Titel: Die Beziehungen der Wärme zu Wasser und Dampf nach der Theorie von Williams.
Autor: Kohn, Ferd.
Fundstelle: 1861, Band 160, Nr. XLVII. (S. 161–171)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj160/ar160047

XLVII. Die Beziehungen der Wärme zu Wasser und Dampf, nach C. W. Williams; bearbeitet von Ferd. Kohn, Techniker in London.38)

Es ist eine auffallende Thatsache, daß ein Gegenstand von so hohem Interesse wie die Beziehungen der Wärme zu Wasser und Dampf – trotz der besonderen Aufmerksamkeit, welche selbst die höchsten wissenschaftlichen Autoritäten demselben widmeten und der vielen Werke die darüber geschrieben worden sind – noch immer nicht ganz aufgeklärt ist.

Die folgende Darstellung aus einem bekannten Werke über die Dampfmaschine39) gibt ein möglichst genaues Bild der gegenwärtig fast allgemein angenommenen Theorie, deren Unrichtigkeit zu beweisen Gegenstand des Werkes von Williams ist.

„Zuerst – wenn Wärme einer Wassermasse zugeführt wird – erfolgt eine rasche Circulation in der Flüssigkeit. Das Wasser am Boden, welches zuerst erwärmt und ausgedehnt wird, wird leichter als das übrige, steigt in die Höhe und wird durch den Strom des herabsinkenden kälteren Wassers ersetzt, welches seinerseits wieder eine neue Wärmemenge aufnimmt. Nach und nach werden kleine, an dem Boden gebildete und von einer dünnen Wasserschichte umgebene Bläschen von Dampf sichtbar, die dem Glase adhäriren. Mit der Zunahme der Temperatur |162| vergrößern sich dieselben, nach kurzer Zeit vereinigen sich mehrere und bilden eine größere Blase, lösen sich von dem Glase ab und steigen in der Flüssigkeit in die Höhe. Allein sie erreichen niemals die Oberfläche; sie begegnen den noch immer verhältnißmäßig kalten Wasserströmen, welche nach abwärts sinken, um von dem Boden neuen Wärmezufluß zu erhalten, schrumpfen zu ihrem ursprünglichen Volum zusammen und verlieren sich in der übrigen Wassermasse. Nach kurzer Zeit ist die ganze Wassermasse gleichmäßig erwärmt; die Blasen, die nun größer und häufiger erscheinen, werden mit Geräusch condensirt, und zuletzt, wenn die ganze Masse die Temperatur von 212° Fahr. (100° C.) erreicht, steigen die Bläschen vom Boden ohne sich zu condensiren durch das Wasser auf, vergrößern sich und vereinigen sich während des Aufsteigens mit anderen, zerplatzen an der Luft und steigen als voluminöse Dampfmasse auf, welche dieselbe Temperatur besitzt, als das Wasser aus dem sie gebildet wurden – sie verdrängen die Luft und gewinnen Raum für sich selbst.“

In dieser Darstellung ist vor Allem die Erwärmung und Ausdehnung der Flüssigkeit als solche von vorneherein angenommen – ohne Beweise, ja selbst ohne Untersuchung. Die gegenwärtig allgemein angenommene Theorie über diesen Gegenstand behauptet, daß das Wasser, während es Form und Charakter einer tropfbaren Flüssigkeitbehält, Wärme absorbire, und sich im Verhältniß zu der aufgenommenen Wärmemenge ausdehne, bis es die Temperatur von 212° Fahr. erreicht. Um diese Behauptung mit der allgemein anerkannten und durch Versuche bestätigten Thatsache in Einklang zu bringen, daß tropfbare Flüssigkeiten die Eigenschaft der Wärmeleitungsfähigkeit nur in sehr geringem Grade – vielleicht selbst gar nicht – besitzen40), nehmen fast alle Physiker ihre Zuflucht zu der Hypothese, daß die Aufnahme der Wärme in einer Flüssigkeit und ihre gleichförmige Verbreitung im Innern derselben durch eine Circulation der wärmeren und kälteren Partien erfolge, durch welche jedes einzelne kleinste Theilchen mit der Wärmequelle in unmittelbare Berührung kommt. Wir wollen es nun versuchen zu beweisen, daß eine solche Circulation nicht bloß unfähig ist den wirklich stattfindenden Erscheinungen als genügende Erklärung zu dienen, sondern daß dieselbe in der That gar nicht stattfindet.

