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Neue Versuche ber die Ausdehnung von Krpern durch die Wrme.

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1877.
ANNALEN
J2’4.
DER PHYSIK UND CHEMIE.
B A N D CLX.
I. X e u e Versuche iiber die Ausdehnung won
Korpern durch die Warme; von P . G l a t z e l .
1.
I n der vorliegenden Arbeit werden cinige Versuche uber
die Ausdehnung von Metallen und Holzern beschrieben,
die ich im physikalischen Laboratoriurn des Friedrich-W ilhelms Gymnasiums zu Berlin mit einem Apparate angestellt habe, welcher dem Leiter desselben Hrn. Prof. S c h e l l b a c h von dem Mechaniker Hrn. F u e f s hierselbst zur
Priifung ubergeben worden ist.
Dieser Apparnt zeichnet sich in seiner Construction
vor den anderen bisher zu diesem Zwecke benutzten Apparaten dadurch vortheilhaft aus dafs ein Versuch damit
sich sehr leicht und vor Vieler Augen, also z. B. bei einer
Vorlesung anstellen lust, und dafs die Einfachheit der
Construction seine Herstellung bedeutend billiger macht,
ohne die Genauigkeit der Resultate zu beeintrachtigen.
E r diirfte daher Manchem, welcher zur Anfertigung von
Apparaten oder bei Anstellung von Versuchen die Ausdehnung bestimmter Korper, wie z. B. der Stabe beim
Rostpendel wissen mufs sehr willkommen seyn.
Die Haupttheile des Apparates sind das Stativ, bestehend aus dern Sockel A , der Saule B und dem Trager C; der Erhitzungsapparat D und das Fuhlhebelsystem E.
Die Theile des Stativs sind massiv, ails Gufseisen und
als ein Ganzes gegossen. An dem oberen Ende des Tr5gers ist die Schneide 1 befestigt, ebenso befindet sich an
dem rechten Ende des um A drehbaren Armes i die
Poggendorff’s Annal. Bd. CLX.
32
,
,
498
Schneide c , zwischen beidcn ruht der Ftihlliebel, dessen
langer Arm durch eine Durchhrechung dcs Tragers hin-
durchragen kann iind so auf die Scala zeigt. Die untere
Schneide c wird mit dem Arme i durch den Erhitzungsapparat oder, wenn dieser herausgenommen ist, durch einen
an dem Trager befindlichen Stift gehalten. Der Erhitzungsapparat selbst ruht auf der Mikrometerschraube g , und
499
diese wieder erhalt eine feste Lage durch den Schieber p,
welcher auf dem dreiseitigen Stahlprisma r mit der Mikrometerschraube in langeren oder kiirzeren Entfernungen
zum Fiihlhebel verstellhar ist, um auch andere Korper
als den Erhitzungsapparat einschalten zu kbnnen.
Die einzelnen Theile des Erhitzungsapparates und des
E’fihlhebelsystems sowie ihr Zweck treten durch die Beschreibung eines Versuches klarer hervor, als wenn sie
einzeln aufgezahlt wlirden , daher will ich die Zusamrnensetzung der Theile nebst ihrer Wirksamkeit mit der allgemeinen Beschreibung eines Versuches verbinden. Zur
grolseren Anschaulichkeit zeigt die Zeichnung die Theile
des Erhitzungsapparates und des Fuhlhebelsystems im
Durchschnitt.
Das 211 untcrsuchende Stabchen a wird in das Messingrohr b gesenkt, welches untcn durch ein auf beiden Seiten
conisch ausgehiihltes Elfenbeinstiick fest verschlossen ist.
Oben pakt locker eine Messinghiilse mit Elfcnbeineinsatz
hinein, deren conische Vertiefung die obere Spitze des
Stabes beriihrt, wghrend die Erhohung in eine entsprechende
Vertiefung der Schneide c hineinpalst Mit dem Rohr
steht unten eipe kreisformige, messingne Scheihe in fester
Verbindung, waihrend oben eine ihr glinliche auf dasselbe
geschraubt werden kann. Zwischen beiden Soheilen ist
ein zweiter conceiitrischer Cylinder aus Glas vermittelst
zwischengelegter Gummischeiben dampfdicht festgeprefst.
Zur Erwarmung wird Wasserdampf angewendet, welcher
durch einen Schlauch durch das am unteren Boden befindliche Loch d in den cylindrischen Hohlraum geleitet werden kann. Hier umspult er den inneren Cylinder, kann
durch die obere Oeffnung e entweichen, wahrend das durch
Condensation erzeugte Wasser durch das unten im Boden
befindliche Loch f abflielst.
Dehnt sich nun das Stabchen a aus, so wird die untere
Schneide c in die Hohe gehoben und dadurch eine Drehung des Fiihlhebels k um die Scharfe der oberen Schneide I
bewirkt.
