II. Static der Dampf-Kessel von Johann Leonhard Späth, k. baier. Hofrath und Professor. Späth's Static der Dampfkessel. Die Principien nach welchen der Englaͤnder Herr Woolf seine von ihm vielfaͤltig erbauten, in ihrer Art vorzuͤglichsten Dampfmaschinen berechnet, lassen sich bekanntlich mit den von unsern Physikern seither uͤber die Daͤmpfe aufgestellten Theorien schlechterdings nicht vereinigen; weil sie geradezu gegen jene anstossen. Da aber diese Principien sich aus meiner, uͤber den Uebergang eines geschmolzenen mineralischen Koͤrpers aus diesem Zustand in den dampf- und gasartigen Zustand, genommenen in dem X. Band 3. Heft dieses Journals aufgestellten Ansicht, unmittelbar ableiten lassen; so stelle ich deswegen in diesem Aufsaze uͤber den Zustand und stetischen Druk der Daͤmpfe in einem Dampfkessel folgende Betrachtungen an. a) Wird naͤmlich ein luftdichter, zum Theil mit Wasser angefuͤllter, luftleer gemachter, und mit einem Ventil oder Barometer und einem Thermometer versehener metallener Kessel der Flamme ausgesezt, welche sein Wasser nach und nach zum Sieden bringt, so steigen vorerst aus dem Wasser bei successiver Erwaͤrmung desselben die ihm incolirenden Stoffe heraus; sie folgen der aufwaͤrts gehenden Stroͤmung der Feuertheile, und blaͤhen sich in ihren Huͤllen in so weit auf, bis sich die Ueberwucht der Elasticitaͤt ihrer Waͤrmestoffe uͤber die sie bindende Kraͤfte ihrer Grundstoffe erschoͤpfet, und erfuͤllen so den leeren, uͤber dem Wasser befindlichen Raum im Kessel mit einem sehr duͤnnen dampfartigen Medio; wie ich bereits im X. Band 3. Heft dieses Journals fuͤr die metallischen Daͤmpfe angefuͤhrt habe es folgen diesen mit dem Beginnen des Siedens unter einer Temperatur von 80 Graden nach Reaumuͤr, erst die wesentlichen Stoffe des Wassers selbst, die in dem Moment ihrer Trennung von der obersten Wasser-Schicht in den activen Schichten ihrer Huͤllen sich in so weit dampfartig aufblaͤhen, als sie jenes Medium von sich draͤngen koͤnnen; und so nach und nach in dem Kessel seinen wasserleeren Raum als sogenannte Daͤmpfe in so weit erfuͤllen, als in ihm nur immer Plaz finden moͤgen – es blaͤhen sich dabei die activen Schichten der Huͤllen der Wassertheile in ihrem Dualismus in so weit auf, daß die Daͤmpfe einen 1500mal groͤßeren Raum als in dem natuͤrlichen Zustand des Wassers erfuͤllen; und spannen sich in diesem Zustande in ihren aufgeblaͤheten Huͤllen in so weit, als sie durch den Druk der Wassertheile, welche die Stroͤmung der aufsteigenden Feuertheile weiters mit sich zu nehmen und in Dampfgestalt an die uͤbrigen anzuschließen strebt, gedrukt werden. Dieser Druk ist fuͤr einen zur Haͤlfte mit Wasser angefuͤllten Kessel gewoͤhnlich dem Gewichte einer Wassersaͤule von 28 Pariser-Zoll – gleich; ist aber meines Erachtens mit dem Verhaͤltniß in naͤherer Beziehung, welches zwischen dem Wasserraume des Kessels und seinem leeren Raum uͤber demselben statt findet – es ist dieser Druk um so groͤßer; je groͤßer der leere Raum des Kessels zu seinem Wasserraum ist; weil eine groͤßere elastisch fluͤßige Masse, immer staͤrker als eine kleinere durch die nemliche Kraft sich zusammen druken laͤßtTiefe Ansicht bestaͤttiget sich schon durch die von Hrn. Betaneourt in kleinen Dampfkesseln angestellte Versuche.Denn als diese mit 1/10 1/4 1/2 3/4 mit