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Der folgende Versuch dürfte in dieser Beziehung als vollkommen genügend angesehen werden: 5 Pfd. Wasser, die eine Zeit lang in einem offenen Gefäße gestanden waren, hatten auf dessen Boden leichte braune Ablagerungen angesammelt, welche durch die leiseste Bewegung aufgestört werden konnten. Da diese Ablagerungen den ganzen Boden des Gefäßes bedeckten, so war es unmöglich, daß irgend eine neue Wassermenge hätte das Glas berühren und von demselben Wärme empfangen können, ohne die sedimentäre Masse aufzustören und zu bewegen. Der ganze Boden des Gefäßes41) wurde der Einwirkung der Wärme ausgesetzt und nach 1 Minute zeigte das Thermometer eine Wärmezunahme von 56 bis 57° Fahr. und fuhr eine Zeit lang fort, um ungefähr 1° Fahr. in der Minute zu steigen. Später wurde die Temperaturzunahme beschleunigt, aber immer fand dieselbe in der gesammten Masse mit bewunderungswürdiger Gleichmäßigkeit statt. Die Annahme, daß in der Zeit von 1 Minute jedes kleinste Theilchen der ganzen Wassermasse mit dem Boden in unmittelbare Berührung kommen sollte, enthält eine physische Unmöglichkeit, und ihre Unzulässigkeit wurde deutlich genug dadurch bestätigt, daß die leichten Körperchen am Boden des Gefäßes keine Spur von jenen circulirenden Bewegungen wahrnehmen ließen.

Die gleichförmige Verbreitung der Wärme durch die gesammte Masse einer Flüssigkeit, welche bisher allgemein für eine Folge solcher Circulation gehalten wurde, muß also eine andere Ursache haben, die bisher übersehen worden ist.

Die wesentlichsten Punkte, welche in den bisherigen Untersuchungen stets übersehen wurden, sind: 1) die Bildung von Dampf, welche sogleich stattfindet und in demselben Maaße fortschreitet, als der Flüssigkeit Wärme zugeführt wird; 2) das Vorhandenseyn des Dampfes im Innern Wassermasse und die Diffusion desselben in der Flüssigkeit nach dem Dalton'schen Gesetze.

In Bezug auf die Bildung von Dampf gibt es keinen besseren Beweis, als das Erscheinen desselben über der Oberfläche des Wassers. Daß, und wie schnell dieß stattfindet, zeigt folgender einfache Versuch:

In einen Glascylinder, welcher 6 bis 8 Pfd. Wasser aufnehmen kann, wird etwas Wasser von der Temperatur der umgebenden Luft gegossen und zwar nur soviel, als genügt den Boden des Gefäßes zu bedecken. |164| Auf den Rand des Cylinders wird ein Glasschälchen gesetzt, in welchem sich ein wenig kaltes Wasser befindet. Dieser Cylinder wird nun auf ein Stück Flanell gestellt, das vorher erwärmt worden ist, und fast augenblicklich steigt dann der Dampf, welcher durch die von dem Flanell erhaltene Wärme gebildet wurde, aus dem Wasser auf, erfüllt den Cylinder und erscheint condensirt an der inneren Fläche des kalten Schälchens, das den Cylinder bedeckt. Man ersieht hieraus, wie gering die Wärme ist, welche hinreicht, um Flüssigkeitsatome in Dampf zu verwandeln.

