und Mineraliensammlung), ein
Theater,
[* 2] ein Militärkurhaus, eine große Dampfbrauerei,
Glas- und Steinschleiferei,
Glas- und
Steinschneiderei,
Elfenbeinschnitzerei, Spielwarenfabrikation und (1885) 3412 Einw.
Berühmt ist Warmbrunn wegen seiner
Thermen, vier schwach alkalisch-salinischer
Schwefelquellen von 35-36° C.
Temperatur. Sie werden
zu Trink- und
Badekuren benutzt und in letzterer Form namentlich bei
Gicht-, Gelenk- und Muskelrheumatismen,
Residuen nach äußern
Verletzungen,
Neuralgien etc., als
Getränk besonders bei alten Bronchial-,
Magen- und
Darmkatarrhen, Unterleibsplethora
etc. empfohlen. Auch für Molkenkur sowie für
Douche-,
Regen- und
Dampfbäder sind Veranstaltungen getroffen. Die Zahl der
Kurgäste betrug 1885: 2326. In der reizenden Umgebung sind besonders
Hirschberg,
[* 3]
Hermsdorf, die
RuineKynast,
Petersdorf,
Schreiberhau, der
Zacken- und der Kochelfall etc. zu nennen.
[* 4] die physische
Ursache jener Zustände der
Körper, die wir mit heiß, warm, kalt etc. bezeichnen. Einen sehr
niedrigen
Grad der Erwärmung nennen wir
Kälte, einen sehr hohen
Hitze. Zur
Erklärung der Wärmeerscheinungen
nahm man früher einen eigentümlichen unwägbaren Wärmestoff an, welcher, indem er in die
Körper in größerer oder geringerer
Menge eindringe, ihre verschiedenen Erwärmungsgrade, ihre
Ausdehnung,
[* 5] das
Schmelzen und
Verdampfen etc. hervorbringen sollte.
Diese »Wärmestofftheorie« vermochte jedoch weder von den
Erscheinungen der
Wärmestrahlung
[* 6] noch von der
Thatsache, daß durch
Reibung
[* 7] oder überhaupt durch mechanische
Arbeit Wärme erzeugt werden kann, befriedigende Rechenschaft zu
geben. Die gegenwärtig allgemein anerkannte mechanische
Wärmetheorie dagegen nimmt an, daß die Wärme in einer
Bewegung der
kleinsten Körperteilchen
(Moleküle) besteht, welche zwar wegen der Kleinheit dieser Teilchen unserm
Auge
[* 8] nicht sichtbar ist,
auf unsern
Gefühlssinn aber denjenigen
Eindruck hervorbringt, welchen wir »Wärme« nennen. Um zu erläutern,
wie sich die Erzeugung von Wärme durch mechanische
Arbeit nach dieser
Vorstellung erklärt, betrachten wir einen
Schmied, der ein
StückEisen
[* 9] hämmert.
Indem
er denHammer
[* 10] emporhebt, leistet er
Arbeit, vermöge welcher der
Hammer beim Herabfallen die
Wucht erlangt, die ihn
zur Bearbeitung des
Eisens befähigt. Der niederfallende
Hammer kommt nun, nachdem er das auf dem
Amboß liegende
Eisen berührt
hat, zur
Ruhe, seine fortschreitende
Bewegung wird plötzlich gehemmt; die
Wucht aber, die ihm innewohnte, ist keineswegs spurlos
verschwunden, sondern sie ist in die getroffenen
Körper übergegangen, indem sie in denselben schwingende
Bewegungen wachrief, in welchen sich die anscheinend verschwundene
Wucht des
Hammers ungeschmälert wiederfindet.
Der
Amboß gerät in heftige Erzitterungen, ähnlich denjenigen einer angeschlagenen
Glocke, und sendet lauten
Klang zu unserm
Ohr.
[* 11] Im gehämmerten
Eisen aber werden
Schwingungen seiner
Moleküle erregt, die wir als Wärme empfinden; das
Eisen erwärmt sich
und kann durch fortgesetztes
Hämmern sogar zum
Glühen gebracht werben. Die
Arbeit, welche der
Schmied bei jedem
Hammerschlag
leistet, ist um so größer, je schwerer sein
Hammer ist, und je höher er ihn hebt. Wiegt der
Hammer 1 kg, und wird er 1 m
hoch gehoben, so nennt man die hierzu erforderliche Arbeitsgröße »ein
Meterkilogramm«; durch dieselbe
Größe wird die
Wucht (Bewegungsenergie) gemessen, mit welcher der
Hammer auf den
Amboß trifft.
Dieser
Wucht entspricht nun genau die
Menge
Wärme, welche in dem gehämmerten
Eisen entwickelt wird. Um Wärmemengen nach einem
bestimmten
Maß zu messen, vergleicht man sie mit derjenigen Wärmemenge, welche erforderlich ist, um 1 kg
(oder 1
Lit.)
Wasser um 1° C. zu erwärmen, d. h. man hat diese Wärmemenge als Wärmeeinheit ebenso
wie das
Meterkilogramm als Arbeitseinheit festgesetzt. Durch
Versuche über die
Reibung von
Gußeisen mit
Wasser, bei welchen
einerseits die aufgewendete
Arbeit, anderseits die entwickelte Wärmemenge genau bestimmt wurde, hat man
gefunden, daß eine
Arbeit von 424
Meterkilogrammen verbraucht wird, um 1 kg
Wasser um 1° C. zu erwärmen.
Der
Schmied müßte also 424
Hammerschläge mit der
Wucht von je 1
Meterkilogramm führen, um das
StückEisen so weit zu erhitzen,
daß es, in 1
Lit.
