Titel: Armstrong, über die Elektricität des ausströmenden Dampfes.
Autor: Armstrong, Wm. Georg
Fundstelle: 1841, Band 79, Nr. LXXXV. (S. 414–420)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj079/ar079085

LXXXV. Ueber die Elektricität des ausströmenden Dampfes; von Hrn. W. G. Armstrong.

Aus dem Philos. Magazine. Jan. 1841, S. 50.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Am Schlusse meiner jüngsten Mittheilung über diesen Gegenstand (S. 200 in diesem Band des polyt. Journals) erwähnte ich damals angefangener Versuche, um den Erfolg einer Isolirung des Kessels und einer vollkommenen Condensirung des austretenden Dampfes kennen zu lernen. Diese Versuche wurden seitdem beendigt und noch viele andere ausgeführt, welche alle auseinander hervorgingen und die ich jezt zu beschreiben im Begriff bin.

Die Isolirung des Kessels wurde auf die Art bewerkstelligt, daß man die Maschine mittelst Winden so lange hob, bis die Räder sich ungefähr 6 Zoll über den Schienen befanden; sie wurde dann auf vier Isolatoren gestellt, welche auf hölzernen Unterlagen ruhten. Jeder Isolator bestand aus drei einzelnen, mit Pech überzogenen Stüken scharf ausgetrokneten Holzes, zwischen welchen sich Lagen von Pech und Pakpapier befanden. Das mittlere Stük war größer als die beiden anderen, so daß es zwischen ihnen hervorstand, wodurch die Oberfläche vergrößert wurde, ohne der Höhe des Isolators etwas zuzugeben, was mit Gefahr verbunden gewesen wäre. Die drei Stüke bildeten, wenn sie verbunden wurden, einen Blok von der in der Abbildung (Fig. 28) angegebenen Gestalt.

Sobald die Maschine auf den Isolatoren stand, wurde der Kessel mit Wasser gefüllt und Feuer darunter gemacht; nachdem der Druk in dem Kessel allmählich gestiegen war, ließ man von Zeit zu Zeit Dampf entweichen.

So lange der Dampf in dem Kessel eingesperrt war, zeigte die Maschine keinerlei Elektricität; sie wurde aber sogleich negativ elektrisch, so bald man Dampf ausließ. Ein nur sehr unbedeutendes Entweichen desselben war hinlänglich, um die negative Elektricität des Kessels wahrnehmbar zu machen, und wenn man den Dampf recht frei ausströmen ließ, so war die Entwikelung der negativen Elektricität sehr stark. Die Funken waren zwar nie mehr als 1 Zoll lang, aber sehr breit und glänzend, und sie brachten ohne Zweifel in Folge der Größe des Körpers, aus welchem sie gezogen wurden, vollkommen denselben Effect wie jene einer mittelgroßen Leydener Flasche hervor. Eine Vorstellung von ihrer Stärke kann man sich machen, wenn ich sage, daß sie, wenn auch nur 1/2 Zoll lang, doch ein mit gestoßenem Harz bestäubtes Stükchen Baumwolle leicht entzündeten.

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Mit der größten Sorgfalt suchte man sich zu überzeugen, ob der Grad der Elektricitätsentwikelung überhaupt von der Dichtigkeit des Dampfes im Kessel abhängt, und man fand, daß wenn das Auslassen am Ventil in den verschiedenen Versuchen so regulirt wurde, daß die Menge oder das Gewicht Dampf, welcher in einer gegebenen Zeit ausgestoßen wurde, so gleich als möglich blieb, die negative Elektricität des Kessels mit dem Druk ein wenig zunahm, daß aber die von dem dem spizigen Conductor aus dem austretenden Dampfe gezogene positive Elektricität mit der Dichtigkeit des Dampfes außerordentlich zunahm. Nachdem am Schlüsse der Versuche das Feuer ausgelöscht worden und der Druk auf 6 oder 8 Pfd. per Quadratzoll heruntergegangen war, konnten aus dem in den Dampf gehaltenen Conductor keine Funken mehr erhalten werden; aber die negative Elektricität des Kessels fuhr fort, Funken zu geben, bis der Dampf völlig oder doch so viel als möglich erschöpft war. Diese Erscheinungen scheinen zu beweisen, daß ein Hochdrukdampfstrahl in der That nicht viel elektrischer ist, als ein Niederdruk-Dampfstrahl, und bloß die Elektricität des Hochdrukstrahls leichter gesammelt werden kann.

