Titel: Daniell, Versuche mit einem neuen Registerpyrometer.
Autor: Daniell, Friedrich
Daniell,
Fundstelle: 1832, Band 46, Nr. XLI. (S. 174–182)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj046/ar046041

XLI. Weitere Versuche mit einem neuen Registerpyrometer zum Messen der Ausdehnung fester Körper. Von Hrn. Friedrich Daniell Esq., F. R. S., Professor der Chemie am Kings College zu London.

Aus dem Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science Nr. 3. September 1832, S. 197.60)

Ich habe in meinem früheren Aufsaze über meinen neuen Registerpyrometer, der das Glük hatte in das Philosophical Magazine für das Jahr 1830 aufgenommen zu werden, die Hoffnung geäußert, der Gesellschaft später die Resultate einiger weiterer Versuche über die Ausdehnung der Metalle bis zu ihrem Schmelzpunkte vorlegen zu können, und will nun diesem Versprechen nachkommen.

Meine früheren Beobachtungen über die Ausdehnung waren hauptsächlich dahin gerichtet zu beweisen, welchen Grad von Vertrauen man in das neue Instrument, als Wärmemesser, sezen kann. Ich war hiebei, wie ich glaube, so glüklich zu zeigen, daß die Messungen mit |175| meinem Instrumente so genau mit jenen übereinstimmten, welche die besten Experimentatoren lange vorher mit verschiedenen Metallen bei dem Siedepunkte des Wassers erhielten, daß über die Genauigkeit meines Instrumentes kein Zweifel obwalten kann. Die Begleichung auf welche ich mich hiebei am meisten stüzte, war jene mit den Versuchen, welche die HH. Dulong und Petit über die Ausdehnung der Platinna und des Eisens bei der Temperatur von 572° F. anstellten. Da dieß jedoch ein Punkt von größter Wichtigkeit ist, so will ich denselben auch noch durch eine Vergleichung mit den Resultaten, welche die nämlichen Physiker mit dem Kupfer, dem einzigen Metalle, auf welches sie ihre Versuche noch ausdehnten, erhielten, zu erhärten suchen.

Vorher erlaube ich mir jedoch noch, einige Versuche vorzutragen, die ich anstellte um Register von gleichförmiger Zusammensezung zu erhalten, um auf diese Weise der Mühe überhoben zu seyn, für jeden einzelnen Fall das Verhältniß der Ausdehnung zu bestimmen.

Drei und zwanzigster Versuch. Ich bediente mich zu diesem Versuch einer Wedgwood'schen Waare, von welcher ich mir einige sorgfältig verfertigte und stark gebrannte Stäbe verschaffte. Die Ausdehnung dieser Stäbe zeigte sich genau der Ausdehnung der Platinna gleich, so daß, wenn ich das Register in siedendes Queksilber untertauchte, der Zeiger durchaus keine Ortsveränderung andeutete. Nahm ich hingegen einen Eisenstab, so betrug der gemessene Bogen 1°7'.

Mit Graphit gab dieselbe Ausdehnung eine Messung von 49';
und zieht man hievon die Ausdehnung der Platinna im
Graphit mit

1

45
–––––––
ab, so erhält man 4',

was zur Bestättigung des ersten Resultates hinreicht.

Vier und zwanzigster Versuch. Meinen nächsten Versuch stellte ich mit Graphitregistern an, die aus verschiedenen und bekannten Gemengen Graphit und Stourbridge-Thon bestanden. Mit 4/5 Graphit und 1/3 Thon erhielt ich ein Gemeng, welches zu zart war; allein mit 3/4 von ersterem und 1/4 von lezterem erhielt ich ein Gemeng, welches eine Waare von ebenem und feinem Gefüge gab, dessen Ausdehnung sehr gleich war und die Ausdehnung jener Gemenge, die ich früher probirt hatte, nicht im Geringsten überstieg.

Drei verschiedene Register dieser Art gaben mir folgende Messungen der Ausdehnung eines Platinnastabes bei dem Siedepunkte des Queksilbers.

|176|

1° 45' 1° 42' 1° 38'

Ein viertes ähnliches Register gab mir für die Ausdehnung eines Eisenstabes bei demselben Hizgrade einen Bogen von 2° 42', der ein Aequivalent für 1° 40' eines Platinnastabes ist. Man kann daher für alle gewöhnlichen Zweke ohne Gefahr eines wesentlichen Fehlers in den Endresultaten die mittlere Ausdehnung zu 1° 42' annehmen. In Fällen, in denen die größte Genauigkeit nöthig ist, ist es jedoch besser, wenn man die Ausdehnung eines jeden Registers durch einen eigenen Versuch bestimmt.