Wasser geworfen, dieses um 1° C. erwärmen könnte. Die Zahl von 424
Meterkilogrammen
nennt man das mechanische
Äquivalent der Wärmeeinheit; sie drückt das unabänderliche
Verhältnis zwischen
Arbeit und Wärme aus,
nach welchem die eine in die andre sich umsetzt. Daß nämlich nicht nur
Arbeit in Wärme, sondern auch umgekehrt Wärme inArbeit
umgesetzt werden kann, zeigt uns ja jede
Dampfmaschine;
[* 12] die
Energie der
Bewegung, mit welcher ein Bahnzug dahinrollt, entsteht
offenbar aus der Wärme des
Feuers, welches unter dem
Dampfkessel
[* 13] der
Lokomotive
[* 14] unterhalten wird; und zwar verschwindet für je 424
MeterkilogrammeArbeit, welche die
Maschine
[* 15] durch Fortbewegung des Bahnzugs leistet, eine Wärmeeinheit, indem sie sich
aus der Form unsichtbarer molekularer
Bewegung in die
Wucht sichtbar bewegter
Massen umwandelt.
Betrachten wir nun die
Erscheinungen, welche bei der Erwärmung eines festen
Körpers eintreten, im
Lichte der mechanischen
Wärmetheorie. Ein fester
Körper ist anzusehen als eine Anhäufung (ein
»Aggregat«) von kleinsten Körperteilchen oder
Molekülen,
welche, ohne sich unmittelbar zu berühren, durch die zwischen ihnen thätige Anziehungskraft (die
Kohäsion)
zu einem Ganzen zusammengehalten werden. Jedem
Molekül ist durch das Zusammenwirken der von seinen Nachbarmolekülen ausgeübten
Kräfte eine bestimmte Gleichgewichtslage angewiesen, aus welcher es nur durch die Einwirkung äußerer
Kräfte entfernt und
in eine neue Gleichgewichtslage übergeführt werden kann; hören diese äußern
Kräfte auf zu wirken,
so wird es durch die
Molekularkräfte wieder in die frühere Gleichgewichtslage zurückgetrieben; hieraus erklärt sich die
den festen
Körpern eigne
Elastizität.
Die
Moleküle befinden sich aber in ihrer jeweiligen Gleichgewichtslage nicht in
Ruhe, sondern sie vollführen sehr rasche
Schwingungen um dieselbe; die
Wucht, mit welcher die schwingenden
Moleküle gegen den berührenden
Finger
anprallen, empfinden wir als Wärme. Der Erwärmungsgrad oder die
Temperatur eines
Körpers ist demnach gleichbedeutend mit der
Wucht der
Bewegung seiner
Moleküle. Einen festen
Körper erwärmen heißt daher nichts andres, als die
Moleküle in lebhaftere
Schwingungen versetzen oder ihre Schwingungsweite vergrößern; indem sich aber jetzt die schwingenden
Moleküle weiter als zuvor von ihren Gleichgewichtslagen entfernen, beanspruchen sie einen größern Spielraum für ihre
Bewegungen und drängen sich gegenseitig auseinander in neue weiter voneinander entfernte Gleichgewichtslagen. Der Rauminhalt
des
Körpers wird daher beim Erwärmen vergrößert, der
Körper dehnt sich aus. Dem Auseinanderweichen
der
Moleküle widersetzen sich aber die
Molekularkräfte; zur Überwindung ihres
Widerstandes wird eine gewisse
¶
mehr
Menge der zugeführten Wärme oder Arbeit verbraucht, indem sie innere Arbeit leistet. Besteht auch noch ein äußeres, der Ausdehnung
widerstrebendes Hindernis, wie z. B. der Druck eines den Körper umgebenden Gases, so muß auch dieses überwunden werden; der
hierzu nötige Aufwand von Energie (Wärme oder Arbeit) leistet demnach äußere Arbeit. Wird der Körper wieder
auf seinen anfänglichen Zustand zurückgebracht, so gibt er die gesamte ihm zugeführte Wärmemenge wieder heraus, auch
diejenige, welche zu innerer und äußerer Arbeit verbraucht und dabei als Wärme verschwunden war.
Durch fortgesetzte Erwärmung eines festen Körpers wird der Zusammenhang seiner Moleküle immer mehr gelockert; die Moleküle
entfernen sich voneinander und erreichen endlich die Grenzen
[* 17] des engen Bezirks, innerhalb welcher die Molekularkräfte
wirksam sind. Die Kohäsion ist jetzt nicht mehr mächtig genug, die Moleküle in ihre Gleichgewichtslage zurückzuführen;
dieselben verlassen daher ihre bisherigen festen Plätze und nehmen eine fortschreitende Bewegung an, indem sie nebeneinander
fortgleiten und sich verschieben, ohne sich jedoch, da ein geringer Grad von gegenseitiger Anziehung noch
vorhanden ist, völlig voneinander zu trennen: der Körper geht in den flüssigen Zustand über, er schmilzt.
Ist der Schmelzpunkt erreicht, so wird die noch weiter zugeführte Wärme nicht mehr zu höherer Erwärmung, sondern zu
innerer Arbeit verwendet, indem sie die Kräfte zu überwinden hat, welche die Moleküle in ihrem bisherigen
Gleichgewichtszustand zurückhielten. Diese zu innerer Arbeit verbrauchte und daher verschwundene Wärme nennt man Schmelzwärme
oder auch, mit einem der Wärmestofftheorie entlehnten Ausdruck, latente oder gebundene Wärme. Diese ganze innere Arbeit muß,
wenn der geschmolzene Körper erstarrt, wieder in der Form von Wärme zum Vorschein kommen, oder, wie man
sich im Sinn der ältern Anschauung ausdrückte, die beim Schmelzen gebundene Wärme wird beim Erstarren wieder frei.
