Titel: Ueber ein für Wärmestrahlen undurchlässiges Glas.
Autor: Zsigmondy, Richard
Fundstelle: 1893, Band 287 (S. 68–71)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj287/ar287026

Ueber ein für Wärmestrahlen undurchlässiges Glas.

Von Richard Zsigmondy.

(Fortsetzung des Berichtes S. 17 d. Bd.)

Mit Abbildung.

Beispiele für die praktische Anwendung von Schirmglas.

Die folgenden Zeilen mögen dazu dienen, anzudeuten, für welche Zwecke der Industrie und des Haushaltes das für Wärmestrahlen wenig durchlässige Glas etwa Verwendung finden könnte. Ich möchte gleich eingangs erwähnen, dass es sich mir dabei in erster Linie um Erörterungen und Beispiele handelt, die Prüfung der Brauchbarkeit des Schirmglases für den einen oder den anderen Zweck, die Feststellung der besten Dimensionen und zweckmässigsten Anordnung aber den Gegenstand einer in sich abgeschlossenen umfangreichen Arbeit bilden würde, die in Angriff zu nehmen ich bis jetzt nicht Gelegenheit hatte. Nur in einzelnen Fällen konnte ich praktische Versuche im Kleinen ausführen und ich werde nicht ermangeln, dieselben passenden Orts anzuführen.

Ehe ich indess näher auf mein Thema eingehe, möchte ich vorerst einen naheliegenden Einwand entkräften, denn mancher Leser wird vielleicht an der bläulichen Färbung der Eisenoxydulgläser Anstoss nehmen und meinen, gefärbte Gläser könne man in der Zeit des farblosen Glases höchstens für Kirchenfenster u. dgl. verwenden. Aber, abgesehen davon; dass die Färbung keine unschöne und auch keine intensive ist, halte ich die Herstellung farbloser oder beinahe ungefärbter, stark absorbirender Eisenoxydulgläser gar nicht für unmöglich, nur würde ich an diese Frage erst dann herantreten, wenn ich mich einmal von der erfolgreichen Verwendung und beifälligen Aufnahme des Schirmglases überzeugt habe. Uebrigens werde ich auf die Färbung noch mehrmals zurückkommen.

Um den zu behandelnden Stoff übersichtlich zu gestalten, möchte ich mir erlauben, die aus Schirmglas zu fertigenden Gegenstände ihrer Verwendung nach in zwei Gruppen zu theilen. Die erste Gruppe umfasse Glaswaaren, die dazu dienen, eine beleuchtete Fläche vor Einwirkung der Wärmestrahlen zu bewahren, hier hat das Glas im wahren Sinne des Wortes als Schirm zu dienen; in die zweite Gruppe wären jene Glaswaaren einzureihen, die einen zu erleuchtenden Raum vor Erwärmung durch Sonnenstrahlen zu schützen haben.

In die erste Gruppe gehören also Lampenschirme, Ofenschirme, Schutzbrillen, Glasdachziegel; in die zweite Gruppe Glasfenster, Glasjalousien, Deckglas für Treibhäuser, Glasdachziegel u. dgl. mehr.

Ein principieller Unterschied dieser beiden Gruppen besteht darin, dass bei Glaswaaren der ersten Gruppe die Wärme für den Raum, in welchem sie erzeugt wird, nicht verloren geht (ein gläserner Ofenschirm z.B. wird wohl eine bestrahlte Fläche vor zu grosser Erwärmung schützen können, die Zimmerluft wird aber genau ebenso warm werden, ob der Schirm dasteht oder nicht), während durch Glaswaaren der zweiten Gruppe vielmehr der Raum selbst, und damit auch die Luft des betreffenden Raumes gegen Erwärmung durch Strahlen, die von aussen her eindringen; bewahrt werden soll.

Um eine Vorstellung zu geben, in welcher Weise ein Glasschirm schützend gegen die dunklen Wärmestrahlen wirkt, sei es mir gestattet, eine graphische Darstellung dieser Verhältnisse, wie sie in Tyndall's trefflichem Werke „Die Wärme, betrachtet als eine Art der Bewegung“ enthalten ist, wiederzugeben.

