Titel: Schafhäutl, über die Verwandlung des Wassers in Dampf bei höheren Temperaturen.
Autor: Schafhäutl, Karl Emil
Fundstelle: 1839, Band 73, Nr. XVII. (S. 81–86)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj073/ar073017

XVII. Nachträgliche Bemerkungen über die Verwandlung des Wassers in Dampf bei höheren Temperaturen. Von Hrn. Dr. Carl Schafhäutl.17)

Aus dem Mechanics' Magazine, No. 808.

Hr. Tomlinson hatte die Güte, mich in einer auf meine frühere Abhandlung bezüglichen Notiz (Polyt. Journal Bd. LXXI. S. 355) auf einen mir unbekannt gebliebenen Versuch des Hrn. Perkins zu verweisen. Dieser Versuch, den er als einen schlagenden Beweis für die Repulsion, welche gewisse verschiedenartige Körper in der Wärme gegen einander äußern, aufstellt, lautet wie folgt:

„Wenn man eine Platinschale nach Art eines Theeseihers mit vielen kleinen Löchern durchbohrt, so wird Wasser, welches in sie gegossen wird, alsogleich und ohne Aufenthalt von einer Minute durchfließen; bringt man aber die Schale mittelst eines gehörigen Holzkohlenfeuers, welches keine Flamme erzeugt, zum Weißglühen, und tropft man dann Wasser in dieselbe, so wird sich dieses in einer großen Kugel sammeln und ganz dieselben Erscheinungen darbieten, als wenn es sich in einem undurchlöcherten Platintiegel befände.“

Wenn ich nun meine Ansicht hierüber äußern soll, so scheint mir dieser Versuch nicht mehr und nicht weniger zu beweisen, als die bekannte Thatsache, daß ein Wassertropfen in einem glühenden Gefäße nur sehr langsam verdampft.

Die durch unsere Sinne wahrnehmbare Erscheinung ist, daß ein Wasserkügelchen in einem zum Glühen erhizten metallenen Gefäße nur sehr langsam verdampft. Forschen wir nach der Ursache dieser langsamen Verdampfung, so ergeben sich uns zweierlei Erklärungen für dieselbe. Einige schreiben nämlich die langsame Zunahme der Temperatur im Wassertropfen der Repulsion zu, welche das heiße Metall gegen ihn ausübt; ich hingegen halte sie für die Folge der Schwierigkeit, mit der sich irgend eine Flüssigkeit erhizen läßt, wenn man die Wärme auf deren Oberfläche wirken läßt, und für die Folge der Dampfentwikelung, welche da Statt findet, wo die Flüssigkeit das erhizte Metall berührt.

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In beiden Fällen ist die erhizte Oberfläche das Medium, welches die fragliche Wirkung hervorbringt, und wo diese erhizte Oberfläche fehlt, fehlt auch die Wirkung. Da nun eine heiße Metalloberfläche absolut nothwendig ist, so kann ein in dieser befindliches Loch dieses Medium nicht bieten und keinen Einfluß auf den Wassertropfen üben. Wenn der Tropfen einen kleineren Durchmesser hat als das Loch, und wenn er sich in der Richtung der Achse des Loches bewegt, so wird er gewiß durch das Loch fallen; und dieß wird geschehen, das Gefäß mag heiß oder kalt seyn: vorausgesezt, daß der Tropfen durch die Strömung der Luft nicht aus der Achse des Loches gebracht wird. Ist der Tropfen größer als das Loch, so muß er nothwendig mit der heißen Oberfläche in Berührung kommen, wo dann die Dampfentwikelung und die Bewegung des Tropfens dieselbe seyn wird, als wenn gar kein Loch vorhanden wäre. Es ist sogar schwer, einen Wassertropfen durch das Loch einer nicht erhizten Platte zu drüken, wenn das Loch einen kleineren Durchmesser hat als der Tropfen. Bekanntlich verfertigt man sich ein Wassermikroskop am leichtesten auf die Weise, daß man durch eine geschwärzte Platte ein Loch von beiläufig 1/10 Zoll im Durchmesser bohrt, und daß man einen Tropfen Wasser in dieses Loch fallen läßt. Der Tropfen wird nämlich hiebei so fest in dem Loche hängen bleiben, daß eine bedeutende Erschütterung der Platte erforderlich ist, um ihn durchfallen zu machen.