An der freien Oberfläche der Flüssigkeit werden diejenigen Moleküle, welche die Grenze des Wirkungskreises ihrer Nachbarmoleküle
überschreiten, von diesen nicht mehr zurückgezogen, sondern sie fliegen mit der Geschwindigkeit, welche
sie im Augenblick des Überschreitens besaßen, in den über der Flüssigkeit befindlichen Raum geradlinig hinaus. Diese frei
dahinschießenden, von den Fesseln der Kohäsion völlig befreiten Moleküle befinden sich nun im gas- oder luftförmigen Zustand,
sie bilden den aus der Flüssigkeit sich entwickelnden Dampf.
[* 18]
Dieses Verdampfen, nämlich das Loslösen und Fortfliegen einzelner Moleküle von der Oberfläche der Flüssigkeit,
findet bei jeder Temperatur statt, jedoch selbstverständlich um so reichlicher, je höher die Temperatur der Flüssigkeit,
d. h. je lebhafter die Bewegung ihrer Moleküle ist. Da bei der Verdampfung stets diejenigen Moleküle davonfliegen, welche zufällig
die größte Geschwindigkeit besitzen, so muß die durchschnittliche Bewegungsenergie der zurückbleibenden
geringer werden, d. h. die verdampfende Flüssigkeit kühlt sich ab (Verdunstungskälte), wenn der Energieverlust nicht durch
Wärmezufuhr von außen gedeckt wird. Im Innern der Flüssigkeit kann erst dann Dampf entstehen, wenn die Bewegung der Moleküle
so lebhaft geworden ist, daß ihr Bestreben fortzufliegen den Druck der Flüssigkeit und den auf ihr lastenden
Luftdruck zu überwinden vermag.
Ist die hierzu erforderliche Temperatur, der Siedepunkt, erreicht, so verwandelt sich die Flüssigkeit rasch und stürmisch
in
Dampf, sie siedet, indem alle zugeführte Wärme zu innerer Arbeit, nämlich zum Zerreißen der letzten Bande der Kohäsion, als
Verdampfungswärme verbraucht oder, wie man früher sagte, »gebunden«
wird. Daß der Siedepunkt einer Flüssigkeit um so tiefer liegt, einem je geringern Druck sie ausgesetzt ist, ergibt sich hieraus
von selbst.
Wir sind hiermit zu derjenigen Vorstellung über die molekulare Beschaffenheit der luftförmigen Körper gelangt, welche man
die mechanische oder kinetische Theorie der Gase
[* 19] nennt. Nach dieser Anschauung sind die Moleküle eines Gases
in rascher gradlinig fortschreitender Bewegung begriffen, sie fliegen nach den verschiedensten Richtungen durch den Raum und
durchlaufen, indem sie unzähligemal aneinander und an entgegenstehenden Hindernissen wie elastische Bälle zurückprallen,
einen vielfach verschlungenen, zickzackförmigen Weg.
Alle bekannten Eigenschaften der Gase lassen sich aus dieser über die Bewegung ihrer Moleküle gemachten
Annahme erklären. Der Druck, welchen ein in rings geschlossenem Gefäß
[* 20] enthaltenes Gas auf dessen Wände ausübt, wird hervorgebracht
durch die unaufhörlichen Stöße der anprallenden Gasmoleküle; eben weil diese Stöße in kurzer Zeit nach allen Richtungen
erfolgen, muß aus ihrer vereinten Wirkung ein zur Wand senkrechter Druck hervorgehen, dessen Größe der
Wucht der stoßenden Moleküle proportional ist und demnach in demselben Verhältnis wie diese Wucht, d. h. proportional der
Temperaturzunahme, wächst (Gay-Lussacs Gesetz).
Preßt man, ohne die Temperatur zu ändern, die abgesperrte Gasmenge auf die Hälfte, ein Drittel etc. ihres
anfänglichen Raums zusammen, so werden in derselben Zeit auf die gleiche Fläche der Wand zwei-, dreimal
etc. so viele Moleküle stoßen mit der nämlichen Wucht wie vorher, der Druck wird also der doppelte, dreifache etc. des anfänglichen
geworden sein. Wir kommen so zu dem MariotteschenGesetz: der Druck eines Gases steht im umgegekehrten Verhältnis
seines Rauminhalts.
Betrachten wir jetzt gleiche Raumteile verschiedener Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck. Daß ihre Temperaturen
gleich sind, heißt nichts andres, als daß ihren Molekülen die nämliche Wucht innewohnt, oder daß jedes Molekül des einen
Gases mit derselben Heftigkeit gegen die Gefäßwand prallt wie jedes Molekül des andern. Soll dabei der
Druck der Gase der nämliche sein, so müssen bei jedem Gas während der Zeiteinheit gleich viele Moleküle gegen die Flächeneinheit
stoßen; wir sind hiermit zu dem Avogadroschen Gesetz gelangt, daß in gleichen Raumteilen verschiedener Gase immer die gleiche
Anzahl von Molekülen enthalten ist. Die Molekulargewichte gasförmiger Körper verhalten sich demnach
wie die Gewichte gleicher Raumteile oder, was dasselbe heißt, wie ihre spezifischen Gewichte.
