Lehrbuch der Physik zum Schulgebrauche.

by Wilhelm Winter

Tabelle
über Temperatur, Spannkraft, Dichte und Wärmegehalt des gesättigten Dampfes.

Tem- pe- ratur C°		Dampf- spannung				Volumen von 1 kg Dampf cbm		Gewicht von 1 cbm Dampf kg		Wärme bei Bildung 1 kg Dampf
		Atmo- sphäre		Queck- silberh. m						Freie W. Kal.		La- tente W. Kal.		Ge- samt Kal.
0°		0	,006	0	,0046	205	,222	0	,0049	0		606	,50	606	,5
17	,86	0	,020	0	,0152	66	,145	0	,0151	17	,86	594	,04	611	,9
33	,30	0	,050	0	,0360	27	,852	0	,0359	33	,30	583	,40	616	,7
46	,25	0	,100	0	,0760	14	,516	0	,0680	46	,25	574	,35	620	,6
53	,35	0	,143	0	,1086	10	,392	0	,0962	53	,35	569	,45	622	,8
60	,40	0	,20	0	,1518	7	,583	0	,1319	60	,40	564	,50	624	,9
65	,36	0	,25	0	,190	6	,157	0	,1624	65	,36	560	,94	626	,3
81	,72	0	,50	0	,380	3	,227	0	,3098	81	,72	549	,58	631	,3
92	,18	0	,75	0	,570	2	,215	0	,4514	92	,18	542	,42	634	,6
100		1		0	,760	1	,696	0	,5913	100		537	,00	637	,0
106	,33	1	,25	0	,95	1	,380	0	,7243	106	,33	532	,57	638	,9
111	,83	1	,50	1	,14	1	,167	0	,8567	111	,83	528	,77	640	,6
116	,50	1	,75	1	,33	1	,013	0	,9875	116	,50	525	,50	642	,0
120	,64	2		1	,52	0	,895	1	,1157	120	,64	522	,66	643	,3
127	,83	2	,50	1	,90	0	,729	1	,3709	127	,83	517	,57	645	,4
133	,91	3		2	,28	0	,617	1	,6204	133	,91	513	,19	647	,3
139	,29	3	,50	2	,66	0	,535	1	,8658	139	,29	509	,61	648	,9
144	,00	4		3	,04	0	,474	2	,1083	144		506	,40	650	,4
148	,44	4	,50	3	,42	0	,426	2	,3468	148	,44	503	,26	651	,7
152	,26	5		3	,80	0	,387	2	,5842	152	,26	500	,64	652	,9
155	,94	5	,50	4	,18	0	,455	2	,8122	155	,94	498	,06	654	,0
159	,25	6		4	,56	0	,328	3	,0508	159	,25	495	,75	655	,0
165	,40	7		5	,32	0	,285	3	,5093	165	,40	491	,50	656	,9
170	,84	8		6	,08	0	,252	3	,9706	170	,84	487	,66	658	,5
175	,77	9		6	,84	0	,227	4	,4077	175	,77	484	,23	660	,0
180	,30	10		7	,60	0	,206	4	,8484	180	,30	481	,20	661	,5
184	,60	11		8	,36	0	,189	5	,2832	184	,60	478	,20	662	,8
188	,54	12		9	,12	0	,175	5	,7142	188	,54	475	,46	664	,0
200		15	,36	11	,69	0	,139	7	,3172	200		467	,50	667	,5
215		20	,26	15	,80	0	,107	9	,3690	215		457	,10	672	,1