Die Existenz des Dampfes im Wasser und die Diffusion desselben im Innern der Wassermasse ist eine unmittelbare Folge der Bildung von Dampf. Aus den von Dalton und anderen Naturforschern erwiesenen Eigenschaften gasförmiger Körper folgt: 1) daß Dämpfe nach keinem wissenschaftlichen Grundsaße in eine andere Kategorie als die permanenten Gase gestellt werden können; 2) daß zwei oder mehrere Gase, die in einem begrenzten oder unbegrenzten Raume zusammengebracht werden, sich zuletzt so anordnen, als ob jedes für sich den ganzen Raum einnehmen würde und die anderen nicht vorhanden wären; 3) daß Gase ihre Elasticität, oder die Abstoßungskraft unter ihren eigenen Partikeln, ganz ebenso im Innern des Wassers behalten, als außer demselben, und das dazwischen befindliche Wasser keinen anderen Einfluß in dieser Beziehung haben kann, als ein bloßes Vacuum. – Da nun Wasserdampf ein gasförmiger Körper ist, so muß auch seine Spannung im Innern des Wassers dieselbe seyn als außer demselben. Es ist sehr bemerkenswerth, daß Dalton überall anerkennt, das Wasser spiele die Rolle eines Vacuums gegen Gase und Dämpfe, die in dasselbe gebracht werden, mit der einzigen Ausnahme des Wasserdampfes selbst. Dieß dürfte nur seiner bereitwilligen Annahme der Ansichten seines großen Zeitgenossen Watt zuzuschreiben seyn, welcher für erwiesen hielt, daß Wasser und Dampf nicht coexistiren können, und daß das erstere augenblicklich den Dampf condensirt und in Wasser verwandelt, wenn die beiden Körper mit einander in Berührung gebracht werden.

Es kann jedoch durch zahlreiche Beweise dargethan werden, daß durch das Mischen von Dampf und Wasser die wesentlichen Eigenschaften der beiden Körper (Divergenz in dem einen und Anziehung in dem anderen) nicht zerstört werden; der deutlichste und augenscheinlichste Beweis dafür ist das Wiederaufsteigen des Dampfes aus dem Wasser mit allen seinen Eigenschaften als gasförmiger Körper, wenn eine Quantität von Dampf in ein mit Wasser gefülltes Gefäß geleitet und das dadurch gebildete sogenannte heiße Wasser ausgegossen wird.

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Der folgende Versuch liefert einen anderen Beweis für die Existenz des Dampfes im Wasser: 4 Pfd. Wasser wurden in einer verstopften Flasche zur Temperatur von 200° Fahr. (93° C.) erwärmt, und dann mit einer dicken Lage erwärmten Flanells umgewickelt, um die Wärmestrahlung zu verhindern. Das Ganze blieb eine Stunde lang ruhig stehen, und dann wurde das Wasser in eine flache Schale ausgegossen. Sogleich wurde das Aufsteigen einer bedeutenden Dampfmenge wahrnehmbar, und nachdem das Wasser die Temperatur der Luft wieder angenommen hatte, zeigte sich ein Gewichtsverlust von 10 Loth, welche das Gewicht des entwichenen Dampfes darstellten.

Es fragt sich nun: „wo und in welchem Zustande waren diese 10 Loth Dampf während der Stunde, wo das Ganze ungestört stehen gelassen wurde?“ Daß dieselben als Dampf selbstständig im Wasser vorhanden warm, scheint unbestreitbar, wenn man nicht zu der absurden Hypothese seine Zuflucht nehmen will, daß dieser Dampf erst durch die Berührung mit der kalten Atmosphäre gebildet wurde, oder daß solch ein Abkühlungsproceß im Stande wäre, durch irgend eine übernatürliche Vermittelung, nicht bloß das vergrößerte Volum, sondern auch die Eigenschaften gegenseitiger Abstoßung, des Druckes, der Kraft und der erhöhten Temperatur zu verleihen.