Die Isolirung des Kessels hatte unzweifelhaft zur Folge, daß die von dem Dampf erhaltene positive Elektricität vermindert wurde, doch nicht in dem Grade, als man erwartete.

Eine Glasröhre A (Fig. 29), mit einem daran befestigten Hahne C, wurde auf die in meiner lezten Abhandlung beschriebene Weise in den Dampfkessel gestekt; eine andere, ungefähr 4 Fuß lange, Glasröhre B wurde mit dem Hahne verbunden, und an ihrem von dem Kessel entfernten Ende von einem in dem Isolirschemel befestigten Glasstabe gestüzt. Ein kleiner Messingcylinder D, welcher innerlich mit einer Anzahl, von einem Ende ausgehender, zugespizter Drähte versehen war, wie dieß Fig. 30 im Durchschnitt zeigt, wurde dann an die Glasröhre B gefügt, und mit diesem Cylinder eine dritte Glasröhre E verbunden, so daß dadurch der Weg, welchen der Dampf zu nehmen hatte, sehr verlängert wurde. Am oberen Ende der Röhre E wurde ein Draht mit gabelförmigen Spizen befestigt, welcher die Elektricität des Dampfstrahls aufzusammeln hatte, und von diesem Drahte herab hingen ein Paar Hollundermark-Kügelchen. Ein zweites Paar solcher Kügelchen hing auf gleiche Weise von einem in den Messingcylinder geschraubten Draht herab, was Alles durch die Abbildung sehr deutlich wird. Der Cylinder, so wie ein großer Theil jeder Röhre, wurde mit Flanell umwikelt, um Condensation so viel als möglich zu verhüten. Der Hauptzwek dieser Vorrichtung war, das elektrische Verhalten des Dampfes vor seinem Austritt in die Luft kennen zu lernen, unter Isolirung des Kessels |416| sowohl, als bei dessen Verbindung mit der Erde mittelst eines Leiters. Zu lezterem Behuf wurde eine eiserne Stange an die Maschine gestellt, welche die Communication zwischen ihr und dem Boden herstellte, und beim Oeffnen des Hahnes ging nun ein mit Wasser gemischter Dampfstrom aus der Röhre E. Unter diesen Umständen blieben beide Kugelchenpaare stille stehen, indem die Elektricität von dem mit dem Dampfe entweichenden Wasser wahrscheinlich mit fortgeführt wurde. Als die Röhren heiß wurden, wurde die mit dem Dampfe weggeführte Menge Wassers zu bloßem Schaum und beide Kügelchenpaare divergirten dann mit positiver Elektricität, wobei sich das obere Paar etwas mehr ausbreitete als das untere; wenn aber der Hahn theilweise geschlossen wurde, breiteten sich beide Paare wenigstens dreimal so stark aus, als dieß bei vollkommen geöffnetem Hahne der Fall war, worauf sie dann ungefähr nach Verlauf einer Minute allmählich wieder bis zu ihrer ursprünglichen Stellung zurükkamen.

