3 2

3. Uber d i e beim Benetxev,a pulverf6rmiyer E&yer, sinsbesondere von Sand , mz't Wasser auftretende W@mnetonung, sowie Uwtersuchunngen uber das Verh,alten v o n Wasser unter 4 O beg diesern Vor-

gccnnge; v o n G. 8chwalbe . I )

1. Einleitendes.

Die Frage nach den Temperaturanderungen, welche Ge- stein durch Einsickern von Wasser erfahrt , hat in neuerei- Zeit fur manche geophysikalische Fragen, insbesondere fur die Theorie der Eishohlen Bedeutung gewonnen. Durch meinen Vater war, gestutzt auf Versuche von J u n g k (3), wo- nach Wasser unter 4 O C. beim Eindringen in Sand eine Ab- kuhlung veranlassen mug, sowie auf theoretische Erwagungen, die Ansicht vertreten worden, dab dieser ProzeB bei der Bildung des Eises in den Hohlen eine Hauptrolle spiele. Allerdings standen den Versuchen von J u n g k solche yon Meissner (7) gegenuber, welche zu dem entgegengesetzten Ergebnisse ge- langten. Diese widersprechen aber so sehr allen theoretischen Erwagungen, da6 mein Vater trotzdem glaubte, an seiner Theorie festhalten zu mussen und nur den Wunsch hatte, noch einmal selbst Versuche ausfiihren zu konnen, welche seine Auffassung bestatigten. Leider ist er hieran durch den Tod gehindert worden. In seiner Abhandlung : Uber Eishiihleu und abnorme Eisbildungen nebst einigen Bemerkungen uber Ventarolen und niedrige Bodentemperaturen (Centralorgan f. die Interessen des Realschulwesens 10. p. 602) faBt er seine Theorie der Eishohlen folgenderma6en zusammen : Fa6t man hiernach die gesamte Erscheinung ins Auge, so wurde sich eine Theorie ergeben, die hypothetisch als Kaltequelle nur das Durchsickern des Wassers durch bestimmtes poroses Gestein enthalt und in kurzem Umrisse folgende Erklarung ergibt : ,,Bei den Eishohlen wird, urn bei dieser Erscheinung zu beginnen, im Winter die Eisbildung fur gewohnlich nicht stattfinden, denn das Durchsickern findet nicht statt ; wohl aber kann

~~

1) Die Literatur befindet sich am Schlusse dea Textes.

Benetzen pulverfht iyer Korper etc. 33

durch das Einsinken der kalten Luft (Grotten von Vergy und St. Georges) Eis allerdings in geringerem TJmfange gebildet werden, wahrend bei Grotten , wo dies Einsinken erschwert ist, die Hohle durch die nun zur Geltung kommende Boden- temperatur erwarmt wird. Im Fruhjahr ist der Sickerproze6 am starksten; die dadurch erzeugte Abkuhlung bringt die so wie so niedrige Bodentemperatur noch weiter herab. Die Luft in der Hohle ist noch kalt, und so wird das Wasser, das in dem Kapillarraum nicht zum Gefrieren kommt, so wie es an die Luft tritt, da es wahrscheinlich iiberkiiltet ist, fest werden. Etwaige Verdunstung wird dies untersttitzen, die aber bei der niedrigen Teniperatur, die das Wasser besitzt, iiberhaupt nur gering sein kann. Im Sommer geht dieser Proze6 weiter, mu6 aber abnehmen, da mehr Warme hinzu- gefiihrt wird; die Luft in der Hijhle wird also von dem Felsen aus abgekuhlt; im Herbst und Spatsommer 1a6t3 das Uurch- clringen nach, die Bodentemperatur und zugeleitete Sommer- wk-me fangt an zu iiberwiegen, und die Eis bildungen schwinden.

