v:v0=p0:p1;v=v0·p0p1.
v:v0=p0:p1;v=v0·p0p1.
Erwärmt man dieses Volumenvvon 0° auft1°, wobei man dafür sorgt, daß der jetzige Druckp1unverändert bleibt, und das Gas sich ungehindert ausdehnen kann, so wird das Volumen (1 +k t1) mal größer nach demGay Lussac’schen Gesetz; demnach ist sein neues Volumen
v1=v0p0p1(1 +k t1), oderv0p0=v1p11 +k t1.
v1=v0p0p1(1 +k t1), oderv0p0=v1p11 +k t1.
Bringt man dasselbe Gas vom Volumenv0und dem Druckp0auf den Druckp2und die Temperaturt2, so ist ebenso
v0p0=v2p2(1 +k t2)daher ist durch Vergleichung:v1p11 +k t1=v2p21 +k t2
v0p0=v2p2(1 +k t2)daher ist durch Vergleichung:v1p11 +k t1=v2p21 +k t2
Diese Formel enthält dasvereinigte Mariotte-Gay-Lussac’sche Gesetz; sie zeigt, daß dasVolumeneines Gases bloß vom Druck und von der Temperatur abhängig ist, ebenso, daß derDruckeines Gases (durchv1,p1,t1bestimmt) nur vom Volumen (v2) und derTemperatur (t2) abhängt, ebenso daß dieTemperatureines Gases (durchv1,p1,t1bestimmt) nur vom Volumen (v2) und dem Druck (p2) abhängt, d. h. daß man dem Gas (v1,p1,t1) eine ganz bestimmte Temperaturt2geben muß, wenn es bei vorgeschriebenem Volumen (v2) einen vorgeschriebenen Druck (p2) ausüben soll.
Die Formel zeigt allgemein, wie ein Element des neuen Zustandes (v2oderp2odert2) aus den Elementen des früheren Zustandes (v1p1t1) und zwei gegebenen Elementen des neuen Zustandes berechnet werden kann.
Diese Formel enthält sowohl das Mariotte’sche Gesetz als auch die beiden Arten des Gay-Lussac’schen Gesetzes als Spezialfälle in sich.
Es muß bemerkt werden, daß es für den zweiten Zustand (v2p2t2) gleichgültig ist, in welcher Reihenfolge die Elemente des ersten Zustandes (v1p1t1) in den zweiten übergeführt worden sind, ob sie gleichzeitig oder nacheinander geändert wurden, oder ob sogar Umwege gemacht wurden.
Auf der Ausdehnung der Luft beruht dasLuftthermometer, wie es vor Erfindung der Weingeistthermometer benützt wurde. Zuerst von Drebbel erfunden, stellte sich Guericke ein Luftthermometer her, bestehend aus einer kupfernen mit Luft gefüllten Kugel, an die sich unten eineU-Röhre anschloß, mit Wasser gefüllt; bei Erwärmung der Luft schob sie das Wasser nach abwärts, so daß es im anderen Schenkel stieg. Die heutigen Luftthermometer sind ähnlich eingerichtete Apparate von hoher Vollkommenheit, und dienen dazu, die Angabe der Quecksilberthermometer zu kontrollieren.
63.Was wiegen 7cbmLuft von 23°R?
64.Welches Volumen nehmen 250lLuft von 40° bei 0° ein?
65.Um wie viel dehnen sich 40cbmLuft aus, wenn sie von 0° auf 180° erwärmt werden?
66.Welches Volumen bekommenvcbmLuft, wenn man sie vont1° auft2° erwärmt?
67.Welches Volumen haben 6kgLeuchtgas (sp. G.= 0,894) bei 18°?
68.Was wiegen 25lLuft von 30° und 720mmDruck?
69.Was wiegt 1cbmLeuchtgas bei 12° und 71cmBarometerstand?
70.Welches Volumen hat 1 Ztr. Kohlensäure bei -10° und 11⁄4Atm. Druck?
71.Welches Volumen nimmt 1cbmLuft von 26° und 754mmDruck ein (Italien), wenn er auf -5° und 485mmDruck (Alpen) kommt?
72.Welche Expansivkraft bekommen 80lLuft von 10° und 73cmDruck, wenn man sie auf 30lvon 100° bringt?