Es schien anfangs sehr schwierig, diese sonderbare Wirkung der Verdünnung des Dampfes zu erklären; ich glaube aber nun, diese Erklärung mit Folgendem richtig zu geben. Es ist wahrscheinlich, daß die Nässe des Dampfes bei vollkommenem Oeffnen des Hahns hinreicht, ihn zur Zurükleitung eines großen Theiles der Elektricität des Strahles in den Kessel zu bestimmen; daß aber, sobald die Temperatur des Dampfes durch diese Verdünnung bis unter die Temperatur gesunken ist, welche die Röhren früher von dem Hochdrukdampf erhalten haben, er um so viel trokener wird, daß die Zurükleitung der Elektricität vom Strahle zum Kessel dadurch verhindert wird, nicht aber die Weiterleitung derselben vom Strahle zu dem viel näher befindlichen Cylinder. Wenn die Röhren sich wieder auf die Temperatur des Dampfes abkühlen, kehrt die Feuchtigkeit zurük und die Elektricität wird wieder großentheils in den Kessel zurük geleitet.

Es wurde nun der Eisenstab außer Berührung mit dem Kessel gesezt, um die Isolirung wieder herzustellen, und die Maschine wurde nun durch das Auslassen einer großen Menge Dampfes aus dem Sicherheitsventil stark negativ elektrisch. Als nun der Hahn wieder vollkommen geöffnet wurde, divergirten beide Kugelpaare stark mit negativer Elektricität; wurde aber die Ausströmung am Ventil bis auf einen gewissen Punkt vermindert und dann der Hahn theilweise geschlossen, so zeigten die obern Kügelchen positive und die untern negative Elektricität. Als man das Ausströmen von Dampf am Ventil ganz verhinderte und den Hahn völlig öffnete, blieben beide Kugelpaare ruhig und gingen gar nicht auseinander, beim theilweisen Oeffnen des Hahns aber divergirten sie beide eine kurze Zeit mit |417| positiver Elektricität beinahe auf dieselbe Entfernung wie früher, als der Kessel durch die Eisenstange mit dem Boden communicirte.

Wichtig ist es, daß, wenn die Kugeln mit negativer Elektricität auseinandergegangen waren, sie sich wieder bedeutend näherten, sobald man den Hahn mit der Hand berührte, daß aber, wenn sie mit positiver Elektricität divergirten, durch das Berühren des Hahns keine Wirkung hervorgebracht wurde, wodurch es höchst wahrscheinlich wird, daß die an den unteren Markkügelchen erscheinende positive Elektricität von dem Strahl zu dem Cylinder geleitet worden ist.

Ein Stük von einer Bleiröhre wurde in eine mit nassem Schnee gefüllte Glasflasche gebracht, das Ganze auf den Isolirschämel gestellt und mit der Röhre B, nachdem der Messingcylinder davon abgenommen worden war, in Verbindung gesezt; die Eisenstange wurde wieder an den Kessel gestellt, um die Isolirung wieder aufzuheben. Oeffnete man nun den Hahn ganz, so konnte an dem Blei wenig oder gar keine Elektricität entdekt werden, wurde aber der Hahn nur zum Theil geöffnet, so war auf kurze Zeit positive Elektricität bemerkbar, welche aber genau wie in dem Versuche mit dem Messingcylinder wieder verschwand. Als man die Verbindung des Kessels mit der Erde wieder aufhob und das Ventil öffnete, wurde das Blei stark negativ, welche negative Elektricität beim Schließen des Ventils aber wieder verschwand.

Ich zweifle kaum daran, daß das Vorwalten der negativen vor der positiven Elektricität in obigem Versuche dem Leitungsvermögen des Dampfes zuzuschreiben ist, wodurch dem Blei mehr negative Elektricität vom Kessel zugeführt wird, als dasselbe erhalten würde, wenn der Dampf ein Nichtleiter wäre. Wenn sich die negative Elektricität bei den Versuchen mit dem Messingcylinder mittelst der Markkügelchen eben so stark offenbarte, so wurde auch bemerkt, daß nach dem Schließen des Hahns, während die Röhren innerlich mit Feuchtigkeit beschlagen waren, kaum etwas negative Elektricität auf die Kügelchen übergeführt wurde, so daß also das Leitvermögen dem Dampfe angehören mußte, und nicht der bloßen Feuchtigkeit am Glas.

