Titel: | Bericht über die Versuche, welche aus Auftrag des Finanzdepartements der Vereinigten Staaten von einer Commission des Franklin-Institute in Pennsylvania über die Explosionen der Dampfkessel angestellt wurden. |
Fundstelle: | Band 62, Jahrgang 1836, Nr. I., S. 2 |
Download: | XML |
I.
Bericht uͤber die Versuche, welche aus
Auftrag des Finanzdepartements der Vereinigten Staaten von einer Commission des
Franklin-Institute in Pennsylvania
uͤber die Explosionen der Dampfkessel angestellt wurden.
Aus dem Journal of the Franklin Institute im
Mechanics'
Magazine, No. 666 u. f.
Mit Abbildungen auf Tab.
II.Diese Tafel wird mit dem naͤchsten Heft ausgegeben. A. d. R.
(Fortsezung von Bd. LXI. Heft 6, S.
426.)
Ueber die Ursachen der Explosionen der Dampfkessel.
VI. Wiederholung der Versuche Klaproths
in Bezug auf die Umwandlung des Wassers in Dampf durch stark erhiztes
Metall.
Nachdem es allgemein bekannt ist, daß durch die Erhoͤhung der Temperatur einer
Metalloberflaͤche die Verduͤnstung einer auf ihr befindlichen
Fluͤssigkeit vermindert werden kann, machten wir es uns zur Aufgabe die
Erscheinungen zu pruͤfen, welche unter verschiedenen Umstaͤnden mit
der Verdampfung des Wassers durch Eisen und Kupfer verbunden sind; und zwar:
1) zu bestimmen, bei welcher Temperatur eine gegebene kleine Quantitaͤt Wasser
in der kuͤrzesten Zeit durch Kupfer, dessen Oberflaͤche sich
verschieden verhaͤlt, in Dampf verwandelt werden kann;
2) zu bestimmen, wie sich dieß unter aͤhnlichen Umstaͤnden mit dem
Eisen verhaͤlt;
3) endlich diese Folgerungen auf jene Wirkung auszudehnen, welche Statt findet, wenn
man verschiedene Quantitaͤten Wasser in kupferne oder eiserne Gefaͤße
von verschiedener Dike, verschiedenartiger Oberflaͤche und verschiedener auf
verschiedene Weise hervorgebrachter Temperatur bringt.
Wir verschafften uns von beiden Metallen eine Anzahl Schaͤlchen von
moͤglich gleicher Form und verschiedener Dike. Diese Schaͤlchen waren
Kugelsegmente von beinahe 3 Zoll Halbmesser; drei bestanden aus Kupfer und
fuͤnf aus Eisen: von lezteren waren vier aus Schmiedeisen und eines aus
Gußeisen erzeugt. Um die Schaͤlchen zu erhizen verschafften wir uns zwei
cylinderfoͤrmige Gefaͤße, von denen das eine Oehl und das andere Zinn
enthielt; ersteres hatte beinahe 9 Zoll im Durchmesser und 4 Zoll Hoͤhe;
lezteres dagegen hatte 6
1/2 Zoll Durchmesser und 4 Zoll Hoͤhe. Sie wurden beide mit Mitchell's Weingeistlampe, oder da, wo es sich um sehr
hohe Temperaturen handelte, in einem Holzkohlenofen erhizt. Die Schaͤlchen
waren mit Handhaben versehen, welche uͤber die Raͤnder der als Oehl-
oder Zinnbad dienenden Cylinder hinausragten, so daß die Schaͤlchen auf diese
Weise an Ort und Stelle gebracht und weggenommen werden konnten.
Die bei diesen Versuchen in Anwendung gebrachten Thermometer waren bei dem
Siedepunkte des Wassers und bei dem Schmelzpunkte des reinen Zinnes
sorgfaͤltig verglichen worden. Die Versuche, zu deren Eroͤrterung wir
zuerst schreiten wollen, beziehen sich auf die Verdampfung von Wassertropfen in
kupfernen Schaͤlchen, deren Oberflaͤche von vollkommener
Glaͤtte bis zu der durch Oxydation bedingten Rauhheit wechselte.
1) Das kupferne Schaͤlchen Nr. VII. von 7/100 Zoll Dike wurde etwas polirt,
und dann in das Zinnbad gebracht, waͤhrend dieses fluͤssig war; das
Zinn hielt das Schaͤlchen beim Erstarren an Ort und Stelle. Der Thermometer
ward in einen kleinen Cylinder aus duͤnnem Eisenbleche, der mit Queksilber
gefuͤllt war, und der sich so nahe als moͤglich an dem
Schaͤlchen befand, eingesenkt. Mir dem Fortschreiten der Versuche wurde die
Oberflaͤche des Kupfers immer matter, so daß nach Vollendung der beiden
ersten Reihen von Versuchen die dritte durch Zunahme der Verdampfung eine merkliche
Wirkung der Oxydation beurkundete. 120 Tropfen aus der angewendeten
Tropfroͤhre machten 1/8 Unze aus; ein Tropfen wog demnach 0,47 Gran.
Textabbildung Bd. 62, S. 3
Sowohl bei dieser, als bei den folgenden Tabellen sind unter der absteigenden
Reihe die bei abnehmender und unter der aufsteigenden die bei zunehmender
Temperatur erhaltenen Resultate begriffen. A. d. O.
Glatte Oberflaͤche;
Kupferschaͤlchen von 0,07 Zoll Dike; Absteigende Reihe; Aufsteigende
Reihe; Temperatur; Tropfen auf den Mittelpunkt; Bemerkungen; Auf einen polirten
Theil; Auf einen minder polirten Theil; Nicht zuruͤkgestoßen; Ein Tropfen
auf die Seite der Schale 12 Secunden; Vollkommene Abstoßung; Die Temperatur auf
360°; An einer rauhen Stelle 1 1/2 Secunden
Die Temperatur, bei welcher das Maximum der Verdampfung Statt fand, scheint unter
diesen Umstaͤnden zwischen 327 1/2 und 329 1/2° F. gewesen zu seyn.
Beide Reihen stimmten in ihren Angaben beinahe uͤberein. Die Abstoßung war
bei 350° vollkommen; der auf den Mittelpunkt des Schaͤlchens gefallene
Tropfen nahm die gewoͤhnliche rotirende Bewegung an und verschwand sehr
langsam.
2) Die Oberflaͤche desselben Schaͤlchens ward mit Trippel und Oehl
polirt, wo sich dann bei Anwendung desselben Bades folgende Resultate ergaben.
Textabbildung Bd. 62, S. 4
Polirte Kupferoberflaͤche;
Absteigende Reihe; Temperatur; Tropfen auf den Mittelpunkt; Bemerkungen;
Vollkommene Abstoßung; Offenbar verminderte Abstoßung; Unvollkommene
Abstoßung
Die Temperatur, bei der das Maximum der Verdampfung Statt fand, war hier offenbar
292° F. Aus einer Vergleichung dieser Tabelle mit der vorhergehenden, aus der
sich fuͤr denselben Punkt eine Temperatur von 327 1/2 bis 329 1/2° F.
herauswirft, erhellt offenbar die Wirkung der Politur. Eine vollkommene Abstoßung
fand noch bei 315° F. Statt. Bei Wiederholung dieser Versuche mit einer
Oberflaͤche, welche durch Einwirkung der Hize und des Wassers man geworden
war, stieg die Temperatur der Maximal-Verdampfung auf 325 1/2 und jene der
vollkommenen Abstoßung auf 378° F., was obigen Schluß abermals
bestaͤtigt.