73.In einer Flasche von 33⁄4lInhalt, welche Kohlensäure von 20° und 71cmDruck enthält, werden noch 15lebensolches Gas hineingepreßt. Welcher Druck besteht schließlich in der Flasche, wenn man sie auf 0° abkühlt? Wie vielgKohlensäure sind nun darin und welches ist in diesem Zustand ihr sp. G.?
74.2,6lGas wiegen bei 17° und 744mmBarometerstand 4,785g; wie groß ist dessen sp. G. bei 0° und 760mm?
75.Welches Volumen nehmenv1lLuft vonp1Druck undt1Temperatur an, wenn man sie auf 1 Druck und 0° Temperatur bringt?
76.Welchen Druck nehmenv1lLuft vonp1Druck undt1Temperatur an, wenn man sie auf 1lvon 0° Temperatur bringt? Was ergibt sich aus dem Vergleich von 75 und 76?
Wenn man einen Körper an einer Stelle erwärmt, so verbreitet sich die Wärme von dieser Stelle aus nach den kälteren Teilen; diesen Vorgang nennt manWärmeleitung. Ein Körper ist einguterWärmeleiter, wenn er große Mengen Wärme in kurzer Zeit von einer Stelle zu einer entfernten leitet, oder einschlechterWärmeleiter, wenn er nur wenig Wärme und langsam leitet. Man unterscheidet auch nochHalbleiter, die in ihrem Leitungsvermögen zwischen den guten und schlechten Leitern stehen.
Gute Wärmeleiter sind nur dieMetalle; jedoch ist ihre Leitungsfähigkeit sehr verschieden. Bezeichnet man die Leitungsfähigkeit von Silber willkürlich mit 100, so hat Kupfer 74, Gold 53, Messing 23, Zink 19, Zinn 14, Eisen 12, Blei 8, Platin 8, Wismut 2. Von den billigeren Metallen leitet besonders Kupfer die Wärme sehr gut, 6 mal so gut als Eisen, weshalb es gern zu Kochgefäßen, Kesseln, Braupfannen und Wasserheizungsröhren verwendet wird.
Unter dieHalbleiterrechnet man die Steine, Glas, Porzellan, Ton. Sie leiten die Wärme viel schlechter als die Metalle, so erwärmt sich ein irdener Ofen viel langsamer als ein eiserner; gibt aber auch seine Wärme viel langsamer an die Luft ab, erwärmt demnach gleichmäßiger und noch lange Zeit, nachdem das Feuer ausgegangen ist. Sehr große irdene Öfen (Kachelöfen, Porzellanöfen) heizen gut; denn die große Masse Ton, aus der sie bestehen, nimmt sehr viel Wärme auf und gibt sie dann langsam an das Zimmer ab.
Zu denschlechtenLeitern gehören zunächst Wasser und Luft.
Man erkennt dies, wenn man Wasseroben erwärmt, so daß die erwärmten und deshalb leichten Wasserteilchen oben bleiben und nicht in Zirkulation kommen, so daß nur durch Leitung sich die Wärme nach abwärts fortpflanzen kann.
Zu den schlechten Wärmeleitern gehören dann noch Kautschuk, Schwefel, Bein, Horn u. s. w.; dann eine große Anzahllockerer Körper, wie Sägspäne, Stroh, Laubwerk, Asche, Wolle, Tuch, Haare, Pelz, Federn, Schnee, Asbest, Glaswolle und ähnliche. Diese leiten die Wärme schlecht, weil schon ihre Masse schlecht leitet, dann weil zwischen ihren fein zerteilten Teilen eine große Menge Luft vorhanden ist, die ja die Wärme an sich schlecht leitet, und noch dazu in so engen Räumen enthalten ist, daß sie nicht zirkulieren, also auch so die Wärme nicht fortpflanzen kann.