Daß eine Flüssigkeit durch einen Seiher läuft, ist die Folge der Gravitation des oberen Theiles, welcher auf den unteren Theil derselben drükt, und dadurch die Cohäsionskraft der Molecule aufhebt. So lange die Cohäsionskraft vorherrscht, wie es bei einem kleinen Tropfen Wasser stets der Fall ist, wird derselbe nur mit großer Schwierigkeit durch die zahlreichen Löcher eines reinen trokenen Seihers zu treiben seyn.

Hr. Perkins führt aber auch noch einen anderen viel mehr wunderbaren Versuch an, dem gemäß die Repulsivkraft eines zum Rothglühen gebrachten Cylinders so groß gewesen seyn soll, daß selbst Dampf von mehreren 500 Atmosphären Druk nicht durch ein in ihn gebohrtes Loch von einem ganzen Achtelzoll im Durchmesser entweichen konnte. Berzelius, welcher zu den Anhängern der Lehre von der Repulsion, die zwischen heterogenen Körpern in der Wärme Statt findet, gehört, glaubt, daß dieser Versuch noch einer weiteren Bestätigung bedarf, womit ich um so mehr übereinstimme, als alle Attractiv- und Repulsivkraft der Molecule nur auf unendlich kleine Entfernungen, welche in Wirklichkeit mit einer wahren Berührung zusammenfallen, ihre Wirkung äußern. Wenn aber die Angabe des Hrn. Perkins in der That ihre Richtigkeit hat, so kann auch |83| hier die Ursache in nichts anderem gelegen seyn, als in der Schwierigkeit, womit Flüssigkeiten durch Canäle, deren Seitenwände nicht von ihr befeuchtet sind, getrieben werden können. Allein auch hier scheint die Größe des Loches abermals wieder eine unüberwindliche Schwierigkeit in den Weg zu legen.

Ein anderer weit schwerer zu erklärender Versuch, den Berzelius in seinem Handbuche der Chemie anführt, ist folgender: „Wenn man an dem Ende eines Platindrahtes etwas Borax oder Natron-Biphosphat schmilzt, und wenn man das Drahtende später so heiß als möglich macht, so wird man finden, daß der Tropfen von dem Punkte, an welchem die Hize am größten ist, zurükweicht; und dieß wird nicht nur der Fall seyn, wenn man den Draht horizontal hält, sondern auch dann, wenn man ihn so geneigt hält, daß der Tropfen gezwungen ist, an ihm aufzusteigen.“ Berzelius schreibt dieses Hinaufsteigen der Repulsivkraft des Platindrahtes zu; allein es ist leicht zu zeigen, daß bei diesem Versuche keine wirkliche Repulsivkraft thätig ist: denn es ist, um die fragliche Erscheinung zu erhalten, kein bestimmter Grad von Hize erforderlich; und man kann sie an einem rothglühenden Drahte eben so gut beobachten wie an einem weißglühenden. Die einzige Bedingung, auf welche zu achten ist, ist die, daß die beiden Enden jenes Theiles des Drahtes, womit der Tropfen in Berührung kommt, verschiedene Hizgrade haben müssen, indem hiedurch allein die fragliche Wirkung bedingt ist. Wenn man den Tropfen und den Draht mittelst eines Löthrohres auf das Höchste erhizt, dabei aber Sorge trägt, daß beide Enden des Drahtes eine und dieselbe Temperatur haben, so wird der Tropfen unbeweglich bleiben; so wie hingegen die Hize ungleich ist, wird sich der Tropfen bewegen. Besäße der Platindraht wirklich eine Repulsivkraft, so müßte diese in dem Maaße größer seyn, als sich die Hize steigert; und wenn die Repulsivkraft den Tropfen in einer seiner Schwerkraft entgegengesezten Richtung zu treiben vermag, so müßte sie in der Richtung der Schwerkraft eine noch viel größere Wirkung äußern und in dieser den Tropfen von dem Drahte abstoßen. Es findet aber gerade das Gegentheil Statt, denn ein weißglühender Draht hält den Boraxtropfen so fest an, daß man ihn auch durch die heftigste Erschütterung nicht gänzlich davon abzuschütteln vermag. Weit genügender läßt sich, wie mir scheint, der ganze Versuch durch die Cohäsionskraft der Molecule eines Tropfens erklären.

