879 izdelal prvo žarnico z ogleno nitko in leta 1881 je Nikola Tesla uvedel večfazni izmenični tok . Leta 1891 so postavili prvi visokonapetost ni daljnovod . Vsi ti uspehi znanosti in tehnike pa bralca ne smejo zavesti, da bi tedanje razmere primerjal z današnjimi. V prejšnjem stoletju so gojili znanost le na univerzah , po današnjih meril ih v omejenem obsegu. Tedaj še ni bilo državnih 7 ustanov, ki danes skrbijo za financiranje raziskovalne dejavnosti in za štipendi- ranje študentov in raziskovalcev. Razvile pa so se že akademije znanosti. Na njihovih zasedanjih so raziskovalci poročali o svojih dognanj ih in v glasilih objavljali svoja poročila. Tedaj so se z znanostjo večinoma ukvarjali možje iz dovolj premožnih družin, da niso bili odvisni od mesečnih dohodkov. Redni profesor, ki je bil navadno predstojnik inštituta, je imel sicer visoke dohodke, a takih mest je bilo zelo malo. Dohodki njegovih neposrednih podrejenih - izrednih profesor- jev - pa so bili že tako majhni, da niso zadostovali za preživljanje družine. Asistentovi dohodki niso omogočali niti preživljanje njega samega. Kot zgled z dunajske univerze, a ne s fizike, navedimo, da je imel zelo znan redni profesor 2000 goldinarjev mesečnih dohodkov, izredni profesor 200 goldinarjev in asistent 90 goldinarjev. Za člane srednjega sloja so veljali družinski očetje, ki so se lahko pohvalili z mesečnimi dohodki od 300 do 400 goldinarjev. Pri namestitvah in napredovanjih na univerzah so pogosto prišle do veljave osebne zveze in ne le dosežki v stroki; dunajska univerza je slovela prav po tem. i i~.~~ ",·'-Z'1-; · ~""'_"'~-'#l"' :.,'~"\~- • Slika 2. Geigerjeva hi ša na Ebentalerstrasse v Celovcu, v kateri je služila Stefanava mati kot dekla. Stranska stavba, v kateri je verjetno prebivala s Stefanom, že dolgo ne stoji več. H išo so obnovili pred drugo svetovno vojno. V vojni je bila porušena in po njej na novo pozidana. To in naslednjo sliko je ljubeznivo prispeval celovški rojak, profesor Štefan Močilnik. 8 21VLJENJSKA POT Jožef Stefan je bil rojen 24. marca 1835 v obmestni vasici Sv. Peter, ki je zdaj del Celovca. Mati Marija Startinik, ki je služila kot dekla, in oče Aleš (Aleksan- der) Stefan, mlinarski pomočnik, takrat še nista bila poročena. Po enajstih letih, ko si je oče ustvaril trgovino z mlinarskimi in pekarskimi izdelki, se je poročil z materjo. V tedanjih časih otroci, ki so bili rojeni zunaj zakona, niso imeli enakih pravic kot v zakonu rojeni otroci. Jožef zelo verjetno ne bi mogel nadaljevati šolanja na gimnaziji, če s to poroko ne bi dobil očetovega imena. Tudi še po tem, ko je oče vzel Jožefa in njegovo mater k sebi, so Stefanovi živeli skromno. Mladi Jožef je moral pomagati pri prenašanju vreč, zaradi česar je imel menda nekoliko povešeno desno ramo. Stefanova oče in mati sta bila nepismena. Nasprotje med nepismenimi starši in svetovno znanim fizikom sodi med zadeve, ki jih življenjepisci rad i poudarjajo . Tukaj smo ga omenili samo zato, da bi opozorili na tole: popolno- ma nepričakovano se razvije kak vrhunski um , ne da bi mogli njegove izjemne lastnosti izvajati naravnost od staršev ali iz družinskega ali šolskega okolja. Sam že prileten in učenj ak svetovne slave, je daleč od mestneg a trušča presedel v tesni rojstni hi ši ure ter učil svojo ljubljeno mater slovensko abecedo , pisanja in bran ja. Ta ljubezen ga je tudi odtrgala vsako poletje od dela , da si je na grudih domače zemlje nabral novih sil. M.Adlešič Stefanova mati Je umrla 48 let stara leta 1863, deset let starej ši oče pa jo je preživel skoraj za deset let (umrl leta 1872). Jožef Stefan je obiskoval osnovno šolo v Celovcu, kjer je pokazal to likšno nadarjenost, da so mu priporočili, naj nadaljuje šolanje . Jožef je bil staršem globoko hvaležen, ker so mu omogočili to in ga tudi še na univerzi podpirali. Kaže, da je dobival tudi občasne podpore iz drugih virov. O zunanjih spodbu- dah za šolanje in štud ij in podporah govorijo predvsem avstrijski življenjepisci. Na gimnazij i so tedaj poučevali tudi slovenščino, in sicer za Slovence v treh letnikih, za druge pa v dveh na prostovoljni osnovi. Slovenščina je bila za 9 slovenske dijake ce lo predmet pri ustni in pismeni maturi. V dveh letnikih je Stefan izrecno opredeljen kot "Slovenec", kar pomeni, da so ga kot takega prijavili starši. Pri očetu zasledimo nekajkrat priimek v obliki Stephan, pri Jožefu pa celo v obliki Štefan, a večinoma so ga pisali Stefan. V nemščini se to izgovori "Štefan", zato ne bo narobe, če ga tako pišemo in izgovarjamo tudi mi. Vsa leta na gimnaziji je bil Stefan vzoren učenec. V šestem razredu je bil odličen, v sedmem in v osmem, zadnjem raz redu in na maturi pa celo najboljši v razredu . Zato je dobil od učiteljskega zbora knjižni nagradi. Njegovo vedenje je bilo ves čas primerno, le v šestem razredu so zapisali opazko: "Nedostojen pri dobronamernih opornin ih." Stefanu je šolsko delo puščalo veliko prostega časa, ki ga je izkoristil za učenje jezikov in pisanje . Začel je s slovenskimi pesmimi. Po tedanji navadi se je zanimal za srbohrva š čine , ki so ji rekli ilirščina, pa še za druge slovanske jezike. Ukvarjal se je poleg pouka še posebej z latinščino in grščino ter z mate- matiko in fiziko . V Celovcu in Ljubljani so tedaj uporabljali za ta predmeta Slika 3 . Spominska plošča, ki so jo vz idali ob stoletnici Stefanovega roj stva v obnovljeno hišo: V tej hiši je bil 24. marca 1835 rojen fizik Jo žef Stefan, odkritelj po njem imenova- nega zakona o sevanju. Plošča je ostala nepoškodovana in jo je mogoče videti na hiš i s slike 2. 10 nemške učbenike. Za matematiko so bili po vsej Avstro-Ogrski v rabi učbeniki Franca Močnika. V zadnjih dveh letih je učil Stefana fiziko Karel Robida, ki je leta 1849 objavil prvo slovensko fizikalno knjigo. Začuda te knjige Stefan ni nikjer omenil. Vendar vse kaže, da je Robida vplival na njegovo zanimanje za fiziko. Stefan je večkrat poskušal rešiti probleme, ki so bili zanj - brez men- torja in pripravnih knjig - pretežavni. Omeniti je treba, da je Stefan nadvse rad pel slovenske pesmi. Kot prvi pevec je sodeloval v celovškem pevskem zboru, pa tudi na Dunaju je bil član pevskega zbora. Ponekod beremo, da je oba pevska zbora osnoval in vodil on sam. Ob obisku na Institutu J. Stefan je bil avstrijski predsednik dr. Rudolf Klrchschlaqer zaradi trditve, da je bil Stefan Slovenec, kar nekam prizadet. Rekel je: "Vsi tisti, ki so živeli v Avstro-Ogrski, so bili Avstrijci." Nekaj je na tej trditvi. Stefan je zares živel in delal v Avstro-Ogrski, saj v času njegovega življenja Jugoslavije in Slovenije sploh še ni bilo. Prav tako pa ni nobenega dvoma. da se je imel za Slovenca. Pri tem je mislil, kakor bi rekli danes, na narodnost. Ni se mogoče otresti vtisa, da nekatere Avstrijce Stefanova slovenska na- rodnost moti in jo poskušajo zatajiti. Zdi se tudi, da nekateri avstrijski pisci preveč poudarjajo revščino Stefanovih staršev. Poslali so ga v osnovno šolo, kjer so ga takoj opazili učitelji zaradi vneme pri učenju in lahkote, s katero se je učil. Poskrbljeno je bilo za to, da je lahko leta 1845 vstopil na celovško gimnazijo, kjer je učno gradivo prav tako zmogel z lahkoto. Takrat mu je osta- jalo veliko časa, da se je ukvarjal z drugimi stvarmi, ki so ustrezale njegovim številn im nagnjenjem. Tako se je ukvarjal z južnoslovanskimi in češkimi jeziki, pisal različne sestavke v obliki proze in poezije in je z enako mislečimi sošolci osnoval literarno zdru- ženje. Tudi klasičnim jez ikom je posvečal veliko pozornost. . Življenjska pot Jožefa Stefana razločno kaže, da so tudi v prejšnjih stoletjih nadarje- nost, prizadevnost in pridnost vodili do dviga v najvišje družbene plasti, ne glede na to, iz katere plasti . je izviral nadarjenec. Nek ater i njegovi poznejši učenci so izhajali iz pre- možnih družin, na primer Franz S. Exner ali Rudolf von Lieben, ob Stefanovi zibelki pa je stala gola revšč ina. F. Smola Tudi Angleži navajajo Stefana kot Avstrijca. Podobno se pogosto godi Mihailu Pupinu, Srbu iz Vojvodine, in Nikoli Tesli, Srbu iz Like, ker sta bili obe pokrajini pod Avstro--Ogrsko. To se dogaja samo zaradi pomanjkljivih podatkov. Brž ko so poučeni, radi vzamejo na znanje Stefanovo slovensko narodnost , saj jim podobne zadeve niso tuje. Tudi znanemu fiziku Johnu Tyndallu (1820 - 1893) na primer priznavajo , da je bil Irec, čeprav je ustvarjal 11 v Združenem kraljestvu in je postala Irska samostojna država šele leta 1922. R. C. Dougal z Univerze v Edinburghu je v reviji Physics Education objavil daljši zapis ob stoletnici Stefanovega zakona o sevanju. V njem je ponovil podatek, da je bil Stefan Avstrijec. S pismom, ki ga je objavila revija, pa ni bilo težko utemeljiti Stefanove slovenske narodnosti, saj je bil v istem članku prav J . Tyndall omenjen kot irski fizik. Dougal se je pozneje posebej pozanimal za Stefanovo leposlovno delo in za Institut J . Stefan, češ da bo o tem predaval. Težava je v tem, da v svetovni literaturi ni podatkov o Stefanovi slovenski narodnosti. Tako Isaac Asimov, ki je sicer nenavadno tankovesten, v Bibliogra- phical Encyclopedia of Science and Technology, Doubleday, Garden City N. Y. 1972, navaja Jožefa Stefana kot avstrijskega fizika, toda Mihaila Pupina kot jugoslovansko-ameriškega fizika in Nikolo Teslo kot hrvaško-ameriškega elektrotehnika. Tudi Ju. A. Hramov v knjigi Fizika, biografičeskijspravočnik, Naukova dumka, Kiev 1977, piše, da je bil Stefan avstrijsk i fizik, Tesla pa srbski znanstvenik na področju elektrotehnike in radiotehnike. Stefan je čutil nagnjenje do učiteljskega poklica. Najprej je razmišljalo tem, da bi po končani gimnaziji vstopil v benediktinski red . Ta meniški red se je ukvarjal s poučevanjem in nekateri Stefanovi učitelji, med njimi K. Robida, so bili njegovi člani. Da je Stefan o tem resno razmišljal , kaže najbrž tudi na vpliv, ki so ga imeli nanj njegovi učitelji. Morda je šlo tudi za premislek denarne narave, saj bi ga vstop v red rešil skrbi za sredstva med študijem. Naposled je Stefan opustil misel, da bi vstopil v red in je leta 1853 odšel na Dunaj študirat matematiko in fiziko na filozofsko fakulteto. Med njegovimi učitelji so bili nekateri dokaj znani, na primer Moth, Kunzek, Petzval, Grailich, Ettingshausen. S študijem Stefan ni bil popolnoma zadovoljen. Samostojno se je loteval zahtevnejših teorijskih problemov, ki so delno zopet presegali njegove zmožnosti. Poleg tega pa je poslušal še predavanja iz kemije, anatomije in rastlinske fiziologije. Zanimal se je tudi za filozofska in zgodovinska vprašanja in se učil francoščine in angleščine. "Zače l sem se zdaj zopet prijemati tiste dolgočasne physike, ki jo potrebujem za izpit, in sicer hydrostatike '" Sicer im am zdaj prestrašeno malo veselja do dela, vročina je velika in sile ni nobene , ki bi me gnala h knjigi, in sil je veliko, ki me gonijo od knj ige . V takih časih človek ne more ničesar delati, k čemur nima posebno živega veselja: ako bi bilo kaj nove- g a, kar bi sam iz svoje glave iskal in koval, bi že šlo , ali t ak o je klaverna." J . Stefan, Dnevnik Kot študent se je Stefan družil s koroškimi rojaki. V tem krogu je večkrat predaval o fizikalnih vprašanjih, ki so ga zanimala. Kljub nezadovoljstvu s študijem - morda zaradi lastnih previsoko posta- vljenih pričakovanj - pa je Stefan še pred koncem četrtega letnika leta 1857 12 opravil profesorski izpit iz matematike in fizike. Po tedanjem načinu študija mu je potem preostal le še en izpit, tako imenovani filozofski rigoroz, da bi si pridobil naslov doktorja filozofije. Stefan bi ta izpit menda že tedaj lahko opravil, a je bil po lastni izjavi prelen. Vendar je treba upoštevati, da so zelo delavni ljudje do sebe posebno strogi. Verjetno pa je res, da Stefan ni čutil nobene spodbude. Ni videl možnosti, da bi dobil mesto na fizikalnem inštitutu, na katerem bi se lahko ukvarjal predvsem s fizikalnimi poskusi. Andreas von E ttingshausen (1796 - 1878) je ... postal leta 1821 profesor za višjo matematiko na dunajski univerzi. Leta 1835 je prevzel še mesto profesorja za fiziko. Ettingshausen je bil eden od zgodnjih zastopnikov teorijske fizike in je štel med pionirje naravoslovja v Avstriji. .,. leta 1852 je prevzel vodstvo fizikalnega inštituta. katerega ustanovitev je v veliki meri njegova zasluga. Inštitut je vodil do leta 1865. pri čemer mu je v zadnjih letih stal ob strani Stefan. Ettingshausen je bil tudi ustanovni član Akademije znanosti in njen prvi glavni tajnik. .. . Kot prvi fizik je smel predavati v nemščini [prej so predavali v latinščini]. Josef Petzval (1807 - 1891) je bil v letih od 1837 do 1877 profesor za matematiko na dunajski univerzi. Petzval je bil pomemben zastopnik uporabne matematike. torej mejnega področja fizike. Znan je postal po svojih računih fotografskih objektivov, ki jih je komercialno izkoristil Voiqtlander, Petzval je slovel kot dunajski original in je kot izvrsten sabljač treniral člane akademske lige leta 1848. W. Hoflechner, A. Hohenester, Ludwig Boltzmann, Ausstellunq, Graz 1985 Že v četrtem letniku je predaval fiziko na univerzi za študente farmacije. Tedaj je dobil neko štipendijo za matematiko, ob kateri je zapisal, da je z njo "vsaj nekoliko razbremenil velik trud svojih dobrih. predobrih staršev" ... Tega leta - 1857 - je sprejel mesto učitelja fizike na zasebni srednji šoli. Na njej je ostal štiri leta in pol in bil poldrugo leto pomočnik ravnatelja. Ob tem je še naprej predaval fiziko na univerzi. Leta 1858 je opravil rigoroz in dobil naslov doktorja. Nekaj pozneje si je z naslovom "privatni docent" pridobil še uradno pravico predavati na univerzi. Vse to pa mu ni zagotovilo stalnega mesta na fizikalnem inštitutu. Že prej se je sam lotil teorijskega raziskovanja in je pripravil za tisk dve razpravi. Na koncu leta 1857 je predložil razpravo Akademiji znanosti in je tudi predaval pred Akademijo. Predavanje so dobro sprejeli in za mladega fizika se je začel zanimati Karl Ludwig, profesor fiziologije. Ponudil mu je možnost za eksperimentalno delo iz fizike na fiziološkem inštitutu. Stefan je ponujeno možnost sprejel in že leta 1858 sta z Ludwigom poročala Akademiji o skupnem delu. Stefan je zbudil tudi pozornost profesorja Ernsta Briickeja, enega izmed najbolj znanih tedanjih fiziologov. Z njegovo in Ludwigovo podpo- 13 ro je postal Stefan leta 1860, ko še ni bil star petindvajset let, dopisn i član Akademije znanost i na Dunaju. Toda tudi vse to še ni vodilo v fizikaln i inštitut, kjer si je Stefan že lel stalno mesto . Tako bi imel najboljše možnosti za delo v najbolj ustva rjalnem vzdušju . Moj d ragi prij atelj, al i gre zares samo za to, ali lahko dobi te tukaj mest o asistent a? Ali ne leži problem bistveno globlje? V sedanjih razmerah je čista znanost samo nekaj za bo gate . Exnerj i in Fle ischl i so več generacij zelo pre mo žn i. Potem pač nisi odvisen od plače ... Iz biografskega romana Irvinga Stona o Sigmundu Freudu . Tako naj b i odgovoril E. Briicks mlademu Freudu let a 1882, ko se je po končanem štud ij u medi ci ne potegoval za mesto asistenta na fi ziološkem inšti t utu . E. Br iicke je b il dobrih dvajset let prej poleg K. Ludwiga glavni Ste fan ov podpornik. Zdelo se je, da je ta možnost za Stefana zaprta . Zgodilo pa se je drugače. Najprej je profesor E. Briicke pregovo ril nekega visokega uradnika v minist rstvu za znanost, da se je na Stefanovem predavanju prepričal o njegov ih predava- teljskih možnostih . Najbrž je to odloč i lno pr ispevalo k temu , da je bilo za Slika 4. Prv i f izik alni inšt itu t du najske univerze na Erdbergerstrasse. Za njegovo ustano- vitev sta si pridobi la zasluge Christi an Doppler in Andreas von Ettingshausen . V zgradbi, ki ne stoji več , j e de/'al Jožef Stefan v letih od 1858 do 1874. 