Titel: Scrymgeour's Versuche über den Dampf.
Autor: Scrymgeour, James
Fundstelle: 1839, Band 73, Nr. LXXIII. (S. 321–336)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj073/ar073073

LXXIII. Einige Versuche über den Dampf. Von Hrn. James Scrymgeour in Glasgow.

Aus dem Mechanics' Magazine. No. 825.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Ich baute vor zwei Jahren eine kleine Maschine, um zu erfahren, ob man sich des Dampfes nicht mit Vortheil bedienen könnte, wenn man ihn auf dieselbe Weise verwendete, wie Stirling an seiner Maschine die Luft arbeiten ließ: mit dem Unterschiede jedoch, daß der Dampf in dieser Maschine mit einem Druke von 3 oder 4 Atmosphären angewendet werden sollte. Der Cylinder hatte 4 Zoll Durchmesser und 12 Zoll Kolbenhub. Dazu gehörten zwei Dampfbehälter von 10 Zoll Durchmesser und 16 Zoll Länge mit halbkugelförmigen Enden, von denen jeder beinahe in der Hälfte seiner Länge mit einem Kolben versehen war, so daß mehr dann die Hälfte eines jeden dieser Behälter von Dampf erfüllt war, der sich in der Kälte zusammenziehen, in der Wärme dagegen ausdehnen mußte. Die oberen Enden dieser Behälter wurden erhizt, die unteren hingegen auf einer niedrigeren Temperatur erhalten. Der Cylinder wurde auf dieselbe Temperatur erhizt, wie die oberen Enden der Behälter, damit sich der Dampf beim Eintritte in denselben nicht zusammenzog. Die Kolben wurden wie die Ventile einer gewöhnlichen Maschine, auf und nieder bewegt, und verdrängten den Dampf abwechselnd von den kalten Enden gegen die heißen. Einer dieser Behälter communicirte mit dem unteren Cylinderende, so daß sein Dampf auf die untere Seite des Cylinderkolbens wirkte; der andere dagegen communicirte mit dem oberen Cylinderende, so daß sein Dampf auf die obere Seite des Cylinderkolbens drükte. Demnach wurde die Contraction und Expansion eines und desselben Dampfes als Kraft benuzt. Nach einigen vorläufigen Versuchen schien es, daß sich der Dampf bei gleicher Veränderung der Temperatur mehr ausdehnt als die Luft. Ebenso ist bekannt, daß sich der Dampf schneller erhizt und auch wieder schneller abkühlt als die Luft, indem leztere ein schlechterer Wärmeleiter ist, als ersterer. Es schien, daß die Behälter leicht von einem kleinen, mit der Maschine in Verbindung gebrachten Kessel aus gefüllt und auf gehörigem Druke erhalten werden könnten, und daß das, was verloren ging, leicht hiedurch zu ersezen wäre. Allein bei |322| einem Versuche zeigte sich, daß gerade die Eigenschaft des Dampfes rasch eine andere Temperatur anzunehmen, in Folge der er sich so gut zu dieser Art eine Kraft zu erzeugen eignete, die Ursache des Mißlingens war; denn da diese Eigenschaft hauptsächlich von der Leitungskraft des Dampfes bedingt ist, so konnte zwischen den beiden Enden der Gefäße kein hinreichender Unterschied in der Temperatur unterhalten werden.56)

Ich war vor Anfertigung der Maschine zweifelhaft, ob der Dampf dem vorgesezten Zweke entsprechen würde, und traf daher meine Berechnungen so, daß auch Luft angewendet werden konnte. Ich ermittelte daher die Expansion der Luft unter einem Druke einer Queksilbersäule von 15 Fuß 3 Zoll, um zu sehen, ob unter diesem Druke die Expansion so groß ist, wie unter dem Druke der atmosphärischen Luft. Ich bediente mich zu diesem Zweke eines eisernen Rohres mit einer gebogenen, an dem einen Ende geschlossenen Glasröhre, welche parallel mit dem Rohre aufgebogen war. Der geschlossene Theil hatte beinahe 6 Zoll Länge und 3/10 Zoll im Lichten, lief jedoch gegen das geschlossene Ende etwas dünner aus. Durch Füllung der Röhre mit Queksilber wurde dann die in dem geschlossenen Theile enthaltene Luft bei einer Temperatur von 61º F. auf einen Raum von 7/8 Zoll zusammen gedrängt. Als die Röhre hierauf in ein mit Oehl gefülltes Gefäß untergetaucht und in diesem bis auf 312º F. erwärmt wurde, dehnte sich die Luft beiläufig um 3/8 Zoll aus, mithin beinahe in demselben Verhältnisse, in welchem die Ausdehnung unter dem atmosphärischen Druke erfolgt. Hienach berechnete ich, daß, wenn die Luftgefäße ungefähr einen viermal so großen cubischen Inhalt hatten als der Cylinder, und wenn sie bis zu einem Druke von 4 Atmosphären mit Luft gefüllt wären (d.h. wenn sich die Luft in den kalten Enden der Gefäße befindet), man auf das andere Ende der Gefäße eine Wärme wirken lassen könnte, die im Stande wäre, beim Eintritte der Luft in dasselbe eine Expansion zu erzeugen, welche um zwei Atmosphären mehr betrüge, oder am Anfange des Hubes einem Druke von 30, am Ende des Hubes aber einem solchen von 2 Pfunden auf den Quadratzoll der Kolbenfläche gleichkäme. Dieser ungleiche Druk ließe sich durch Anwendung zweier Maschinen und mit Gefäßen, deren Verhältniß zu dem Cylinder größer wäre, modificiren.

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Aus den oben in Betreff des Dampfes angedeuteten Gründen gab ich jedoch die Idee, durch Benuzung der Contraction und Expansion der Luft oder des Dampfes auf eine Maschine zu kommen, die vor der gewöhnlichen Dampfmaschine einige Vorzüge voraus hätte, gänzlich auf. Da ich jedoch dessen ungeachtet den Wunsch hegte, die Expansion des Dampfes genauer zu erforschen, als es bisher geschah, so unternahm ich in dieser Beziehung folgende Versuche.

