Titel: Ewart, Versuche und Beobachtungen über einige Erscheinungen, die bei Flüssigkeiten Statt haben.
Autor: Ewart, Peter
Fundstelle: 1829, Band 32, Nr. LIV. (S. 280–286)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj032/ar032054

LIV. Versuche und Beobachtungen über einige Erscheinungen, die bei der plözlichen Ausdehnung zusammengedrükter elastischer Flüssigkeiten Statt haben. Von Pet. Ewart, Esq.

Auszüge aus zwei Abhandlungen, die vor der Literary and Philosophical Society of Manchester gelesen wurden: mitgetheilt vom Verfasser im Philos. Magaz and Journ. April 1829. S. 247.

Mit Abbildungen auf Tab. VIII.

Ich hatte vor ungefähr 7 Jahren Gelegenheit, einige Versuche an einer Dampfmaschine mit hohem Druke von der Kraft von 9 Pferden zu machen, in deren Kessel der Druk des Dampfes (mit Einschlusse der Atmosphäre) sechzig Pfund auf den □ Zoll betrug, so daß folglich die Temperatur innerhalb desselben ungefähr 290° F. gewesen seyn mußte. Ich brachte die Kugel eines Thermometers dicht an der Oeffnung der Sicherheits-Klappe an, während der Dampf aus derselben in großer Menge ausfuhr: das Queksilber stand beständig auf 160° F. Während die Maschine im Gange war, und der Dampf, nachdem er durch den Cylinder lief, durch eine senkrechte Röhre von 5 Fuß Höhe und 4 Zoll Durchmesser, in die Atmosphäre ausströmte, brachte ich das Thermometer in den Dampf, der oben bei dieser Röhre ausfuhr, und fand das Queksilber auf 212° F.

Da nun die Temperatur des an der Sicherheit-Klappe ausfahrenden Dampfes dicht am Kessel 160°, und in einer Entfernung von 5 Fuß von demselben 212° war, so richtete ich einen Apparat (Fig. 32.) vor, um zu sehen, ob, unter gewissen Umständen, die Temperatur des Dampfes zunimmt, nachdem derselbe aus dem Kessel ausfuhr. Ich wendete denselben an dem Dampfkessel mit hohem Druke zu Bromley bei London bei Hrn. Philipp Taylor an. A ist eine eiserne Röhre von 3/4 Zoll im Lichten, steht mit dem Kessel in Verbindung, und endet sich in einen Sperrhahn B, dessen Oeffnung gleich groß mit der Röhre war. An diesen Hahn wurde das Ende einer kupfernen Röhre C angeschraubt, die 16 Zoll lang war, und 2 Zoll im Durchmesser hatte: die Verbindung mit dem Hahne war dampfdicht. An dieser Röhre war ein Thermometer D so angebracht, daß die Kugel desselben dem Mittelpunkte der Oeffnung des Hahnes B gerade gegenüber stand, und nur 1 1/2 Zoll davon entfernt war. Die Oeffnung, durch welche das Thermometer in diese kupferne Röhre eingesenkt war, war dampfdicht geschlossen. Ein |281| anderes Thermometer E war auf dieselbe Weise an dem anderen Ende derselben kupfernen Röhre angebracht, welches Ende gegen die Atmosphäre zu ganz offen war. Als nun der Druk im Kessel mit Einschlusse des Drukes der Atmosphäre 58 Pfund auf den □ Zoll betrug (die Temperatur im Kessel also ungefähr 285° F. war) und der Hahn B vollkommen geöffnet wurde, stand das Queksilber im Thermometer D auf 212° F., und im Thermometer E auf 232°; also am Ende der kupfernen Röhre um 20° höher.