14 Slika 5. Fizikalni inštitut na Turkenstrasse, v katerega so se vselili leta 1874. V njem je prebival Stefan kot direktor odtlej do svoje smrti 1893. Danes stoji fizikalni inštitu t du- najske univerze drugod, na Bo ltzmanngasse. 15 Stefana leta 1863 osnovano novo profesorsko mesto za matematiko in fiziko . Tako je postal Jožef Stefan, sin revnih staršev z dežele, brez premoženja in zvez z 28 leti najmlajši redni profesor v vsej Avstro-Ogrski . Nato je nepriča­ kovano umrl asistent E. Grailich, ki je bil predviden za naslednika direktorja fizikalnega inštituta. Kma lu nato je iz zdravstvenih razlogov odšel direktor A. Ettingshausen v pokoj. Z Grailichovo smrtjo se je za Stefana odprla možnost za stalno delovno mesto na fizikalnem inštitutu. Po Ettingshausnovem odhodu pa je postal Jožef Stefan, komaj tridesetleten, direktor fizikalnega inštituta dunajske univerze. Medtem je Stefan marljivo delal in objavil v Poročilih Akademije znanosti več razprav, ki so zbudile pozornost v znanstvenem svetu. Leta 1865 mu je Akademija za eno izmed njih prisodila kot prvemu Liebenovo nagrado 900 goldinarjev, "namenjeno najboljši razpravi iz fizike, ki jo je napisal kak avstijski državljan v zadnjih treh letih". Istega leta, še preden je postal direktor inštituta, je bil Stefan izvoljen za rednega člana Akademije znanosti. To je bila velika čast. Tako so se Stefanu izpolnile vse želje o delovnem mestu, da se bolje sploh ne bi mogle. Zdaj se je lahko z vso močjo posvetil raziskovalnemu delu v fiziki in vzgoji fizikov. Vsi, ki so ga poznali, poudarjajo, da je bil Stefan izvrsten predavatelj. Leta 1878. sem prvič sedel med slušatelji Dr. Josefa Stefana na dunajski univerzi. Predaval je v svojem fizikalnem institutu, ki je bil nastanjen v "Tirrkenstrasse" v privatni hiši, blizu nekdanje, filozofom in medicincem starejše generacije dobro znane "Geweh r- fabrike". Bil sem jako radoveden na moža, ki je slovel poleg Miklošiča kot najodličnejši član dunajskega vseučilišča. Kmalu je vstopil; mirno in živo je pogledal po avditoriju in pričel govoriti. Beseda mu je tekla počasi, in izgovor je takoj spominjal na rojenega Slo- venca. Glas mu je bil srednje krepek in jako simpatičen.Kar je izgovoril, je bilo po vsebini in obliki formalno dovršeno, kot za takojšen tisek prirejeno. Tuintam mala zabavljica, pikra opazka ali fina šala, navidezno brez namena, a ravno zato tem večjega učinka. Imel je poseben dar, obravnavati znanstvene predmete na lahko umljiv način. Z neprispodobno jasnostjo je razvijal najtežje probleme; vse matematične dedukcije je znal prilagoditi doumljivosti svojih slušateljev ter jih tako razvrstiti, da jih je moral vsakdo umeti . Stefa- nova predavanja so bila v vsakem pogledu vzorna in naravnost klasična. Njegov mirni in prem išljeni, od plemenite samozavesti in dobrohotnosti pronicani nastop mu je pridobil srca slušateljev, in čestokrat so z burnim ploskanjem izrekali svoje navdušenje, ko je končal. Za njega samega je bilo predavanje navadno združeno s hudim telesnim naporom, kajti opazovali smo, da je zapuščal dvorano jako utrujen in ves poten. ln kako je znal eksperimentirati! Navadno je stal na stališču, da ima pred seboj srednješolske učiteljske kandidate, le pri optiki in akustiki je rad segal dal je ter očitno kazal svoje izredno zanimanje za dotična poglavja. Hladno in elegantno, kakor bi hotel pokazati, da ima zakone nature v oblasti , j e razvrstil aparate, potem pa je izvaj al z neko suvereno lahkoto najtežje poskuse. 1. Šubic 16 Slika 6. Spomenik Jožefu Stefanu v arkadah dunajske univerze. Ob odkritju leta 1895 je govoril Ludwig Boltzmann. 17 18 Slika 7a. Inštitut Jožef Stefan v Ljubljani (zg.) Slika 7b. Spomenik Jožefu Stefanu pred inštitutom (levo) Slika 8. Avstrijska prilož- nostna znamka ob stopat- desetletnici Stefanovega rojstva (spodaj) Pr ipomnil sem že, da je bil Stefan zelo vsestranski. Če bi hoteli navesti vsa področja, na katerih je naredil kaj lepega ali pr iznanja vrednega, bi morali pač našteti vsa poglavja f izike ... To, da je Stefan enako obvladal obe orodji za spoznavanje narave, raz iskovanje s poskusi in računanje, mu je dajalo posebno jasen vpogled v povezanost naravnih pojavov. Tam, kjer so bile potrebne najostrejše misli, je uporabljal v svojih predavanjih pomagala iz najvišjih področij matematike. Najtežja izvajanja je znal podati v najjasnejši in najpre- gled nejši obliki, ne da bi kdaj zašel v matematičn i formalizem . Nasprotno, vedno je ostro poudarjal fiz ikalni smisel in praktično uporabnost računa. Poleg tega pa je imel tudi vzorna predavanja iz eksperimentalne f izike . L. Boltzmann Med Stefanove posebne poteze štejejo življenjepisci - skoraj nihče ne po- zabi tega omen iti -, da je dovolil študentom uporabljati najboljše naprave. Tudi če so poškodovali kak dragocen merilnik, se ni preveč jezil, če le ni šlo za očitno malomarnost. Najbrž se je še spominjal, kako si je sam želel delati s takšnimi napravami tedaj, ko še ni imel stalnega mesta na fizikalnem inšt itutu . Ludwigu sem tudi obljubil, da bom njegovo vabilo sprejel. Toda to me le malo veseli , da bi delal v takih okoliščinah. Težko je , če nisi gospodar opreme, ki jo po t rebuješ , kar sem že dodobra izkusil. Tako jasno vidim, da se bom moral odločiti in to sprejeti , po- sebno, če bom po Ludwigavem načrtu resno želel predavati posebno med icinsko fiziko . J . Stefan, Dnevnik Stefanovemu pisanju v slovenščini in njegovemu raziskovalnemu delu bomo posveti li posebna razdelka. Zato o Stefanovem življenju ni več veliko po ročati . Navedimo le nekaj izjavo njegovih osebnostnih lastnostih. Resnična besed a profesorja Wilhelma Webra, da ni naloga univerzitetnega učitelja samo poučevati z besedo, ampak predvsem biti s svojim značajem vzor in zgled dozore- vajoče mladine, ni za nikogar bolj urnestna kot za Stefana. Vsakdo je poznal njegovo zvestobo dolžnosti in delavnost, ki ni popustila, četudi je terjala železno moč volje, da je premagala telesno slabo počutje. Toda s tem odlika njegovega značaj a in čar, ki ga je izvajal na študente, nikakor nista izčrpana. Slednjega se je dalo samo občutiti... Stefan in Loschmidt st a se razlikovala po mnogih lastnostih. Stefan je bil univerzalen in je obravnaval vsa poglavja fizike z enako ljubeznijo . Loschmidt je bil enostranski; če je noč in dan mozg alo kak i zadevi, je skoraj popolnoma zgubil sm isel za vse drugo. Stefan je bil praktičen. Rad je razglabl jal o uporabi svoje znanosti v tehnične in obrtne namene in pri tem pok azal veliko spretnosti . Loschmidt pa je bil prototip nepraktičnegaučenjaka, čeprav je poprej sam delal v tovarni. Stefan si je pridobil t ud i več splošnega priznanja ... , Loschm idt pa je ostal skoraj čisto sam. V nečem pa sta bila oba popo lnoma enaka, v neskončn i nezahtevnosti, preprostosti in nep osred nost i svojega bistva. Nikdar nista poskušala pokazat i na zunaj, da koga du- 19 hovno prekašata, Čeprav sem bil najprej študent in potem dolga leta asistent, nisem niko- li slišal od njiju drugačne besede, kakor med prijatelji. Olimpijska veselost, vzvišeni hu- mor, zaradi katerega so postale za študente še najtežje diskusije zabavne igre, se je tako globoko vtisnil vame , da je prešel v moje lastno bistvo. Kolikor vem, ne Stefan ne Loschmidt nista potovala iz avstrijske domovine, vsekakor pa se nista udeležila nobenega naravoslovnega srečanja in nista stopila v tesne osebne stike s kakim tujim raziskovalcem. Tega ne morem odobravati in verjamem, 'da bi lahko dosegla še več, če ne bi živela tako odmaknjena. Dosegla bi vsaj to, da bi njune dosežke hitreje spoznali in bi ti postal i bolj plodoviti. L. Boltzmann V m ladosti je bil posebno v družbi svojih slovenskih prijateljev sila družaben, razigran in za vsako šalo pristopen . Pozneje pa je postal vase zaprt samotar. Vzroki tega preobrata .. . nam niso znani. Ker je imel stanovanje poleg laboratorija, se je večkrat primerilo, da ni več tednov zapored prestopil hišnega praga . M. Adlešič Dolga leta mu je grenila življenje bolečina, ki jo je skrival. v svojem srcu . 1891 pa je nastopil v njem odločilen preobrat. Tedaj se mu je namreč izpolnila želj a, ki jo je v mladih letih zaupal svojemu dnevniku, a jo je pozneje zaprl v globino srca. V Brežah, na ljublje- nem Koroškem, se je v jeseni svojega življenja poročil z Marijo Neumannovo, vdovo po inšpektorju državne železnice. V njej je našel dolgo pogrešano zvesto in ljubečo življenjsko družico. Postal je veder in šaljiv, kot že dolgo ni bi l. L. Čermelj Na koncu leta 1892 ga je zadela možganska kap, ko je bil na obisku pri prijatelju. Več dni je v nezavesti ležal pri njem. Ko se mu je stanje malo popra- vilo, so ga prenesli v stanovanje na inštitutu. Tu je 7. januarja 1893 umrl. Po- kopan je na dunajskem osrednjem pokopališču. Jožef Stefan je dosegel številne časti, od katerih naštejmo nekatere. Bil je dekan filozofske fakultete in rektor univerze, tajnik in podpredsednik Akade- mije znanosti, član kraljevega švedskega znanstvenega društva v Uppsali, kralje- ve akademije v Munchnu, fizikalnega in medicinskega društva v Wurzburgu , francoski officier de I'instruction publique, vitez ruskega reda sv. Ane, vitez reda železne krone, dobitnik častnega znaka za umetnost in znanost, dvorni svetnik '" . Bil je prvi predsednik avstrijskega elektrotehniškega društva, prvi urednik njegovega glasila in še član in predsednik mnogih strokovnih komisij. Stefana štejejo za enega izmed ustanoviteljev dunajske fizikalne šole. Stefanova zasluga pa je bila, da je ta in štitut [fizikalni inštitut dunajske univerze] v novejši zgodovini fizike igral vlogo , ki je bila vredna njegovega ustanovitelje. L. Boltzmann 20 SLOVENSKO LEPOSLOVJE Jožef Stefan je začel v peti gimnaziji (v današnjem prvem letniku srednje šole) pesniti v slovenščini. S sošolci je osnoval literarno glasilo Slavijo. Pesmi, ki jih je pisal za to glasilo, so našle pot v slovenske revije, ki so tedaj izhajale v Avstro-Ogrski. V Bčeli, ki jo je izdajal Anton Janežič, Stefanov profesor za slovenščino, je že leta 1850 izšla pesem Ne išči pokoja: Vedi Slavjan! zdaj ni čas za počivat'! Zdaj mora bdeti slovansko srce, Braniti Slavo, za njo se bojvat', To mu usoda prisodila je! Isto leto sta izšli v Navratilovem Vedežu pesmici Jutro in Večer. Pozneje so izšle v Bčeli domoljubna pesmica Iskrice (1851), čustveni Prepozno in Nevmerlost (1852 - 1853) in še prevodi ruskih in čeških narodnih pesmi. Več pesmi je napisal, ko je bil na Dunaju, delno pod psevdonimom J. A. Spleteni (Jožef Alešev, stephanos, v grščini spleteni). Na tedanje literarne raz- mere se je odzval s pesmico Slaba letina Zdaj je cio trta že zbolela, Ostal bo tudi glažek suh. Kdaj bo naša reč počela, Ker zginja že cio vinski duh. Pesmi Domovi, Hrasti, Kako to meni de hudo odražajo žalostno razpoloženje zaradi usode Slovencev. Ne moremo mimo Avtokritike (Domačiprijatelj, 1855) Kaj hudirja na Parnasu Matematičar počenja ln o tako dragem času Krati pesnikom življenja? 21 Kako misli so okorne, Brez potrebne politure, Kakor tudi so osorne Matematičnefigure. Tudi slog ni prav og lajen, Jezik nema prav'ga dona Saj se vid i, da navaje n Je le iksa, ipsilo na. Pesm i kdo bo bral njegove? Spičaste so in oglate, Zapeljive in sirove, Na vse kraje so zobate. Stefanove pesmi ne sodijo v vrh tedanjega slovenskega pesn ištva, vendar ne gre spregledati, da so bil i tedaj v časteh pesniki kot Jovan Vese l - Koseski . Vredno je omeniti , da je eno izmed Stefanovih pesmi ponatisnil Fran Levsti k v Vrtcu in jo je urednik Levstikovih del Fran Levec pr ipisa l Levsti ku. Če se ozremo na Stefanovo literarno delo, moramo najprej pr izna ti , da ni bi l velik pesnik. Kljub temu da je poznal in cenil Prešerna, ima vendar malo Prešernovega duha. Primerjati b i ga mogl i le z Vodnikom in Levstikom . Navzlic vsem hibam so njegove pesmi prežete od čustvenosti, narekovane od njegove občutja po lne notranjosti. Ker se je bavil mnogo z narodno pesmijo, je marsikje zašla v njegove pesmi lagodnost in neprisil jenost, pri čemer je t rpel jezik , oblika in miselna plat. ... O svojih pesmih ni sodil , da so dobre." M . Adlešič Najzrelejši sestavki ŠOlskega prijatelja v vezani in nevezani besedi so delo J . Stefa na, poznejšega slovitega fiz ika, k i je po 1859 . letu zapustil slovstveno delo ter se posvetil znanstvenemu raziskovan ju . Stefanove spise iz fizike in d rugih prirodnih ved odlikuje lep, čisto slovenski slog, brez tujk in nej asnost i. Leta 1855 se je Stefan ho tel posloviti od slovenskega pesništva: " Ker nisem ustvaril nič~sar, kar b i b ilo važno ." Vendar se tega ni zares držal. Že prej je začel pisat i prozne sest avke. V Bčeli so izšli Črna Gora in Črnogorci (1852 - 1853), v Novicah pa sestavka Gojzdi in Tobak (1854). V Einspielerjevem Šolskem prijatelju je objavil sestavke: Zrak , ki ga dihamo, Delivost, Pogledi v nebo, Modro nebo , Nil, Morski pes, Morska goba (1854/55) , Naslo vi kažejo, da se Stefan ni usmeril samo v matematiko in fiziko, ampak je pisal tudi o d rugih zadevah, ki so se mu zdele za bralce zanimive. 