Bei den Eislochern ist der ProzeB ahrilich und noch vie1 lebencliger. Das in das Gestein eindringende Wasser bewirlrt die hbkuhlung desselben und infolgedessen entsteht bnlte Luft, die nach unten sinkt, und der untere Gerollhaufen wircl rnit Eis angefiillt; in dem oberen Teile sinkt das Wasser schnell hindurch und die dnrchstreichende, nachsinkende warme Luft 1aBt es nicht zur Eisbildung kommen. Im Herbst ist der ganze Berg mit gleichmailiiig temperierter Luft, die von auOen eingesunken ist, durchzogen. Im Winter wird kalte Luft ein- clringen, diese wird in der Tiefe durch die jetzt das Uber- gewiclit gewinnende Bodentemperatur erwarmt und oben heraus- dringen; da die Gerollfelder tief hinabreichen, wird die aus- stromende Luft sogar eine hijhere Ternperatnr hahen konnen. DaB im Sommer Abkuhlung durch Verdunstung und Strahliing die Eisbildung wierlerum begunstigen knnn, ist selbstverstandlich. .%ufgeklart ist der Verlauf der Eisbildung im Friihjahre noch nicht, mrnentlich wann dieselbe beginnt und wann sich die Luft- stromungen einstellen. Jede groBe Gerollanhaufung aus porosem Gesteine muBte angefeuchtet die Zirkulation ergeben. Vor allem wurcle aber zu konstatieren sein, ob beim Durchdringen des poriisen Gesteins durch Flussigkeiten Abkuhlung entsteht."

Annnlen der Physik. 1V Folge 16. 3

34 G. Schwalbe.

Zur experimentellen Erledigung dieser Frage sol1 die vor- liegende Abhandlung einen Beitrag liefern ; gleichzeitig ist die- selbe aber ausgedehnt worden zu einer allgemeinen Experi- mentaluntersuchung uber das thermische Verhalten von Wasser beim Einsiclrern, in poriise Korper und zwar sowohl in quali- tativer wie in quantitativer Hinsicht.

2. Literarischea und Hietorieches.

Dab bei der Absorption des Wassers durch feste poriise Kiirper eine Anderung der Temperatur derselben stattfindet. ist eine Tatsache, welche bereits Poui l le t (1) im Jahre 1822 nachgewiesen hat, und zwar zeigte er, daB bei diesem Vorgange Temperaturerhohung eintrete, deren Grad mit der chemischen Beschaffenheit des Korpers in Zusammenhang zu stehen schien. Eine hiermit im Zusammenhang stehende Beobachtung hat spater Ventz ke (2) gemacht, welcher bei einer Vermischung von Knochenkohle mit einer Rohrzuckerliisung von 1,3 spezi- fischem Gewicht und 85-99 O eine bis zur Explosion gesteigerte Erwarmung beobachtete. Wenn die Versuche Pou i l l e t s in- dessen auf eine chemische Tatigkeit als Ursache der Wgrme- entwickelung hinwiesen, so lehrte die meines Wissens zuerst von J u n g k (3) erkannte Tatsache, daB auch bei der Absorption des Wassers durch reingewaschenen, trockenen FluBsand eine Temperaturanderung eintritt , da6 dies nicht der Grund der Erscheinung sein kijnne, da bei diesem Prozesse uberhaupt keine chemische Reaktion eintreten kann. Die einzige Art der Er- klarung, welche somit noch ubrig bleibt, ist die, mechanische Arbeit, wie sie z. B. zur Verdichtung einer Flussigkeit niitig ist, als Ursache auzunehmen. Es hat nun auch (3. Rose (4) gezeigt, daB eine solche Verdichtung des Wassers an der Ober- 0ache fester Korper sich sogar bei genauen Wagungen be- merkbar macht, indem sich fur ein und denselben Korper ein urn so groBeres spezifisches Gewicht ergibt, in j e feinerer Verteilung man denselben wagt. Diese Tatsache ist daraus zu erklaren, daB die festen Korper an ihrer Oberflache das Wasser verdichten, und zwar urn so mehr, j e groBer ihre Ober- 0ache ist. Die Tatsache ferner, daB sich an den Grenzflachen von Fliissigkeiten eine sogenaiinte Fliissigkeitshaut bildet, in welcher die einzelnen Molekiile sich vie1 weniger leicht gegen-

