mehr
eingeschraubten durchbohrten Stück P, welches oben mit einem Ventil [* 3] versehen ist. Dieses Ventil wird dadurch hergestellt, daß man über die obere Öffnung des Stückes P ein Stück Schweinsblase bindet und in derselben seitlich von der Öffnung zwei Einschnitte anbringt. Ein gleiches Ventil befindet sich am Boden des Stiefels bei k, beide Ventile öffnen sich durch einen Druck von unten u. werden durch einen Druck von oben geschlossen. Zieht man den Kolben in die Höhe, während der Hahn [* 4] c offen ist, so dehnt sich die in Rezipient und Kanal [* 5] enthaltene Luft in den ihr dargebotenen größern Raum aus, indem sie das Bodenventil k öffnet; das Kolbenventil P bleibt unterdessen durch den äußern Luftdruck geschlossen.
Drückt man nun den Kolben wieder hinab, so schließt sich das Bodenventil, und die im Stiefel zurückgebliebene Luft wird bald so weit verdichtet, daß sie vermöge ihrer Spannkraft das Kolbenventil zu öffnen vermag und durch die Bohrung des Stückes O entweicht, während in Rezipient und Kanal verdünnte Luft zurückbleibt. Ist der Kolben unten angekommen und somit die in den Stiefel herübergesaugte Luft hinausgeschafft, so wiederholt sich beim nächsten Kolbenzug dasselbe Spiel, und die bereits verdünnte Luft wird in demselben Verhältnis von neuem verdünnt.
Hiernach sollte man meinen, daß durch hinreichend viele Kolbenzüge zwar nie vollkommene Luftleere, jedoch jeder beliebige Grad der Verdünnung erreicht werden könnte. Dies ist aber schon deswegen nicht möglich, weil selbst bei den vollkommensten Konstruktionen zwischen Boden- und Kolbenventil unvermeidlich ein kleiner Zwischenraum, der sogen. schädliche Raum, vorhanden ist, in welchem stets Luft von atmosphärischer Dichte zurückbleibt. Denkt man sich nun während des Ansteigens des Kolbens den Stiefel vom Rezipienten abgesperrt, so wird sich die Luft des schädlichen Raums im ganzen Stiefel verbreiten, und ihre Dichte wird sich zu derjenigen der atmosphärischen Luft verhalten wie der schädliche Raum zum Stiefelraum; ist nun die Luft im Rezipienten bereits auf diesen Grad verdünnt, so wird von ihr nichts mehr in den Stiefel übergehen, und alles weitere Pumpen [* 6] ist nutzlos.
Staudinger und
Stöhrer erzielen bei ihren Handluftpumpen
dadurch eine größere
Wirkung, daß sie die
Kolbenstange durch eine
luftdichte
Stopfbüchse
[* 7] gehen lassen und
oben am
Stiefel ein
Ventil anbringen, welches beim Niedergehen des
Kolbens sich schließt, so daß der schädliche
Raum sich nur mit verdünnter
Luft füllen kann. Der
Grad der erreichten Luftverdünnung
wird durch die
Barometerprobe bestimmt. Eine etwa 76
cm lange Glasröhre taucht mit ihrem untern Ende in ein
Gefäß
[* 8] mit
Quecksilber;
oben ist sie umgebogen und mittels eines Stückchens Kautschukschlauch mit der durch den
Hahn b verschließbaren
Seitenröhre des Luftpumpe
nkörpers verbunden.
Wenn dieser
Hahn offen ist, erhebt sich das
Quecksilber in der
Röhre um so höher, je weiter
die Verdünnung fortschreitet.
Wäre es möglich, einen vollkommen luftleeren
Raum herzustellen, so würde das
Quecksilber die Barometerhöhe
erreichen; in jedem
Fall erfährt man den
Druck, den die verdünnte
Luft im
Rezipienten noch ausübt, durch eine Quecksilbersäule
ausgedrückt, wenn man die
Höhe der Quecksilbersäule in dieser
Röhre von derjenigen in einem gleichzeitig beobachteten
Barometer
[* 9] abzieht. Zu physikalischen
Zwecken werden größere
Luftpumpen
[* 10] angewendet, häufig mit zwei
Stiefeln, in deren
einem der
Kolben steigt, während derjenige im andern niedergeht. Diese
Bewegung wird durch ein Zahnrad bewirkt, welches beiderseits
in die gezahnten
Kolbenstangen eingreift.