3) Dasselbe kupferne Schaͤlchen mit reiner, aber nicht glatter
Oberflaͤche, und dann mit stark oxydirter, aber nicht befetteter
Oberflaͤche in ein Oehlbad gebracht, gab die aus der naͤchstfolgenden
Tabelle ersichtlichen Resultate. Die Natur des Bades konnte bei einer so geringen
Menge Wassers wahrscheinlich keinen wesentlichen Einfluß auf die Resultate haben, da
die abkuͤhlende Wirkung, welche die Verdampfung des Wassertropfens auf die
Metalloberflaͤche ausuͤbt, nur unbedeutend ist. Bei den rauhen
Oberflaͤchen wird es sehr bemerkbar, wenn man dem Wassertropfen eine Neigung
gibt sich zu bewegen, indem man ihn auf die Seitenwaͤnde des
Schaͤlchens fallen laͤßt. Diese Neigung zur Bewegung
unterstuͤzt naͤmlich die Repulsivkraft, und bedingt demnach
haͤufig eine betraͤchtliche Zunahme der zur Verdampfung
noͤthigen Zeit.
Die erste Reihe der folgenden Tabelle enthaͤlt die Resultate der Versuche mit
reiner, aber nicht glatter Oberflaͤche des Schaͤlchens; bei den
Versuchen der zweiten und dritten Reihe hingegen war die Oberflaͤche stark
oxydirt, aber nicht befettet.
Textabbildung Bd. 62, S. 5
Temperatur nach Fahrenheit; Reine
Oberflaͤche; Oxydirte Oberflaͤche; Absteigende Reihe; Aufsteigende
Reihe; Seitliche Tropfen; Centrale Tropfen; Zeit in Secunden; Bemerkungen;
Beinahe; Sehr kleine Tropfen werden noch abgestoßen; Kleine Tropfen abgestoßen;
Verschiedene Theile des Schaͤlchens stoßen ungleich ab; Keine vollkommene
Abstoßung; Beilaͤufig; Nicht abgestoßen; Vollkommen abgestoßen; Nicht
vollkommen; Nicht abgestoßen; Eben abgestoßen
Der Punkt der Maximalverdampfung, der bei der reinen Oberflaͤche zwischen 294
und 299° stand, wurde also durch Oxydation auf 317 1/2° und durch noch
groͤßere Vermehrung der Rauhheit der Oberflaͤche auf beilaͤufig
348° F. erhoͤht.
4) Eine Vergleichung der Resultate der Verdampfung, welche auf einer
Kupferflaͤche von 0,07 Zoll Dike unter verschiedenen Umstaͤnden Statt
findet, ergibt sich aus folgender Tabelle, in der auch so ziemlich genau die
relativen Verdampfungszeiten einer und derselben Quantitaͤt Wasser unter
diesen verschiedenen Umstaͤnden angegeben ist. Die Temperatur der
fluͤssigen Tropfen und der Druk, unter welchem sie verdampft wurden,
brauchten nicht weiter in Betracht zu kommen, obgleich wir es fuͤr
noͤthig hielten, auch diese Punkte urspruͤnglich zu bemerken, damit
man nicht sagen koͤnne, wir haͤtten sie uͤbergangen.
Temperatur
derMaximal-Verdampfung.
Zeit
derVerdampfung.
Temperaturder
Abstoßung.
Fahrenheit.
Secunden.
Fahrenheit.
Stark polirte Oberflaͤche
292
3
315
Matte (tarnished) Oberflaͤche
325 1/2
< 1
Polirte Oberflaͤche
328 1/2
2 und 1 1/2
350
Rauhe, aber reine Oberflaͤche
296 1/2
3/4
Oxydirte Oberflaͤche
317 1/2
1/4
338
Sehr stark oxydirte und
unreineOberflaͤche
348
1/4
Diese Resultate, welche wahrscheinlich so richtig als moͤglich seyn
duͤrften, deuten an, daß die Glaͤtte der Oberflaͤche die
Temperatur der Maximalverdampfung herabdruͤkt, waͤhrend sie die Zeit,
welche bei dieser Temperatur zur Verdampfung noͤthig ist, steigert. Die
Naͤhe, in welcher der Punkt der Abstoßung zu der Temperatur der
Maximalverdampfung steht, erhellt aus jenen Faͤllen, in welchen eine
vollkommene Abstoßung notirt wurde; diese Temperatur uͤbersteigt jene der
Maximalverdampfung beilaͤufig um 21° F.
5) Wir stellten auch uͤber die Temperatur der Maximalverdampfung des Wassers
durch Eisen, dessen Oberflaͤche sich in verschiedenem Zustande befand.
Versuche an. Da diese Versuche den mit dem Kupfer angestellten vorausgingen, so war
deren Anzahl etwas groͤßer, damit hier die Sorgfalt die Erfahrung erseze. Wir
brauchen uͤbrigens nicht die Details saͤmmtlicher Versuche zu geben,
da dieselben auf die bereits angegebene Weise angestellt wurden, und da nur die
Resultate allein allgemeines Interesse haben koͤnnen. Die Temperatur der
vollkommenen Abstoßung ward hiebei gleichfalls beobachtet. Ein Theil der Versuche
ward in einem Oehlbade angestellt, bei anderen wurde die Waͤrme durch Zinn
mitgetheilt.
In folgender Tabelle sind die Resultate der Versuche mit dem schmiedeisernen
Schaͤlchen Nr. III. von 3/16 Zoll Dike enthalten; die Oberflaͤche ward
nach jeder Reihe mit Saͤure und Alkali gereinigt, es bestand daher mit
Ausnahme der lezten eigens bemerkten Reihe bei saͤmmtlichen Versuchen kein
großer Unterschied in der Reinheit. Die Erwaͤrmung geschah mit dem Oehlbade.
Die Tropfen fielen aus einer Tropfroͤhre; 128 derselben gaben eine Unze
Fluͤssigkeit, wonach also ein Tropfen beinahe 0,45 Gran wog. Unter den
Bemerkungen findet man hier hauptsaͤchlich die Temperaturen, bei denen keine
vollkommene Abstoßung beobachtet wurde; man ersieht hieraus, wie nahe jede einzelne
Beobachtung dem wahren Abstoßungspunkte kommt. Diese Zahlen weichen offenbar von
jenen der vollkommenen Abstoßung weniger ab, als die Temperaturen der lezteren unter
einander abweichen, und die Abweichung ist wirklich weit geringer, als nach der
Ungleichheit der Wirkung der kleinen Unebenheiten der Oberflaͤche erwartet
werden konnte.
Textabbildung Bd. 62, S. 7
Reine Oberflaͤche;
Temperatur der Maximal-Verdampfung; Extreme; Mittel; Abstoßung; Bemerkungen;
Reihe, aufsteigend; Die Maximalverdampfung war bei 336 1/2°
voruͤber; die Abstoßung bei 378 1/2° nicht vollkommen; Abstoßung
unvollkommen; Oberflaͤche oxydirt durch den Gebrauch bei den
vorhergehenden Versuchen; Der Tropfen zerbricht selbst bei diesem Punkte an
unregelmaͤßigen Theilen des Schaͤlchens, d.h. die Abstoßung ist
unvollkommen
6) Folgende Tabelle enthaͤlt die Resultate einer anderen, mit dikerem Eisen
angestellten Reihe von Versuchen; es geht daraus hervor, daß bei den vorhergehenden
Versuchen die Wirkung der Abkuͤhlung unmerklich war, indem durch Zunahme der
Dike kein Unterschied in der Temperatur der Maximalverdampfung eintrat. Das eiserne
Schaͤlchen hatte 1/4 Zoll Dike, und wurde nach dem ersten Versuche so stark
erhizt, daß sich dessen Oberflaͤche mit Oxyd uͤberzog. Die Resultate
stimmen ganz mit den fruͤheren uͤberein, denn die Temperatur der
Maximalverdampfung stieg.
Textabbildung Bd. 62, S. 8
Mit Saͤure und Alkali
gereinigte Oberflaͤche; Temperatur der Maximalverdampfung; Temperatur der
Abstoßung; Seitliche Tropfen; Centrale Tropfen; Die Oberflaͤche durch
Erhizung mit Oxyd uͤberzogen
Nach den Versuchen des Hrn. Prof. Johnson, die einzigen,
welche der Commission uͤber diesen Gegenstand bekannt sind, befindet sich die
Temperatur der Maximalverdampfung zwischen 304 und 320° F. Die Abweichung
dieser Angabe von den Resultaten der Commission ist wahrscheinlich durch den
verschiedenen Zustand der Oberflaͤche des angewendeten Eisens bedingt.