Erwärmen wir ein Gas, ohne ihm eine Raumänderung zu gestatten, d. h. während es in einem Gefäß von unveränderlichem Inhalt
eingeschlossen bleibt, so hat die zugeführte Wärme weder äußere noch innere Arbeit zu vollbringen, weil
ja weder die Überwindung eines äußern Drucks noch diejenige widerstrebender Molekularkräfte stattfindet. In diesem Fall
wird also alle zugeführte Wärme einzig und allein zur Erwärmung, d. h. zur Vermehrung der molekularen Wucht, verwendet. Man
nennt die Wärmemenge, welche nötig ist, um 1 kg eines Gases ohne gleichzeitige Raumvergrößerung um 1°
C. zu erwärmen, seine spezifische Wärme (oder Wärmekapazität) bei unverändertem Rauminhalt (bei konstantem
¶
mehr
Volumen). Wird aber dem zu erwärmenden Gas gestattet, sich auszudehnen und sich dadurch stets mit dem äußern unverändert
bleibenden Druck ins Gleichgewicht
[* 22] zu setzen, so wird ebensowenig wie im vorigen Fall innere Arbeit zu leisten sein, dagegen
muß ein Teil der zugeführten Wärme zu äußerer Arbeit, nämlich zur Überwindung des äußern Drucks, verbraucht
werden. Die zur Erwärmung eines KilogrammsGas unter diesen Umständen verbrauchte Wärmemenge oder die spezifische Wärme bei
unverändertem (konstantem) Druck muß demnach größer sein als diejenige bei unverändertem Rauminhalt, weil in ihr noch
ein zu äußerer Arbeit verbrauchter Wärmeanteil enthalten ist, der dem Unterschied der beiden spezifischen
Wärmen gleichkommt.
Da man nun die Arbeit kennt, welche das sich ausdehnende Gas bei der Erwärmung um 1° C. vollbringt, so kann man die von einer
Wärmeeinheit geleistete Arbeit oder das mechanische Äquivalent der Wärme leicht berechnen. Auf diese Weise hat RobertMeyer, der
Begründer der mechanischen Wärmetheorie, das Wärmeäquivalent zuerst bestimmt. Preßt man das durch
Wärme ausgedehnte Gas wieder auf den ursprünglichen Raum zusammen, so wird die für die Ausdehnung verbrauchte und in Arbeit verwandelte
Wärmemenge in der Form von fühlbarer Wärme wieder frei.
Hierauf beruht das sogen. pneumatische Feuerzeug: wird nämlich ein Kolben rasch in einen Luft enthaltenden
Cylinder gestoßen, so erhitzt sich die zusammengepreßte Luft so stark, daß sich ein unten am Kolben angebrachtes Stückchen
Zunder entzündet. Umgekehrt muß ein Gas, welches sich ohne äußere Wärmezufuhr ausdehnt, die zur äußern Arbeit nötige
Wärme aus seinem eignen Wärmevorrat entnehmen und sich sonach abkühlen. Um verschiedene Gase um gleichviel,
z. B. um 1° C., zu erwärmen, muß man die Bewegungsenergie ihrer Moleküle um gleichviel vergrößern, d. h. die Moleküle
aller Gase bedürfen zur gleichen Temperaturerhöhung gleicher Wärmemengen, oder ihre Molekularwärmen (die zur Erwärmung
der Molekulargewichte erforderlichen Wärmemengen) sind gleich. Da nach dem Avogadroschen Gesetz alle Gase in gleichen Raumteilen
gleich viele Moleküle enthalten und demnach die Molekulargewichte in demselben Verhältnis stehen wie
die Gewichte gleicher Raumteile (oder wie die spezifischen Gewichte), so kann man auch sagen, daß gleiche Raumteile verschiedener
Gase zur gleichen Temperaturerhöhung gleiche Wärmemengen nötig haben.
Die spezifischen Wärmen der Gase, d. h. die zur Erwärmung von je 1 kg um 1° C. erforderlichen
Wärmemengen, stehen demnach im umgekehrten Verhältnis ihrer Molekulargewichte oder ihrer spezifischen Gewichte. Dieses Gesetz
steht in enger Beziehung zu dem Dulong-PetitschenGesetz, nach welchem die Wärmekapazitäten der festen chemischen Elemente
sich umgekehrt verhalten wie ihre Atomgewichte. Über die Verteilung der Wärme über die Erdoberfläche s. Lufttemperatur.
spezifischer oder absoluter, s. Heizmaterialien, ^[= (Brennmaterialien, Brennstoffe), Körper meist organischen Ursprungs, deren Beschaffungspreis ...] S. 335.
[* 26] die Fortpflanzung der Wärme in den Körpern durch Abgabe von Teilchen zu Teilchen. Hält man einen Metalldraht
in eine Kerzenflamme, so wird derselbe, indem die Wärme von seinem erhitzten Ende den Draht
[* 27] entlang fortwandert, auch am andern
Ende bald so heiß, daß man ihn nicht mehr zwischen den Fingern halten kann; ein gleich langes Holzstäbchen dagegen kann
man an seinem Ende anzünden und fast bis zu den Fingern abbrennen lassen, ohne eine Temperaturerhöhung
zu fühlen.
Das Wärmeleitungsvermögen der verschiedenen Metalle ist übrigens sehr ungleich, wie man durch folgenden Versuch leicht zeigen
kann. Eine Kupferstange und eine gleichgestaltete Eisenstange werden wagerecht, mit ihren Enden sich berührend,
aufgestellt und auf ihrer Unterseite in gleichen Abständen von der Berührungsstelle hölzerne Kugeln mittels Wachs angeklebt.
Erwärmt man nun die Berührungsstelle, so verbreitet sich die Wärme in dem Kupferstab rascher, und es fallen von ihm mehr
Kugeln ab als von dem Eisenstab.