[* 1]
Fig. 2 der Tafel zeigt eine zweistiefelige Ventilluftpumpe
mit den
beiden
Stiefeln D und S, dem
Rezipienten R und der
Barometerprobe G.
[* 1]
Fig. 3 zeigt dieselbe Luftpumpe
im
Durchschnitt,
und aus
[* 1]
Fig. 4 der Tafel ist die Einrichtung ihrer Kolbenventile ersichtlich;
das Bodenventil wird durch die Stange ac [* 1] (Fig. 3) gebildet, die mit sanfter Reibung [* 11] durch den Kolben hindurchgeht;
beim Hinabgehen nimmt der Kolben die Stange mit und drückt den stumpfen Kegel a in die darunter befindliche Öffnung;
beim Hinaufgehen wird die Stange gehoben, bis der Absatz an die obere Platte des Stiefels stößt.
Der doppelt durchbohrte Senguerdsche Hahn F, dessen Durchschnitt in [* 1] Fig. 5 der Tafel besonders dargestellt ist, dient dazu, um den Rezipienten nach Belieben mit den Stiefeln oder mit der äußern Luft in Verbindung zu setzen oder ihn auch ganz abzusperren. Um den Einfluß des schädlichen Raums zu vermindern, dient der Babinetsche Hahn h, welcher im Querschnitt in den [* 1] Fig. 6 u. 7 in zwei Stellungen besonders dargestellt ist. Auf den Umfang des Hahns stoßen drei Kanäle: D führt nach dem rechten, S nach dem linken Stiefel, R nach dem Rezipienten.
Bei der
Stellung
[* 1]
Fig. 6 der Tafel ist der
Kanal S außer Thätigkeit, und beide
Stiefel saugen in gewöhnlicher
Weise
Luft aus
dem
Rezipienten.
Hat man so die mögliche
Grenze der Verdünnung erreicht, so wird der
Hahn durch eine Viertelumdrehung in die
Stellung
[* 1]
Fig. 7 der Tafel gebracht. Jetzt ist der
Stiefel zur
Rechten vom
Rezipienten abgesperrt, steht aber
mit dem
Stiefel links in
Verbindung, welcher nun noch allein
Luft aus dem
Rezipienten saugt. Geht aber der
Kolben links herab,
so wird die unter ihm befindliche
Luft ohne
Verdichtung in den
Stiefel rechts hinübergeschafft, so daß
sich der schädliche
Raum nur mit sehr verdünnter
Luft füllen kann. Bei der zweistiefeligen Hahnenluftpumpe
[* 1]
(Fig. 8 der Tafel),
welche massive
Kolben besitzt, wird derselbe
Zweck durch den Graßmannschen
Hahn erreicht, durch welchen überhaupt ohne Anwendung
eines
Ventils die gesamte
Steuerung der
Maschine
[* 12] bewirkt wird. Als
Barometerprobe dient bei diesen größern
Luftpumpen das abgekürzte
Barometer (Textfig. 9). Das
Quecksilber füllt den zugeschmol-
[* 1]
^[Abb.: Fig. 1. Handluftpumpe.
Fig. 9. Abgekürztes Barometer.] ¶
mehr
zenen Schenkel ganz aus und beginnt erst zu sinken, wenn der auf den offenen Schenkel wirkende Druck der verdünnten Luft weniger als ¼ Atmosphäre beträgt; der Unterschied des Quecksilberstandes in beiden Schenkeln gibt alsdann den im Rezipienten herrschenden Druck an. Derselbe Zweck des raschern Auspumpens, wie durch die zweistiefeligen Luftpumpen, wird auch durch einstiefelige doppeltwirkende Luftpumpen erreicht; [* 13] Fig. 10 der Tafel zeigt eine Ansicht der Maschine von Bianchi mit Schwungrad V, welches durch die Kurbel [* 14] M in Umdrehung versetzt, und von dessen Welle die Bewegung auf die Kolbenstange m übertragen wird.