7) Die Abstoßung, wie sie durch erhiztes Zinn hervorgebracht wird, ergibt sich aus
folgenden Versuchen. Die Zinnoberflaͤche hatte hiebei die Gestalt der unteren
Seite des Schaͤlchens Nr. VIII.; d.h. sie bildete einen Theil eines
Sphaͤroides, welches einer Kugel von 3,35 Zoll sehr nahe kam. Die
Oberflaͤche, selbst war ziemlich glatt, doch nicht ohne einige kleine
Unregelmaͤßigkeiten.
Textabbildung Bd. 62, S. 8
Centrale Tropfen; Temperatur; Zeit
in Secunden; Bemerkungen; Seitliche Tropfen wurden nicht abgestoßen; Zehn
Tropfen in 6 Secunden; Seitliche Tropfen wurden abgestoßen; Maximalverdampfung;
Das Zinn war auf der Oberflaͤche nicht geschmolzen, obschon der
Thermometer unten um 14° Uͤber dessen Schmelzpunkt stand. Der
Thermometer ward zur Probe mit schmelzendem Zinne verglichen
Alle die nach der Bemerkung „Zehn Tropfen in 6 Sekunden“
folgenden Versuche wurden angestellt, indem man auf ein Mal mehrere Tropfen, die
jedoch nicht im Stande waren die Oberflaͤche abzukuͤhlen, herabfallen
ließ, und indem man die zur Verdampfung aller noͤthige Zeit maaß und diese
dann durch die Zahl der Tropfen theilte. Die Maximalverdampfung fand wahrscheinlich
bei 419° Statt; denn die Verdampfungszeit war bis zu 444° hinauf
zuverlaͤssig gestiegen; nach Abwaͤrts ist dieselbe Sicherheit jedoch
nur von 321° an zu finden. Die Temperatur der Maximalverdampfung steht also
an der etwas rauhen, jedoch polirten Zinnoberflaͤche gewiß uͤber jener
der polirten kupfernen und jener einer glatten eisernen Oberflaͤche; die
Verdampfung eines Tropfen Wassers erfolgte naͤmlich bei dieser Temperatur in
einer um 1/6 kuͤrzeren Zeit, als sie auf einer polirten Kupferflaͤche
von gleicher Temperatur Statt fand; naͤher kam sie noch der Verdampfungszeit
auf glattem Eisen, obschon dieses leztere Metall einen weit geringeren Glanz hatte.
Vollkommen richtige Folgerungen ließen sich hieraus nur nach groͤßerem
Wechsel in den Metallen und haͤufiger Wiederholung der Versuche ziehen; so
weit die Versuche jedoch bis jezt gehen, erhellt daraus, daß die Abstoßung nicht
bloß von dem relativen Glanze oder von der Politur der verschiedenen
Metalloberflaͤchen abhaͤngt.
8) Die Schluͤsse, fuͤr die wir gutstehen, sind folgende:
1) Die Temperatur der Maximalverdampfung eines Metalles nimmt mit der Zunahme der
Glaͤtte seiner Oberflaͤche ab, so daß innerhalb einer bestimmten Zeit
die bei dieser Temperatur verdampfte Quantitaͤt viel geringer ist. Bei Kupfer
ist der Unterschied zwischen der polirten und der oxydirten Oberflaͤche durch
56° ausgedruͤkt, indem die Maximalverdampfung an ersterer bei 292 und
an lezterer bei 348° eintritt. Das Verhaͤltniß der Verdampfungszeiten
fuͤr diese beiden Punkte ist 13 zu 1; denn derselbe Wassertropfen braucht in
dem einen Falle 3 Secunden und in dem anderen nur 1/4 Secunde zur Verdampfung. An
dem Eisen gab die glatte Oberflaͤche bei 334 oder 337 1/2, die oxydirte
dagegen bei 346 1/2° das Maximum der Verdampfung, wonach also hier der
Unterschied geringer ist als beim Kupfer; bei sehr starker Oxydation bestand jedoch,
da die Maximal-Verdampfung bei 381° eintrat, eine Differenz von
beilaͤufig 45°. Die Zeit der Verdampfung wich in beiden Faͤllen
nicht sehr ab.
2) Die Temperaturen der Maximalverdampfung wichen bei gleichem Zustande der
Oberflaͤche fuͤr das Kupfer und das Eisen um 30 bis 40° von
einander ab, wobei jene des Eisens die hoͤhere ist. Die Zeit der Verdampfung
bei diesem Maximum ist fuͤr das Kupfer kuͤrzer als fuͤr das Eisen, und zwar in
einem Verhaͤltnisse von 2 zu 1, oder beinahe in dem Verhaͤltnisse
ihrer Waͤrmeleitungs-Faͤhigkeit, welches wie 2 1/2 zu 1 ist.
3) Die Temperatur der Maximalverdampfung fuͤr oxydirtes Eisen oder stark
oxydirtes Kupfer correspondirt beinahe mit jener, bei der der Dampf eine Spannkraft
von 9 Atmosphaͤren besizt, wobei jedoch der Dampf nur unter dem
atmosphaͤrischen Druke erzeugt wurde.
4) Eine vollkommene Abstoßung zwischen dem Metalle und dem Wasser tritt bei 20 biß
40° uͤber der Temperatur der Maximalverdampfung ein, und zwar beim
Kupfer fruͤher, als beim Eisen. Bei diesen Temperaturen befeuchtet das Wasser
das Metall nicht; die Tropfen gerathen nach verschiedenen Dichtungen in rotirende
Bewegungen oder bleiben zuweilen unter langsamer Verdampfung ruhig stehen; sind sie
sehr klein, so springen sie manchmal auch senkrecht empor; ihre Verdampfung scheint
von der dem Metalle zunaͤchst liegenden Seite auszugehen.
Eine Zusammenstellung aller dieser Thatsachen ist in folgender Tabelle enthalten.
Textabbildung Bd. 62, S. 10
Mittel aus drei Versuchsreihen. Zeit zwischen 1 und 1/2 Secunden.
Zeit gegen 1 Secunde fuͤr 0,46 Gran Wasser.
Beschaffenheit der
Oberflaͤche; Kupferne Schaͤlchen; Eiserne Schaͤlchen;
Temperatur der Maximalverdampfung; Zeit in Secunden; Temperatur der Abstoßung;
Stark polirt; Rein, nicht polirt; Oxydirt; Stark oxydirt und nicht rein; Stark
oxydirt, aber rein
Es unterliegt keinem Zweifel, daß bei den Temperaturen der Maximalverdampfung eine
Abstoßung zwischen dem erhizten Metalle und dem Wasser zu entstehen beginnt; denn
man kann annehmen, daß der Waͤrmestoff um so rascher von dem Metalle in das
Wasser uͤberzugehen streben wird, um je mehr die Temperatur des ersteren jene
des lezteren uͤbersteigt, wodurch nothwendig nach dem Beginnen der
abstoßenden Wirkung eine Zunahme der Verdampfung eintreten muß.
Die Temperaturen der Maximalverdampfung werden in der Praxis an den
Hochdruk-Dampfmaschinen erreicht. Die Locomotivmaschinen mit kupfernen
Feuerzuͤgen arbeiten mit Dampf von 60 Pfd. Druk auf das Sicherheitsventil,
und dieß entspricht einer Temperatur von beinahe 306° F., welche nur um
15° unter der Temperatur der Maximalverdampfung fuͤr oxydirtes Kupfer
steht. Die eisernen Kessel unserer Hochdrukmaschinen erzeugen Dampf von 10 bis 11
Atmosphaͤren oder von 354 bis zu 360° F., welche leztere Temperatur
beilaͤufig um 20° unter jener der Maximalverdampfung fuͤr eine
oxydirte Oberflaͤche aus dikem Eisen steht.
