Titel: Späth's Static der Dampfkessel.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1823, Band 12, Nr. II. (S. 17–26)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj012/ar012002

II. Static der Dampf-Kessel von Johann Leonhard Späth, k. baier. Hofrath und Professor.

Die Principien nach welchen der Engländer Herr Woolf seine von ihm vielfältig erbauten, in ihrer Art vorzüglichsten Dampfmaschinen berechnet, lassen sich bekanntlich mit den von unsern Physikern seither über die Dämpfe aufgestellten Theorien schlechterdings nicht vereinigen; weil sie geradezu gegen jene anstossen. Da aber diese Principien sich aus meiner, über den Uebergang eines geschmolzenen mineralischen Körpers aus diesem Zustand in den dampf- und gasartigen Zustand, genommenen in dem X. Band 3. Heft dieses Journals aufgestellten Ansicht, unmittelbar ableiten lassen; so stelle ich deswegen in diesem Aufsaze über den Zustand und stetischen Druk der Dämpfe in einem Dampfkessel folgende Betrachtungen an.

a) Wird nämlich ein luftdichter, zum Theil mit Wasser angefüllter, luftleer gemachter, und mit einem Ventil oder Barometer und einem Thermometer versehener metallener Kessel der Flamme ausgesezt, welche sein Wasser nach und nach zum Sieden bringt, so steigen vorerst aus dem Wasser bei successiver Erwärmung desselben die ihm incolirenden Stoffe heraus; sie folgen der aufwärts gehenden Strömung der Feuertheile, und blähen sich in ihren Hüllen in so weit auf, bis sich die Ueberwucht der Elasticität ihrer Wärmestoffe über die sie bindende Kräfte ihrer Grundstoffe erschöpfet, und erfüllen so den leeren, über dem Wasser befindlichen Raum im Kessel mit einem sehr dünnen dampfartigen Medio; wie ich bereits im X. Band 3. Heft dieses Journals für die metallischen Dämpfe angeführt habe es folgen diesen mit dem Beginnen des Siedens unter einer Temperatur von 80 Graden nach Reaumür, erst die wesentlichen Stoffe des Wassers selbst, die in dem Moment ihrer Trennung von der obersten Wasser-Schicht in den activen Schichten ihrer Hüllen sich in so weit dampfartig aufblähen, als sie jenes Medium von sich drängen |18| können; und so nach und nach in dem Kessel seinen wasserleeren Raum als sogenannte Dämpfe in so weit erfüllen, als in ihm nur immer Plaz finden mögen – es blähen sich dabei die activen Schichten der Hüllen der Wassertheile in ihrem Dualismus in so weit auf, daß die Dämpfe einen 1500mal größeren Raum als in dem natürlichen Zustand des Wassers erfüllen; und spannen sich in diesem Zustande in ihren aufgebläheten Hüllen in so weit, als sie durch den Druk der Wassertheile, welche die Strömung der aufsteigenden Feuertheile weiters mit sich zu nehmen und in Dampfgestalt an die übrigen anzuschließen strebt, gedrukt werden.

Dieser Druk ist für einen zur Hälfte mit Wasser angefüllten Kessel gewöhnlich dem Gewichte einer Wassersäule von 28 Pariser-Zoll – gleich; ist aber meines Erachtens mit dem Verhältniß in näherer Beziehung, welches zwischen dem Wasserraume des Kessels und seinem leeren Raum über demselben statt findet – es ist dieser Druk um so größer; je größer der leere Raum des Kessels zu seinem Wasserraum ist; weil eine größere elastisch flüßige Masse, immer stärker als eine kleinere durch die nemliche Kraft sich zusammen druken läßt5)

b) Ist der Dekel des Kessels stärker als sein Boden, oder Seitenwände, so können ihn in gegebener Zeit um so weniger Feuertheile durchdringen, je stärker er ist es stemmen sich daher an ihn jene Feuertheile, die ihn nicht so schnell passiren können, als sie aus dem Boden und an den vom Feuer bespielten Seitenwänden des Kessels gleichzeitig aufsteigen; es sammelt sich deswegen in dem Kessel eine von Oben nach Unten sich immer mehr anhäufende, und nach ihrer Intensität immer mehr zunehmende Menge von Feuertheilen oder sogenannter freier Wärme an; die sich dem in dem Kessel befindlichen |19| Thermometer mittheilet, und seine Temperatur immer höher hebet, je dichter dieß elastisch Flüssige wird.

