Titel: Thomson, über eine merkwürdige Eigenschaft des Dampfs und ihre Beziehung zur Theorie der Dampfmaschine.
Autor: Thomson, William
Fundstelle: 1850, Band 118, Nr. LXXXIII. (S. 401–404)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj118/ar118083

LXXXIII. Ueber eine merkwürdige Eigenschaft des Dampfes und ihre Beziehung zur Theorie der Dampfmaschine; von Hrn. William Thomson.

Aus dem Philosophical Magazine, Novbr. 1850, S. 386.

Ein Brief an Hrn. Joule.

In Hrn. Rankine's Aufsatz über die mechanische Wirkung der Wärme (Transactions of the Royal Society of Edinburgh, Vol. XX. part. I.) wird das folgende merkwürdige Resultat ausgesprochen: „Wenn man gesättigten Wasserdampf sich ausdehnen läßt und zugleich in der Temperatur der Sättigung erhält, so ist die Wärme, welche bei der Ausdehnung verschwindet, größer als die, welche beim Sinken der Temperatur frei wird, und der Wärmeverlust muß von außen ersetzt werden, sonst würde ein Theil des Dampfs liqueficirt werden, um die zur Ausdehnung des Restes erforderliche Wärme zu liefern. Dieser Schluß glaube ich kann nur durch Ihre Entdeckung, daß bei Reibung bewegter Flüssigkeiten Wärme entwickelt wird, mit den bekannten Thatsachen vereinbart werden. Denn bekanntlich kann man die Hand ohne Gefahr in einen aus der Sicherheitsklappe eines Hochdruckkessels hervorkommenden Dampfstrom stecken, und ebenso bekannt ist, daß das Watt'sche Gesetz die Abnahme der latenten Wärme des gesättigten Dampfs mit steigender Temperatur nicht strenge ausdrückt, vielmehr hat Regnault gezeigt, daß die Gesammtwärme des gesättigten Dampfs langsam und annähernd gleichförmig mit der Temperatur abnimmt. Diese beiden Thatsachen sind mit einander verträglich und verknüpft; denn nach der letzteren muß der Dampf, der zum Hochdruckkessel austritt, dicht bei und außerhalb der Mündung, wo natürlich sein Druck schwerlich den der Atmosphäre übertreffen kann, auf einer Temperatur merklich über 80° R. befindlich und folglich übersättigt |402| seyn, und wohl bekannt ist, daß die Hand nicht leidet, wenn man sie einem heißen Strom von trockenem Gase aussetzt, selbst wenn dessen Temperatur bedeutend 80° R. übersteigt. Allein nach Hrn. Rankine's Satz würde der Dampf, den man von der Sättigung ab sich ausdehnen läßt, wenn ihm keine Wärme zugeführt wird, gesättigt bleiben, bis auf eine kleine Portion, die flüssig wird. Entweder ist Hrn. Rankine's Folgerung im Widerspruch mit den Thatsachen, oder der Dampf muß beim Austritt aus dem Kessel etwas Wärme aufnehmen. Die vorgebliche Erklärung einer entsprechenden Erscheinung beim Ueberströmen von Luft aus einem Gefäß in ein anderes, nach Gay-Lussac's Versuch, worauf Sie hinweisen, ist hier sicher nicht anwendbar, weil der Dampf, statt Wärme von außen aufzunehmen, beim Durchgang durch den Hahn oder die Röhre mittelst Strahlung und Leitung ein wenig verlieren muß. Es ist kein anderer Weg, auf welchem der Dampf Wärme erlangen kann, als durch Reibung beim Ausströmen durch die Mündung. Mithin glaube ich sagen zu dürfen, daß Ihre Entdeckung allein Hrn. Rankine's Entdeckung mit den Thatsachen vereinbaren kann.

In Verbindung mit diesem Gegenstand ist zu bemerken, daß wenn Ihr fundamentaler Sah von der Umwandelbarkeit der Wärme in mechanischen Effect, den auch Hr. Rankine annimmt, richtig ist, eine Wassermenge, die vom Frostpunkt aus auf eine höhere Temperatur gebracht, und bei dieser Temperatur in gesättigten Dampf verwandelt wird, den man nun durch eine kleine Oeffnung der Ausdehnung überläßt, so daß er all sein „Werk“ in Reibung verwendet, dieser Dampf im ausgedehnten Zustand die „Gesammtwärme“ besitzen muß, welche ihm gegeben worden war; läßt man ihn dagegen so ausdehnen, daß er einen Stempel gegen eine widerstehende Kraft fortschiebt, so wird er im ausgedehnten Zustand um den entsprechenden Betrag des entwickelten mechanischen Effects weniger als die gesammte Wärme enthalten. Ist der oben erwähnte Satz des Hrn. Rankine richtig, so muß dieser Betrag größer seyn als der von Regnault gemessene Betrag der Abweichung vom Watt'schen Gesetz; und er muß folglich ein sehr bedeutender Antheil der gesammten Wärme seyn, statt daß, glaube ich, alle Experimentatoren, ausgenommen Sie, ihn bisher für unwahrnehmbar gehalten haben.