Eine senkrechte Glasröhre von ungefähr 1 Zoll Durchmesser und 2 bis 3 Fuß Länge wurde nun anstatt der Röhre B an den Hahn geschraubt. Im unteren Theile dieser Röhre befand sich eine Anzahl zugespizter Drähte, um die Elektricität, welche der Dampf beim Eintreten in die Röhre allenfalls besaß, anzuziehen und dem Hahne mitzutheilen. Als man nun den Hahn ganz öffnete, schossen Lichtblize durch die ganze Länge der Röhre, von der Wolke über ihr |418| zum Hahn zurük, was so fortging, so lange der, Hahn offen blieb, und zwar sowohl beim isolirten Zustande des Kessels als bei seiner Verbindung mit dem Boden. Der Dampf in der Röhre war vollkommen durchsichtig und an der inneren Oberfläche des Glases konnte keine Feuchtigkeit beobachtet werden.

Der sichtbare Uebergang der Elektricität von dem Strahl zum Hahn in diesem Versuche liefert den überzeugenden Beweis, daß die positive Elektricität, welche wir in dem Strahle finden, nicht früher entwikelt wird, als bis der Dampf die Form eines sichtbaren Dunstes annimmt; auch zeigt dieser Versuch, daß der Dampf, selbst in seinem durchsichtigen Zustande, wie ich diese Vermuthung schon ausgesprochen habe, nur ein mittelmäßiger Leiter der Elektricität ist.

Ich will es nun versuchen, die elektrischen Phänomene des ausströmenden Dampfes auf eine mit meinen jezt und früher mitgetheilten Versuchen völlig übereinstimmende Weise zu erklären.

Abgesehen von den angeführten experimentalen Beweisen von dem neutralen Zustande des Dampfes bis zum Augenblik seiner Verwandlung in undurchsichtigen Dunst, müssen der Dampf und das Wasser in dem Dampfkessel einer Locomotivmaschine so völlig mit einander vermischt seyn, daß unmöglich der Dampf positiv elektrisirt werden kann, ohne daß er seine Elektricität auch sogleich dem Wasser mittheile.

Ich nehme daher als eine durch die Theorie und das Experiment begründete Thatsache an, daß der Dampf im Kessel sich in neutralem Zustande befindet, und glaube mit demselben Rechte behaupten zu dürfen, daß derselbe auch, wenn er den Kessel verläßt, so lange keine positive Elekricität zeigt, als er seine Luftform behält.

Wir sehen aus dem Versuche, daß eine in dem Kessel statthabende Entwikelung negativer Elektricität die Entweichung des Dampfes begleitet; und da die negative Entwikelung im Kessel offenbar unabhängig ist von der darauf folgenden Condensation des Dampfes, so folgt daraus, daß, wenn die Ausströmung des Dunstes ohne Gestattung einer Condensation bewerkstelligt werden könnte, wir eine Entwikelung negativer Elektricität in dem Kessel erhalten würden, ohne daß zugleich eine Entwikelung positiver Elektricität stattfände; deßgleichen, daß, wenn der ausströmende Dampf später in Wasser verdichtet würde, wir ein Freiwerden positiver Elektricität ohne gleichzeitiges Freiwerden negativer Elektricität erhielten.

Diese Folgerungen sind mit der Theorie zweier elektrischer Fluida völlig unverträglich; stimmen aber desto besser mit der Hypothese eines einzigen Fluidums überein. Die Annahme ist vollkommen Vernunft- und der Analogie gemäß, daß die ungeheure Volumvergrößerung, |419| welche stattfindet, wenn sich Wasser zu Dampf von gewöhnlicher Dichtigkeit ausdehnt, eine sehr vermehrte Capacität für Elektricität zur Folge haben müsse; folglich auch, daß die Quantist Elektricität, welche hinreicht, um einen neutralen oder gesättigten Zustand im Wasser hervorzubringen, vollkommen unzulänglich seyn müsse, um diesen Zustand zu erhalten, wenn das Wasser sich in Dampf verwandelt. Nach dieser Voraussezung absorbirt der Dunst, wenn er sich im Kessel bildet, Elektricität aus den anliegenden Leitern, um in neutralen oder gesättigten Zustand zu gelangen, und wird er durch Verdichtung wieder zu Wasser, so muß natürlich die so absorbirte Elektricität wieder frei werden, und daher rührt die positive Elektricität, welche wir im Strahle finden.