32 *
500
Die Einrichtung, welche Hr. F u e f s diesem Fuhlhebel
gegeben hat, bewirkt eine aurserordentliche Empfindlichkeit
desselhen. m und n sind zwei gleiche aus Stahl gefertigte
Platten, welche durch Schrauben mit einander und zugleirli
cinrrseits rnit dem Zeiger andrerseits mit einer langen
Schraube nebst Laufgewicht fest verbunden sind. Die obere
Ansicht des Fuhlhebels wird in der Nebenfigur dargestellt.
Die Platten sind derartig aosgeschnitten, dafs an drei
Seiten des viereckigcn Ausschnittes der Schnitt senkrecht
heruntergeht, wahrend er an der vierten Seite schrag nacli
innen zu gefuhrt ist, alsdann sind die Platten so aufeinandergelegt, dafs die heiden schragen Schnitte in eine Ebene
fallen. In den Ausschnitt der unteren Platte ragt die
untere Sclineide hinein und beriihrt die untere Flache drr
oberen Platte, so dafs dicse auf ihr ruht. In entsprechender Weise beruhrt die obere Schneide die untere Platte,
welchc durch das Laufgewicht gege n sie gedriickt wird.
Bei einer Bewegung des Hebels durch Hebung der
Schneide wird also der kurzer e Hebelarm durch die Entfernung beider Sclineiden gebildet. Diescr kann dadarch,
dsfs die oberc Schneide I vermittelst der Schrauhe o gestellt werden kann, s e h r klein gemacht werden.
Rewegt sich nun bei Ausdehnung des Stabchens der
Zeiger , welcher im Anfange auf 0 cingestellt ist, nacli
iinten, so wird durch en tsprechende Drehung der Mikrometerschraube der ganze Erhitzungsapparat gesenkt und
so der Zeiger immer auf 0 erhalten. Bleibt nach Verlauf
einiger Zeit der Zeiger in Ruhe, so hat das Stabcheii die
constante Temperstur angenommen. Die Grofse der Drehung kann nun an der auf dem Rande der Mikrometerschraube befindlichen Kreistheilung abgelesen und dadurch
die Grorse der Ausdehnung berechnet werden.
Es ist an dieser Stelle wohl einer Erwahnung werth,
dafs der so empfindliche Fuhlhebel des Apparates sich
auch zur Demonstration interessanter Biegungserscheinungen anwenden lafst, die fur Reobachter, welche den Apparat noch nicht kannten, stets sehr iiberraschend waren.
,
501
1st der Apparat in Function, spielt also die Zeigerspitze
des Fiihlhebels auf eineu Theilstrich der Scala ein, so
laLt sich eine ganz geringe Biegung eines Theiles voni
Apparat, der hebend oder senkend auf eine der beiden
erwiihnten Schneiden wirken konnte, erkennen. Liilbt man
z. B. einen Druck von nur wenigen Granimen a;:f das
obere Ende des massiven Triigers einwirken, so 'iiberrascht
es zu sehen, d a k hierdurch wirklich eine Biegung des
Tragers und so auch der 4 Centimeter dicken Eisensaule
stattfindet. Dieses Experiment, welches die iiberaus leichte
Nachgiebigkeit starker Metallmassen gegen so geringen
lufseren Einflul's zeigt, ist besonders lehrreich fiir die
Behandlung feiner Pracisionsinstrumente, sowie fur die Herstellung derselben.
11.
Zuerst machte ich, um die Branchbarkeit dcs Apparates
zii priifen, eine grofse Reibe von Versuchcn mit Metallen,
deren AusdehnungscoEfficient schou von Anderen bestirnmt
worden ist.
Die Uebelstande und Schwierigkeiten, welche sich bei
den ersten Versuchen mit dem mir iibergebenen Apparate
zeigten, bestanden zunachst in der fast ubergrofsen Empfindlichlceit des Zeigers. Eine geringe Verriickung oder ein
Anstofsen des Apparates geniigten, um beim Zeiger eine
wenn auch nur geringe Aenderung in der Lage zu bewirken, ein Umstand, welcher das Resultat oft sehr beeintrachtigte. Es mufste daher sehr genan darauf gesehen
werden, dafs allen Theilen des Apparates, welche nicht
fest mit ihm verbunden sind, eine fur die gsnze Dauer
des Versuches gesicherte Lage erhalten blieh. So gab
besonders der Schlauch, durch welchen der Dampf zugeleitet wurde, in einer anderen Lage auch dem Erhitzungsapparate eine andere Lage gegen die untere Schneide c,
und konnte dadurch ein Versuch ganz werthlos gemacht
werden. Der Schlauch wurde defshalb mit einer Glasrohre versehen in der Klemme eines Stativs befestigt.
