Titel: Blum, über die Wirkung der Luft in der calorischen Maschine.
Autor: Blum,
Fundstelle: 1861, Band 159, Nr. CVI. (S. 404–406)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj159/ar159106

CVI. Ueber die Wirkung der Luft in der calorischen Maschine; von Oberreallehrer Dr. Blum in Stuttgart.

Aus dem württembergischen Gewerbeblatt, 1861, Nr. 11.

Im Stuttgarter Gewerbeverein hat Hr. Dr. Blum am 28. Januar d. J. einen Vortrag über die Wirkung der Luft in der calorischen Maschine gehalten, welchen wir im Nachstehenden mittheilen.

„Betrachten wir die Wirkungsweise der Luft in der calorischen Maschine näher, so haben wir zunächst ins Auge zu fassen, daß sie einzig und allein auf der Ausdehnung derselben durch die Wärme beruht. Diese Ausdehnung beträgt aber für jeden Grad Cels. Temperaturerhöhung nur etwas mehr als 1/3 Proc. (genau 0,00366 oder 1/273), so daß ein bestimmtes Luftquantum von 0° auf 273° C. (eine Temperatur, die zwischen der Schmelztemperatur des Zinns und der des Bleies ungefähr in der Mitte liegt) erhitzt werden muß, bis dasselbe nur zum doppelten Volumen anschwillt, und auf 547° (also weit über die Schmelztemperatur des Zinks hinaus), bis das einfache Volumen zum dreifachen wird. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die sich ausdehnende Luft unter dem Druck einer Atmosphäre steht, d.h. daß ihr bei ihrer Ausdehnung kein anderer Widerstand, als der gewöhnliche Luftdruck entgegenwirkt. Da, wie bei allen Gasen, auch bei der Luft der Druck, den sie ausübt, – und um diesen handelt es sich bei unseren Maschinen – in dem Maaße größer wird, als der Raum, |405| in welchen sie eingeschlossen ist, sich vermindert, so übt Luft, welche auf 273° erwärmt wird, ohne daß ihr Raum zur Ausdehnung geboten wird, einen Druck von zwei Atmosphären und bei 547° unter der gleichen Voraussetzung einen Druck von 3 Atmosphären auf die Wände des Gefäßes aus, in welchen sie eingeschlossen ist. Wird also die Luft, die auf der einen Seite des Kolbens einer Kolbenmaschine abgeschlossen ist, plötzlich auf 273° erhitzt, während auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens die äußere Luft freien Zutritt hat, so kommt der Druck, womit die erwärmte Luft den Kolben im ersten Augenblick in Bewegung setzt, dem Druck einer Atmosphäre gleich; der Ueberdruck beträgt sonach in württemb. Maaß 18 Pfund auf den Quadratzoll. Bei 547° würde dieser Ueberdruck 36 Pfund auf den Quadratzoll betragen.

Vergleichen wir den Druck des Wasserdampfes, wenn er noch mit dem Kessel in Communication steht, mit dem der erwärmten Luft bei verschiedenen Temperaturen, so ergeben sich gewaltige Unterschiede. Während z.B. Dampf von 134° eine Spannung von 3 Atmosphären zeigt, hat Luft, die bis zu dieser Temperatur erhitzt ist, eine Spannung von nur 1 1/2 Atmosphären; ferner: Dampf von 180°, die äußerste Temperatur, die man in Dampfkesseln anzuwenden gewohnt ist, übt einen Druck von 10 Atmosphären aus, Luft dagegen von der gleichen Temperatur hat eine Spannung von nur 1 2/3 Atmosphären; Dampf endlich von 265° hat eine Spannkraft von 50 Atmosphären und übt auf den Quadratzoll einen Druck von 900 Pfund aus, während Luft, die bis zu dieser Temperatur erhitzt wurde (und es ist dieß nahezu die Temperatur der Luft in der calorischen Maschine), einen Druck von nicht ganz 2 Atmosphären, also von nicht ganz 36 Pfund auf den Quadratzoll ausübt.