Textabbildung Bd. 287, S. 68
Es sei F das Feuer, von dem die Strahlen in geradem Wege auf die Person P fallen würden. Ehe der Schirm zwischengestellt worden war, folgte jeder Strahl seinem Wege direct nach P. Der Schirm S fängt nun die dunklen Wärmestrahlen auf und wird seinerseits hierdurch erwärmt. Statt also die Strahlen in der ursprünglichen Richtung hindurchzulassen, strahlt er sie als ein warmer Körper nach allen Richtungen hin aus (wie die schwach punktirten Linien der Zeichnung andeuten) und gibt gleichzeitig einen Theil seiner Wärme durch Mittheilung an die ihn umgebende Luft ab. Daher kann er der Person P nicht alle von ihm aufgefangene Wärme wiedergeben. Ein Theil der Wärme wird allerdings auch jetzt noch der Person P zugestrahlt, aber der bei weitem grössere Theil ist von P abgelenkt und nach anderen Richtungen hin zerstreut.

1. Gruppe.

Gläserne Ofenschirme werden in den Wohnräumen der Engländer schon seit langer Zeit verwendet, um die von dem meist offenen Feuer ausgehenden dunklen Wärmestrahlen theilweise aufzunehmen und die Wärme der Zimmerluft mitzutheilen. Es wird dadurch erreicht, dass die Bewohner des Zimmers vor der bei heller Glut oft recht lästigen Bestrahlung geschützt werden, ohne jedoch zur Anwendung von Metallschirmen greifen zu müssen, welche der an den Anblick des Feuers gewöhnte Sohn Albions gewiss nur mit Widerwillen verwenden würde.

Auch ich glaube, dass für diesen Zweck Schirme aus gewöhnlichem Glase ganz gute Dienste leisten werden, für sehr empfindliche oder auch für augenleidende Personen wird indess die Verwendung des neuen Glases vielleicht dennoch von Vortheil sein.

Anders stehen die Verhältnisse bei den Oefen, welche unsere Industrie für Schmelz- und Sinterungszwecke verwendet. Mächtige Feuergarben durchstreichen hier oft wochenlang den Innenraum des Ofens und bringen Tiegel und Ofenwände auf die höchste Weissglut. Die Hitze, welche z.B. dem Glasofen mit Regenerativfeuerung entströmt, ist so intensiv, dass Leute, welche, ohne daran gewöhnt zu sein, einen Blick in die blendende Glut eines |69| solchen Ofens werfen wollen und demselben dabei zu nahe kommen, zurückweichen müssen. Ich selbst erinnere mich eines Falles, wo mir ein Schutz gegen die Wärmestrahlen eines Siemens-Ofens sehr angenehm gewesen wäre. Ein Versuchstiegel, etwas abseits auf die Ränder zweier Glashäfen gestellt, hatte sich zur Seite geneigt. Es galt, denselben zu beobachten, was mir, da ich mich nahe zur Arbeitsöffnung hinstellen musste, beinahe unmöglich wurde. Hier würde gewöhnliches Glas nicht viel nützen; dünneres wird durchstrahlt, ebenso dickeres Glas; letzteres würde ausserdem springen. Ein Stück Schirmglas aber könnte gute Dienste leisten. Um das Springen desselben hintanzuhalten, würde ich vorschlagen; mehrere dünne Glasscheiben aus Eisenoxydulglas zu einem Schirm zu vereinigen. Man könnte zwischen den einzelnen Platten Zwischenräume zur Luftcirculation lassen und dieselben mit einem durchlöcherten Rahmen umgeben, falls der Schirm ständig der Ofenhitze ausgesetzt werden soll; für vorübergehenden Gebrauch ist diese Vorsichtsmaassregel jedenfalls nicht nöthig.

Wäre indess dennoch ein Springen der ersten Platte zu befürchten, so könnte man als Basis für dieselbe ein neues, für Temperaturdifferenzen unempfindliches Glas von Dr. O. Schott in Jena1) verwenden.