Es ist demnach erwiesen, daß Dampf als solcher sich im Wasser befindet, und deßhalb muß das Dalton'sche Gesetz: Gase, die vom Wasser absorbirt sind, behalten ihre Elasticität oder die Abstoßungskraft unter ihren eigenen Partikeln ganz ebenso wie außerhalb des Wassers und das zwischen diesen befindliche Wasser hat keinen anderen Einfluß in dieser Beziehung als ein bloßes Vacuum- für jede solche Mischung von Dampf und Wasser richtig seyn – und es hieße nur die Frage wiederaufstellen, ob Wasserdampf eine ausdehnbare Flüssigkeit sey oder nicht, wenn man die Anwendbarkeit dieses Gesetzes hier bezweifeln wollte.

Wir wollen es nun versuchen zu zeigen, wie sich die Erscheinungen in diesem Gebiete der Naturwissenschaft auf Grundlage des Dalton'schen Gesetzes erklären lassen.

Wenn kaltes Wasser in einem Glascylinder über dem Brenner einer Argandlampe erwärmt wird, so sieht man bald zahlreiche kleine Bläschen dem Boden und den Wänden des Glases adhäriren. Diese wurden von vielen Naturforschen irrthümlicher Weise für neugebildeten Dampf ausgegeben, sind aber nichts anderes als Bläschen von Luft, welche im Wasser absorbirt ist. Daß diese Bläschchen wirklich gar nichts mit Dampf gemein |166| haben, beweist die Thatsache, daß Wasser, welches durch früheres Sieden von der absorbirten Luft befreit worden und dann erkaltet ist, bei nachherigem Erwärmen keine solchen Bläschen zeigt.

Jeder neue Wärmezufluß, den eine Flüssigkeit erhält, verwandelt – wie bereits erwiesen wurde – eine entsprechende Menge derselben in Dampf. Da der Uebergang von dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand die unmittelbare Folge der Vereinigung des Wassers mit einer weiteren Wärmemenge ist, so ist es gleichgültig, von welcher Seite oder Richtung die Wärme erlangt wird, von oben – wie durch die Sonnenstrahlen oder die Lufttemperatur – oder von unten, wie bei künstlicher Erwärmung. Wenn die Erwärmung von oben erfolgt, so ist die oberste Schichte der Flüssigkeitsatome, welche die Warme empfängt, in unmittelbarer Berührung mit der Luft, die darauf ruht. Jedes dieser Atome wird dann Wärme absorbiren und dadurch in Dampf verwandelt werden. Diese neugebildeten Dampfatome, welche nur dem Drucke der Atmosphäre ausgesetzt sind, nehmen ein ihrem neuen Zustande entsprechendes vergrößertes Volum an, welches das 1728fache des Flüssigkeitsvolums beträgt; sie steigen in der Luft in die Höhe und die nächstfolgenden Flüssigkeitsatome werden nun der Reihe nach in Dampf verwandelt, bis zuletzt die ganze Flüssigkeitsmasse sich verflüchtigt hat.

Anders verhält es sich, wenn Wärme dem Boden eines Gefäßes, welches Wasser enthält, zugeführt wird. In diesem Falle sind es die Atome der untersten Flüssigkeitsschichte, welche zuerst Wärme empfangen und sich in Dampf verwandeln. Diese sind aber nicht in Berührung mit dem leichten Medium der Luft, unter einem Drucke von 15 Pfund (engl.) auf den Quadratzoll, sondern in einem Medium, das eine 830mal größere Dichte besitzt als die Luft. Die nothwendige Folge ist, daß ein Atom von Dampf, das an dem Boden der Wassermasse gebildet wurde, außer dem Drucke der Atmosphäre auch noch dem Einflüsse des flüssigen Mediums unterliegt. Die Vergrößerung des Volums muß daher für die Dampfatome, welche sich im Wasser befinden, eine verhältnißmäßig geringe seyn, und das Entweichen des Dampfes aus dem Wasser kann erst dann stattfinden, wenn die Diffusion desselben in dem von der Flüssigkeit erfüllten Raume erfolgt ist. Die Diffusion des Dampfes und die Schnelligkeit, womit dieselbe erfolgt, erklären auf die einfachste Weise die gleichförmige Verbreitung der Wärme im Innern einer nichtleitenden Flüssigkeitsmasse, nur muß man in den Dampfatomen die Träger der Wärme erkennen, und dieselbe nicht in den Atomen der tropfbaren Flüssigkeit suchen, welche in der That als Nichtleiter für die Wärme ganz indifferent sind, und so lange sie in ihrem tropfbaren Zustande |167| verharren, weder die Träger noch die Absorbenten von freier Wärme seyn können.