Wasser angefuͤllt waren, zeigte auch der Druk der Daͤmpfe zu 31, 40,, 29, 00,, 28, 60,, 28, 00 Zollen. b) Ist der Dekel des Kessels staͤrker als sein Boden, oder Seitenwaͤnde, so koͤnnen ihn in gegebener Zeit um so weniger Feuertheile durchdringen, je staͤrker er ist es stemmen sich daher an ihn jene Feuertheile, die ihn nicht so schnell passiren koͤnnen, als sie aus dem Boden und an den vom Feuer bespielten Seitenwaͤnden des Kessels gleichzeitig aufsteigen; es sammelt sich deswegen in dem Kessel eine von Oben nach Unten sich immer mehr anhaͤufende, und nach ihrer Intensitaͤt immer mehr zunehmende Menge von Feuertheilen oder sogenannter freier Waͤrme an; die sich dem in dem Kessel befindlichen Thermometer mittheilet, und seine Temperatur immer hoͤher hebet, je dichter dieß elastisch Fluͤssige wird. Aus diesem elastisch Fluͤssigem gewinnen nun die Grund-Stoffe jenes Etwas. Band X. 2. Heft, wodurch ihre Kraͤfte zunehmen um so mehr, je laͤnger der Kessel in der Flamme verbleibt – sie saugen durch ihre stetig verstaͤrkende Kraͤfte dies Fluͤßige selbst an sich, und legen dasselbe schichtenweise ihren Huͤllen an Umfange zu, waͤhrend sie gleichzeitig durch dieselbe von innen die aufgeblaͤheten activen Schichten ihrer Huͤllen an sich ziehen, oder an ihre latenten Schichten zunaͤchst anschliessen; so daß also die Huͤllen von innen um so viel einschwinden, als sie sich gleichzeitig von Aussen vergroͤßern, mithin die Daͤmpft selbst ihr Volumen nicht aͤndern – es dauert dieß Einziehen von Innen, und das Zulegen von Aussen so lange fort, bis der Zwischenraum, welcher bei dem Entstehen der Daͤmpfe in jeder Huͤlle durch die Absonderung ihrer activen, sich blaͤhenden Schichten, von ihren noch latenten entstehen mußte, mit Feuertheilen ganz erfuͤllt ist; die sich schichtenweise in steter Continuitaͤt uͤbereinander legen; mithin der Zustand der Daͤmpfe in der nemlichen Flamme beharrlich wird. Ziehen die Grundstoffe der Daͤmpfe durch ihre stets zunehmende Kraͤfte ihre aufgeblaͤheten Huͤllenschichten nach und nach ein, so wuͤrden sie saͤmmtliche latent machen: wenn nicht die benachbarten auch gleichzeitig durch ihre Kraͤfte sich in ihren Huͤllenschichten afficirten, und dadurch den bindenden Kraͤften ihrer eigenen Grundstoffe entgegen wirken. Durch diese wechselseitige Einwirkung kommen nun die afficirten Huͤllenschichten in freiere Umstaͤnde, in welchen sie sich durch ihre Elasticitaͤt activ zeigen, und durch dieselbe sich stetig von ihren Grundstoffen zu entfernen streben – es ist dieser active Zustand fuͤr die aͤußersten Schichten der Huͤllen am groͤßten, nimmt aber von Aussen noch immer nach dem Ueberschuß der Kraͤfte ab, um welche jeder Grundstoff jede Schichte seiner Huͤlle staͤrker an sich haͤlt, als die benachbarten sie durch ihre Kraͤfte in ihrem Abstande afficiren koͤnnen – es faͤllt daher die lezte active Schichte in jeder Huͤlle dorthin, wo die Kraͤfte, mit welchen die benachbarten Grundstoffe sie anziehen, gegen die Kraft nur unbedeutend ist, mit welcher ihr eigener Grundstoff sie an sich haͤlt oder bindet; es schließet sich daher diese Schicht zunaͤchst an die latenten Schichten der Huͤlle jedes Grundstoffes an; und ihre Lage in jeder Huͤlle ist in so weit bestaͤndig, als mit dem Zunehmen der bindenden Kraͤfte der Grundstoffe, auch die Kraͤfte zunehmen, mit