Versuch 1. Der erste Apparat, womit ich den Dampf von hohem Druke untersuchen wollte, war derselbe wie der, dessen ich mich zur Bestimmung der Expansion der Luft unter einem bestimmten Druke bediente. Ich schnitt jedoch die eiserne Röhre in einer dem eben gewünschten Druke entsprechenden Länge ab, und kittete auf deren oberes Ende eine Glasröhre, so daß man den Scheitel der Queksilbersäule sehen und hiedurch den Grad der Expansion messen konnte. In das verschlossene Ende der gebogenen Glasröhre brachte ich, bevor dieselbe an die eiserne Röhre gekittet wurde, über dem Queksilber einen Tropfen Wasser. Nach diesen Vorkehrungen trieb ich die Temperatur auf 450º F. Die höchste Temperatur, welche ich für den Versuch beabsichtigte, stand stets weit über jener, bei der unter dem angewendeten Druke das Wasser als solches bestehen konnte. Das überschüssige Wasser entwich rings herum an der Biegung der Röhre.

Unter dem Druke einer Queksilbersäule, welche mit 112 Zoll begann und mit 120 Zoll endete, war nun die fortschreitende Expansion, wie folgt. Bei 302º F. fing die Bildung von Dampf an, und diese so wie die Expansion währte bis zu 320º F. fort. Bei dieser Temperatur war alles Wasser in Dampf verwandelt und die größte Geschwindigkeit der Expansion des Dampfes zu Ende. Ueber diese Temperatur hinaus kam die Expansion des Dampfes beinahe jener der Luft gleich, bis die Geschwindigkeit der Expansion endlich bei 400º F., wie mir schien, merklich abnahm. Beim Abkühlen begann die Contraction bei 312º F. sehr rasch, und bei 292º F. trat die Verdichtung ein. Die 8 Grade betragende Differenz zwischen dem Punkte, bei welchem die größte Expansion endigt, und dem Beginnen der Contraction beim Abkühlen ist hauptsächlich durch die Zeit, welche die Wärme braucht, um durch die Glasröhre zu gehen, und durch die Reibung des Queksilbers in der Röhre bedingt. Die Zeit, welche verstrich, während die Temperatur von 302 auf 320º F. gesteigert wurde, betrug zwischen 2 und 3 Minuten, und beinahe ebenso viele Zeit erheischte das Abkühlen.

Versuch 2. Ich kittete ein Stük einer weiteren Glasröhre auf das obere Ende der eisernen Röhre und tauchte einen Eisenstab |324| von gehöriger Größe in das Queksilber, so daß dieses beim Beginnen der Dampfentwikelung bis zu einem Druke von 120 Zoll stieg. In dem Maaße, als sich der Dampf ausdehnte, zog ich den Eisenstab allmählich zurük, so daß der Dampf am Schlusse der größten Expansion demselben Druke ausgesezt war, wie am Anfange. Die Dampfentwikelung begann bei 306º F.; bei 312° war alles Wasser in Dampf verwandelt und die größte Expansion zu Ende. Die Säule war dann in der oberen Glasröhre beiläufig um 3 Zoll höher gestiegen. Beim Abkühlen begann bei 306º eine rasche Contraction, die mit 300º, wo die Verdichtung eintrat, aufhörte. Dieses Resultat ist das aus mehreren Versuchen gezogene Mittel. Bei diesen Versuchen wurde die Temperatur, wenn sich der Dampf zu entwikeln begann, so wie auch bei verschiedenen, über 306 bis 312º betragenden Wärmegraden eine oder zwei Minuten lang stationär erhalten. Wenn die Temperatur von 306º begann und die Queksilbersäule um mehr als die Hälfte der 3 Zoll stieg, blieb dieselbe an keiner zwischen diesem Punkte und dem Anfange befindlichen Stelle stationär. In dem oberen Theile dagegen konnte die Queksilbersäule, wenn man nur einige Sorgfalt auf die Regulirung der Wärme verwendete, an jedem Punkte stationär erhalten werden, und zwar mit einer entsprechenden Zunahme der Temperatur, aber mit abnehmender Geschwindigkeit der Expansion. Die progressive Contraction beim Abkühlen kam der Expansion beinahe gleich; doch konnten wegen der Fluctuationen, die beim Erhizen und Abkühlen Statt fanden, keine ganz genauen Messungen angestellt werden. Die Hauptursache dieser Fluctuationen war, daß sich der Dampf bisweilen an den Wänden der Glasröhre verdichtete, wo dann das emporsteigende Queksilber diese Theilchen, anstatt sie bis zum Ende der Röhre vor sich her zu treiben, bedekte, besonders wenn die Abkühlung rasch ging. Diese Theilchen verwandeln sich nicht eher wieder in Dampf, als bis das Queksilber sie verläßt, wo sie dann ein zwar geringes, aber plözliches Steigen der Queksilbersäule veranlassen. Am besten kann man dieß bei niedrigen Graden des Drukes beobachten. Die Differenz von 6 Graden, welche sich auch hier zwischen dem Beginnen der Dampfentwikelung und der durch das Abkühlen eintretenden Verdichtung zeigte, wurde wahrscheinlich durch die Reibung des Queksilbers in der Röhre, obwohl ich öfter mit der Hand an diese klopfte, veranlaßt. Nimmt man an, daß zur Ueberwältigung der Reibung nach auf- und abwärts drei Temperaturgrade erforderlich sind, so wird die Temperatur bei der Expansion und Contraction 303 und 309° F. entsprechen.

Versuch 3. Unter einem Druke von 60 Zoll Queksilber begann |325| die Dampfentwikelung bei 272º F., und die größte Expansion endigte bei 276º. Diese Temperaturen sind das aus mehreren Versuchen gezogene Resultat; und für die Reibung des Queksilbers ist an ihnen die angegebene Correction bereits vorgenommen.