Unter der Einwirkung der strahlenden Wärme haben entschieden die Augen am meisten zu leiden. Dr. G. Salviati berichtet im Journal of the Society of Arts (vgl. 1890 278 311), dass die Glasarbeiter von Murano in ihrem späteren Lebensalter meistens erblinden. Auch die Augen anderer Feuerarbeiter werden durch das fortwährende Schauen in die Glut stark mitgenommen und geschwächt. Fragt man diese Leute, warum sie keine Brillen nehmen, so erhält man die verschiedenartigsten Auskünfte. Die einen meinen, der Schweiss belästige die Augen mehr als die Hitze; anderen wieder rinnt der Schweiss über die Brille und sie sehen gerade im entscheidenden Momente nichts. Wieder andere behaupten, dass sie ausserhalb des Ofens (wo sie ihre Arbeit verrichten müssen) durch gefärbte oder durch Rauchgläser nichts sehen, helle Gläser aber nichts nützen; noch andere würden eine Brille schon benützen, aber das Glas ist ihnen gesprungen; endlich gibt es natürlich auch solche, die thatsächlich durch Gläser in die Glut sehen, doch wirken hier auch andere Momente hindernd ein: so schenkte ich dem Schürer einer Glasfabrik einst einen Zwicker aus Rauchglas, weil er über empfindliche Augen geklagt hat. Der Mann war mir sehr dankbar, nur bat er mich, dem Fabriksherrn nichts davon zu erzählen.

Fasst man alle diese verschiedenartigen Angaben zusammen, so kann man sich kaum der Ansicht erwehren, dass die Leute ihre Augen nicht schützen, weil sie eben nichts Praktisches, Zweckentsprechendes zur Verfügung haben.

Wollten wir nun wirklich zweckentsprechende Schutzbrillen herstellen, so müssten wir zunächst die Frage stellen: Welche Strahlen sind es, die das Auge am meisten schädigen? Ich glaube, die Antwort wird nicht schwer zu finden sein: es sind die Strahlen grösserer Wellenlänge; gerade diese werden von dem Eisenoxydulglas aufgenommen. Man kann sich auch leicht selbst von der angenehmen Wirkung eines nur schwach gefärbten Schirmglases überzeugen, wenn man in die Flamme sieht und jenes davor hält. Um das dem Auge unangenehme Gelb zu entfernen, könnte dem Glassatz ausserdem eine Spur Kobalt zugesetzt werden. Man hätte dann ein Glas, das genügend hell und durchsichtig, dem Arbeiter das Sehen im dunklen Hüttenraum nicht erschwert, gleichzeitig aber alle dem Auge lästigen Strahlen abhält oder schwächt.

Hat man einmal das richtige Material, dann kann die zweckmässige Anordnung nicht mehr schwierig sein. Auch hier könnte man mehrere Blättchen zu einer Brille vereinigen, oder zwei Gläser anwenden, das erste aus Schott'schem Glase. Selbstverständlich müsste bei der Construction der Brille auch darauf Bedacht genommen werden, dass der Schweiss nicht über die Gläser herablaufen könnte.

Ein Glas aber, das diesen Anforderungen entspricht, würde wohl manchem Arbeiter willkommen sein.

Lampenschirme.

Ein oft gerügter Uebelstand der Erdöl- und Gaslampen ist die grosse Hitze, welche dieselben abgeben. Allgemein klagt man darüber, dass Gaslampen die Zimmer zu sehr heizen, die Luft verderben. Frische und abgekühlte Luft hereinzubringen, ist Sache der guten Ventilation, diese Frage interessirt uns hier also weiter nicht. Mindestens ebenso unangenehm fühlbar macht sich aber der von den Lampen durch Strahlung ausgesandte Theil der Wärme und dieser kann durch Lüftung nicht entfernt werden.

Man kann deshalb annehmen, dass ein Schutz gegen die strahlende Wärme der Lampen sehr erwünscht wäre, und wiederholt wurde mir von Bekannten der Wunsch geäussert, einen Schirm aus solchem für Wärmestrahlen undurchdringlichen Glase zu besitzen.

