zijnde eene
algemeen bevattelijke
beschrijving van deszelfs onderscheidene deelen,
zamenstelling en werking.
AMSTERDAM,
M. SCHOONEVELD en ZOON.
1843.
gedrukt bij bakels en kröber.
Daar met deze uitgaaf het beginsel is in het oog gehouden, om voor weinig geld iets nuttigs te leveren, zoo zal men ons wel verschooning schenken, voor het weder bezigen van het meerendeel der houtsnee-figuren van den eersten druk; geheel andere te doen vervaardigen, zoude den prijs te veel verhoogd, en daardoor het Werkje minder verkrijgbaar voor alle klassen gemaakt hebben; beter kwam het ons, op algemeen aanraden voor, eene geheele machine in zij-aanzigt en doorsnede in plaat achteraan te voeqen; door deze bijvoeging, zoo wel als door de meer volledige bewerking en de daaruit voortspruitende meerdere uitgebreidheid, dan de vorige druk, zal de lezer, hopen wij, zich gaarne de geringe prijsverhooging dezer uitgave getroosten en dezelve billijken.
De Uitgevers.
Het groot en steeds toenemend belang van het stoom-werktuig in kunsten en handwerken verheft hetzelve tot een onderwerp, hetwelk de opmerkzaamheid van alle standen der maatschappij ten hoogste waardig is. De vernuftig uitgedachte en heerlijke toestel, waarmede vezels tot draden gesponnen werden, ontvangt deszelfs beweging van het stoom-werktuig, hetwelk insgelijks de beweging mededeelt aan de machinerie, waarmede vervolgens de gesponnen draden of garens tot doek geweven worden. Het stoom-werktuig is insgelijks de beweegkracht bij ontelbare andere kunsten, die onder de belangrijkste, waarmede de mensch bekend is, gerangschikt moeten worden. Er bestaat ook in der daad thans naauwelijks een voorwerp door den mensch vervaardigd, tot sieraad of tot nuttig gebruik bestemd, waarvan wij niet, in zekeren graad, het bestaan aan dit veel vermogende werktuig verschuldigd zijn. Met behulp van hetzelve halen wij steenkolen en ijzer-erts uit de diepste mijnen, en brengen het hinderlijke water uit dezelve naar boven; het erts in smeedbaar ijzer herschapen, wordt vervolgens door hetzelfde werktuig tot staven gevormd, en alzoo, zoo wel tot het smeden van ankers, waarmede de grootste zeekasteelen het woeden van wind en water kunnen uitstaan, als tot het vervaardigen van de fijnste borduurnaald gebezigd. Zoo bewonderenswaardig het stoomwerktuig is, ten aanzien van deszelfs onderscheidene wijzen van aanwending, als van de verbazende, aan zoo veel regelmaat verbondene, kracht door haar ontwikkeld, even zoo opmerkelijk is hetzelve, afgescheiden van deze of andere fabrijkmatige bewerking beschouwd; leverende de treffendste en heerlijkste toepassingen van eenige der voornaamste natuurwetten. (De grondbeginselen, waarop de werking van dit werktuig berust, zijn noch talrijk, noch moeijelijk te bevatten, daar hiertoe alleen vereischt wordt, dat men denzelven zorgvuldig, afzonderlijk en ordelijk eenige opmerkzaamheid schenkt, ten einde gemakkelijk van de vereenigde werking eene voldoende kennis te verkrijgen. Zoo de lezer, hoe weinig gemeenzaam hij ook met het onderwerp wezen moge, de volgende bladzijden slechts met aandacht leest, dan twijfelen wij geenszins, of hij zal een duidelijk en klaar begrip krijgen van alle grondbeginselen, waarop de zamenstelling van dit, in onze tijden zoo onmisbare werktuig, is gegrond.) Ten einde onze lezers hiertoe in staat te stellen, zullen wij de beschrijving van eenige weinige en eenvoudige grondbeginselen laten voorafgaan, waardoor de wetten, waarop de werking van het werktuig rust, opgehelderd worden.