73. Vergleich der Leistung der Dampfmaschinen.

Vergleicht man die Wirkung einer Hoch- und Niederdruckmaschine von etwa 8 und 2 Atm. und nimmt an, beide haben Kondensator, so möchte es scheinen, als ob die Hochdruckmaschine bedeutend im Vorteil wäre, weil auf den Kolben eine 4 mal größere Kraft drückt. Doch ist das nicht der Fall, wie man aus folgender Überlegung ersieht. Wir nehmen an, daß der Betrieb beider Maschinen gleich viel Geld kosten soll, so muß bei beiden gleich viel Brennmaterial verwendet werden, und es gilt da der wichtige Satz: eine gewisse Menge Wasser verbraucht zum Verdampfen gleich viel Wärme gleichgültig ob es in Dampf von hohem oder von niedrigem Druck verwandelt wird. (Watt.) Dieser Satz ist zwar nicht ganz genau richtig (Regnault), aber die Abweichung ist so gering, daß sie bei der folgenden Betrachtung vernachlässigt werden kann. Laut obiger Tabelle (Gesamt-Kalorien) braucht man um 1 kg Wasser von 0° in Dampf zu verwandeln, 643,3 Kal. bei 2 Atm. und 658,5 Kal. bei 8 Atm.; der Unterschied beträgt noch nicht 2¹⁄₂%. Man kann also bei gleichem Kohlenverbrauch gleich viel Wasser in Dampf verwandeln. Da aber der Dampf seine hohe Spannkraft insbesondere daher hat, daß er dichter ist, also der Dampf von 8 Atmosphären (nahezu) 4 mal dichter ist als der von 2 Atm., so ist das Volumen des Dampfes von 8 Atm. nahezu 4 mal (3,55 mal) kleiner als das des Dampfes von 2 Atm. (1 kg Dampf hat bei 8 Atm. 0,252 cbm, bei 2 Atm. 0,895 cbm, ist also 3,55 mal kleiner und dichter, sollte also auch nur eine 3,55 mal größere Spannung haben; was ihm noch fehlt, ersetzt er durch die höhere Temperatur.) Soll nun bei beiden Maschinen der Cylinder gleich lang sein und in derselben Zeit gleich oft, also gleich schnell hin und hergehen, so muß der Querschnitt des Hochdruckcylinders (nahezu) 4 mal kleiner sein als der des Niederdruckcylinders. Dann ist aber der Druck des Dampfes auf die Kolben in beiden Maschinen wieder gleich groß, z. B. 8 · 100 = 800 kg im Hochdruckcylinder, 2 · 400 = 800 kg im Niederdruckcylinder; die Kraft ist somit dieselbe, und da beide Kolben auch in derselben Zeit denselben Weg machen, so ist auch die Arbeit dieselbe. Beide Maschinen liefern für gleichen Kohlenverbrauch gleiche Arbeit.

74. Expansionsmaschine.

Fig. 99.

Die Hochdruckmaschinen haben noch eine wesentliche Verbesserung erfahren durch Anwendung der Expansion, d. h. durch Verwendung der bedeutenden Expansivkraft der hoch gespannten Dämpfe: Expansionsmaschinen. Durch eine besondere Art von Steuerung läßt man nicht den ganzen Cylinder voll Dampf anströmen, sondern sperrt den Dampfzustoß schon ab, wenn ein Teil des Cylinders z. B. ein Viertel voll ist. Dieser Dampf von etwa 8 Atmosphären schiebt den Kolben vermöge seiner Ausdehnungs- oder Expansionskraft bis ans Ende. Dabei verliert er naturgemäß an Spannkraft; denn wenn der Kolben in der Mitte ist, ist die Spannkraft schon auf 4 Atm., und wenn er am Ende ist, bis auf 2 Atm. gesunken. In [Fig. 99] bedeutet a-f die Länge des Cylinders, die vertikalen Linien bedeuten die Dampfspannung; von a bis b strömt der Dampf voll ein, hat also die ganze Spannung; von b bis c sinkt er auf die Hälfte, bis d auf ¹⁄₃, bis e auf ¹⁄₄, bis f auf ¹⁄₅ seiner ersten Spannung. Indem man also den stark gespannten Dampf veranlaßt, durch seine Expansivkraft noch Arbeit zu leisten, erzielt man einen beträchtlichen Gewinn, wie aus folgendem Vergleiche ersichtlich ist.

Eine Hochdruckmaschine und eine Expansionsmaschine sollen gleich viel Dampf von je 8 Atmosphären erhalten; die Cylinder sollen gleich lang sein und die Kolben sich gleich schnell bewegen. Wird in der Expansionsmaschine der Dampf schon beim ersten Viertel abgesperrt, so darf der Cylinder einen 4 mal größeren Querschnitt haben, um dieselbe Dampfmenge zu verbrauchen; folglich drückt auf seinen Kolben eine 4 mal größere Kraft, er leistet also im ersten Viertel seines Weges schon dieselbe Arbeit wie der Hochdruckkolben auf seinem ganzen Wege. Es sei nämlich dieser Weg = 60 cm, die Hochdruckkolbenfläche = 300 qcm, so ist die Arbeit im Hochdruckcylinder = 8 · 300 · 0,6 = 1440 kgm; die Arbeit im ersten Viertel der Expansionsmaschine

= 8 · 1200 · 0,6 4 = 1440 kgm.