Volumen). Wird aber dem zu erwärmendenGas gestattet, sich auszudehnen und sich dadurch stets mit dem äußern unverändert
bleibenden
Druck ins
Gleichgewicht
[* 2] 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
[* 3] 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
[* 4] 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.
[* 9] 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
[* 10] 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
[* 15] (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
[* 1]
^[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
[* 18] und
verpackt Eis,
[* 19] 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
[* 20] rascher
fortleitet und daher der Hand mehr Wärme entzieht als das schlecht leitende Gewebe;
[* 21] 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,
[* 22] zur Hälfte aus Holz besteht, mit einer dicht anschließenden
Papierhülse und hält ihn über eine Flamme,
[* 23] 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
[* 24] 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,
[* 25] 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.