Die Cohäsionskraft eines Wassertropfens ist weit größer, als man gewöhnlich meint. Ein einziger Versuch beweist dieß zur Genüge. Man lasse aus dem Ende eines etwas weiten, in eine Haarröhre ausgezogenen gläsernen Trichters Wasser tropfen, und einen der |84| Tropfen, die, wenn das Wasser im Trichter stets auf gleicher Höhe und der Trichter selbst bewegungslos erhalten wird, immer gleich seyn werden, zur Ermittelung seines Gewichtes auf eine empfindliche Waage fallen. Dann seze man den Trichter in den verschiebbaren Ring eines Gestelles ein, und lasse den Tropfen auf ein Brett fallen, welches mit einer dünnen Schichte Bärlappsamen bedekt ist. Unter diesen Umständen nun wird man finden, daß die Tropfen sogleich eine kugelige Gestalt annehmen, ganz so, wie sie sie in einem weißglühenden Tiegel zu haben Pflegen; und daß sie mit derselben Leichtigkeit bewegt werden können, obwohl der Bärlappsamen hier keine Repulsivkraft ausübt. Solche Tropfen nun widerstanden mir einer mit dem Löthrohre sorgfältig auf sie gerichteten Flamme ebenso lange, als die Tropfen in einem zum Weißglühen erhizten Platintiegel der Verdampfung widerstanden. Erhebt man den Trichter so lange, bis die Wassertropfen beim Herabfallen in Folge ihrer Geschwindigkeit in Stüke gehen, und mißt man die Entfernung zwischen dem Ende des Trichters und dem Brette, auf welches die Tropfen sielen, so kann man aus dem durchfallend Raume und dem Gewichte der Tropfen mit Leichtigkeit deren Bewegungsmoment oder die Kraft berechnen, welche zur Ueberwältigung der Cohäsionskraft der Wassertropfen erheischt wird.

Bei den mit gewöhnlichem Wasser angestellten Versuchen sielen bei 20maliger Wiederholung die Tropfen, welche genau 0,651 eines Granes wogen, im Durchschnitte 2, 4 Zoll hoch herab, ehe sie in Stüke gingen. Den Raum, den ein Körper in der ersten Minute durchfällt, zu 16 Fuß angenommen, gibt dieß also 3,062 Fuß als das Bewegungsmoment des Tropfens, woraus sich ergibt, daß es einer Kraft von 1,993 Gran bedarf, um die Cohäsionskraft eines einzigen Wassertropfens zu überwältigen, und daß sich die Kraft der Gravitation zu jener der Cohäsion hier wie 1 zu 3,062 verhält.

Das Boraxkügelchen wird nun selbst von dem heißen Platindrahte angezogen; denn würde es davon abgestoßen, so würde es schon bei der leisesten Erschütterung von demselben herabfallen, was nicht der Fall ist. Der Boraxtropfen umgibt vielmehr den Draht, und dieser läuft gleichsam als eine Art von Achse durch den oberen Theil desselben. Die Gestalt, welche der Tropfen an dem Drahte annimmt, hängt von drei verschiedenen Kräften ab: nämlich 1) von der Attractivkraft des Platindrahtes; 2) von der Cohäsionskraft der Molecule des Tropfens selbst; und 3) von der Gravitation. Ich versuchte die erste dieser Kräfte zu messen, indem ich das eine Ende des Platindrahtes fixirte, und das Maaß des Beugungswinkels suchte, welcher erforderlich war, um den flüssigen Tropfen von ihm, wenn |85| man ihn in schwingende Bewegung versezte, abfallen zu machen. Da jedoch hiebei stets einige Theile des Tropfens an dem Drahte hängen blieben, so schloß ich, daß, da die Attractivkraft des Drahtes die Cohäsionskraft des Tropfens überwältigte, erstere der lezteren zum wenigsten gleichkommen müsse.

