LIV. Versuche und Beobachtungen uͤber einige Erscheinungen, die bei der ploͤzlichen Ausdehnung zusammengedruͤkter elastischer Fluͤssigkeiten Statt haben. Von Pet. Ewart, Esq. Auszuͤge aus zwei Abhandlungen, die vor der Literary and Philosophical Society of Manchester gelesen wurden: mitgetheilt vom Verfasser im Philos. Magaz and Journ. April 1829. S. 247. Mit Abbildungen auf Tab. VIII. Ewart, Versuche und Beobachtungen uͤber einige Erscheinungen, die bei Fluͤssigkeiten Statt haben. Ich hatte vor ungefaͤhr 7 Jahren Gelegenheit, einige Versuche an einer Dampfmaschine mit hohem Druke von der Kraft von 9 Pferden zu machen, in deren Kessel der Druk des Dampfes (mit Einschlusse der Atmosphaͤre) sechzig Pfund auf den □ Zoll betrug, so daß folglich die Temperatur innerhalb desselben ungefaͤhr 290° F. gewesen seyn mußte. Ich brachte die Kugel eines Thermometers dicht an der Oeffnung der Sicherheits-Klappe an, waͤhrend der Dampf aus derselben in großer Menge ausfuhr: das Queksilber stand bestaͤndig auf 160° F. Waͤhrend die Maschine im Gange war, und der Dampf, nachdem er durch den Cylinder lief, durch eine senkrechte Roͤhre von 5 Fuß Hoͤhe und 4 Zoll Durchmesser, in die Atmosphaͤre ausstroͤmte, brachte ich das Thermometer in den Dampf, der oben bei dieser Roͤhre ausfuhr, und fand das Queksilber auf 212° F. Da nun die Temperatur des an der Sicherheit-Klappe ausfahrenden Dampfes dicht am Kessel 160°, und in einer Entfernung von 5 Fuß von demselben 212° war, so richtete ich einen Apparat (Fig. 32.) vor, um zu sehen, ob, unter gewissen Umstaͤnden, die Temperatur des Dampfes zunimmt, nachdem derselbe aus dem Kessel ausfuhr. Ich wendete denselben an dem Dampfkessel mit hohem Druke zu Bromley bei London bei Hrn. Philipp Taylor an. A ist eine eiserne Roͤhre von 3/4 Zoll im Lichten, steht mit dem Kessel in Verbindung, und endet sich in einen Sperrhahn B, dessen Oeffnung gleich groß mit der Roͤhre war. An diesen Hahn wurde das Ende einer kupfernen Roͤhre C angeschraubt, die 16 Zoll lang war, und 2 Zoll im Durchmesser hatte: die Verbindung mit dem Hahne war dampfdicht. An dieser Roͤhre war ein Thermometer D so angebracht, daß die Kugel desselben dem Mittelpunkte der Oeffnung des Hahnes B gerade gegenuͤber stand, und nur 1 1/2 Zoll davon entfernt war. Die Oeffnung, durch welche das Thermometer in diese kupferne Roͤhre eingesenkt war, war dampfdicht geschlossen. Ein anderes Thermometer E war auf dieselbe Weise an dem anderen Ende derselben kupfernen Roͤhre angebracht, welches Ende gegen die Atmosphaͤre zu ganz offen war. Als nun der Druk im Kessel mit Einschlusse des Drukes der Atmosphaͤre 58 Pfund auf den □ Zoll betrug (die Temperatur im Kessel also ungefaͤhr 285° F. war) und der Hahn B vollkommen geoͤffnet wurde, stand das Queksilber im Thermometer D auf 212° F., und im Thermometer E auf 232°; also am Ende der kupfernen Roͤhre um 20° hoͤher. Ich nahm die kupferne Roͤhre weg, und brachte eine andere solche Roͤhre, wie in Fig. 33. an: leztere hatte denselben Durchmesser, aber 9 Zoll in der Laͤnge, und wurde an denselben Hahn B angeschraubt. Das Thermometer D war auf dieselbe Weise angebracht, wie in der vorigen Roͤhre; das Ende dieser Roͤhre E war aber mittelst einer flachen Platte geschlossen, in deren Mitte sich ein