welchen sie sich als benachbarte in ihren Huͤllen-Schichten gleichzeitig afficiren. c) Jemehr daher die Grundstoffe ihre dampfartig aufgeblaͤhte Huͤllenschichten nach und nach einziehen, oder in denselben ihre Continuitaͤt herstellen, um so staͤrker druͤken oder spannen sich die Huͤllen der benachbarten Grundstoffe unter sich wechselseitig; sie stemmen sich eben so auch gegen die Waͤnde des Kessels und gegen sein Ventil; und tragen eine um so laͤngere Queksilber Saͤule, wenn der Kessel statt diesen, mit einem Barometer versehen ist. Diese Spannung der Daͤmpfe ist nur fuͤr den ersten Moment ihrer Entstehung die geringste, nimmt aber mit der Menge der Feuertheile, welche sich schichtenweise bei dem Einziehen der aufgeblaͤheten Huͤllenschichten zulegen stetig zu sie nimmt daher ans jeden Fall nach dem Gesez zu, in welchem die Kraͤfte der Grundstoffe sich in gleichen aufeinanderfolgenden Zeittheilen verstaͤrken; weil die Grundstoffe immer ihren Kraͤften proportionirte Menge von Feuertheilen an sich saugen – bis endlich die Spannung der Daͤmpfe am groͤßten wird, in dem Moment, in welchem die Continuitaͤt in den Schichten der Huͤllen hergestellt, oder der Zustand der Daͤmpfe in dem Dampfkessel beharrlich geworden ist. d) So wie aber die Grundstoffe der Daͤmpfe in gleichen aufeinanderfolgenden Zeittheilen, fuͤr die Completirung der Continuitaͤt in ihren Huͤllenschichten, ihrer Kraͤfte proportionele Quantitaͤten freier Feuertheile consummiren (b) um so mehrere derselben streben auch von ihren Huͤllen sich gleichzeitig loszureissen, und sich in dem Kessel strahlend zu verbreiten – es haͤufen sich daher die Feuertheile in dem Kessel immer mehr an, oder die freie auf den Thermometer wirkende Waͤrme wird immer intensiver; es steiget daher auch das Thermometer von dem Moment der Entstehung der Daͤmpfe an, mit der zunehmenden Intensitaͤt der freien Feuertheile in dem Kessel, bis er endlich seinen hoͤchsten Stand erreicht, in dem Moment, in welchem die Daͤmpfe ihren Beharrungs-Stand selbst antreten. In diesem Moment restituirt sich die Intensitaͤt der freien Waͤrme in dem Raume des Kessels aus der Menge der Feuer-Theile, die waͤhrend der Kessel der Flamme ausgesezt war, in ihm mehr aufsteigen, als von seinen Daͤmpfen consumirt wurden, und durch seinen Dekel in die Luft uͤbergegangen sind – es verbleiben Leztere auch noch in dem Kessel, wenn er in die Feuerquelle ganz eingesenkt ist; die deswegen auch seinen Dekel bedekt; – wobei also die Intensitaͤt der freien Feuer-Theile der Intensitaͤt der Flamme selbst gleich ist. e) Nach diesem uͤber die Dampfe in dem Dampfkessel aufgestellten stetischen Betrachtungen, findet daher einmal in einem Kessel dessen Dekel mit der Luft in Beruͤhrung ist, keine Verdichtung derselben in den Dampfraum statt, wie einige unserer Physiker behaupten wollenes bleiben – statt dessen noch immer die Daͤmpfe in ihrem urspruͤnglichen Volumen; nur fuͤllen sich die Raͤume, welche die in dem Moment der Entstehung der Daͤmpfe sich blaͤhende Schichten bei ihrer Trennung von den latenten uͤbrig gelassen haben, nach und nach mit Feuertheilen in so weit aus, daß jeder Grundstoff seine Huͤlle integrirt, oder eine Huͤlle um sich erhaͤlt, die in dem vorigen Durchmesser seiner dampfartigen Huͤlle in ihren Schichten continuirlich ist; und so durch die