Titel: Dunn und Sang, über Ausdehnung des Marmors durch die Wärme.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1831, Band 41, Nr. LXVII. (S. 275–280)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj041/ar041067

LXVII. Versuche um die Ausdehnung des Marmors durch die Wärme zu bestimmen; von John Dunn und Edward Sang.

Aus dem Edinburg new philosophical Journal. Junius 1831. S. 66.

Sobald die Thatsache, daß die Körper beim Erhizen sich ausdehnen, bekannt wurde, entstand die Frage: gibt es irgend eine Substanz, |276| welche ihr Volumen nicht verändert? Man hat viele Versuche angestellt, um die Ausdehnung verschiedener Körper zu bestimmen; obgleich sie aber bei einigen außerordentlich gering ist, so hat man doch noch keine Substanz gefunden, welche sich gar nicht ausdehnt. Vor einiger Zeit wurde der Royal Society in Edinburgh ein marmornes Pendel übergeben, welches in der Voraussezung, daß der Marmor sich beim Erhizen nicht ausdehnt, verfertigt worden war. Diese Annahme gründet sich auf bloße Analogie, und so wahrscheinlich sie auch scheinen mag, so hält sie doch bei genauerer Prüfung nicht Stich. Wir wollen zugeben, obgleich dieß nicht erwiesen ist, daß ein regelmäßig krystallisirtes Stük Kalkspath beim Erhizen zwar seine Gestalt, aber nicht sein Volumen verändert; dieß beweist aber weiter nichts, als daß die kleinsten Theilchen des kohlensauren Kalks, wenn sie auf eine besondere Art angeordnet sind, sich in einer Richtung einander nähern und in anderen zurüktreten; so daß das ganze Aggregat doch dasselbe Volumen beibehält. Wir sind hingegen keineswegs zu der Vermuthung geneigt, daß sich dieselbe Wirkung bei unregelmäßig aneinandergereihten Theilchen oder selbst Krystallen dieser Substanz zeigt; die Thatsache, daß sie nach dem Zufall vertheilt sind, nimmt der Analogie schon alle Kraft. Es können Theilchen von kohlensaurem Kalk, wenn sie regelmäßig geordnet sind, einem gewissen Gesez gehorchen, während hingegen dieselben Theilchen, wenn sie unregelmäßig zusammengehäuft sind, einem sehr verschiedenen unterliegen können. Um in dieser Sache Gewißheit zu erlangen, blieb nichts übrig, als directe Beobachtungen zu machen. Bei der Wichtigkeit dieses Gegenstandes unterließen wir auch nicht, Versuche anzustellen, deren Resultate wir nun mittheilen wollen.

Es ist bekanntlich sehr schwierig die Ausdehnung der Körper durch die Hize mit Genauigkeit zu messen. Kennt man einmal das Verhältniß, in welchem sich eine Substanz ausdehnt, so ist es nicht sehr schwer darnach die Ausdehnbarkeit anderer zu bestimmen; die erste Bestimmung ist immer mit den größten Schwierigkeiten verbunden. Da alle Substanzen beim Erwärmen sich ausdehnen, so haben wir keinen permanenten Maßstab, um die Ausdehnung der Substanz, womit der Versuch angestellt wird, zu messen, und es bleibt uns nichts übrig, als eine nur wenig ausdehnbare Substanz auf einer bestimmten Temperatur zu erhalten. Die Wärme wird jedoch auch durch die schlechtesten Leiter so schnell mitgetheilt, daß entweder der Maßstab oder der wandelbare Körper seine Temperatur ändert noch ehe die Messung bewerkstelliget ist. Berthoud's Vorschlag, eine Stange zu erhizen und sodann auf die Platte eines Pyrometers zu legen, eignet sich nicht für genaue Bestimmungen, und es ist auch nicht |277| leicht eine Methode ausfindig zu machen, gegen welche sich gar keine Einwürfe machen lassen. Will man eine Substanz erhizen und eine beträchtliche Zeit über auf einer bestimmten Temperatur erhalten, so stößt man ebenfalls auf Schwierigkeiten und es gibt in der That so viele Umstände, welche kleine Fehler verursachen können, daß kein Beobachter von der Genauigkeit seiner Resultate versichert seyn kann und er verbunden ist, das von ihm befolgte Verfahren ganz im Detail zu beschreiben und alle Vorsichtsmaßregeln anzugeben, welche er anwandte, um Irrthümer zu vermeiden.

Man kann, wie wir bereits angedeutet haben, auf zweierlei Art die Ausdehnung einer Substanz bestimmen: man vergleicht ihre Länge bei verschiedenen Hizgraden entweder mit derjenigen eines Körpers, welcher auf einer gleichförmigen Temperatur erhalten wurde, oder mit derjenigen einer Substanz, deren Ausdehnbarkeit man kennt und welche man denselben Temperaturveränderungen unterzieht. Lezteres Verfahren ist weniger schwierig und verdient das größte Vertrauen, wenn die Ausdehnbarkeit der Substanz, welche als Maßstab dient, genau bestimmt ist.