22 Leta 1857 je J . Stefan tri leta pred Levst ikovim Popotovanjem od Litije do Čateža objavil kritični zapis O domačem slovstvu. Že limo pa tudi , da ne bi jemali takega dela na svoje rame tak i ljudje, ki ne poznajo ne predmeta, o katerem hočejo pisati, ne naroda, za katerega hočejo pisati . Take žalostne kvante so doslej naši pisatel j i radi uganjali. .. Naše slovstvo ima omikene Slovence zopet nazaj peljati k narodu, iz katerega so se rodili ... Imamo nekaj izdanih pesmi, vendar prozaiških lepoznanskih knjig skoraj nič . Take knjige koristijo že zavoljo tega, ker se po njih jezik najlahkeje omika in obrusi , kar v znanstvenih ni tako lahko. Tudi preprosti ljudje berejo radi kaj lepega, posebno povesti. Kako bi povest i , ki so vzete iz živl jenja našega naroda , dopadie! Pa dozdaj nismo imeli še nobenega, ki bi lepega pr ipovedovati znal. J . Stefan , O domačem slovstvu Kaže, da literarni zgodovinarji temu spisu posvečajo premajhno pozornost. Pavel Grošelj, znani poljudnoznanstveni pisec in prvi urednik Proteusa, sodi, da je to "naša prva kulturno-programatična razprava". V njej Stefan "biča ... naše kulturne in posebej literarne razmere" in "s povzdignjenim glasom govori o nalogah in dolžnostih slovenskih pisateljev". Anton Janežič je začel leta 1858 v Celovcu izdajati Glasnik. To leto je J . Stefan v njem objavil Tice in Številna znamenja in sostave ter Pismo z Duns- ja in Pismo iz Celovca. Vsak narod ima zaklad, v katerega je položi l vse bisere svojega duševnega življenja, tega je treba preiskavati. In to zrcalo, ta zaklad naroda so njegove pravljice, njegove pesmi in njegov i pregovori. - Kdor hoče priti do celega, mora početi s posameznimi deli; ako so ti dognan i, se ono lahko iz teh da sestaviti. Kar pa velja od posameznega človeka, velja tudi od celega naroda. Kdor hoče poznati posebnosti narodnega duha, mora začeti s po- sameznimi prikazi, ki pričajo o njem. J . Stefan, Tice Narod, ki nas je rod il, naj tudi čuti , da nas je rod il! Saj je še toliko dela pri nas v jez i- ku, v zgodovini in v omiki, zakaj se jih ne zažene več v to rodovitno polje? Nemc i imajo cele biblioteke, napolnjene s knjigami o Goetheju , ali bi ne smeli pričakovati le - enega delca o Prešernu, njegovem življenju dušnem in telesnem, o vsem, kar je imelo ob last nad njim in moč? Pomerlim znancem stavimo spomenike na grobeh, lepše v sercih, njemu pa bi krati li vrednega spomenika v pismu? Ako ne bomo častili svojih pervakov, kdo bode maral za vas? Poznam mlado glavo, ki bi bila pripravna za to delo, in v Glasn iku bi bi l kraj za tako početje. J. Stefan, Pismo z Dunaja A. Slodnjak domneva, da je Stefan meril z mlado glavo na F. Levstika . 23 Tolažimo se s tem, da naša ljuba deželica Koroška ne zgubi n ičesar, ako bode vsa nemška, da je le tolarjev dosti, naj se štejejo nemški ali slovenskil Saj je Slovanov še drugod dosti, če ne preveč! J. Stefan, Pismo iz Celovca P. Grošelj pravi: "Čudo! - fizik Stefan je tudi prvi slovenski intelektualec, ki nas z živo besedo spominja dolga do veličastne kulturne postave Franceta Prešerna." Morda je Grošljevo mnenje nekoliko prenapeto. Najbrž pa si Stefan, ki je opazoval razmere s strani, s celovškega vidika, in ki je bil vrhu tega fizik (leta 1858 je že predaval na dunajski univerzi, čeprav še ni imel stalnega mesta na inštitutu), ne literat, s svojim stališčem med ljubljanskimi literati ni pridobil ravno prijateljev. Že prej je V. J. (Valentin Janežič, brat izdajatelja Glasnika, študent medi- cine na Dunaju in Stefanov prijatelj) objavil v Glasniku prispevek Potrebe Slovencev glede prirodnih ved. V naslednji številki mu je odgovoril F. Levstik in odgovor končal takole: Preden končam , naj še omenim, da čeravno je morda res treba ljudstvu razlagati redivnost in vrednost njegovega živeža , imenitnost železn ih cest itd ., vendar menim, da bi narodu za zdaj mnogo bolj koristile dobre povesti kratkočasnega in podučnega zepo- pad ka, in druge reči , pisane v domačem govoru in v domačem duhu. Veselje do branja mora biti med Slovenci mnogo splošnejše, kakor je bilo dosihdob in kakor je še danes - potem šele oznanjujmo natorne vrednosti, ker slab život ne more precej težke hrane ... Kljub temu je začel J. Stefan v Glasniku objavljati Naturoznanske posku- šnje. (Prav Levstik je zahteval, da uporabljajo "nature" namesto "prirode" .) Naturoznanskc poskušnje, (Spisal Dr. J. Stefau.) l. Kcdar hi prenesli spavajoccga na drugo njemu neznano mesto, pcrvo njegovo vprašanje hi bilo, ko bi se zbudil; kje sem? Pokaž! komurkoli reč, ktere dozJlaj ŠC ni vidil, prašal bode, kaj je? čemu je? ln kerlnr se pTikaže človeku nova prigodbn, bodi v natumem, bodi v človeškem življenjU, neka moč domača v njegovem duhu sili ga, da praša .zakaj ? da začne veri ati in premišljevati, kako hi se moglo priti tej reči do korena. Iz teg-a nagiba so se rodile po dolgo- letnem premišljevanju naše vednosti, po lem nag-illU smo prišli do mno- g-oternega znanja, in ta nngih bode nas peljal šc dalje do zmirom ve- l:cgfl in lep.~cg-a spoznanja. Z vsnkn stopnjo, ktero stori človek na tem potu, se vzdigne više č ez vse drnge zemeljsko stvnri : oklep, ki sti- 24 ska duh njegov in veže ga k zemlji, pada za oklepom , ta pot ga pelje k prestolu , kterega mu je namenila božja roka, dodelivši mil um. (~Iovek, nekdaj ves hlapec nature, daje zdaj tej mogočni gospo- dinji povelja, da ne dela več samo po svojo], ampak tudi po volji nje- govci. Pa vzemimo si zdnj v misel tiste i'.ase, v ktrrih se je človek začel zbujati iz dolgega spanja dušIH'g-a , v kterihjc stopil rod človeški iz de- tinskih let, iz let golrga terpljenja k pcrvim posku šnjnm samostojnega djanja, Kamor je ohernil j oko, vse mu je bilo novo ; še le zdaj so mu reči, kterih se jc prej samo ogibal ali pa radoval" jele čudne prihajati, on ni več samo čutil, začel je tudi prašati, kaj? ;;CIIlI1? od- kod? - za čel je misliti. Znal je lahko žr napraviti mnrsiktero reč, ve- den je že bil v mnopotorem dolu, Jla koliko stvari se je oznanovalo posebno oč esu in ušesu njegovemn, ktcrih sam ni napraviti ne mogel ne vedel. Mnogo reči je vidil, ki so celo samostojne njemu naspro- tovalo, kakor je hil nasprotovanja žc navajen od svojih bratov člo­ veških in od različnih žival. Pa vendar so se kazale kvečemu mertve - tim vcč e čudo - kterim ni lahko moč delanja in djauja mogel prideliti. Bolj pa ko je hila reč čudua in prikazek nenavaden, holj je č l o v eka zmirom mikalo po rnzjasnjcuju, in znauo je, kako si jo pomagal. Mertvim rečem je dal žive podlage, vselil imenilnišlm pri- knzkom je pridal skrivne delavnike ; nekdo je megle po nehu podil, nekdo žc vodo iz skale lil, bila je cela natura polna delavnih duhov. Ila bi vse en sam napravljal , tega si je tako malo mogel misliti, kakor da bi vse se godilo od samega sebe po v e čnih neprerncnljivih posta- vah; preslab je bil, teg-a ali podohncgn zupopasti, Bile so pa č lov eku marsiktere reči v veliko korist, drngo v hudo škodo, nasel il je tedaj tudi svet z dobro tniki inškodovavci; duhovi so bili hudi in dobri . Dober je l iil duh, ki je dal teči studencu ves i:'as v eno mer, ki ga j e oskerl.ovnl 7. dohro in zdravo vodo : hud duh je bil, ki je valil valove v rrk i dore či, ki je dostikrat mu dal č u t i t i nevarn osti stra šne povodnje. Doher duh goa je hladil z vetrom ve černim, hud mu je z hurjo podiral drev esa, ktcre so IIll1 dajale živež, in stavbe, ktere si jo bil že napravil v varst vo sebe in svojih. Pa ne samo v tistih pcrvinskih časih, zmirom je bil č l o v ek pri volji, zemeljske reči in lirikami si razjusnovati z nadzemeljsk imi vzroki in vzručniki. Zmirom je č l ovek imel vero v tako skrivne duhove, ki so delali v naluri, in šo do ,Iana šlljt~ga dne so jih nismo znebili, samo da nosijo donos drugo imena in tla imajo zdaj druge lastnosti, kakor nekdaj. Ti skrivni duhovi so razli čne naturn e moči in skrivne materije, ki jih šc zmirom rabimo v razlag-o nnturnih dog-odb. Take moči so nategovavne in odbijnvno, ktcr e pridajmuo različnim telesom in njih delom; taka mOL. je životna, ktcri pravimo da veze razli čne mertve dele, ki jih jemlje človek, žival ali rastlina v se v nove živc susluve, taka je mo č plodivna in še v e č dru~ih . In k skrivnim ma- terijam moramo šteti tiste, klcre bi imelo hiti 11Il\ gorkota, mag-neli- 25 26 zorn, elektrika. Od nobene ne vemo ali je, ali ni, ali [o to ali je uno, pa vendar smo se doz-laj komaj dveh mogli znebiti. Imeli so pa učeni pred nami že več takih moči in materij in še bolj čud n ih in zavitih, o ktcrih niso imeli nohcnega znpopudka, tim več pa za nje besedi, ker te so Irilo zrnirom dober kup. Vendar veliku je razlika mcd lemi dnhovi naših vednosti in tisti- mi duhovi pervinskega (: IO VI : .~ t v a . Ti so hili žive osebe, nadarjene z samostojno voljo in z nekako dušno močjo in vlado nad čl o vekom, moči in materijo v naših vednostih so mertve in duhu našemu pod- 101.ne, zakaj merimo jih, preminjamo jih, zhujamo jih, akoravno še ne vseh, pa vendar jih je dosti, kar jih imamo v rokah. Kakor hrez ži\'ljenja, so tudi brez volje, one so in delajo po pravilih, kterih srno že dosti spoznali, po pravilih, ki niso sicer vstanovljene od nas, ampak ki jih nahajamo v nnturi, kter ih nam spreminjali ni mogoče ; vložene so v naturo od višje roke. Pa tudi toliko srn o spoznali, da se te pravila nikakor ne spreminjajo, da so lerdne in nepremakljive , da so postave. Kakor je omika rasla pri ljudeh, so zg-injali tudi lisli osehni du- hovi j člo vek se je vsIopil više nad naturo in odmikal ji je zmirom holj in !lolj samostojno, posamesno, dušno življenje, lako ži\'Ijenje namreč, kakor šno je č l o ve š k o . In tako hodejo tudi naše vednosti se zmirom holj in bolj o p rn ščevale tistih skrivnih moči in materij. Zdaj vsrh ovreči nam ni 1I1 0f!0(~ C, zakaj k premišljevanju in prr-iskavnnju potrebujemo zapnpadkov in besedi. Ker pa še gotovih nemarno, mora- mo bili zadovoljni z drugiml. Teh moramo toko ' dolg-o obrač ati , in od vseh krajev ogll'dovati, do se nam pokaže, kaj in koliko da jc v njih prave resnice, kaj in koliko pa samo domišljene. In ono pravo resnico hranimo, drul!0 domišljeno pa zapustimo. Tako postajajo zmirom red- kejši in redkejši tisti prikazki, ktori postavljnjo prciskavanju in pre- mišljevonju neogihljivc nnsprotke, kteri nas silijo jemali na pomoč no- vih vzrokov, novih moči , novih nalnrnih duhov. no celega se pa Ich duhov tudi nikdar ne horlcmn mogli zne- biti in nikoli nam ne hode mog-o če vseh razjasniti in razložiti: nekaj hode zmirom še ostalo, da ne homo vodili zaknj ? Saj več ne moremo in ne vemo tirjati od idealu naših vednosti, kakor to, (lo bi dnpeljalc vse dogodhe in prikazke do enega samrg-a vzroka, ali kakor pravimo, do pne same zadnje naturne postave, v kterej hi se ujemalo ali spopa- dalo celo djanje naturne. Teg-a zaonjPS!a vzroka, Ic naj višje postave, Jl a ne hode nikoli mogol:e razjasniti. Znknj k r azj asnj cnju hi potrebo- vali zopet drllgcg-a vzroka in druge postave, ki hi prejšnjo zader že- vala v sehi, prejšnja bi tedaj ne hila zadnja, ampak zadnja bi hiln ta nova, in ta hi zopet ne hila zadnja, 11 1\0 hi se dala razjusniti in tako gre naprej brez konca. Pri zadnjem stebru spoznanja, ako bi bil že ves terden in do celega g-olov, ho.lcmo ledaj samo mogli reč i, da je, IW pa ve č , zakaj je: ostal hode ia nas ncrazjasnjcnn naturnn resnica, in zadovoljiti se ima človek in veseliti se, liko bodo to, kar ima za resnico, v istini resnica, Ile pa samo domišljena. Naturoznanske poskušnje, (Spisal Dr. J. Stefan.) II. Nemška poslovica pravi: Kdor se z volkom združi, mora ž njim tuliti. Tej nasproti bi jaz postavil drugo, ako hi hila poslovica : Kdor mcd zajce gre, se mora ž njimi psa bati. Pa moji bravei, ki so ž~ tako dolgo čakali te drugo poskušnje , se znabiti že čudijo, kam bode lo šlo? Nikamor. Kar sem rekel, ni nobena nnturoznanska poskušn]a, Le lako iz vetra mi je prišla ona poslovica , ko sem segel po peresu. Kaj more človek, ki marsikaj premišljuje. za to ali uno misel, pridejo mu z vseh strani. Dobro so nektere , druge pa slabe. Pa ne te, ne uno ne smejo vse kar na jezik, manj šo na papir. Zakaj z jezikom moreš še uteči za zohe, s papirjem pa kam? Zalo sem ve- sel, da nisem v takej zadregi, da nimam takih misli, da ni treba černim duhovom bele obleke iskati, kar je ze marsikteremu mnogo truda prizadjnlot Pa druga stvar me tišči. Stojim pred vami znebiti s celim ko- šem nemškega znanja in s pestjo slovenskih besedi. Iz koša bi bilo lahko jemati, pa težko je vsakcj iz njega vzete] stvari najti priklad- nega oblačila v skcrčene] pesti. In nagih jih vendar ne morem poši- ljati v slovenski svet, Zakaj Slovenci so zdaj močno sramožljivi, in jczično nesramnosti jim bodejo soren slovničarske. Studijo se jim besede, kterih prosti krnet v domovini slovenskega duha ne nosi na jeziku zjutra in zveče ra. Jaz pa sem le malo imel priložnosti, pojiti so z duhom slovenskim. Na zdaj že večidel nemške] zemlji rojen, sem živel tudi zmirom na nernškej zemlji in nimam tedaj od dnmn nobeneg-a voditelja, ki bi mi pravil, kar jc slovensko, kar ne. Naj se tedaj vtolažijo tisti, kteri so bolj včdni v slovenske] pisavi, saj so Ic poskus- nje, kar pišem, to kaže naslov, Ali jih je pa treba ali ne, tega zdaj nočem prcsojevati , rajše začnem. - l\Jarsikteri imenitnih kemikov peča se zdaj s preiskavami o per- vinah ali elementih, iz kterih so sestavljene vse stvari na zemlji in kterih dalje razkrojiti v drug-e reči ni bilo šc mogoče. Odtod njih ime. (~esar pa zdaj iščejo učeni, je temu ramo nasproti. Dokazati se trudijo , da pervino t. j. tiste sIvari, ktere zdaj tako imenujemo, niso pervine , ampak sestavljene iz drugih stvari, iz kterih ali kakih, to se vč da dozdaj še ni znano. Pa razjasnilo se je že toliko krajin našega znanja, ki so bile dolgo vekov temne, zakaj tudi ne ta?