Totalitaͤt der Feuertheile ihrer activen Schichten gegen den Kessel druket. Auch ist ferner der Druk der Daͤmpfe, wie einige statuiren wollen nicht unbegraͤnzt – er findet statt dessen dorten seine Graͤnze, wo ihr Beharrungsstand eintritt, oder die Huͤllen sich ganz complettirt haben. Da ferner nach meiner Ansicht bei und nach der Entstehung der Dampfe die Feuertheile, oder die sogenannte Waͤrme gebunden wird, so entspricht dieselbe auch von dieser Seite der Erfahrung! Denn nach den von Dalton angestellten Versuchen, schmelzen Daͤmpfe von gegebener Temperatur mehr Eis als eine gleiche Quantitaͤt Wasser von der nemlichen Temperatur – die Roͤhre des Kuͤhlfaßes und der Helm bei der Destillation aus der Blase, werden von den tropfbar fluͤßig gewordenen Daͤmpfen viel heißer, als von einer gleichen Menge Wasser, die eben den Grad der Waͤrme hat – Daͤmpfe in einem Gefaͤß mechanisch zusammengedrukt, entbinden eine betraͤchtliche Waͤrme. Ueber dem allen entspricht diese Ansicht auch der von Hrn. Woolf mit Dampfmaschinen selbst angestellten Versuchen, und aus denselben gefolgerten Regeln, wie ich in der Folge zeigen werde. Koͤnnen naͤmlich die Daͤmpfe aus dem Kessel in ein Gefaͤß uͤbergehen, das immer in einer Temperatur erhalten wird, die der Temperatur ihres Beharrungsstandes in dem Kessel gleich ist, waͤhrend der Abgang derselben in dem Kessel sich stetig ersezet – so breiten oder blaͤhen sie sich in einem Raume aus, in welchem sie die verstaͤrkte Spannung verlieren, die sie von dem Moment ihrer Entstehung bis zum Antritt ihres Beharrungsstandes in dem Kessel erhalten. Erhielten z. E. die Daͤmpfe in gewisser Zeit eine Dichte wornach sie gegen das Ventil mit 10 Pfund mehr als bei ihrer Entstehung druken, und sie gehen nun in jenes Gefaͤß uͤber, so dehnen sie sich in einem Raum aus, der 10mal groͤßer als der Dampfraum des Kessels ist, bis sie jene Dichte wieder gewinnen, die sie urspruͤnglich oder bei ihrer Entstehung hatten, und wobei ihr Druk einer Queksilbersaͤule von 28'' gleich ist. II. Um nun diese Ansicht auch durch Versuche zu erwaͤhren, benuͤze ich die von Hrn. Professor Arzberger in Wien angestellte, in dem vortrefflichen Jahrbuch des polytechnischen Instituts allda Band I. beschriebene schaͤzbarste Versuche, die mit einer eigenen, mit einem Ventil versehenen Vorrichtung aufs sorgfaͤltigste angestellt und rezetirt wurden; und sich weiter als alle uͤbrige seither von andern angestellte Versuche solcher Art erstreken: da sie bis zu einer Temperatur von 179 Graden nach Reaumuͤrs 80theiliger Scala sich extendiren. Nach diesen Versuchen ergab sich nun der Druk oder die Spannung der Daͤmpfe bei verschiedenen Temperaturen nach Reaumuͤrscher 80theiliger Scala, in Pariser Zollen, wie folgt: Temperatur. Spannung. Temperatur. Spannung.     89 41,40 Zoll     129 165,37   965 55,18     151 303,11 107,5 82,73     178 578,59 a) Da mir nun alles zunaͤchst darauf ankam, den Hizgrad der Daͤmpfe fuͤr ihren Beharrungsstand in dieser Vorrichtung zu finden, so trug ich auf eine gerade Linie als Absisten nach dem verjuͤngten Maaßstabe die Barometer-Hoͤhen des Versuchs, und sezte auf dieselbe die ihnen zupassende Grade der Temperatur als Ordinaten, und fand so vorerst den groͤßten Hizgrad welchen die Daͤmpfe in dieser Vorrichtung erreichen moͤgen, folgendermaßen: Als ich naͤmlich