Ich hatte Gelegenheit, hier selbst praktische Versuche anzustellen. Es standen mir zu diesem Zweck mehrere Lampenkugeln, Cylinder für Argandbrenner und zwei Glasplatten zur Verfügung, die aus dem Glase A angefertigt worden waren. Leider musste beim Abschmelzen des Glases wohl irgend ein Irrthum unterlaufen sein, denn die Gläser hatten weder die Farbe, noch das Absorptionsvermögen meines Glases A.

Ich will dieses Glas zum Unterschiede vom Originalglase A mit A1 bezeichnen. Die Durchlässigkeit für strahlende Wärme ist dann in folgender Tabelle angeführt:

Argandbrenner:

Durchgelassene Wärme
in Procenten der
totalen Strahlung
A1 (4,5 mm dick) 15,0 Proc.
A1 (3,5 „ „ ) 22,0 „
A (8,5 „ „ ) 0,7 „
A (2,3 „ „ ) 13,6 „

Man sieht also, Glas A1 ist für Wärme viel durchlässiger als Glas A. Es dürfen daher die folgenden Daten nicht als endgültig feststehende betrachtet werden, da die Versuche eben mit unzureichenden Mitteln ausgeführt werden mussten.

Immerhin geben sie einen ganz werthvollen Aufschluss darüber, in welcher Weise Schirmglas verwendet werden muss, wenn man einen Vortheil davon erwarten will, und darum führe ich die betreffenden Resultate hier an.

|70|

Ich lasse zunächst einige Experimente folgen, welche ohne Benutzung eines Messinstrumentes angestellt wurden.

Hält man die Hand oder das Gesicht in die Nähe einer hellbrennenden Erdöl- oder Gaslampe, deren Schirm vorher entfernt worden ist, so wird man sich bald von der kräftigen Wärmestrahlung dieser Lampen überzeugen können. Wird nun zwischen die Lampe und den erwärmten Körpertheil schnell eine Platte aus Schirmglas gebracht, so hat man augenblicklich das Gefühl der Kälte, das so stark werden kann (namentlich wenn die Platte an einem kalten Ort lag), dass man eine Weile die Empfindung hat, als ob ein kalter Luftstrom über Gesicht oder Hand streiche. Dasselbe empfindet man auch, wenn man statt der Platte A1 eine solche aus Spiegelglas nimmt, nur in viel geringerem Maasse und schon nach ganz kurzer Zeit (wenn nämlich die Contrastwirkung vorüber ist) fühlt man die Strahlen, welche durch das Glas dringen.

Die Empfindung, ein kalter Luftstrom streiche über die Hand, wird nicht etwa durch einen Luftzug hervorgerufen, denn man kann die Platte so einschalten, dass überhaupt keine merkliche Bewegung der Luft eintritt; auch hält das Gefühl der Kälte bei Einschaltung der Platte A1 längere Zeit an, bis dieselbe sich erwärmt hat.

Die Ursache der erwähnten Empfindung ist vielmehr eine Folge der Strahlung der erwärmten Hand gegen das kalte Glas, eine Erklärung, die schon seit langem für einen analogen Fall in Anwendung gebracht wird. Hängt man nämlich an kalten Tagen Wolldecken vor das Fenster, so verhindern diese die Strahlung des Körpers gegen das kalte Fenster; entfernt man sie aber, so entsteht das Gefühl, als streiche die kalte Luft durch das Fenster und doch handelt es sich hier nicht um einen Luftzug, sondern um Strahlung.

Befestigt man nun die beiden Platten in einem Stativ in gleichem Abstande vom Lampencylinder, so werden sie warm. Nach etwa 20 Minuten ist der Höhepunkt der Erwärmung eingetreten, ihre Temperatur steigt jetzt nicht weiter. Man wird dann beobachten, dass die Platte aus Schirmglas heisser geworden ist, als die Platte aus gewöhnlichem Glase. Sie wird selbst auch etwas mehr ausstrahlen, als das andere Glas; dennoch wird man sich durch das Gefühl überzeugen, dass die Gesammtstrahlung von Lampe und Platte bei Schirmglas geringer ist, als bei gewöhnlichem Glase.

Versuche mit der Thermosäule.