Benetzen. pulverformiger Korper etc. 35

einander verschieben lassen, weist ebenfalls auf eine Verdichtung der Pliissigkeit an diesen Stollen hin. Noch andere Tatsachen sprechen dafur: Wasser in freien Tropfchen und in engen Glas- rohren friert um so schwerer, je kleiner der Durchmesser der- selben ist, wie Mousson und Dufour (5 ) gezeigt haben. Dies deutet offenbar eine Verdichtung des Wassers an den Grenzflachen an. Denn J. Thomson hat theoretisch, und W. Thomson (6) experimentell nachgewiesen, daS der Gefrierpunkt des Wassers unter hoherem Drucke, also bei Verdichtung des Wassers sinkt. Thomson hatte nun aus der Temperaturveriinderung des Wassers bei plotzlicher Druckanderung aus der mechanischen W arme- theorie eine Formel abgeleitet und fur eine Druckvermehrung von 10 Atm. bei Wasser von O o nur eine Temperaturerniedri- gung von 0,005O C. und bei Wasser von looo eine Temperatur- erhohung von 0,078O C. gefunden. Diese Resultate wSiren fur eine weitere Untersuchung der E’rage entmutigend gewesen, wenn nicht die Experimente von Pou i l l e t , welcher Anderungen von 0,2 bis 0,3O C. fand, auf eine so groBe Kraft der Adhasion gedeutet hatten, daB die Moglichkeit einer experimentellen Erledigung der Frage dennoch erwartet werden konnte. Jeden- falls stehen diese Versuche von Thomson qualitativ in Ein- klang mit denjenigen von J u n g k , welcher fur Wasser unter 4 O bei Kompression durch feste , porose Korper Temperatur- erniedrigung , fur Wasser uber 4 O Temperaturerhohung fand. Dies steht durchnus in Einklang mit der Theorie, wie spater gezeigt werden 8011. Um so auffallender ist es daher, dab Meissner(7) bei Versuchen mit Kieselsaure und Wasser in allen Fallen Temperaturerhohung gefunden hat. Spatere Arbeiten von Gore(8) und (9), Mar t in i (lo), E rco l in i ( l l ) , B e l l a t i und L. F i n a z z i (13) bestatigen durchaus die Tatsache, da8 beim Benetzen von porosen Korpern Temperaturerhohung eintritt. Auf das Verhalten des Wassers bei Temperaturen unter 4O gehen aber die meisten dieser Autoren nicht ein. L a g e r g r e n (12) spricht auf Grund der Annahme, dal3 bei der Benetzung fein verteilter Korper Druckkriifte von Tausenden von Atmospharen auftreten, und auf Grund der von ihm durchgefuhrten Kech- nungen ebenfalls die Vermutung aus , daS die Temperatur- anderung als Folge einer Kompression der benetzenden Flussig- keitsschicht durch den festen Korper aufzufassen ist.

3*

36 G. Schwalhe.

G o r e (8) nimmt als Ursache der Erscheinung keine Kom-

1. Die Vereinigung des Wassers mit dem Pulver. 2. Die Vereinigung der gelosten Substanz mit dem Pulver. 3. Die Trennung der Luftschicht von demselben. Die Versuche von M a r t i n i haben ergeben, daB allgemein

die groBte Warineentwickelung stattfindet, wenn die Wasser- kapazitiit der Substariz gerade gesattigt ist, und daB die Wiirmemenge nahezu proportional der ahsorbierten Flussig- keitsrnenge ist. Ferner hat er die Ansicht ausgesproclien, daB clie Warmeentwickelung zum Teil daher riihrt, daB clas der Oberthche unmittelbstr anliegende Wasser in den festen Aggre- gatszustand iibergeht. Jedoch wird diese Snsicht clurch die Versuche vonBel la t i und F i n a z z i ( l 3 ) nicht bestatigt. SchlieB- lich seien hier nocli die Versuche von P a r k s (16) erwalint, welcher eine Beziehung gesucht hat zwischen cler GroSe der Warmemenge, welclie beim Benetzen eines pulverformigen Korpers entwickelt wird, uxid der GroBe der Oberflache des benetzten Kijrpers. Er findet, datl, wenn Kieselsaure, Sand oder Glaswolle bei derselben Temperatur mit Wasser in Be- riihrung gebrncht merden , die eiitwickeltc Warme der Ober- flache des der Berietzung unterworfenen Korpers proportional ist. Ferner hat P a r k s untersucht, in welcher Weise sich die Wiirmeentwiclrelung niit der Temperatur kudert. Er finclet, daW die entwickelte Wdrmemenge der absoluten Temperatur annahernd proportional ist.

pression an, sondern :

3. Theoretisches.

Schon atis d e n Vorhergehenclen wird man clen Einclrock gewinnen miissen, claU dic .Innahme, die Temperaturanderuiigen heim Benetzen entsteheii clurcli Kompression, am meisten fui sich hat. Unter dieser Annahme muB aber bei Wasser unter 4” eine Abkiihlung eintwten, wie &us folgender Betrachtung hervorgeht : Wird eine Flussiglreit komprimiert, so gilt uiiter der Voraussetzung eines adiabittischen Prozesses nach W. T h o In - Y O n die folgende Beziehung zwischen Druckzunahme unil Tem- peraturiinderung :