Will man einen kalten Körper gegen das Eindringen der Wärme, oder einen warmen Körper gegen das Ausströmen seiner Wärme, also gegen Abkühlung schützen, so umgibt man ihn mit einer Schichte lockerer Körper,Isolatoren(isolieren = allein stellen, außer Verbindung mit der Umgebung setzen). Beispiele: man schützt Mistbeete gegen Frost durch leichte Strohmatten; Strohdächer halten im Sommer kühl, im Winter warm. Eis verpackt man in Kisten mit doppelten Wänden, wobei der Zwischenraum durch Sägspäne ausgefüllt ist. Feuerfeste Geldschränke haben doppelte Wände, deren Zwischenraum durch Holzasche angefüllt ist.
Die Tiere sind durch Pelz oder Federn hinreichend gegen Kälte geschützt, wir schützen uns durch die Kleider, bei denen es weniger auf die Schwere als auf die Feinheit des Stoffes ankommt; auch bei Federn kommt es nicht auf das Gewicht, sondern darauf an, daß sie leicht und locker (flaumig) sind, und so eine dicke Luftschicht bilden.
Dampfkessel umhüllt man zum Schutz gegen Abkühlung mit Mauerwerk aus besonders porösen Steinen (Korksteine) oder mit Filz, Asbest, Glaswolle u. s. w., ebenso Dampfröhren.
Die Temperatur eines Körpers mißt man mittels des Thermometers. Damit könnte man auch dieWärmemengemessen, die in einem warmen Körper enthalten ist, wenn alle Körper zu ihrer Erwärmung gleich viel Wärme brauchen würden. Dies ist jedoch nicht der Fall. Man muß sich also an einen bestimmten Stoff halten und definiert:
Die Einheit der Wärmemenge oder eine Kalorie ist diejenige Wärmemenge, welche 1kgWasser braucht, damit es um 1°Cwärmer wird.Um also etwa 6kgWasser um 5°Czu erwärmen, braucht man 30 Kalorien. Einekleine Kalorie= 0,001Cal.ist die Wärmemenge, welche 1gWasser aufnimmt, wenn es um 1°Cwärmer wird.
Verbrennungswärme ist die Anzahl Kalorien, welche 1kgeines Stoffes beim Verbrennen liefert.
DieHeizkraftder Brennmaterialien ist demnach sehr verschieden; jedoch liefert jeder Brennstoff stets gleich viel Kalorien, gleichgültig, ob man ihn rasch oder langsam verbrennt, wenn nur die Verbrennung jedesmal eine vollständige ist. Es kommen auch andere Vorgänge vor, die man als Verbrennungen bezeichnen muß, obwohl der dabei auftretende Temperaturgrad ein niedriger bleibt, also keineswegs die gewöhnliche Verbrennungstemperatur erreicht. Z. B. beimAtmenverbinden sich die in unser Blut übergegangenen Speisestoffe mit dem Sauerstoffe der Luft wie bei der Verbrennung; dabei entwickelt sich der Menge nach ebensoviel Wärme,ebensoviel Kalorien, wie wenn der Stoff direkt in der Luft verbrennt. Diese Wärme ersetzt die Abgänge unserer Körperwärme.
Bei unseren Feuerungsanlagen geht die größte Menge der erzeugten Wärme unbenützt verloren.
Unsere mächtigste Wärmequelle, dieSonne, liefert uns soviel Wärme, daß ein an der oberen Grenze der Atmosphäre befindliches senkrecht beschienenes Quadratzentimeter in jeder Minute 4 kleine Kalorien (= 0,004 Kal.) erhält (Solarkonstante).
Eine weitere Wärmequelle ist dieReibung. Bei jeder Reibung entsteht Wärme, weshalb sich Säge und Bohrer erwärmt, eine schlecht geschmierte Achse wohl auch zum Glühen erhitzt.
Da bei Überwindung der Reibung einerseits Arbeit aufgewendet werden muß, andererseits Wärme erzeugt wird, so sagt man, die aufgewandte Arbeit hat sich in Wärme verwandelt; man fand, daß durch Aufwand von 425kgmArbeit 1 Kalorie erzeugt wird, und nennt deshalb diese Arbeitsgröße dasmechanische Äquivalent der Wärme.
Auch durchStoßwird Wärme erzeugt, insofern durch den Stoß eine Bewegung verschwindet, also die zur Bewegung desstoßenden Körpers aufgewandte Arbeit verschwindet. Durch Hammerschläge kann Blei erhitzt, ein eiserner Nagel sogar zum Glühen gebracht werden.