Die nun folgenden Versuche wurden angestellt, um ein Bild darüber zu gewinnen, ob die Anwendung eines Lampencylinders aus Schirmglas gewisse Vortheile gewähren würde, ferner um eine Vorstellung über die Strablungsverhältnisse des Argandbrenners zu bekommen. Ich hatte mich dabei der bereitwilligen und liebenswürdigen Unterstützung meines Freundes Dr. Michael Radokovic zu erfreuen.

Die Anordnung bei diesen Versuchen war folgende: Ein Holzschirm mit einer 4 qc grossen, durch eine kleine Fallthür momentan verschliessbaren Oeffnung war 36,5 cm von der Mitte eines gewöhnlichen Argandbrenners aufgestellt. In einer Entfernung von 25 cm hinter dem Holzschirm befand sich die Thermosäule, so aufgestellt, dass die Strahlen der Flamme direct auf die Löthstellen der Metallstäbchen fallen konnten. Ausserdem war die Säule mit einem Metalltrichter, der die Strahlen des oberen Cylindertheiles gegen die Löthstellen hin reflectirte, versehen und mit einem Thomson'schen Spiegelgalvanometer verbunden.

Die Oeffnung des Holzschirmes blieb für gewöhnlich verschlossen und der Verschluss wurde nur dann rasch aufgezogen, wenn man eine Beobachtung machen wollte. Der erste Ausschlag des Galvanometers ist dann der im Moment des Oeffnens von dem Brenner der Säule zugesandten Wärmemenge und damit der von diesem durch Strahlung ausgesandten Wärme proportional.2)

Man kann also in einer Secunde eine Beobachtung machen, zu der man mit dem Thermometer 10 bis 20 Minuten brauchen würde, und erhält, wie wir gleich sehen werden, über die Strahlung Aufschlüsse, die man auf anderem Wege gar nicht erhalten könnte.

Zunächst wurde beobachtet, in welcher Zeit der Cylinder heiss wird, und wie die Strahlung der Lampe sich dabei ändert.

Zu diesem Zweck wurde die Lampe vorerst mit einem Cylinder aus gewöhnlichem weissen Glase versehen und die erste Beobachtung ungefähr eine Secunde nach dem Entzünden der Flamme angestellt, solange der Cylinder noch vollkommen kalt war, wovon man sich durch Berühren desselben mit der Hand überzeugen konnte.

Die folgende Tabelle enthält die Daten dieser ersten Beobachtungsreihe:

Strahlung des Argandbrenners mit gewöhnlichem Cylinder.

Nr. der
Beobach-
tung
Ausschlag
in Scalen-
theilen

Zeit

Bemerkungen
1 22,3 6 Uhr 07 Min. Cylinder kalt.
2
3
4
5
29,0
41,2
41,9
43,0
– „ – „
6 „ 10 „
6 „ 11 „
6 „ 12 „

Cylinder erwärmt sich.

6

42,7

6 „ 13 „
Strahlung nimmt nicht mehr
zu. Der Cylinder wird nicht
heisser.
7 20,7 6 „ 20 „ Eine Secunde nach dem Ver-
löschen der Flamme.
8
9
10
11
12
20,3
9,0
4,6
3,2
2,0
6 „ 20 „
6 „ 21 „
6 „ 22 „
6 „ 23 „
6 „ 24 „


Cylinder erkaltet.
13 1,6 6 „ 25 „ Der Cylinder ist noch nicht
ganz kalt.

Durch die etwa 6 cm hohe Flamme wird also der Cylinder in ungefähr fünf Minuten zum Maximum der Temperatur erwärmt und zwar steigt seine Temperatur anfangs sehr rasch, später langsam; ebenso kühlt er sich nach dem Verlöschen der Flamme anfangs schnell, später langsam ab.

Interessant ist der Vergleich der Beobachtungen 1, 6 und 7. Aus ihnen ergibt sich nämlich, dass auf die Flamme selbst etwa die Hälfte der Gesammtstrahlung des Argandbrenners fällt. Der liest wird vom Cylinder ausgestrahlt.