502
Grolsere Schwierigkeiten hot folgende Erscheinung:
Schon bei mehreren Metallen war es mir aufgefalleo, dafs,
wenn die Ausdehnung ein Maximum erreicht hatte, iind
der Metallstab noch etwas Iangere Zeit der Einwirkung
des Dampfes ausgesetzt blieb, eine scheinbare Verkiirzung
des Stabes eintrat. Da die Verkiirzung aber nur sehr
gering wgr (der Zeiger bewegte sich wahrend einiger
Minuten nur um einen lialten Grad nach oben), legte ich
dieser Erscheinung Anfangs keine besondere Wichtigkeit
bei; erst bei Cadmium, welches auch den griifstcn AusdehnungscoEfficienten hat, zeigte sie sich so deutlich und
stark, dafs sie nicht inehr aufser Acht gelassen werden
durfte. Bald nachdem niimlich der Zeiger einen Huhepunkt erreicht hatte, 6ng er an sich nacli der entgegengesetzteii Seite zu bewegen, welche Bewegung zwar sehr
langsam, jedoch stetig vor sich ging, so dals z. B. einmal
der Zeiger, nachdem ich iiber eine halbe Stunde Dampf
hatte durchstromen lassen, sich iiber 5 O nach oben hin,
also nach der Seite, welche die Verkiirzung angab, bewegt
hatte, ohne eine constante Stellung eiuzunehmen.
Dieses eigenthiimliche Verhalten wird wohl weder in
dem Metallstabchen, noch auch in dem Apparate an und
fur sich, sondern darin zu suohen seyn, dafs die hohere
Temperatur der Umgebung eine Aenderung der einzelnen
Theile des Apparates hervorbringt. Der aus dem Erhitzungsapparate wieder austretende Dampf andert namlicli
wahrend eines Versuches die Temperatur in der Umgebung.
Ich beobachtete wahrend des Versuches ein Steigen des
Thermometers, welches in der Niihe des Apparates aufgestellt war, iiin 0,4 Grade; einige Male sogar, als ich 1ingere Zeit Llampf durch den Nrhitzungsapparat strornen
liel's, stieg die Terriperatur noch hoher.
U m diesen Uebelstanden abzuhelfen , wurden folgende
Vorkehrungen getroflen. Der ails dem oberen messingnen
Ansatzrolire ausstromende L)ampf wiirde durch einen langeren Giimmischlaucli in Wasser geleitet , und dasselbe
geschah auch bei dem uuteren Ansatzrohr, aus welchem
503
das condensirte Wasser und, wenn der Versuch mehrere
Minuten in Anspruch nahm, auch Danipf ausstronite.
Aulberdem brachte ich noch zwischen dem Erhitxungsapparate und dem dreiseitigen Stahlprisma r eine doppelte
Wand mit nach vorn gebogenem Dache von Pappe an,
um die einzelnen Theile vor der Warrne zu schiitzen,
welche der Erhitzungsapparat ausstrahlte. (In Zukunft
wird jeder Apparat ein aus einem schlechten Warmeleiter
gefertigtes Diaphragma erhnlten, wie es der in der Figur
init s bezeichnete Theil anzeigt.) Schlielslich unigab ich
die Saule des Stativs mit Watte und einem Pappcylinder,
wed deren Erwarmung besonders nachtheilig wirkt. Bei
der blofsen Beruhruiig derselben nzmlich mit der Handfliiche gab der Zeiger- schon einen sichtbaren Ausschlag.
N achdem diesc Vorsichtsmaafsregeln getroffen waren,
zeigte sich bei allen Versuchen obige scheinbare Verktirzung erst nach langer Zeit und auch dann nur in sehr
geringem MaaCse. Uebrigens lieferten auch die ohne obige
Vorsichtsmaafsregeln mit dem Apparate fiir die Metalle
unternommenen Versuclie, sobald nach Erreichung des
Maximums der Dampf abgesperrt wurde, Resultate, welche
mit den von Anderen gefundenen im Ganzen recht gut
ubereinstimmten.
111.
Von Metallen untersuchte ich Stnhl, Eisen, Kupfer,
Ziiin, Aluminium, Blei, Cadmium. U m dieselben in Inoglichst reinem Zustande zu halen, hatte ich mir Stabchen
davon in der ohemischen Fabrik von T h e o d o r S c h u c h a r d t in Gorlits anfertigen lassen. Ich erhielt sie in
iioch rohem Zustande als Draht gezogen und lieL sie dann
von Hrn. Fuel's in die richtige Form bringen. Die Lange
der Stabchen betrug einen Decimeter. Die folgenden
Zahlen geben an, um wie vie1 Millimeter ein Stab bei einer
Temperaturerhohung um 1"sich ausgedehnt hat ; sie mussen
also, wenn man, wie gewohnlich, linter ct die Zahl versteht, welche angiebt, urn den wievielteii Theil der eigenen
504
Liiiige sic11 cin Bijrper IJei einer Temperaturerhohung um
1" ausdehnt, niit 100n bezeichnet werden. Zur Vergleichung
stelle ich neben die von mir gefundenen Zahlen diejenigen her, welche iu neuester Zeit F i z e a u mittelst seiner
optischen Methode gefunden hat, und welche sich in P o g g .