Ich nahm die kupferne Röhre weg, und brachte eine andere solche Röhre, wie in Fig. 33. an: leztere hatte denselben Durchmesser, aber 9 Zoll in der Länge, und wurde an denselben Hahn B angeschraubt. Das Thermometer D war auf dieselbe Weise angebracht, wie in der vorigen Röhre; das Ende dieser Röhre E war aber mittelst einer flachen Platte geschlossen, in deren Mitte sich ein Loch von 1/12 Zoll im Durchmesser befand. Ich öffnete den Hahn bei demselben Druke des Dampfes, wie in dem vorigen Versuche, und das Queksilber stand im Thermometer D auf 292°, während ein anderes Thermometer mit einer kleinen Kugel, an das Loch bei E hingehalten, aus welchem der Dampf ausfuhr, nur 185° zeigte. Eine an beiden Enden offene Glasröhre F, die an ihrem oberen Ende in eine feine Spize ausgezogen war, wurde so gestellt, daß ihr oberes Ende in Berührung mit dem bei E ausfahrenden Dampfe war, während das untere Ende derselben in ein Gefäß mit Queksilber eingesenkt stand. Während das Thermometer D auf 292° stand (wie vorher), stieg das Queksilber in dieser Röhre F 12 Zoll hoch. Das Queksilber stand am höchsten in dieser Röhre, wann sie der Oeffnung E am nächsten war.

Im August 1825 hatte ich Gelegenheit in dem Gußwerke der HHrn. Fairburn und Lillie's zu Manchester einige Versuche über die plözliche Ausdehnung der atmosphärischen Luft anzustellen. Einer derselben war folgender. A (in Fig. 34.) ist der Querdurchschnitt einer cylindrischen horizontalen Röhre von 7 Zoll im Durchmesser, durch welche Luft aus einem Gebläse zu einem Ofen geleitet wird. B ist ein umgekehrter gläserner Heber, der in der Seite der Röhre A eingefügt ist. An der entgegengesezten Seite wurde ein Loch von 4/10 Zoll im Durchmesser in dieser Röhre angebracht, und eine kegelförmige Röhre aus verzinntem Eisenbleche CD in dieselbe eingefügt. Diese Röhre war 5,4 Zoll lang, in ihrem inneren Durchmesser bei C 0,4 Zoll weit, und in dem äußeren bei D, wo sie sich in die Atmosphäre öffnete, 1,05 Zoll. An der unteren Seite dieser kegelförmigen Röhre waren zwei senkrechte Glasröhren E und F angebracht, deren obere Ende sich in die Röhre CD öffneten, während die unteren in ein |282| Gefäß mit Queksilber eingesenkt waren. Der Mittelpunkt der Röhre E war 0,5 Zoll von der inneren Seite der Röhre A entfernt, und der Mittelpunkt von F 2,2 Zoll. Man goß etwas Queksilber in den umgekehrten Heber und das Gebläse wurde in Thätigkeit gesezt. Die Luft fuhr durch A mit einer Schnelligkeit von fünf und vierzig Fuß in Einer Secunde. Das Queksilber stand in dem äußeren Schenkel des Hebers um 1,8 Zoll höher als in dem inneren, während das Queksilber in der Röhre E um 2,7 Zoll stieg, und nur um 0,4 in der Röhre F; also eine große Verminderung in dem Druke der Luft bei E, während der Druk derselben auf dem Wege von E nach F sehr zunahm. Als der Druk in dem Inneren von A verstärkt wurde, stieg das Queksilber beinahe in demselben Verhältnisse in E und F.

In den Annales de Chemie Sept. 1827 findet sich die Erzählung einer Erscheinung, welche Hr. Griffith zu Fourchambaut beobachtete, und welche folgende ist: wenn stark zusammengedrükte Luft aus einem Behälter durch eine Oeffnung in einer ebenen Fläche ausfährt, und eine Metallplatte oder Scheibe gegen diesen Luftstrom gehalten wird, so wird diese Platte gegen diese Oeffnung angezogen, statt daß sie von derselben weggestoßen wurde111). In demselben Hefte der Annales de Chemie findet sich auch eine Nachricht über verschiedene Versuche über den Austritt des zusammengedrükten Dampfes.