77.Wieviel trockenes Holz müßte genügen, um 3hlWasser von 8° auf 100° zu erwärmen, wenn nur 20% Wärme verloren gingen?
78.Wenn zur Erwärmung von 60lWasser von 12° auf 80° 5℔Steinkohlen verbraucht wurden, wieviel % Wärme wurden nutzbar gemacht?
Wärmekapazität oder spezifische Wärme ist die Menge Wärme, welche 1kgeines Stoffes braucht, wenn es um einen Grad erwärmt wird.Man kann sie bestimmen durch dieMischungsmethode. Mischt man etwa 3kgWasser von 12° mit 5kgEisen von 100°, wobei das Eisen fein zerteilt ist, rührt rasch um und findet die Temperatur des Gemisches etwa = 25°, so hat das Wasser um 13° zugenommen, das Eisen um 75° abgenommen; beide Wärmemengen müssen einander gleich sein; also, wennxdie Kapazität des Eisens ist, so ist: 13 · 3 = 75 ·x· 5; hierausx=13 · 375 · 5= 0,104, d. h. 1kgEisen braucht zu seiner Erwärmung 0,104 Kalorien. Die Wärmekapazität des Eisens = 0,1138.
Die Metalle haben eine sehr kleine Wärmekapazität, Wasser hat eine viel größere, Wasserstoffgas hat weitaus die größte. Wegen der großen Wärmekapazität erwärmt sich Wasser nur langsam; insbesondere große Wassermassen, wie Flüsse, Seen, das Meer erwärmen sich untertags nur wenig, kühlen sich auch nachts nur wenig ab.
Tabelle der Wärmekapazität.
79.Wie viel Wärme ist erforderlich, um 80cbmLuft von 0° auf 20° zu erwärmen?
79a.Wenn man 3lWasser von 40° mit 4lAlkohol von 15° mischt, welche Temperatur stellt sich ein?
79b.In 11⁄2lWasser von 10° werden 5℔Bleischrot von 200° geschüttet. Welche Mitteltemperatur entsteht?
79c.Um wieviel erwärmt sich 1lQuecksilber, wenn man es mit 1lWasser von 100° schüttelt?
Wenn man einen festen Körper, wie Eis, Blei, Schwefel u. s. w. stark genug erwärmt, so schmilzt er, d. h. er verwandelt sich in einen flüssigen Körper, und diese Veränderung des Aggregatszustandes ist eine der wichtigsten Wirkungen der Wärme.
Das Schmelzen fester Körper findet stets bei einer bestimmten Temperatur statt, Schmelztemperatur oder Schmelzpunkt.In folgender Tabelle findet man die Schmelzpunkte einiger Körper.
Bei manchen Körpern liegt der Schmelzpunkt so hoch, daß man ihn durch unsere gewöhnlichen Heizmethoden gar nicht erreichen kann. Solche Körper heißenfeuerfeste Körper, wiereiner Ton, aus dem deshalb die Schmelzöfen, Hochöfen, Herdfütterungen, Tiegel zum Schmelzen des Glases und der Metalle (Hessische Tiegel) hergestellt werden. AuchKohleist unschmelzbar, und ausGraphitstellt man Schmelztiegel für Metalle (Passauer-Tiegel) her. Man hat Grund anzunehmen, daß auch die scheinbar unschmelzbaren Körper bei genügend hoher Temperatur schmelzen oder sich zersetzen, und man hat jetzt schon Mittel, um Tonerde in größeren Mengen zu schmelzen.
Wird die Temperatur eines geschmolzenen Körpers wieder bis unter die Schmelztemperatur erniedrigt, so wird er wiederfest, ererstarrt oder gefriert.Dabei ist die Erstarrunsgstemperatur gleich der Schmelztemperatur.