Wanneer metalen of vloeistoffen verwarmd worden, dan zetten zij zich uit, of vermeerderen in omvang, dat is: worden grooter. Zoo men, bij voorbeeld, eene staaf ijzer neemt, die koud zijnde, volmaakt in een gat sluit of past, dan zal dezelve, verhit of gloeijend gemaakt, zoodanig uitgezet wezen, dat het gat de staaf niet meer zal kunnen omvatten, en niet eer, voor dat de staaf weder koud geworden is, zal dezelve in het gat, (hetwelk hiervan onveranderlijke grootte gedacht wordt) weder passen. Hoe geweldiger de aangewende hitte is, des te meer zal de staaf uitzetten, tot dat de hitte zoo geweldig wordt, dat de vaste zamenhang van het metaal ophoudt en smelt. Dat deze uitzetting of vermeerdering in uitgebreidheid ook met de vloeistoffen plaats heeft, hiervan kan men zich gemakkelijk overtuigen door eenen ketel geheel of volmaakt met water gevuld boven het vuur te plaatsen: want warm wordende, zal het vocht dadelijk daaruit vloeijen.
Deze eigenschap heeft aanleiding gegeven tot het uitvinden en zamenstellen van een in de kunsten en wetenschappen zeer nuttig en tevens onmisbaar werktuig, Thermometer genaamd, hetwelk aanwijzing doet van den warmtegraad, waarin hetzelve is geplaatst, zijnde als volgt zamengesteld.
Aan het eene einde van eene dunne glazen pijp, waarvan het gat klein en overal even wijd is, is een holle bol geblazen; door het andere opene einde is vervolgens deze bol, en een klein gedeelte der aangelegene pijp, het zij met gekleurde spiritus, of wel met kwik gevuld, dat geschiedt naar zekere handelwijze, die wij overbodig achten hier te verklaren, en volgens welke dan ook na de vulling, het opene einde der pijp wordt gesloten, en het ongevuld blijvende gedeelte pijp luchtledig gemaakt.—Men heeft alzoo eene vloeistof in glas opgesloten en voor uit damping of verlies beveiligd; omdat nu, de uitzetting van vloeistoffen door warmte, veel grooter is, dan die van het glas, zoo gebeurt het, dat de vloeistof bij verschil van warmtegraad, in de pijp rijst of daalt, en dit aanwijst op eene daarnevensstaande verdeeling of zoogenaamde schaal.
Maar om die verdeeling algemeen verstaanbaar, en voor verschillende Thermometers onderling vergelijkbaar te doen zijn, heeft men twee vaste punten tot grondslag gekozen. Een dezer vaste punten is de stand van den top der vloeistof, wanneer de Thermometer in smeltend ijs is gesteld; het andere, de hoogere stand, wanneer dezelve in zuiver water, dat in de vrije lucht kookt, is gedompeld: den eersten of laagsten stand der vloeistof in den Thermometer, noemt men het vriespunt, en den anderen of hoogeren het kookpunt. Van beide punten is door proeven bewezen, dat zij, in gelijke omstandigheden, van onveranderlijk temperatuur zijn. De onderlinge afstand dezer vaste punten wordt verschillend verdeeld; de hier te lande meest gebruikelijke, en welke wij in dit werkje overal zullen volgen, is in 180 deelen verdeeld, de Thermometerschaal van Fahrenheit genoemd. Men plaatst dan den Thermometer in smeltend ijs, en geeft een teeken of merk op de pijp of aangehechte plaat, ter hoogte van den top der ingeslotene vloeistof, vervolgens dompelt men denzelven in kokend water, geeft weder een merkteeken, en verdeelt de ruimte tusschen deze teekens in 180 gelijke deelen; volgens Fahrenheit telt men voor het vriespunt 32 deelen of graden, dus voor het kookpunt 212 graden, dat is: 180 graden hooger, en zie daar den Thermometer of warmtemeter vervaardigd; in nevensstaande plaat, als met uitgebroken middendeel of verkort, afgebeeld.
Wij moeten onze lezers hier opmerkzaam maken, dat de verdeeling der schaal, tusschen de vaste punten, in 180 graden, eene zeer willekeurige zaak is. In Frankrijk en ook bij ons te lande, (doch minder algemeen) verdeelt men den afstand tusschen het vries- en het kookpunt in 100 gelijke deelen, waarbij het eerste met 0 en het laatste met 100 geteekend wordt. Deze verdeeling wordt de honderddeelige (centigrade) of dien naar Celtius genoemd, terwijl nog eene andere wijze, waarbij de opgegeven ruimte in 80 deelen verdeeld wordt, de Reaumursche of dien naar Deluc is. De handelwijze om de eene verdeeling in de andere over te brengen, vindt men in onderscheidene werken opgegeven, onder anderen in ARNOTT'S grondbeginselen der Natuurkunde, welk werk bij de uitgevers dezes te bekomen is.