Im Gegensatz zu diesen ersten sollen die beiden folgenden Versuche dazu dienen, die Strahlung des Argandbrenners mit gewöhnlichem Cylinder zu vergleichen mit |71| der Strahlung des Brenners bei Benutzung eines Cylinders aus Schirmglas. Zu diesem Behufe wurde der Hahn der Gasleitung in bestimmter Stellung fixirt und dadurch die Höhe der Flamme bestimmt, während der der Lampe nach Bedarf auf- und zugedreht werden konnte. Die Versuche wurden zur Mittagszeit rasch hinter einander angestellt.

Brenner mit Schirmglas A1:
Ausschlag in Scalen-
theilen
Flamme eben angezündet 9,8
Cylinder heiss; Ausschlag constant geworden 27,1
Cylinder heiss; Flamme eben ausgelöscht 19,0
Brenner mit gewöhnlichem Cylinder:
Flamme eben angezündet ?
Cylinder heiss; Ausschlag constant geworden 26,7
Cylinder heiss; Flamme eben ausgelöscht 13,5

Man ersieht aus der Tabelle zunächst, dass es nicht von Vortheil wäre, einen Cylinder aus Schirmglas anzuwenden, denn wenn auch die Strahlung der Flamme herabgesetzt wird (sie ist bei dem leider unvollkommenen Probestück immer noch ganz beträchtlich), so wird dieser Vortheil doch durch die erhöhte Cylinderstrahlung mehr als ausgeglichen. Die Gesammtstrahlung ist vielmehr angenähert die gleiche, ob man das eine oder das andere Glas nimmt, da die etwas geringere Gesammtstrahlung beim zweiten Versuch vielleicht auf eine kleine Schwankung in der Flammenintensität zurückzuführen ist.

Bemerkenswerth ist die höhere Strahlung des Glases A1 (19 Scalentheile gegen 13), welche wahrscheinlich auf folgenden zwei Ursachen beruht: Erstens dürfte nämlich das Glas in Folge seiner stärkeren Absorption heisser werden als gewöhnliches Glas und zweitens strahlt es dann als gut absorbirend auch besser aus.

Die Thatsache, dass ein grosser Theil der Lampenstrahlung vom Cylinder herrührt, ist für die Praxis nicht unwichtig, indem sie andeutet, dass ein richtig construirter Schirm den Cylinder möglichst vollständig verdecken muss.

So liess die 4,5 mm dicke Platte A1 bei Anwendung eines Cylinders aus demselben Glase 11 Proc. der Gesammtstrahlung durch, wenn der Cylinder vollständig, 38,6 Proc. aber, wenn nur die Flamme verdeckt wurde. Die Strahlung der Tafel selbst, in 3 cm Entfernung vom Cylinder so aufgestellt, dass sie denselben ganz verdeckt, beträgt, wenn sie sich erwärmt hat, etwa 10 Proc. der Gesammtstrahlung ohne Schirm.

Wenn nun, wie aus den vorhergehenden Versuchen ersichtlich ist, die Verwendung von Eisenoxydulglas für Lampencylinder nicht von Vortheil wäre, so wird dieses Glas, in anderer Form zur Anwendung gebracht, doch gute Dienste leisten können, wie aus den folgenden Ausführungen hervorgehen wird.

(Schluss folgt.)

|69|

Dieses neue Glas leistet in Bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschwankungen Bewunderungswürdiges. Ich sah Herrn Schott einen Kolben, in dem siedendes Glycerin sich befand, mit kaltem Wasser bespritzen; jeder andere Kolben würde wohl gesprungen sein, der dickwandige Probekolben blieb intact.

|70|

Man wird es vielleicht als Fehler bezeichnen, dass die Anordnung nicht so getroffen wurde, dass die Strahlen des ganzen Cylinders direct auf die Löthstellen der Thermosäule fielen. Eine derartige Aufstellung hätte aber andere Uebelstände im Gefolge gehabt, auch handelt es sich hier nur darum, dein Techniker ein ungefähres Bild zu geben, wie ein Argandbrenner unter Umständen strahlen kann und wie Schirme aus Glas wirken. Ein anderer Cylinder, eine andere Flammenhöhe hätten schon andere Werthe ergeben.

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