T. u . dP 7 d t = ~~ 6. 0 , . go

Benetzen pulverf6rmiger KCrper etc. 3 i

wo d p die Anderung des Druckes, d t diejenige der Temperatur, I’ die absolute Temperatur, u den wahren kubischen Aus- dehnungskoeffizieiiten, E’ das ,mechanische Warmeaquivalent, cp die spezifische Warme bei konstantem Drucke, go die Dichte der Substanz bei O o bezeichnet. Hieraus folgt:

E . e p . eo d p = d t . - . T . a Handelt es sich also um Wasser, so folgt, da8 eine Ver- dichtung desselben zwischen 0 und 4O, wo CL negativ ist, eine Abkuhlung, iiber 4 O eine Erwarmung zur Folge haben mu8. Diese theoretische SchluBfolge erscheint durch die Kompressions- versuche von J o u l e (17) bestatigt worden. Allerdings hat J o u l e nur Drucke bis zu 26,19kg auf 1 qcm angewendet, warend hier weit hohere Drucke in Betracht kommen. Setzt man namlich, um sich hiervon eine Vorstellung zu machen, mit Meissner (p. 18, Anmerkung) in der fur d p geltendenPorme1 dt=4,5O, c,=1,0006, go=O,OOO1 kg, t = 10,7O, also T=283,7O. u=O.OOOll, so ergibt sich ein Druck von 6110,6kg auf 1 qcm oder von 5913,6 Atm.

’

4. Eigene Versuche. a) Methode .

Zur Priifung der vorliegenden Frage wurde folgende Me- thode eingeschlagen: Die Temperatur des zu prufenden Ge- misches wurde mit einem Thermoelement (Kupfer-Konstantan- element) gemessen. Um die jeweilige elektromotorische Kraft zu bestimmen, wurde ein d’hrsonvalsches Galvanometer nach Einschaltung eines geeigneten Widerstandes zur Anwendung gebracht. Es wurde nun zunZichst die absolute Empfindlich- keit dieses Megapparates gepruft, indem die elektromotorische Kraft eines genau gepriiften Volt-AmPCremeters mit derjenigen des Therrnoelementes bei verschiedenen Temperaturen ver- glichen wurde. Letztere wurden dadurch erzielt, daB die Lot- stelle sowohl mit sehr kaltem, als auch mit sehr warmem Wasser hintereinander in Beriihrung gebracht wurde. Durch einen gleichzeitig eingeschalteten Widerstandskasten konnte die Empfindlichkeit innerhalb ge wisser Grenzen reguliert werclen. Man findet so einerseits welcher Stromstarke , andererseits welcher Temperaturdifferenz eine bestimmte Anzahl von Skalen-

35 G. Schwalhe.

teilen am Galvanometer entsprechen. Aus dem Vergleich beider Messungen berechnete sich die absolute Empfindlich- *

lceit derart, daB 1 C. einem Werte von 0,000000186 Amp. entsprach. Die Versuche wurden nun in der Weise angestellt, ad3 sowohl das zu untersuchende Pulver, als auch das Wasser, niit dem es vermengt werden sollte, in ein gemeinsames Wasse~bad gestellt wurden, so daI3 nach langerem Stehen sowohl Wasser als such Pulver die gleiche Temperatur an- nehmen mufiten. Auch wurde die Gleichheit der Temperatur thermometrisch festgestellt. Nun wurde die Lotstelle des Thermoelementes mit dem Pulver bez. dem Wassar in Be- riihrung gebracht uiid die Einstellung des Galvanometers ab- gewartet ; hierauf wurde schnell, so dab eine Temperatur- anclerung ausgeschlossen war, das Wasser zum Pulver bez. das Pulver zum Wasser geschiittet und der Ausschlag beobachtet. Es lieB sich sodann berechnen, welcher Temperaturanderung derselbe entsprach. Bei den Versuchen bei niedriger Tem- peratur wurde das Wasserbad langere Zeit bei Frostwetter ins Freie gebracht, so daB ein Gemisch von Eis und Wasser entstand. Es wurde auf diese Weise fur die Dauer eines Versuches eine genugende Temperaturkonstanz erzielt. Auch dadurch, dalj das ganze Wasserbad i n Eis oder Schnee gepackt wurde, lief3 sich dieser Erfolg erlangen. In letzterem Falle konnte sogar eine bessere Wiirmeisolation in der Weise er- reicht werden, daI3 das GefaB mit Schnee in ein Luftbad ge- bracht und dieses ganze System abermals in Schnee eingehullt murde. Bei den quantitativen Versuchen wurden natiirlich abgemogene Mengen von Substanz und Wasser vermischt. Als trockene Substanz wurde nicht nur Glaspulver und Kiesel- stiure wie bei Meissner verwendet, sondern auch gewaschener Seesand, ausgewaschener Ballastsand und Maurersand. Natiir- lich wurde durch Ausgluhen der Substanz dieselbe viillig wasserfrei gemacht. Die Konstanz der Temperatur wahrend eines Versuches war in allen Fallen eine gute.

b) Vereuche qualitat iver Art. 1. Versuche mit Wasser iiber 4O C.