Daß wirklich der Dampf der alleinige Träger der freien Wärme sey, und die tropfbare Flüssigkeit keine solche besitze, zeigt die Gleichheit der Temperatur, welche in geschlossenen Gefäßen, in denen Wasser erwärmt wird, unter und über der Oberfläche des Wassers herrscht. Wenn es nämlich erwiesen ist, daß sich sowohl über dem Wasser, als in demselben Dämpfe befinden, deren Spannungen mit einander im Gleichgewichtestehen, oder was dasselbe ist, daß sich relativ gleiche Quantitäten von Dampf in den beiden Räumen befinden,“ wenn zugleich zugegeben werden muß, daß die Wärme in dem Raume über dem Wasser nur in den Atomen des Dampfes zu suchen seyn könne: so muß auch folgerichtig der gleichen Quantität von Dampf im Inneren der Flüssigkeit eine gleiche Einwirkung auf das Thermometer zugeschrieben werden, und der Umstand, daß das Thermometer im Wasser nicht mehr Wärme anzeigt, als dem darin befindlichen Dampfe zukommt, beweist daß die tropfbar flüssigen Atome keine freie Wärme besitzen können.

Wasser ist demnach, so lange es sich im flüssigen Zustande befindet, bei jeder Temperatur nichts anderes, als ein mechanisches Gemisch von tropfbar flüssigen Atomen und Dampfatomen; die ersteren sind unfähig ihre Temperatur zu verändern, so lange sie in ihrem tropfbaren Zustande verbleiben, haben daher keinen Einfluß auf die thermometrischen Veränderungen des Ganzen, sondern behalten immer die Temperatur des schmelzenden Eises, bis sie durch Aufnahme einer weiteren, bestimmten Wärmemenge in Dampfatome verwandelt werden. Diese letzteren sind es daher, mit deren Verhältnissen die Wärme-Erscheinungen der flüssigen Masse im Zusammenhange stehen; sie besitzen freie Wärme, und zwar enthält jedes Atom – unabhängig von der Temperatur des Ganzen – stets die gleiche Menge davon, während die verschiedenen Grade der Temperatur bloß von der Quantität des Dampfes abhängen, welche sich in einem gegebenen Raume befindet. Die Einwirkung der ganzen Masse auf das Thermometer ist nämlich nichts anderes, als das Resultat oder die Summe der entsprechenden Wirkungen aller einzelnen Atome, und wenn man die freie Wärme jedes einzelnen Atomes als Einheit annimmt, so erscheint die Temperatur als die Summe der in einem gegebenen Raume vorhandenen Wärmeeinheiten.

Die Zunahme der Dampfmenge im Inneren des Wassers bei der Erwärmung erklärt zugleich die Ausdehnung der Flüssigkeit durch die Wärme. Die Dampfatome haben ein größeres Volum, als die tropfbar |168| flüssigen Atome, aus denen sie entstanden sind, und das Gemisch von Dampf und Wasser – die sogenannte erwärmte Flüssigkeit – muß daher ein um so größeres Volum einnehmen, je mehr Dampf in derselben enthalten, oder mit anderen Worten, je höher die Temperatur derselben ist.

Die Quantität eines Gases, welche das Wasser unter einem bestimmten Drucke zu absorbiren vermag, ist begrenzt; ebenso ist es auch die Dampfmenge, welche das Wasser unter einem gegebenen Drucke enthalten kann, und die Grenze, bei welcher das Wasser unter dem Drucke einer Atmosphäre mit Dampf gesättigt ist, d.h. keine weitere Dampfmenge absorbiren kann, ist nichts anderes als der Siedepunkt.