Fünf und zwanzigster Versuch. Ein Kupferstab wurde in eines der Register gebracht, und dann auf die früher beschriebene Weise siedendem Queksilber ausgesezt. Der an der Scala gemessene Bogen betrug 4° 10', was einer Ausdehnung von 0,03633 gleich ist.

Dieses Resultat will ich nun mit der Bestimmung der HH. Dulong und Petit vergleichen, so wie ich es früher bei der Ausdehnung der Platinna und des Eisens that.

Ausdehnung des Kupfers.

Länge des Stabes.

Von 32° bis 212° = 0,0017182 × 6,5 = 0,01116830
Von 392° bis 572° = 0,0018832 × 6,5 = 0,01224080
––––––––––
0,02340910
Von 212° bis 392° = dem Mittel des Obigen = 0,01170455
––––––––––
Total-Ausdehnung von 32° bis 572 = 0,03511365
Dazu rechne man für die Ausdehnung von
572° bis 660°, die Temperatur des siedenden
Queksilbers, nach dem höchsten Verhältnisse
berechnet: 180° : 0,0018832 = 88° : 0,00920675



=



0,00920675
––––––––––
0,04432040
Davon ziehe man die Ausdehnung für 32°
ab, da der Versuch mit dem Pyrometer bei 64°
begann


=


0,00305457
––––––––––
Nach dem niedrigsten Verhältnisse berechnet:
180° : 0,0017182 = 32° : 0,00305457
Wirkliche Ausdehnung des Stabes nach Dulong
und Petit



=



0,04126583
––––––––––
Wenn man von der auf diese Weise erhaltenen,
wirklichen Ausdehnung von

0,04126
|177|
die scheinbare durch den Pyrometer erhaltene
Ausdehnung von


0,03633
–––––––
abzieht, so erhält man als Rest 0,00493

womit die Ausdehnung des Graphits gegeben ist.

Hiedurch erhält man als Ausdehnung einer Graphitstange von 6,5 Zoll,

bei 64° bis 660° mit einem Platinnastabe 0,00421
mit einem Eisenstabe 0,00457
mit einem Kupferstabe 0,00493
–––––––
Mittlerer Durchschnitt 0,00457

wobei die äußersten Resultate nicht um 0,0004 Zoll oder um 1/14 von dem Ganzen abweichen.

Bringt man den großen Unterschied, welcher zwischen der Total-Ausdehnung dieser drei Metalle Statt findet, so wie die Unterschiede zwischen den Verhältnissen von deren Zunahme und der Zunahme der Temperatur in Anschlag, so glaube ich, daß ein so genaues Zusammentreffen einen vollkommen schlagenden Beweis für die Genauigkeit des Pyrometers geben dürfte.

Ich halte es nicht für nöthig, die Gesellschaft noch mit den Details der Versuche, durch welche ich die Ausdehnung verschiedener anderer Metalle beim Siedepunkte des Queksilbers bestimmte, zu belästigen; es mag genügen, wenn ich die Resultate derselben in einer Tabelle vorlege. Ich glaubte, daß die Bestimmung der Total-Ausdehnung bis zu den Schmelzpunkten ein viel höheres Interesse gewähren würde, wenn man vorher die Ausdehnung eines jeden einzelnen beim Siedepunkte des Wassers und des Queksilbers bestimmte, um jede Abweichung in den Verhältnissen der Ausdehnung zwischen diesen beiden Punkten entdeken zu können. Ich muß jedoch vorher einige Bemerkungen über die allgemeine Methode, welche ich zur genauen Bestimmung des ersteren annahm, vorausschiken.

Sechs und zwanzigster Versuch. Nach der Ausdehnung des Pyrometers bei niedrigeren Hizgraden schließend, erwartete ich, daß der Zeiger durch die progressive Ausdehnung irgend eines Metallstabes so lange vorwärts getrieben werden würde, bis sich der Cohäsions-Zustand des Metalles verminderte, und bis dasselbe zu schmelzen begönne, so daß ich folglich auf diese Weise ein Register von der größten Ausdehnung erhielte. Allein hiebei zeigte sich eine große Schwierigkeit, und diese bestand darin, die Hize so gleichmäßig einwirken zu lassen, daß kein einzelner Theil vor einem anderen schmelzen könnte, sondern daß sie sämmtlich zugleich schmelzen müßten. Ich nahm jedoch zulezt zur sicheren Erreichung dieses Zwekes folgende |178| Methode an, die mir auch, wie sich durch Versuche zeigte, vollkommen entsprach. In dem Laboratorium der Royal Institution befindet sich ein vortrefflicher Windofen, von welchem ein seitlicher, horizontaler Feuerzug ausläuft, durch den man die Flamme mit jedem beliebigen oder erforderlichen Grade von Kraft treiben kann. In diesen Feuerzug öffnen sich zwei Muffel-Oeffnungen, durch welche man das Innere vollkommen zu sehen und zu leiten im Stande ist. Bei der Gleichheit des Zuges, der durch ein Register regulirt wird, und bei gehöriger Unterhaltung des Brennmateriales in dem Körper des Ofens, kann man diese ganze Kammer in einer beständigen Roth- oder Weiß-Glühhize erhalten.