Door toevoeging van warmte gaat het ijs tot water over. Zoo wij in dien toestand meerdere warmte aanvoeren, dan zet de vloeistof zich meer en meer uit, tot dat dezelve begint te koken. In dezen staat, rijst van de oppervlakte damp op, die dikker en als gejaagd, onder den naam van stoom bekend is. Op 32 graden Fahrenheit, het vriespunt, begint het ijs te smelten, en op 212 graden, het kookpunt, ontwikkelt zich de eigenlijke stoom, terwijl de damp, welke op eenen lageren graad van warmte opstijgt, ook den naam van wasem draagt.
Overal zullen wij hier voor het uitdrukken van eenige warmtemaat den met kwik gevulden Thermometer bezigen. Dat vloeibaar metaal is voor dit gebruik bijzonder geschikt, niet alleen om dat hetzelve eene zeer strenge koude behoeft, om te verstijven, (39 graden onder 0 graden) en niet eer dan belangrijk verhit kookt (660 graden); maar ook om dat het kwik in glas opgesloten, blijkbaar evenredig uitzet (vooral tusschen het vries en kookpunt van het water), met de hoeveelheid toenemende warmte; dat wil zeggen: zoo eene zekere hoeveelheid warmte, het kwik in den Thermometer, van 30 tot 40, dus 10 graden, doet stijgen, dan zal het toevoegen van eene gelijke hoeveelheid warmte, het kwik weder 10 graden doen klimmen, en dus tot 50 brengen; drie maal zoo veel warmte op 60, viermaal zooveel warmte op 70 enz.
Het is eene algemeene eigenschap, dat vloeistoffen, die in eenen ongedekten of openen ketel, in gemeenschap met de vrije lucht, verwarmd worden, ophouden warmte aan te nemen, wanneer dezelven koken: zoo zal men het kwik eens Thermometers, die in water (dat verwarmd wordt) gedompeld is, bij gewonen toestand der omringende lucht, niet hooger dan tot 212 graden zien klimmen, terwijl het water als dan zal aanvangen te koken, en, bij doorgaande werking van het vuur onder den ketel, stoom te leveren; de warmte, die het vuur dus vervolgens afgeeft, gaat na het kookpunt slechts door het water, om, zich daarmede vereenigende, stoom te vormen. Het water alzoo in dampvormigen staat overgegaan, beslaat 1700 maal zooveel ruimte, als in deszelfs vorigen of druipenden staat; eene kubieke palm water levert dus 1700 kubieke palmen stoom in de vrije lucht.[1] Hoeveel warmte zich met het water vereenigd heeft, om stoom daar te stellen, wordt door den Thermometer dus niet aangewezen, en deze zal ook, ofschoon men denzelven in den voortgebragten stoom plaatste, geen hooger kwikstand teekenen; al deze warmte, waarvan men de maat door den Thermometer niet kent, en die als een bestanddeel van den stoom zelven moet beschouwd worden, draagt den naam van verborgene warmte. In waterstoom maakt, de verborgene warmte nog al eene belangrijke hoeveelheid uit; waarnemingen, door middelen, waarvoor hier geene plaats ter beschrijving bestaat, hebben bewezen, dat voor het daarstellen van zoodanigen stoom, ruim 6-1/2 maal zoo veel warmte noodig is, als vereischt wordt, om water van een gemiddeld temperatuur tot 212 graden, of tot het kookpunt, te verwarmen. Bijvoorbeeld: zij gesteld, dat men water, dat de temperatuur van 62 graden bezit, tot het kookpunt, 212 graden, verwarmt, dan moeten 150 warmte graden daaraan worden medegedeeld. Nu zal men niet eer stoom, die dezelfde temperatuur teekent, daarvan kunnen verkrijgen, dan na mededeeling van nog 1000 graden warmte bovendien, de verborgene warmte van waterstoom uitmakende, en die dus meer dan 6-1/2 maal 150 graden bedraagt.
[1] Alle maat- en gewigtopgaven zijn Nederlandsche.