Wird ein Metallstab am einen Ende erwärmt, und bestimmt man die Temperatur desselben an verschiedenen
Stellen durch Thermometer
[* 32] (t, t¹, t² etc., s. Figur), die in Bohrlöcher des Stabes AB eingesenkt sind, so findet man, daß,
wenn die Entfernungen von der Wärmequelle (L) in arithmetischer Reihe wachsen, die entsprechenden Temperaturerhöhungen in
geometrischer Reihe abnehmen, ein Gesetz, welches durch die krumme Liniea, a¹, a² etc., welche die Gipfelpunkte der Quecksilbersäulen
der Thermometer verbindet, versinnlicht wird. Für Stäbe verschiedener Metalle von gleichen Dimensionen verhalten sich die Wärmeleitungsfähigkeiten
wie die Quadrate der Entfernungen von der Wärmequelle, in welchen man unter sonst gleichen Umständen
gleiche Temperaturüberschüsse beobachtet. Wiedemann und Franz bestimmten
[* 4]
^[Abb.: Verbreitung der Wärme durch Leitung.]
¶
Im täglichen Leben machen wir von der guten oder schlechten Wärmeleitungsfähigkeit der verschiedenen
Körper vielfache Anwendungen. Um uns die Finger nicht zu verbrennen, versehen wir Theekannen, Ofenthürchen und Schürhaken
mit hölzernen Griffen. Bäume und Sträucher umwickelt man im Winter mit Stroh, um sie vor dem Erfrieren zu schützen. UnsreKleider,
welche aus schlechten Wärmeleitern verfertigt sind, »geben«
zwar nicht warm, aber sie »halten« uns warm, indem sie die rasche Abgabe der Körperwärme an die kalte Umgebung verhindern.
Anderseits verhindert man durch Stroh und andre schlechte Wärmeleiter das Eindringen der äußern Wärme in die Eiskeller
[* 35] und
verpackt Eis,
[* 36] welches verschickt werden soll, in Sägespäne. Die feuersichern Geldschränke enthalten zwischen
ihren Doppelwänden Asche, welche den Zutritt der Hitze verzögert. In einem kalten Zimmer fühlt sich die metallene Thürklinke
kälter an als der Tischteppich, obgleich beide die nämliche Temperatur haben, weil das Metall die Wärme unsrer Hand
[* 37] rascher
fortleitet und daher der Hand mehr Wärme entzieht als das schlecht leitende Gewebe;
[* 38] in einem Raum, der auf
eine höhere als unsre Körpertemperatur erwärmt wäre, würde sich umgekehrt das Metall heißer anfühlen als der Teppich,
weil jenes der Hand mehr Wärme zuführt als dieser.
Umgibt man einen Cylinder, der zur Hälfte aus Kupfer,
[* 39] zur Hälfte aus Holz besteht, mit einer dicht anschließenden
Papierhülse und hält ihn über eine Flamme,
[* 40] so verkohlt das Papier, soweit es die hölzerne Hälfte bedeckt, über der Kupferhälfte
aber bleibt es unversehrt, weil das Metall, indem es die zugeführte Wärme rasch fortleitet, das Papier nicht bis zur Verbrennungstemperatur
kommen läßt. In ähnlicher Weise erklärt sich auch das merkwürdige Verhalten von Drahtnetzen gegenüber
Flammen.
Hält man ein feines Drahtgewebe in eine Gasflamme, so erscheint dieselbe wie abgeschnitten; die metallenen Fäden leiten nämlich
die Wärme so rasch ab, daß die Flammengase unter ihre Entzündungstemperatur abgekühlt werden. Läßt man das Gas, ohne
es anzuzünden, aus dem Brenner strömen und hält das Drahtnetz in den Gasstrom, so kann man letztern
oberhalb des Netzes anzünden, ohne daß sich die Entzündung unter das Netz fortpflanzt. Auf diesem Verhalten beruht Davys segensreiche
Erfindung der Sicherheitslampe.
Die Flamme einer Öllampe ist von einem cylindrischen, oben geschlossenen Drahtnetz umgeben; betritt der Bergmann mit einer
solchen Lampe
[* 41] einen Stollen, in welchem sich Kohlenwasserstoffgas der Luft beigemischt und sogen. schlagende Wetter
gebildet hat, nämlich ein Gasgemisch, welches an offener Flamme sich entzünden und explodieren würde, so dringt das brennbare
Gas zwar durch die Maschen des Netzes zur Flamme und verbrennt unter schwachen Explosionen im Innern des Drahtcylinders, die Entzündung
vermag sich aber nicht nach außen fortzupflanzen.
Die
Flüssigkeiten sind schlechte Wärmeleiter; in ihnen verbreitet sich die Wärme vorzugsweise durch Strömungen, welche
dadurch entstehen, daß beim Erwärmen von unten die durch Ausdehnung spezifisch leichter gewordenen Flüssigkeitsteilchen
nach oben steigen und durch die herabsinkenden kältern Teilchen ersetzt werden; durch diesen Kreislauf,
[* 42] auf welchen sich die Wasserheizung gründet, wird die Erwärmung einer Flüssigkeit ungemein befördert. Erwärmt man dagegen
von oben, so verbreitet sich die Wärme vermöge der schlechten Leitungsfähigkeit nur sehr langsam nach unten. In einem schräg
gehaltenen Probierröhrchen kann man das Wasseroben zum Kochen bringen, während ein Stückchen Eis, welches
am Boden des Gläschens durch einen schweren Körper festgehalten wird, nicht merklich schmilzt.