auf die Endpuncte der Ordinaten die Curve selbst zog, zeigte sichs, daß von der Absiste von 28 Zollen und ihrer Ordinate zu 80 Graden, bis zur Absiste 82,73 und ihrer Ordinate 107,5 die Curve eine Logistik sey, die sich bei der leztern Ordinate in eine andere Logistik verliert, welche sich endlich in einen langen Ast, nahe zu mit der Absiste parallel verlaͤuft. Nach dieser Construction scheint daher mit dir Temperatur von 107 Graden die Verdampfung im Dampfraum sich zu enden; und leztere Curve mit den Coordinaten 107, 183 anzufangen. Fuͤr diese interpolirte ich nun die zwischen die Ordinaten 151, 178 mitten hineinfallende Ordinaten zu 167 Graden; verlaͤngerte die Ordinate 151 um (x) Zolle; und fand nun nach der bekannten logistischen Analogie x : x – 16 = x – 16 : x – 27; daß x = 51 Grade; wornach sich also ergibt, daß die Daͤmpfe in der Vorrichtung des Hrn. Professor Arzbergers hoͤchstens mit 151 + 51 oder mit 202 Grade sich erhizen; oder daß die Temperatur ihres Beharrungsstandes 202 Grade seyn muͤsse b) ist der groͤßte Hizgrad auf diese Art bestimmt, welchen die Daͤmpfe in dieser Vorrichtung erreichen moͤgen, so kam nun alles darauf an, auch den groͤßten Druk, oder die Barometerhoͤhe aufzusuchen, deren Druk dem Druk der Daͤmpfe unter sich und gegen den Kessel das Gleichgewicht haͤlt. Dieser Druk ergibt sich nun immer aus der Differenz einer logistischen Scala, nach welcher die Spannung der Daͤmpfe mit der Completirung ihrer Huͤllen zunehmen wuͤrde, wenn alle ihnen sich zulegende Schichten activ blieben, und einer aͤndern logistischen Scala nach welcher die latent werbenden Schichten fuͤr gleiche Zeittheile anwachsen. Da nun lezteres aus jenen Versuchen nicht abgenommen werden mag, so trug ich die im obigen Schematismus angegebene Temperatur auf eine gerade Linie als Absisten, und sezte die ihnen zukoͤmmliche Barometerhoͤhen, auf diese als Ordinaten senkrecht; wobei sichs zeigte, daß die Scala des stetischen Druks der Daͤmpfe, von einer logistischen sehr abweiche, welche sie seyn wuͤrde, wenn nicht gleichzeitig Schichten latent werden muͤßten. Um daher mich so nahe als moͤglich an die Resultate der Versuche selbsten zu halten, theilte ich die Absiste von der Temperatur 97 bis 178 in drei gleiche Theile jeden zu 27 Differenz, und sezte diese der 178 zu, um die Ordinate fuͤr 178 + 27 = 205 Graden zu erhalten. Dabei ergaben sich mir folgende Coordinaten: Absiste. Ordinate. Differenz.   97   56    – 124 136   80 151 303 167 178 578 275. aus welchen ich die Differenz der Ordinaten zwischen 178 und 208 Graden durch die Analogie 80 : 167 = 275 : 574 entnahm: so daß also die der Absiste 205 entsprechende Ordinate 578 + 574 = 1152 Pariser Zolle seyn wuͤrde; woraus sich ferner ergibt, daß die Daͤmpfe in dieser Vorrichtung in ihrem groͤßten Hizgrad von 202 Graden; hoͤchstens eine Queksilbersaͤule von 1088 Pariser Zollen tragen koͤnnten. c) Was ferner die von dem Englaͤnder Woolf mit Dampfmaschinen selbst angestellte Versuche anbelangt, so befinden sich dieselbe in dem Band 55. des vortrefflichen Journals des Hrn. Prof. Gilbert 1817 aufgenommen; und sind im wesentlichen folgende. Nach denselben ist naͤmlich der Druk der Daͤmpfe, wie bei 80 Graden auf einen englischen Quadratzoll des Kessels, beilaͤufig 15 Pfunde; oder dem Druk der Luft auf diese Flaͤche