Der Ausdruck, eine Wassermasse ist mit Dampf gesättigt, ist in demselben Sinne aufzufassen, wie dieß in Bezug auf Luft oder andere permanente Gase allgemein geschieht, nämlich als die Bezeichnung jenes Zustandes, in welchem die Expansivkraft der ausdehnbaren Flüssigkeit unter den gegebenen Verhältnissen mit dem Drucke des Mediums, in welchem sich dieselbe befindet, genau im Gleichgewichte steht.

Wenn einer Wassermasse, die bei ihrem Siedepunkte angelangt, also mit Dampf gesättigt ist, weitere Wärmemengen zugeführt werden, so wird eine neue, diesen Wärmemengen entsprechende Dampfmenge gebildet; diese aber kann nicht mehr in der Flüssigkeit zurückbleiben, sofern sie nicht durch einen äußeren mechanischen Druck darin erhalten wird, sondern muß ebensoschnell aus derselben entweichen als sie gebildet wurde. So einfach erklärt sich eine Erscheinung, über welche sich die größten Naturforscher in Erstaunen und Verwunderung zu ergehen pflegten, nämlich die Unmöglichkeit, eine Flüssigkeit in einem offenen Gefäße über ihren Siedepunkt zu erwärmen.

Ueber diesen Gegenstand sagt z.B. de Pambour: „Es ist bekannt, daß, wenn Wasser unter atmosphärischem Drucke verdampft wird, vergebens neue Wärmemengen von dem Herde hinzugefügt werden – weder die Temperatur des Wassers noch die des Dampfes kann über 100° C. oder 212° Fahr. erhöht werden. Alle Wärme, welche unaufhörlich der Flüssigkeit zugeführt wird, muß nothwendigerweise in den Dampf übergehen, aber in demselben in einem Zustande bestehen, welcher latent genannt wird, weil die Wärme, obschon sie wirklich von dem Feuer abgegeben wurde, dennoch ohne einen Einfluß auf das Thermometer bleibt.“ In diesem Ausspruch de Pambour's finden wir einige der bedeutendsten Irrthümer in der bisherigen Theorie. Was zunächst die Wärme betrifft, so wird dieselbe keineswegs vergebens hinzugefügt, sondern jede hinzugefügte Wärmemenge bewirkt die Bildung einer neuen Dampfmenge und äußert ebenso gut ihren dynamischen Effect, als die erste oder irgend |169| eine folgende. Wären die hinzugefügten Wärmemengen in dem Gefäße zurückgehalten worden, so würden sie nothwendiger Weise eine entsprechende Wirkung auf das Thermometer gehabt haben; dieß ist aber nicht der Fall, sondern der neugebildete Dampf, welcher die hinzugekommene Wärme empfängt und mit sich wegführt, kommt mit dem Thermometer gar nicht in Berührung und kann deßhalb auch keinen Einfluß auf dasselbe haben. Man könnte ebenso wohl sagen, daß vergebens frische Quantitäten von Wasser fortwährend in ein Gefäß gegossen werden, welches bereits gefüllt ist, und dann erstaunen, daß keine Gewichtszunahme stattgefunden habe – die einfache Wahrheit ist, daß das Wasser bei der sogenannten Temperatur des Siedepunktes in dem wahren Sinne des Dalton'schen Gesetzes absolut mit Dampf erfüllt ist, daher durch Hinzufügung weiterer Wärmemengen zwar gewiß mehr Dampf gebildet werden wird, aber es kann nicht mehr Dampf in dem im Gefäße befindlichen Wasser Platz finden, wenn derselbe nicht durch mechanischen Druck darin zurückgehalten wird, wie etwa in Papin's Digestor. Es ist deßhalb auch ein Irrthum, die Wärme, welche in den neugebildeten Dampf übergeht latent zu nennen; denn jedes Dampfatom – gleichviel bei welcher Temperatur es entstanden ist – enthält sein Aequivalent freier Wärme, welche in der That sogleich auf das Thermometer wirkt, wenn man das Entweichen derselben aus dem Dampfe durch äußeren Druck verhindert.