Versuch 4. Unter einem Druke von 11 1/2 Zoll Queksilber begann die Dampfentwikelung bei 230º F., und die größte Expansion endigte bei 235º, wo der Druk dann 15 Zoll betrug. Später wurde er am Anfange und am Ende auf 11 1/2 Zoll adjustirt, und doch war beinahe dieselbe Temperatur, nämlich 235º, nöthig, bevor die größte Expansion zu Ende ging. Ich prüfte die Expansion des Dampfes bis zu einer Temperatur von 450º F. hinauf, und fand sie jener der Luft gleich, und zwar ohne irgend eine Abnahme in der Geschwindigkeit der Expansion, wie ich sie bei höherem Druke beobachtete.

Versuch 5. Diese Versuche wurden unter einem Druke von einem oder 2 Zoll Queksilber vorgenommen. Die gebogene Röhre hatte hier in diesem Falle an dem aufgebogenen Theile eine Kugel von beiläufig einem Zoll im Durchmesser, und eine gleiche Kugel von demselben Durchmesser befand sich auch an dem offenen Ende. Zwischen beiden Kugeln war die Röhre so gebogen, daß sich beide Kugeln auf gleicher Höhe befanden. Das offene Ende über der Kugel hatte gegen 12 Zoll Länge. Die das geschlossene Ende bildende Kugel wurde mit Queksilber gefüllt, und ein Gleiches geschah auch um die Biegung herum; oben auf das Queksilber wurde etwas Wasser gebracht. Die andere Kugel und ungefähr 2 Zoll der Röhre wurden mit Oehl gefüllt. Auf diese Weise sah man den Scheitel der Säule über dem Oehle in dem zu dessen Erhizung dienenden Gefäße. Bei dieser Anordnung befand sich das Wasser, wenn es Dampf zu entwikeln anfing, unter einem Druke, welcher um einen Zoll Queksilber unter jenem der Atmosphäre stand; die größte Ausdehnung hingegen endigte bei 2 Zoll über dem atmosphärischen Druke, das Gewicht des Oehles mit eingerechnet. Des Oehles bediente ich mich, damit man die Expansion leicht und ohne dadurch eine wesentliche Erhöhung des Drukes zu veranlassen, beobachten konnte. Die Temperatur wurde zuerst auf 220º F. gesteigert, und das überschüssige Wasser ausgetrieben, worauf dann die Abkühlung begann. Wenn nun die Temperatur langsam gesteigert wurde, und die Dampfentwikelung eintrat, so stieg das Oehl rasch beinahe um die Hälfte seines Spielraumes, welcher ungefähr der Hälfte des Inhaltes der Kugel gleichkam. Hierauf sank es wieder um den dritten Theil der Streke, um die es gestiegen war; und auf diese Weise schwankte es, während die Temperatur fortwährend langsam stieg und bevor die Kugel mit Dampf erfüllt war, zwei oder drei Mal auf und nieder. |326| Ging die Steigerung der Temperatur etwas rascher, so blieb das Oehl nur ein einzigesmal stehen; und erfolgte sie sehr rasch, so erhob sich die Oehlsäule gleich einem festen Körper, der einen lebhaften Impuls bekommen, bis zur größten Expansion des Dampfes, um auf dieser Höhe stehen zu bleiben, indem das rasche Steigen der Temperatur dessen Rükkehr verhinderte. Die größte Ausdehnung endete in diesem Falle bei einer Temperatur, welche um 2 bis 3º über jener, bei der die Dampfentwikelung ihren Anfang nahm, stand; ja ein Grad dürfte hinreichend gewesen seyn, wenn keine Zunahme des Drukes Statt gefunden hätte. Bei Wiederholung dieses Versuches gelangte zufällig eine kleine Quantität Oehl um die Biegung herum in die Kugel, wo sie sich mit dem zur Dampfentwikelung bestimmten Dampfe vermengte. Ich war, als ich unter diesen Umständen neuerdings wieder die Temperatur zu steigern anfing, erstaunt, daß der Dampf sich nicht in demselben Grade ausdehnte und kein solches Steigen der Queksilbersäule eintrat, wie früher; denn obwohl ich die Temperatur bis auf 240º F. trieb, so erfolgte doch nur eine gegen die frühere um die Hälfte geringere Expansion. Bei mehrfacher Wiederholung dieses Versuches ergab sich mir stets ein gleiches Resultat, so daß man hieraus mit Recht den Schluß ziehen kann, daß Oehl oder Fett im Cylinder einer Dampfmaschine die Expansion oder das Volumen des Dampfes vermindert.

