Titel: Roux und Sarran, über die Verbrennungswärme der explosiven Substanzen.
Autor: Roux,
Sarran,
Fundstelle: 1873, Band 209, Nr. LIII. (S. 303–307)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj209/ar209053

LIII. Ueber die Verbrennungswärme der explosiven Substanzen; von Roux und Sarran.

Aus den Comptes rendus. t. LXXVII p. 138; Juli 1873.

1) Die Untersuchungen von Berthelot über die Kraft des Pulvers und anderer explosiver Substanzen101) haben dargethan, wie wichtig in dieser Hinsicht die Messung der durch die Verbrennung jener Substanzen entwickelten Wärmequantitäten ist. Das einzige Versuchsresultat dieser Art, welches unseres Wissens bis heute veröffentlicht wurde, ist das welches die HHrn. Bunsen und Schischkoff bezüglich eines unserem Jagdpulver ähnlichen Pulvers mitgetheilt haben. Wir haben daher geglaubt, daß es nicht ohne Interesse sey, für diesen Zweck einen einfachen, nicht kostspieligen Apparat zu construiren, welcher sicher und rasch genug arbeitet, um die Proben welchen die verschiedenen im Kriege oder in der Industrie gebräuchlichen explosiven Stoffe im Centraldepot der Staatsfabriken unterworfen werden, praktisch zu ergänzen.

2) Die Verbrennung geschieht in cylindrischen gußeisernen Bomben von 6 Millimeter Wandstärke, und einen: inneren Rauminhalt von 270 bis 280 Kubikcentimetern. Diese Bomben sind durch einen geränderten |304| bronzenen Schraubenstöpsel geschlossen. Durch diesen Stöpsel geht ein isolirter Draht, mittelst dessen ein im Inneren angeordneter dünner Draht durch den galvanischen Strom in's Glühen gebracht, und auf diese Weise die Entzündung der Substanz bewerkstelligt wird. Die Bombe ist in ein kupfernes Gefäß von 0,140 Met. Durchmesser und 0,160 Met. Höhe eingetaucht, welches 1,830 Kilogrm. Wasser enthält. Die Temperatur des Bades kann mittelst eines in 1/10 Grade getheilten Thermometers bis auf 1/100 Grad genau bestimmt werden. Um die entwickelte Wärme zu erfahren, genügt es, das Bad auf die Temperatur der Umgebung zu bringen, das Pulver zu entzünden und unter Umrühren des Wassers die Temperaturveränderung des Bades zu beobachten. Bezeichnet man diese Veränderung mit ∆ und mit P das Totalgewicht des Calorimeters (Gefäß, Bombe nebst Bronzestöpsel, und Wasser), so ist die entwickelte Wärme P ∆.

3) Folgendes sind die Elemente der Berechnung für einen Fall, bei welchem 8 Gramme feines Jagdpulver von Angoulême als Bombenfüllung dienten:

kupfernes Gefäß 0,8806 Kil. × 0,0951 Kil. = 0,0838
Bronzestöpsel 0,3180 „ × 0,0939 = 0,0299
gußeiserne Bombe 1,176 „ × 0,130 = 0,1529
Wasser = 1,8300
––––––––
Totalgewicht P = 2,0966

beobachteter Temperaturüberschuß ∆ = 3°,07

die durch 8 Gramme entwickelte Wärme P ∆ = 6,4366

die durch 1 Kilogrm. entwickelte Wärme = 804,4 Calorien.

Es sind zwei Fehlerquellen vorhanden, deren Einfluß wenigstens annäherungsweise zu bestimmen, nicht ohne Nutzen ist. Die erste, welche in der Wärmeausstrahlung des Calorimeters liegt, läßt sich auf folgende Weise corrigiren. Es sey τ die Zeit, nach welcher die Temperatur des Bades um ∆ zunimmt. Nimmt man an, daß während dieser Zeit die Temperatur gleichförmig und nach Maaßgabe des mittleren Ueberschusses ∆/2 abnimmt, so wird die totale Abnahme (h τ ∆)/2 seyn, wenn h die Abkühlungsgeschwindigkeit für einen Ueberschuß von 1° bezeichnet. Der Wärmeverluft ist demnach (h τ P ∆)/2, woraus sich ein relativer Fehler

ε₁ = (h τ)/2 ergibt.

In unseren Versuchen haben wir h = 0°,00672 und τ =1,5 Min. gefunden. Hieraus folgt ε₁ = 0,00504, wofür wir 1/200 setzen wollen. |305| Diese Correction ist eine sehr unbedeutende; man kann sie daher in der Praxis vernachlässigen, oder besser, den Fehler dadurch annähernd ausgleichen, daß man die Anfangstemperatur des Bades um eine Größe ungefähr gleich der Hälfte der Aenderung ∆ unter diejenige der Umgebung erniedrigt.

5) Die zweite Fehlerquelle resultirt aus dem im Allgemeinen sehr schwachen Unterschied zwischen der inneren und äußeren Temperatur der Bombe, wenn nach der Entzündung die Temperatur des Bades ihr Maximum erreicht.