In Ubereinstimmung mit der Theorie, sowie mit samt- lichen friiheren Versuchen auf diesem Gebiete, ergab sich beim

Banetren pdverformQer Korper etc. 39

Dlischen von Kieselsaure sowie Sand mit Wasser von gleicher Temperatur deutliche Erwarmung. Um dies festzustellen, wurden fur jede Substanz mehrere Versuchsreihen angestellt , welche siimtlich zu dem gleichen Ergebnisse fiihrten. Ich begniige mich daher damit, fur jede Substanz j e eine Versuchsreihe anzufiihren. Bemerkt sei_ hier gleich, daB die Versuche mit Glaspulver in Ubereinstimmung mit M ei s s n e r iiberhaupt keine Reaktion ergaben, weder iiber noch unter 4O. Es ist in der folgenden Ubersicht daher nur Kieselskure, gewaschener See- sand, ausgewaschener Ballastsand und Maurersand beriick- sichtigt. Bei allen folgenden Angaben bedeuten zunehmende Skalenteile Erwarmung , abnehmeode Skalenteile Abkiihlung.

Substanz

Kieselsaure . . . . . Sersand . . . . , . . Ballastsand . . . . . JIaurersand . . . . .

Stand des Galvanometers vor der nach der

Mischung Mischung

Temperatur O c.

55,s 58, l 16,3 32,O 35,O 16,s 34,2 34,s 17,2 48,3 49, l 17,s

Diese Zahlen sind durchaus in Ubereinstimmung mit allen bisherigen Erfahrungen. Es kann daher sofort zu den Ver- suchen rnit Wasser unter 4 O ubergegangen werden.

2. Versuche mit Wasser unter 4O C.

Zur Erlauterung derselben mogen folgende Versuchsreihen angefuhrt werden. Um jeden EinfluB etwaiger Temperatur- anderungen auszuschlieBen , wurde die beschriebene Methode in der Weise modifiziert, daB nach der Mischung des Wassers mit dem Pulver die Lotstelle noch einmal in das nicht mit dem Pulver vermischte Wasser getaucht wurde, sodann wieder in die Mischung etc. Wahrend im ersteren Falle stets Ab- kiihlung eintrat, erfolgte bei Beruhrung rnit dem unvermischten Wasser wieder Erwarmung, sodann wieder Abkuhlung etc., wie es die Theorie erfordert. Auch entsprach die Tatsache der Theorie, daB sich bei 3,9O (also rund 4O C.) iiberhaupt

40 G. Schwalbe.

Temperatur

keine Reaktion zeigte. Es mogen nun folgende Versuchsreihen aufgefuhrt werden.

1,6 bis 2,6 I 2,6 bis 3,4

Substanr

259,s 259,2 258,8 258,s 259,3 257,3

256,2 256,O 256,s 255,2 256,3 255,O

Liftatelle nur im Rasser . . ,, im Gemisch . . . ,, nur im W w e r . . ,, im Gemisch . . . ,, nur im Wasser . . ,, im Gemisch . . .

L6tstelle nur im Wasser Mittel{ ,, im Gemisch

259,3 258,4

246,2 244,2 246,2 244,8

246,2 244,5

256,4 255,4

Substanz Seesand

Temperatur ~~ -

Loitstelle nur im Waeser ,, im Gemisch . ,? nur im Wasser ,, im Gemisch . ,, nur im Wasser ,, im Gemisch . ,, nur im-Wasser

~ ___ . . * . . . . . . . . . . .

0,35

259,8 257,9 257,s 257,2 258,l 257,3 258.8

Lotstelle nur imwasser Mittel { ,, im Gemisch

247,s 246,3 249,4 247,2 249,7 248,O

248,s 247,2

Seesand

0)OO

256,O 253,O 256,8 254,O 258,O 254,O %59,2 251,5 253,7

. -.