Die Resultate, zu denen ich auf solche Weise gelangte, veranlaßten mich zu untersuchen, ob der Siedepunkt des Wassers erhöht wirb, wenn man dasselbe mit Talg oder Oehl bedekt. Ich nahm zu diesem Zweke die Temperatur der Pfanne eines Talgkerzenfabrikanten, in welcher sich auf einer großen Menge Wassers 12 bis 14 Zoll hoch Talg befand. Nachdem die Pfanne 10 bis 15 Minuten lang gesotten und das Maximum ihrer Temperatur erreicht hatte, betrug diese 220° F., mithin um 8º mehr, als sie betragen haben würde, wenn kein Talg vorhanden gewesen wäre. Bei einem der Versuche, die ich, bevor ich auf die Idee der Röhre mit den Kugeln kam, mit der gebogenen Röhre anstellte, brachte ich Oehl, welches zufällig Wallrathöhl war, in Anwendung, indem hiebei die Expansion des Dampfes bei einem Druke, welcher verhältnißmäßig geringer war als jener des Queksilbers, erforscht werden konnte. Es war unter diesen Umständen schwierig, das geschlossene Röhrenende mit Dampf zu erfüllen, indem der Wassertropfen in der Biegung lag; ich erzwekte es aber dennoch, indem ich die Röhre etwas schräg hielt. Unter diesen Umständen nun trat die Entwikelung von Dampf aus dem Wassertropfen erst ein, nachdem die Temperatur etwas über 230º F. gestiegen war; und selbst dann ging sie bis zu 240 und 250º hinauf |327| nur sehr langsam von Statten. Erstaunt war ich hiebei über die Länge der Zeit, die ich brauchte, um nach Erfüllung des geschlossenen Röhrenendes das überschüssige Wasser als Dampf auszutreiben, und über die Quantität, welche hiebei austrat. Als ich zur Beschleunigung dieses Processes die Temperatur bis über 260º steigerte, entwich der Dampf in großen Blasen so rasch, daß während der ersten Versuche, welche gegen 2 Stunden dauerten, zwei Explosionen vorkamen, bei denen jedesmal eine beträchtliche Menge Oehl mit hinausgeschleudert wurde. Als ich, obwohl ich die Röhre mit demselben Oehle auffüllte, ein allmähliches Sinken des Oehles in der Röhre bemerkte, stieg mir die Vermuthung auf, daß etwas mehr als bloßer Dampf aus dem Wasser entweichen dürfte. Bei sorgfältiger Prüfung und mehrmaliger Wiederholung der Versuche fand ich denn auch wirklich, daß das Oehl an der Biegung der Röhre oder da, wo es mit dem Dampfe in Berührung stand, zersezt oder in Dampf verwandelt wurde. Ich war geneigt dieß der Einwirkung des Dampfes auf das Oehl zuzuschreiben; denn wenn ich die Röhre plözlich aus dem zu ihrer Erhizung dienenden Gefäße nahm, sah man den Dunst in ihr in Blasen aufschäumen. Derselbe Versuch ward mit Talg vorgenommen; allein die Blasenentwikelung währte nicht über eine halbe Stunde, die zur Verdünstung des überschüssigen Wassers erforderlich seyn mochte, an. Bei einigen Versuchen jedoch wurden eine längere Zeit über, als ich es für nöthig erachtet hatte, Dünste ausgestoßen.

Aus diesen Versuchen nun ging hervor, daß sich der Dampf bei einer Temperatur, die um einige wenige Grade höher ist als jene, bei der die Dampfentwikelung Statt findet, bedeutend ausdehnt. Da aber nach dem angegebenen Verfahren der Grad der Expansion nicht bestimmt werden konnte, so schlug ich eine andere Methode, die eine genaue Messung zuließ, ein.