Dieser Unterschied ist von der Art, daß die daraus resultirende Bewegung der Wärme durch die Wand der Bombe während einer sehr kurzen Zeit, vom Momente des Maximums an, die durch Strahlung des Calorimeters verlorene Wärme ausgleicht. Die hierauf bezügliche Rechnung ließe sich leicht ausführen, wenn der Coefficient des Leitungsvermögens der Bombenwand genau und unter den Bedingungen des Versuches bekannt wäre. Bezeichnet man inzwischen diesen Coefficienten mit k, mit e und s die Dicke und mittlere Oberfläche der Bombenwand und mit δ den gesuchten Temperaturunterschied, so hätte man

(skδ)/e = Ph

Die Quantität der verlorenen Wärme ist diejenige, welche nöthig ist, um die Verbrennungsproducte auf dem Temperaturüberschuß δ, und die Masse der Bombe auf dem mittleren Ueberschuß δ/2 zu erhalten. Bezeichnet man daher mit p das Gewicht der Verbrennungsproducte, vermehrt um das halbe Gewicht der Bombe, so ist der Wärmeverlust

ph = (eph . P∆)/sk

woraus sich der relative Fehler

ε₂ = (eph)/sk

ergibt. Der Werth des Coefficienten k ist wegen des dominirenden Einflusses des Oberflächenzustandes bei den Erscheinungen des Leitungsvermögens sehr unsicher. Nimmt man, um einen Begriff von der Bedeutung des begangenen Fehlers zu erhalten, den Werth k = 0,477, welchen man für das Eisen erhält, indem man die von Despretz ermittelten relativen Leitungsfähigkeiten der Metallstäbe mit dem von Péclet für den Coefficienten des Leitungsvermögens des Bleies gefundenen absoluten Werth combinirt, und setzt die direct bestimmten Werthe

|306|

p = 0,093 Kil.; e = 0,006 Met.; s = 0,0319 Met.,

so würde man finden

ε₂ = 0,00025.

Die Correction ist somit von der Art, daß sie gänzlich vernachlässigt werden darf. Nur in dem Falle, wo man, um den Widerstand der Versuchsbombe zu erhöhen, es für passend hielte, ihr Gewicht und ihre Dicke zu vermehren, würde sie Berücksichtigung verdienen. Sie könnte auch merkbar werden, wenn die Verbrennung in einer Hülle vor sich ginge, die aus einem schlechten Wärmeleiter besteht, z.B. aus Glas, dessen Coefficient des Leitungsvermögens 1/36 von dem des Eisens ist.

6) Hiernach hat man bezüglich der verschiedenen in Frankreich fabricirten Pulvergattungen die in folgender Tabelle zusammengestellten Resultate ermittelt:

1.

Pulvergattung
2.

Mengungsverhältniß
3.
Entwickelte
Calorien
per 1 Kilogrm.
Pulver
4.
Gewicht der
Gase
per
1 Kilogrm.
Salpeter Schwefel Kohle
Feines Jagdpulver 78 10 12 807,3 0,337
Geschützpulver 75 12,5 12,5 752,9 0,412
Gewehrpulver (B genannt) 74 10,5 15,5 730,8 0,414
Pulver für den auswärtigen Handel 72 13 15 694,2 0,446
Gewöhnliches Sprengpulver 62 20 18 570,2 0,499

Aus der letzten Columne ersieht man das Verhältniß der durch die Verbrennung jeder Pulvergattung gelieferten permanenten Gase. Man verschafft sich dieses Element, indem man die Bombe mit ihrer Füllung vor der Entzündung wiegt. Am Schluß der Probe trocknet man sie sorgfältig, schraubt den Stöpsel vorsichtig los, läßt die Gase entweichen, und wiegt die Bombe von Neuem. Die Differenz gibt das Gewicht der Gase an. Jedes der in die Columnen 3 und 4 eingetragenen Resultate ist das Mittel aus drei sehr übereinstimmenden Bestimmungen. Für jede Reihe ist die mittlere Abweichung bezüglich der Wärmemengen weniger als 1/200. Die Gewichte der Gase sind weniger genau; ihr Näherungswerth ist nur ungefähr 1/50.

7) Berthelot adoptirt als relatives Maaß des durch ein Pulver voll gegebenem Gewichte in einem unveränderlichen Raume ausgeübten Druckes das Product aus dem Gasvolumen dieses Pulvers (aufund 0,760 Met. Druck reducirt) und der entwickelten |307| Wärmemenge. Wären die specifischen Gewichte der Gase verschiedener Pulvergattungen wenig von einander verschieden, so könnte man ihre Gewichte dem Volumen substituiren, und die relative Kraft der Pulvergattungen mit Hülfe eines auf experimentellem Wege weit leichter zu bestimmenden Elementes messen; wir hoffen diesen Punkt durch directe Messung der Volume aufzuklären.

Wie dem auch sey, so ist es immerhin merkwürdig, daß das Product aus den correspondirenden Zahlen der Columnen 3 und 4 für die fünf Pulversorten nahezu das gleiche ist. Man könnte hieraus den Schluß ziehen, daß ihre Explosivkraft ungefähr die gleiche sey, und dieses Resultat wird durch Versuche bestätigt, welche uns in den Stand setzen zu constatiren, daß die Sprengladungen unserer Bomben in allen Fällen zwischen 15 und 17 Grammen betragen. Dagegen ist das durch die freiwerdende Wärmemenge gemessene Arbeitsmaximum, welches das Pulver durch die Expansivkraft seiner Gase entwickeln kann, je nach der Pulvergattung sehr veränderlich.

8) Wir bemerken schließlich, daß sämmtliche vorstehende Bestimmungen unter solchen Bedingungen gemacht wurden, daß die Verbrennungsproducte von 8 Grammen Pulver ein Volumen von 275 Kubikcentimetern einnehmen und folglich eine mittlere Dichtigkeit = 0,029 darbieten. Es ist nicht unmöglich, daß man, unter anderen Bedingungen arbeitend, zu merkbar verschiedenen Resultaten gelangt, weil die Temperatur der Pulvergase mit ihrer Dichtigkeit in dem Falle variiren kann, wo diese Umwandlung, in einem vom vollkommenen Gaszustande entfernten Zustande vor sich gehend, zu einer wahrnehmbaren Arbeit der inneren Kräfte Anlaß geben würde.

|303|

Polytechn. Journal, 1873, Bd. CCIII S. 304.

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