- Zlnto, na priliko, je taka stvar, ktere v drug-lJ razkrojiti, ktere tedaj tudi iz drugih sestaviti nam ni mogoče. Imenujemo zlato znvoljo 27 28 teg:l pervino in ž:ll nam je tistih mož, .ki so pred slo in več leli erio svoje življenje zapravili z neštcvilnimi skušnjami in prcisknvami , kako bi se dalo zlato napraviti iz drugih holj cenih stvari. Bodojo se zd:lj kemiki zop et na tisto temno cesto podali, na kterej je šlo toliko dela, toliko mišljenja v zgllbo? Teg-a se ni treba bati. Zakaj vemo, ako bi danes kdo našel, kako se nareja zlato iz kakih drugih reči, da bi bilo še zmirom boljši kup, zlatt) v Kaliforniji kopnti , kakor ga v kemiški de- lavnici delali. Čudno se pa vendar znabiti marsiktcromn zdi, da se zdaj pre- mišljuje zopet o rečeh, kterim se je on sam že smejal, ko je pervič kemije se nčll, In vendar je tako. Kaže se, kakor da hi na svetu vse šlo v kolesu, - konec je začetek. Tje silijo namero naturo- znanskega prcmišljcvan]a , od kodar je to prnmišljevanje se začelo. Ako mi dovolite, kratko porečem: Z dovodom vsega, kar je, do enega se bode končalo, - tak je ideal - z izvodom vsega iz enega se je začelo, In v tem se rnzlnčuje začetek OlI konca, ako hi se ravno oba, kakor v kolesu stikala. Pa temne so nekterim mojih hrav- cov te besede; jih razjasniti, naj poskusim. Začetek našega znanja moremo iskali v starej gerškrj zemlji, kakor začetek naše vere vtistej blagej deželi, ki je bila polna mleka in sladkega medii, zdaj pa, rodivši naj lepši cvet, zakriva se pod plnščorn nerodovitnega karnnja. Prej že in lutli pozneje oti Grckov so dl'llgi narodi bili vodni v mnogih rcčch , tudi Greld niso hili brez učiteljev , pa oni so bili naši, zntc\ moramo začeli pri njih. Ako so po- vesti resnične, je mcd Greki Thalcs pervi premišljeval o naturi , on je pervi , od kterega vemo, kako si je odgovoril. Fčil se je v Eg-iptll, in kedar bode zgodovina le deželo bolj odkrita, hodemo znahiti tudi zvedeli, od koga da je on dohil pOlIlago k svojemu premišljevanju. Pa mar je kaj na tem, da vemo ime, ali da ga ne vemo? ČIldni srno, da toliko cenimo imena, kakor da hi bile obrazi dušnih lastnosti. Ne imenu tega ali unega moža, ki je hil luč človeštvu, gr(' čast in slava, ne imenu, ampak glavi, in kcdnr ta iz sveta gre, prevzame celo čast in slavo zemlja, ki je rodila tega moža, narod, kteri ga je štel mcd svojimi sinovi in kteri trn hode štel na veke. Kdor pa takih imenitnih se odtegne svojemu narodu in pridruži tujemu , la ukrade slavo tistemu, ki je sam imel prnvico , jo podedovati. Premišljeval je pa Thales tako: Bila je voda, zgoščeva!a se je in postala je zcmljn , postalo je knmenjc , postalo je vse, terdo in mehko, vse, kar se v kupo dcrži, Voela se je pn tudl stanjšovaln in postal JI' zrak in vse zraku podobno reči. - V jeziku današnje vPll- nosti bi se to djalo znahiti takri : Vse reči so sestavljene jz ene same pcrvlne , razločujejo se mcd seho] Ic v tem, da je v enacih prostor- nih delih ene stvari več, v llrugej mnnj od to pervino. Po množici tIJ pervine v enakih prostorih ravnajo se razne lastnosti raznih teles . In ako hi hilo res, ela so vse . stvari le iz one pervino , da je ta v raz l i č nih stvnrih samo bol] tanka ali gosta, holj razprta oli mo čneje stisnjena , mngo(~c hi moralo hiti iz cuc stvari napravljali vse drug-o, saj bi ne bilo treba rlruzcga, kakor to stvar razte govati liii stiskali. Iz kamnja pa ne postane kruh in iz Kače ne postane riba. Taka pa tudi ni bila misel Thalesnvn, laka tudi ni misel našo, kcdar pra- vimo, da iz ravno listih porvin, iz kterih so sestavljeno rnstljinc, so so- s tnvjcno tudi telesa živlI]slw. Vsak ve , kaj lo pnmonjn , in flO tem naj tudi meri Thnlosnvo misel. - Znuhiti da je vam žr dosti jasno, knj sem rekel z besedami: Z izvodom vsega iz p.1H'g-a so je zač elo prumišljovnnjc nnturoznansko j S čim se bode kon č a l o , drugokr nt. Toda novega nadaljevanja ni bilo . Drugi del Poskušenj leta 1859 je bil zadnji Stefanov objavljeni sestavek v slovenščini. Kaj je mislil Stefan s pregovoroma o volkovih in zajcih, ni mogoče na- tančno reči. P. Grošelj domneva, da ponazarjajo volkovi oblastne slovničarje, zajci pa pisatelje, in pravi, da Stefana ni bilo "več med zajci, volkovi pa so ostali " . Pri roki je takale razlaga: Stefan očita slovenskim literatom, da ne upo- števajo dovolj izročila in predvsem F. Prešerna. Levstik se čuti prizadetega. Zahtevi, da potrebujejo Slovenci tudi poljudnoznanstveno branje, postavi nasproti zahtevo , da jih je treba prej z man j zahtevnimi besedili sploh pritegnit i k branju. Stefan si misli, da letijo te pripombe nanj, se užaljen umakne in pre- neha pisati v slovenščini. Če nekateri naši Stefanovi življenjep isci niso tako mislili, so vsaj ustvarili tak vtis. Vendar je razlaga najbrž preveč poenostavljena. Čeprav je bil Stefan zelo delaven, mu je potem, ko je začel leta 1858 na vso moč raziskovalno delati (glej sI. 9) , zmanjkovalo časa. Tedaj mu je bila prva skrb stalno mesto na fizi- kalnem inštitutu. Najbrž ni brez pomena, da je življenje v Ljubljani tedaj teklo že nekoliko drugače kot v Celovcu in da se je počutil osamljenega. Zaradi veli- kih zahtev do samega sebe je misl il, da s svojim jezikovnim znanjem ne bo kos nalogi, o kateri je razmišljal. To je morda prispevalo k temu, da se je dal zajeti raziskovalnemu delu. Ko se je ves posvetil temu delu in dobil sta lno mesto, pa seveda ni mogel nazaj . Če je gojil Stefan kako zamere - nekateri razberejo to iz pregovora o zajcih, jo je gojil neupravičeno. Tudi če je bil Levstik zajedljiv, bi Stefan lahko še vedno poskušal uveljaviti svoje stališče z argumenti. Spoznal bi, da njegovo jezikovno znanje zadostuje in bi morda dopovedal Levst iku, da je mogoče tudi s premišljenim poljudnoznanstvenim pisanjem vzbujati veselje do branja. Na drugi strani pa bi bila zamera na strani ljubljanskih literarnih veljakov, 29 če bi jo gojili, še bolj neumestna . Nekateri mislijo namreč, da so ti zameri li Stefanu, ker je prenehal pisati v slovenščini in so ga zato odpisali. To ne bo držalo. Najbrž je prišlo do izraza le njihova ozkost, saj je segalo nj ihovo zani- manje le do mej slovenskega narodnostnega ozemlja. Pri tem ne smemo zgubit i občutka za prava razmerja . Čeprav je na primer F. Levstik zelo pomemben za Slovence, je bil zunaj slovenskega narod nostnega ozemlja komaj znan. Na drugi strani pa je bil Stefan v prestolnici , na Dunaju, poleg M ik loš iča eden najugle- dnejših univerzitetnih profesorjev in po vsem svetu znan f izik . Težko si je predstavlj ati, da bi sodeloval v prov incia lnih razpravah ali celo razprt ijah v s love nšč i ni. Slovenci imamo mnogo pesnikov in pisa- t eljev, a t rezno m isleč ih lju d i le malo . N ič ne pomaga. Vsak narod vedno višje ceni pesni ke in umetn ike kako r vse druge du ševne delavce. Masa j e vedno bo lje poznala kakšnega Leonarda kot Newt ona, občudo­ vala bolj Goetheja kakor Kanta in izkazovala več hvaležnosti kak šnemu Beeth ovnu kakor Kochu oo . Pesnik in umetnik sta znala ubrati in izvabiti iz strun na harfi svoje genialn e du- ševnost i t isti čudovito bajni akord, k i v milijonskem odmevu odj ekn e v srcih mase, se prelije v njo in se stop i z njeno dušo . Narod jih do jame in razume. M islec, znanstvenik pa se je odtrgal od mase kakor komet , dv ign il se je v genialnem po let u v kristalne višine, zapr l se v labirint svojih nemirnih misli, prodrl v tajne večno snujoče narave, ... Tudi Jožefu Stefanu usoda znanstven ikov ni pr izanesla. Sloven ci , rodn i bratje , so mu ob smrti zamerili , da je pustil pota slovenskega Parnasa in se posvet il koz mopolitsk i zna- nosti. Pozneje so ga pozabili in danes jih ni veliko, k i ga poznajo bolje kako r kakšnega ind ijskega kneza, malo ji h je, k i poznajo njegovo življenje in delo , in prav borna pešč ica j e t ist ih izb ranih, k i ga tud i res razumejo, k i vedo , kaj pomeni in odtehta njegovo ime na fizik alni teh tnici znanstvenih raziskav. Nepodpisani osnutek za prispevek ob sto- letnici Stefanovega rojstva. V končn i inačici sta odstavka spuščena. Ti pkopis hrani knj ižnica oddelka za fiziko Fakultet e za naravoslovje in tehnologijo. 30 DOSEŽKI V FIZIKI Uvod Jožef Stefan je raziskovalno delal v vseh vejah tedanje fizike in je v vseh dosege l pomembne uspehe s tedanjega gledišča. Rezultate svojega raziskovalnega dela je objavil v nekaj manj kot osemdesetih razpravah, večinoma v Poročilih dunajske Akademije znanosti. Če bi posvetili vsaki izmed njih samo stran ali dve, na katerih bi orisali samo njen namen in rezultate, bi nastala knjiga . Vse Stefanove razprave so napisane v nemščini. Zanimivo pa je, da je Stefan začel pisati v nemščini pozneje kot v slovenščini . Prvi nemški prispevek je bil zapis o poljedelski in gozdarski razstavi leta 1857 v celovški Klagenfurter Zeitung. Istega leta sta izšli njegovi prvi fizikalni razpravi. Za tale zapis smo od razprav izbrali le tiste, ki vsebujejo z današnjega gle- dišča najpomembnejše novosti. To ni bilo težko. Treba je bilo le pregledati, v o.... ~ ca C Qj 5"'o .c c ol :; ca :c o .s 's ol.... «o Slika 9. Porazdelitev Stefanovih znanstvenih razprav po času, črtkano so zaznamovana poročila ob elektrotehniški razstavi. Risba odraža Stefanovo delavnost. od razprav jih 12 sodi v mehaniko in hidrodinamiko, 7 v akustiko, 25 v termodinamiko skinetično teorijo plinov, 12 v optiko in 20 + 6 v elektriko in magnetizem in v elektrotehniko. 31 katerih zvezah se v današnjih učbenikih in priročnikih pojavlja Stefanovo ime . Na prvem mestu je Stefanov zakon o sevanju, edini zakon narave, imenovan po kakem Slovencu. Sledi toplotna prevodnost plinov, ki jo je Stefan prvi izme ril. Na kratko omenimo difuzijo , ki je Stefana pripeljala do proučevanja izhlapeva- nja in do pomembnega rezultata za meteorologijo . Temu je treba dodati še oris Stefanovega dela v elektriki in magnetizmu. Med naštetim ni razprav iz optika in akustike, čeprav sta mu bili ti veji posebno pri srcu in je v njiju zelo rad delal poskuse . Za razpravo iz optike je dobil Liebenovo nagrado . Vendar se večkrat primeri, da imamo pozneje ljudje na opravljeno delo drugačen pogled kot tisti , ki je delo opravil , ali njegovi so- dobniki. Dandanes so posamezne veje fizike veliko bolj ločene, kot so bile v Ste- fanovem času . Poleg tega danes delimo fizike v vsaki veji na teoretike in eksperimentalce. Prvi predvsem ustvarjajo in obdelujejo teorije, z njimi računa­ jo in jih preverjajo. Drugi pa predvsem gradijo poskusne in me rilne naprave in z njimi merijo . Nekdaj so se fiziki ukvarjali z obojim. Samo malo pretiravamo, če trdimo, da je bil Stefan eden izmed zadnjih fizikov te vrste. Do zakona o sevanju je prišel z računskim obdelovanjem tujih merjenj, torej kot teoretik. Toplotno prevodnost je izmeril - kot eksperimentalec. Pri izhlapevanju pa je meril in računal. Toplotna prevodnost plinov Lotimo se načrta , ki smo si ga naredili . Začnimo z merjenjem toplotne pre- vodnosti plinov. Najprej poskusimo na kratko orisati, kako se je razvijalo ra- ziskovanje prehajanja toplote s telesa na telo. Pri tem se splača pogledati na razvoj nekoliko širše, ker nam bo to prišlo prav pri razglabljanju o zakonu o sevanju . Toplota prehaja sama od sebe s telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo. V ravnovesnem stanju, ko imajo vsa opazovana telesa isto temperaturo , ne pride do prehajanja toplote. Pri prehajanju toplote imamo torej opraviti z ne- ravnovesnim stanjem. Dandanes merijo navadno v razmerah, ki se ne spre- minjajo s časom. Prvo telo ima višjo temperaturo, drugo pa nižjo in ti tempe- raturi se ne spreminjata s časom . Prvo telo odda vsako sekundo določeno toploto in drugo telo to toploto prejme . S prvega telesa preide v sekundi na drugo telo določena toplota, pravimo, da oddaja prvo telo konstanten toplotni tok in ga drugo telo prejema. Nekdaj so težko vzdrževali razmere, ki se s časom niso spreminjale, in so 32 merili drugače. Telo so segreli ali ohladili in opazovali, kako hitro se je spre- minjala njegova temperatura, ko je toploto oddajalo telesu v okolici ali jo od njega prejemalo . Merili so torej hitrost ohlajanja ali segrevanja, kakor so imeno- vali kvocient spremembe temperature, deljene s časom, v katerem so izmerili to spremembo . Iz podatkov pri takem merjenju je mogoče izračunati, koliko toplote odda ali prejme telo, ki ima višjo ali nižjo temperaturo od okolice. Pri tem moramo poznati toplotno kapaciteto telesa , ki pove, kolikšno toploto mu moramo dovesti, da se segreje za eno stopinjo. Na začetku 18. stoletja so se začeli fiziki podrobneje zanimati, kako hit ro se ohlajajo segreta telesa in od česa je to odvisno . Kot kaže, je pobuda izšla od Isaaca Newtona, ki je leta 1701 opazoval, kako se ohlaja segret kos železa, in postavil svoj zakon o ohlajanju, Po tem zakonu se temperatura telesa ekspo- nentno bliža temperaturi okolice. Vzemimo, da deset minut po začetku mer - jenja pade razlika temperature telesa in temperature okolice na polovico za- četne vrednosti. Po nadaljnjih desetih minutah pade zopet na polovico, se pravi, po dvajsetih minutah na četrtino začetne vrednosti. PO tridesetih minu- tah pade na osmino začetne vrednosti itd. Danes vemo, da velja Newtonov zakon o ohlajanju samo v posebnih okoliščinah: hitrost ohlajanja mora biti sorazmerna s temperaturno razliko telesa in okolice. Newton je meril temperaturo s termometrom na laneno olje in jo je s svo- jim zakonom pravzaprav definiral. V tistih časih so imeli fiziki še težave z merjenjem temperature in si je vsak sam izbral svoj termometer in tempera- turno lestvico. Že na začetku 17. stoletja je sicer prišel Galileo Galilei do pre- pričanja , da je "mraz pomanjkanje toplote" in je' s tem izpodrinil Aristotelovo mnenje, da sta "mraz in toplota dve različni lastnosti telesa". Galilejev i učenci in nasledniki so izdelali prve termometre na alkohol, ki niso bili odvisni od zu- nanjega zračnega tlaka. Leta 1714 je Daniel Fahrenheit izdelal uporaben ter- mometer na živo srebro in v letih 1742 in 1743 je Andres Celsius uvedel temperaturno lestvico, ki jo uporabljamo še danes: 0° C ustreza tališču ledu in 100° C vrelišču vode pri navadnem zračnem tlaku. V Newtonovih časih je bilo še nekaj zadrege z ločevanjem temperature in toplote. Prvi je pojma dosledno ločeval Joseph Black (1728 - 1799). Ne smemo narediti napake in si misliti, da so nekdaj vsi fiziki takoj sprejeli kako novost, na primer novo temperaturno lestvico ali jasno definicijo toplote. Znanstveni tisk še ni bil razvit in ni bilo mednarodnih sestankov, na katerih si fiziki izmenjujejo mišljenja. Razdalje in državne meje so ovirale širjenje novih dognanj mnogo bolj kot danes. Včasih je trajalo precej časa, preden se je uvelja- vilo kako spoznanje. Ob koncu 18. stoletja pa so bili fiziki, ki so raziskovali segrevanje in ohla- 33 janje teles, pripravljeni na naslednji