Fig. 85 zeigt den Apparat, dessen ich mich zuerst zu diesem Zweke bediente, und welcher die Dichtheit des Dampfes bei der Temperatur, bei der er sich entwikelte, andeuten sollte; indem die Dichtheit mit der Expansion äquivalent ist. Ebenso wurde bei den folgenden Angaben die Temperatur als äquivalent für den Druk genommen. A, A stellt ein kupfernes Gefäß von 4,4 Zoll Weite und beiläufig 10 Zoll Tiefe, welches an dem oberen Ende mit einem Sicherheitsventile versehen ist, vor. B ist ein 5 Zoll langes und 2 Zoll weites Maaß, welches 4348 Gran Wasser von 60º F. enthält; es ist durch eine Röhre, welche mit dem Sperrhahne C communicirt, und welche in die Seitenwand des Gefäßes, durch die sie sezt, gelöthet ist, in der Mitte des Gefäßes fixirt. D, D ist eine andere |328| Röhre, welche von dem Sperrhahne aus gleichfalls durch die Seitenwand des Gefäßes, in die sie eingelöthet ist, sezt, und welche sich im Innern des Gefäßes in der Nähe seines Scheitels endigt. F stellt einen Verdichter von 1 1/2 Zoll im Durchmesser und 5 Zoll Länge vor; an ihn führt die Röhre K. Bei H sieht man die Luftpumpe angeschraubt. G ist die Stelle, an welcher der Verdichter an die Röhre K gefügt ist. Dieses Gefüge wurde, damit man es leicht abdrehen konnte, dadurch gebildet, daß man das eine Ende in das andere einrieb, wobei jedoch, um es hinreichend luftdicht schließend zu machen, etwas Bleiweiß angewendet werden mußte. An die anderen Seiten des Gefäßes sieht man unter einem Winkel und so weit herabreichend, daß sie beinahe das Maaß B berührt, eine dünne Röhre mit geschlossenem Boden gelöthet. In diese Röhre wurde ein Thermometer E eingesezt, und zwar um die Berührung vollständig zu machen, zugleich mit etwas Fett. I deutet die Höhe an, bis zu welcher das Wasser im Gefäße hinaufreichte. Dieses Gefäß nun ward rings herum in gleicher Entfernung mit einem eisernen Gehäuse, welches auch den Sperrhahn einschloß, umgeben. Am Grunde dieses Gehäuses war eine Pfanne befestigt, auf die zum Behufe der Erhizung des Gefäßes Holzkohlen gebracht wurden. Von dem Zapfen des Sperrhahnes aus, der, wie man zu sagen pflegt, ein dreiwegiger war, lief ein kleiner Stab aus, der durch das eiserne Gehäuse sezte und zum Umdrehen des Hahnes diente. Der Verdichter ward fortwährend unter kaltem Wasser gehalten. Das Gefäß ward bis zu I hinauf mit Wasser gefüllt, so daß das Maaß B gänzlich von solchem bedekt war. Ich erwartete bei dieser Anordnung der Theile, daß das Innere des Apparates auf dieselbe Temperatur kommen würde, die der aus dem Wasser entbundene Dampf hat; allein Versuche ergaben, daß dieß bei hohen Graden von Druk nicht der Fall ist. Nachdem das Gefäß auf die gewünschte Temperatur erhizt worden, verdrängte ich aus dem Maaße B durch wiederholtes Anfüllen desselben mit Dampf die Luft. Sodann sezte ich den Verdichter an, und zog, nachdem ich ihn in kaltes Wasser untergetaucht, mit Hülfe der Luftpumpe sowohl aus ihm als aus der Röhre die Luft aus. Hierauf verdichtete ich in dem Verdichter, der vorher gewogen worden, einige Maaße Dampf, wodurch ich das Gewicht des verdichteten Dampfes und mithin auch dessen Expansion erhielt. Bei diesen Versuchen wurde die Temperatur für den Druk genommen. Da ich jedoch den Druk durch die Compression der Luft bestimmen wollte, so bediente ich mich einer gebogenen Glasröhre, wie man sie gewöhnlich zu derlei Zweken anzuwenden pflegt. Um hiebei zwischen den Atmosphären einen so großen Spielraum, als es füglich thunlich war, zu |329| erhalten, formte ich an dem die Luft enthaltenden Theile der Röhre ungefähr einen Zoll über der Biegung eine Kugel; eine zweite ähnliche, aber kleinere Kugel bildete ich an dem oberen Ende der Rohre. Nach der Zahl des erforderlichen Atmosphärendrukes berechnete ich, daß das Queksilber nicht bis zu der am oberen Röhrenende befindlichen Kugel hinaufsteigen würde. Die Entfernung zwischen den beiden Kugeln betrug gegen 9 Zoll; der Zwek der Kugeln war eine Verkürzung der Röhre um die Hälfte, d.h. im Vergleiche mit einer Röhre, welche durchaus von gleichem Durchmesser gewesen wäre. Die dem verschiedenen Atmosphärendruke entsprechenden Stellen der Röhre mußten durch Versuche bestimmt werden. Ich kittete demnach dieses Instrument oder diesen Manometer, nachdem ich soviel Queksilber in denselben gebracht, daß dessen Oberfläche unter dem atmosphärischen Druke am Fuße der unteren Kugel stand, an eine Röhre von hinreichender Länge, und bohrte in diese, von der Oberfläche des Queksilbers im Manometer angefangen, in Zwischenräumen von 30 Zoll kleine Löcher. Die ersten 30 Zoll machten die Oberfläche des Queksilbers, wie zu erwarten stand, beiläufig um einen halben Zoll über die untere Kugel steigen. Hierauf wurde die Temperatur von 54º F., welches die Temperatur der Luft war, auf 95° F. gesteigert, und an beiden Stellen ein Zeichen gemacht. Auf solche Art nahm ich für jede 30 Zoll Queksilber mehr einen Versuch vor, bis ich zulezt das Instrument 24 Stunden lang unter einem Druke von 120 Zoll stehen ließ, wobei ich eine geringe Zusammenziehung der Luft bemerkte. Endlich ließ ich das Queksilber zu 30 Zoll auf einmal ausfließen, wo ich dann das Instrument jedesmal erwärmte und auch wieder abkühlen ließ. Der Verlust oder die Zusammenziehung der Luft schien hiebei zuzunehmen; denn die Oberfläche des Queksilbers stand beim atmosphärischen Druke um ein Viertheil höher als bei dem Druke, den die ersten 30 Zoll ausübten, was andeutete, daß 3/4 der Hälfte der Luft und des Dunstes, welcher anfänglich in ihr enthalten war, fehlten. Anfänglich war eine beträchtliche Menge Feuchtigkeit im Manometer; nach dem Versuche schien sich deren Menge vermindert zu haben. Da die untere Kugel innen mit schwarzem Queksilberoxyde ausgekleidet war, und da dieses Oxyd auch die Oberfläche des Queksilbers bedekte, so vermuthe ich, daß das Queksilber bei der Temperatur und unter dem Druke, bei dem ich arbeitete, den Dunst oder die Luft zersezt hatte. Das Queksilber war nämlich, als ich es in das Instrument brachte, ganz rein, und man bemerkte auch keine Spur von Queksilberoxyd, als bis ich die lezten 30 Zoll abließ. Auch war durchaus nicht zu bemerken, daß Luft durch das Queksilber gedrungen war. Bei den großen Schwankungen, die sich |330| demnach bei diesem Verfahren zeigten, verlor ich alles Zutrauen zu demselben, so daß ich mich bei den weiteren Versuchen auf den Thermometer, den ich auch ganz passend fand, verließ.

Bei dem ersten Versuche, den ich mit meinem Apparate anstellte, ließ ich die Communication zwischen dem Gefäße und dem Maaße noch 7 bis 8 Secunden, nachdem das von dem Eindringen des Dampfes in das Maaß herrührende Geräusch aufgehört hatte, eröffnet. Folgende Dichtheiten des Dampfes, die sich mir aus mehreren Versuchen als Mittel ergaben, zeigen deutlich, daß sich der Dampf langsam verdichtete, und zwar genau im Verhältnisse der Zeit, während welcher die Communication offen gelassen wurde.

Temperatur. Expansion.
212º 949,5
249 480,4
273 350
290 254,5
308 144,6.

Die Dichtheit für 212º erhielt ich, indem ich das Sicherheitsventil offen hielt, und den Dampf frei entweichen ließ. Unter diesen Umständen hatte die Zeit, während der man die Communication zwischen dem Gefäße und dem Maaße gestattete, nur geringen Einfluß auf das Resultat.

Der nächste Punkt, den ich sodann zu ermitteln hatte, war die Dichtheit oder Expansion des Dampfes, wenn die Communication unmittelbar nach dem Aufhören des durch das Einströmen des Dampfes in das Maaß veranlaßten Geräusches aufgehoben wurde. Das Resultat war hier folgendes:

Temperatur. Expansion.
212º 949,5
249 662,4
273 475,6
290 374,1
307 280,7.