Wanneer stoom tot op de temperatuur van 212 graden verkoeld wordt, gaat dezelve van dampvormigen tot druipenden staat over, en wordt weder water, terwijl de verborgene warmte, door het verkoelend ligchaam, of het verkoelend vocht, dat men daartoe bezigt, wordt opgenomen. Men begrijpt ligt, dat aangezien de verborgene warmte belangrijk is, er ook eene evenredig groote koele oppervlakte, of hoeveelheid koelend vocht, met den stoom in aanraking moet worden gebragt, om geheel tot water over te gaan, dat minder dan 212 graden temperatuur zal bezitten. Men noemt dusdanige overgang van stoom tot water, verdikking (Condensatie). De stoom tot water verdikkende of Condenserende, zal dan ook 1700 maal kleinere ruimte innemen, dus zullen zoo vele kubieke palmen stoom, slechts eene kubieke palm water opleveren; een natuurlijk gevolg, en het omgekeerde van hetgeen hooger van de stoomwording gezegd is.
Als nu, moeten wij onze lezers met andere beginselen bekend maken. Men neme eene glazen pijp of buis 8-1/2 palm lang, aan eene einde goed digt gesloten, doch aan het andere open. Deze pijp vulle men naauwkeurig met kwik, en dompele het opene einde in eenen bak, die met dezelfde vloeistof gevuld is. Hierbij zal men gewaar worden, dat slechts een gedeelte kwik uit de buis in den bak zal vloeijen, zoo dat ongeveer 7 palm en 6 duim, (gemeten uit de oppervlakte van het kwik in den bak), in de pijp zal blijven staan, en dat eene ledige ruimte boven bij den top der pijp bestaat. Hierbij hebben wij ondersteld dat de pijp loodregt gehouden wordt, of zoodanig, dat eene loodlijn met den stand der buis evenwijdig is, in het wetenschappelijke zegt men: de buis staat perpendiculair op het vlak der vloeistof. Zoo wij nu aannemen, dat, terwijl het ondereinde steeds in het kwik gehouden wordt, de buis naar de eene of andere zijde overhelt, dan zal men gewaar worden, dat het kwik in dezelve meer pijplengte zal innemen, zonder dat echter de loodregte of perpendiculaire hoogte van het kwik boven het oppervlak in den bak, eenige verandering zal ondergaan; en zoo veel helling zal men aan de pijp kunnen geven, dat de top der kwikkolom, aan het gesloten boveneinde der pijp raakt. Het is geheel onverschillig welke meerdere lengte of wijdte de pijp heeft, altijd zal men nagenoeg eene zelfde kwikhoogte opmerken; zegge nagenoeg, om dat die hoogte van de veranderlijke zwaarte des dampkrings afhankelijk is, gelijk later zal opgemerkt en aangewezen worden.
Zoo wij in plaats van met kwik, diezelfde pijp met water hadden gevuld, dan zoude men deze vloeistof geenzins hebben zien dalen; de reden daarvan is gelegen, dat het water, ligter dan het kwik zijnde, met die geringe hoogte geene drukkende zwaarte genoeg bezit. Voor water zoude men eenen pijp behoeven die ongeveer 13-1/2 maal zoo lang was, dewijl het kwik ook nagenoeg zoo veel malen soortelijk zwaarder is. In eene loodregtstaande pijp, die 11-1/2 el lang is, bovenwaarts gesloten, en met het opene ondereinde onder water gedompeld, zal dienvolgens eene waterkolom blijven staan van ongeveer 103 palmen hoog. Indien wij nog ligtere vloeistoffen kiezen, dan zal ook de pijp, in evenredigheid van het soortelijk gewigt dier vloeistoffen, langer moeten zijn. De gemiddelde hoogte der kwikkolom, 7.6 palm zijnde, is die der waterkolom 103 palmen, eene mede evenwigtige kolom raapolie 112, en eene van spiritus of gewone alcohol 118 palmen hoog; allen in nabijkomende getallen uitgedrukt. Wat van het ophouden dezer kolommen oorzaak is, zullen wij trachten volgenderwijze te verklaren.