Die Gase leiten die Wärme ebenfalls sehr schlecht; ruhende Luftschichten, wie z. B. die zwischen Doppelfenstern
eingeschlossene Luftschicht, sind daher sehr geeignet, die Fortleitung der Wärme zu verhindern. Die oben als schlecht leitend
bezeichneten tierischen und pflanzlichen Stoffe (Stroh, Wolle etc.) verdanken ihre »warm haltende«
Eigenschaft vorzugsweise der in ihren Zwischenräumen festgehaltenen, schlecht leitenden Luft. Die Wärmeleitungsfähigkeit
der Gase ist übrigens ungleich; Wasserstoffgas leitet die Wärme viel besser als alle übrigen Gase.
der durch abnorm erhöhte Temperatur herbeigeführte Zustand der Bewegungsunfähigkeit periodisch beweglicher
und reizbarer Pflanzenteile (s. Pflanzenbewegungen).
[* 6] Wendet man das Gesicht
[* 44] einem geheizten Ofen zu, so empfindet man Hitze; dieses erhöhte Wärmegefühl
verschwindet sofort, wenn ein Ofenschirm vor den Ofen gestellt wird; es kann demnach nicht von der erwärmten
Luft des Zimmers, welche mit unsrer Haut
[* 45] nach wie vor in Berührung ist, hervorgerufen sein, sondern muß eine von dem Ofen ausgehende
Wirkung sein, welche durch ein zwischen unser Gesicht und den Ofen gebrachtes Hindernis aufgehalten wird, und welche
wir dadurch bezeichnen, daß wir sagen: »der Ofen strahlt Wärme aus«.
Diese Wärmestrahlen pflanzen sich in gerader Linie durch die Luft fort, ohne dieselbe unmittelbar zu erwärmen, und wirken
erst dann erwärmend, wenn sie auf einen Körper treffen, der sie in sich aufnimmt (absorbiert); man sieht z. B. die Eisblumen
an den Fensterscheiben unter der Einwirkung der vom Ofen ausgehenden Wärmestrahlen bereits schmelzen,
wenn auch die Temperatur der Zimmerluft noch unter dem Gefrierpunkt ist. Diese unsichtbaren Strahlen, welche von jedem warmen
oder heißen Körper ausgehen, werden von Spiegeln zurückgeworfen, von Prismen und Linsen gebrochen, an rauhen Flächen zerstreut
u. absorbiert nach denselben Gesetzen wie die Lichtstrahlen. Stellt man z. B. zwei große Hohlspiegel
[* 46] in der
durch
[* 6]
Fig. 1 angedeuteten Weise einander gegenüber und bringt in den Brennpunkt des einen eine erhitzte eiserne Kugel, so werden
die von ihr ausgehenden Strahlen unter sich parallel auf den andern Spiegel
[* 47] zurückgeworfen und von diesem in
seinem Brenn-
[* 6]
^[Abb.: Fig. 1. Zurückwerfung der Wärmestrahlen.]
¶
mehr
punkt gesammelt; ein dahin gebrachtes Thermometer, dessen Kugel durch Überziehen mit Ruß zur Aufnahme der Wärmestrahlen fähig
gemacht worden, steigt, und das Radiometer
[* 49] (s. d.) gerät in lebhafte Umdrehung, wenn man es in diesem Brennpunkt aufstellt.
Eine Sammellinse (s. Linsen) entwirft von der heißen Kugel jenseits ein unsichtbares Wärmebild, dessen Dasein
mittels des Radiometers ebenfalls leicht nachgewiesen werden kann. Man entwerfe im verdunkelten Zimmer mittels eines Prismas
ein Sonnenspektrum (s. Farbenzerstreuung)
[* 50] und lasse ein Radiometer von den Strahlen desselben bescheinen.
Man bemerkt, daß das Radiometer, indem man dasselbe vom violetten Ende des Spektrums nach dem roten Ende hin verschiebt, sich
mit steigender Geschwindigkeit dreht und fortfährt sich zu drehen, wenn man es über das rote Ende hinausgebracht
hat. Daraus geht hervor, daß die Wärmewirkung der verschiedenen Strahlenarten des Spektrums vom violetten Ende, wo sie unbedeutend
ist, zunimmt gegen das rote Ende hin, daselbst aber nicht aufhört, sondern sich noch in das dunkle Gebiet
jenseit des roten Endes erstreckt.
Das Sonnenlicht enthält also Strahlen, welche weniger brechbar sind als die roten Lichtstrahlen; sie sind für unser Auge
unsichtbar, offenbaren sich aber durch ihre beträchtliche Wärmewirkung; man nennt sie, da sie im Spektrum jenseit des roten
Endes liegen, ultrarote Strahlen. Da man nun anderseits weiß, daß auch jenseit des violetten Endes noch
stärker brechbare, für gewöhnlich unsichtbare Strahlen vorhanden sind, welche sich durch ihre photographische Wirkung (s.
Photographie) verraten und durch Fluoreszenz
[* 51] sichtbar gemacht werden können, so ergibt sich, daß das vollständige Sonnenspektrum
aus folgenden drei Teilen besteht: dem unsichtbaren ultraroten Teil, dem zwischen den Fraunhoferschen Linien
A und H gelegenen sichtbaren Teil und dem unsichtbaren ultravioletten Teil.
Die unsichtbaren Strahlen, welche ein warmer Körper, z. B. eine eiserne Kugel, aussendet, werden durch ein Prisma
[* 52] weniger stark
gebrochen als die roten Strahlen und sind demnach von derselben Natur wie die ultraroten Strahlen der Sonne;
[* 53] mit steigender Erwärmung wächst nicht nur die Stärke
[* 54] der Ausstrahlung, sondern es kommen bald auch zu jenen dunkeln Strahlen
immer höher brechbare, leuchtende Strahlen hinzu, der heiße Körper wird sichtbar, er glüht; bei 540° zeigt sich das Rot
bis gegen B (dunkles Rotglühen), bei 700° (Hellrotglühen) erstreckt sich das Spektrum der ausgesandten
Strahlen bis jenseit F und endlich beim Weißglühen (1200°) über H hinaus.