Loch von 1/12 Zoll im Durchmesser befand. Ich oͤffnete den Hahn bei demselben Druke des Dampfes, wie in dem vorigen Versuche, und das Queksilber stand im Thermometer D auf 292°, waͤhrend ein anderes Thermometer mit einer kleinen Kugel, an das Loch bei E hingehalten, aus welchem der Dampf ausfuhr, nur 185° zeigte. Eine an beiden Enden offene Glasroͤhre F, die an ihrem oberen Ende in eine feine Spize ausgezogen war, wurde so gestellt, daß ihr oberes Ende in Beruͤhrung mit dem bei E ausfahrenden Dampfe war, waͤhrend das untere Ende derselben in ein Gefaͤß mit Queksilber eingesenkt stand. Waͤhrend das Thermometer D auf 292° stand (wie vorher), stieg das Queksilber in dieser Roͤhre F 12 Zoll hoch. Das Queksilber stand am hoͤchsten in dieser Roͤhre, wann sie der Oeffnung E am naͤchsten war. Im August 1825 hatte ich Gelegenheit in dem Gußwerke der HHrn. Fairburn und Lillie's zu Manchester einige Versuche uͤber die ploͤzliche Ausdehnung der atmosphaͤrischen Luft anzustellen. Einer derselben war folgender. A (in Fig. 34.) ist der Querdurchschnitt einer cylindrischen horizontalen Roͤhre von 7 Zoll im Durchmesser, durch welche Luft aus einem Geblaͤse zu einem Ofen geleitet wird. B ist ein umgekehrter glaͤserner Heber, der in der Seite der Roͤhre A eingefuͤgt ist. An der entgegengesezten Seite wurde ein Loch von 4/10 Zoll im Durchmesser in dieser Roͤhre angebracht, und eine kegelfoͤrmige Roͤhre aus verzinntem Eisenbleche CD in dieselbe eingefuͤgt. Diese Roͤhre war 5,4 Zoll lang, in ihrem inneren Durchmesser bei C 0,4 Zoll weit, und in dem aͤußeren bei D, wo sie sich in die Atmosphaͤre oͤffnete, 1,05 Zoll. An der unteren Seite dieser kegelfoͤrmigen Roͤhre waren zwei senkrechte Glasroͤhren E und F angebracht, deren obere Ende sich in die Roͤhre CD oͤffneten, waͤhrend die unteren in ein Gefaͤß mit Queksilber eingesenkt waren. Der Mittelpunkt der Roͤhre E war 0,5 Zoll von der inneren Seite der Roͤhre A entfernt, und der Mittelpunkt von F 2,2 Zoll. Man goß etwas Queksilber in den umgekehrten Heber und das Geblaͤse wurde in Thaͤtigkeit gesezt. Die Luft fuhr durch A mit einer Schnelligkeit von fuͤnf und vierzig Fuß in Einer Secunde. Das Queksilber stand in dem aͤußeren Schenkel des Hebers um 1,8 Zoll hoͤher als in dem inneren, waͤhrend das Queksilber in der Roͤhre E um 2,7 Zoll stieg, und nur um 0,4 in der Roͤhre F; also eine große Verminderung in dem Druke der Luft bei E, waͤhrend der Druk derselben auf dem Wege von E nach F sehr zunahm. Als der Druk in dem Inneren von A verstaͤrkt wurde, stieg das Queksilber beinahe in demselben Verhaͤltnisse in E und F. In den Annales de Chemie Sept. 1827 findet sich die Erzaͤhlung einer Erscheinung, welche Hr. Griffith zu Fourchambaut beobachtete, und welche folgende ist: wenn stark zusammengedruͤkte Luft aus einem Behaͤlter durch eine Oeffnung in einer ebenen Flaͤche ausfaͤhrt, und eine Metallplatte oder Scheibe gegen diesen Luftstrom gehalten wird, so wird diese Platte gegen diese Oeffnung angezogen, statt daß sie von derselben weggestoßen wurdeDieses Phaͤnomen wurde schon fruͤher im Oktober 1824 von Hrn. Roberts, einem Mitglieds der Philosophical Society of Manchester beobachtet. A. d. O. Es wurde zeither viel uͤber diesen Gegenstand geschrieben. Vergl. Polyt. Journ. Bd. XXIII. S. 