Die Schmelztemperatur eines Metalles wird niedriger, wenn ihm leichter schmelzbare Metalle beigemischt sind. Eine Legierung von Silber oder Gold mit Kupfer schmilzt bei niedrigerer Temperatur als reines Silber oder Gold; Messing schmilzt früher als Kupfer, weil Messing aus Kupfer und Zink gemischt ist.Bei manchen Metallegierungen ist die Schmelztemperatur der Mischung sogar niedriger als die des leichtflüssigsten. Das Lot oder Weichlot der Klempner, 2 Teile Blei und 3 Teile Zinn schmilzt schon bei 169°. Nochleichtflüssigeres Lotbenützen die Uhrmacher und Goldarbeiter; es besteht aus 5 Teilen Wismut, 3 Teilen Zinn, 5 Teilen Blei und schmilzt bei 100°. Eine Legierung aus 2 Tl. Wism., 1 Tl. Blei, 1 Tl. Zinn schmilzt schon bei 94° (Rosesches Metall).
Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus, und zwar mit sehr großer Kraft. Es zersprengt eine eiserne Kugel, in der es eingeschlossen ist (Akademie in Florenz). Gefriert Wasser in den Ritzen der Felsen, so zersprengt es dieselben und trägt dadurch zum Verwittern und Abbröckeln der Felsen bei. Starker Winterfrost lockert die Erde.
Wenn Wasser vor jeder Erschütterung bewahrt ist, so kann man es tief unter 0° abkühlen, ohne daß es gefriert, z. B. wenn es in Form kleiner, runder Tropfen auf Samt oder einer bestaubten Fläche liegt; Berühren mit einer Nadelspitze reicht dann hin, um den Tropfen zum Teil erstarren zu machen (Fahrenheit 1721). Auch sinkt der Gefrierpunkt bei großem Drucke etwas, nämlich bei jeder Atmosphäre um1⁄135°C.
Sind im Wasser fremde Stoffe aufgelöst, so liegt der Gefrierpunkt unter 0° und zwar um so tiefer, je mehr Stoffe darin sind. Meerwasser gefriert erst bei -2,5°, Wasser mit Kochsalz gesättigt erst bei -21°. Früchte enthalten Wasser, in welchem viel Zucker, Gummi, Essigsäure, Apfelsäure und ähnliches aufgelöst ist; sie gefrieren erst einige Grade unter 0°, können also einen leichtenFrostaushalten. Die Bäume, Knospen, Gräser und Getreidekeime sind im Winter sehr saftarm, d. h. ihr Saft enthält sehr viele fremde Stoffe aufgelöst, so daß er dickflüssig ist; er gefriert also auch bei sehr strenger Kälte nicht, weshalb diese Gewächse auch im Winter ausdauern.
Die Regel, daß ein Körper wärmer wird, wenn man ihm Wärme zuführt, gilt nicht, wenn er seinen Aggregatszustand verändert, wenn er also aus dem festen Zustand in den flüssigen übergeht, schmilzt, oder wenn er aus dem flüssigen Zustand in den luftförmigenübergeht, verdampft. Wenn man eine Schüssel voll Schnee oder Eis ins warme Zimmer bringt oder sogar auf das Feuer stellt, so schmilzt es wohl, aber ein hineingestecktes Thermometer zeigt beständig 0°, bis alles Eis geschmolzen ist. Alle Wärme, die während des Schmelzens dem Schnee zugeführt wurde, hat nicht dazu gedient, um den Schnee zu erwärmen, sondern nur, um ihn zu schmelzen.Die zum Schmelzen verwendete Wärmemenge nennt man die Schmelzwärme des Wassers, das ist die beim Schmelzen aufgenommene Wärme, oder auchlatente oder gebundene Wärmedes Wassers, sofern sie beim Schmelzen verschwunden ist, sich verborgen hat (latent), gebunden oder verbraucht worden ist, eben um das Eis zu schmelzen. Die Schwelzwärme beträgt bei Wasser 80 Kal. (genauer 79,25), bei Phosphor 5 Kal., Schwefel 9,4, Zinn 14,3, Blei 5,4, Zink 28,1, Silber 21,1, Quecksilber 2,8 Kal.
