Die Geschichte der Dampfmaschine bis James Watt - Max Geitel

Halley (geb. 1656, gest. 1742) erklärte das Wesen des Wasserdampfes dahin, daß dieser aus kleinen hohlen Wasserbläschen bestehe, die mit verdünnter Luft gefüllt seien. Infolgedessen steige der Dampf, da er leichter als die atmosphärische Luft sei, in dieser in die Höhe. Derhem wollte diese Wasserbläschen unter dem Vergrößerungsglase erkannt haben. Der Kanzler der Universität Halle, Chr. Wolf (geb. 1679, gest. 1754), versuchte den Grad der Verdünnung der Luft in den Wasserbläschen festzustellen. Christian Gottlieb Kratzenstein (geb. 1723, gest. 1795) befaßte sich ebenfalls mit der Erforschung der Wasserbläschen und gab ihren Durchmesser zu ¹/₅₀₀₀₀ Zoll an.

Das Streben der Physiker, sich mit dem Wesen des Wasserdampfes zu befassen, erfuhr eine erfreuliche Anregung durch ein Preisausschreiben, das die Akademie der Wissenschaften zu Bordeaux im Jahre 1743 ausschrieb für die Erklärung des Umstandes, daß der Wasserdampf nach aufwärts steigt. Aus der Zahl der eingegangenen Preisbewerbungen wurden zwei mit einem Preise bedacht. Den einen Preis erhielt Kratzenstein, der bereits den Durchmesser der Wasserbläschen berechnet hatte und sich auf den Boden der Bläschentheorie Halleys stellte.

Einen hiervon völlig abweichenden Standpunkt nahm die andere Preisarbeit ein, deren Verfasser Georg E. Hamberger war. Nach Hambergers Auffassung löst sich das Wasser in der Luft in derselben Weise wie das Salz im Wasser. Auf dieser Lösungstheorie weiter bauend, wies dann Charles le Roy (geb. 1726, gest. 1779) darauf hin, daß in derselben Weise, wie man in Wasser nur eine beschränkte Menge Salz zu lösen vermöge, auch die Luft nur eine beschränkte Menge Wasser aufnehmen könne. Er erkannte also bereits das Wesen der Sättigung und bezeichnete Luft, die Wasser nicht mehr aufzunehmen vermag, als gesättigt, wie man eine Salzlösung, die weiteres Salz nicht mehr aufnehmen kann, als gesättigt benennt.

Das einer gesättigten Lösung zugeführte Salz löst sich nicht auf, sondern setzt sich auf dem Grunde der Lösung ab. Die gleichartige Erscheinung tritt ein, wenn man in den gesättigten Wasserdampf weitere Dampfmengen einführt; alsdann schlägt sich dieser Dampf zu Tropfen nieder. Entsprechend der Tatsache, daß warmes Wasser mehr Salz auflöst als kaltes Wasser, kam le Roy zu der Erkenntnis, daß warme Luft mehr Wasser löst als kalte Luft, also mehr Dampf enthält als diese. Sinkt die Temperatur der Luft, so scheidet sich der in dieser enthaltene Wasserdampf als Tau ab.

Wird gesättigter Dampf weiter erhitzt, so entsteht der sogenannte überhitzte Dampf. In der neuesten Zeit hat dieser Dampf insbesondere zum Antrieb von Lokomotiven eine große Bedeutung erlangt. Die ihm innewohnenden Vorzüge, die sich in einer großen Ersparnis an Brennstoff geltend machen, haben ihm, nebenbei gesagt, den Namen „Edeldampf“ eingetragen. Dieser überhitzte Wasserdampf kann abgekühlt werden, ohne daß er sofort zu Wasser kondensiert.

Die Theorie Hambergers gab eine gute Erklärung der Tatsache, daß das Wasser schneller verdampft, wenn es von einem Luftstrom überfahren wird, als wenn die auf dem Wasser lastende Luft in Ruhe ist. Diese Erklärung läuft darauf hinaus, daß die auf dem Wasser lastende Luft sich alsbald mit Wasserdampf sättigt, infolgedessen hier eine weitere Verdunstung des Wassers nicht mehr möglich ist. Wird dagegen die über dem Wasser befindliche Luft in Bewegung versetzt, so kommt mit der Oberfläche des Wassers immer von neuem frische ungesättigte Luft in Berührung, die imstande ist, Wasserdampf in sich aufzunehmen.

Eine für die Verwendung des Wasserdampfes, insbesondere für Kochzwecke, überaus wichtige Beobachtung, der bereits Papin, als er zur Erfindung des nach ihm benannten Kochtopfes gelangte, sehr nahe gekommen war, machte der Professor der Chemie zu Upsala, Wallerius Ericson (geb. 1709, gest. 1785). Dieser stellte fest, daß Flüssigkeiten schneller im luftleeren Raume als unter dem Druck der Atmosphäre verdampften. Da nun bei dem Verdampfen unter Luftleere von einem Lösen des Wassers in Luft nicht mehr die Rede sein konnte, versagte jetzt die Hambergersche Lösungstheorie.

Hier nun setzte die Tätigkeit des mit James Watt befreundeten Joseph Black ein, der sich mit der Erforschung jener Erscheinungen beschäftigte und Watt veranlaßte, ebenfalls Versuche anzustellen.

Bei dem Erwärmen von Wasser in einem Gefäß ist die erste Folge, daß die in dem Wasser enthaltene Luft in Form von Luftbläschen nach oben hin entweicht. Nunmehr bildet sich Dampf auf dem der Wärmequelle zunächst liegenden Boden des Gefäßes. Dampfblasen steigen in dem Wasser empor, können aber nicht die Oberfläche des Wassers erreichen, da die oberen Wasserschichten noch nicht genügend erwärmt sind. Die Folge hiervon ist das sogenannte Singen des Wassers, das aus der zitternden Bewegung sich ergibt, in welche das Wasser und das Gefäß durch die bei ihrem Aufwärtssteigen auf Widerstand stoßenden Dampfbläschen versetzt werden. Hört das „Singen“ auf, so ist dies ein Zeichen dafür, daß nunmehr die sämtlichen Wasserschichten zum Sieden gebracht sind, und die Dampfbläschen ungehindert nach oben steigen können. Das „Singen“ geht also dem Beginn des Kochens unmittelbar vorher. Während des Kochens oder Siedens tritt eine Zunahme der Temperatur trotz fortgesetzter Wärmezufuhr nicht ein.

Um diese überraschende Erscheinung zu erklären, nahm man an, daß die Verwandlung des Wassers in Dampf sich nur auf dem Boden des Gefäßes vollziehe, und daß die Wasserschichten die zu ihrer Verdampfung nötige Temperatur erst dann erreichen, nachdem sie den Gefäßboden berührten. Würde die ganze Wassersäule zugleich auf die Siedetemperatur gebracht, so genügte die geringste Wärmezufuhr, um augenblicklich die gesamte Wassermenge in Dampf zu verwandeln.