139. A. d. U.. In demselben Hefte der Annales de Chemie findet sich auch eine Nachricht uͤber verschiedene Versuche uͤber den Austritt des zusammengedruͤkten Dampfes. Da einige Resultate derselben mit den in Fig. 33 und 34. dargestellten uͤbereinstimmen, andere hingegen von denselben abweichen, so verfertigte ich mir folgenden Apparat, um die Wirkung der Ausdehnung der zusammengedruͤkten Luft unter aͤhnlichen Umstaͤnden noch deutlicher beobachten zu koͤnnen. A (in Fig. 35.) ist ein Laͤngendurchschnitt einer senkrechten Roͤhre von 4 Zoll im inneren Durchmesser, welche mit einem Behaͤlter, in welchem sich zusammengedruͤkte atmosphaͤrische Luft befindet, in Verbindung steht. BC ist ein Querdurchschnitt eines flachen kreisfoͤrmigen Holzstuͤkes, von 11,8 Zoll im Durchmesser, mit einer kreisfoͤrmigen Oeffnung von 4 Zoll im Durchmesser im Mittelpunkte desselben, welches so auf dem oberen Ende von A angebracht ist, daß diese Oeffnung mit dem inneren Rande von A zusammen trifft. DE ist der Durchschnitt eines anderen flachen kreisfoͤrmigen Holzstuͤkes, von gleichem Durchmesser mit BC, und unmittelbar uͤber demselben so befestigt, daß es mittelst Schrauben gleichfoͤrmig auf BC niedergedruͤkt, und von demselben weg in die Hoͤhe gezogen werden kann. F ist ein umgekehrter glaͤserner Heber im Mittelpunkte von DE eingefuͤgt; G ist ein aͤhnlicher glaͤserner Heber, gleichfalls in DE eingefuͤgt; aber 1,5 Zoll weit von F entfernt. HI und K sind drei kleine, an beiden Enden offene Roͤhren, die in BC eingefuͤgt sind, und mit ihren unteren Enden in ein mit gefaͤrbtem Wasser gefuͤlltes Gefaͤß L tauchen. Der Mittelpunkt der Roͤhre H war in einer Entfernung von 0,9 Zoll, der Mittelpunkt von I 2,1 Zoll, und von K 3,4 Zoll weit von der inneren Seite von A angebracht. Der Raum zwischen BC und DE wurde auf 0,2 Zoll gestellt, und einiges Queksilber in die umgekehrten Heber gegossen, worauf der Druk-Apparat in Gang gebracht wurde. Die Heber G und M zeigten einen inneren Druk von 1,25 Zoll, und der Heber F 1,3 Zoll Queksilber. Das gefaͤrbte Wasser stieg in H 9 Zoll, in I 2 Zoll, in K 0,5 Zoll. Nachdem der Druk in A verstaͤrkt wurde, stieg das gefaͤrbte Wasser, beinahe in demselben Verhaͤltnisse in HI und K, und der Druk abwaͤrts auf DE war immer groͤßer, als der Druk von A aufwaͤrts. Da diese Resultate noch immer von einigen Resultaten in den Annales de Chemie abweichen, so bat ich Hrn. Dalton bei einer Wiederholung der Versuche in Fig. 35. gegenwaͤrtig zu seyn. Die Versuche wurden im November 1828 wiederholt, und Hr. Dalton fand obige Angabe genau und richtig. Man hat die Erscheinungen, die hier beschrieben wurden, auf verschiedene Weise zu erklaͤren versucht. Man hat angenommen, daß das Queksilber in Fig. 33 und 34. und das gefaͤrbte Wasser in Fig. 35. nicht durch Verduͤnnung der Fluͤssigkeit, die mit den oberen Enden der Roͤhren in Beruͤhrung steht, aufsteigt, sondern daß die Theilchen der Fluͤssigkeit in diesen Roͤhren (moͤgen sie nun Luft-, Wasser- oder Queksilber-Theilchen seyn) durch eine Art von Seiten-Wirkung der ausstroͤmenden Fluͤssigkeit aufgezogen oder aufgesogen werden. Wenn aber irgend eine solche Art von Wirkung Statt haͤtte, so muͤßte sie sich auch an dem umgekehrten Heber (Fig. 34.) gezeigt haben, und