Die von der Lampe L ausgestrahlte Wärme gelangt durch das Loch des Metallschirms s zur einen Endfläche
der Thermosäule und erregt einen thermoelektrischen Strom, der eine um so größere Ablenkung der Magnetnadel des Galvanometers
hervorbringt, je kräftiger die Strahlung ist. Thermosäule, Lampe, Schirm und ein zum Tragen der zu untersuchenden Gegenstände
(r) bestimmtes Tischchen sind längs einer Messingschiene d f beliebig verstellbar. Mittels des Thermomultiplikators
kann man z. B. die Wärmewirkung der verschiedenen Gegenden des Sonnenspektrums messend verfolgen;
man findet, daß dieselbe noch über das rote Ende hinaus wächst und erst im ultraroten Gebiet ihren größten Wert erreicht.
Berücksichtigt man jedoch, daß durch die Wirkung des Prismas die stärker brechbaren Strahlen verhältnismäßig
weiter auseinander gebrochen werden als die weniger brechbaren, und bringt den Vorteil, welcher den letztern hierdurch zuwächst,
wieder in Abzug, so ergibt sich, daß die gelben und grüngelben Strahlen zwischen D und E, welche unserm Auge als die hellsten
erscheinen, zugleich auch die wärmsten sind.
Aus allen diesen Thatsachen geht hervor, daß zwischen den dunkeln Wärmestrahlen und den Lichtstrahlen
an sich kein andrer Unterschied besteht als der stufenweise Unterschied der Brechbarkeit; jene unterscheiden sich von
den roten Strahlen nicht mehr als die roten von den gelben oder die gelben von den grünen. Die Unsichtbarkeit jener wie die
Sichtbarkeit dieser ist nicht in dem Wesen der Strahlen, sondern in der Beschaffenheit unsers Auges begründet,
welches zur Wahrnehmung der ultraroten Strahlen nicht befähigt ist.
Diese sind uns unmittelbar nur durch den Gefühlssinn als Wärme wahrnehmbar, die hellen Strahlen dagegen wirken gleichzeitig
auf zwei Sinne, auf die Gefühlsnerven als Wärme, auf das Auge als Licht.
[* 56] Jeder Lichtstrahl ist zugleich
auch ein Wärmestrahl. Wir sind durch kein Mittel im stande, die Wärmewirkung, welche z. B. dem einfachen gelben Lichte der
Natriumflamme innewohnt, von seiner Lichtwirkung zu trennen; es gibt eben keine Strahlen von dieser Brechbarkeit, welche nur
Wärmewirkung und keine Lichtwirkung hervorzubringen vermöchten. Licht und strahlende Wärme sind daher
als Wirkungen einer und derselben Ursache nicht an sich, sondern nur für uns, als Empfindungsformen, voneinander verschieben.
Derselbe einheitliche
Strahl ruft in uns, je nach der Nervenbahn, durch welche der von ihm hervorgebrachte Eindruck zu dem Sitz unsers Bewußtseins
geleitet wird, bald Licht-, bald Wärmeempfindung hervor, ähnlich wie eine angeschlagene Stimmgabel in unserm Ohr eine Tonempfindung,
in der berührenden Hand aber das Gefühl des Schwirrens hervorruft.
Die Durchlässigkeit verschiedener Körper ist wie für helle Strahlen, so auch für dunkle Wärmestrahlen
sehr verschieden. ReineLuft läßt die Sonnenstrahlen, dunkle wie helle, fast vollständig durch sich hindurchgehen; sie wird
daher von ihnen nur unbedeutend erwärmt; die höhern Luftschichten, obgleich sie die Sonnenstrahlen aus erster Hand empfangen,
bleiben dennoch so kalt, daß selbst in der heißen Zone die Gipfel der Hochgebirge mit ewigem Schnee
[* 58] bedeckt
sind.
Die Erwärmung der Atmosphäre erfolgt zum weitaus größern Teil nicht unmittelbar durch die Sonnenstrahlen, sondern mittelbar
durch die erhitzte Erdoberfläche, welche ihre durch Einsaugung der Strahlen erworbene Wärme zunächst den sie berührenden
untern Luftschichten mitteilt; indem diese, leichter geworden, emporsteigen, führen sie die Wärme auch
den höhern Luftschichten zu. Weder das Wasser, noch die Wolken, noch irgend welche Bestandteile der festen Erdrinde sind so
durchlässig wie die Luft.
Alle verschlucken (absorbieren) einen größern oder geringern Anteil der sie treffenden Sonnenstrahlen und erwärmen sich
dadurch. Melloni nannte Körper, welche die dunkeln (ultraroten) Wärmestrahlen in ähnlicher Weise durchlassen
wie durchsichtige Körper die leuchtenden Strahlen, diatherman; atherman dagegen solche, welche die dunkeln Wärmestrahlen
absorbieren. Steinsalz läßt alle dunkeln Wärmestrahlen (ebensogut wie die hellen) durch und verhält sich demnach zu ihnen
wie ein farblos durchsichtiger Körper gegenüber den Lichtstrahlen; der für Licht ebenso durchsichtige
Alaun
[* 59] dagegen ist für ultrarote Strahlen undurchlässig. AndreKörper absorbieren bestimmte Partien aus dem ultraroten Gebiet
des Spektrums und verhalten sich also den dunkeln Wärmestrahlen gegenüber ähnlich wie gefärbte durchsichtige Körper, welche
nur Lichtstrahlen von gewisser Farbe durchlassen, andersfarbige aber absorbieren (vgl. Absorption 2). Melloni bezeichnete
dieses Verhalten als Wärmefärbung oder Thermochrose.