korak. Pierre Prevost je leta 1791 izrekel misel, da je pri ohlajanju telesa treba upoštevati razliko dveh toplotnih tokov: toplotnega toka s segretega telesa, ki je odvisen samo od temperature telesa, in toplotnega toka na segreto telo, ki je odvisen samo od temperature okolice. Razlika je enaka nič, če imata opazovano telo in telo v okolici enako tempe- raturo, če sta torej v toplotnem ravnovesju. Že prej so si prizadevali ločiti različne načine prehajanja toplote. Na za- nižja temperatura višja temperatura nižja temperatura - - - "'klo--J~\l~-- ,,1,," - ci_ prevajanje toplote ~d\i prevajanje toplote al temperatura razdalja Ai==== T2 T1===~----------7------- bl x steklena volna T1 @s palica T2 34 hladnejše telo pri konstantni temperaturi toplejše telo pr i konstantni temperaturi četku 19. stoletja je znanje toliko napredovalo, da je bilo to mogoče storiti. John Leslie je bil leta 1819 med prvimi, ki so ločeva l i t ri nači ne . Ti so: pre- vajanje po mirujoč i snovi, konvekcija s tokom plina ali kapljevine in sevanje po praznem prostoru ali prozorni snovi. Kot zgled za prevajanje omenimo prehajanje top lote skozi stene hiš. Zgled za konvekcijo imamo pri grelcu cent ralne kurjave, najp rej, ker prinašatoploto voda z višjo temperaturo, in potem , ker jo odnaša dvigajoči se zrak. Zr ak se ob grelcu segreje, se razši ri in se zaradi zmanjšane gostote dvigne . Kot zgled za sevanje omenimo tako imenovani infrardeči grelec, ki žari in šir i pri jetno to - ploto , čeprav so stene prostora in zrak v njem hladne . Sevedapa nasgreje samo na strani , s katero smo obrnjeni pro ti grelcu. Prevajanje top lote v plinu ni lahko meriti, saj mora plin mirovat i, se pravi, da se ne sme segreti pli n dvigati in hladni spuščati. Morda je zato večina f izikov do lgo časa misli la, da zrak in drugi plin i ne morejo prevajati toplote. Šele leta 1860 je Heinrich Magnus neizpodbitno ugotovil, da vodik prevaja toploto . Ni pa mogel izmerit i njegove toplotne prevodnosti, količine, ki pove, kako močno prevaja. Tu kaj vrinimo še eno opombo. Ne smemo misli t i, da so Newton, Prevost in Leslie popolnoma sami odkrili omenjene novosti . Skoraj brez izjeme so obsto- Slika 10. Prevajanje toplote . Na stekleno in železno palico natalimo voš čene kap lj ice in palici segrevamo na enem krajišču s pl inskim gorilnikom. Temperatura pal ice narašča od segretega krajišča proti drugemu krajišču. Pri železu narašča precej hitreje kot pri steklu , kar vidimo po tem, da voščene kapljice z železa hitreje odpadejo . Toplota se s k raj a z višjo temperaturo širi na kraj z nižjo s prevajanjem. Železo je boljši prevodnik kot steklo. Baker je bo ljši p revod ni k kot železo , zrak pa slabši kot steklo (al. Zakon o prevajanju toplote in toplotna prevodnost. V razme rah, ki se s časom ne sp rem inj ajo, narašča temperatura palice med hladnejšim in toplejšim telesom. Toplejše te- lo, na primer vrela voda, p ri T. odda v času t toploto O, h ladno telo, na primer taleči se sneg, pa je pri TI toliko prejme. Toplotni tok a lt poganja temperaturna razlika T. - TI' Toplotni tok je sorazmeren s presekom palica S: če postavimo namreč dve enaki palici drugo ob drugo, poganja nespremenjena temperaturna razlika dvojni toplotni tok. To- plotn i tok je obratn o sorazme ren z do lž ino palice x: če postavimo namreč dve enak i palici drugo za drugo, poganja nesp remenjena tempe raturna razlika p olov i čni toplotni tok, saj je zd aj na stiku palic srednja temperatura ~ (T. + TI l . Tako pr idemo d o zakona o preva- janju toplote: a lt = "A S (T. -TI) /x T op lo t ni tok je sorazmeren s temperaturno razli ko , sorazmeren s presekom pali ce S in obratno sorazmeren z njeno dol žino x . Medtem ko S in x določata geomet rij ske lastnosti . palice, določa toplotna prevodnost "A, kako dobro prev aja snov toploto (b) . 35 jecernu znanju le dodali nekaj novega znanja. Zato, ker je bil dodatek po- memben za poznejši razvoj, omenjamo samo njihova imena, njihovih predhod- nikov pa ne. Tako le-tem delamo krivico, vendar se moramo pač zavedati, da je naš prostor omejen. Tudi debele zgodovine fizike ne morejo navesti vseh fizikov in tako manj pomembni tonejo v pozabo . Sredi 19. stoletja se je razvila kinetična teorija plinov, v kateri obravnava- mo plin kot množico molekul. Molekule se neurejeno gibljejo in trkajo med seboj in s steno posode. Ta teorija je povečala zanimanja za prevajanje toplo- te v plinih. Prevajanje plinov je v okviru kinetične teorije prvi obdelal James Clerk Maxwell, eden izmed očetov teorije, leta 1859. Med drugim je napovedal, - t o .::L. Q) >c o .::L. Q).:Q ,,,, ._ - - - - - a. I o I.... ca ~ o > .::L. o.... I I I ! ~ i "mp,,,~~~: ~~'------ ---- -------------'--:e~~~:atura Slika 11. Konvekcija toplote. Vodo v sklenjeni stekleni cevi segrevamo s plinskim goril- nikom na spodnji strani. Segreta voda se razširi, postane redkejša in se dvigne, nato se oh ladi, skrči in spust i na drugi stran i. Nastali krožni tok vode opazujemo tako, da damo v vodo nekaj žagovine. Tok vode prenaša toploto s kraja z višjo temperaturo na kraj z nižjo s konvekcijo. Če želimo opazovati prevajanje toplote na primer v zraku , moramo segrevati vodoravno plast zraka na zgornji meji, tako da je zgoraj redkejš i toplejši zrak, spodaj pa ostane gostejši hladnejši. V tem primeru ali če je plast zraka dovolj tanka, ne pride do prehajanja toplote s konvekcijo . 36 da toplotna prevodnost plina ni odvisna od tlaka. Vendar ni verjel, da bo mo- goče toplotno prevodnost plinov neposredno izmeriti. Maxwellovo delo je na- daljeval Rudolf Clausius. ----- - nižja temperatura Slika 12 . Prehajanje toplote s sevanjem. Na sončen zimski dan damo sneg v plitvo poso- dico, ga posujemo s sajami in postavimo na sonce . Sneg se začen taliti, četudi ima zrak nižjo temperaturo kot 0° C. Toploto prenaša s Sonca po praznem prostoru in po zraku sevanje (elektromagnetno valovanje). Za kinetično teorijo plinov se je začel zanimati tudi JožefStefan. Teorija je bila tedaj ena najimenitnejših in Maxwellova dognanja so zbujala splošno pozornost. Prvo razpravo iz kinetične teorije je Stefan objavil leta 1863. Dve leti pozneje sta ji sledili razpravi o prehajanju toplote. Leta 1872 in leta 1875 pa je že poročalo merjenju toplotne prevodnosti plinov. V prvi razpravi (Raziskovanje o prevajanju toplote v plinih) je Stefan opi- sai merjenje toplotne prevodnosti plinov. Kot smo že omenili, pri tem ni ra- čunal in ni neposredno rabil kinetične teorije. Zaradi nje je bilo le vprašanje toliko bolj zanimivo in Stefan je potrdil Maxwellovo napoved iz te teorije. Pri tem je bila Stefanova pot do uspeha tlakovana z neuspehi. Težave , ki jih je treba premagati pri merjenju toplotne prevodnosti kapljev in, se po- javijo pri plinih v še večji meri. Zaradi majhne toplotne kapacitete plinov postane vpliv sten in vstavljenega termometra tako ogromen, da iskana količina izgine v primeri z motnjami. ... Različne poskuse , ki sem jih naredil, je mogoče razdeliti na dve vrsti. Pri prvi vrsti 37 181 dem LXV. Bande der Sitzh. de r LAkad: der Wislensch, II ..\blh. Fthr.·Htft. Jahrg. 187t. (a) Untcrsuchungcn liber die Warmeleitul1g in Gascn. Erste Abhandlung. Von J. Stefan , rt'i,.ltli('!aeFn .1r;,gli eJ e der kai.erliclum A kademie d er friU!7Urha/u,. . (Vorgelegl ln der SlIlung am 22. Februar 1872 .) Durch die dynamische Thcoric der Gase wurde zuerst der Drnck erklart als Effect dcl' Stčsse der rasch bewegten Molecule. Aus der bekannten Grosse des Druckes und der Dichte hat Olau s i u s eine der Constanten, welche die Natur jedes Gases charakterisiren, bestimmt, namlich die Geschwindigk eit der pro- gresaiven Bewcgung der Gasmolecule. Durch dieselbe Thcorie ist von Max w c II das Wescn der inneren Rcibung in Gasen erklart worden als Effect des Aus- \Au8ches der Gcschwindigkeitcn zwischen den in verschiedenen Schichten vetschieden schnelI bewcgtcn Molccnlen. Aus den durch die Ausflnsaversuchc von Grabam , durch die Schwin- gungsversuche von O. L. ~f ey e r und ?Ir a x well gegebenen Werthen der inneren Reibung konnte Max w ell eine zweite, die Natnr der Gase bestimmende Constante ableiten, namlich die AnzahI der Zusammenstosse, welche zwischen den Moleculen eines Gases in der Zeiteinheit stattfinden, oder die mitt1ere Lange del! Wcgell, den ein Molecltl VOli r inem bis zum naehsten Zusarn- menstosse macht. Slika 13. Stefanove glavne razprave : Raziskovanja prevajanja toplote v plinih, prva Ia) in druga (b) razprava, Poskusi o izhlapevanju Ic) in O odnosu med toplotnim sevanjem in temperaturo (dl. Vse te in večina drugih Stefanovih razprav so izšle v Poročilih z zase- danj Akademije znanosti na Dunaju. 38 Ans dem LXXII. Bandeder Silzb. der k. Akad. der Wi mnsrh. II. AMh. Juni.-Ren. Jahrg. IS;i (b) Untersuchungeu Uber e G s r E D Slika 14. Stefanov diaterrnorneter, s kate- rim je izmeril toplotno prevodnost plinov. Vidimo notranjo in zunanjo valjasto poso- dico v preseku , Med njima je enakomerno debela plast plina, skozi katero prehaja toplota sprevajanjem. Živosrebrni mano- meter meri preko tlaka temperaturo zraka v notranji posodici. Diatermometer damo v mešanico snega in vode in opazujemo spreminjanje tlaka. IJ B N J c 43 Stefan je meril pozimi. Tedaj še ni bilo hladilnikov. Led je bilo mogoče do- biti edino iz ledenic, kamor so ga shranili pozimi, ko so ga narezali na ribnikih. Očitno je bilo najpreprosteje meriti pozimi. Tako so delali tudi drugi. Antoine-Laurent Lavoisier in Pierre-Simon Laplace se na primer pritožujeta nad milo zimo 1782/83, zaradi katere nista mogla narediti vseh načrtovanih merjenj s pravkar odkritim lednim kalorimetrom. Pri diatermometru je hitrost ohlajanja sorazmerna z razliko med tempe- raturo notranje in zunanje posod ice. Zato velja Newtonov zakon in se tempe- ratura notranje posodice eksponentno bliža temperaturi okolice 0° C. Stefanu ni bilo treba neposredno meriti časovnega poteka temperature. Dovolj je bilo, da je z manometrom zasledoval časovni potek tlaka. Tlak plina višinska razlika gladin čas višinska razlika po zelo dolgem času ; 180 sekund12060o O 10 20 30 mm Slika 15. Tako se je spreminjal tlak pri enem izmed številnih Stefanovih poskusov z diater- mometrom. Na navpično os je nanesena višinska razlika gladin živega srebra v krakih ma- nometra, na vodoravno pa čas. Višinska razlika, torej tlačna in z njo temperaturna razlika, se spreminja po Newtonovem zakonu o ohlajanju : tltlh temperaturna razlika = začetna temperaturna razlika/2 Čas t I /2' v katerem pade razlika na polovico, meri okoli 90 sekund . Z njim izračunamo toplotno prevodnost plina takole: A = In2.mcxlSt1/2 In2 = 0,69 je naravni logaritem 2, m masa notranje posodice, c njena specifična toplota, torej mc toplotna kapaciteta, x debelina špranje in S površina notranje posodice brez zgornje osnovne ploskve. 44 je namreč v preprosti zvezi z njegovo temperaturo : razlika tlakov je kar so- razmerna z razliko temp eratur. Tlačna razlika pa je kar sorazmerna z višinsko razliko gladin v obeh krakih manometra. Stefan je začel opazovati razliko gla- din 3 sekunde po tem , ko je vtaknil diatermometer v mešanico vode in snega. Zapisal si je čas, ko se je vsakokrat razlika gladin povečala za 5 milimetrov (slika 151. Naposled je razliko gladin še tako prera čunal, da je bila na koncu poskusa po dovolj dolgem času, ko se ni več sprem injala, enaka nič. Iz podatka o tem, kako hitro se temperatura notranje posodice bliža temperaturi zun anje, je mogoče izračunati toplotno prevodnost zraka v špra nji med obema posodicama. Poznati je treba še širino špranje in površino posodice ter toplotno kapaciteto notranje posod ice, ki je ni težko dob iti kot produkt njene mase in specifične toplote bakra ali medenine. Stefan je poskus z zrakom večkrat ponovil. Za toplotno prevodnost zraka (pri 0° CI je dobil v današnjih enotah 0,0234 W/Km (watt na kelvin meter). Če upoštevamo, da je današnja vrednost 0,0241 W/Km, vidimo , da je meril zelo natančno. Že tedaj je na hitro izmeril tudi toplotno prevodnost vodika. V ta namen je posod ici opremil z dvema pipama, skozi kateri je uvede l v špranjo vodik . Pregledn ica kaže, kako nenavadno natančno je meril Stefan; poznejši eksperimentatorj i precej časa niso dosegli njegove natančnosti. Leto 1872 18 75 1888 1891 1900 1911 1917 1927 1934 1934 danes Eksperimentator Stefan Winke lmann Graetz Winke lmann Eckerlein Eucken Weber Hercus,- Laby Dickins Kannulu ik,- Martin Toplotna prevodnost vod ika pr i temperaturi 0° C 0,188 W/ Km 0,139 0,134 0, 160 0,133 0,140 0,174 0,170 0,175 0, 173 0, 168 Špranja v diatermometru je bila tako ozka , da ni prišlo do upoštevanja vrednega toka plina in ni motila konvekcija. Temperaturna razlika je bila tako majhna, da tudi sevanje ni motilo . O tem se je Stefan neposredno prepričal. Poskus je ponovil, ko je notranjost zunanje posodice in zunanjost notranje posodice prevlekel s črnim tušem. To ni vplivalo na hitrost ohlajanja. Ker tuš vpliva na izdatnost sevanja, je bilo mogoče iz tega sklepati, da sevanja sploh ni treba upoštevati. 45 Stefan je pri posebnem poskusu na špranjo prik ljuči l še velik manomete r z gibljivim krakom. Ta krak je močno spust il , t ako da seje zrač ni tlak v špranj i znižal pr ibližno na polovico navadnega zrač nega t laka. Medtem ko meri na- vadni zračni tlak oko li 1 bar, je bil t lak v špranj i samo 0,56 bara. Tu di ta spre- memba ni vplivala na hitrost ohlajanja. Po tem je Stefan ugotovil, da top lotna prevodnost zraka - in drugih plinov - ni odvisna od t laka ali od gosto te . S tem je potrdil napoved k i net ič ne teorije plinov, ki se je marsikomu zdela nena- vadna. Pričakovali bi pač, da bolj razred č en plin slabše prevaja kot gostejši. Stefan je po letu 1872 nadaljeval merjenja z diatermometrom. Predvsem je primerjal med seboj toplotne prevodnosti različnih plinov. Leta 1875 je objavil daljšo razpravo Raziskovanja toplotnega prevajanja plinov. Druga razprava: relativne določitve toplotne prevodnosti različnih plinov. V njej je poročal o poskusih z ogljikovim dioksidom (C02 1. s kisikom (02 1. z oglj iko - vim monoksidom (COl. metanom (CH4 1. didušikovim oksidom (N20) , vodi- kom (H 2 ) in zrakom. Z vsakim od njih je večkrat ponovil poskus z diatermo- met rom. Naposled je sestavil preglednico razmerij toplotne prevodnosti pl ina in zraka. Plin Stefan Narr Magnus Kundt - Warburg 1875 1870 1875 ogljikov dioksid 0,64 0,81 0,82 0,60 didušikovoksid 0,66 ogljikov monoksid 0,98 zrak 1,00 1,00 1,00 kisik 1,02 metan 1,37 vod ik 6,72 5,51 3,50 7,30 Stefanovi preglednici smo dodal i nekaj podatkov drugih eksperimentatorjev. Tudi ti so bili precej manj natančni od Stefanovih . 