Textfig. 11 zeigt den Durchschnitt des Stiefels und Kolbens. Beim Niedergang des Kolbens strömt die vom Rezipienten kommende Luft durch das Rohr C bei S in den obern Teil des Stiefels, während die im untern Teil zusammengepreßte Luft durch das Ventil b und die Höhlung x der Kolbenstange entweicht. Beim Aufgang des Kolbens wird Luft aus dem Rezipienten bei S' in den untern Teil des Stiefels gesaugt, während die im obern Teil befindliche Luft durch das Ventil a austritt. Die Bewegung der Kolbenstange wird durch einen Kurbelarm bewirkt, so daß ihr oberes Ende bald nach rechts, bald nach links geführt wird; damit der Stiefel diesem Hin- und Hergang zu folgen vermöge, ist er um eine horizontale Achse drehbar.
Der durch die Luftpumpe
erzeugte luftverdünnte Raum (Guerickesche Leere, Vakuum) dient dazu, den Druck der Luft zur Anschauung zu bringen.
Zwei Halbkugeln, die man luftdicht aneinander fügt und dann auspumpt, haften mit großer Kraft
[* 15] aneinander; beträgt der Radius
der Kugel 10 cm, so ist ihr Querschnitt 314 qcm, und da die Luft auf 1 qcm mit einer Kraft von etwa 1 kg drückt,
so werden die beiden Hälften mit einer Kraft von 314 kg aneinander gepreßt. Die »Magdeburger« (Guerickeschen) Halbkugeln, mit
welchen Otto v. Guericke auf dem Reichstag von Regensburg
[* 16] (1654) experimentierte, hatten ⅔ Elle innerer
Weite und konnten kaum von 16 kräftigen Pferden auseinander gerissen werden.
Eine über einen Glascylinder gespannte Blase oder eine darübergelegte dünne Glasscheibe wird durch den Luftdruck zertrümmert.
Unter dem Rezipienten der Luftpumpe
kommt Wasser weit unter 100° C. zum Sieden; Äther verdunstet äußerst schnell
und
entwickelt dabei eine solche Kälte, daß Wasser gefriert. Der Heber
[* 17] hört auf zu fließen, und eine angeschlagene Glocke tönt
nicht mehr. Eine Flaumfeder fällt im luftleeren Raum ebenso schnell wie eine Schrotkugel. Der Gedanke, die Torricellische Leere
über dem Quecksilber im Barometer zum Auspumpen eines Rezipienten zu benutzen, wurde von den Mitgliedern
der Florentiner
[* 18] Akademie schon wenige Jahre nach Erfindung der Kolbenluftpumpe
ausgeführt.
Die erste praktisch brauchbare Quecksilberluftpumpe
,
[* 19] deren wesentliche Teile in Textfig. 12 dargestellt
sind, rührt jedoch von Geißler her (1857). Das etwa 76 cm lange Glasrohr C trägt oben das weite Glasgefäß A, und sein unteres
Ende steht durch den Kautschukschlauch D mit dem oben offenen Glasgefäß B in Verbindung. In eine Erweiterung
der Glasröhre tr, in welche das Gefäß A oben ausläuft, ist ein nach Art des Senguerdschen durchbohrter Hahn o eingeschliffen,
durch welchen A nach Belieben mit dem bei r angefügten auszupumpenden Raum oder mit der nach der äußern
Luft offenen Glaskugel p in Verbindung gesetzt werden kann.
Während A nach p offen ist, wird das Gefäß B so weit gehoben, daß sich A vollständig und auch p teilweise mit Quecksilber
füllt; wird nun durch eine Drehung des Hahns um 45° A nach oben abgesperrt und das Gefäß B allmählich
gesenkt, so sinkt auch das Quecksilber, und in A entsteht die Torricellische Leere, mit welcher man den Rezipienten durch eine
weitere Drehung des Hahns um 45° in Verbindung setzt. Nachdem der Hahn um 45° wieder zurückgedreht ist, wird durch den zweiten
Hub des Gefäßes R die nach A aus dem Rezipienten übergetretene Luft zunächst komprimiert und sodann nach
abermaliger Rückdrehung des Hahns um 45° durch p hinausgetrieben, worauf sich dieselbe Reihe von Operationen wiederholt. Bei
der Jollyschen Quecksilberluftpumpe
, Fig. 13 der Tafel, wird das Heben und Senken des Gefäßes B durch eine Winde
[* 20] und einen
starken Gurt F vermittelt, das Gefäß steht durch den Gummischlauch D mit dem Gefäß A und durch dieses
mit dem Rezipienten R und der Barometerprobe b in Verbindung; bei der Kravoglschen wird das Quecksilber durch einen eisernen Stempel
gehoben, bei der Poggendorffschen durch eine gewöhnliche Luftpumpe
empor-
[* 13] ^[Abb.: Fig. 11. Doppeltwirkende Luftpumpe. Stiefel und Kolben im Durchschnitt.