Obwohl mir diese Resultate der Wahrheit nahe zu kommen schienen, so blieb der Gegenstand doch noch zweifelhaft. Ich kam daher nach einigem Nachdenken auf eine andere Methode, die mich der Wahrheit noch näher bringen mußte, und die auf dem Principe beruht, daß das Gefäß und das Maaß einer und derselben Temperatur ausgesezt werden. Man sieht diesen Apparat in Fig. 86, wo A das Gefäß oder den Kessel und B das Maaß vorstellt. Beide waren von gleicher Form und Größe, und bestanden aus einer dünnen kupfernen Röhre von 1/4 Zoll im Durchmesser und 3 1/2 Zoll Länge, die halb |331| kugelförmigen Enden mit eingerechnet. Von ersterem zum lezteren, so wie auch von diesem an den Verdichter läuft eine Communicationsröhre, an der sich auch die Sperrhähne befinden. Der erstere von diesen, E, dient zum Absperren der Communication zwischen dem Kessel und dem Maaße; der zweite I zum Absperren der Communication zwischen dem Maaße und dem Verdichter. An der an den Verdichter führenden Röhre K bemerkt man bei H die Stelle, wo die Luftpumpe angeschraubt wird; bei G hingegen das Gefüge zwischen der Röhre und dem Verdichter. Der Kessel wurde zu 3/4 mit Wasser gefüllt, und nach der Füllung die Oeffnung, welche hiezu diente, zugelöthet. Kessel und Maaß mitsammt den Sperrhähnen brachte ich so tief in einen mit Oehl gefüllten Behälter, daß die Röhren der Sperrhähne davon bedekt waren. In das Oehl ward ein Thermometer so versenkt, daß er den Kessel berührte. Das Oehl wurde durch ein Holzkohlenfeuer auf der erforderlichen Temperatur erhalten, und der Behälter war wie bei dem ersten Apparate mit einem Gehäuse umgeben. Wenn aus dem Maaße durch Füllen desselben mit Dampf und durch abermaliges Ausleeren desselben die atmosphärische Luft ausgetrieben worden, sezte ich den Verdichter an, tauchte ihn in einen Bottich mit kaltem Wasser unter, und zog die Luft mittelst der Luftpumpe aus. Nachdem dieß geschehen war, verdichtete und wog ich, gleichwie dieß früher geschah, eine gewisse Anzahl der gefüllten Maaße. Bei dieser Einrichtung des Apparates waren der Kessel und das Maaß einer und derselben Temperatur ausgesezt. Da das Sicherheitsventil durch das geringe Auslassen des Dampfes, welches bei hohen Graden des Drukes eintrat, bedeutende Irrthümer veranlaßte, so löthete ich dasselbe fest auf, so daß also der Kessel nur das verlieren konnte, was er an das Maaß abgab. Nach mehreren Versuchen ergab sich, daß, wenn der Sperrhahn zwischen dem Kessel und dem Maaße bei jedesmaliger Füllung des Maaßes eine Minute lang offen belassen wurde, der Kessel dieselbe Temperatur erlangte wie das Maaß, indem die Differenz zwischen beiden kaum den zehnten Theil eines Zolls betrug. Das Oehl wurde hiebei häufig in Bewegung gesezt, damit die Gefäße stets mit einem Medium von gleicher Temperatur umgeben erhalten wurden.

Auf diese Weise erhielt ich die Dichtheit des Dampfes bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Graden des Drukes, so wie auch bei der Temperatur, mit der er aus dem Wasser aufsteigt, ganz genau. Das Maaß enthielt bei einer Temperatur von 60º F. 2947 Gran Wasser. Folgende Quantitäten nahm ich für die Expansion des kupfernen Maaßes an: bei 212º 2958 Gran; bei 273º 2963 Gran; bei 310º 2967 Gran; das Weitere in demselben Verhältnisse. |332| Zu jeder Wägung wurde das Maaß 10 Mal gefüllt. Die Luft wurde am Anfange jedesmal mit der Pumpe ausgezogen; am Ende der ersten fünf Füllungen wurden gleichfalls einige Züge gemacht. Deßgleichen wurden alle übrigen Vorkehrungen, durch welche Irrthümern vorgebeugt werden konnte, getroffen. Zehn Füllungen des Maaßes bei 212º F. gaben 34 Gran Wasser, was einer Expansion von 870 gleichkommt; bei 250,5º gaben sie 58 Gran, Expansion 510,5; bei 293º 87 Gr., Expansion 340,8; bei 332º 127 Gr., Expansion 233,7; bei 346º 147 Gr., Expansion 202,1. Die aus der Dichtheit abgenommene Expansion erhellt hienach aus folgender tabellarischer Zusammenstellung.

Temperatur. Gran. Expansion
212º 34 870
250,5 58 510,5
293 87 340,8
332 127 233,7
346 147 202,1.

Sehr schwierig war es, die Sperrhähne gehörig schließend zu erhalten; aus vielen, mit verschiedenen Metallen angestellten Versuchen ergab sich, daß Blokzinn noch am besten zur Verfertigung ihrer Röhre geeignet ist. Ich ließ das ursprüngliche Hahnrohr, welches weit genug war, mit Zinn ausgießen, wobei ich in der Mitte der Röhe einen kleinen Draht, welcher die Communicationsöffnung durch das Zinn bilden sollte, fixirte. Sodann ließ ich in der Mitte des Zinnes die Löcher für die Schlüssel zu 2/10 Zoll im Durchmesser so ausbohren, daß rings herum eine zur Bildung des Hahnrohres hinreichende Menge Zinn blieb. Die Schlüssel, welche ich aus einer ziemlich harten Legirung von Kupfer und Zinn verfertigte, ließ ich abschleifen, dann in einem messingenen Loche gut einreiben und endlich auf der Drehebank poliren. Zulezt wurden die Schlüssel ganz rein und nur mit etwas Feuchtigkeit so lange in die zinnernen Löcher eingerieben, bis diese lezteren durchaus glänzend geworden. Das Communicationsloch wurde an der gehörigen Stelle beiläufig im Durchmesser eines Stiftes von mittlerer Größe gebohrt. Auf diese Art erlangte ich Hähne, die beinahe vollkommen schlossen, und an denen während der ganzen Dauer der Versuche verhältnißmäßig nur sehr wenig Abnüzung zu bemerken war.

