Titel: Clément-Desorme's, Vorlesung über technische Chemie.
Autor: Clément‐Désormes, Nicola
Fundstelle: 1829, Band 32, Nr. LXXIX. (S. 356–363)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj032/ar032079

LXXIX.  Clément-Desorme's dritte Vorlesung über die technische Chemie.

Aus dem Recueil industr. Febr. 1829. S. 138. Fortsezung vom polyt. Journal Bd. XXXII. S. 29.

Ueber die Wärme.

Der Gegenstand, womit wir uns in dieser Vorlesung zu beschäftigen haben, ist für die Industrie von der höchsten Wichtigkeit; wir werden jedoch nicht von den sehr scharfsinnigen, aber complicirten Theorien sprechen, welche einige gelehrte Physiker ersonnen haben, um die Erscheinungen zu erklären, welche die Entbindung von Wärme darbietet, weil der Fabrikant bei den Anwendungen, welche er von diesem mächtigen Agens machen muß, ihrer nicht als Leitfaden bedarf.

Die einfachste Theorie, von der Kenntniß der Arithmetik und der Elementar-Geometrie unterstüzt, kann dem Techniker hinreichende Aufklärung verschaffen und ihn gegen Fehler bewahren; und dieß ist auch ein Glük, denn je leichter eine wissenschaftliche Kenntniß erlernt werden kann und einer je größeren Anzahl von Personen sie zugänglich ist, desto schneller werden sich die Verbesserungen, auf welche sie nothwendigerweise bei einer zwekmäßigen Anwendung führen muß, verbreiten.

Da die Wärme, welche man in den Künsten benüzt, gewöhnlich das Resultat der Verbrennung ist, so müssen wir vor Allem diese Erscheinung studiren. Die Verbrennung ist immer das Resultat der Vereinigung eines Körpers mit Sauerstoff; die theoretischen Chemiker betrachten auch die Wirkung des Sauerstoffgases auf alle einfachen Körper und auf einige zusammengesezte Körper, womit es sich vereinigt, als eine Verbrennung, und nennen alle diese Körper brennbare. In der Praxis versteht man aber unter Verbrennung nur die Vereinigung des Sauerstoffs mit den gewöhnlichen Brenn-Materialien, die man in den Künsten anwendet, um Wärme hervorzubringen; wir werden uns also nur mit den Erscheinungen beschäftigen, welche bei der Verbrennung der Holzkohle, des Holzes, der Steinkohle und des Torfes Statt finden.

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Ueber die Holzkohle.

Wenn man Holz in verschlossenen Gefäßen stark genug erhizt, verliert es alle flüchtige Substanzen, die es enthält, und es bleibt nur Kohle zurük. Man hat lange Zeit geglaubt, daß diese immer eine gewisse Menge Wasserstoff zurükhält, welchen man nicht davon abscheiden könne, dieß war aber ein Irrthum; wenn die Hize während der Verkohlung stark genug ist, erhält man reine, von allen fremden Substanzen freie Kohle. Die käufliche Kohle enthält jedoch immer Wasser, Wasserstoff, Sauerstoff und andere Gasarten, weil sie nicht hinreichend erhizt wurde, und weil sie die Eigenschaft hat, die Feuchtigkeit und besonders die Kohlensäure aus der Atmosphäre zu absorbiren.

Diese fremden Substanzen betragen oft zehn und sogar fünfzehn Prozent ihres Gewichtes, wir werden sie aber nicht berüksichtigen, weil das Wasser sich verflüchtigt oder zersezt, die Kohlensäure sich entbindet, der Wasserstoff brennt, und der Sauerstoff mit dem Kohlenstoff sich vereinigt und als Kohlensäure oder Kohlenoxyd entweicht. Es bleibt nach der Verbrennung nur eine geringe Menge Asche als Rükstand.

Ueber das Holz.

Das Holz, welcher Art es auch seyn mag, besteht immer aus denselben Elementen; das Holz der Eiche enthält wie das des Kastanienbaums, wenn es vollkommen troken ist, 52 Theile Kohlenstoff und 48 Theile Sauerstoff nebst so viel Wasserstoff als nöthig ist, um mit jenem Wasser zu bilden.