Es ist nun noch ein Hauptgegenstand zu besprechen, nämlich die Condensation des Dampfes. Condensation ist – die Verwandlung des Dampfes in tropfbares Wasser durch die Berührung mit einem Körper, der dem Dampfe seine Wärme entzieht. Ein Beispiel solcher Condensation liefert das sogenannte Schlangenrohr eines Destillirapparates, in welchem die Dämpfe ihre Wärme an das kalt gehaltene Metall des Rohres abgeben und so in den flüssigen Zustand übergeführt werden. Anders aber ist es, wenn eine kalte Wassermasse mit dem Dampfe in Berührung gebracht wird. Die tropfbare Flüssigkeit ist kein Wärmeleiter und kein Absorbent der Wärme. Durch das Vermischen von Dampf und Wasser werden – wie schon früher erwiesen wurde – die wesentlichen Eigenschaften dieser beiden Körper durchaus nicht aufgehoben, und das Verschwinden des Dampfes in diesem Falle hat eine andere Ursache als die Condensation. Diese ist die Absorption des Dampfes in der Wassermasse und die damit verbundene Verringerung des Dampfvolums. Der Dampf, den man in „heißes Wasser“ verwandelt glaubte, ist also bloß im Wasser vertheilt – ganz so wie es etwa Kohlensäure oder ein anderes Gas seyn würde – mit allen seinen Eigenschaften als ausdehnbarer flüssiger Körper.

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Untersuchen wir daher den Proceß im Condensator einer Dampfmaschine etwas näher, so finden wir als die wahren Ursachen des in demselben erzeugten relativen Vacuums:

1) die Verringerung der Dampfspannung, in Folge der zwischen dem Raume des Condensators und dem des Cylinders hergestellten Verbindung;

2) die abkühlende Wirkung der metallenen Wände des Condensators, welche sich ähnlich verhalten wie die Metallmasse des Kühlrohrs von einem Destillirapparat, und die wirkliche Condensation einer entsprechenden Dampfmenge veranlassen;

3) die Absorption oder Diffusion des Dampfes in dem eingespritzten Wasser und die dadurch erfolgende Verringerung seines Volums. Wieviel diese Volumverminderung beträgt, ergibt sich aus der allerdings nicht ganz genauen Annahme, daß der Wasserdampf unter dem Drucke einer Atmosphäre das 1700fache Volum einer gleichen Gewichtsmenge tropfbaren Wassers einnimmt, während der Dampf unter gleichem Drucke, wenn er im Wasser absorbirt ist, nicht mehr als etwa das doppelte Volum des Wassers besitzt.

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Die hier ausgesprochenen Ansichten über die Beziehungen der Wärme zu Wasser und Dampf, bieten eine Erklärungsweise für eine ganze Gruppe von Erscheinungen, welche mehr als die bisher angenommenen Theorien mit der Natur der Sache im Einklange zu stehen scheint, und verdienen insofern die Beachtung der Physiker; als ein Beispiel ihres unmittelbaren praktischen Nutzens jedoch, wollen wir am Schlusse dieser Abhandlung zeigen, welche Erklärungen dieselben für die Erscheinungen der Kesselexplosionen liefern, über die im Allgemeinen noch immer große Unklarheit und folglich Meinungsverschiedenheit geherrscht hat.