Die Register des Pyrometers zu diesem Versuche bereitete ich nun so zu, daß ich in deren hintere Seiten drei Löcher bohrte, welche mit den Furchen oder Aushöhlungen, in die die Metallstäbe gebracht werden, communicirten. Eines dieser Löcher brachte ich in der Mitte und die beiden übrigen an den beiden Enden an. Diese Einrichtung traf ich, um dem geschmolzenen Metalle einen Abfluß zu gestatten, und um durch die Zeit, zu welcher das Metall bei den verschiedenen Oeffnungen ausfloß, eine Art von Kriterium für die Gleichheit der Hize zu erhalten. Nachdem nun der Metallstab auf geeignete Weise in das Register gebracht worden, wurde dieses sorgfältig in die heiße Luftkammer gesezt, und zwar in horizontaler Richtung und so, daß es an beiden Enden von einem kleinen Stüke Bakstein getragen wurde. Die Entfernung desselben von dem Brennmateriale richtete sich nach dem größeren oder geringeren, zum Schmelzen erforderlichen Hizgrade. Nachdem dieß geschehen, verschloß ich die Muffel-Oeffnungen bis auf eine kleine Spalte, durch welche ich den Vorgang beim Erhizen und Schmelzen des Metalles beobachten konnte. Die Gleichheit der Hize ließ sich ziemlich genau aus der gleichförmigen Farbe des Registers abnehmen, und jede Ungleichheit oder Unregelmäßigkeit ließ sich leicht dadurch verbessern, daß ich das eine oder das andere Ende desselben dem Brennmateriale näher brachte. Auf diese Weise gelang es mir, sehr genügende Resultate zu erreichen; nur bei dem Golde war ich nicht so glüklich. Da dieses Metall nämlich zum Schmelzen einen größeren Grad von Hize fordert, als ich in der Kammer hervorzubringen im Stande war, so legte ich das Register auf das Brennmaterial im Ofen selbst, wobei das Gold nur zur Hälfte schmolz und zur Hälfte in festem, stabförmigen Zustande blieb. Der für das Gold in der Tabelle angegebene Grad von Ausdehnung ist daher offenbar fehlerhaft, und aus der Tabelle zu streichen. Ein ähnlicher Zufall ergab sich ein Mal bei einem Versuche mit Messing; diesen konnte ich jedoch durch später angestellte Versuche corrigiren.

|179|

Ich will nun die Resultate meiner Versuche in zwei Tabellen bringen, von denen die erste die Ausdehnung der reinen Metalle von 62° F. bis zu 212°, 662° F. und ihren Schmelzpunkten in Bogen der Scala zeigt, während man aus der zweiten die Ausdehnung gewisser Legirungen bei denselben Hizgraden ersieht.

Die Stäbe waren sämmtlich und in allen Fallen 6,5 Zoll lang.

Tabelle über die fortschreitende oder progressive Ausdehnung folgender reiner Metalle bis zu ihren Schmelzpunkten.

Von 62° bis 212° bis 662° bis zum Schmelzpunkte.
Zinn 0° 55' 2° 30'
Blei 0 33 6 17
Zink 1 40 5 50'? 8 44
Silber 0 59 4 9 13 45
Kupfer 0 45 4 10 16 0
Gold 0 35 3 11 (7 51 falsch)
Gußeisen 0 29 2 25 9 17

Tabelle über die fortschreitende Ausdehnung folgender Legirungen bis zu deren Schmelzpunkten.