Das Holz, welches man gewöhnlich gebraucht, enthält außerdem viel Wasser. Wenn es so eben geschlagen ist, enthält es davon ungefähr 40 Prozent, die es allmählich durch Austroknen verliert; nach Verlauf eines Jahres hält es davon ungefähr noch 20 Prozent zurük, und 100 Kilogrammen davon bestehen dann gewöhnlich aus:

Kohlenstoff 41,60 Kilogr.
Suaerstoff,
Wasserstoff,
38,40 –
Wasser als Feuchtigkeit, 20, –
–––––––
100 Kilogr.

Das Holz erzeugt um so weniger nuzbare Wärme, je feuchter es ist, weil ein Theil des durch die Verbrennung entbundenen Wärmestoffs zur Verflüchtigung des darin enthaltenen Wassers verwandt wird.

Obgleich alle Hölzer aus denselben Elementen bestehen, so sind sie doch in Hinsicht auf ihre Anwendung als Brenn-Material, sehr von einander verschieden. Diese Verschiedenheiten beruhen auf ihrer Struktur und auf der größeren oder geringeren Menge Kohlenstoff, die sie in demselben Volum enthalten.

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Ueber die Steinkohle.

Die Anzahl der Steinkohlenarten ist sehr beträchtlich, wie wir dieses schon bemerkten, als von ihrer Anwendung zur Gasbeleuchtung die Rede war. Daß sie ihre Bestandtheile auch in sehr verschiedenen Verhältnissen enthalten, kann man aus folgender Tabelle ersehen, die aus einem wichtigen Werke des Hrn. Karsten entnommen ist146).

Analysen von Steinkohlen.

Textabbildung Bd. 32, S. 358

Man sieht aus dieser Tabelle, daß die Steinkohle gewöhnlich 80 bis 90 Prozent Kohlenstoff enthält und daß sie, wie die Oehle und Harze, eine größere Menge Wasserstoff enthält, als zur Sättigung ihres Sauerstoffs nöthig wäre. Der Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalt der Steinkohle macht sie zu einem vortrefflichen Brenn-Material, und sie wird bei ihrer großen Verbreitung auch immer mehr in den Werkstätten angewandt. Der Anthracit, welchen man als eine sehr trokne Steinkohlenart betrachten kann, enthält keinen überschüssigen Wasserstoff, daher er auch so schwer zu entzünden ist.

Ueber den Torf.

Der Torf ist ein leichtes Brenn-Material, welches seine Bestandtheile in sehr wandelbarem Verhältnisse enthält. Er brennt langsam und gibt nur wenig Wärme; er enthält übrigens in demselben Volum bei weitem nicht so viele zur Verbrennung geeignete Substanzen, wie die anderen Brenn-Materialien.

Wenn man einen der Körper, womit wir uns so eben beschäftigt haben, auf eine gewisse Temperatur erhizt, so entzündet er sich und absorbirt dann den Sauerstoff aus der Luft; aber die Temperatur, welche erforderlich ist, um dieses Resultat zu erhalten, ist nach der Natur des Brenn-Materiales und dem Zustande, worin es sich befindet, verschieden. Der Sauerstoff verbindet sich mit dem Kohlenstoff und Wasserstoff |359| und bildet Kohlensäure und Wasser. Wenn man z.B. die Temperatur einer Masse Kohlen hinreichend erhöht, so durchdringt die tust dieselbe und ihr Sauerstoff verbindet sich mit dem Kohlenstoff, bildet Kohlensäure, die, obgleich schwerer als die atmosphärische Luft, durch die erhöhte Temperatur leichter gemacht wird, und in die Höhe steigt. Der Sauerstoff verbindet sich auch mit Wasserstoff und bildet Wasser, welches in Dämpfen entweicht. Der nicht verbrennende Theil der Luft, der Stikstoff, welcher darin 69 Prozent beträgt, steigt auch in die Höhe, sowohl wegen seines spec. Gew. als wegen der erhöhten Temperatur. Da die verbrannte Luft und die Produkte ihrer Verbrennung, weil sie leichter sind, emporsteigen, so tritt eine neue Portion Luft an ihre Stelle, zersezt sich und steigt ebenfalls in die Höhe.