Es ist moͤglich und sogar wahrscheinlich, daß der Druk diese Resultate, welche
sich, wie gesagt, lediglich unter den Einfluͤssen des atmosphaͤrischen
Drukes ergaben, modificirt; wahrscheinlich wird der Druk, indem er der Abstoßung
zwischen dem erhizten Metalle und dem Wasser entgegenwirkt, die Temperatur der
raschesten Verdampfung hoͤher treiben.
9) So wichtig und interessant die angegebenen Resultate in praktischer sowohl, als in
theoretischer Hinsicht seyn moͤgen, so kann man doch nicht sagen, daß aus
ihnen Aufschluͤsse daruͤber hervorgehen, wie die ploͤzliche
Beruͤhrung, in welche Wasser mit erhizten Metalloberflaͤchen
geraͤth, zur Erzeugung von Explosionen mitwirkt. Man muß hier naͤmlich
eine so große Wassermenge unter den verdampfenden Einfluß des erhizten Metalles
geraͤth, daß hiedurch die Temperatur der Oberflaͤche wesentlich
erniedrigt wird, ausgenommen es findet eine heftige Abstoßung des Wassers von dem
Metalle Statt. Um die Frage von diesem Standpunkte aus untersuchen zu
koͤnnen, muß wo moͤglich das Gesez ermittelt werden, nach welchem
verschiedene auf erhiztes Metall gebrachte Quantitaͤten Wasser im Stande
sind, dessen Temperatur so weit zu reduciren, daß das Maximum der Verdampfung
eintritt. Daß ein solches Maximum wirklich gefunden werden kann, erhellt aus obigen
Resultaten; denn es geht aus ihnen hervor, daß zwischen dem Wasser und dem erhizten
Metalle eine Abstoßung eintritt, welche, nachdem die Temperatur der
Maximalverdampfung voruͤber ist, rasch zunimmt. Nun wird aber Wasser, welches auf
eine Oberflaͤche, deren Temperatur auf der Maximalverdampfung steht, gegossen
wird, diese rasch unter diese Temperatur herab abkuͤhlen. Dagegen wird aber
Wasser, wenn es bei einer Temperatur, bei der die Abstoßung sehr stark ist, auf die
Metalloberflaͤche gegossen wird, diese nicht bis auf die Temperatur der
Maximalverdampfung abzukuͤhlen vermoͤgen. Es wird daher zwischen
diesen Punkten eine Initialtemperatur geben, bei der die Verdampfung am
groͤßten seyn oder eine bestimmte Menge Wasser in der moͤglich
kuͤrzesten Zeit verdampft werden wird. Dieses Problem war offenbar nicht so
leicht zu loͤsen, wie das fruͤhere, noch konnte man eben so
genuͤgende und constante Resultate erwarten. Da die Wichtigkeit dieses
Gegenstandes fuͤr die Praxis jedoch gebot, die Loͤsung wenigstens zu
versuchen, so schlugen wir folgende Methode ein. Wir bedienten uns wie bei den
fruͤheren Versuchen desselben Oehl- und Zinnbades, um die Mittheilung der
Waͤrme durch verschiedene Medien im Allgemeinen zu ermitteln. Verschiedene
Metalle, Kupfer und Eisen, von verschiedener Dike und mit verschiedenartiger
Oberflaͤche wurden der Probe unterworfen. Die Quantitaͤt des Wassers
wurde, nachdem die abstoßende Wirkung des Metalles vollkommen entwikelt war, von so
geringen Mengen an, daß die Temperatur der Metalloberflaͤche nicht dadurch
vermindert werden konnte, bis auf solche Mengen vermehrt, wie sie die
Schaͤlchen zu fassen vermochten. Jeder einzelne dieser Faͤlle
erforderte eine muͤhselige Untersuchung. Bei den groͤßeren
Quantitaͤten Wasser wurde die Temperatur des Metalles so erniedrigt, daß
selbst jene des Bades dadurch beeintraͤchtigt ward; es wurde daher das Mittel
mehrerer in regelmaͤßigen Zwischenzeiten beobachteter Temperaturen als die
Temperatur des Bades, auf welches das Wasser gegossen wurde, und welches in Betracht
der ganzen Masse den Schaͤlchen anliegenden Theilen einen dieser Temperatur
entsprechenden Hizgrad mittheilte, angenommen. Das Oehlbad wurde umgeruͤhrt,
um so viel als moͤglich in den verschiedenen Theilen eine
Gleichfoͤrmigkeit in der Temperatur zu erzeugen.
Ohne die Temperatur, bis auf welche die Theile des erhizten Metalles oder des Bades
durch das Hinzugießen von Wasser vermindert werden, zu kennen, liefern diese
Versuche doch genau die Antwort auf die Frage: „bei welcher Temperatur
eines Metalles wird Wasser, wenn es in einer beschraͤnkten
Quantitaͤt auf dasselbe gegossen wird, am schnellsten in Dampf verwandelt
werden?“ Natuͤrlich muͤssen hiebei die verschiedenen
Methoden, nach welchen die Mittheilung der Waͤrme bei den Versuchen und in
der Praxis Statt findet, gehoͤrig in Anschlag gebracht werden.
10) Es wurde dasselbe Schaͤlchen Nr. VII, dessen wir uns bei den
fruͤheren Versuchen schon bedienten, und welches einen Theil eines
Sphaͤroids bildete, dessen innere Oberflaͤche sich einer Kugel von
3,09 Zoll Halbmesser annaͤherte, angewendet. Der Sinus
versus des Segmentes oder die Tiefe des Schaͤlchens betrug 1,6 Zoll;
die Sehne oder die Breite des Schaͤlchens 5,39 Zoll; die Metalldike 0,07
Zoll; die Oberflaͤche war glatt. Die Quantitaͤt des zuerst
eingetragenen Wassers betrug 1/8 Unze oder 60 Gran Troy Gewicht; sie wurde vor dem
Eintragen in das in das Bad gesezte Schaͤlchen in einem kleinen
Schaͤlchen abgewogen. Ein Beobachter nahm die Temperatur des Bades und zeigte
einem anderen den Augenblik an, in welchem er das Wasser einzutragen hatte; lezterer
notirte die Temperatur und die Zeit. Ersterer kuͤndigte den Augenblik an, in
welchem die Fluͤssigkeit zu sieden begann, und welcher gleichfalls notirt
wurde. Lezterer zaͤhlte jede ganze oder halbe Minute, die
voruͤberging, waͤhrend ersterer zugleich immer die Temperatur des
Bades beobachtete und sonstige bemerkenswerthe Umstaͤnde, die allenfalls im
Schaͤlchen vorgingen, bemerkte. Derselbe Beobachter machte auch aufmerksam,
wenn die Fluͤssigkeit im Schaͤlchen zu verschwinden begann; durch ein
Signal gab er den Moment des wirklichen Verschwindens an, der von dem zweiten
sogleich notirt ward. Die zwischen dem Eintragen der Fluͤssigkeit in das
Schaͤlchen und dem Beginnen des Siedens verstrichene Zeit wurde in allen
folgenden Tabellen in Abzug gebracht, so daß also aus diesen nur die Zeit zu
ersehen, die von dem Beginnen des Siedens an bis zur gaͤnzlichen Verdampfung
des Wassers verstrich. Bei den hoͤheren Temperaturen betrug die Zeit, die
noͤthig war, um die kleineren Quantitaͤten zum Sieden zu bringen, kaum
eine halbe Secunde. Die Zeiten wurden wie gewoͤhnlich mit einem
Secundenpendel, in einigen Faͤllen mit einem Viertel-Secundenpendel
gemessen.