Aus diesem elastisch Flüssigem gewinnen nun die Grund-Stoffe jenes Etwas. Band X. 2. Heft, wodurch ihre Kräfte zunehmen um so mehr, je länger der Kessel in der Flamme verbleibt – sie saugen durch ihre stetig verstärkende Kräfte dies Flüßige selbst an sich, und legen dasselbe schichtenweise ihren Hüllen an Umfange zu, während sie gleichzeitig durch dieselbe von innen die aufgebläheten activen Schichten ihrer Hüllen an sich ziehen, oder an ihre latenten Schichten zunächst anschliessen; so daß also die Hüllen von innen um so viel einschwinden, als sie sich gleichzeitig von Aussen vergrößern, mithin die Dämpft selbst ihr Volumen nicht ändern – es dauert dieß Einziehen von Innen, und das Zulegen von Aussen so lange fort, bis der Zwischenraum, welcher bei dem Entstehen der Dämpfe in jeder Hülle durch die Absonderung ihrer activen, sich blähenden Schichten, von ihren noch latenten entstehen mußte, mit Feuertheilen ganz erfüllt ist; die sich schichtenweise in steter Continuität übereinander legen; mithin der Zustand der Dämpfe in der nemlichen Flamme beharrlich wird. Ziehen die Grundstoffe der Dämpfe durch ihre stets zunehmende Kräfte ihre aufgebläheten Hüllenschichten nach und nach ein, so würden sie sämmtliche latent machen: wenn nicht die benachbarten auch gleichzeitig durch ihre Kräfte sich in ihren Hüllenschichten afficirten, und dadurch den bindenden Kräften ihrer eigenen Grundstoffe entgegen wirken.

Durch diese wechselseitige Einwirkung kommen nun die afficirten Hüllenschichten in freiere Umstände, in welchen sie sich durch ihre Elasticität activ zeigen, und durch dieselbe sich stetig von ihren Grundstoffen zu entfernen streben – es ist dieser active Zustand für die äußersten Schichten der Hüllen am größten, nimmt aber von Aussen noch immer nach dem Ueberschuß der Kräfte ab, um welche jeder Grundstoff jede Schichte seiner Hülle stärker an sich hält, als die benachbarten sie durch ihre Kräfte in ihrem Abstande afficiren können – es fällt daher die lezte active Schichte in jeder Hülle dorthin, wo die Kräfte, mit welchen die benachbarten Grundstoffe sie anziehen, gegen die Kraft nur unbedeutend ist, mit welcher ihr eigener |20| Grundstoff sie an sich hält oder bindet; es schließet sich daher diese Schicht zunächst an die latenten Schichten der Hülle jedes Grundstoffes an; und ihre Lage in jeder Hülle ist in so weit beständig, als mit dem Zunehmen der bindenden Kräfte der Grundstoffe, auch die Kräfte zunehmen, mit welchen sie sich als benachbarte in ihren Hüllen-Schichten gleichzeitig afficiren.

c) Jemehr daher die Grundstoffe ihre dampfartig aufgeblähte Hüllenschichten nach und nach einziehen, oder in denselben ihre Continuität herstellen, um so stärker drüken oder spannen sich die Hüllen der benachbarten Grundstoffe unter sich wechselseitig; sie stemmen sich eben so auch gegen die Wände des Kessels und gegen sein Ventil; und tragen eine um so längere Queksilber Säule, wenn der Kessel statt diesen, mit einem Barometer versehen ist.

Diese Spannung der Dämpfe ist nur für den ersten Moment ihrer Entstehung die geringste, nimmt aber mit der Menge der Feuertheile, welche sich schichtenweise bei dem Einziehen der aufgebläheten Hüllenschichten zulegen stetig zu sie nimmt daher ans jeden Fall nach dem Gesez zu, in welchem die Kräfte der Grundstoffe sich in gleichen aufeinanderfolgenden Zeittheilen verstärken; weil die Grundstoffe immer ihren Kräften proportionirte Menge von Feuertheilen an sich saugen – bis endlich die Spannung der Dämpfe am größten wird, in dem Moment, in welchem die Continuität in den Schichten der Hüllen hergestellt, oder der Zustand der Dämpfe in dem Dampfkessel beharrlich geworden ist.

d) So wie aber die Grundstoffe der Dämpfe in gleichen aufeinanderfolgenden Zeittheilen, für die Completirung der Continuität in ihren Hüllenschichten, ihrer Kräfte proportionele Quantitäten freier Feuertheile consummiren (b) um so mehrere derselben streben auch von ihren Hüllen sich gleichzeitig loszureissen, und sich in dem Kessel strahlend zu verbreiten – es häufen sich daher die Feuertheile in dem Kessel immer mehr an, oder die freie auf den Thermometer wirkende Wärme wird immer intensiver; es steiget daher auch das Thermometer von dem Moment der Entstehung der Dämpfe an, mit der zunehmenden Intensität der freien Feuertheile in dem |21| Kessel, bis er endlich seinen höchsten Stand erreicht, in dem Moment, in welchem die Dämpfe ihren Beharrungs-Stand selbst antreten.