dann wuͤrde das Queksilber in dem naͤher an der Roͤhre A befindlichen Schenkel (in welcher Roͤhre A die Luft sich mit einer Geschwindigkeit von 45 Fuß in einer Secunde bewegte) aufgestiegen seyn, statt daß sie niedergedruͤkt wurde. Ich wendete einen umgekehrten Heber an dem Luftbehaͤlter eines aͤhnlichen Geblaͤses an, in welchem der innere Druk – 33,5 Zoll Queksilber (mit Einschlusse der Atmosphaͤre) war, waͤhrend ein anderer Heber an der Leitungs-Roͤhre angebracht war, wie in Fig. 34. und zwar in der Entfernung von 12 Fuß von dem Behaͤlter. Die Luft ging durch die Roͤhre mit einer Geschwindigkeit von 48 Fuß in Einer Secunde, und der innere Druk war nur um 1/2 68 geringer in der Leitungs-Roͤhre, als in dem Behaͤlter. Man hat die geringere Temperatur eines Dampfes von hohem Druke an der Stelle, wo er ausfaͤhrt, erklaͤrt, ohne auf die Verduͤnnung des Dampfes an dieser Stelle Ruͤksicht zu nehmen. Einige behaupteten, daß der Dampf an dieser Stelle mit einer so großen Geschwindigkeit ausfaͤhrt, daß er nicht Zeit hat, seinen Waͤrmestoff fahren zu lassen; daß, wenn nicht ein Theil des Dampfes zu Wasser verdichtet wird, wenig oder gar kein Waͤrmestoff desselben frei wird; man hat gesagt, daß wenn man die Hand gegen solchen Dampf haͤlt, dieselbe troken bleibt. Andere haben gesagt, daß der Dampfstrom einen Strom von Luft mit sich fuͤhrt, der gewisser Maßen an den Seiten desselben angezogen wird, und daß dadurch die Temperatur vermindert und die Kugel am Thermometer abgekuͤhlt wird. Meine Hand wurde indessen immer feucht, wenn ich sie gegen den Dampf hielt, und bei den meisten von mir angestellten Versuchen war die Kugel des Thermometers mit Dampf umgeben, so daß man nicht annehmen kann, daß irgend eine aͤußere an dem Dampfe anhaͤngende Luft auf dieselbe wirken konnte. Daß die Temperatur eines Dampfes von hohem Druke, wenn er frei gelassen wird, auf die Temperatur eines Dampfes vom Druke der Atmosphaͤre herabsinkt, ließ sich wohl erwarten. Wie aber diese Temperatur um so viel unter 212° fallen kann, dieß verdient eine Erklaͤrung. Man muß auf drei verschiedene Umstaͤnde bei den vorausgegangenen Versuchen Ruͤksicht nehmen, indem sie besondere Aufmerksamkeit verdienen. 1) Der verminderte Druk hat im hoͤchsten Grade seiner Verminderung in der Naͤhe desjenigen Punktes Statt, wo die Luft oder der Dampf vom Druke frei wird. (Siehe Fig. 33, 34 und 35.) 2) Nachdem die Luft sich ploͤzlich ausdehnte, bekommt sie schnell wieder einen großen Theil ihrer vorigen Dichtigkeit. (Siehe Fig. 34 und 35.) 3) Ein Theil der elastischen Fluͤssigkeit von gegebener Dichtigkeit wird durch einen anderen Theil derselben Fluͤssigkeit verdraͤngt, der von weit geringerer Dichtigkeit ist, als die verdraͤngte Fluͤssigkeit. (Siehe Fig. 34 und 35.) Ich habe im Oktober 1822 einen Aufsaz vor dieser Society vorgelesen, in welchem ich uͤber einige diesen Gegenstand betreffende Versuche Nachricht gab, und eine Erklaͤrung der Resultate derselben nach mechanischen Grundsaͤzen versuchte. Ich habe diese Erklaͤrung damals nicht als genuͤgend gegeben, und gebe sie auch dieß Mal nicht dafuͤr aus. Indessen lassen alle Versuche, die ich zeither hieruͤber anstellte, sich, wie es mir scheint, auf diese Weise erklaͤren, und ich hatte das Vergnuͤgen zu