Wenn bei Anwendung der groͤßeren Quantitaͤten Wasser eine entschiedene
Abstoßung eintrat, so zeigten sich sehr sonderbare Erscheinungen. Das Wasser gerieth
in eine kreisende Bewegung um eine Achse, die gegen den tiefsten Punkt des
Schaͤlchens senkrecht oder beinahe senkrecht gestellt war. Dabei
veraͤnderte sich auch dessen Gestalt, die, waͤhrend sie sonst im
horizontalen Durchschnitte kreisrund war, nunmehr zu einem unregelmaͤßigen
Ovale wurde, welches sich bei den Umdrehungen der Masse abwechselnd zusammenzog und
ausdehnte: die Querachse zog sich zusammen, bis die Conjugata an deren Stelle trat,
und umgekehrt. Die Richtung, in welcher die Rotirung Statt fand, war keineswegs
gleichfoͤrmig; manchmal wurde die Masse ruhig, um dann nach der
entgegengesezten Richtung in Bewegung zu kommen. Beim ersten Beginnen dieser
Erscheinungen plazen manchmal einige Dampfblasen durch die Fluͤssigkeit
empor, sind sie hingegen vollkommen im Gange, so wird von Unten Dampf in Menge
ausgestoßen. In der That scheint es, als wenn sich zwischen dem Wasser und dem
Schaͤlchen eine Schichte Dampf befaͤnde, die zuweilen, wenn sie sich
an den Raͤndern verdichtet, sichtbar wird.
Nimmt man die Resultate der Verdampfung von 1/8 Unze Wasser in dem Schaͤlchen
Nr. VII, und zieht man nach ihnen eine Curve, deren Ordinaten die Differenzen
zwischen den Verdampfungszeiten und einer bestimmten Quantitaͤt bezeichnen,
waͤhrend die Abscissen die Differenzen zwischen den Temperaturen und einer
constanten Quantitaͤt andeuten, so wird man eine merkwuͤrdige
Regelmaͤßigkeit in den Resultaten und eine Annaͤherung gegen das
Minimum in der Verdampfungszeit bemerken. Dieß gewaͤhrt gute Anhaltspunkte
zur Berechnung jener Temperatur, bei welcher mit dieser Quantitaͤt Wasser die
Maximalverdampfung Statt gefunden haben wuͤrde, oder jener Temperatur,
uͤber welche hinaus das eingetragene Wasser nicht im Stande gewesen
waͤre das Schaͤlchen bis auf die Temperatur der Maximalverdampfung
fuͤr Wassertropfen abzukuͤhlen. Die offenbare Annaͤherung
dieser Curve zur Ellipse (siehe Fig. 1) veranlaßte uns,
die Gleichung dieser Curve zur Darstellung der Beobachtungen zu versuchen. Folgende
Tabelle zeigt die Resultate der Vergleichung der Berechnung mit der Beobachtung,
wobei der Querdurchmesser der Ellipse zu 262°, die Conjugata zu 200 Secunden
und die Coordinaten des Mittelpunktes zu 576° und 211,5 Secunden abgenommen
wurden.D.h. in der Gleichung
A²y² + B²x² = A²,
B² ist A = 262° und B = 200 Secunden. X
= 576° und Y = 211,5 Secunden sind die
Coordinaten des Mittelpunktes, so daß also x =
576° – der beobachteten Temperatur, und y = 211,5 Secunden – der beobachteten Verdampfungszeit. A.
d. O.
Nummer des Versuches.
Beobachtete
Temperaturder Verdampfung.
Beobachtete Zeitder Verdampfung
Beobachtete Ordinaten.
Berechnete Ordinaten.
Differenz.
Fahrenheit.
Secunde.
Secunden.
Secunden.
Secunden.
1
349,5
116,5
95
100,1
+ 5,1
2
384
71
140,5
135,4
– 3,1
3
420,5
46
165,5
160,3
+ 5,2
4
452
52,5
179
175,4
– 3,6
5
486
22
189,5
187
– 2,3
6
508
18
193,3
192,3
– 1,2
7
526
15,5
196
195,4
– 0,6
8
537,5
15,3
196,2
196,8
+ 0,6
9
558
14,7
196,8
198,6
+ 1,8
10
568
13
198,5
198,9
+ 0,4
Eine aͤhnliche, aber mehr direct in die Augen fallende Vergleichung gibt Fig. 1, woran
die obere punktirte Linie nach den Beobachtungen gezogen ist, waͤhrend die
volle Linie die angenommene Ellipse andeutet.
Das Zusammenfallen dieser Linien, indem nur da eine Abweichung Statt fand, wo die
Natur der punktirten Linie eine Unregelmaͤßigkeit in den Beobachtungen
nachweist; oder das nahe Zusammentreffen der berechneten und der beobachteten Zahlen
in der Tabelle und die wandelbare Bezeichnung der Differenzen rechtfertigen uns,
wenn wir fuͤr die wahre Maximalverdampfung jene Temperatur annehmen, die dem
hoͤchsten Punkte der Ellipse, naͤmlich 576° F. entspricht. Bei
506° F. ist demnach ein kupfernes Schaͤlchen von 0,07 Zoll Dike,
welches durch ein Medium, wie Oehl, Waͤrme mitgetheilt erhaͤlt, im
Stande, der abkuͤhlenden Wirkung von 60 Gr. Wasser so weit zu widerstehen,
daß die rascheste Verdampfung erzeugt wird. Die Quantitaͤt Wasser reichte
dabei hin, um beilaͤufig ein Zehntheil der der Waͤrme ausgesezten
Oberflaͤche zu bedeken.
11) Mit dem kupfernen Schaͤlchen Nr. IV, dessen Dike nur 0,05 Zoll betrug, und
dessen Figur sich einer Kugel von 3,1 Zoll Halbmesser naͤherte, so daß die
Sehne des Segmentes 5,25 Zoll und der Sinus versus 1,45
Zoll hatte, wurden 9 Versuche uͤber die Verdampfung von 1/8 Unze Wasser
gemacht, und zwar unter Anwendung des Oehlbades. Von diesen 9 Versuchen sind sieben
in Fig. 1
durch die mittlere punktirte Linie, welche sehr gut mit der in voller Linie
gezogenen Ellipse zusammenfaͤllt, dargestellt; die beiden ausgelassenen
Versuche fanden bei Temperaturen Statt, welche unter der niedrigsten der 7 in der
Figur angedeuteten Temperaturen standen. Folgende Tabelle gibt eine Vergleichung der
Berechnung mit der Beobachtung, wobei die groͤßere und die kleinere Achse der
Ellipse zu 251° und zu 214 Secunden, und die Coordinaten des Mittelpunktes zu
576° und 254 Secunden angenommen wurden. Diese Werthe wurden zwar nicht
vollkommen genau erhalten, allein sie paßten besser, als groͤßere und
niedrigere Zahlen, die gleichfalls versucht wurden.
Nummer des Versuches.
Temperaturder
Verdampfung.
Zeit
derVerdampfung
Beobachtete Ordinaten.
Berechnete Ordinaten.
Differenz.
Fahrenheit.
Secunde.
Secunden.
Secunden.
Secunden.
3
352
164
90
96,6
+ 6,6
4
382,5
118
136
136,3
+ 0,3
5
433
78
176
176
+ 0,0
6
464,5
62
192
191,8
– 0,2
7
491
64
200
201,1
+ 1,1
8
511
48,5
203,5
206,7
+ 1,2
9
527
43
211
02
– 1,0
Die Temperatur, welche mit 60 Gran Wasser die staͤrkste Verdampfung gibt, ist
demnach auch hier mit diesem Schaͤlchen, gleichwie mit jenem von 0,07 Zoll
Dike, 576° F. Die Oberflaͤchen waren in beiden Faͤllen beinahe
ganz gleich, d.h. rein, aber nicht polirt.
12) Mit dem Schaͤlchen Nr. I, welches nur 0,025 Zoll Metalldike und dabei die
Form des vorhergehenden Schaͤlchens hatte, wurden unter Anwendung derselben
Quantitaͤt Wasser und desselben Bades acht Versuche angestellt, von denen nur
5 zu derselben Curve zu gehoͤren scheinen, wie dieß aus der untersten Curve
in Fig. 1, wo
die punktirte Linie die Curve der Beobachtungen andeutet, erhellt. Diese 5 lassen
sich durch einen Kreis darstellen, der nach den Beobachtungen 3, 4 und 8 einen
Halbmesser von 262° hat. Die Coordinaten des Mittelpunktes sind 604°
und 309 Secunden.