Diese größere Spannkraft des Dampfes und die viel raschere Zunahme derselben bei steigender Temperatur gegenüber der Luft hat ihren Grund darin, daß aus dem Kessel immer neuer Dampf nachströmt, und daher der Dampf nicht bloß wärmer wird und sich auszudehnen strebt, sondern daß er zugleich auch dichter wird. Würde das Zuleitungsrohr des Dampfes abgeschlossen und der Dampf für sich in einem abgeschlossenen Raum weiter erhitzt, wie dieß in den Ueberhitzern geschieht, so würden seine Ausdehnung und Spannkraft nach demselben Gesetz mit der Temperatur zunehmen, wie die der Luft. Wie die Luft, so dehnen sich nämlich auch alle anderen Gase und die Dämpfe mit jedem Grade, um den ihre Temperatur erhöht wird, um 0,00366 oder 1/273 des Volumens aus, das sie bei 0° haben, und entsprechend wächst, wenn die Ausdehnung verhindert wird, ihre Spannkraft. Sind dagegen Dämpfe mit ihrer Flüssigkeit in Communication, also z.B. der Wasserdampf im Cylinder |406| mit dem Wasser im Kessel, so kommt zu dieser verhältnißmäßig geringen Vermehrung der Spannkraft durch die gesteigerte Temperatur noch eine andere viel bedeutendere, welche auf der mit der Temperatur sehr rasch wachsenden Verdampfungskraft, d.h. dem Bestreben der Wassertheilchen, sich von der Flüssigkeit zu trennen, beruht. Das Gesetz, nach welchem diese Verdampfungskraft wächst, kennt man nicht; wohl aber hat man ihre Größe für alle im praktischen Leben vorkommenden Temperaturgrade gemessen.

In den calorischen Maschinen wird die Luft gemeiniglich bis zu 250° erhitzt. Nehmen wir der Einfachheit halber die Temperatur der äußeren Luft zu 0° an, so steigt die Spannkraft der in der Maschine enthaltenen Luft von 1 Atmosphäre auf 1 + 0,00366 . 250 oder 1 9/10 Atmosphäre, und wir haben also einen Ueberdruck von 9/10 18 oder 16 1/5 Württemberg. Pfd. auf den württemb. Quadratzoll. Um bei einem so geringen Ueberdruck, den der Dampf in Maschinen ohne Kondensator schon bei 119° und in Maschinen mit Condensator schon bei der gewöhnlichen Siedtemperatur (100°) des Wassers erreicht, dennoch eine erkleckliche Kraft zum Maschinenbetrieb zu gewinnen, bleibt nichts Anderes übrig, als dem Cylinder sehr große Dimensionen zu geben. Geben wir z.B. dem Cylinder einen Querschnitt von 3 Quadratfuß, so ist im vorliegenden Fall der Ueberdruck der erhitzten Luft 300 . 16 1/5 oder 4860 württemb. Pfd. Beträgt außerdem der Hub des Arbeitskolbens beispielsweise 8'', so ist die Arbeit der Maschine bei jedem Kolbenhub 4860 . 0,8 oder 3888 Württemberg. Fußpfund; und wenn wir die Zahl der Kolbenhübe in der Minute zu 30, in der Sec. also zu 1/2 annehmen, so ist die Arbeit in jeder Secunde 3888. 1/2 oder 1944 Fußpfund. Eine Maschine von 1 Pferdekraft leistet angenommenermaßen in der Secunde eine Arbeit von 560 Württemberg. Fußpfund, und wir haben also unter den obigen Voraussetzungen eine Maschine von 1944//560 oder annähernd 3 1/2 Pferdekraft. Wegen der unvermeidlichen großen Dimensionen schon für Maschinen von wenigen Pferdekräften wird die Ausführung von calorischen Maschinen auf eine enge Gränze beschränkt;71) bis jetzt sind solche bis zu 4 und 5 Pferdekräften ausgeführt worden.“

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Die Bemerkungen des Verf. und die in der folgenden Abhandlung mitgetheilten Versuche beziehen sich auf die bisher in Gebrauch gekommene Ericsson'sche Maschine für kleinere Kraftleistungen. Die von Ericsson projectirte, mit comprimirter Luft arbeitende calorische Maschine (beschrieben S. 161 in diesem Bande des polytechn. Journals) wird aller Wahrscheinlichkeit nach für die größten Kraftwirkungen mit den besten Dampfmaschinen concurriren können.

A. d. Red.

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