46 Zakon o sevanju K Stefanov im razpravam o difuzij i v plinih in izhlapevanju se bo mo na kratko vrnili pozneje. Zdaj preskočimo k njegovemu glavnemu del u - zako nu o se- vanju. Ta se namreč neposredno navezuje na merj enje toplotne prevodnost i plinov. Stefan se je s sevanjem srečal pred leto m 1872, če ne že prej. ko je ugotovil, da je mogoče v diatermometru prispevek sevanj a k prehajanju toplo- te zanemariti. Najbrž je bilo odločilno , da se je med merjenjem toplotne p re- vodnosti zraka posebej prepričaloMaxwellovinapovedi, da prevodnost plina ni odvisna od njegovega tlaka . To ga je utrdilo v prepričanju , da je do tedaj veljavni zakon o sevanju napačen. Ta zakon sta že leta 1817 postavila Pierre Louis Dulong in Alexis T herese Pet it . Pr inesel jima je nagrado francoske Akademije znanosti in so ga tedaj splošno priznaval i. Do njega sta prišla z merjenji. Veliko okroglo bučko živosre- brnega te rmo metra s premerom 3 centimetre sta segrela največ do temperature 280° C in jo postavila na sredo večje okrogle posode. Temperaturo te posode sta držala konstantno 0° C ali 20° C. Iz izmerjene hitrosti ohlajan ja termo- metra sta izluščila p rispevek sevanja in ga zapisala s preprosto enačbo. Dulong in Petit sta zakon zapisala takole: hitrost ohlajanja = konstanta.(1,0077 T - 1,0077 To) T je Celzijeva temperatura bučke in To Celzijeva temperatura velike posode, to je okolice. Konstanta je odvisna od geometrijskih razmer ter hrapavost i in barve površja bučke in velike posode. Danes bi zakon zapisali drugač e, prvi člen v oklepaju ,denimo, kot 2 TIT, . Temperatura T, =90· C bi povedala, da se sevanje podvoji, če naraste temperatura sevaica za okoli 90° C. Dulong in Pet it sta med merjenjem iz velike krog le izsesala zra k, da b i toplota ne prehajala z bučke na vel iko posodo s konvekcijo in sprevajanjem . Trdila sta, da so bile pri tlaku okol i 3 tisočin bara razm ere take, kot da v posodi ne bi bilo zraka. Poslej sta živela v veri, da je pri tem tlaku prispevek konvekcije in prevajanja zanemarljiv v primeri s sevan jem. Zares sta se izognila konvekciji, ki pojema spojemajočim tlakom , ag lede prevajanja st a se moti la. Pač nista vedela za poznejšo napoved kinetične teori- je plinov, da je prevajanje neodv isno od tlaka. Stefan, ki jo je potrdil z me rje- njem, pa je seveda vedel , da sta Dulong in Petit merila pr ispevek sevanja in prevajanja in je zato njun zakon napačen. Najbrž je po takem premisleku sam poskusil najti boljši zakon za sevanje. 47 Verjetno ni noben nauk v fiziki povzročil tako resne zablode kot tisti , ki sta ga za- govarjala Dulong in Petit. Njun nauk o prehajanju toplote je zavrl napredek vseh vej znanja, povezanih s sevaino toploto. J . Ericsson, Contributions to the centennial exhibition, New York 1876, str. 44 Po razpravi O odnosu toplotnega sevanja in temperature iz leta 1879 lahko domnevamo, kako je Stefan prišel do svojega zakona. Leta 1864 je John Tyndall raziskal temno (nevidno) sevanje ali pa naše infrardečo svetlobo. Odkrili so jo kakih trideset let prej in so medtem tudi že ugotovili, da gre za svetlobo, torej po naše za elektromagnetno valovanje, z malo večjo valovno dolžino od vidne svetlobe. Tega leta je objavil razpravo O vidnem in nevidnem sevanju, v kateri je poskušal odgovoriti na vprašanje, kako je sevanje infrardeče svetlobe odvisno od temperature. Uporabil je žarnico, v kateri je tedaj običajno ogleno nitko nadomestil s platinsko žičko. Z električnim tokom je žičko segrel, da je sevala. Čim večji je bil tok skozi žičko, tem višja je bila njena temperatura in tem več svetlobe je sevala. Curek izsevane svetlobe je zbral z lečo in s pri zmo razdelil na mavrico ali spekter. Uporabil je lečo in prizmo iz kuhinjske soli, ker steklo preslabo pre- pušča infrardečo svetlobo. Na mesto v mavrici onstran rdeče barve, kjer oko ni nič zaznalo, je postavil merilnik za infrardečo svetlobo. Uporabil je baterijo termoelementov. Termo- element sestavljata žici iz dveh različnih kovin, vezani v sklenjen električni krog, na primer iz bakra in iz zlitine konstantana. Če ima eno spoj no mesto drugačno temperaturo kot drugo, deluje termoelement kot izvir napetosti, ki požene po krogu tok. Tok je tem večji, čim večja je temperaturna razlika med spojnima mestoma. Tako preko električnega toka lahko izmerimo temperatur- no razliko. Tyndall je več termoelementov zvezal zaporedno v baterijo, in sicer tako, da je spojna mesta, v katerih je imel tok smer iz prve kovine v drugo, združil na zunanji strani merilnika in jih počrnil. Spojna mesta, v katerih je imel tok smer iz druge kovine v prvo, pa je skril v njegovo ohišje. Prva spojna mesta so absorbirala svetlobo, ki je padla nanje, in se segrela, druga pa so ostala pri sobni temperaturi . Nastala temperaturna razlika je povzročila napetost, ki je pognala po krogu tok, večji kot pri enem samem termoelementu . Za merjenje toka je uporabil občutljiv galvanometer. Tok skozi galvanometer je meril, medtem ko je s tokom po platinski žički spreminjal njeno temperaturo. Hotel je. dobiti le pregled nad pojavi in ni meril temperature žičke, zadovoljil se je s tem, da je navedel njeno barvo. Iz njegove obŠirne preglednice povzemimo samo dve vrstici 48 barva žičke šibko rdeča bela odklon galvanometra Pri zadnjem podatku je Tyndall mimogrede omenil, da je treba namesto odklo- na 600 , ki ga je pokazal galvanometer, upoštevati dvakrat večji odklon 1220 • Pri velikih tokovih namreč odklon ni bil več sorazmeren s tokom - skala galva- nometra ni bila več linearna - zato je bilo treba upoštevati popravljeni odklon. Prevod članka je Tyndall po tedanji navadi objavil leta 1865 v Nemčiji. Prebral ga je Adolph WUllner, pisec uspešnega učbenika Nauk o toploti s sta- lišča mehanične teorije toplote. V drugo izdajo leta 1870/71 in tretjo 1874/75 je vključil Tyndallove podatke o sevanju infrardeče svetlobe. Pri tem je na- vedbo barve dokaj samovoljno zamenjal s podatkom za temperaturo: šibkemu rdečemu žaru je priredil 525 0 C, belemu pa 12000 C. Wullnerjeva knjiga je prišla v roke Stefanu . Celzijevo temperaturo je spre- menil v absolutno temperaturo in upošteval popravljeni oklon: absolutna temperatura žičke (525 + 273) K = 789 K (1200 + 273) K = 1473 K odklon galvanometra Absolutna temperatura. Odvisnost prostornine plinovod temperatu re je prvi podrobneje raziskal Guillaume Amontons. Svoje ugotovitve je objavil leta 1664 . Že tedaj je razglabljal o absolutnem mrazu, pri katerem bi imel plin prostornino nič. Vendar je njegov? delo ostalo celo stoletje brez odziva. Jacques Charles je leta 1787 neodvisno od Amontonsa spoznal , da se pri segrevanju vsi plini raztezajo enako . Ko naraste temperatu- ra od 0° C na 1° C, se poveča prostornina za 1/273 začetne vrednosti in ko pade od 0° C na _1° C, se za toliko zmanjša. Pri -273° C bi potemtakem dosegla prostornina vseh plinov vrednost nič , če se ne bi že prej utekočinili.Charles svojih ugotovitev ni objavil . Do podobnih ugotovitev je prišel Joseph Louis Gay-Lussac leta 1802. Po njem imenujemo zakon, da je sprememba prostornine plina pri konstantnem tlaku sorazmerna s spremembo temperature. Lord Kelvin je leta 1848 trdil, da pri temperatu ri -273 ° C ne bi postala prosto rnina plina enaka nič, ampak bi le zamrlo gibanje molekul. Ker velja to za vsako snov, je predla- gal, naj bi vpeljali -273° C kot absolutno ničlo, od katere bi merili absolutno temperatu- ro , v tako velikih stopinjah, kot so Celzijeve. Najp rej so jih njemu na čast poimenovali stopinje Kelvina, danes pa jih imenujemo kelvine. Absolutno ničlo postavimo k temperatu- ri -273,15° C. James Clerk Maxwell je leta 1860 v okviru kinetične teorije plinov potrdil Kelvinovo misel ogibanju molekul , ko je ugotovil, da je povprečna kinetična energ ija mo- lekule sorazmerna z absolutno temperaturo plina. Dandanes vemo, da pri zelo nizki tempe- raturi ne smemo plina obravnavati tako, kot ga je Maxwell, in da gibanje molekul ne zamre popolnoma niti v bližini absolutne ničle. 49 Stefan je privzel, da je bila gostota izsevanega energijskega toka, to je ener- gija, ki jo je izseval vsak kvadratni meter površine platinske žičke veni sekundi, sorazmerna z odklonom galvanometra. Zvezo med absolutno temperaturo žičke T in gostoto izsevanega energijskega toka j je poskusil zapisati v obliki j = or", če je o konstanta. Iz obeh parov podatkov je ugotovil, da sta gostoti energijskih tokov v razmerju 122/10,4 = 11,7. Skoraj prav tolikšno število je dobil, če je razmerje ustreznih absolutnih temperatur 1473/789 = 1,85 štiri- krat pomnožil s sabo: 1,85.1,85.1,85.1 ,85 = 1,854 = 11 ,6 . Po tem je sklenil, da je predlagana oblika dobra, in tako prišel do zakona o sevanju Gostota izsevanega energijskega toka je sorazmerna s četrto potenco absolutne temperature. Novi zakon je Stefan preskusil na starih Dulongovih in Petitovih podatkih, ki jih je popravil tako, da je naknadno odštel prispevek prevajanja . Tem po- datkom se je novi zakon približno enako dobro prilegal kot stari. Ob tem je Stefan določil še konstanto o, z našimi enotami : Danes te konstante ni treba meriti, ampak jo lahko izračunamo iz osnovnih konstant . Njena vrednost o = 5,67.10'8 W/m 2 K4 kaže , da se Stefan ni močno zmotil. Izmerjeno hitrost ohlajanja s sevanjem , ki so jo izmerili drugi razisko- valci, med njimi John Ericsson, pa je Stefanov zakon nekoliko bolje podajal od Dulong -Petitovega. Stefan je s svojim zakonom do ločil še temperaturo sončnega površja. Oprl se je na Soretov podatek, da je gostota energijskega toka s Sonca na Zemlji 29-krat večja od gostote energijskega toka, ki ga seva segreta kovinska ploščica. Okrogla ploščica je bila v taki oddaljenosti od merilnika, da jo je bilo videti pod enakim kotom kot Sonce. Temperaturo ploščice je Soret cenil na 1900° C do 2000° C. Stefan je domneval, da eno tretjino energijskega toka s Sonca zad rži ze- meljsko ozračje. Zato je vzel za pravi sončni tok 3/2-krat večjo vrednost, torej za razmerje 29.3 /2 = 43,5. Temperaturo kovinske ploščice je postavil enako kar srednji vrednosti (1900 + 2000)° e/2 = 1950° e in absolutno te mperaturo (1950 + 273) K = 2200 K. Ker je 2,57 4 = 43,5, je z enačbo 50 dobil za t emp eraturo Sonca TSonca = 2,57 .Tp/oščice = 2,57 .2220 K = 5700 K ali 5700° C - 273° C = 5430° C. Pred Stefanom so navajali za temperaturo sončnega površ ja vrednosti od okoli 1800° C do 13 000 000° C. Prvo vrednost je dob il Pouillet leta 1838 z Dulong-Petitovim zakonom. Morda je prav ta rezult at opozoril Stefana prvič na to, da utegne Dulong-Petitov zakon odpovedati pri visoki temperaturi. Če zberemo sončno svetlobo z lečo, namreč lahko segrejemo telo na precej višjo temperaturo od 1800° C. Stefanova določitev temperature sončnega pov ršja je bila velik uspe h, saj se današnja vrednost ne razlikuje bistveno od nje , a takrat še niso vedeli , da jo je Stefan tako dobro zadel. Članek O odnosu med toplotnim sevanjem in temperaturo z 38 st ranmi začne Stefan z obdelavo Dulongovih in Petitovih poskusov, pri čemer vzame novi zakon o sevanju za znanega. ~ato določi konstanto o in se posveti po sku - som Ericssona in drugih in nazadnje na kratko razpravlja o sončni t emperat uri. Na začetku tretjega razdelka vrine dva kratka odstavka o Tyndallovih merje- njih. Najprej naj tukaj navedem pripombo, ki j o je v svojem u č ben iku Wullner navezal na poročilo ' o Tyndallavih posku sih o sevanju platinske žičke, razžarjena z električn im to- kom. Ta pripomba me je prva pripravila do tega, da sem toplotno sevanje privzel za so- razmern o s četrto potenco ternperatu re. Od šibk ega rdečega žara lokali 5250 C) do belega žara loka li 1200° C) se je j akost sevanj a povečala od 10,4 do 122 skoraj dvanajstkrat (natančneje 11,7-krat). Razmerj e absolutnih tempe ratur 273 + 1200 in 273 + 525 na četrto potenco da 11,6. J . Stefan , O odnosu med toplotnim sevanjem in temperaturo Danes vemo, da je Stefanov zakon sicer pravilen , aStefanova pot do njega se nam ne zdi tako varna, kot bi bralec sklepal po dosedanjem pisanju. Čeprav je bilo Tyndallovo merjenje za tiste čase zavidljiv doseže k - o tem se lahko preprič a vsakdo , ki ga poskuša ponovit i - se je morala vanj prikrast i precejšnja napaka . Tyndall se je nenatančnost i najbrž zavedal in je zato navedel le barvo ž ič ke, ne pa njeno temperatu ro . Danes vemo, da za p latinsko žič ko Stefanov zakon sploh ne velja. To drži tudi za druga kovinska telesa, kat er ih površina se sveti in ostane gladka - se ne prevleče s hrapavo plastjo oksida. Vemo tud i, da zakon ne velja za ozek pas infrardeče svetlobe, s katerim je meri l Tyndall, ampak za vse sevanje, to je za infrardečo in vidno svetlobo skupaj. Poleg tega 51 sta Wulnerjevi temperaturi za šibki rdeč i in beli žar prenizki. Namesto 525° C in 1200° C bi najbrž bolj ustrezali temperaturi okoli 700° C in med 1300° Cin 1500° C. A po srečnem naključju so se vsi spodrsljaji čudovito izravnali in dali rezultat, ki je Stefana privedel do pravega eksponenta 4. Veliko krivico bi delali Stefanu, če bi mislili, da je našel zakon "kot slepa kura zrno". Uporabil je absolutno temperaturo, ki je tedaj večina drugih pri raziskovanju sevanja še ni uporabljala. Stefan je bil pač doma v kinetični teoriji plinov, v kateri so uporabljali le absolutno temperaturo. Zakaj je poskusil ravno spotenčno odvisnostjo, Stefan ni nikjer zapisal. Domnevamo lahko, da si je pač mislil: ker gostota izsevanega energijskega toka strmo narašča z narašča­ njem absolutne temperature, je na ozkem temperaturnem intervalu dovolj visoka potenca prav tako dobra kot temperatura v eksponentu konstante. Ne gre pozabiti: Stefan je po merjenju toplotne prevodnosti plinov vedel, da je Dulong-Petitov zakon napačen. Ni mogoče zanikati , da je Stefanu pomagalo srečno naključje. Tako je bilo še pri vrsti drugih pomembnih odkritij. Tudi v življenju se prepletajo dogodki, ki jih je mogoče napovedati, znaključnimi dogodki . V resnici je Stefan iskal izkustveni zakon, ki naj bi merjenja enako dobro ali bolje opisal kot stari Dulonq-Petitov. Du long-Petitova formula je zgolj izkustvena formu la, k