Nummer des Versuches.
Temperaturder
Verdampfung.
Zeit
derVerdampfung
Nummer des Versuches.
Temperaturder
Verdampfung.
Zeit
derVerdampfung
Fahrenheit.
Secunde.
Fahrenheit.
Secunde.
1
306,5
397
5
422
118,5
2
319
369
6
452,5
101
3
354
237
7
483,5
76
4
387
163,5
8
505
67
Die Berechnungen sezen hier die Maximalverdampfung auf 604° F., oder um
28° hoͤher als bei den beiden fruͤher angewendeten
Schaͤlchen, was offenbar der minderen Dike des Metalles an diesem
Schaͤlchen zugeschrieben werden muß.
13) Aehnliche Versuche wurden mit eisernen Schaͤlchen von verschiedener
Metalldike angestellt, naͤmlich mit Nr. V von 0,04, mit Nr. II von 0,08, mit
Nr. VI von 0,18 Zoll Dike, und mit Nr. III, welches in dieser Hinsicht zwischen Nr.
II und VI in der Mitte stand. Die Dimensionen dieser Schaͤlchen wichen im
Wesentlichen nicht von jenen der kupfernen Schaͤlchen ab; denn der Radius
betrug an Nr. V 3,25, an Nr. II 3,1, und an Nr. VI 2,9 Zoll; die Sehne maaß an allen
dreien 5,2 Zoll, und der Sinus versus hatte an Nr. V
1,3, an Nr. II 1,45, und an Nr. VI 1,6 Zoll. Wegen der Schwierigkeit hier an diesen
Schaͤlchen eine gleichmaͤßige Oberflaͤche zu erzeugen und sie
eine etwas betraͤchtliche Zeit uͤber in gleichem Zustande zu erhalten,
waren diese Versuche viel weniger entscheidend als die mit dem Kupfer angestellten.
Bei den Versuchen mit Nr. V und II gelangte etwas Oehl in das Schaͤlchen,
wodurch ein Theil der Resultate beeintraͤchtigt wurde; und ebendieß war auch
bei hohen Temperaturen mit Nr. I der Fall. Kleine, aus den Schaͤlchen
hinausgeschleuderte Wassertheilchen sanken, ohne zu verdampfen, unter das Oehl
unter, und schleuderten dann, indem sie unter dem Oehle in Dampf verwandelt wurden,
unter leichten Explosionen Oehl empor. Die Oberflaͤchen waren rauh, aber
rein; die Quantitaͤt des zu den Versuchen genommenen Wassers betrug 1/8 Unze
Troy Gewicht. Die nach diesen Beobachtungen sich ergebenden Curven ersieht man aus Fig. 3. Ungeachtet der
auffallenden Unregelmaͤßigkeiten in den drei unteren Curven erhellt doch die
Wirkung der Dike des Metalles in Hinsicht auf Erhoͤhung der Verdampfung bei
einer gegebenen Temperatur, indem die Curve von Nr. III hoher ist als jene von Nr.
II, und jene von Nr. II hoͤher als die von Nr. V. Es erhellt ferner, daß
uͤber 540° F. eine Neigung zum Maximum Statt findet, obschon bei Nr.
III und Nr. V offenbar nicht weit uͤber dieser Temperatur. Es war sehr
schwierig mit diesen duͤnnen Schaͤlchen das Maximum zu
uͤberschreiten, indem das Oehl hiebei einen Dampf ausstieß, der sehr
unangenehm auf die Augen wirkte, die noͤthige Genauigkeit sehr erschwerte,
und die Arbeit sehr muͤhevoll machte. An dem Schaͤlchen Nr. VI wurde
groͤßere Sorgfalt auf die Reinheit der Oberflaͤche verwendet; denn sie
wurde zuerst mit Alkali vom Fette gereinigt, dann mit sehr verduͤnnter
Saͤure behandele und endlich abgewaschen. Die Curve ist daher hier auch
regelmaͤßiger als in den uͤbrigen Faͤllen; das Maximum ward
zwischen 503 und 512° F. erreicht, also weit unter dem correspondirenden
Punkte der duͤnnen eisernen Schaͤlchen.
Vergleicht man die Verdampfung an dem 0,07 Zoll diken Kupferschaͤlchen Nr. VII
mit jener an dem eisernen 0,08 Zoll diken Schaͤlchen Nr. II, so wird man
finden, daß erstere viel betraͤchtlicher ist. In der That befindet sich auch
die Curve fuͤr das Kupferschaͤlchen außer der Curve fuͤr Nr.
III, waͤhrend sie beilaͤufig bei 540° F. die Curve fuͤr
das eiserne Schaͤlchen Nr. VI von 0,18 Zoll Dike durchschneidet. Von 350 bis
zu 508° empor wechselt die Zeit der Verdampfung in dem kupfernen
Schaͤlchen von 3/4 bis zu 3/8 der Verdampfungszeit, welche sich bei
correspondirenden Temperaturen mit dem eisernen Schaͤlchen von gleicher Dike
ergibt. Die specifische Waͤrme des Eisens wird, da sie etwas groͤßer
ist, als jene des Kupfers, die Temperatur des ersteren dieser beiden Metalle zu
erhalten streben; da jedoch die Leitungskraft des Kupfers jene des Eisens um mehr
als das Doppelte uͤbersteigt, so wird hiedurch die niedrigere specifische
Waͤrme des Kupfers mehr als zur Genuͤge ausgeglichen werden.
14) Die Wirkung, welche eine dike Oxydschichte hervorbringt, erhellt, wenn man die
punktirte Linie fuͤr das Schaͤlchen Nr. VI mit der vollen Linie
vergleicht. Bei Temperaturen unter 390° F. wird die Verdampfung
wahrscheinlich durch Unterbrechung der Waͤrmeleitung bedeutend vermindert; so
wie jedoch die Abstoßung beginnt, wirkt die Oxydschichte hinderlich auf diese, so
daß also die Temperatur der Maximalverdampfung steigt, waͤhrend die Zeit, die
bei einer gegebenen Temperatur zur Verdampfung erforderlich ist, faͤllt. Man
wird sich uͤbrigens erinnern, daß diese Temperatur von 390° nur um
7° von jener abweicht, die an einer oxydirten Oberflaͤche als die
Maximalverdampfung fuͤr Tropfen befunden ward. Wir werden noch einmal auf
diesen Gegenstand zuruͤkkommen.
Wir wendeten nunmehr Quantitaͤten Wasser an, welche von 1/16 bis zu 1/4 Unze
Troygewicht wechselten, um die Wirkung der Quantitaͤt auf die Temperatur der
Maximalverdampfung zu ermitteln. Dabei wurden auch die Oberflaͤchen
gewechselt. Die Resultate dieser Versuche ergeben sich aus folgender Tabelle.
Verdampfungszeiten verschiedener Quantitaͤten Wasser
bei verschiedenen Temperaturen mit dem eisernen Schaͤlchen Nr. VI von
3/16 Zoll Dike und mit Anwendung des Oehlbades.
Textabbildung Bd. 62, S. 18
Der Buchstabe M bezeichnet die Temperatur der
Maximalverdampfung.