Da einige Resultate derselben mit den in Fig. 33 und 34. dargestellten übereinstimmen, andere hingegen von denselben abweichen, so verfertigte ich mir folgenden Apparat, um die Wirkung der Ausdehnung der zusammengedrükten Luft unter ähnlichen Umständen noch deutlicher beobachten zu können. A (in Fig. 35.) ist ein Längendurchschnitt einer senkrechten Röhre von 4 Zoll im inneren Durchmesser, welche mit einem Behälter, in welchem sich zusammengedrükte atmosphärische Luft befindet, in Verbindung steht. BC ist ein Querdurchschnitt eines flachen kreisförmigen Holzstükes, von 11,8 Zoll im Durchmesser, mit einer kreisförmigen Oeffnung von 4 Zoll im Durchmesser im Mittelpunkte desselben, welches so auf dem oberen Ende von A angebracht ist, daß diese Oeffnung mit dem inneren Rande von A zusammen trifft. DE ist der Durchschnitt eines anderen flachen kreisförmigen Holzstükes, von gleichem Durchmesser mit BC, und unmittelbar über demselben so befestigt, daß es mittelst Schrauben gleichförmig auf BC niedergedrükt, und von demselben weg in die Höhe gezogen werden kann.

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F ist ein umgekehrter gläserner Heber im Mittelpunkte von DE eingefügt; G ist ein ähnlicher gläserner Heber, gleichfalls in DE eingefügt; aber 1,5 Zoll weit von F entfernt. HI und K sind drei kleine, an beiden Enden offene Röhren, die in BC eingefügt sind, und mit ihren unteren Enden in ein mit gefärbtem Wasser gefülltes Gefäß L tauchen. Der Mittelpunkt der Röhre H war in einer Entfernung von 0,9 Zoll, der Mittelpunkt von I 2,1 Zoll, und von K 3,4 Zoll weit von der inneren Seite von A angebracht. Der Raum zwischen BC und DE wurde auf 0,2 Zoll gestellt, und einiges Queksilber in die umgekehrten Heber gegossen, worauf der Druk-Apparat in Gang gebracht wurde. Die Heber G und M zeigten einen inneren Druk von 1,25 Zoll, und der Heber F 1,3 Zoll Queksilber. Das gefärbte Wasser stieg in H 9 Zoll, in I 2 Zoll, in K 0,5 Zoll. Nachdem der Druk in A verstärkt wurde, stieg das gefärbte Wasser, beinahe in demselben Verhältnisse in HI und K, und der Druk abwärts auf DE war immer größer, als der Druk von A aufwärts.

Da diese Resultate noch immer von einigen Resultaten in den Annales de Chemie abweichen, so bat ich Hrn. Dalton bei einer Wiederholung der Versuche in Fig. 35. gegenwärtig zu seyn. Die Versuche wurden im November 1828 wiederholt, und Hr. Dalton fand obige Angabe genau und richtig.

Man hat die Erscheinungen, die hier beschrieben wurden, auf verschiedene Weise zu erklären versucht.

Man hat angenommen, daß das Queksilber in Fig. 33 und 34. und das gefärbte Wasser in Fig. 35. nicht durch Verdünnung der Flüssigkeit, die mit den oberen Enden der Röhren in Berührung steht, aufsteigt, sondern daß die Theilchen der Flüssigkeit in diesen Röhren (mögen sie nun Luft-, Wasser- oder Queksilber-Theilchen seyn) durch eine Art von Seiten-Wirkung der ausströmenden Flüssigkeit aufgezogen oder aufgesogen werden. Wenn aber irgend eine solche Art von Wirkung Statt hätte, so müßte sie sich auch an dem umgekehrten Heber (Fig. 34.) gezeigt haben, und dann würde das Queksilber in dem näher an der Röhre A befindlichen Schenkel (in welcher Röhre A die Luft sich mit einer Geschwindigkeit von 45 Fuß in einer Secunde bewegte) aufgestiegen seyn, statt daß sie niedergedrükt wurde.