Fig. 12. Geißlers Quecksilberluftpumpe.] ¶
mehr
gesaugt. Die Quecksilberluftpumpen arbeiten zwar langsamer als die Kolbenluftpumpen, gestatten aber einen weit höhern Grad der Luftverdünnung zu erreichen als diese; sie eignen sich daher vorzugsweise zum Auspumpen kleinerer Räume, z. B. der Geißlerschen Röhren [* 22] (s. den Spezialartikel); Geißler hat die Entleerung derselben so weit getrieben, daß der elektrische Strom nicht mehr hindurchgeleitet werden konnte. Als Wasserluftpumpe bezeichnet man häufig die von Bunsen angegebene Luftsaugepumpe (Textfig. 14). Aus einem Wasserbehälter strömt Wasser durch das Rohr ac in das weitere Glasrohr d und reißt, indem es durch das 10 m weit hinabreichende Bleirohr f herabstürzt, durch seine Wucht die Luft aus d und aus der Röhre stmn mit sich, welch letztere mit dem auszupumpenden Raum in Verbindung steht; pq ist die Barometerprobe.
Diese Luftsaugepumpe wird in chemischen Laboratorien zum raschen Filtrieren [* 23] und Trocknen der Niederschläge verwendet, indem man die Röhre st mit dem Innern eines Gefäßes verbindet, auf welches der Trichter mit dem Filter luftdicht aufgesetzt ist. Der überwiegende äußere Luftdruck treibt alsdann zuerst die Flüssigkeit und später Luft durch den Niederschlag und das Filter hindurch und bewirkt so ein rasches Trocknen desselben. Auf demselben Prinzip beruht die Sprengelsche Quecksilberluftpumpe.
Bei allen beschriebenen Apparaten wird die Luftverdünnung durch mechanische Arbeit erzielt, man kann aber auch durch chemische Mittel ein sehr vollkommenes Vakuum herstellen. Stellt man z. B. unter eine luftdicht schließende Glocke ein Schälchen mit frisch gebranntem Kalk, leitet alsdann durch eine obere Öffnung so lange Kohlensäure in die Glocke, bis alle Luft verdrängt ist, verschließt diese Öffnung und überläßt den Apparat sich selbst, so absorbiert der Kalk die Kohlensäure, und wenn noch konzentrierte Schwefelsäure [* 24] unter der Glocke steht, so werden auch etwa vorhandene Wasserdämpfe absorbiert. Einen fast vollkommen luftleeren Raum erhält man, wenn man den Rezipienten einer Luftpumpe mit einem Raum in Verbindung setzt, in welchem während des Auspumpens Holzkohlen glühend erhalten werden; beim Erkalten absorbiert alsdann die Kohle die kleine Menge Luft, welche die Pumpe [* 25] nicht zu entfernen vermochte. - Die Luftpumpe findet vielfach wissenschaftliche und technische Anwendung, besonders bei der Dampfmaschine, [* 26] der Zucker- und Extraktfabrikation, bei der atmosphärischen Eisenbahn, der pneumatischen Brief- und Paketbeförderung etc. Wo geringere Grade der Luftverdünnung ausreichen, wendet man wohl auch Ventilatoren an. Bei der pneumatischen Post (»Rohrpost«) kommen rotierende Luftpumpen zur Anwendung, z. B. der auch als Gebläse [* 27] benutzbare Roots-Blower (s. Gebläse, S. 976)
[* 21] ^[Abb.: Fig. 14. Bunsens Wasserluftpumpe.]