Temperatur nach Fahrenheit; Zeit in
Secunden; Glatt, Rauh
Aus einer Pruͤfung dieser Tabelle ergeben sich keine eigentlichen Maxima der
Verdampfung, indem die Unterschiede in den Zeiten, welche in der Naͤhe der
Punkte der raschesten Verdampfung zwischen den einzelnen Versuchen bemerkbar sind,
zu groß sind, als daß in irgend einem Falle auf ein richtiges Maximum geschlossen
werden koͤnnte. Vergleicht man hingegen die Temperaturen der raschesten
Verdampfung, so wie sie die Tabelle fuͤr verschiedene Quantitaͤten
Wasser angibt, so wird man finden, daß die Temperatur des Metalles, welche beim
Daraufgießen von Wasser der groͤßten Verdampfung entsprach, bei 1/16 Unze
Wasser 504°, bei 1/8 Unze gegen 507 1/2 und bei 1/4 Unze gegen 517° F.
betrug. Sie stieg also bei Vervierfachung der Quantitaͤt des Wassers nur um
13°, waͤhrend die Ausdehnung der Oberflaͤche, welche direct mit
dem Wasser in Beruͤhrung kam, um das Doppelte stieg. Bei diesen Temperaturen
war auch wirklich die Abstoßung zwischen dem Metalle und dem Wasser bedeutend, wenn
man zuerst 1/16 und 1/8 Unze Wasser in das Schaͤlchen goß.
Die Wirkung der Rauhheit der Oberflaͤche ersieht man aus den drei Reihen. Bei
den niedrigeren Temperaturen scheint dieselbe im Allgemeinen die Verdampfung zu
vermindern; wuͤrde jedoch, wenn die Oberflaͤche glatt geblieben
waͤre, eine Abstoßung Statt gefunden haben, so wuͤrde die Rauhheit die
bei einer bestimmten Temperatur eintretende Verdampfung, indem sie den Punkt der
Maximalverdampfung erhoͤht, beschleunigt haben. Gibt man dieß zu, so steht
die Temperatur, bei der die rauhe und die glatte Oberflaͤche gleich stark
verdampfen, nur um ein Geringes, uͤber der Temperatur der wirklichen
Maximalverdampfung des Metalles, wenn man annimmt, daß die abkuͤhlende
Wirkung des Wassers ganz aufgehoben wird, d.h. wenn das Wasser in kleinen Tropfen
auf das Metall gelangt.
Eine Vergleichung der ersten und zweiten Reihe sezt diesen Punkt auf 386, eine
Vergleichung der dritten mit der vierten Reihe hingegen auf 388 1/2° F. Die
fuͤnfte und sechste Reihe laͤßt in dieser Hinsicht einen Zweifel
uͤbrig; denn hier fiele dieser Punkt nach zwei einander am naͤchsten
stehenden Resultaten auf 424°, waͤhrend er sich, wenn man von zwei
minder uͤbereinstimmenden Resultaten ausginge, zu 388° F. ergeben, und
mithin mehr mit den anderen Reihen zusammentreffen wuͤrde.
Nach den mit Wassertropfen angestellten Versuchen ergab sich die Temperatur der
Maximalverdampfung in demselben Schaͤlchen mit glatter Oberflaͤche zu
334°, und mit rauher Oberflaͤche zu 346 1/2 °F.: ein Resultat,
welches der wirklichen Temperatur der Maximalverdampfung unstreitig naͤher
kommt, als jenes, welches so eben aus dem Medium einer betraͤchtlichen
Quantitaͤt Fluͤssigkeit abgeleitet wurde.
15) Wir fanden keine entsprechende Methode, die Temperatur eines kleinen
Stuͤkes Metall von der Dike des zu den Dampfkesseln gebraͤuchlichen
Bleches zu bestimmen, waͤhrend dasselbe der Einwirkung von Wasser, welches
sich auf oder unter dem Siedepunkte befindet, ausgesezt ist, und waͤhrend
dasselbe von einer constant bleibenden Quelle her Waͤrme mitgetheilt
erhaͤlt. Es schien daher am geeignetsten, die Wirkungen der
Waͤrmemittheilung durch einen sehr guten Waͤrmeleiter, wie z.B. das
Zinn ist, mit jenen der Mittheilung durch einen unvollkommenen Waͤrmeleiter
oder Waͤrmecirculator, wie z.B. das verdikte, bei den vorhergehenden
Versuchen gebrauchte Oehl einer ist, zu vergleichen. Wir sezten demnach das eiserne
Schaͤlchen Nr. VIII von 0,25 Zoll Dike in ein Zinn- und in ein Oehlbad, und
erhielten damit bei Anwendung gleicher Quantitaͤten Wasser folgende
Resultate. Die Curven der Beobachtungen erhellen aus Fig. 4.
Temperaturnach
Fahrenheit.
1/8 Unze Wasser.Zeit in Secunden.
Zinnbad.
Oehlbad.
455
8 1/4
16
465
12 1/2
473
7 1/4
481
11 1/2
491
6 1/4
502
10 1/2
504
6
513
6
521
10 1/2
537
10 1/2
539
6 1/2
10 1/4
555
9 1/4
559
6 7/8
567
15 1/2
568
9 1/2
591
16
Die Unregelmaͤßigkeit der mit dem Oehlbade angestellten Versuchsreihe wirft
auf das hiebei erzielte Maximum einigen Zweifel; besonders da die mit einem
duͤnneren Gefaͤße vorgenommene Reihe von Versuchen eine niedrigere
Temperatur fuͤr die Maximalverdampfung ergab. Das nochmalige Vorkommen
derselben Zeit innerhalb 19° bestaͤrkt diesen Zweifel noch mehr.
Die Temperatur der staͤrksten Verdampfung war bei dem Zinnbade 508
1/2°; dabei betrug die Zeit nur 6 Secunden, waͤhrend sie sich in dem
Oehlbade auf 9 1/4 Secunden, und nach den fruͤheren Versuchen wahrscheinlich
auf weniger dann 8 belief. Die hier fuͤr das Oehlbad angegebene Temperatur
der Maximalverdampfung betraͤgt 555°; die Differenz gegen jene des Zinnbades
betraͤgt hiemit 46 1/2°. Andererseits sind die Verdampfungszeiten
zwischen 559 und 568° fuͤr beide Baͤder gleich, indem die
Abstoßung, welche durch die groͤßere, von dem Zinne mitgetheilte Hize erzeugt
wird, jene Verminderung in der Verdampfung, welche durch die mindere, von dem Oehle
abgegebene Hize bedingt ist. ausgleicht.
Aus dieser Vergleichung ergibt sich, daß in der Praxis jene Metalldike, bei der die
Wirkung des zum Bade dienenden Materielles oder der zur Mittheilung der
Waͤrme dienenden Mittel gaͤnzlich verschwindet, noch durchaus nicht
erreicht ist.
16) Bei einer geringeren Metalldike war diese durch die Natur des Bades veranlaßte
Differenz natuͤrlich noch auffallender. Mit einem Schaͤlchen von 1/12
Zoll Dike ergaben sich naͤmlich bei vergleichsweiser Anwendung des Zinn- und
Oehlbades folgende Resultate.
Eisernes Schaͤlchen Nr. II von 1/12
Zoll Dike, mit 1/8 Unze Wasser und rauher Oberflaͤche.
Im Zinnbade.
Im Oehlbade.
Temperatur.
Zeit in Sec.
Temperatur.
Zeit in Sec.
446°
7 1/2
421°
71
460 1/2
6
452
57
484
6 3/4
487
51
500
6 1/2
507
47
554
8
517
44
566
8
Die durchschnittliche Verdampfungszeit im Oehlbade betraͤgt also mehr als das
Achtfache der Verdampfungszeit im Zinnbade. – Diese Versuche
repraͤsentiren uͤbrigens keineswegs den Fall, womit man es in der
Praxis zu thun hat, und bei welchen die Mittheilung der Waͤrme durch die
Flamme, durch erhizte Luft und durch directe Ausstrahlung geschieht.
Das aus dieser Tabelle ersichtliche Maximum liegt zuverlaͤssig zwischen 460
1/2 und 500°; das offenbare Maximum ist 460 1/2°; das Maximum, welches
sich bei Weglassung des Versuches bei 484° ergibt, ist 484°, und
jenes, welches sich bei Weglassung des Versuches bei 460 1/2° herauswirft,
beilaͤufig 500°. Bei dem Oehlbade wurde das Minimum offenbar nicht
erreicht; denn man wird sich erinnern, daß dieses bei 570°, also bei einer um
50° hoͤheren Temperatur, als die Tabelle reicht, eintritt.