Von 62° bis 212° bis 662° bis zum Schmelzpunkte.
Messing, gemeines 0° 54' 4° 42' (8 41' unrichtig)
Messing, aus 3/4 Kupfer und 1/4 Zink 1 9 4 51 13 39
Messing, aus 1/2 Kupfer und 1/2 Zink 1 27 5 3 15 34
Bronze, aus 15/16 Kupfer und 1/16 Zinn 0 52 3 37 9 49
Bronze, aus 7/8 Kupfer und 1/8 Zinn 0 54 4 11 10 16
Bronze, aus 3/4 Kupfer und 1/4 Zinn 0 58 4 44 10 55
Bronze, aus 1/2 Kupfer und 1/2 Zinn 1 0 4 7 4 7?
Pewter, aus 4/5 Blei und 1/5 Zinn 1 5 2 28
Schriftmetall aus Blei und Spießglanz 1 5 3 13

Ich will nun einige Bemerkungen über diese Tabellen beifügen, und zwar zuerst über die Schmelzpunkte der reinen Metalle. Nachdem für jedes dieser Metalle die Ausdehnung, welche durch bestimmte |180| Erhöhungen der Temperatur entstehen, und die größte Ausdehnung, die sie bis zu ihrem Schmelzpunkte erleiden, bestimmt worden, erhellt klar, daß ich, wenn deren Ausdehnung bei gleicher Erhöhung der Temperatur ebenfalls gleich wäre, aus diesen Daten die richtige Temperatur ihrer Schmelzpunkte hätte bestimmen können. Wenn wir nun aber gleich Einiges über den Irrthum, der durch das vermehrte Verhältniß der Ausdehnung bei dem oberen Theile der Scala in eine solche Berechnung kommen kann, und über die Richtung wissen, in welcher das Resultat dadurch verändert werden muß, so lassen sich doch einige wichtige Schlüsse in Hinsicht auf die Richtigkeit der auf andere Weise erlangten Bestimmungen daraus ziehen. Folgende Tabelle enthält die Resultate einer solchen Berechnung im Vergleiche mit anderen vorher bestimmten Schmelzpunkten.

Schmelzpunkte der Metalle nach deren Ausdehnungen bei 212 und 662° Graden, – diese Ausdehnungen als gleichmäßig angenommen, – berechnet.

Nach dem Verhältnisse
von 212°
Nach dem Verhältnisse
von 662°
Wirkliche Temperatur.
Zinn 471° 442° nach dem Thermometer
Blei 670 612 nach dem Thermometer
Zink 848 960? 773 nach dem Pyrometer
Silber 2159 2049 1875 nach dem Pyrometer
Kupfer 3262 2366 1996 nach dem Pyrometer
Gußeisen 3096 2489 2786 nach dem Pyrometer.

Aus dieser Tabelle ergibt sich nun die Genauigkeit der Pyrometer gleichfalls wieder, und zwar auf eine Weise, welche zur Zeit, als die Versuche angestellt wurden, gar nicht vorhergesehen wurde.

1) haben wir hier zwei Metalle, Zinn und Blei, deren Schmelzpunkte, da sie unter dem Siedepunkte des Queksilbers stehen, durch das gewöhnliche Thermometer genau bestimmt wurden. Berechnet man aber dieselben Punkte aus deren verschiedenen, mit dem Pyrometer gemessenen Ausdehnungen im siedenden Wasser, in der Voraussezung daß sie bis zu ihrem Schmelzpunkte dasselbe Verhältniß beibehalten, so wird die Temperatur des ersteren um 29° und jene des zweiten um 58° höher herauskommen; d.h. das Verhältniß, in welchem sich diese beiden Metalle ausdehnen, nimmt mit der Zunahme der Temperatur gleichfalls zu, wie dieß nach den Versuchen |181| der HH. Dulong und Petit auch bei der Platinna, beim Eisen und Kupfer der Fall ist. Bemerkenswerth ist übrigens, daß diese Zunahme des Ausdehnungsvermögens beim Zinn in beiläufig 200° über dem Siedepunkte ein Aequivalent von 29°, und beim Blei in 400° ein Aequivalent von 58° ist. Diese Resultate zeigen mithin, daß die Angaben des Thermometers und jene des Pyrometers ziemlich genau zusammentreffen.

2) Der Schmelzpunkt des nächsten Metalles, des Zinkes, wurde durch Eintauchen des Pyrometers in dasselbe, während des Actes des Schmelzens bestimmt. Die auf diese Weise bestimmte Temperatur fällt um 75° hinter den nämlichen, aber nach der gleichmäßig angenommenen Ausdehnung berechneten, Punkt. Dieß beweist neuerdings, daß die Ausdehnung beinahe in demselben Verhältnisse (von 75° in 560°), wie in den vorhergehenden Fällen beim Zinn und Blei zunahm. Ich übergehe einstweilen das Resultat, welches ich durch Berechnung des Schmelzpunktes aus der Ausdehnung beim Siedepunkte des Queksilbers erhielt, indem sich hiebei eine Abweichung ergab, über welche ich einige Bemerkungen machen werde.