gleich. Als nun Hr. Woolf den Hebelarm in so weit beschwerte daß er das Ventil mit 15 Pfund wirklich aufdruͤkte, so mußten die Daͤmpft sich auf 97 Grade erhizen, bis ihr Druk auf das Ventil 15 + 15 oder 30 Pfund betrug, und es dehnten sich nun die Daͤmpfe nach ihren Uebergang in einen Cylinder von 97 Temperatur nach Reaumuͤr in einem Raume aus, der 15mal groͤßer als der Dampfraum im Kessel war, bis ihr Druk auf einen Quadratzoll wieder auf 15 Pfund zuruͤkkam. Ueberhaupt aber fand Hr. Woolf folgende Expansivkraͤfte der Feuertheile der Daͤmpfe. Temperatur. Spannung. Temperatur. Spannung.   87 15 +   5 Pfund     105 15 + 25   92      + 10     107         30   97      + 15     109         35 101      + 20     111         40 Wenn also nach Hr. Woolf das Ventil wirklich durch 5 oder auch durch (m) Pfunde niedergedruͤkt wurde, so war das Bestreben der Feuertheile der Daͤmpfe sich auszubreiten, auch 5mal oder uͤberhaupt (m) mal groͤßer, als es fuͤr die in ihrem urspruͤnglichen Zustand bei 80 Graden befindlichen Daͤmpfe ist. Diese Ausbreitung der Daͤmpfe ist daher nach (111) eine direkte Folgerung aus meiner uͤber die Dampfe und Dampfkessel aufgestellten Ansicht. Da bei dieser Vorrichtung eine Queksilbersaͤule von 578 Zollen einem Druk von 50 Wiener Pfunden gleich ist, so ist auch 94 Pfund mit 1088 gleichachtiges wuͤrden daher auch die Daͤmpfe bei einer Temperatur von 202 Graden, in einem 94mal groͤßern Raum sich ausbreiten, bis ihre Dichte ihrer urspruͤnglichen von 28 Zoll Druk wieder gleich wuͤrde. d) Werden die Daͤmpfe durch eine aͤußere Kraft in einem Gefaͤß von ihrer Temperatur zusammengedruͤkt, so schließen sich ihre aufgeblaͤhten Huͤllen-Schichten um so naher an ihre uͤbrige latente an, je starker sie gedruͤkt werden – es springen gleichzeitig die aͤußern Schichten ihrer Huͤllen bei starker Deformation unter großen Druk nach und nach auf, und zerstreuen ihre Feuertheile, so daß am Ende nur noch jene Schichten verbleiben die den latenten am naͤchsten, und eigentlich Wasser in seinem concreten Zustand bei hoher Temperatur sind. Verbreiten sich statt dessen die Dampfe in einem Gefaͤß, das gegen sie sehr kalt ist, so reißen sich die Feuertheile ihrer aufgeblaͤhten Huͤllenschichten von ihnen los und theilen sich dem Gefaͤß mit, das dadurch seine Temperatur erhoͤht, – es verlieren so die Daͤmpfe nach und nach jene Schichten, durch welche sie eigentlich in die Dampfgestalt kommen, und es verbleiben ihnen noch jene uͤbrig, die den latenten am naͤchsten sind und eigentlich concrete Wassertheile sind; sie verlieren bei sehr starker Erkaltung auch nach und nach von diesen latenten Schichten, und blaͤhen sich in denselben durch die Entkraͤftung ihrer Grundstoffe wenn sie zu Eis werden. Da nun alle die Phaͤnomene welche uns Daͤmpfe zeigen, sich nicht nur nach meiner uͤber dieselbe hier aufgestellten Ansicht erklaͤren lassen, sondern zunaͤchst aus derselben sich folgern; so scheint es mit der bei ihr zum Grunde liegenden Hypothese vorerst nicht ganz ohne zu seyn! Um daher dieselbe noch mehr zu erwaͤhren, werde ich in der Folge noch die fuͤr Technologie sehr wichtige Phaͤnomene der Zersezung, Einsaugung und Faͤllung, nach derselben auf stetische Geseze bringen, und außerdem dieselbe noch auf die Meterologie und den Galvanismus anwenden. Muͤnchen den 10. Dezember 1822.