sehen, daß mehrere gute Experimentatoren diese Erklaͤrung angenommen haben. Ich erlaube mir nun dieselbe, so wie sie ist, wieder nach Verlauf von 6 Jahren der Society vorzulegen. Man seze A und B (Fig. 36.) seyen zwei gleiche bleierne Kugeln, die an den beiden gegenuͤberstehenden Enden einer elastischen Feder angebracht sind. Man seze, diese Feder befinde sich in der Lage A und B im neutralen Zustande, d.h., sie habe weder eine Neigung sich auszudehnen, noch sich zusammenzuziehen. Man seze ferner, diese Kugeln werden in die Lage C und D zusammengedruͤkt, und dann ploͤzlich losgelassen, so werden sie, durch die vereinigte Wirkung der Elasticitaͤt und des Momentes, schnell wieder aus einander fahren, und zwar nicht bloß so weit, wie sie in der Lage A und B von einander waren, sondern sie werden bis nach E und F sich von einander entfernen, weit uͤber jenen urspruͤnglichen Stand hinaus, in welchem sie zusammengedruͤkt wurden. Nachdem sie aber bis E und F sich von einander entfernten, werden sie sich wieder einander naͤhern, und so einige Zeit uͤber hin und her schwanken. Wenn nun elastische Fluͤssigkeiten, wie Luft und Dampf, aus einzelnen Theilchen bestehen, so wissen wir, daß diese Theilchen durch eine elastische Kraft von einander entfernt gehalten werden; durch eine Kraft, die eben so wirkt, wie die Stahlfeder zwischen den beiden Kugeln, und wir koͤnnen nicht zweifeln, daß solche Theilchen ihr Moment eben so gut besizen, wie uͤberhaupt alle waͤgbare Koͤrper. Ich finde nun keinen Grund, warum das schnelle Auseinanderfahren derselben und das schnelle Naͤhern gegen einander nicht aus derselben Ursache geschehen sollte, wie bei obigen bleiernen Kugeln. Wenn wir uns daher A und B als zwei Theilchen der Atmosphaͤre denken, die sich in derselben Entfernung befinden, in welcher sie in der atmosphaͤrischen Luft vorkommen, und wir denken uns diese Theilchen in die Lage C und D zusammengedruͤkt, und hierauf ploͤzlich von allem Druke befreit, so werden sie in die Entfernung von E und F aus einander fahren, und alle Wirkungen der korrespondirenden Verduͤnnung oder Erweiterung hervorbringen. Es mag wahr seyn, daß sie sich nicht so weit, als E und F von einander entfernen, weil sie durch andere Theilchen in der Atmosphaͤre daran gehindert werden; indessen laͤßt sich doch vernuͤnftiger Weise annehmen, daß sie sich uͤber A und B hinaus von einander entfernen werden. Nachdem sie in die moͤglich weiteste Entfernung von einander gekommen sind, werden sie sich einander wieder naͤhern, aber nicht durch die Ruͤkwirkung der elastischen Kraft, wie jene bleiernen Kugeln, sondern durch eine aͤhnliche Wirkung der elastischen Kraft der Theilchen der Luft, in welche sie hinausgeworfen werden. Wenn man obige Erscheinungen nach diesen Grundsaͤzen betrachtet, als bloße vereinigte mechanische Wirkung der Elasticitaͤt und des Momentes, so wird der niedere Druk eines mit hohem Druke zusammengedruͤkten Dampfes, an der Stelle, wo er frei wird, nur dasjenige werden, was er in Folge der mechanischen Erweiterung werden kann, naͤmlich die Folge der vorausgegangenen Zusammendruͤkung. Man wird folglich finden, daß, je mehr der Dampf zusammengedruͤkt wurde, derselbe, wenn er ploͤzlich frei wird, desto mehr verduͤnnt und abgekuͤhlt werden wird.