In diesem Moment restituirt sich die Intensität der freien Wärme in dem Raume des Kessels aus der Menge der Feuer-Theile, die während der Kessel der Flamme ausgesezt war, in ihm mehr aufsteigen, als von seinen Dämpfen consumirt wurden, und durch seinen Dekel in die Luft übergegangen sind – es verbleiben Leztere auch noch in dem Kessel, wenn er in die Feuerquelle ganz eingesenkt ist; die deswegen auch seinen Dekel bedekt; – wobei also die Intensität der freien Feuer-Theile der Intensität der Flamme selbst gleich ist.

e) Nach diesem über die Dampfe in dem Dampfkessel aufgestellten stetischen Betrachtungen, findet daher einmal in einem Kessel dessen Dekel mit der Luft in Berührung ist, keine Verdichtung derselben in den Dampfraum statt, wie einige unserer Physiker behaupten wollenes bleiben – statt dessen noch immer die Dämpfe in ihrem ursprünglichen Volumen; nur füllen sich die Räume, welche die in dem Moment der Entstehung der Dämpfe sich blähende Schichten bei ihrer Trennung von den latenten übrig gelassen haben, nach und nach mit Feuertheilen in so weit aus, daß jeder Grundstoff seine Hülle integrirt, oder eine Hülle um sich erhält, die in dem vorigen Durchmesser seiner dampfartigen Hülle in ihren Schichten continuirlich ist; und so durch die Totalität der Feuertheile ihrer activen Schichten gegen den Kessel druket.

Auch ist ferner der Druk der Dämpfe, wie einige statuiren wollen nicht unbegränzt – er findet statt dessen dorten seine Gränze, wo ihr Beharrungsstand eintritt, oder die Hüllen sich ganz complettirt haben. Da ferner nach meiner Ansicht bei und nach der Entstehung der Dampfe die Feuertheile, oder die sogenannte Wärme gebunden wird, so entspricht dieselbe auch von dieser Seite der Erfahrung! Denn nach den von Dalton angestellten Versuchen, schmelzen Dämpfe von gegebener Temperatur mehr Eis als eine gleiche Quantität Wasser von der nemlichen Temperatur – die Röhre des Kühlfaßes und der Helm bei der Destillation aus der Blase, werden von den tropfbar flüßig gewordenen Dämpfen viel heißer, als von einer gleichen |22| Menge Wasser, die eben den Grad der Wärme hat – Dämpfe in einem Gefäß mechanisch zusammengedrukt, entbinden eine beträchtliche Wärme.

Ueber dem allen entspricht diese Ansicht auch der von Hrn. Woolf mit Dampfmaschinen selbst angestellten Versuchen, und aus denselben gefolgerten Regeln, wie ich in der Folge zeigen werde.

Können nämlich die Dämpfe aus dem Kessel in ein Gefäß übergehen, das immer in einer Temperatur erhalten wird, die der Temperatur ihres Beharrungsstandes in dem Kessel gleich ist, während der Abgang derselben in dem Kessel sich stetig ersezet – so breiten oder blähen sie sich in einem Raume aus, in welchem sie die verstärkte Spannung verlieren, die sie von dem Moment ihrer Entstehung bis zum Antritt ihres Beharrungsstandes in dem Kessel erhalten.

Erhielten z. E. die Dämpfe in gewisser Zeit eine Dichte wornach sie gegen das Ventil mit 10 Pfund mehr als bei ihrer Entstehung druken, und sie gehen nun in jenes Gefäß über, so dehnen sie sich in einem Raum aus, der 10mal größer als der Dampfraum des Kessels ist, bis sie jene Dichte wieder gewinnen, die sie ursprünglich oder bei ihrer Entstehung hatten, und wobei ihr Druk einer Queksilbersäule von 28'' gleich ist.

II. Um nun diese Ansicht auch durch Versuche zu erwähren, benüze ich die von Hrn. Professor Arzberger in Wien angestellte, in dem vortrefflichen Jahrbuch des polytechnischen Instituts allda Band I. beschriebene schäzbarste Versuche, die mit einer eigenen, mit einem Ventil versehenen Vorrichtung aufs sorgfältigste angestellt und rezetirt wurden; und sich weiter als alle übrige seither von andern angestellte Versuche solcher Art erstreken: da sie bis zu einer Temperatur von 179 Graden nach Reaumürs 80theiliger Scala sich extendiren.