Die Verbrennung entwikelt Wärme, wovon ein Theil ausstrahlt und der andere in der verbrannten Luft zurükbleibt und mit ihr entweicht. Erstere nennt man strahlende Wärme; sie wird durch einen glühenden Körper in alle Richtungen ausgestrahlt und hat die Eigenschaft, sich mit großer Schnelligkeit in gerader Linie fortzubewegen und die Luft zu durchstreichen, ohne sie merklich zu erhizen. Die strahlende Wärme, welche sich bei der Verbrennung entwikelt, ist aber sehr wenig beträchtlich und in den technischen Künsten von gar keiner Wichtigkeit; fast den ganzen Wärmestoff reißt die Luft mit sich fort. Hingegen wird bei dem Heizen unserer Zimmer bloß der strahlende Wärmestoff benuzt und bei der Einrichtung unserer Kamine, auch nur 1/800 tel der entwikelten Wärme nüzlich verwandt.

Wenn man die von einem Feuerherd erzeugte Quantität nüzlicher Wärme erfahren will, muß man hauptsächlich seine Temperatur aus Mitteln, denn diese ist der entbundenen Wärme nicht proportional.

Unter Temperatur versteht man die Kraft, womit der Warmestoff aus dem Körper oder dem Raume, worin er sich befindet, zu entweichen sucht, und man kann sie mit nichts besser vergleichen, als mit der Anstrengung, welche ein comprimirtes Gas macht, um aus dem Gehäuse, worin es eingeschlossen ist, zu entweichen; und so wie das Maß dieser Anstrengung nicht hinreicht, um das Volum des Gases zu bestimmen, so reicht auch das der Tension, womit der Warmestoff sich zu entbinden strebt, nicht hin, um seine Quantität kennen zu lernen.

Durch diese scharfsinnige Vergleichung wird der Unterschied zwischen der Temperatur und der von einem Brenn-Material entbundenen Wärme-Quantität vollkommen deutlich.

Die Erhöhung der Temperatur bestimmt man durch Instrumente, die man Thermometer oder Pyrometer nennt; durch diese erfährt |360| man aber nicht die Wärme-Quantität, und um diese leztere zu messen, bedient man sich eines unter dem Namen Calorimeter bekannten Apparates. Am häufigsten bedient man sich des von Lavoisier erfundenen, wobei der entwikelte Warmestoff der Menge des geschmolzenen Eises proportional ist. Das Schmelzen des Eises eignet sich sehr gut, um ein genaues Maß zu erhalten, weil dieser Körper immer bei derselben Temperatur schmilzt und unter allen Umständen hiezu einer dem Gewichte des hervorgebrachten Wassers proportionalen Wärmemenge bedarf. Wenn man ein Kilogramm Eisen mehrere Stunden lang in kochendes Wasser legt, welches bekanntlich die Temperatur von hundert Centestmalgraden beständig beibehält, und es dann schnell in eine hohle Eiskugel oder in den Calorimeter bringt, so wird es allen Wärmestoff verlieren, den es enthält und der die Temperatur des Eises übertrifft. Ein gewisser Theil dieses lezteren wird schmelzen und dadurch das genaue Maß der Wärme-Quantität geben, welche das Kilogramm Eisen absorbirte, um auf die Temperatur von hundert Centesimalgraden zu kommen.

Wenn man an Statt eines Kilogrammes Eisen, in den Calorimeter ein Kilogramm kochendes Wasser bringt, so wird acht Mal mehr Eis, als im vorhergehenden Versuche schmelzen. Da die Temperatur der beiden Körper dieselbe ist, und die Quantität des geschmolzenen Eises sich wie Eins zu Acht verhält, so kann man daraus schließen, daß ihre respektive Quantitäten für den Wärmestoff, oder die Quantität, welche sie von diesem Fluidum enthalten, wenn sie auf gleicher Temperatur sind, sich auch wie Eins zu Acht verhält.

Man darf also die Temperatur mit der Wärme-Quantität nicht verwechseln; um aber diese leztere zu berechnen, müssen wir uns über eine Einheit verständigen, wodurch man sie leicht messen kann; denn es gibt noch keine in dieser Hinsicht allgemein angenommene.