Nach demselben Princip werden, wenn der Kessel isolirt wird, daß Wasser, der Kessel und der nicht verdichtete Dampf alle negativ, vorausgesezt, man läßt den Dampf entweichen, außerdem aber nicht; denn wenn der Dampf innerhalb des Kessels eingeschlossen bleibt, ist die Verdunstung von keiner Volumvergrößerung begleitet, und folglich kann keine Absorbtion von Elektricität stattfinden. In allen diesen Beziehungen stimmt die Theorie mit den Beobachtungen genau überein.

Es ist jedoch auch meine Pflicht zu sagen, daß die von mir hier gegebene Erklärung einige Bedingungen einschließt, welche nicht ganz mit den Versuchen übereinzustimmen scheinen. Erstens sollte die Verdichtung eines gegebenen Gewichts Niederdruk-Dampfes, wenn die Absorbtion der Elektricität von der Raumvergrößerung abhängt, mehr positive Elektricität frei machen, als die Verdichtung eines gleichen Gewichts Hochdruk-Dampfes; zweitens sollte die Expansion des Dampfes von einem Dichtigkeitsgrade zu einem andern nach demselben Grundsaze von einer Entwikelung negativer Elektricität begleitet seyn. Allein ungeachtet dessen, was von dem Hochdrukdampf behauptet worden, daß er nämlich mehr Elektricität enthalte, als der Dampf von schwacher Dichtigkeit, halte ich es doch für sehr möglich, daß in der That das Gegentheil hievon stattfinde; denn es ist ganz und gar nicht unwahrscheinlich, daß ein Niederdrukstrahl einen so großen Theil seiner Elektricität wieder zum Kessel zurükleitet, daß es dann scheinen möchte, als mache er weniger Elektricität frei als ein Hochdrukstrahl, während er doch wirklich viel mehr entwikeln könnte. Die Annahme ist ganz vernunftgemäß, daß das Leitungsvermögen des Dampfes durch Verdünnung vergrößert wird; überdieß ist es, wenn man eine richtige Vergleichung zwischen den von zwei Dampfstrahlen freigemachten Elektricitätsmengen anstellen will, unerläßlich, daß sie in gleichen Zeiten gleiche Gewichte Dampf ausströmen |420| lassen, und um diese Bedingung zu erfüllen, muß man ein viel größeres Volum Dampf ausströmen lassen, wenn derselbe von niederem Druk, als wenn er von großer Dichtigkeit ist, und thut man dieß, so wird hiedurch unvermeidlich die Menge des in Verbindung mit dem Dampfe aus dem Kessel geschleppten, nicht in Dampf verwandelten Wassers vermehrt, wodurch die Communication zwischen dem Strahle und dem Kessel noch vergrößert und zugleich eine beträchtliche Zerstreuung der Elektricität herbeigeführt wird.

Daß die Expansion negative Elektricität erzeugt, habe ich allerdings nie entdeken können; doch bezweifle ich sehr, daß in einem der obigen Versuche eine Expansion ohne so viel Wasserverdichtung stattfand, daß leztere den Erfolg wieder aufzuheben hinreichte; vielleicht war auch die Isolirung nie vollkommen genug, um zu verhüten, daß eine schwache negative Elektricität fortgeleitet oder von der im Strahl entwikelten positiven Elektricität überwältigt wurde.

Hr. Nicholson hat mich bei den beschriebenen Versuchen eifrig unterstüzt, und wir beabsichtigen noch andere zur Aufklärung der diesen Gegenstand noch verwikelnden Schwierigkeiten anzustellen.

Newcastle-upon-Tyne, 19. Dec. 1840.

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