Wanneer wij, bij voorbeeld de monding van een bierglas met eene blaas, die eenen doorgaanden en daarin digt gebondenen gewonen pijpensteel bevat, sluitend overspannen, en door dien pijpensteel de lucht uit het alzoo afgeslotene bierglas voor een gedeelte zuigen, dan zal men zien, dat de blaas naar binnen bewogen zal worden. Dit wordt te weeg gebragt door den druk der omringende buitenlucht, gedurende het ijler worden der lucht, die in het glas besloten is; een verschijnsel, dat dus eenvoudig zich zelf als 't ware verklaart. Verder: zoo wij twee holle kommen nemen, waarvan de randen volmaakt op elkander sluiten, en door een zeker werktuig, luchtpomp genaamd, de lucht uit de binnnenholte trekken, dan zullen wij ondervinden, dat er eene aanmerkelijke kracht vereischt wordt, om de twee kommen van elkander te trekken. Zoo zal, wanneer de twee holle kommen, na op elkander gevoegd te zijn, eenen hollen kogel vormen, waarvan de grootste middellijn of diameter niet meer bedraagt dan 1 palm, er eene kracht van omstreeks 81 ponden vereischt worden, om de beide halve bollen van elkander los te rukken. Om de oorzaak van dit verschijnsel te verklaren, doen wij opmerken, dat het eene waarheid is, dat de lucht, die wij inademen, gelijk bij de proef met het bierglas reeds bleek, werkelijk gewigt heeft; want zoo een holle kogel gewogen wordt, terwijl dezelve nog met lucht gevuld is, en naderhand insgelijks op de weegschaal wordt gelegd, als de lucht er is uitgehaald, dan zal de bol in het laatste geval minder wegen, dan in het eerste. In der daad is ook gevonden, dat eene kubieke el drooge lucht, die in digtheid den gemiddelden druk des dampkrings evenaart, op de temperatuur van 62 graden, ruim 1 pond en 2 oncen weegt. Daar dit dan het geval is, zoo moet aangenomen worden, dat ook ieder voorwerp, een zeker gewigt, of eene drukking van de lucht heeft te verduren, dewijl die lucht de aarde overal omringt, en daarom dampkringsdruk genoemd wordt.
De oorzaak derhalve, waardoor de over het glas gespannene blaas naar binnen zet, moet daarin worden gezocht, dat de buitenlucht dezelve met kracht drukt, terwijl in de binnenruimte geen genoegzame tegendruk, door de uitzuiging of verijling te weeg gebragt, bestaat. Deze zelfde oorzaak geldt insgelijks, bij het tweede aangehaalde voorbeeld. Wanneer de lucht nog in den kogel besloten is, dan drukt zij de halve bollen met dezelfde kracht naar buiten, als de buitenlucht dezelve tegen elkander perst, zoo dat de eene kracht met de andere evenwigt maakt, en de halve bollen gemakkelijk van elkander verwijderd kunnen worden. Zoodra de lucht echter uit de binnenruimte werd verwijderd, en de halve bollen luchtdigt op elkander sloten, bestond er in de inwendige ruimte geene kracht, om de drukking van de buitenlucht tegenstand te bieden, welke tegenstand derhalve door eene van buiten aangewende kracht moest worden vervangen, zoodat men het gewigt van de buitenlucht, om zoo te spreken, moest opligten.
dan zullen wij door naauwkeurige waarnemingen ondervinden, dat de gemiddelde druk des dampkrings, bij eene temperatuur van 62 graden, evenwigt maakt met eene kwik-water-olie- of spirituskolom, die met zulk een grondvlak 103.3 weegt; zegge gemiddelde druk, om dat de dampkring aan meer of mindere zamenpakking onderhevig is, en behalve dat de dampkringshoogte mede invloed heeft, zoodat gemeld gewigt van het gemiddeld oppervlak des Oceaans geldt. Den gemiddelden druk des dampkrings dus voor een oppervlak, dat een vierkante duim groot is, kennende, zoo is deszelfs druk voor eenig ander oppervlak daarna te berekenen:—Thans moet nog gezegd worden, dat de door den dampkring op gehoudene kwikkolom in eene glazen pijp, waarvan boven gesproken werd, den algemeen bekenden Barometer is. De Barometer is dus een werkelijke weger van den dampkring; men weet dat de kwikhoogte in dat Instrument aan dagelijksche verandering onderhevig is, dat is: het zwaarte verschil des dampkrings volgt, en dat wij daardoor tot weervoorspellingen in staat geraken. Tusschen deze veranderingen heeft men eenen gemiddelden stand gekozen, die de gemiddelde stand des Barometers, of de gemiddelde druk des dampkrings, boven gebezigd, genoemd wordt. Vervolgens heeft de meer of mindere verheffing van den kwikbak des Barometers ook invloed op deszelfs stand, omdat de hoogte des dampkrings daarvan afhangt, van daar de bepaling: gemiddelde stand des Barometers aan het gemiddeld oppervlak des Oceaans; alzoo is de gemiddelde stand des Barometers aan het gemiddeld oppervlak des Oceaans, bij eene temperatuur van 62 graden, naauwkeurig, 7.62 palm, welke kwikhoogte als boven gezegd is, per vierkante duim met 103.3 loden drukt.