Ann. Bd. 138, S. 30 und 31 angegeben finden.
Stahl
. . . 0,001256 (6 Versuche)
. . . 0,001387 (8 Versuche)
Kupfer . . 0,001705 (5 Versuche)
Eisen
0,001 188
0,001696
Zinn . . . 0,002212 (6 Versuche) 0,002234
Alurninium 0,002354 (7 Versuche) 0,002318
Blei . . . 0,002936 (6 Versuche) 0,002924
Cadmium . 0,003121 (6 Versuche) 0,003069
.
Man sieht, dak, ahgesehen von Stshl und Eisen, wofiir
F iz e a u selbst j e nach Beschaffenheit derselben verschiedene
Zahlen erhnlten hat, die von mir gefundenen Ausdehnungsco&fficienten mit den F i z e au 'sohen geniigend iibereinstimmen.
Ueber die Einzelheiten der Versuche ist Folgendes zu
bemerken : Die Versuche wurden in einem physikalischen
Laboratorium angestellt, in dem die Temperatur iin Laufe
eines Tages sich sehr wenig anderte. Der Apparat selbst
konntc nur in letztcr Zeit im Versuchszimmer uber Nachtbleiben, sonst wurde er' in einem Nebenzimmer aufbewahrt
und mulste d a m vor dem Versuche erst die Temperatur
des Zimmers :innehmen. Befand sich der Stab in dem
Erhitzungsapparate , so wurde durch Drehung der Mikroineterschrnnhe der Zeiger auf N d eingestellt, und klcine
Schwankungen wurden so lange corrigirt, bis die Stellung
eine feste geworden war, d. h. bis der ganze Apparat
mit deni Stabe gen:iu die Zimmertemperatnr angenommen
hatte.
Der BuBere Umfang des Kopfes der Mikrometerschraube
505
war in 100 Theile getheilt, und ihre Ganghijhe betrug imm.
Ein Hundertstel Umdrehung derselben entsprach daher
entwader einer Verlangerung oder Verkiirzung um jtgmm.
Nun kann auf der am Rande befindlichen Theiliing noch
ein Tausendstel Umdrehung nach einiger Uebung erkannt
werden und durch entsprechende Einstellung der oberen
Schneide kann der Fuhlhebel so empfindlich gemacht
werden, dafs er fur diese Umdrehung noch einen deutlichen Ausschlag giebt, man kann also noch hrnm
Verlangermg oder Verkiirzung durch Abschatzen oder, da der
Fehler beim Ablesen auf der Randscala der Mikrometerschraube noch nicht & Umdrehung betragen kann, Amm
genau bestimmen. Der Apparat, mit dem die erwlhnten
Versuche' fir Metalle und auch die spateren fur Hijlzer
Umdrehung der
gemacht sind, war so eingestellt, dafs
Mikrometerschraube eine Bewegung des Zeigers um lo
auf der Soala bewirkte, und die Grade auf der letzteren
waren so grofs, daCs man noch Verschiebungen um rfr Grad
wahrnehmen konnte.
Die Zimmertemperatur welche der Stab nach seiner
festen Einstellung angenommen hatte, wurde durch ein
Thermometer bestimmt, welches in Zehntel Grade getheilt
war, die Temperatur nach Einstrijmen des Dampfes in
dem Erhitzungsapparate durch ein Thermometer, welches
nur die Grade von 88 bis 102 zeigte, die sehr genau
nach einem Normalthermometer bestimmt waren. Die
Grade auf demselben waren so groCs, dafs man bequem
Funftel abschatzen konnte. Es zeigte sich, nachdem der
Dampf eine Zeitlang durchgestrijmt war, stets eine constante
Temperatur von 101O. Die looo uberschreitende Temperatur wurde dadurch bewirkt, daCs wegen der Enge des
Ansatzrohres der Dampf eine grijfsere Spannung erhielb.
I n welcher Weise die resultirenden Zahlen durch Fehler
bei der Beobachtung beeinfluCst werden, zeigt sich an folgendem Beispiele. Bei einem Versuche, welcher in letzter
Zeit, als schon alle beschriebenen Vorsichtsmaafsregeln getroffen waren, mit Stahl gemacht wurde, betrug die An-
,
AD'
,
506
faugstemperatur 72",2, der Index a n der Mikrometerschraiil,t,
zeigte auf 11,7. Nachdern das Maxiinurn dcr Ausdehnung
erreicht war, zeigte der Index auf 31,8. Wahrend also
die Temperatur urn 83,8" gestiegen war, rnufste die Schraube
urn 20,l Theilstriche gedreht werden, d. h. der Stab hatte
sich um 20,l : 200"" = O,lOOjmm verlangert oder fiir einen
Grad urn 0,1004 : 83,8"'" = 0,0011901"m. Der Fehler i n
der Reobachtung der Drehung betragt noch nicht & eincs
Theiles an der Itandscala der Mikrometerschraube, also
da durch 200. 83,8 dividirt wird, ist der Fehler
1
< i60000
oder (0,00000625.