Ich wendete einen umgekehrten Heber an dem Luftbehälter eines ähnlichen Gebläses an, in welchem der innere Druk – 33,5 Zoll Queksilber (mit Einschlusse der Atmosphäre) war, während ein anderer Heber an der Leitungs-Röhre angebracht war, wie in Fig. 34. und zwar in der Entfernung von 12 Fuß von dem Behälter. Die Luft ging durch die Röhre mit einer Geschwindigkeit von 48 Fuß in Einer |284| Secunde, und der innere Druk war nur um 1/2 68 geringer in der Leitungs-Röhre, als in dem Behälter.

Man hat die geringere Temperatur eines Dampfes von hohem Druke an der Stelle, wo er ausfährt, erklärt, ohne auf die Verdünnung des Dampfes an dieser Stelle Rüksicht zu nehmen. Einige behaupteten, daß der Dampf an dieser Stelle mit einer so großen Geschwindigkeit ausfährt, daß er nicht Zeit hat, seinen Wärmestoff fahren zu lassen; daß, wenn nicht ein Theil des Dampfes zu Wasser verdichtet wird, wenig oder gar kein Wärmestoff desselben frei wird; man hat gesagt, daß wenn man die Hand gegen solchen Dampf hält, dieselbe troken bleibt. Andere haben gesagt, daß der Dampfstrom einen Strom von Luft mit sich führt, der gewisser Maßen an den Seiten desselben angezogen wird, und daß dadurch die Temperatur vermindert und die Kugel am Thermometer abgekühlt wird. Meine Hand wurde indessen immer feucht, wenn ich sie gegen den Dampf hielt, und bei den meisten von mir angestellten Versuchen war die Kugel des Thermometers mit Dampf umgeben, so daß man nicht annehmen kann, daß irgend eine äußere an dem Dampfe anhängende Luft auf dieselbe wirken konnte.

Daß die Temperatur eines Dampfes von hohem Druke, wenn er frei gelassen wird, auf die Temperatur eines Dampfes vom Druke der Atmosphäre herabsinkt, ließ sich wohl erwarten. Wie aber diese Temperatur um so viel unter 212° fallen kann, dieß verdient eine Erklärung.

Man muß auf drei verschiedene Umstände bei den vorausgegangenen Versuchen Rüksicht nehmen, indem sie besondere Aufmerksamkeit verdienen.

1) Der verminderte Druk hat im höchsten Grade seiner Verminderung in der Nähe desjenigen Punktes Statt, wo die Luft oder der Dampf vom Druke frei wird. (Siehe Fig. 33, 34 und 35.)

2) Nachdem die Luft sich plözlich ausdehnte, bekommt sie schnell wieder einen großen Theil ihrer vorigen Dichtigkeit. (Siehe Fig. 34 und 35.)

3) Ein Theil der elastischen Flüssigkeit von gegebener Dichtigkeit wird durch einen anderen Theil derselben Flüssigkeit verdrängt, der von weit geringerer Dichtigkeit ist, als die verdrängte Flüssigkeit. (Siehe Fig. 34 und 35.)

Ich habe im Oktober 1822 einen Aufsaz vor dieser Society vorgelesen, in welchem ich über einige diesen Gegenstand betreffende Versuche Nachricht gab, und eine Erklärung der Resultate derselben nach mechanischen Grundsäzen versuchte. Ich habe diese Erklärung damals nicht als genügend gegeben, und gebe sie auch dieß Mal nicht dafür |285| aus. Indessen lassen alle Versuche, die ich zeither hierüber anstellte, sich, wie es mir scheint, auf diese Weise erklären, und ich hatte das Vergnügen zu sehen, daß mehrere gute Experimentatoren diese Erklärung angenommen haben.