In dem Paragraph, der auf den eben erwähnten folgt, bemerkt Hr. Rankine „es gibt bis jetzt noch keinen experimentellen Beweis von dem vorstehenden Satz. Freilich hat man bei nicht-condensirenden Dampfmaschinen gefunden, daß der entweichende Dampf sich immer auf |403| der dem Druck entsprechenden Sättigungstemperatur befindet und eine Portion Wasser im flüssigen Zustand mit sich führt, allein es ist unmöglich das durch Verdichtung des Dampfs entstandene Wasser von dem mechanisch aus dem Dampfkessel übergeführten zu unterscheiden.“ Die Umstände, unter welchen der Dampf durch die verschiedenen Theile einer nicht-condensirenden Maschine geht, sind sicher sehr complicirt. Selbst da, wo kein Wasser „mechanisch aus dem Kessel übergeführt wird“, können wir aus der Thatsache, daß der Dampf feucht und bei 80° R. aus der großen Dampfröhre hervortritt, nicht auf die Richtigkeit des Rankine'schen Satzes schließen, weil dieß aus dem äußern Wärmeverlust des Cylinders, der Röhren u.s.w. erklärt werden könnte, und ebenso können wir, wenn man den Dampf in irgend einem Falle trocken und bei einer Temperatur über 80° R. aus der Dampfröhre hervorströmen steht, nicht auf die Unrichtigkeit des Rankine'schen Satzes folgern, es sey denn, man wüßte, das Expansionsprincip wäre bei dem Spiel der Maschine bis zum Aeußersten getrieben. Sicher ist jedoch, daß wenn Hrn. Rankine's Satz richtig ist, der Dampf, nachdem er durch eine Hochdruckmaschine gegangen, in welcher das Expansionsprincip bis aufs Aeußerste getrieben ist, aus der großen Dampfröhre mit der Temperatur 80° R. und feucht (und also die Hand verbrühend) austreten wird, es mag in den verschiedenen Theilen der Maschine ein Wärmeverlust nach außen stattfinden oder nicht; und betrachtet man Regnault's Abänderung des Watt'schen Gesetzes als festgestellt, so ist gewiß, daß der Dampf, welcher aus einem Hochdruckkessel unmittelbar in offene Luft ausströmt, wärmer als 80° R. und trocken ist.

Die Demonstration, welche Hr. Rankine gibt, beruht zum Theil auf gewissen Hypothesen in Betreff der specifischen Wärmen der Gase und Dämpfe. Allein außer diesem Satz folgert er aus derselben Untersuchung noch einen andern, welcher durch Regnault's Modification des Watt'schen Gesetzes experimentell bestätigt wird; und, wie leicht zu ersehen, läßt sich folglich, wenn wir uns begnügen Regnault's Resultat als ein experimentelles Factum zu betrachten, und wir Ihr mechanisches Aequivalent für eine Wärmeeinheit annehmen (oder Rankine's Werth, welcher etwa 7/8 des Ihrigen ist), Hrn. Rankine's merkwürdiges Theorem beweisen ohne andere Hypothese als die der Umwandelbarkeit von Wärme in mechanischen Effect.

In einem Aussah in Poggendorff's Annalen (April und Mai 1850) zieht Hr. Clausius einen ähnlichen Schluß wie den eben angeführten des Hrn. Rankine (dessen Aufsatz am 4. Februar in der k. |404| Gesellschaft zu Edinburgh gelesen ward). Ich war noch nicht im Stande, mich vollständig mit dem Aufsatz bekannt zu machen; allein aus den zu Anfange auseinandergesetzten Principien und Methoden, welche von denen Carnot's nur in der Annahme Ihres Axioms statt des Carnot'schen abweichen, zweifle ich nicht, daß der Beweis des in Rede stehenden Satzes wesentlich derselbe ist als der von Hrn. Rankine, modificirt in der Weise wie ich es angedeutet habe.

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