Nach diesen Versuchen ergab sich nun der Druk oder die Spannung der Dämpfe bei verschiedenen Temperaturen nach Reaumürscher 80theiliger Scala, in Pariser Zollen, wie folgt:

Temperatur. Spannung. Temperatur. Spannung.
89 41,40 Zoll 129 165,37
965 55,18 151 303,11
107,5 82,73 178 578,59
|23|

a) Da mir nun alles zunächst darauf ankam, den Hizgrad der Dämpfe für ihren Beharrungsstand in dieser Vorrichtung zu finden, so trug ich auf eine gerade Linie als Absisten nach dem verjüngten Maaßstabe die Barometer-Höhen des Versuchs, und sezte auf dieselbe die ihnen zupassende Grade der Temperatur als Ordinaten, und fand so vorerst den größten Hizgrad welchen die Dämpfe in dieser Vorrichtung erreichen mögen, folgendermaßen:

Als ich nämlich auf die Endpuncte der Ordinaten die Curve selbst zog, zeigte sichs, daß von der Absiste von 28 Zollen und ihrer Ordinate zu 80 Graden, bis zur Absiste 82,73 und ihrer Ordinate 107,5 die Curve eine Logistik sey, die sich bei der leztern Ordinate in eine andere Logistik verliert, welche sich endlich in einen langen Ast, nahe zu mit der Absiste parallel verläuft.

Nach dieser Construction scheint daher mit dir Temperatur von 107 Graden die Verdampfung im Dampfraum sich zu enden; und leztere Curve mit den Coordinaten 107, 183 anzufangen. Für diese interpolirte ich nun die zwischen die Ordinaten 151, 178 mitten hineinfallende Ordinaten zu 167 Graden; verlängerte die Ordinate 151 um (x) Zolle; und fand nun nach der bekannten logistischen Analogie

x : x – 16 = x – 16 : x – 27; daß x = 51 Grade;

wornach sich also ergibt, daß die Dämpfe in der Vorrichtung des Hrn. Professor Arzbergers höchstens mit 151 + 51 oder mit 202 Grade sich erhizen; oder daß die Temperatur ihres Beharrungsstandes 202 Grade seyn müsse

b) ist der größte Hizgrad auf diese Art bestimmt, welchen die Dämpfe in dieser Vorrichtung erreichen mögen, so kam nun alles darauf an, auch den größten Druk, oder die Barometerhöhe aufzusuchen, deren Druk dem Druk der Dämpfe unter sich und gegen den Kessel das Gleichgewicht hält.

Dieser Druk ergibt sich nun immer aus der Differenz einer logistischen Scala, nach welcher die Spannung der Dämpfe mit der Completirung ihrer Hüllen zunehmen würde, wenn alle ihnen sich zulegende Schichten activ blieben, und einer ändern |24| logistischen Scala nach welcher die latent werbenden Schichten für gleiche Zeittheile anwachsen.

Da nun lezteres aus jenen Versuchen nicht abgenommen werden mag, so trug ich die im obigen Schematismus angegebene Temperatur auf eine gerade Linie als Absisten, und sezte die ihnen zukömmliche Barometerhöhen, auf diese als Ordinaten senkrecht; wobei sichs zeigte, daß die Scala des stetischen Druks der Dämpfe, von einer logistischen sehr abweiche, welche sie seyn würde, wenn nicht gleichzeitig Schichten latent werden müßten.

Um daher mich so nahe als möglich an die Resultate der Versuche selbsten zu halten, theilte ich die Absiste von der Temperatur 97 bis 178 in drei gleiche Theile jeden zu 27 Differenz, und sezte diese der 178 zu, um die Ordinate für 178 + 27 = 205 Graden zu erhalten.

Dabei ergaben sich mir folgende Coordinaten:

Absiste. Ordinate. Differenz.
97 56
124 136 80
151 303 167
178 578 275.

aus welchen ich die Differenz der Ordinaten zwischen 178 und 208 Graden durch die Analogie 80 : 167 = 275 : 574 entnahm: so daß also die der Absiste 205 entsprechende Ordinate 578 + 574 = 1152 Pariser Zolle seyn würde; woraus sich ferner ergibt, daß die Dämpfe in dieser Vorrichtung in ihrem größten Hizgrad von 202 Graden; höchstens eine Queksilbersäule von 1088 Pariser Zollen tragen könnten.

c) Was ferner die von dem Engländer Woolf mit Dampfmaschinen selbst angestellte Versuche anbelangt, so befinden sich dieselbe in dem Band 55. des vortrefflichen Journals des Hrn. Prof. Gilbert 1817 aufgenommen; und sind im wesentlichen folgende.