Noch kleiner ist dcr Fehler, dcr
diiroh ungenaue Beobachtnng der Temperatiwdifferenz entstelien kann. Nirnnit man, wie es nach dem oben Gesagten gerechtfertigt ist, an, d d s die Ungenauigkeit hochsteiis & Grad betragt, so ware iin iingiinstigeten Falle in
dern Bruche 0,01005: 838 der Nenner urn eine Einheit
zu g r o k oder zu klein. Irn ersteren Falle wiirde der Fehler
1
Falle entsprechend 0,001199. 839 betragen, er wiirde also
< 0,001199.0,0012, d. &. <0,00000144 seyn. Es m u k
deinnach der sowohl durcli uiigenatie Beobachtung an der
Mikrorneterschraube als auch der Ternperaturdifferenz
mogliche Fehler < als die Surnme beider Zahlen, d. h.
< 0,00000769 < 8 Milliontel seyn.
IV.
Die im vorigen Abschuitte anget'iihrten Ausdehnungscoefficienten sind die Mittelzahleii eiiier Anzahl von Versuchen, und %war ist jedesrnal sowohl die Verlange'rung
des Stabes durch Erwarinuog als auch die darauf folgende
Verkiirzung durch Abkiihlung bis ziir W iederannahme der
Zimmerternperatur berucksichtigt. Es zeigte sich dabei
die auch schon von Anderen bcohachtete Eigenthiimlichkeit, dafs nach erfolgter Erbitzung und Abkiihliing die
Stabe ihre urspriingliche Lange nicht wieder annahmen,
507
sondern sich verkiirzten. Um ein genaueres Bild von diesen Vorgangen zu geben, fuge ich folgende Versuchsreihe an:
S t a h l .
Temperaturdifferenz
84,O
83,8
83,4
83,4
83,4
83,4
83,4
Differem
10,o
33,9
11,7
31,s
10.0
30,O
30,O
8,4
17,O
33,9
11,7
31,8
8,4
28,7
AusdehnungscoTtfficient
Bemerkungen
Erhitzung
0,001324 Abkiihl.
z0;o
21,6
20,3
Erhitzung
Abkiihl.
0;001199 Erhitzuog
0,001295 Abkiihl.
0,001217 Erhitzung
Man sieht aus diesen Angaben, dafs bei der ersten
Erhitzung die Mikrometerschraube von 17,O bis 33,9 gedreht wurde, bei der darauf folgenden Abkiihlung dagegen
mufste sie fiber 17,O hinaus bis 11,7 zuriickgedreht werden, die Differenz von 5,3 Theilen an der Eandscala der
Mikrometerschraube entspricht einer Verkiirzung der urspriinglichen Lainge des Stabes um 0,0265"". Wurde nun
wieder durch Durchstromen des Dampfes das Maximum
der Ausdehnung erreicht, so zeigte der Index auf 31,8;
die diesmalige Ausdehnung ist urn 3,9 Theile grijfeer.
Nachdem abermals der Stab bis auf die Zimmertemperator abgekiihlt war, stand der Index aaf 10,O; bei der
zweiten Abkiihlung war also eine um 0,4 Theile kleinere
Drehung der Mikrorrieterschraube nothig. Die neue Differenz zwischen Ausdehnung durch Erwiirmung und darauf
folgender Verkiirzung durch Abkiihlung betragt nur noch
1,7 Theile oder 0,0085"".
Diese Gesetzmglsigkeit , dafs namlich obige Differenz
d a h r c h verriiigert wird d a b sowohl die Ausdehnung
,
durch Erhitzung grofser, als auch die darauf folgendc
Verkurzung durch Abkiihlung kleiner wird zeigt sich
auch, wie aus den folgenden Angaben ersichtlich ist, in
den weiteren Versuchen, wenn auch in vie1 geringerem
Maafse. Wenn man dieselben daher fortsetzte, so miifste
die Differenz sich der 0 nahern, und sich so der gemeinsame Granzwerth der Ausdehnung und Verkiirzung ergeben. Jedoch wiirde die weitere Angabe ihrer Grijfse
illusorisch werden , da man, wie oben auseinandergesetzt,
mit dem Apparate nur im Stande ist T&omm genau zu
messen.
U m nun ein annahernd richtiges Resultat zu erhalten,
ist meistentheils das Mittel von 6 Versuchen genommen
worden. Die durch die erste Erwarmung gewonnene Zahl
wurde dabei nicht beriicksichtigt, da sie bei den meisten
Metallen, besonders aber bei allen Holzern gegen die
iibrigen , bei denen eine Gesetzmakigkeit nicht zu verkennen ist, sehr klein war.