Mischt man 1kgWasser von 80° und 1kgEis von 0°, so schmilzt das Eis und man erhält 2kgWasser von 0°; die ganze Wärme des Wassers von 80°, 80 Kal. sind verbraucht worden, um 1kgEis zu schmelzen. Die Schmelzwärme des Wassers spielt in der Natur eine große Rolle: sie verzögert zu Ende des Winters die Erwärmung; denn es bedarf beträchtlicher Mengen Sonnenwärme, um die großen Massen Schnee und Eis abzuschmelzen. Ist ein Teich zugefroren und es tritt im Frühjahr Wärme ein, so erwärmt sich die umliegende Erde ziemlich rasch, während die Eisdecke des Teiches noch nicht geschmolzen ist. Eisberge schwimmen weit in die gemäßigte Zone, Gletscher reichen tief ins Tal herab; die Eiskeller erhalten sich im Sommer kühl, dem Kranken wird durch Eisbeutel Kühlung verschafft.
Wenn ein flüssiger Körper wieder fest wird, so gibt er seine latente Wärme wieder her.Wirft man ein Stück Blei, das viele Grade unter 0° erkaltet ist, in Wasser von 0°, so überzieht es sich mit einer Eiskruste, während seine Temperatur auf 0° steigt; das hiebei gefrierende Wasser gibt seine latente Wärme her und erwärmt dadurch das Blei. Wenn man in einem Zimmer, das mehrere Grade unter 0 kalt ist, nasse Wäsche von 0° aufhängt, so gefriert die Wäsche und die Temperatur der Zimmerluft steigt. Wasserreichtum eines Landes mildert demnach die Strenge des Winters, denn für jedeskgWasser, das gefriert, werden 80 Kalorien frei, die der Luftwärme zu gute kommen.
Wenn ein fester Körper sich im Wasser auflöst, so wird dadurch das Wasser kälter; denn der feste Körper, wie Salz, Zucker geht aus dem festen in den flüssigen Aggregatszustand über und verbraucht dabei Wärme. Umgekehrt muß man gerade aus diesem Wärmeverbrauch schließen, daß sich das Salz hiebei wirklich in einen flüssigen Körper verwandelt, also schmilzt. Manche Salze lösen sich in sehr großer Menge in Wasser auf; z. B. 1kgsalpetersauresAmmoniakin 1lWasser; dabei sinkt die Temperatur von +10° auf -15,5°C.
Kältemischung:Wenn man Schnee oder feingestoßenes Eis mit Salz vermischt, so geschieht folgendes: das Salz hat eine so große Begierde sich in Wasser aufzulösen, daß es das Eis flüssig macht, um sich in ihm aufzulösen; es bildet sich in dem Gemische viel Salzwasser.Weil sowohl Eis als Salz sich in flüssige Körper verwandeln, so verbrauchen sie Wärme, weshalb das Gemisch kalt wird;seine Temperatur sinkt bis-21° (Robert Boyle). Wenn man in das Gemisch ein Gefäß mit Wasser stellt, so gefriert das Wasser. Mittels solcherKältemischungmacht man Gefrornes. Ebenso erhält man Kältemischungen, wenn man Schnee oder Eis mit konzentrierter Schwefelsäure oder Salzsäure mischt. 1,3kgkristallisiertes Chlorcalcium mit 1kgSchnee gemischt, gibt sogar -49°.
Ähnliche Kältemischungen sind: 1kgSchnee, 4kgVitriolöl, 1lWasser (-32,5°); 1kgSchnee, 0,625kgSalzsäure (-33°); 1kgSchnee, 0,4kgKochsalz, 0,2kgSalmiak (-24°).
80.Wie viel Eis schmilzt, wenn man einen Eisenblock von 5kgGewicht und 560° Temperatur in Eis packt?
81.Welche Wärmemenge ist erforderlich, um 12kgEis von -10° zu schmelzen und auch noch auf 15°Czu erwärmen?
82.140gHolz wurden so verbrannt, daß die gesamte Verbrennungswärme zum Schmelzen von Eis verwandt wurde. Wenn nun dadurch 6,3kgEis geschmolzen wurden, wie groß ist die Verbrennungswärme von 1kgHolz?
83.270gBlei von 85° haben 9gEis von 0° zum Schmelzen gebracht. Wie groß ist die sp. Wärme des Bleies?