Ein bestrahlter Körper wird sich um so höher erwärmen, je vollständiger er die auf ihn fallenden Strahlen verschluckt oder
je weniger er davon durch diffuse Zurückwerfung wieder zurückgibt; dunkle Körper erwärmen sich daher bei gleicher Bestrahlung
höher als helle. Aus diesem Grund ziehen wir im Winter dunkle, im Sommer helle Kleidung vor. Dunkel gefärbte
Ackererde wird unter dem Einfluß der Sonnenstrahlen stärker erwärmt als weißlicher Kalkboden. Der Kienruß, welcher alle
Strahlenarten fast vollkommen absorbiert und ebendarum schwarz aussieht, wird durch Bestrahlung stärker erwärmt als irgend
ein andrer Körper.
Streut man Ruß auf den Schnee, so wird man bemerken, daß der Schnee unter dem Ruß rascher schmilzt als
der benachbarte, und daß, der Rußspur folgend, eine tiefe Rinne im Schnee sich bildet. Diejenigen Körper, welche die Wärmestrahlen
am besten einsaugen, strahlen umgekehrt ihre Wärme auch am leichtesten wieder aus: das Ausstrahlungsvermögen wächst in
demselben Verhältnis wie das Absorptionsvermögen. Heißes Wasser z. B. erkaltet in einem rußigen Topf
rascher als in einem blanken. Es versteht sich von selbst, daß
nur Strahlen, welche in einen Körper eindringen, von ihm absorbiert
werden und ihn erwärmen können.
Ein glatt polierter Körper, der schon an seiner Oberfläche einen Teil der Strahlen zurückwirft, erwärmt
sich bei gleicher Bestrahlung weniger, als wenn man ihm eine rauhe Oberfläche gibt, welche die Strahlen, ehe sie dieselben
zerstreut, bis zu einer gewissen Tiefe eindringen läßt. Anderseits wird ein warmer Körper seine Wärme reichlicher ausstrahlen,
wenn seine Oberfläche matt als wenn sie poliert ist, weil an der glatten Oberfläche ein Teil der aus
dem Innern des Körpers kommenden Wärmestrahlen wieder nach innen zurückgeworfen wird. In einer blank geputzten metallenen
Kaffeekanne hält sich daher das Getränk längere Zeit heiß, als wenn die Oberfläche der Kanne
[* 60] unrein ist. Also auch in dieser
Hinsicht erweisen sich die besten Einsauger zugleich als die besten Ausstrahler.
eine Stelle auf der Oberfläche des Großhirns des Hundes, von welcher aus ein Einfluß auf die Temperatur
und Gefäßweite der Extremitäten ausgeübt wird.
Diese Stelle umfaßt im allgemeinen die Gegend, an welcher zugleich die
motorischen Zentren für die Extremitäten belegen sind (s. Gehirn,
[* 61] S. 4,
[* 57]
Fig. 3).
Reizung dieses Bezirks
bewirkt vorübergehende Abkühlung der Extremitäten, während nach der Zerstörung eine Temperatursteigerung eintritt, welche
sehr bedeutend sein kann, nach einigen Tagen sich allmählich ausgleicht, aber auch monatelang anhalten kann.
mit heißem Wasser gefülltes Zinn- oder Kupfergefäß zum Erwärmen von Betten, Räumen, besonders
der Eisenbahnwagen etc. Als Füllmaterial für Wärmflaschen eignet sich am besten das
Wasser, weil es eine verhältnismäßig große Wärmekapazität besitzt. Es nimmt beim Erwärmen um eine bestimmte Anzahl von
Graden viel mehr Wärme auf als irgend ein andrer hier in Betracht kommender Körper und kann daher auch beim Abkühlen sehr
viel Wärme seiner Umgebung mitteilen.
Eine bedeutend höhere MengeWärme läßt sich indes aufspeichern, wenn man einen Körper anwendet, der während des Erkaltens
auch seinen Aggregatzustand ändert, also z. B. einen geschmolzenen Körper, der, nachdem die Temperatur hinreichend gesunken
ist, erstarrt. In diesem Fall wird nicht nur die fühlbare Wärme, die der Körper beim Erhitzen aufgenommen
hatte, abgegeben, sondern auch die sogen. Schmelzwärme, welche erforderlich war, um den bis zum Schmelzpunkt erhitzten starren
Körper in eine Flüssigkeit von gleicher Temperatur zu verwandeln. In diesem Sinn eignet sich nach Ancelin besonders das essigsaure
Natron NaC2H3O2 + 6H2O zum Füllen von Wärmflaschen. Das Salz
[* 62] schmilzt bei
59°, und die dazu nötige Wärme beträgt etwa 94 Wärmeeinheiten.
Ein Gefäß von 11 Lit. Inhalt enthält etwa 15 kg des Salzes. Erhitzt man dasselbe bis auf 80°, welche Temperatur man gewöhnlich
den Wasserwärmern gibt, so hat man 1731 Wärmeeinheiten, während dasselbe Gefäß, mit Wasser von 80° gefüllt,
bei der Abkühlung auf 40° nur 440 Wärmeeinheiten abgeben würde, und mithin besitzt das Salz eine viermal so große Heizkraft
als Wasser. Die Füllung der Wärmflaschen mit dem Salz geschieht ein für allemal unter Anwendung sehr einfacher Vorsichtsmaßregeln zur
Verhinderung einer Überschmelzung. Die Stöpsel müssen eingelötet werden. Die Erwärmung erfolgt durch
Eintauchen in siedendes Wasser. Diese Wärmflaschen eignen sich auch besonders gut zum Heizen von Terrarien und WardschenKasten.
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