Eine Erklarung dieser merkwiirdigen Erscheinung durfte
vielleicht darin liegen, dafs durch die Bearbeitung die
Stabe gestreckt sind. Hierdurch ist die gegenseitige Entfernung der Moleciile in'Richtung der Lange des Stabes
vergrofsert. Wird nun durch Erwarmung die Beweglichkrit der Molecule erhoht, so werden sie bei der darauf
folgenden Abkiihlung dem Bestreben , ihre urspriingliche
(vor der Bearbcitung eingenommene) Lagc zu einander
anznnehmen, leichter nachkommen konnen. Die erste Ausdehnung ist natiirlich die kleinste, da ja die Stiibchen
gestreckt und die erste Verkurzung die grokte, da bei
Beginn derselben die Molecule am weitesten von ihrer ursprunglichen Gleichgewichtslage entfernt waren.
Eine Bestatigung dieser Erklarung wiirde vielleicht
durch einen umgekehrten Versuch gegeben werden konnen ;
wenn man namlich einen vorher zusammengeprefsten Stab
erhitzt und sich dann abkiihlen lafst, so miifste er eine
Verlangerung erfahren haben. Da mir aber ein passender
,
509
Stab nicht zur Hand war, so habe ich diesen Versuch
bis jetzt noch nicht angestellt. Ich behalte ihn aber ebenso
wie auch mehrere andere Versuche, welche einige Eigenthiimlichkeiten der geschilderten Erscheinung klar legen
wiirden, fur spatere Zeit vor.
V.
,
Die Einrichtung des Erhitzungsapparates dafs der zu
untersuctiende Korper nicht direct vom Dainpfe umspult
wird, sondern in dem Messingrohr sich befindet, ermoglicht
auch die Untersuchung von Holzern.
I n seiner ursprunglichen Gestalt bestand der Erhitzungsapparat, da zunachst nur die Untersuchung von Metallen
in’s Auge gefabt war, in einem Mcssingcylinder, in dessen
Mitte sich dcr Stab hefand. Iler Dampf trat durch das
betreffende Ansatzrohr in denselben ein, umsptilte den
Stab direct und brachte so eine Erwarrnung desselben auf
die Sicdeternperatur hervor. Der erwarmte Stab druckte
oben geges eine Feder und vermittelst dieser gegen die
untere Schneide.
Die Versuclie mit Holzern diirch diesen Apparnt warden, da dieselben durch Einsaugen des Dampfes ihre Gestalt
andern, ungeniigende Resultate ergeben. Es wurde daher
die oben beschriebene Einrichtung der beiden concentrischen Cylinder getroffen. Zu beachten war dabei noch,
dafs der innere Cylinder nicht oben iind unten geschlossen
seyn durfte, so dafs etwa, wie beim ursprunglichen Erhitzungsapparat, der Stab gegen eine Feder gedrtickt hatte,
da dann die in demselben befindliche Luft bei ihrer Erwarmung auch gegcn die Feder gedruckt und so das
Resultat beeinflufst hatte. Hr. F u e l s hat daher die beschriebene Einrichtung mit der Messinghiilse getroffen.
Zunachst wurde durch eine Reihe von Versuchen an
Metallen nachgewiesen, dak diese Einrichtung auf die
Resultate keinen merkbaren Einflufs ausiibte. Es ergab
sich fiir Stahl als Mittel von sechs Versuchen mit dem ur-
510
spriinglichen Apparate 0,001235, mit dem neueren 0,001 251.
Die Differenz beider Zahlen kanii wohl als innerlialb
der Granze des Beobachtungsfehlers liegend angenommen
werden.
Dasselbe gilt von Eisen, fiir welches als Mittel von
8 Versuchen mit dem nrsprttnglichen A pparate die Zabl
0,001335, als Mittel von 8 Versuchen bei dem neiieren
0,001387 ergab.
Nachdem diese Uebereinstimnmig festgestellt war, wurden alle Versuche mit dem neuen Apparate gemacht.
Von Holzern hatte mir Hr. F u e f s eine grofsere Anzahl,
sowohl in Langsfisern, als auch in Querf'asern besorgt.
Den ersten Versuch inachte ich mit Lindenholz. Nachdem
der Stab eine Zeitlang der Erhitzung ausgesetzt gewesen
war und sich ausgedehnt hatte, fing e r an sich in so starkem Maafse zii verkurzen, d a k ich mit dem Versuche
aufborcn mufstc. Ich erkannte, daL die Verkiirzung mit
der oben beschriebenen scheinbaren nichts zu thun habe,
sondern dadurch bedingt wurde, dafs der Stab vorher
feucht gewesen war. Leider hatte er sich beim Trocknen
durch die Hitze verbogeri, so dafs er nicht mehr verwendet werden konnte. Es kam nun darauf an, die Stabchen auf eine solche Art auszutrocknen, dafs dadurch
nicht K r h m u n g e n veranlafst wurden. Iah brachte sie
defshalb sammtlich unter den Recipienten einer Lufipumpe,
nachdem ich, urn die Wirkung des Austrocknens genau
zu messen, das Gewicht zweier Mahagonistabchen , eines
mit Langs- und eines mit Querfasern , bestimmt hatte.