Die Verdampfungszeiten im Zinnbade sind hier beinahe dieselben wie bei dem 3/16 Zoll
diken Schaͤlchen. Man kann in der That die Sache so betrachten, als gelangte
die Hize durch ein sehr dikes zinnernes Schaͤlchen an das Eisen, und als
wuͤrde sie von einer unter einer zweiten eisernen Oberflaͤche
befindlichen Flamme unterhalten. Aus diesem Grunde bringt daher eine groͤßere Dike
des eisernen Schaͤlchens auch nur eine geringe Aenderung hervor.
17) Es war nunmehr unsere Aufgabe, die in die diksten eisernen und kupfernen
Schaͤlchen eingetragenen Quantitaͤten Wasser so weit zu vermehren, als
es der Rauminhalt dieser Schaͤlchen zuließ, damit jeder Theil des
Schaͤlchens, auf den die Hize wirkte, auch die abkuͤhlende Wirkung des
Wassers zu erleiden habe. Es sollte auf diese Weise die Wirkung, welche Statt
findet, wenn eine große Quantitaͤt Wasser mit heißem Metalle in
Beruͤhrung kommt, dargestellt werden. Natuͤrlich waren von diesen
Versuchen keine anderen als allgemeine Resultate zu erwarten.
Wir waͤhlten aus den bereits entwikelten Gruͤnden das Zinnbad zur
Mittheilung der Waͤrme, und verhuͤteten das Hinausschleudern von
Wassertheilchen durch einen zinnernen Ring, der den Dampf frei entweichen ließ,
waͤhrend er der eben erwaͤhnten Unannehmlichkeit in hohem Grade
steuerte. Die Temperatur des ganzen Bades ward in keinem Falle bedeutend reducirt,
indem von Unten fortwaͤhrend Hize darauf einwirkte; allein dem in der
Naͤhe des Schaͤlchens befindlichen Metalle ward die Waͤrme
schneller entzogen, als sie ihm geliefert werden konnte. Die Temperatur des Bades
konnte also auch nur jene Temperatur des Schaͤlchens andeuten, welche dieses
im Augenblike des Eingießens des Wassers besaß. Folgende Bemerkungen beziehen sich
auf das eiserne Schaͤlchen Nr. VIII von 0,25 Zoll Dike.
Eine halbe Unze (Fluͤssigkeitsmaaß) Wasser reducirte die Temperatur des
Schaͤlchens von 417° auf etwas unter 212°, also um 205°
F. – 3/4 Unzen, welche bei 504° eingetragen wurden, kuͤhlten
das Metall des Schaͤlchens unter den Abstoßungspunkt fuͤr Tropfen ab,
oder beilaͤufig um 120°, indem die hoͤhere Temperatur des
Metalles die vorgenommene Vermehrung der Quantitaͤt des Wassers mehr als
ausglich. Das Schaͤlchen faßte bis zum Niveau des Bades empor beinahe 3 1/2
Unze Fluͤssigkeit; seine Oberflaͤche war oxydirt.
Folgende Bemerkungen beziehen sich auf die Temperaturen des Metalles beim ersten
Eintragen des Wassers. Die Temperatur der Maximalverdampfung war fuͤr 1/4
Unze Fluͤssigkeit etwas, wahrscheinlich aber nicht sehr viel, uͤber
480° F. Zwischen 569 und 628° stieg die Verdampfungszeit einer und
derselben Quantitaͤt Wasser von 10 auf 20 Secunden. Auf dem Punkte der
Maximalverdampfung betrug die Zeit gegen 8 Secunden. Mit einer halben Unze Wasser
war die wahrscheinliche Temperatur der Maximalverdampfung gegen 508°,
waͤhrend die Verdampfungszeit gegen 11 1/4 Secunden betrug.
Aus mehreren Versuchen mit einer Unze Wasser, welche im Vergleiche mit einem anderen
Schaͤlchen angestellt wurden, ergaben sich 555° als die Temperatur der
Maximalverdampfung. Dagegen waren die Verdampfungszeiten bei 518 und 616°
beinahe gleich: naͤmlich 16 Secunden.
Die Temperatur der Maximalverdampfung fuͤr zwei Unzen stand uͤber
600°; die Verdampfungszeiten waren bei 580 und 602° gleich: d.h. sie
betrugen 24 Secunden.
Aus diesen Resultaten ergibt sich, daß die Verdampfungszeiten von Quantitaͤten
Wasser, die sich wie 1/8, 1/4, 1/2, 1 und 2, oder wie 1, 2, 4, 8 und 16 zu einander
verhielten, bei den der kuͤrzesten Verdampfungszeit entsprechenden
Temperaturen in dem Verhaͤltnisse von 6, 8, 11, 13 und 22, oder von 1, 1 1/3,
1 5/6, 2 1/6 und 3 2/3 zu einander standen; also in einem Verhaͤltnisse,
welches von dem Verhaͤltnisse der Quadratwurzeln der Quantitaͤten,
welches sich zu 1, 1. 4, 2, 2. 8, 4 ergibt, nicht sehr weit abgewichen
waͤre.
Die Temperaturen des Metalles stiegen, wenn so viel Wasser darauf gegossen wurde, daß
die ganze Verdampfung innerhalb der kuͤrzesten Zeit Statt fand, fuͤr
Quantitaͤten, die von 1/8 Unze bis zu 2 Unzen oder um das Sechszehnfache
wechselten, von 460° auf 600°. Das Verhaͤltniß der Temperaturen
uͤber 212° war beilaͤufig wie 1 zu 1 3/5, woraus eine
Annaͤherung gegen eine solche Temperatur des Metalles, bei der irgend eine
große, in ein dikes eisernes Gefaͤß gebrachte Wassermenge am schnellsten
verdampft werden wuͤrde, erhellt.
Es wurde in dieser Hinsicht ein directer Versuch angestellt, indem wir ein
gußeisernes Schaͤlchen von beilaͤufig einem halben Zoll Metalldike,
welches in der Form den fruͤher beschriebenen Schaͤlchen gleichkam,
und dabei gegen 10 Unzen Fluͤssigkeitsmaaß fassen koͤnnte,
uͤber einem Holzkohlenfeuer erhizten. Eine Unze Wasser, welche in dieses
Schaͤlchen eingetragen wurde, nachdem dasselbe bis zum Rothgluͤhen
erhizt und uͤber dem Feuer erhalten ward, waͤhrte 115 Secunden an; 4
Unzen waͤhrten bei dem einen Versuche 294 und bei einem zweiten 304 Secunden;
dabei blieb das Schaͤlchen nicht rothgluͤhend; das Wasser wurde
anfaͤnglich abgestoßen.
18) Mit dem kupfernen Schaͤlchen Nr. VII, dessen Metall nur 0,07 Zoll Dike
oder beilaͤufig 0,36 der Dike des eisernen Schaͤlchens hatte, ergaben
sich bei Anwendung desselben Zinnbades und bei glatter Oberflaͤche folgende
Resultate. – Bei einer Temperatur von 465 1/2° wurde 1/8 Unze Wasser
abgestoßen; die Abstoßung blieb beinahe bis zum Ende des Versuches vollkommen, und
die Fluͤssigkeit brauchte 175 Secunden zur Verdampfung. Bei der
Initialtemperatur von 501° brauchte dieselbe Quantitaͤt Wasser 187
Secunden zur Verdampfung. Bei den hoͤheren dieser Temperaturen ward mit einem
eisernen
Schaͤlchen von beinahe gleicher Dike unter Anwendung des Oehlbades die
Maximalverdampfung nicht erreicht.
1/4 Unze Wasser brauchte bei 469° F. 13 Secunden, und bei 529° F. 405
Secunden zur vollkommenen Verdampfung. Bei lezterer Temperatur war die Abstoßung
beinahe waͤhrend des ganzen Versuches eine vollkommene.
(Beschluß im naͤchsten
Heft.)