3) Der Schmelzpunkt des Silbers, der auf gleiche Weise durch Eintauchen des Pyrometers in das geschmolzene Metall bestimmt wurde, weicht gleichfalls von dem aus der Ausdehnung berechneten Schmelzpunkte ab, und zwar in derselben Richtung. Der Unterschied hiebei findet fast in demselben Verhältnisse Statt, denn er beträgt in 1660° 286°. Die Berechnung desselben aus dem Verhältnisse der Ausdehnung beim Siedepunkte des Queksilbers kommt aber dem direct bestimmten Schmelzpunkte viel näher, und weicht nur um 176° von demselben ab; zum Beweise, daß das Verhältniß der Ausdehnung mit der Zunahme der Temperatur gleichfalls zunimmt.

4) Eine ähnliche, mit dem Kupfer angestellte Vergleichung zeigte, daß das Verhältniß der Ausdehnung hier weit schneller zunimmt, als in den vorhergehenden Fällen, so daß der, aus der Ausdehnung im siedenden Wasser berechnete Schmelzpunkt von dem wahren Schmelzpunkte um nicht weniger als 1266 Grade abweicht. Berechnet man den Schmelzpunkt hingegen aus dem Verhältnisse der Ausdehnung beim Siedepunkte des Queksilbers, so vermindert sich der Unterschied bis auf 370°. Zur Bestätigung dieses Resultates verweise ich hier gleichfalls auf die Versuche der HH. Dulong und Petit; denn auch diese fanden, daß die durch die Ausdehnung eines Kupferstabes angedeutete Temperatur bei 572° F. um 50° F. höher war, als die wirkliche Temperatur.

5) Die interessanten Resultate, welche ich mit dem Eisen erhielt, und die besonderen Schwierigkeiten, die sich bei der Anstellung |182| der Versuche mit demselben ergaben, mögen mich entschuldigen, wenn ich hierüber in weitere Details eingehe, als ich dieß in den vorhergehenden Fällen that. Ich habe bereits die Ausdehnung des Schmiedeisens beim Siedepunkte des Wassers und jenem des Queksilbers angegeben, und gezeigt, daß die mit dem Pyrometer erhaltenen Messungen im Wesentlichen mit jenen Messungen übereintrafen, welche die HH. Dulong und Petit auf ganz verschiedene Weise erhielten. Ich habe ferner gezeigt, daß die durch die Ausdehnung eines und desselben Eisenstabes bestimmten Schmelzpunkte des Goldes und Silbers ziemlich genau mit denselben, aus der Ausdehnung der Platiana bestimmten Punkten übereintrafen. Ich ließ es mir nun sehr angelegen seyn, diese Reihe von Versuchen durch Messungen der Ausdehnung des Eisens bis zu seinem Schmelzpunkte zu vervollständigen. Ich nahm zu diesem Zwek einen kleinen Stab Gußeisen von dem besten grauen Eisen, reinigte denselben von allem Oxyde und feilte ihn bis zur Größe der Stäbe, welche ich sonst anwendete, zu. Beim Messen der Ausdehnung dieses Stabes bei der Temperatur des Siedepunktes des Wassers und jenem des Queksilbers fand ich nun die Bogen an der Scala zu 0° 29' und 2° 25'. Da dieses Resultat aber bedeutend niedriger war, als jenes, welches ich mit dem Stabe aus Schmiedeisen erhielt, so wiederholte ich den Versuch mit lezterem in demselben Register, dessen ich mich bei dem Versuche mit dem Gußeisen bedient hatte, und erhielt hierbei 0° 35' und 2° 44', was beinahe mit der früheren Bestimmung übereintraf. Es unterliegt daher keinem Zweifel mehr, daß sich das Gußeisen in geringerem Grade ausdehnt, als das Schmiedeisen, obschon das Verhältniß der Zunahme der Ausdehnung bei höheren Temperaturen in beiden gleich zu seyn scheint.

(Die Fortsezung folgt im nächsten Hefte.)

Das Philosophical Magazine entlehnte diesen wichtigen Aufsaz aus dem so eben erschienenen 2ten Bande der Philosophical Transactions für das Jahr 1831. Die früheren Versuche des Hrn. Daniell und die Beschreibung und Abbildung seines neuen Pyrometers haben wir im Polyt. Journal Bd. XLIII. S. 189 mitgetheilt.

A. d. R.

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