Es zeigte sich, dafs diese Art des Austrocknens ein ausgezeichnetes Resultat lieferte. Schon nacli 24 Standen
konnte ich sehen, dal's die Stahchen mit Querfasern sich
durchweg um etwa 2"" gegen die rnit Langsfasern verkiirzt hatten, und als ich die beiden Mahagonistabchen
wieder wog, fand sich, dafs ihr Gewicht von 1,567g bis
1,3856, also um I d % l C 7"g
~ sich verringert hatte; danach
liefs ich die Stabchen noch einen Tag unter dem Reci-
51 1
picnten, betncrkte aber d a m keine Abnnhme des Gewichtes mehr. Nun verwahrte ich sammtliche Stabchen in
Reagenzgliisern vor dem Zutritt von Luft und machte die
Versuche. Vor und nach dem Versuche mars ich die
Lange der Stabchen mit einem Maafsstahe, der Zehntel
Millimeter angab (in Folge des Austrocknens hatten namlich auch die Stabchen niit Liingsfasern an Lange abgenommen), ehenso wog ich sie vor und am Ende der Untersuchung und fand dabei, dafs das Gewicht wahrend derselben zunahm, z. B. war bei Mahagoni daa Gewicht urn
9lUg gewachsen, dagegen konnte ich in Hinsicht auf die
Lange keinen mit meinem Maafsstabe mefsbaren Einfliifs
ersehen.
Diese Gewichtsznnabme, welche natiirlich auch auf
eine entsprechende Ausdehnung schliefsen lafst wurde
dadurch hewirkt, dafs der Stab wahrend der Untersuchung
Feuchtigkeit aus der Zimmerluft einsog. Rei Mahagoni,
mit welchem euerst die Versuche gemacht wurden, war
sie am grofsten. Dies liegt jedoch mit daran, dafs sowohl
eine griifsere Anzahl von Versuchen gemacht wurde, als
auch das Wiegen zufallig mehr Zeit in Anspruch nahm.
Bei den ubrigen Stabchen betrug die Zunahme des Gewichtes wahrend der Untersuchung nur 1 bis 5mg.
Die auf diese Weise vorbereiteten Holzer konnte ich,
nachdem das Maximum der Ausdehnung erreicht war,
einige Minuten der weiteren Erhitzung aussetzen, ehe sich
eine Spur von Verkikrzung zeigte.
Die Versuchsreihen, als deren Mittel sich die Zahlen
fur die AusdehnungscoEfficienten ergaben, bieten Manches
Interessante; ich will hier nur zwei derselben herstellen,
in welchen einerseits eine bestimmte Gesetzmsfsigkeit in
der Zu- resp. Abnahme der Zahlen fur die einzelnen Versuche, andrerseits Unregelmafsigkeiten klar hervortreten.
,
Temperatur- Stand der Mikrometerzunahme
schraube
vor
I nach
wahrend des
dem Versuche
Versuches
1.
83,O
83,l
S3,l
do.
do.
do.
do.
do.
70.8
74;s
63.8
70;8
G0,9
68,s
59,7
67,2
I
Differenz
Bemerkungen
A h o r n .
74.8
63;s
708
60;s
68,s
59,7
67,2
58,5
1
Ausdehnungscogfficient
0,000421
0,000596
0,000475
0,000548
0,000451
0,000523
Erhitzung
Abkiihl.
Erhitzung
Abkiihl.
Erhitzung
Abkiihl.
Erhitzung
Abkiihl.
Mittel 0,000502
2.
83,O
do.
do.
do.
ao.
do.
do.
do.
60,s
66,5
55,O
64,l
53,5
64,9
53,7
61,s
F i c
11
t e.
66,5
55,O
64,t
53,5
64,9
53,7
597
11,5
991
10,6
61,s
891
10,2
574
11,4
11,2
Erhi tzung
Abkiihl.
0,000548 Erhi tzung
0,000638 Abkiihl.
0,000687 Erhitzung
0,000675 Ahkiihl.
0,000488 Erhitzung
0,000614 Abkiihl.