i natančno opiše oddajanje toplote s sevanjem pri poskusih s termometrom. To pa bi zmogle tudi druge fo rmule, čeravno se Du long-Petitova odlikuje po izredni preprostosti. Tukaj lahko navedem drugo formulo, enako ali - lahko bi rekli tudi - še preprostejšo, ki prav tako ustreza opazo- vanjem in ima še prednost v teoretičnem pogledu. J. Stefan, O odnosu med toplotnim sevanjem in temperaturo Tudi drugi fiziki spočetka niso mislili drugače. V pet ih letih do leta 1884 je pet fizikov Stefanov zakon sprejelo, štirje zanj sploh niso vedeli , eden pa ga je ostro odklonil. Leta 1884 pa je Ludw ig Boltzmann izpeljal zakon v okviru termodinamike. Zamislil si je nekakšen idealni toplotni stroj, ki uporablja na- mesto plina sevanje. Ne moremo nasprotovati, če na nemškem in angleškem govornem ob- močju imenujejo zakon po Stefanu in po Boltzmannu. Mi ga pač - ponosni na Stefana - imenujemo samo po njem . Dulong-Petitov zakon o sevanju je potem popolnoma zatonil v pozabo. Danes z Dulong-Petitovim zakonom mislimo na trditev o toploti, k i jo moramo pri dovolj visoki temperatu r i dovesti kilomolu kakega kristala, da ga segrejemo za eno stopinjo. Pri konstan- tni prostornini meri ta toplota 3R , če je R = 8300 J/K splošn a plinska konstanta. Ta zakon pogosto imenujejo Stefan-Boltzmannov zakon, ker je avstrijski fizik Stefan prvi prišel do njega po eksperimentalni poti in ker ga je pozneje Boltzmann termodinami- 52 čno izpeljal. Toda če premislimo o Stefanovi poti, se komaj zdi pošteno povezati njego - vo ime z zakonom. Irski fizik John Tvndall ie uqotovil, da seva platinska žička pri tempe- raturi 12000 C 11,7-krat izdatneje kot pr i 5250 C. Stefan je spoznal, da je razmerje 1472 K in 789 K na četrto potenco enako 11,6, in je po tem postavil zakon. Toda pri tem sta bili vpleteni vsaj dve napaki. Pozneje se je pokazalo, da je razmerje pri teh tempe- raturah za platino bliže 18,6 kot 11,6 ter je sevanje platine daleč od sevanja črnega telesa in zanj ne smemo privzeti zakonov za sevanje črnega telesa. Stefan je svoj zakon uspešno uporabil za nekaj drugih primerov podatkov, a vedno sta bili vpleteni obe napaki. Stefan je bil zmožen fizik, katerega slava naj počiva na drugih uspehih. Opomba pod črto v knjigi A. G. Worthing, D. Halliday, Heat, Wiley, New York 1948, str. 438 Ko se oziram nazaj, se mi zdi, da sodita Worthing in Halliday preostro. Stefan morda ni upošteval nekaterih podrobnosti sevanja, vendar je previdno obdelal vse dosegljive po - datke. Njegov članek nič ne zagotavlja, ampak samo nakazuje potrebo po nadaljnjem teorijskem in eksperimentalnem delu v zvezi s formulo s četrto potenco . Pokazal je, da se ta formula na splošno sklada z rezultati na širokem območju - in tega ne moremo trditi za nobeno drugo preprosto formulo. R. C. Dougal, The centenery of the fourth-power law, Physics Education 1.4 (1979) 234 Stefan je izpeljal svoj zakon na osnovi slabih opazovanj s sveti li, za katera ne velja - primer, pri katerem sta , tako rekoč, dve negativni zadevi dali pozitivno. C. E. Mendenhall, Pyrometrv, Amer. Inst. Mining MetalI. Engrs., New York 1920, str. 63 Tako v Stefanovi polovici zakona ne .smemo videti zgolj eksperimentalne analize sevanja črnega telesa, kakor je v navadi, ampak zadnji korak v prizadevanju, da bi izlušči­ li prispevek sevanja k hitrosti ohlajanja ali prehajanja toplote z vročega telesa. Boltzmanno- va polovica pa izhaja iz popolnoma drugačnih teorijskih pojmov. Ujemanje obeh rezulta- tov je bilo tako prepričljivo,da ni nikoli puš čalo dvoma o tem, da izražata obe polovici isti zakon narave, čeprav je ena izhajala od hitrosti ohlajanja segretega trdnega telesa in druga od gostote energije sevanja v vakuumu. S. G. Brush, The kind of motion we call heat, North-Holland, Amsterdam 1976, str. 519 Zdaj se je šele začel kazati pravi pomen zakona. Ne, to ni izkustveni za- kon za sevanje trdnih teles na ozkem temperaturnem območju, ampak osnovni zakon narave. Ne velja za večino navadnih svetil, ampak za namišljeno črno telo. Takšno telo vse vpadlo sevanje absorbira in pri dani temperaturi od vseh teles najmočneje seva. To sevanje je v toplotnem ravnovesju s telesom pri dani temperaturi. 53 Črno telo. Do zam isli o črnem telesu je pr ipeljala razprava o razmerju med zmožnostjo telesa, da seva in zmožnostjo, da absorb ira. Leta 1809 je Pier re Prevost trd il, da je sevanje telesa neodvisno od okolice in poudarjal "uravnovešenost" sevanja in absorpcije . Pozneje so to trditev , ki je bila mišljena povprel& izrekli za sevanje in absorpcijo pri vsaki valovn i dolžini posebej . Leta 1853 je Anders Angstroem trdil , da sevajoče telo oddaja vse vrste sevanja, ki jih pri tisti temperatu ri absorbira . Leta 1858 je Balfour Stewart ponovil to malo drugače: absorpcija vsakega svetila je enaka sevanju , in to za vsako vrsto toplotnih žarkov posebej . Končno obliko je dal zakonu leta 1860 Gustav Robert Kirchhoff : Haz- merje med zmožnostjo za sevanje in zmožnostjo za absorpcijo je za vsa telesa pr i dani temperaturi enako. Črno telo vse vpadlo sevanje absorbira, se pravi, da ga nič ne pre - pušča in odbije. To telo pri dani temperaturi od vseh teles najmočneje seva. Tako so pojem črnega telesa vpeljali na osnovi teorijskih zahtev. Precej časa je trajalo, preden so spoznal i, da segreta telesa v navadnih svetilih ne sevajo kot črno telo . Še dl je je trajalo , preden so izdelali uporaben model in z njim premerili porazdelitev gostote energ ijskega toka po valovni dolžini, to je mavrico ali zvezni spekter. To so storili berlinski fiziki. O. Lummer in E. Pringsheim leta 1899 in H. Rubens in F. Kurlbaum leta 1900. Ta model sestavlja kovinska ali keramična posoda, katere no tr anje stene so prevle- čene s sajam i in v kateri je majhna odprt ina. Ko posodo seqreje]o, izhaja skozi odprtino sevanje črnega telesa. Leto 1900 je kot krono tega prizadevanja prineslo zakon Maxa Planeka za porazdelitev gostote energijskega toka za črno tel o po valovni do lžin i. S tem so se na pragu novega stoletja odprla vrata novi - kvantni fizik i. Stefanov zakon je mogoče izpeljati iz Planckovega zakona s kratkim ra- čunom. Zdaj vidimo, da Stefan ni odkril tistega, kar je iskal, ampak nekaj ve č .To se pogosto pr imeri v fiz iki . Mord a obstajata dve izku šnji. Prva opozarja, da nak lj uč je ne vpliva na odkritja, če nista čas in položaj zrela - če razum ni pripravljen . Po drugi pa odkritja ne moremo vedno prog ramirati ali načrtovati vnaprej . Lahko poskrbimo za vzdu šje, za okol iščine , tod a razu m mora biti svoboden, da se po mili volji sprehaja po t istem, kar se navadno izkaže za slepo ulico . Prej ali slej uredijo znanstvene ugotovitve in teo rije v logičen in lep sistem . Pravijo, da je na tej stopnj i znanost podobna lepemu kipu , s katerega so odstranil i vse zidarske odre in prah in op aže . Za raziskovalca, ki raziskuje, z drugimi besedami za zna nost v nastajanju, pa so zidarski odri nujno potrebni. Zares, nekaj časa sploh ni jasno , kaj je oder in kaj kip . Pre j ali slej stoji kip sam lep in trden, toda ni bi l vedno tak . D. L. Anderson, The d iscovery of the etectron, Van Nost rand , Princeton 1964, str. 130 in 19 54 Izhlapevanje Na kratko orišimo še Stefanovo delo o difuziji in izhlapevanju. Kmalu po prvi razpravi o prevajanju toplote v plinih je J. Stefan leta 1872 objavil razpravo O dinamični teoriji diiuzije plinov. Difuzijo štejemo prav tako kot prevajanje toplote k tako imenovanim transportnim pojavom. Nastane v neenakomerni mešanici dveh sestavin. Če je v delu posode prve sestavine več kot druge in v drugem delu druge sestavine več kot prve, se molekule prve sestavine selijo v povprečju iz prvega dela v drugega, molekule druge sestavine pa v nasprotni smeri iz drugega dela v prvega. Zaradi tega se na danem kraju posode spreminja s časom delež obeh sestavin in posta- ne mešanica po dovolj dolgem času po vsej posodi enakomerna. Stefan je ponovil račune Maxwella in drugih in primerjal med seboj podatke za hitrost difuzije. Zanimanje za difuzijo ga je privedlo do izhlapevanja. Tako je leta 1873 objavil razpravo Poskusi z izhlapevanjem. lzhlapevanje vode je posebno zanimivo za meteorologe, saj v ozračju nenehno izhlapeva voda in se vodna para spet utekočinja . Prav zaradi tega je izhlapevanje vode poskusite pojasniti več fizikov. Toda voda prepočasi izhla- peva, da bi bilo z njo mogoče delati pregledne poskuse v laboratoriju. Zato je Stefan od vsega začetka izbral za poskuse eter in ogljikov sulfid, ki izhlapevata mnogo h itreje. Ugotovitve, do katerih je prišel, pa so veljale splošno in jih je lahko uporabil tudi za izhla- hitrost nižanja gladine 0,2 mm /min 0,1 o o 10 20 30 40 globina gladi ne 50 mm Slika 16. Izmerjena hitrost nižanja gladine pri enem od Ste fanovih poskusov z izh lape- vanjem etra. Cevka je imala premer 6,16 mi limetra, temperatura je meril a 22° C in zrač n i tlak 983 milibarov. 55 pevanje vode. V šoli pokažemo difuzijo s plinom s poskusom z bromovimi parami. Na dnu pokrite- ga steklenega valja razbijemo drobno posodico z bromom . Opazujemo, kako se začnejo širiti rjave pare navzgor po valju in naposled enakomerno napolnijo vso posodo . V navpični, zgoraj odprti cevki , v kateri je bil eter, je opazoval , kako hitro se je nižala gladina zaradi izhlapevanja. Ugotovil je, da je hitrost, s katero se. je nižala gladina, neodvisna od premera cevke in obratno sorazmerna z razdaljo gladine od vrha cevke (slika 16). Po tem, ko je delal take poskuse pri sobni temperaturi , jih je ponovil pri različnih temperaturah in ugotovil, kako vpliva temperatura na izhlapevanje. Ugotovitve, do katerih se je dokopal z merjenjem, je pojasnil s teorijo difuzije. Ker je molekul etra v zraku ob gladini etra največ, ob vrhu cevke pa jih skoraj ni, se selijo po cevki navzgor. Razmere se s časom ne spreminjajo, zato kapljevina nenehno izhlapeva. Proti gibanju molekul po cevki navzgor deluje nekakšen upor, ki je tem večji, čim večja je gostota molekul etra, čim večja je gostota molekul kisika in dušika v zraku in čim večja je povprečna hitrost prvih molekul glede na druge. Pri izhlapevanju ostajajo v povprečju molekule kisika in dušika v zraku na mestu in se ne selijo, zato je odločilna samo hitrost molekul etra. Po tem , kar smo rekli o difuziji, je mogoče razmere pojasniti s predstavo, da se molekule kisika in dušika v zraku sicer selijo navzdol, to je v nasprotni smeri od etrovih molekul, vendar se zrak vrača hkrati navzgo r, tako da v povprečju miruje. Še bolje si je misliti, da se težišče mešanice etrovih par in zraka zaradi selitve etrovih par počasi giblje navzgor. V tej zvezi govorijo o Stefanovem toku. Čeprav Stefan te količine ni naravnost vpeljal , je prikrito nastopala v njegovih enačbah. Stefanov tok postaja vse zanimivejši za meteorologe , ki proučujejo nasta - nek oblakov, in ga tudi vse pogosteje omenjajo. Ta tok ne nastane namreč le v smeri od gladine kaplevine, ki izhlapeva, ampak tudi v smeri proti gladini kapljevine, ki se utekočinja iz pare. V oblaku, v katerem rastejo kapljice vode ali kristalčki ledu, je Stefanov tok usmerjen proti kapljicam ali proti kristal- čkom . Seveda pa so pri tem razmere precej manj pregledne kot pri poskusu v cevki. Pomembno je, da odnaša tok s seboj proti kapljici ali kristalčku drobne trdne delce, ki lebdijo v zraku. Te delce - pomislimo na prah in druge nečisto­ če - zajamejo kapljice ali kristalčki in jih sperejo iz ozračja, ko padejo kot kaplje dežja ali snežinke na tla. Pojav je znan kot pometenje in ima pomembno vlogo pri odstranjevanju nečistoč iz ozračja. Prav zaradi Stefanovega toka je pometanje t ako učinkovito. 56 Elektrika in magnetizem Ne bi bilo prav, če ne bi vsaj na kratko omenili tudi Stefanovih uspehov v elektriki in magnetizmu. Od vsega začetka se je Stefan z~nimal za teorijska vprašanja. Pozneje pa se je loteval tudi čisto praktičnih zadev iz elektrotehni- ke, ki se je tedaj že ločila od fizike kot posebna tehnična veja. Te Stefanove usmeritve je bila vsekakor kriva tudi velika mednarodna elektrotehniška razstava na Dunaju leta 1883. Razstava je sledila podobnim razstavam v Londo- nu, Parizu in Munchnu in je skupaj z njimi uvedla elektrotehniško razdobje v Evropi. Stefan je prevzel ob razstavi velike obveznosti. Sodeloval je pri usta- novitvi avstrijskega elektrotehniškega društva in oil v letih od 1883 do 1886 njegov prvi predsednik. Pomagal je ustanoviti in je kot prvi urednik urejal njegovo glasilo. Predaval je v društvu in bil poleg vsega še predsednik znanstve- ne komisije mednarodne elektrotehniške razstave . Posebno zadnje mu je je- malo veliko časa, saj se je udeleževal vseh sej in nadzoroval merjenja s stroji in svetili. To se je vleklo po končani razstavi vse do leta 1885. Že leta 1869 je Stefan napisal razpravo O osnovnih formulah elektrodina- mike, v kateri je primerjal različne teorije o delovanju vodnikov s tokom dru- gega na drugega. Kaže, da je z njo uresničil misel iz srednješolskih let. V Dnevnik je namreč zapisal, "da se je prijel Webrove teorije elektrodinamiške in za poskušnjo začel preiskovati, kako da učinkuje sostava elektriških krogov na oddaljeni punkt magnetizma." Omenimo, da je bilo tedaj v navadi obravna- vati kraj išče zelo dolge tuljave ali zelo dolgega paličastega magneta kot ločen magnetni pol. Ta način gledanja je prišel pozneje iz navade, ker pač v naravi ne obstajajo ločeni magnetni poli. Leta 1820 je Oersted odkril, da električni tok povzroči, da se magnetnica v bližini malo odkloni. Poleg odkritja, da podrgnjeni jan tar privlači drobna telesa in da magnetni železovec pr itegne kose mehkega železa, je Oerstedovo odkritje najbrž najsvetlejši zgled za to, kako pomembno utegne biti najmanj še, popolnoma novo dejstvo . To je bilo čisto eksperimentalno odkritje. Magnetnica v bližin i toka se je ma lo odklonila. To še ne pove, kako velik je bil odklon in v katero smer se je odklonila. Ampak po kratkem času je Biot postavil natančno teorijo tega pojava. Arnpere je sklepal, da tudi žici s tokom delujeta druga na d rugo . K o so to potrdili , je na osnovi določenih privzetkov sestavil formulo iz 25 črk . Iz nje je mogoče izračunati delovanje za vso neskončno mnogoterost oblik. lege in gibljivosti obeh tokovnih krogov z enako natančnostjo. kot izračun ajo ast ro no mi sončni mrk.To Ampšrovo teorijo so zaradi njene nenavadne ostroumnosti občudovali in dolgo v