Die Ursache der meisten Kesselexplosionen wurde mit Recht dem zu niedrigen Wasserstande im Kessel und dem in Folge dessen eintretenden Glühendwerden der Kesselwände zugeschrieben. Die Aufmerksamkeit der Heizer und Maschinenwärter wurde deßhalb so ausschließlich auf die Vermeidung dieses Uebelstandes gerichtet, daß diese unwillkürlich in den entgegengesetzten Fehler verfallen, und, gleichsam um Sicherheit noch sicherer zu machen, die Speisepumpen oft fortarbeiten lassen, bis die Wasserstandsgläser ganz gefüllt sind und sie selbst nicht mehr wissen wie hoch das Wasser im Kessel steht. Man sieht keine Gefahr in einem solchen Vorgange, und doch konnte man andererseits keine Erklärung dafür finden, |171| daß in unzähligen Fällen Kesselexplosionen stattfanden, während die betreffenden Kessel beinahe ganz mit Wasser gefüllt und ihre Wände also gewiß nicht glühend waren. Diese Explosionen finden gewöhnlich in dem Zeitpunkte statt, wo die Ventile geöffnet werden, um die Dampfmaschine in Gang zu setzen, oder wenn das Sicherheitsventil sich hebt. Das Vorhandenseyn des Dampfes im Wasser erklärt auf die einfachste Weise, wie solche Explosionen möglich werden und auf welche Weise sie zu verhüten sind. Wenn man nämlich bedenkt, daß in einem geschlossenen Dampfkessel die ganze darin enthaltene Nassermasse mit Dampf von bedeutender Spannung erfüllt ist, welcher in dem dichten Medium des Wassers ein verhältnißmäßig geringes Volum besitzt, und nun annimmt, daß auf irgend eine Art (wie durch das Oeffnen des Sicherheitsventiles oder das Ingangsetzen der Maschine) der auf dem Wasser lastende Druck plötzlich bedeutend verringert wird, so kann man sich leicht einen Begriff davon machen, mit welcher Schnelligkeit der Dampf aus dem Wasser in den darüber befindlichen Raum stürzen wird. Außerhalb des Wassers aber nimmt jedes Dampfatom ein etwa 830mal größeres Volum ein, als es in dem Wasser besaß, und dieß erklärt eine momentane Vermehrung der Dampfspannung, welche um so größer und wirksamer seyn muß, je größer das Volum des Wassers und je kleiner der Dampfraum über demselben ist.

Es folgt daraus, daß die Gefahr einer Kesselexplosion bedeutend zunimmt, wenn man die Wassermenge in dem Kessel vermehrt, und daß jeder Kubikfuß Wasser, welcher in demselben außer der zur Dampfbildung erforderlichen Menge enthalten ist, zu einer Ursache vergrößerter Gefahr wird, sobald ein plötzlicher Uebertritt des in demselben enthaltenen Dampfes in den verringerten Dampfraum des Kessels erfolgt.

Das Werk, worin der Ingenieur Williams, Director der Dubliner Dampfschifffahrts-Compagnie und durch seinen rauchverzehrenden Dampfkesselofen bekannt, seine neue, auf Versuche gestützte Theorie der Dampfbildung entwickelte, erschien unter dem Titel: „On Heat, in its relations to Water and Steam: embracing new view of Vaporisation, Condensation, and Expansion. By Chas Wye Williams, A. I. C. E. – London; Longman 1860.“ Die erste Auflage dieses Werkes, aus welchem die bedeutendsten englischen technischen Zeitschriften in den letzten Monaten ausführliche Auszüge brachten, war rasch vergriffen; von der zweiten, mit Zusäßen versehenen Auflage, welche sich gegenwärtig unter der Presse befindet, bearbeitet der Verfasser dieses Auszuges, im Einvernehmen mit Williams, eine deutsche Uebersetzung.

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The Steam Engine by John Scott Russel. (Derselbe ist der Erbauer des „Great Eastern.“)

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Flüssigkeiten, sagt Professor Daniell, leiten die Wärme mit solcher Schwierigkeit, daß es von manchen Physikern bezweifelt worden ist, ob dieselben ein solches Vermögen überhaupt besitzen, und Gmelin bemerkt: „die Fortpflanzung der Wärme von den oberen Schichten einer Flüssigkeit zu den unteren findet so langsam statt, daß Rumford die Existenz des Wärmeleitungs-Vermögens in Körpern dieser Gattung gänzlich läugnet.“

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Der Fehler der früher bei ähnlichen Versuchen gewöhnlich begangen wurde, bestand darin, daß man bloß den mittleren Theil des Bodens der Einwirkung der Flamme auszusetzen pflegte, wodurch ganz andere Verhältnisse und Erscheinungen herbeigeführt wurden, für deren nähere Besprechung hier nicht Raum ist.

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