Nachdem ich dem beschriebenen Verfahren gemäß die Dichtheit des Dampfes bei der Temperatur des Wassers ausgemittelt, hatte ich zunächst die Dichtheit zu bestimmen, welche der Dampf bei gleichbleibendem Druke bei einer Temperatur hat, welche um 10º höher ist als jene des Wassers, aus dem er aufstieg. Ich sezte zu diesem |333| Behufe den Oehlbehälter aus zwei getrennten halbcylindrischen Gefäßen zusammen, so daß ein zwar dem früheren an Größe gleichkommender, allein in der Mitte durch eine Scheidewand getheilter Behälter zum Vorscheine kam. In diese Scheidewand schnitt ich eine Kerbe von solcher Tiefe, daß der mittlere Sperrhahn mit der Communicationsröhre ebenso hoch wie bei den früheren Versuchen mit Oehl bedekt war. Die oberen, die Scheidewand bildenden Ränder der beiden Behälter löthete ich zusammen, und ebenso that ich dieß auch an den Rändern der in die Scheidewand geschnittenen Kerbe, damit das Oehl weder auslaufen, noch auch zwischen die beiden Behälter gelangen konnte. An den Böden verband ich die beiden Behälter durch eine an jeden derselben gelöthete Platte auf solche Weise, daß zwischen beiden Behältern ein zur Aufnahme einiger Blätter gewöhnlichen Schreibpapieres hinreichender Raum blieb. Auf solche Art war zwischen dem Kessel und dem Maaße, von denen der eine in den einen und das andere in den anderen Behälter gebracht wurde, die Communication bedeutend gehindert. Nachdem beide Behälter so weit mit Oehl gefüllt worden, daß der Apparat auf dieselbe Tiefe wie bei den früheren Versuchen in dasselbe getaucht war, brachte ich in jeden derselben einen Thermometer, und leitete während der Versuche die Hize auf solche Art, daß das Oehl in dem das Maaß enthaltenden Behälter um 15 bis 20º F. heißer war, als in dem anderen, den Kessel enthaltenden Behälter. Dessen ungeachtet schlage ich wegen der Communication, die durch die Röhre zwischen dem Kessel und dem Maaße bestand, das Mehr der Temperatur des Maaßes nicht höher als auf 10º an. Die Füllung des Maaßes geschah wie bei den früheren Versuchen. Das Resultat dieser Versuche erhellt aus folgender Zusammenstellung.

Temperatur. Grane. Expansion.
212º + 10º 17,5 = 1690,2
250 + 10 34 = 870,8
293 + 10 64 = 463,2
332 + 10 108 = 274,9
346 + 10 131 = 226,7.

Aus diesen Resultaten geht hervor, daß Dampf von 212º bei den ersten 10 Graden, um welche man seine Temperatur steigert, sein Volumen beinahe verdoppelt; daß dieses Verhältniß der Expansion bei höheren Temperaturen aber rasch abnimmt, indem bei Dampf von 346º F. die durch eine Temperaturerhöhung von 10º veranlaßte Expansion nicht über den achten Theil des ursprünglichen Volumens beträgt. Hierin dürste der Hauptgrund liegen, warum man viel weniger Brennmaterial braucht, um mit Maschinen von hohem Druke |334| dieselbe Kraft wie mit solchen von niederem Druke zu erzeugen. Es geht aber zugleich auch hervor, daß die Differenz nur sehr gering oder nichtig seyn würde, wenn man sich beider Maschinen gehörig bediente.

Man hat gefunden, daß, wenn der Kessel zu 2/3 oder darüber mit Wasser gefüllt war, und man durch den geöffneten Sperrhahn Dampf aus dem Kessel ausströmen ließ, in demselben Momente das Sicherheitsventil emporgetrieben wurde, und einen Augenblik lang noch mehr Dampf austrat. Dieß ereignete sich hauptsächlich, wenn mit hohem Druke gearbeitet wurde, selbst wenn das Ventil so beschwert war, daß es einem um zwei Atmosphären größeren Druke entsprach, als der Dampf zur Zeit hatte. Diese Erscheinung nimmt jedoch in dem Maaße ab, als der Kessel weniger Wasser enthält. Es scheint mir nun, daß wenn plözlich eine Zunahme der Dampfentwikelung eintritt, die erzeugte Quantität den Raum, den der Dampf permanent einnimmt, übersteigt; d.h. daß der Dampf dann eine explosionähnliche Wirkung ausübt. Hiedurch erklärt sich, warum in einigen Fällen die Kessel in dem Momente plazten, in welchem das Sicherheitsventil aufstieg.

Diesen Versuchen gemäß wird sich der Dampf dann am vortheilhaftesten anwenden lassen, wenn man den Feuerzug, nachdem er den Kessel verlassen, so baut, daß er die Dampfröhre umschließt und einmal um den Cylinder läuft. Auf diese Weise wird nämlich eine genügende Steigerung der Temperatur erzielt, indem bei niederem Druke 2 bis 3º ausreichen. Ich schlug schon im Jahre 1826 den Maschinenbauern Claude, Girdwood und Comp. in Glasgow zur Erreichung desselben Zwekes ein ähnliches System vor. Auch befolgt man dermalen bei dem Baue einiger Locomotiven eine ähnliche Anordnung, um die Hize der Cylinder zu erhalten. In diesen Fällen, oder da wo der Cylinder mit einem Gehäuse, in welches vom Kessel her Dampf eintritt, umgeben ist; oder da wo er zur Verhütung der Wärme-Ausstrahlung mit schlechten Wärmeleitern umkleidet ist, dürfte das Innere des Cylinders wegen der Reibung des Kolbens an den inneren Cylinderwänden etwas höher seyn. Ich machte einige Versuche zur Ermittelung dieses Punktes; es gelang mir aber mit vollkommen belasteten Maschinen und ungehindertem Dampfe bisher noch nicht. An einer Maschine nahm ich den Schmierhahn aus und führte dafür einen in die Mitte eines Korkes eingesezten Thermometer ein. Wenn die Maschine in Gang gebracht und das Drosselventil gänzlich geöffnet worden, stieg der Thermometer auf 216º F., worauf er dann später wieder bis auf 162º herab fiel. Der Dampf war hier aber durch das Drosselventil bedeutend gehindert, und die Maschine |335| war nicht belastet, so daß sie kaum mehr that, als daß sie sich selbst trieb.