njej videli edino mogoča teorijo tega delovanja. Zares je že Grassmann, ki je izhajal z drugačnega gledišča kot Ampere, našel drugačno enačbo, ki je dosegla isto. Toda Stefanu je bilo pridržana, da je to zadevo do kraja razjasnil. Proučil je vse predstave, ki si jih je mogoče narediti o medsebojnem delovanju dveh elementov toka, in pokazal, da niti Arnperova niti Grassmannova teorija ne izčrpata zadeve. V resnici obstaja neskončna 57 vrsta teorij, ki se vse enako skladajo in katerih posebna primera sta omenjeni teoriji. To ni zmanjšalo velikega pomena Amperovega odkritja, toda ugled stare teorije je le omajalo. Pokazalo se je, da njena pot ne more privesti do enoličnega rezultata in je zato bolje iti po kaki dnllgi poti. Priprave za to so naredili v Angliji že zdavnaj . Faraday in Maxwell sta to pot že nakazala. Nista se mogla sprijazniti s tem, da obstajata dva električna f1uida, ka- terih deli delujejo drug na drugega na daljavo in katerih učinki se izravnajo, če sta oba enakomerno zmešana. Maxwell je izhajal iz čisto drugačnih predstav in je razvil čisto novo teorijo elektrike. Privzel je, da elektrika ni fluid, ampak gibalno stanje, ki preide z elektri- čnega telesa na nenavadno okoIno sredstvo - svetlobni eter. Eter potem izvaja sile na vanj potopljena telesa in ustvari tako videz , kot da bi telesa delovala neposredno druga na drugo na daljavo. Na kontinentu pa so se tako navadili na teorijo o dveh fluid ih, da so novim zamislim posvečali le majhno pozornost. Tako je Kirchhoff do konca življenja omenil Maxwellovo teorijo samo mimogrede. Samo dva fizika na celini sta takoj spoznala njen po- men - Helmholtz in Stefan . L. Boltzmann Leta 1871 je Stefan v razpravi O zakonih elektrodinamične indukcije za- pisal tudi enačbo za naraščanje toka v električnem krogu s tuljavo in uporni- kom, ko ga priključimo na izvir s konstantno napetostjo. Nato je posvetil več razprav magnetnim silam, magnetnim lastnostim železa, trajnim magnetom in nosilnosti magnetov (1871 - 1879). Leta 1880 je v razpravi O nekaterih poskusih z induktorjem v zemeljskem magnetnem polju poročaloizmeničnemtoku, ki nastane, ko vrtimo tuljavo v zemeljskem magnetnem polju. Sinusni izmenični tok je tedaj šele vstopal v fiziko, saj je dotlej prevladoval konstantni enosmerni tok. Trem razpravam v letih 1882 in 1883 je sledila razprava O izračunavanju indukcijskih koeficientov žičnih navitij (1883). V njej je Stefan navedel enačbo --0,3 Slika 17. Stefanov termomagnetni motor. Gor ilnik segreje obroč iz niklja tako, da zgubi magnetne lastnosti. Hladni del obroča sili med pola rnaqneta, Igra se ponavlja in ob roč sevrti. 58 za količino, ki ji danes pravimo induktivnost. Enačbo za induktivnost tuljave s kvadratnim presekom še dandanes včasih imenujemo po njem. Pri tem je popravil nekaj Maxwellovih računskih napak. V razpravi O spremenljivih električnih tokovih v debelih vodnikih (1887) je obdelal tako imenovani kožni pojav (skin efekt). Visokofrekvenčni tok s svojim magnetnim poljem se sam izrine iz notranjosti vodnika, tako da teče v glavnem po površini vodnika. Stefan ni odkril tega pojava, samo poenostavil je izvajanje enačb, ki jih je za leta 1885 odkriti pojav navedel lord Rayleigh . Tedaj so pač šele začeli spoznavati visokofrekvenčne tokove. V razpravi O termomagnetnih motorjih (1888) je poročal o motorju, v katerem je uporabil obroč iz niklja namesto iz železa. Nikelj namreč zgubi magnetne lastnosti pri temperaturi nad 385 0 C in je pripravnejši od železa, ki jih izgubi šele pri temperaturi nad 770 0 C. Tedaj se je zdelo, da bi utegnili imeti taki motorji (slika 17) praktičen pomen, toda dandanes so zatonili v po- zabo. V razpravi O doseganju močnih magnetnih polj (1888) je ugotovil, kako dobiti čim močnejše magnetno polje. Na magnetna pola elektromagneta je treba natakniti čevlja v obliki prisekanih stožcev iz mehkega železa (slika 18). Ta način je v rabi še dandanes. V razpravi O električnem nihanju v prernih vodnikih (1890) je J . Stefan obravnaval tok z zelo visoko frekvenco, kakršne so postale zanimive po Hertze- vem odkritju radijskih valov. Svojo enačbo za kožni pojav je uporabil za zelo visoko frekvenco in dobil enačbo, ki jo srečamo včasih pod njegovim imenom. Iz razprave je mogoče razbrati, da je Stefan temeljito eksperimentalno preiskal učinke radijskih valov. V razpravi O teoriji nihanja razelektrenja (1890) je povzel po Kelvinu enačbo za lastno frekvenco visokofrekvenčnega toka, ki nastane, ko izprazni- mo naelektren kondenzator skozi tuljavo. V razpravi O Wheatstonovi določitvi hitrosti elektrike (1891) je Stefan nasprotoval Wheatstonovemu računu, po katerem se širi elektrika hitreje od Slika 18. Čevlja na polih magneta, kakršna je predlagal Stefan za zgostitev magnetnega polja. 59 svetlobe. Opozoril je na mesta, kjer je Wheatstone naredil napake in ugotovil, da se širi elektrika kvečjemu s hitrostjo svetlobe. Kot zadnjo je oddal v tisk razpravo O ravnovesju elektrike na plošči in na elipsoidu (1892). Omenimo še Poročilo o merjenjih Znanstvene komisije na dinamostrojih in električnih svetilkah iz leta 1886, h kateremu je Stefan prispeval šest razprav ( črtkano na sliki 9). Te razprave so obravnavale nihanje toka v dinamo- stroju , merjenje dela z elektrodinamičnim instrumentom, Siemensov wattmeter in merjenja na strojih za izmenični tok. Stefan je opozoril na popravke, ki jih je treba uporabiti pr i merjenjih z elektrodinamičnim instrumentom, to je instrumentom z dvema tuljavama, s tokovno in napetostno. Izpeljal je in gra- fično določil lastnosti omenjenih strojev i uvedel tako imenovano Stefanovo karakteristiko. Po Maxwellovi smrti 1879 se je elektrodinamika le počasi širila. Zanimivo je prebrati, kaj pravi o tem Mihailo Pupin. Po študiju v New Yorku se je name- nil podrobno spoznati to novo teorijo. Vendar ne v ZDA ne v Anglij i ni bilo nikogar, ki bi jo dobro obvladal. Šele v Berlinu je našel Hermanna von Helm- holtza . Poleg tega pripisujejo zasluge za razširitev elektrodinamike še Ludwigu Boltzmannu. Navadno ne omenjajo Stefana kot glavnega pobornika elektroteh- nike. Stefan je namreč z raziskav, ki bi jim danes rekli osnovne, presedlal na raziskave, ki bi danes veljale za uporabne . S tem je sicer opravil za Avstro- Ogrsko veliko dela , saj ji je pomagal odpreti vrata za vstop med tehnično razvi- te države . Vendar je šlo to na škodo Stefanovih drug ih raziskav. Upoštevati je treba, da je bil Stefan okoli leta 1883 še tajnik naravoslovnomatematičnega razreda Akademije znanosti, član fakultetnega sveta, direktor fizikalnega inšti- tuta, član komisije za študij eksplozij jamskega plina, let a 1885 še predsednik mednarodne komisije za določitev normalnega tona in je poleg vsega še preda- val. Najbrž je dobil bralec vsaj okviren vtis o Stefanovem delu in o glavnih uspehih v fiziki. Ko premišljujemo o slednjih, si ne moremo kaj, da ne bi videli dveh značilnosti. Stefan je imel nekaj, kar imenujemo v vsakdanjem življenju srečo. Proti vsem pričakovanjem je dobil mesto na fizikalnem inštitutu. Prvi je izmeril toplotno prevodnost plinov, ki so jo drugi zaman poskušali meriti. Na osnovi slabih merjenj je odkril zakon o sevanju. Na drugi strani pa je vložil vse svoje zmožnosti in zagrizeno voljo do dela. Razglabljanje o tem, kako bi potekal razvoj, če bi se kaj zasukalo drugače, pa itak ne vodijo nikamor. Na koncu se poklonimo Stefanovi osebnosti in njegovim uspehom, četudi 60 nam bodo vse podrobnosti o njih ostale skrite. Ce bi želeli iz tega iztisniti kak nauk, ga ne bi mogli lepše, kot ga je Stefanov učenec in naslednik L. Boltz- mann: Samo s tem, da vsakdo nadaljuje delo, kjer in kakor ravno more, se lahko približamo resnici [o naravi ]. Dne 7. januarja je za vedno zatisnil oči prvi predsednik našegadruštva, dvorni svetn ik Jožef Stefan . V imenu društva je delegacija odbora položila venec na grob prem inulega. Mnogo članov društva je bilo na pogrebu umrlega učenjaka. ... Danes omenjam le njegovo delovanje, ko je bil predsednik elektrotehn iškega društva in predsednik tehnično- znanstvene komisije mednarodne elektrotehniške razstave na Dunaju leta 1883. V zadnji funkciji je elektrotehniko posebej obogatil s svojimi raziskavam i na področju izmeničnega toka. Šele Stefan je pokazal, kako se mora pravilno meriti izmenični tok. F. Fischer, podpredsednik elektrotehniškega društva, citiran o po J. Bonclju Dvorni svetnik dr. Josip Stefan, prv i predsednik našega društva, odličen človek. zaslužen raziskovalec in odličen učitelj, je zaradi pre rane smrti pred nekaj dnevi moral prenehati s svojo blagodejno dejavnostjo in se je preselil v večnost. Njegovo življenje je bilo, kot pri večini učenjakov, zelo preprosto in skromno. Za znanost pa je bilo izredno plodovito....Modro obvadanje samega sebe in stroga resnicoljubnost sta bili značilni za njegova dejanja in raziskovanja. Sam si je izbral fiziko kot področje svojega delovanja. Njegov živi in nadarjeni duh se je vedno držal neizpodbitne resnice. Ko se je elektrotehni- ka v Avstriji začela razvijati, je ta učenjak nežne zu nanjosti z naivn im pogumom stopil na čelo našemu d ruštvu in znanstveni komisij i dunajske elektrotehniške razstave. Redko- besedni profesor, ki se je zdel starejši. kot je bil v resnici, je tedaj dejansko pokazal, da mu pri knjigah ni odmrla sveža dejavnost, marveč da jo je ohranil in da lahko z njo pr ina- ša cvet in sad. Pri obeh nalogah ni poznal utrujenosti. Ni bil samo vodja po naslovu, ampak resnični vodja t ist ih. k i so ga izbrali. Ni pa pri tem nikdar pozabil, da so ga drugi izvolil i na vodilno mesto . Kdor je z njim večkrat in bliže občeval, je spoznal jasnost njegovega duha in čustvovanja, ki je z njo vplival na svojo okolico. Zaradi tega je pri znanstvenem delu tudi z lahkoto mogel primerjati pojave raznih znanstvenih področij. V privatnem življenju pa mu je ta njegov značaj omogočil, da je odklanjal neljube stvari in si svoj svet tako ustvaril , kakor mu je najbolje ugajalo. Iz Zeitschrift fur Elektrotechnlk, po J. Bonclju Za zasluge. ki si jih je pridobil za mednarodno elektrotehniško razstavo , je Stefan dobil viteški red železne krone III . razreda s pravico do dodatka plemiške oznake "von" k svojemu priimku. Za uporabljanje te oznake pa je bilo treba posebej prostiti. Tega ni storil in ostal je do smrti Jožef Stefan. L . Čermelj 61 1800 BOLTZMANN STEFAN MAXWELL LOSCHMIDT 1850 Slika 19. Stefanovi sodobniki: Joseph Loschmidt (1821 - 1895), študiral v Pragi, prišel leta 1865 na dunajsko univerzo in postal tri leta pozneje profesor (ni imel svojega inštituta, gostoval je na Stefanovem). V okvir.u kinetične teorije plinov je prvi določil premer molekule. Izhajal je od notranjega trenja ali viskoznosti. V plinu, ki se počasi giblje po cevi, plast ob steni miruje, plast ob osi pa se giblje najhitreje. Do pojava pride, ker prehajajo molekule iz plasti v plast. Tudi viskoznost sodi med transportne pojave. James Clerk Maxwell (1831 - 1879), študiral v Cambridgu, poučeval na univerzi v Aberdeenu in nato v Cambridgu. Okoli leta 1860 je položil temelje kinetični teoriji plinov. Od leta 1864 do leta 1873 je dal osnovnim zakonom za električno in magnetno polje pregledno matematično obliko. Enačbe so napo- vedale obstoj elektromagnetnega valovanja s hitrosjo 300 000 km /s. S tem je nakazal, da je svetloba elektromagnetno valovanje. Kot je 1. Newton poenotil mehaniko zemeljskih teles in planetov, je Maxwell poenotil elektriko in maqneti - zem z optiko. Maxwell se je upiral misli, da je elektrika sestavljena iz delcev. Ludwig Boltzmann (1844 - 1906). študiral na Dunaju, poučeval na uni- verzah na Dunaju, v Gradcu in v Berl inu. Neodvisno od Maxwella je razvil kine- t ično teorijo plinov in leta 1871 pojasnil, kako je s pojavi , ki j ih ni mogoče obrniti. Tud i ti pojavi lahko potekajo obrnjena, le da je to skrajno malo verjetno. Leta 1884 je v okviru termodinamike izpeljal Stefanov zakon . Zago- varjal je atomsko zgradbo snovi in s tem izzval nasprotovanje f izikalnega kemi- ka Wilhelma Ostwalda in njegovega kroga. 62 LITERATURA M. Adlešič, Jožef Stefan . Ob stoletnici rojstva slovenskega pisatelja in fizika . Življenje in svet, 1935. Profesor fizike Miroslav Adlešič, pisec srednješolskih učbenikov in knjig o svetlobi in barvah ter o zvoku in glasbi je v dvodelnem zapisu poleg znanstvenega dela izčrpno odde lal Stefanovo leposlovno delo. L. Boltzmann, Joseph Stefan . Rede, gehalten bei der Enthullung des Stefan-Denkmals am 8. Dezember 1895 (Govor ob odkritju Stefanovega spomenika 8. decembra 18951. Popu- mre Schriiten, Leipzig 1905. Ludwig Boltzmann, eden izmed velikanov fizike in Stefanov učenec je v govoru ob odkritju Stefanovega spomenika v arkadah dunajske univerze omenil nekatere Stefa- nove osebnostne lastnosti in o risal njegovo delo. J. Boncel], Jožef Stefan in njegovo delovanje na podro čju elektrotehnike. Elektrotehniška prosveta Slovenije, Ljubljana 1960. Josip Boncelj, profesor elektrotehnike iz Zagreba je za ljubljanski Etektrctehniškl vestnik po originalnih razpravah podrobno obdelal Stefanova dela o elektriki in magnet izmu in elektrotehniki. Delo je izšlo tudi v obliki knjižice. Iz tega dela sta vzeti sliki 14 in 15. L. Čermelj, Jožef Stefan. Ž ivljenje in delo velikega fiz ika, Mladinska knjiga, Ljubljana 1976. Lavo Čermelj, strokovnjak za narodnostna vprašanja in borec za pravice manjšin, fizik, poljudnoznanstveni pisec in dolgoletni urednik Proteusa, častni član Društva matematikov, fizikov in astronomov, je napisal standardni Stefanov življenjepis . V njem je razčlenil Stefanovo leposlovno delo in raziskovalno delo v fiziki ; naveden je tud i seznam Stefanovih znanstvenih razprav. Iz tega dela so vzete slike 1, 4, 5 in 6 . F. Smola, Zum 150. Geburtstag von Josef Stefan, k.k.Hofrat und Professor der Physik an der Universitat Wien (Ob 150. rojstnem dnevu Jožefa Stefana, cesarsko-kralieveqa dvorne- ga svetn ika in profesorja fizike na univerzi na Dunajul. F. Smola, častni gradbeni svetnik in glavni tajn ik Avstrijskega društva za elektrotehni- ko, je prispeval krajši zapis ob izidu posebne znamke. Zapis je v marsičem značilen za odnos Avstrijcev do Stefanove slovenske narodnosti. Združenje slovenskih pisa- teljev v Avstriji je v odprtem pismu poudarilo Stefanovo slovensko narodnost in pro- test iralo proti temu, da jo je F. Smola preprosto zamolčal. 63 64 ,. "'b'" D,. Jo,;p $