Die drei genannten Kräfte bewirken, wenn sie einander vollkommen das Gleichgewicht halten, daß der Tropfen eine längliche Form annimmt, deren Längendurchschnitt von einer parabolischen und einer Kettenlinie begränzt ist, und wo der Draht für beide eine Abscissenlinie bildet. Wird nun das Gleichgewicht der drei Kräfte dadurch aufgehoben, daß man den Draht an dem einen Ende erhizt, und daß man hiedurch die Attractivkraft dieses Drahttheiles theilweise aufhebt, so wird sogleich die Cohäsionskraft des auf solche Weise frei gewordenen Theiles des Tropfens zu wirken beginnen, und die Folge wird seyn, daß sich der Tropfen an diesem Ende zusammenzieht, indem er von dem erhizten Theile des Drahtes zurükweicht. Zu gleicher Zeit wird das auf solche Weise von den entgegenwirkenden Kräften der zurükweichenden Hälfte des Kügelchens befreite entgegengesezte Ende des Tropfens durch die Attractivkraft des anderen weniger heißen Drahtendes vorwärts bewegt, wobei sich der Tropfen verlängert, bis er seine ursprüngliche Form wieder erlangt und bis hiemit an einer höher gelegenen Stelle des Drahtes abermals das Gleichgewicht zwischen den drei genannten Kräften eintritt. Da hieraus klar hervorgeht, daß die Cohäsions- und Attractionskraft stets eine größere Wirkung äußern als die Gravitation, so folgt auch ganz natürlich, daß der Tropfen selbst gegen das Gesez der Schwere an dem Drahte emporsteigen wird.

Die Aufgabe in diesem, wie in allen ähnlichen Fällen ist eine genügende Erklärung von einer bestimmten Thatsache zu geben, und diese Thatsache beruht in gegenwärtigem Falle darin, daß ein Tropfen Wasser in einem stark erhizten metallenen Gefäße sich nur wenig erhizt. Je mehr wir von den Erscheinungen, die sich uns darbieten, nach bereits bekannten Gesezen zu erklären vermögen, um so mehr gewinnt die Wissenschaft an Einfachheit und Wahrheit. Ich suchte deßhalb auch den oben angeführten Versuch durch das schon längst bekannte Factum zu erklären, daß es beinahe unmöglich ist, flüssige Körper dadurch zu erhizen, daß man Wärme auf deren Oberfläche wirken läßt. Um sich hievon zu überzeugen, braucht man nur Schwefeläther auf einem Glas Wasser abzubrennen; denn das Glas Wasser ist hier nichts mehr als ein nach dem Radius genommener Durchschnitt einer großen Wasserkugel, wobei die Wirkung der übrigen Theile durch die Wände des Glases vertreten werden. Andererseits |86| sind die Vertheidiger der bei gewissen heterogenen Körpern in der Wärme eintretenden Repulsion gezwungen, zur Erklärung der angeführten Erscheinungen eine neue hypothetische Kraft anzunehmen: nämlich eine Repulsion, welche gewisse heterogene oder ungleichartige Körper bei allen ihren verschiedenen Aggregationszuständen ausüben, mit der aber die sogenannte Repulsivkraft des Wärmestoffes in einer homogenen Masse, durch welche man die Ausdehnung der Körper in der Wärme zu erklären Pflegt, in keinem wissenschaftlichen Zusammenhange steht.

Diese Bemerkungen, welche wir nicht unerwähnt lassen zu dürfen glaubten, leihen sich unmittelbar an die Abhandlung des Hrn. Dr. Schafhäutl, welche unsere Leser aus dem polyt. Journal Bd. LXXI. S. 351 kennen. A. d. R.

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