Wenn man eine Flüssigkeit stark genug in einem offenen Gefäße erwärmt, so kocht sie, d. h. an den erwärmten Stellenverwandelt sich die Flüssigkeit in Dampf, der in Form von Dampfblasen in die Höhe steigt.Dampf ist ein luftförmiger Körper, meistens auch durchsichtig und farblos, z. B. bei Wasser, Weingeist und Quecksilber.Die Temperatur, bei welcher eine Flüssigkeit kocht, heißt ihre Siedetemperatur oder ihr Siedepunkt; sie ist bei Wasser 100°, Terpentinöl 157°, Leinöl 316°, konzentr. Schwefelsäure 325°, Quecksilber 357,1°, Schwefel 448°, Benzin 80°, Alkohol 78,4°, Schwefelkohlenstoff 46,8°, Äther 34,9°. Wir vermuten, daß jeder Stoff bei hinreichender Erhitzung sich in Dampf verwandelt, daß also etwa Gold, Eisen, Platin, Kohle u. s. w.,genügend hoch erhitzt, verdampfen. Doch kann es dabei vorkommen, daß ein Körper sich zersetzt, d. h. sich in zwei oder mehrere chemisch einfacher zusammengesetzte Stoffe zerlegt (dissoziiert).
Während des Kochens behält das Wasser seine Temperatur unverändert bei.Alle dem Wasser während des Kochens zugefügte Wärme wird nicht dazu verwendet, um die Temperatur zu erhöhen, sondern dazu, um das Wasser in Dampf zu verwandeln.Man nennt diese Wärmemenge dielatente oder gebundene Wärme des Dampfesoder dieDampfwärme. Die Dampfwärme des Wassers bei 100° ist 537 Kalorien für 1kg.
Wasserdampf hat eine Temperatur von 100°Cebenso wie das Wasser, enthält aber um 537 Kalorien mehr Wärme als das Wasser von 100°. Deshalb dauert es lange, bis das in einem Topfe befindliche Wasser ganz verdampft ist. Auch wenn Wasser an der Luft verdampft, ohne zu kochen, wird Wärme verbraucht, wodurch der verdunstende Stoff sich abkühlt.Verdunstungskälte.Eine Thermometerkugel mit Leinwand umwickelt und dann mit Äther befeuchtet, wird bis unter 0° abgekühlt.
Wird der Dampf wieder abgekühlt, so verwandelt er sich wieder in eine Flüssigkeit, er verdichtet oder kondensiert sich.Ein kalter Deckel über kochendem Wasser beschlägt sich mit Wasser. Darauf beruht dasDestillieren. Um eine Flüssigkeit, die mit anderen Stoffen verunreinigt ist, rein zu erhalten,verwandelt man sie in Dampf und kondensiert diesen wieder durch Abkühlung.
DestillierapparatFig. 79.
Fig. 79.
EinDestillierapparatbesteht aus einem geräumigen Gefäße (Destillierblase, -kolben), in das die Flüssigkeit gebracht wird; darauf wird ein luftdicht schließender Deckel, der Helm oder Hut, geschraubt. Aus dem Helme führt ein Rohr heraus, das in vielen Windungen alsSchlangenrohrdurch ein großes Faß, dasKühlfaß, nach abwärts führt, unten heraustritt und in eineVorlagemündet. Das Kühlfaß ist mitkaltemWasser gefüllt, das beständig erneuert wird.
Wird die Flüssigkeit in der Blase zum Kochen gebracht, so steigen die Dämpfe ins Kühlrohr, und werden dort wieder in Flüssigkeit verwandelt, die im Kühlrohre zur Vorlage abläuft.
Mandestilliert Wasser, um es zu reinigen. Brunnen-, Fluß- und Meerwasser enthalten fremde Stoffe aufgelöst, welche beim Destillieren als feste Körper in der Blase bleiben. Auch das Regenwasser ist destilliertes Wasser, jedoch durch Staubteilchen verunreinigt. Spiritus wird gewonnen, indem man die gegorene, spiritushaltige Maische destilliert, wobei bloß der Spiritus und etwas Wasser überdestilliert (verdampft), die unvergorenen Stoffe aber in der Blase zurückbleiben. Man erhält reines Quecksilber durch Destillation des unreinen.
Wenn ein Dampf sich wieder in Flüssigkeit verwandelt, so gibt er die latente Wärme des Dampfes wieder her, seine Dampfwärme wird wieder frei.Man muß deshalb das Kühlfaß mit einer entsprechenden Menge kalten Wassers versehen und es rasch erneuern, damit es die Dampfwärme aufnehmen kann, ohne zu warm zu werden.