Ballast- Maurer- sand sand

2,s

270,2 270,O

210,2 270,O

3,0° c. 269,9 269,O

269,9 269,O

Man sieht in allen Fallen durchgangig die Tatsache be- statigt, dat3, wenn Wasser unter 4O in porose Korper eindringt. auf jeden Fall eine Abkiihlung erfolgt, was mit den Forderungen der Theorie sowie mit den Versuchen, namentlich J u n g k s , ubereinstimmt. Dagegen scheinen die Beobachtungen M ei s sn e r s mit Kieselsaure diesen Ergebnissen zu widersprechen. Es muR aber erwogen werden, daB Me i s s n e r lediglich Beobach tungen mit Kieselsaure mitgeteilt hat und daB auch er, wenn dns aus Kieselsaure und Wasser bestehende Gemisch nicht bestandig

Benetzen pulverf ormQer Kiirper etc. 41

durch Umriihren in Bewegung erhalten wurde, starke Ab- kuhlungen beobachtete. Jedenfalls scheinen die vorliegenden Versuche, welche bei jeder sich darbietenden Gelegenheit aus- gefuhrt wurden, da sie sich auf verschiedene porose Substanzen beziehen, in dieser Hinsicht eine etwas weiter gehende Giiltig- keit beanspruchen zu diirfen als die Meissnerschen. Eine Eigentumlichkeit im Verhalten der Kieselsaure muB noch hervorgehoben werden. Schuttet man niimlich Wasser zur Kieselsaure, so kann auch bei unter 4 O C. im ersten Augen- blicke eine minimale Erwarmung sich geltend machen, welche aber sehr schnell aufhort und in Abkuhlung ubergeht.. Man kann sich vorstellen, daB im ersten Augenblick infolge des plotzlichen Eindringens des Wassers die Luft stark komprimiert wird, wahrend erst spater, wenn die Kompression des Wassers zur Geltung kommt, eine Abkuhlung eintritt. Dementsprecbend trat die Erscheinung dann auch nicht ein, wenn umgekehrt die KieselsLure zum Wasser geschuttet. wurde.

c) Versuche quantitativer Art.

Es wurden zuniichst einige Versuche angestellt, um den EinfluB 1. der freien Oberflache des Sandes, 2. der Temperatur auf das Resultat festzustellen. Es wurde daher mit einem Reagensglas von 2,5 mm Durchmesser eine Versuchsreihe an- gestellt und sodann eine andere, bei welcher sich der Sand in einem Becherglase von 6 mm Durchmesser befand. In Uber- einstimmung mit P a r k s wurde gefunden, daB bei gr6Berer Oberflache auch die Warmeentwickelung groBer ist. Ebenso haben die Versuche bei verschiedenen Temperaturen ergeben, daB mit zunehmender Temperatur auch die Warmeentwickelung zunirnmt. Dies Ergebnis ist jedenfalls in Ubereinstimmung mit den schon erwahnten Resultaten von Parks . Diese Fragen hier noch eingehender zu untersuchen, erschien schon &us dem Grunde nicht erforderlich, weil dieselben von P a r k s , wie bereits eingangs dargetan wurde, auch quantitativ sehr genau untersucbt worden sind. Es schien aber doch angebracht zu sein, noch einmal orientierende Versuche in dieser Hinsicht anzustellen, um die Bedingungen festzulegen, unter denen die nachfolgenden quantitativen Versuche ausgefuhrt werden konnten. Es wurden bei denselben stets Reagensglaser von nahezu gleicher

42 G. Schwalbe.

Oberflache verwendet ; auBerdem wurde meist bei Temperaturen gearbeitet, welche der Zimlnertemperatur moglichst entsprachen. Bei Temperaturen nnter 4O gelang es nicht, gute quantitative Versuchsreihen zu erhalten , da die Temperatur fur diesen Zweck nicht ltinge genug konstant erhalten werden konnte, indem die Zeit, welche filr einen quantitativen Versuch er- forderlich ist, eine bedeutend langere ist als diejenige, die ein qualitativer Vervuch in Anspruch nimmt. In den folgenden Tabellen sind unter d t die beobachteten Temperaturanderungen, uriter Q die hieraus berechneten Warmemengen aufgefiihrt. Letztere sind nach der Formel:

Q = (20 + k . S) d t berechnet, worin w die Gewichtsmenge Wasser, k die Gewichts- menge pulverisierter Substanz, s die spezifische Warme der letzteren bedeutet. Es mogen nunmehr hier die qua.ntitativen Versuche in tabellarischer Form folgen:

Henetzeii pulverformiger Kii7per etc. 43

4. Reihe. 10 g trockener Maurersand bei 17,5O C.

Oemischt mit

Galvanometer - 23 m LotRtelle nur Liitatelle im

im Wasser. Gemisch. d t '' Mittel der Be- Mittel der Be- * b n

S'R

Lzitatelle des Thermoelementes

sbwechselnd im Waeser und

im Gemisch.