Hr. Clément schlägt vor, zu dieser Einheit die Wärme-Quantität anzunehmen, welche erforderlich ist, um die Temperatur eines Kilogrammes Wasser um einen Centesimalgrad zu erhöhen und nennt sie Calorie (Wärme-Einheit). Der Gebrauch dieser Einheit ist außerordentlich bequem und erleichtert die Anwendung der Theorie der Wärme sehr.

Um die absolute Quantität der Wärme-Einheiten, welche in dem Calorimeter durch die Erkältung oder Verbrennung eines Körpers erzeugt werden, abzuleiten, muß man die Wärme-Quantität kennen, welche bei der Schmelzung eines bestimmten Gewichtes Eis absorbirt wird; nach den von Lavoisier angestellten Versuchen geben Ein Kilogramm Wasser von 75° (C.) und Ein Kilogr. Eis von 3°, zwei Kilogr. Wasser von 0°: eine Wärme-Einheit kann also 1/75 Kilogr. |361| oder 0,0133 Kilogr. Eis schmelzen; oder es sind fünf und siebenzig Wärme-Einheiten nöthig, um Ein Kilogramm Eis zu schmelzen.

Man hat vermittelst des Calorimeters die Quantität der Wärme-Einheiten bestimmt, welche die Verbrennung der meisten gewöhnlichen Brennmaterialien erzeugt und so ihren relativen Werth bestimmt. Die Kohle, das Holz und der Torf können leicht verbrannt werden; man kann bei dem Versuche leicht alle Quellen des Irrthums vermeiden, wenn man nur Luft von 0° in den Apparat hinein und sie erst dann entweichen läßt, wenn sie neuerdings diese Temperatur erhalten hat. Die Steinkohle bietet größere Schwierigkeiten dar, weil sie einer höheren Temperatur bedarf, um sich zu entzünden; auch hat keiner von den Versuchen, welche so oft mit diesem Brennmaterial wiederholt worden sind, genügende Resultate gegeben.

Die verschiedenen Arten von Holz gaben immer dieselbe Quantität Wärme, wie man dieses schon nach ihrer Zusammensezung vermuthen konnte, obgleich ihre Verbrennung nicht bei gleicher Temperatur Statt fand. Was die Steinkohle betrifft, so kann man ihre wärmeerregende Kraft aus ihrer Analyse ableiten und man wird sich wenig von der Wahrheit entfernen, wenn man den durch ihren Gehalt an fremden Körpern entstehenden Wärmeverlust dadurch ausgleicht, daß man die durch den freien Wasserstoff hervorgebrachte Wärme vernachlässigt; es bleibt dann nur noch der Kohlenstoff zurük, welcher der troknen Holzkohle gleich gestellt werden kann. Der Torf erzeugt ungefähr nur ein Fünftel der durch die Holzkohle entbundenen Wärme.

Die folgende Tabelle zeigt den relativen Werth der gewöhnlichen Brennmaterialien hinsichtlich ihrer Wärmeproduktion und gibt die Quantität der durch ihre Verbrennung erzeugten Wärme-Einheiten an. Die erste Zahlenreihe gibt die Quantität des in dem Calorimeter geschmolzenen Eises an und aus der zweiten Columne, wo diese Quantität mit fünf und siebenzig multiplicirt ist, ersieht man die Anzahl der Wärme-Einheiten.

Textabbildung Bd. 32, S. 361-362
|362|

Aber die Kenntniß des wärmeerzeugenden Werthes der Brennmaterialien reicht noch nicht hin, um ihren relativen Werth als Brennmaterial zu bestimmen; denn wenn die entbundene Wärme über einen größeren Raum verbreitet ist, ist die Temperatur nicht so hoch. Das trokne Holz z.B., dessen wärmeerzeugende Kraft halb so groß als die der Steinkohle ist, bringt dessenungeachtet eine nuzbare Wärme hervor, die auf 60 Procent von derjenigen steigt, welche lezteres Brennmaterial gibt.

Dessenungeachtet kann man sich obiger Tabelle in der Praxis sehr vortheilhaft bedienen und wir wollen, um dieses deutlicher zu machen, jezt einige Beispiele anführen.

Ein Färber hat stündlich 4000 Kilogr. kochendes Wasser nöthig, und wünscht zu wissen, wie viel Brennmaterial er anwenden muß, um diese Quantität zu erhalten.