Dampfheizung:In einem Kessel wird Dampf entwickelt und in Röhren durch die Räume geleitet, die erwärmt werden sollen. Die Röhren geben die Wärme durch Leitung an die umliegende Luft ab; dadurch kondensiert sich in ihnen der Dampf, wobei er seine latente Wärme abgibt. Auch werden oft Stoffe dadurch erwärmt, daß man sie in verschlossene Gefäße bringt und nun Dampf einströmen läßt, der sich an den kalten Stoffen kondensiert und seine latente Wärme freigibt, so lange bis die Stoffe sich auf die Temperatur des Dampfes, 100°, erwärmt haben.
84.Bei einem Verbrennungsversuch haben 2kgSteinkohle gerade hingereicht, um 1,6kgWasser von 100° zu verdampfen. Wie viel Kalorien der Verbrennungswärme wurden hiebei pro 1kgSteinkohle nutzbar gemacht, und wie viel % sind das, wenn 120gderselben Kohlen imstande sind 10,4kgEis zu schmelzen?
85.Ein Destillierapparat liefert pro Stunde 8lWasser von 60°. Mit wieviel Wasser von 10° ist das Kühlfaß in jeder Minute zu speisen, wenn es das Kühlfaß mit 40° verlassen soll?
BarometerFig. 80.
Fig. 80.
Dampf besitzt als luftförmiger Körper die Eigenschaften der Gase:er besitztExpansionskraft; das ersieht man schon am kochenden Wasser; denn wenn sich ein Wassertröpfchen in Dampf verwandeln soll, so muß es sich, da der Dampf viel leichter ist als Wasser (1696 mal, sp. G. bei 100° = 0,000591), bedeutendausdehnen, muß deshalb nicht bloß das über ihm liegende Wasser heben, also denBodendruckdes Wassers überwinden, sondern insbesondere den auf dem Wasser liegendenLuftdrucküberwinden;der sich entwickelnde Dampf muß also eine Expansivkraft besitzen, die etwas größer ist als 1 Atmosphäre;an der Oberfläche des Wassers hat der Dampf eine Spannkraft von einer Atmosphäre.
Füllt man eine Glasröhre, wie beim Torricellischen Versuche mit Quecksilber und etwas Wasser, so hat man ein Barometer, bei welchem sich im luftleeren Raum etwas Wasser befindet. Ein Teil des Wassers verwandelt sich in Dampf, dieser erfüllt den luftleeren Raum,übt einen Druck auf das Quecksilber aus, weshalb das Quecksilber tiefer steht als im Barometer.Dampfbarometer.
Erwärmt man das Wasser im Dampfbarometer, so sinkt das Quecksilber tiefer. Zugleich sieht man, daß bei rascher Erwärmung das Wasser kocht, daß sich also aus dem Wasser neue Dämpfe entwickeln.Bei der Erwärmung erhalten die Dämpfe eine größere Spannkraft dadurch, daß sich noch neue Dämpfe entwickeln, die zu den vorhandenen Dämpfen hinzutreten und dadurch deren Dichte und Spannkraft erhöhen.Bringt man in das Dampfbarometer zum Quecksilber andere Flüssigkeiten, wie Spiritus, Benzin, Schwefeläther, so sinkt das Quecksilber bei ihnen tiefer als beim Wasserdampfbarometer, da dieDämpfe des Spiritus bei gleicher Temperatur eine größere Spannkraftbesitzen, als die Wasserdämpfe. Durch genaue Ausführung solcher Versuche findet man die Spannkräfte der Dämpfe bei verschiedenen Temperaturen.
Wasser verwandelt sich, wenn es sich in einem sonst leeren Raum befindet, bei jeder Temperatur in Dampf, dessen Spannkraft und Dichte von der Temperatur abhängt.Die Spannung des Wasserdampfes ist insbesondere von Regnault (früher von Dalton 1766) bei verschiedenen Temperaturen gemessen worden und in folgender Tabelle angegeben, deren über 100° liegender Teil erst später erklärt werden wird, und ausFigur 81ist das Anwachsen der Spannkraft des Wasserdampfes von 0° bis 100° ersichtlich.