Diese quantitativen Versuche gestatten vor allen Dingen die Beantwortung der Frage: ,,Wieviel Wasser mug man zu der pulverisierten Substanz hinzufugen, um das Auftreten einer moglichst groBen Warmemenge zu erzielen?" In der Tat wird man bei Betrachtung der Reihen sehen, daB die Erwarmung iiberall , nachdem sie bei einem ge wissen Mischungsverhaltnis ein Maximum erreicht hat, bei Hinzufiigen von noch mehr Wasser wieder rtbnimmt. Das Mischungsverhaltnis nun, welches das Auftreten einer moglichst grogen Warmemenge bedingt, berechnet sich nun fur die einzelnen Beobachtungsreihen be- zogen auf je 10 g Substanz folgendermagen:

Anzahl von Qramm Wssser auf je 10 g Substanz Art der Substanz

195 Gewaschener Seesand > 18 Kieselsaure

> 10 Trockener Maurersand

Man ersieht hieraus, da8 die einer Substanzmenge von 10 g entsprechende Wassermenge eine sehr verschiedene ist. Dieselbe ist bei gewaschenem Seesand besonders klein, hei Kieselsaure bei weitem am grogten. Fur den benutzten aus- gewaschenen Ballastsand ergab sich, daB das gunstigste Mischungsverhaltnis dann stattfand , wenn von Wasser und pulverisierter Substanz gleiche Gewichtsmengen gemischt wurden. Die gefundenen Zahlen scheinen nun ein Ma6 fur die Grobkornigkeit') der Substanz zu geben. Die sehr fein-

1) o b e r den EinfluB der Grobk6rnigkeit siehe auch die hieruuf be- zuglichen Uniersuchungen von W. S p r i n g (Literaturverzeichnis Nr. 15).

10 Ausgewaschener Ballastsand

~ _. -

44 G. Schwalbe.

kiirnige Kieselsaure braucht auch bei weitem am meisten Wasser fur das Zusta.ndekommen des giinstigsten Mischungs- verhaltnisses. Weitere quantitative GesetzmiiBigkeiten lieBen sich aus den vorstehenden Versuchen nicht ableiten.

5. Allgemeine Zusammenfassung der Ergebnisse.

Als allgemeine Ergebnisse der vorstehenden Untersuchung kann man folgende Satze ansehen:

1. Beim Benetzen von Sand oder Kieselsaure mit Wasser entsteht bei Temperaturen uber 4O Erwarmung.

2. Beim Benetzen von Sand oder Kieselsaure mit Wasser entsteht bei Temperaturen unter 4 O Abkuhlung.

3. Die yuantitativen Versuche ergttben bei einem be- stimmten Mischungsverhaltnis ein Maximum der Temperatur- anderung. Die grBBte entwickelte Warmemenge wurde beob- achtet beim Mischen von 10 g Kieselsaure mit 20 g Wasser bei einer Temperatur von 16,3O C.; sie betrug 6,16 g-cal.

4. Bei genau 4O tritt beim Benetzen von Kieselsaure oder Sand mit Wasser der Theorie entsprechend keinerlei Tem- peraturanderung ein.

Um noch einmal auf die eingangs erwahnte Eishohlen- theorie I) meines Vaters zuruckzukommen, so diirfte durch diese Versuche dargetan sein, da6 die physikalische Grundlage, auf melcher er seine Theorie aufbaute, eine durchaus richtige ist und dab daher auch kein Grund vorhanden ist, dieselbe aus physikalischen Grunden in Zweifel zu ziehen.

Die vorstehenden Versuche wurden im physikalischen Laboratorium der landwirtschaftlichen Hochschule zu Berlin im Winter 1903/1904 ausgefiihrt. Hrc. Prof. Borns t e in mochte ich auch an dieser Stelle meinen Dank fur die viel- fachen Anregungen, sowie fir das Interesse aussprechen, welches er wahrend der ganzen Untersuchung dem Fortgang der Ar- beit entgegengebrachte. Ebenso mochte ich es nicht unter- lassen, Hrn. Dr. Vol kmann fur aie zahlreichen Ratschlage in experimenteller Hinsicht zu danken.

1) Die Eishijhlenfrage wird auch in einer Abhandlung von A. B i r s c h - mann (Literaturverzeichnis Nr. 14) kurz behandelt, doch findet sich in derselbcn keine Erorterung der vorstehenden Theorie.