Die Physiker haben Tabellen über die Ausdehnung verschiedener fester Körper mitgetheilt; sie dürften aber nur bei wenigen dieser Substanzen verläßlich seyn, weil die geringste Beimischung eines fremden Stoffes die Ausdehnbarkeit sehr modificirt. Queksilber wurde wegen seiner Anwendung bei Thermometern und Barometern mit sehr großer Sorgfalt untersucht; bei den Angaben über die Ausdehnung des flüssigen Metalles finden sich jedoch große Differenzen, welche größten Theils dem Umstande zugeschrieben werden müssen, daß die Ausdehnung der Glasgefäße, in welchen es enthalten war, nicht genau bestimmt wurde. Das größte Zutrauen scheint uns die Angabe von Laplace in seinem Système du Monde zu verdienen, nach welcher die Ausdehnung 100 Theile bei 5412 oder 18477 bei einer Million von der Temperatur des schmelzenden Eises bis zum Siedepunkte des Wassers beträgt.

Die Stange, womit wir den Marmor verglichen, war eine Glasröhre, deren Ausdehnung wir auf folgende Art bestimmten. Aus einem Theil der Röhre bildeten wir ein Gefäß mit einer Haarröhre. Dieses Gefäß füllten wir mit frisch destillirtem Queksilber von der Temperatur des schmelzenden Eises: wir erhizten es nachher auf den Siedepunkt des Wassers und sammelten sorgfältig alles ausgetriebene Queksilber. Das ausgetriebene Queksilber wog 66,9 Gran, das in dem Gefäß zurükgebliebene 4312,6 Gran, was für den Ueberschuß der Ausdehnung des Queksilbers über diejenige des Glases 0,015513 gibt; |278| die Ausdehnung des Glases beträgt also 0,002964 nach dem Volumen oder 0,000988 in der Länge.

Wir fanden somit die Ausdehnung des Glases größer, als sie in den Tabellen angegeben wird; sie könnte jedoch nur durch einen Irrthum bei Bestimmung der Ausdehnung des Queksilbers fehlerhaft geworden seyn. Bei einigem Nachdenken wird sich aber Jeder überzeugen, daß die meisten Beobachtungsfehler dazu beitragen, die Ausdehnung scheinbar geringer zu machen, daher ein größeres Resultat zu beweisen scheint, daß die Ausdehnung des Queksilbers mit Sorgfalt bestimmt wurde. Beim Wägen konnte nur ein sehr kleiner Fehler begangen werden, daher das Resultat aller Wahrscheinlichkeit nach sich der Wahrheit sehr nähert.

Wir benuzten den Glasstab als Stange für einen Stangenzirkel und erhizten sie mit zwei Platten, einer von carrarischem und einer vom schwarzem (Lucullit-) Marmor auf dieselbe Temperatur. Um eine Controlle zu haben, wurde eine hölzerne Stange so viel als möglich auf derselben Temperatur erhalten und ebenfalls mit den Marmortafeln verglichen. In jede Platte wurden in einer Entfernung von 31,5 Zoll zwei messingene Stifte eingelassen, wovon der eine in seinem Mittelpunkte mit einem kleinen Loch zur Aufnahme einer Spize des Zirkels versehen war; der andere hatte eine glatte Oberfläche, auf welcher man mit der anderen Spize des Zirkels einen Strich machte. Die Platten und der gläserne Stangenzirkel wurden in einem Trog von Zinn mit Eistüken umgeben und eine hinreichende Menge Wasser zugegossen, um die Verbindung zwischen dem Eis und dem Marmor herzustellen. Nach einer Stunde, wo man annehmen konnte, daß der Marmor die Temperatur des schmelzenden Eises erlangt hatte, wurden so viele Eisstüke beseitigt, daß man den gläsernen Stangenzirkel bewegen konnte, ohne ihn über die Oberfläche der ihn umgebenden Flüssigkeit zu bringen und Striche mit beiden Zirkeln auf den glatten Stiften jeder Platte gemacht.

Man nahm sodann das Eis und das Wasser aus dem Trog und brachte heißes Wasser hinein, welches man bei 211° F. eine Stunde lang im Sieden erhielt. Nach Verlauf dieser Zeit machte man wieder Striche mit jedem Zirkel, indem der gläserne Stangenzirkel vollkommen in der siedenden Flüssigkeit eingetaucht blieb und der hölzerne aus einem Nebenzimmer, dessen Temperatur sich nicht verändert hatte, schnell hergeholt wurde. Bei der kurzen, obgleich unvermeidlichen Verzögerung, welche die Beseitigung der oberen Platte verursachte, muß die hölzerne Stange ihre Temperatur erhöht haben und länger geworden seyn, ehe der Strich auf dem Stift in dem carrarischen Marmor gemacht wurde. Die Entfernungen zwischen den |279| Strichen wurden dann mit einem Mikroskop untersucht und mit einem Instrument gemessen, welches den 3000sten Theil eines Zolles genau angab.