Ich erlaube mir nun dieselbe, so wie sie ist, wieder nach Verlauf von 6 Jahren der Society vorzulegen.

Man seze A und B (Fig. 36.) seyen zwei gleiche bleierne Kugeln, die an den beiden gegenüberstehenden Enden einer elastischen Feder angebracht sind. Man seze, diese Feder befinde sich in der Lage A und B im neutralen Zustande, d.h., sie habe weder eine Neigung sich auszudehnen, noch sich zusammenzuziehen.

Man seze ferner, diese Kugeln werden in die Lage C und D zusammengedrükt, und dann plözlich losgelassen, so werden sie, durch die vereinigte Wirkung der Elasticität und des Momentes, schnell wieder aus einander fahren, und zwar nicht bloß so weit, wie sie in der Lage A und B von einander waren, sondern sie werden bis nach E und F sich von einander entfernen, weit über jenen ursprünglichen Stand hinaus, in welchem sie zusammengedrükt wurden. Nachdem sie aber bis E und F sich von einander entfernten, werden sie sich wieder einander nähern, und so einige Zeit über hin und her schwanken.

Wenn nun elastische Flüssigkeiten, wie Luft und Dampf, aus einzelnen Theilchen bestehen, so wissen wir, daß diese Theilchen durch eine elastische Kraft von einander entfernt gehalten werden; durch eine Kraft, die eben so wirkt, wie die Stahlfeder zwischen den beiden Kugeln, und wir können nicht zweifeln, daß solche Theilchen ihr Moment eben so gut besizen, wie überhaupt alle wägbare Körper. Ich finde nun keinen Grund, warum das schnelle Auseinanderfahren derselben und das schnelle Nähern gegen einander nicht aus derselben Ursache geschehen sollte, wie bei obigen bleiernen Kugeln.

Wenn wir uns daher A und B als zwei Theilchen der Atmosphäre denken, die sich in derselben Entfernung befinden, in welcher sie in der atmosphärischen Luft vorkommen, und wir denken uns diese Theilchen in die Lage C und D zusammengedrükt, und hierauf plözlich von allem Druke befreit, so werden sie in die Entfernung von E und F aus einander fahren, und alle Wirkungen der korrespondirenden Verdünnung oder Erweiterung hervorbringen. Es mag wahr seyn, daß sie sich nicht so weit, als E und F von einander entfernen, weil sie durch andere Theilchen in der Atmosphäre daran gehindert werden; indessen läßt sich doch vernünftiger Weise annehmen, daß sie sich über A und B hinaus von einander entfernen werden. Nachdem sie in die möglich weiteste Entfernung von einander gekommen sind, werden sie sich einander wieder nähern, aber nicht durch |286| die Rükwirkung der elastischen Kraft, wie jene bleiernen Kugeln, sondern durch eine ähnliche Wirkung der elastischen Kraft der Theilchen der Luft, in welche sie hinausgeworfen werden.

Wenn man obige Erscheinungen nach diesen Grundsäzen betrachtet, als bloße vereinigte mechanische Wirkung der Elasticität und des Momentes, so wird der niedere Druk eines mit hohem Druke zusammengedrükten Dampfes, an der Stelle, wo er frei wird, nur dasjenige werden, was er in Folge der mechanischen Erweiterung werden kann, nämlich die Folge der vorausgegangenen Zusammendrükung. Man wird folglich finden, daß, je mehr der Dampf zusammengedrükt wurde, derselbe, wenn er plözlich frei wird, desto mehr verdünnt und abgekühlt werden wird.

|282|

Dieses Phänomen wurde schon früher im Oktober 1824 von Hrn. Roberts, einem Mitglieds der Philosophical Society of Manchester beobachtet. A. d. O. Es wurde zeither viel über diesen Gegenstand geschrieben. Vergl. Polyt. Journ. Bd. XXIII. S. 139. A. d. U.

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