Da eine Wärme-Einheit diejenige Quantität Wärme ist, welche erfordert wird, und Ein Kilogramm Wasser und einen (Centesimal-) Grad zu erhizen, so sind, um 4000 Kilogr. Wasser auf 100 Grade zu erhizen, 400,000 Wärme-Einheiten nöthig; dividirt man diese ganze Summe durch 7050, welches die Anzahl der durch die Verbrennung Eines Kilogrammes Steinkohlen erzeugten Wärme-Einheiten ist, so findet man, daß man davon beinahe 56 Kilogrammen verbrennen müßte, wenn alle Wärme benuzt würde; man verliert aber davon immer wenigstens ein Drittel durch die Seitenwände des Herdes und man muß also den 56 Kilogr. noch die Hälfte dieser Quantität oder 28 Kilogr. zusezen; um daher 4000 Kilogr. kochendes Wasser zu erhalten, muß man in Allem 84 Kilogrammen Steinkohlen verbrennen.

Wenn man Wasser in Dampf verwandeln will, so ist mehr Wärme nöthig; denn ein Kilogramm Wasser absorbirt, wenn es bei 100 Grad verdampft, eine Quantität Wärmestoff, welche hinreichend ist, dieselbe Quantität Wasser um 550 Grade zu erhizen; Ein Kilogramm Dampf kostet also 650 Wärme-Einheiten.

Wenn man annimmt, daß die Unterhaltung einer Dampfmaschine 600 Kilogrammen Wasserdampf erfordert, so sind, um diese zu erzeugen, 390,000 Wärme-Einheiten nöthig oder das Produkt von 600 in 650, dividirt durch 7050; man findet 55 für die Anzahl von Kilogrammen Steinkohle, welche erforderlich ist, um das Wasser zu verdampfen, und diese muß man, wie in dem vorhergehenden Beispiele, noch um die Hälfte vermehren, um die Wärme, |363| welche die Seitenwände des Herdes entziehen, auszugleichen. Man muß also 87 und ein halbes Kilogramm Steinkohlen anwenden, um 600 Kilogramm Wasser in Dampf zu verwandeln. Man könnte auf ähnliche Weise alle anderen Wirkungen der Wärme berechnen.

Die Verbrennung der so eben besprochenen Substanzen bringt eine hohe Temperatur hervor; um sie zu messen, bedient man sich gewöhnlich des Pyrometers von Wedgwood. Er gründet sich auf die Eigenschaft des Thones, sich beim Erhizen zusammenzuziehen; man mißt diese Zusammenziehung vermittelst der beiden graduirten kupfernen Stäbe, die einen Winkel Hilden, in welchen man die calibrirten Thoncylinder, welche dem Feuer ausgesezt worden sind, hineinbringt. Der Grad, welchen die auf einem der Stäbe angebrachte Scale anzeigt, bestimmt die Temperatur des Feuerherdes, in welchen der Körper gebracht worden ist.

Man hat versucht, die von dem Pyrometer angezeigten Grade auf Thermometergrade zu reduciren und berechnet, daß die Temperatur eines Herdes sich auf zehn bis zwölf tausend Centesimalgrade erhöhen kann.

Hr. Clément wollte sich von der Richtigkeit dieser Thatsache überzeugen und hat in dieser Absicht verschiedene Substanzen, wie Eisen, Platin, Thon, einem heftigen Feuer ausgesezt; er warf sie sodann in den Calorimeter und berechnete den Temperaturgrad aus der Quantität der entbundenen Wärme, indem er die specifische Wärme der zum Versuche angewandten Substanzen berüksichtigte. Er fand auf diese Art, daß die Temperatur eines Herdes zwei tausend, bis zweitausend fünfhundert Grade des hunderttheiligen Thermometers nicht übersteigt.

(Die Fortsezung folgt.)

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Es führt den Titel: „Untersuchungen über die kohligen Substanzen des Mineralreichs überhaupt, und über die Zusammensezung der in der Preußischen Monarchie vorkommenden Steinkohlen insbesondere; vom Geh. Ober-Bergrath C. J. B. Karsten. Berlin 1826.“ – A. d. R.

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