Nach dem hölzernen Stangenzirkel betrug die Gesammtausdehnung den 33/3000sten Theil eines Zolles bei dem schwarzen und den 79/3000sten Theil bei dem carrarischen Marmor für eine Länge von 31,5 Zoll und bei einer Erhöhung der Temperatur von 32° auf 211° F. Die Ausdehnung betrug also bei einer Temperaturerhöhung von 180° bei dem schwarzen Marmor 0,000350 und bei dem weißen 0,000837. Als man die Striche untersuchte, welche mit dem gläsernen Stangenzirkel gemacht wurden, ergab sich, daß sich der schwarze Marmor um den 33/3000sten Theil eines Zolles weniger ausgedehnt hatte, als das Glas, so daß seine absolute Ausdehnung 0,000426 betragen muß; der weiße Marmor hatte sich um den 8/3000sten Theil eines Zolles mehr als das Glas verlängert, daher seine absolute Ausdehnung 0,001072 oder zwei und ein Viertel Mal so viel als diejenige des schwarzen Marmors beträgt.

Der Glasstab ergab also für jede Marmorsorte eine größere Ausdehnung als der hölzerne Stangenzirkel und der Unterschied ist bei dem schwarzen Marmor am größten; wir können daher als gewiß annehmen, daß während des kurzen Zeitraumes, wo das Holz einer feuchten und heißen Atmosphäre ausgesezt war, es sich merklich ausdehnte.

Der gläserne Stangenzirkel war mit zwei Griffen versehen und wurde nie aus der Flüssigkeit genommen, welche den Marmor umgab; da er unter Wasser außerordentlich leicht und die angebrachten Spizen sehr kurz waren, so durfte man nicht befürchten, daß er sich biegt und dadurch ein fehlerhaftes Resultat gibt; die mit demselben erhaltenen Resultate verdienen daher volles Vertrauen; nur eine kleine Ungenauigkeit bei Bestimmung der Ausdehnung des Glases selbst kann einen Einfluß auf das Resultat gehabt haben.

Die hier mitgetheilten Versuche waren die lezten von drei Reihen, welche alle fast dieselben Ausdehnungen ergaben. Wir theilten die lezten mit, nicht weil die anderen mit geringerer Sorgfalt angestellt wurden, sondern weil wir bei Anstellung derselben schon eine größere Uebung erlangt hatten. Bei einem der früheren Versuche erhizten wir das Wasser durch zwei weite Kohlenbeken, konnten aber mit zwei Blasebälgen die Temperatur nicht höher als auf 197° F. erhalten. Bei dem lezten Versuche nahmen wir sieben Weingeistlampen und waren nicht wenig erstaunt als wir, um zu starkes Sieden zu vermeiden, nach und nach vier davon beseitigen mußten und mit drei |280| Weingeistlampen das Wasser in einem Troge von 37,4 Zoll Länge auf 3 1/2 Breite auf dem Siedepunkt erhalten konnten.

Die verschiedene Ausdehnbarkeit des schwarzen und weißen Marmors ist deßwegen merkwürdig, weil sie in ihrer chemischen Zusammensezung wenig von einander abweichen. Wenn es sich aber um die Anwendung einer Substanz zu Uhrenpendeln handelt, so kommen noch andere Umstände als ihre Ausdehnung in der Wärme in Betracht. Die verschiedene Dichtigkeit der Luft und der wandelbare Widerstand, welchen sie einem schwingenden Körper entgegensezt, müssen ebenfalls berüksichtigt werden, und offenbar ist in dieser Hinsicht ein dichterer Körper einem specifisch leichteren vorzuziehen. Nimmt man die specifische Schwere des Marmors zu 2,7 an (die des weißen betrug 2,65 und diejenige des schwarzen 3,0), so ist er 2268 Mal schwerer als Luft; so daß eine Veränderung des Barometerstandes um einen Zoll täglich einen Unterschied um eine 5/8 Sekunde hervorbringen wird. Nehmen wir die Ausdehnung des weißen Marmors zu 0,001 an, so wird jeder Grad an Fahrenheits Thermometer bei den Uhren täglich einen Unterschied von 1/4 Sekunde verursachen; daher das gewöhnliche Pendul mit bleiernem Gewicht, weil es nicht so lang und der hydrostatische Einfluß und Widerstand der Luft bei demselben geringer ist, vor dem marmornen den Vorzug hat.

Bei dieser Gelegenheit wollen wir bemerken, daß es eine sehr nüzliche und interessante Untersuchung wäre, die Einwirkung der Hize und Feuchtigkeit auf die verschiedenen Baumaterialien genau zu bestimmen, weil Verschiedenheiten in dieser Hinsicht wahrscheinlich weit mehr dazu beitragen die Stärke der Gebäude nach und nach zu vermindern, als ihre chemische Zusammensezung. Bei Marmor konnte man nicht bemerken, daß die Feuchtigkeit Einfluß auf seine Ausdehnung hat; auch fanden wir, daß carrarischer Marmor nur den 1800sten Theil seines Gewichtes Feuchtigkeit absorbirt. So gering aber auch die Ausdehnung solcher Körper seyn mag, so übt sie doch eine ungehuere Kraft aus.

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