Benetzcn puluerf‘iirmiyer Kiirper etc. 45

Literntur. 1) C. S. Af. P o u i l l e t , Gilberts Ann. is. p. 356; Schweigg. Journ.

2) V e n t z k e , Dinglers Journ. 129. p. 144. 3) C. G. J u n g k , Uber dic Temperaturerniedrigung bei der Absorption

des Wassers durch feste, porose Rorper. Pogg. Ann. 1% p. 292-308. 18ti5. 4) G. R o s e , Ubcr die Fehler, welche in der Bestimlnung der spezi-

fischen Gewichte der Iiorper entstchcn, wcnn man dirselben im Zustandc drr feinsten Verteilung wagt. Pogg. Ann. i3. 1). 1-18; Polyt. Centralbl. 1048. p. 171.

5) Beobachtongrn von A. Mouvson (Pogg. Ann. 105. p. 161) und L. D u f o i i r (Pogg. Aun. 114. p, 530).

6) W. T h o m s o n , Pogg. Ann. 81. p. 161. 7) F. M e i s s n e r , Uber die bcini 13enerecn pulverfiirmigcr Korper

auftrctendc Wiirmetonnng. 1naug.-Diss. Strassburg 1886. >lit ciner Tafel. Druck von M e t z g r r & W i t t i g , Lcipzig.

8) G. G o r e , Changes of temperature caused by contact of liquids with powdered silica. Proc. Birmingham Phil. h e . (I) 9. p. 240. 1893; Phil. Mag. (5) 37. p 306-316. 1894.

1882; Ann. de Chim. et de phys. 90. p. 141.

9) Ergiinzung zii 4. Phil Mag. (5) 44. p. 205-206. 10) T. M a r t i n i , Intorno a1 cxlore chc si svolge nel bagnare le

polveri Nuovc richerche termornetriche e calorimetrichr. Cirn. (4) 7. p. 396-402. 1898; Atti 1st. Ven. (7) 9. p. 927-966. 1897198; Fortschr. cl. Phys. Abt. 1. 1898, 11. 219. 1899, p. 248.

11) G. E r c o l i n i , ~~VBrmcentwickelun6. beim Henetzen pulverforrniger IiSrper (zwci Arbeiten). (Calore svolto nel bagnare le polveri.) Cirn. (4) 9. p 110-116. 1899; 1. c. p 446-448; Portuchr. d. Phys. Abt 1. p. 230 1899.

12) K L a g e r g r e n , Uber die beim Benetxu,ii fein verteiltcr Koiper auftretenile U’armetiiuung. Bch. Sv. Vet. Ak. €Iandl. (2) 24. Xi. 5. 14 pp. 1899; Fortschr. d. I’hys Abt. 1. p.230. 1899.

13) If. H e l l a t i u. L. F i n a z z i , Sul calore chc si prorlucc bagnando le polvtvi. Sep -Abdr. Atti di Veneto 61. p. 503-524. 1902; Fortsch. d. I’hys. Soc. June 1902; Cheni. News 86. p. 21. 1902; Proc. Phys. doc. 18. p. 253-269. 1902; Phil. Mag. (6) 4. 11. 240-253. 1902; Fortsch. d. Phys.

14) A. I i i r s c h m a r i n , Uher Eisgewinnnng und kiinstliche Ver- gletscherung. Physik. Zeitschr. 4. Nr. 27. p. 797-799. 1903.

15) W. S p r i n g , Einige Untersuchungen iiber die Durchtriinkung dcs Sandcs durch Fliissigkeitrn uiid Gxse, sowie iiber sciiic Sackung (<rp.-Abdr. aus Bull. d. Soc. Belg. t l . GBol. 15. p. 13-33. 1903); Beibl. 28. p. 92-93. 1904. [Verfasser weist darauf hin, dah die mehr oder wcniger groBe Grobkiimigkeit des Sandes eine Rolle spiclt .]

16) G. J. P a r k s , On the heat evolved or absorbed when a liquid is brought in contact with a finely dividctl solid. Phys. Soc. J u n e 1902; Chcm. News 86. p. 21. 1902; Proc. Phys. Soc 18. p. 253-269. 1902; Phil. Mag. ((;) 4. p. 240-253. 1902: Foitschr. d. Pliys. Abt. 2. p. 306-367. 1902.

Abt. 2. p. 306-307. 1902.

17) P. J o u l e , Phil. Trans. 149. 1). 13;. 1859. (F,ingeg:nugen 20. Novemher 1904.)