-
Mittel 0,000608
Aus den angefuhrten Zahlen ergiebt sich, dafs die
Differenz zwischen der Ausdehnung durch Erwarmung
und der darauf folgenden Verkiirzung durch Abkuhlung im
Allgemeiuen, ebenso wie bei Metallen, kleiner wird. Ueberhaupt findet sich Alles, was uber die Einzelheiten der
Ausdehnung und Verktirzung bei Metallen gesagt ist, bei
Holzern bestatigt. Auffallig ist nur die sehr geringe Ausdehnung bei der ersten Erhitzung. Es lafst sich diese
vielleicht dadurch erklaren , dafs die sehr ausgetrockneten
Stabchen vorzuglich in der ersten Zeit, wahrend sie in
den Erhitzungsapparat gebracht sind, und der Zeiger auf 0
eingestellt wird, die Feuchtigkeit der Zimmerluft mit grofser
Intensitiit einsaugen, so dafs aiso bei der ersten Erhitzung
eine Austrocknung und dadurch eine Verminderung der
513
Ausdehnung stattfinden wfirde. Bei der darauf folgenderi
Abkfihlung wird nun auch wieder Feiichtigkeit eingeeogen,
jedoch in geringerem Maafse, da die Temperatur der Stiilje
eine griifsere und nur im letzten Augenblicke der Zimmertemperatur gleich ist. Ein anderer Umstaiid, der die
Resultate und dadurch das regelmiifsige Kleinerwerden
der Differenz bei einigen Hblzern becintriichtigen kniiii,
hesteht wohl darin, dufs durch Erwarmuug der innere
Zustnnd der Hblzer veriindert wird ; so zeigten nanientlicb
die mit Fichtenholz iinteruommenen Versuchc grbfsere Unregelmiifsigkeiten, welche ihren Grund vielleicht dariii
haben, dafs das Harz durch Erhitzung erweicht wurde.
Die einzelnen Holzer hatten der Griilbe uacb geordnet
folgende Ausdehnungscoefficienten in Richtuiig der LBrigsfJsern :
. . . . . . 0,000502
Ahorn
Weifebuche
Polyeander
Fichte
Buchsbaum
Raster
Erle
Rothbuche
Birnbaum
Eichc
Pappel
Mahagoni
Esche
Ebenholz
. . . 0,000604
. . . 0,000608
. . . . . . 0,000608
. . . 0,000623
. . . . . . 0,000635
. . . . . . . 0,000699
. . . 0,000716
,
. . . . 0,000721
. . . . . . 0,000746
. . . . . . 0,000761
. . . . 0,000784
. . . . . . 0,000951
. . . . 0,000970.
Allen dieeen Zahlen liegen Versuche mit liingsfaserigen
Stiibchen zu Griinde. Wollte man Stiibchen mit Querfasern auf eben dieselbe Weise untersuchen, so wiirde man,
da der Einflufs der Feiichtigkeitsxuiiabme bier ein weit
grbfserer ist, sehr ungleichmiil’sige Resultate erhalten. Ich
habe von Stiihchen mit Qurrfasern niir zwei antersucht,
ntimlich Rothbuche und Ahorii. Es bewirkte die erste ErPoggendorffs Annal. Bd. CLX.
33
514
hitzung bei Rothbuchenholz eine Ausdehnung von 0,219"",
die darauf folgende Abkiihlnng eine Verktirzung von 0,631mm.
Als Mittel der hierauf folgenden vier Versuche ergnb
sich fiir den AusdehnungscoEfficienten die Zahl 0,006149.
Die Ausdehnung iibertrifft also noch die aller Metalle.
Auch bei Ahorn war die Zahl sehr grofs, namlich gleich
0,005314.
Der Mechaniker Hr. R. F u e f s in Berlin, Alte Jacobstral'se 108, liefert diesen Apparat mit noch einigen hier
nicht beschriebenen Attributen zur Demonstration bei Vorlesungen fiir den Preis von 120 Mark.
11.
Uelier die Eintmendungen won C'latcsa'cts
gegen das W e b e r 'sche Gesellr,;
mon F. Z o l l n e r .
H r . C I a u s i u s hat im Jahre 1875 ein ,,neues Grundgesetz der ElektrodynamikUl ) aufgestellt, da seiner Ueberzeugung nach das elektrodynamische Grundgesetz von
Wi 1 h e l m Web e r ,,der Wirklichkeit nicht entspricht
C 1a u s i u s bcmerkt namlich a. a. 0. wortlich :
,,Um die elektrodynamischen Erscheinungen zu erklgren, hat bekanntlich W. W e b e r iiber die Kraft,
welche zwei in Bewegitng befindliche Elektricitatstheilchen auf einander ausiiben, ein Gesetz aufgestellt.
Seyen e und e' die beiden Elektricitatstheilchen, deren
jedes sowohl positiv, als aiich negativ seyn kann, und
sey r ihre Entfernung von einander, welche als Function der Zeit t zti betrachten ist, so tihen diese Theilchen nach W e b e r einc Abstol'sung auf einander aus,
welche durch die Formel:
".
eel
1.1[ I -
1) Pogg. Ann. Bd. 156,
;$1
2 (2) + r
I
S. 657.
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