Nach denselben ist nämlich der Druk der Dämpfe, wie bei 80 Graden auf einen englischen Quadratzoll des Kessels, beiläufig 15 Pfunde; oder dem Druk der Luft auf diese Fläche gleich.

Als nun Hr. Woolf den Hebelarm in so weit beschwerte daß er das Ventil mit 15 Pfund wirklich aufdrükte, so mußten |25| die Dämpft sich auf 97 Grade erhizen, bis ihr Druk auf das Ventil 15 + 15 oder 30 Pfund betrug, und es dehnten sich nun die Dämpfe nach ihren Uebergang in einen Cylinder von 97 Temperatur nach Reaumür in einem Raume aus, der 15mal größer als der Dampfraum im Kessel war, bis ihr Druk auf einen Quadratzoll wieder auf 15 Pfund zurükkam. Ueberhaupt aber fand Hr. Woolf folgende Expansivkräfte der Feuertheile der Dämpfe.

Temperatur. Spannung. Temperatur. Spannung.
87 15 + 5 Pfund 105 15 + 25
92 + 10 107 30
97 + 15 109 35
101 + 20 111 40

Wenn also nach Hr. Woolf das Ventil wirklich durch 5 oder auch durch (m) Pfunde niedergedrükt wurde, so war das Bestreben der Feuertheile der Dämpfe sich auszubreiten, auch 5mal oder überhaupt (m) mal größer, als es für die in ihrem ursprünglichen Zustand bei 80 Graden befindlichen Dämpfe ist.

Diese Ausbreitung der Dämpfe ist daher nach (111) eine direkte Folgerung aus meiner über die Dampfe und Dampfkessel aufgestellten Ansicht.

Da bei dieser Vorrichtung eine Queksilbersäule von 578 Zollen einem Druk von 50 Wiener Pfunden gleich ist, so ist auch 94 Pfund mit 1088 gleichachtiges würden daher auch die Dämpfe bei einer Temperatur von 202 Graden, in einem 94mal größern Raum sich ausbreiten, bis ihre Dichte ihrer ursprünglichen von 28 Zoll Druk wieder gleich würde.

d) Werden die Dämpfe durch eine äußere Kraft in einem Gefäß von ihrer Temperatur zusammengedrükt, so schließen sich ihre aufgeblähten Hüllen-Schichten um so naher an ihre übrige latente an, je starker sie gedrükt werden – es springen gleichzeitig die äußern Schichten ihrer Hüllen bei starker Deformation unter großen Druk nach und nach auf, und zerstreuen ihre Feuertheile, so daß am Ende nur noch jene Schichten verbleiben die den latenten am nächsten, und eigentlich Wasser in seinem concreten Zustand bei hoher Temperatur sind.

Verbreiten sich statt dessen die Dampfe in einem Gefäß, das gegen sie sehr kalt ist, so reißen sich die Feuertheile ihrer |26| aufgeblähten Hüllenschichten von ihnen los und theilen sich dem Gefäß mit, das dadurch seine Temperatur erhöht, – es verlieren so die Dämpfe nach und nach jene Schichten, durch welche sie eigentlich in die Dampfgestalt kommen, und es verbleiben ihnen noch jene übrig, die den latenten am nächsten sind und eigentlich concrete Wassertheile sind; sie verlieren bei sehr starker Erkaltung auch nach und nach von diesen latenten Schichten, und blähen sich in denselben durch die Entkräftung ihrer Grundstoffe wenn sie zu Eis werden.

Da nun alle die Phänomene welche uns Dämpfe zeigen, sich nicht nur nach meiner über dieselbe hier aufgestellten Ansicht erklären lassen, sondern zunächst aus derselben sich folgern; so scheint es mit der bei ihr zum Grunde liegenden Hypothese vorerst nicht ganz ohne zu seyn!

Um daher dieselbe noch mehr zu erwähren, werde ich in der Folge noch die für Technologie sehr wichtige Phänomene der Zersezung, Einsaugung und Fällung, nach derselben auf stetische Geseze bringen, und außerdem dieselbe noch auf die Meterologie und den Galvanismus anwenden.

München den 10. Dezember 1822.

|18|

Tiefe Ansicht bestättiget sich schon durch die von Hrn. Betaneourt in kleinen Dampfkesseln angestellte Versuche.

Denn als diese mit 1/10 1/4 1/2 3/4 mit Wasser angefüllt waren, zeigte auch der Druk der Dämpfe zu 31, 40,, 29, 00,, 28, 60,, 28, 00 Zollen.

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