Ich stellte einige Versuche an, in der Absicht zu ermitteln, welches denn die Quantität Wärme ist, die der Dampf absorbirt, wenn man seine Temperatur von 215 auf 335º F. steigert. Ich baute mir zu diesem Zweke einen Apparat, welcher aus einem kleinen Kessel bestand, auf den ich eine Glasröhre kittete, die, nachdem sie ungefähr 2 Zoll weit von dem Kessel weggelaufen, nach Abwärts und dann wieder parallel nach Aufwärts gebogen wurde. Die beiden parallel laufenden Stüke hatten ungefähr 6 Zoll Länge und waren durch einen Raum, der einen Zoll betrug, von einander geschieden. Von dem aufsteigenden Schenkel aus lief die Röhre unter einem rechten Winkel gebogen ungefähr einen Zoll weit in derselben Linie, in der sie von dem Kessel ausgegangen, um dann abermals eine Biegung nach Abwärts zu wachen, und sich 2 1/2 Zoll von dieser Stelle entfernt in eine kleine Spize zu endigen. Diese Röhre, welche aus dünnem Glase bestand, hatte 2/10 Zoll im Lichten, während ihre Mündung an der Spize nur 1/15 Zoll hatte. Diesen Apparat richtete ich zum Behufe der Versuche so ein, daß die parallelen gebogenen Röhrenstüke in ein mit Oehl gefülltes Gefäß von 8 Zoll in der Tiefe und 2 Zoll Weite, welches mit Hülfe eines Gasbrenners auf der gewünschten Temperatur erhalten wurde, untertauchten. In dem Gefäße befand sich beständig ein Thermometer. Der Kessel, in den gleichfalls ein Thermometer eingesezt war, wurde mittelst einer Oehllampe bei allen Versuchen auf einer Temperatur von 215º F. erhalten. Die Spize der Röhre leitete ich eine kleine Streke unter die Oberfläche von kaltem Wasser, welches in einem gläsernen, mit einem Thermometer ausgestatteten Gefäße enthalten war. Den über der Biegung befindlichen, nicht in das Oehl untergetauchten Theil der Röhre umwikelte ich zur Verhütung der Wärme-Ausstrahlung mit Wollengarn. Das Oehlgefäß, welches die Glasröhre enthielt, durch die der Dampf zu strömen hatte, wurde bei dem ersten Versuche auf der Temperatur von 212º erhalten, so daß der Dampf bei seinem Eintritte in das Wasser eher eine etwas geringere Temperatur hatte als jene war, bei der er erzeugt wurde.

Ich brachte 2229 Gran Wasser von 52º F. in das gläserne Gefäß, und brachte dieses so lange in die angegebene Stellung, bei der sich der Dampf in ihm verdichtete, bis die Temperatur um 20°, nämlich bis auf 72° gestiegen war. Als ich das Wasser hierauf wog, fand ich es bei einer Lufttemperatur von 62º um 34 Gran schwerer. Zur Vermeidung der durch die abkühlende Wirkung der Luft bedingten Irrthümer schlug ich dasselbe Verfahren ein, welches |336| Graf Rumford bei seinen Versuchen befolgte. Das Oehlgefäß und die Dampfröhre wurden bis auf 265º erhizt; das Gewicht des Wassers, und die Temperatur, bei der es genommen wurde, blieben bei allen Versuchen dieselben; und jeder Versuch währte ungefähr 1 1/2 Minuten. Die Resultate waren, wie folgt:

Dampf bei: Wasser bei 52º: Gran. Gran.
214º 2229 + 20º 2272 43
265 + – 2269 40
335 + – 2268 39.

Hieraus folgt, daß der Dampf nur eine geringe Quantität Wärme absorbirt, um bis auf das Aeußerste seiner Expansion gebracht zu werden, und eine noch geringere Quantität, wenn er über diesen Punkt hinaus erhizt wird. Ebenso läßt sich aus diesen Versuchen abnehmen, daß die gebundene Wärme des Dampfes etwas über 1000º beträgt, und daß für das, was von dem gläsernen Gefäße absorbirt wird, sogar noch etwas mehr zugegeben werden muß.57)

|322|

Die in den Behältern befindlichen Kolben hatten an ihrem Ende ein nach Art eines Topdekels gebildetes Ventil erheischt, damit, während sich der Dampf in dem heißen Ende befand, die Communication Mit dem kalten Ende abgesperrt werden konnte; denn bei gestatteter Communication hatte sich der Dampf in dem kalten Ende eben so rasch verdichtet, als er sich in der Wärme ausdehnte. A. d. O.

|336|

Der Verf. dieses schon vom Jahre 1834 datirenden Aufsazes bemerkt in einem an die Redaction des Mechanics' Magazine gerichteten einleitenden Schreiben, daß er die Resultate seiner Versuche, die mit den von anerkannten Autoritäten aufgestellten Ansichten hie und da im Widerspruche stehen, nicht der Oeffentlichkeit übergeben hätte, wenn er sich nicht durch fortgesezte Beobachtungen und Erfahrungen seither noch mehr von deren Richtigkeit überzeugt hatte. A. d. R.

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