Kurzgefaßte
Darstellung
einiger Betrachtungen
über das Feuer
welche
behufs geneigter Zulassung zum Examen,
der hochgeehrten
philosophischen Facultät
als Probearbeit
unterthänigst überreicht
Immanuel Kant,
der Philosophie Beflissener aus Königsberg in
Preußen
Königsberg, den 17. April 1755.
Zweck der Schrift.
Ich habe nicht die Absicht, einen Gegenstand, welcher genügenden Stoff für einen starken Band liefern würde, auf wenigen Seiten zu erschöpfen. Die kurzen Betrachtungen, welche ich hier der geneigten Prüfung der Hochgeehrten Philosophischen Facultät gleichsam nur andeutungsweise überreiche, sollen blos die Grundlinien einer Theorie sein, welche mir den Stoff zu einer ausführlicheren Abhandlung bieten werden, sobald ich die dazu nöthige Muße gefunden habe. Überall habe ich mich sorgfältig gehütet, einer hypothetischen und willkürlichen Beweisführung, wie es wohl zu geschehen pflegt, zu viel Raum zu geben; vielmehr bin ich nach Möglichkeit sorgfältig dem leitenden Faden der Erfahrung und der Geometrie gefolgt, ohne welchen man aus dem Labyrinth der Natur kaum den Ausgang findet. Da die Kraft des Feuers sich vorzüglich in der Verdünnung der Körper und in Auflösung von deren Verbindungen erkennbar macht, so schien es mir einer methodischen und vernunftgemäßen Behandlung zu entsprechen, wenn ich Einiges über den Zusammenhang des Stoffes und über die Natur des Flüssigen vorausschickte.
Erster Abschnitt. Über die Natur der harten und flüssigen Körper.
Lehrsatz I.
Die Flüssigkeit der Körper kann nicht aus der Theilung des
Stoffes in sehr kleine glatte Theile, die nur ganz lose
zusammenhängen, erklärt werden, wie die meisten Naturforscher nach dem
Vorgange von Descartes es thun.
Das Dreieck A B C soll den Längsschnitt eines kegelförmigen Haufens von kleinsten kugelförmigen Theilchen vorstellen. Ich sage nun, daß dieser Haufe unter solchen Umständen keine wagerechte Oberfläche bilden wird, wie dies bei Flüssigkeiten notwendig geschehen würde. Denn von den Theilchen c, e, g, d, f, i, die auf den darunterliegenden a, m, n, h aufliegen, wird jedes einzelne von letzteren umfaßt; sie werden deshalb ihre Lage nicht verändern, wenn sie die andern nicht nach links oder rechts wegtreiben. Nun ist die Kraft v a, womit das obere Theilchen durch seine Schwere drückt und das Theilchen a nach rechts stößt, in Folge der Zusammensetzung der Kräfte nur gleich seiner halben Schwere c o, und dies gilt ebenso für alle andern Elemente des ganzen Haufens. Hieraus erhellt, daß, wenn den äußersten Körperchen, a und z, nur irgend eine Kraft entgegensteht, alsdann der Haufen in der Ebene an seiner Oberfläche keine wagerechte, sondern eine kegelartige Gestalt annehmen wird, wie es mit dem feinen Sand in einer Sanduhr oder irgend einem anderen Stoff, der in sehr feinen Staub zerrieben ist, geschieht.
Lehrsatz II.
Ein Haufen von noch so feinen und noch so schwach
zusammenhängenden Theilchen wird dem statischen Gesetz nicht Genüge
leisten und keinen Druck gegen die Seiten ausüben, welcher seiner Höhe
entspricht. Er entbehrt also des wesentlichen Merkmals des Flüssigen,
wenn die Theilchen einander nicht vermittelst eines elastischen
Zwischenstoffes drücken, mit dessen Hülfe sie die Kraft ihrer Schwere
gleichmäßig nach allen Richtungen hin mittheilen können.
Denn aus dem vorgehenden Lehrsatze erhellt, daß die aufgehäuften und unmittelbar sich drückenden Theilchen seitlich nicht einen ihrer Höhe entsprechenden Druck ausüben; deshalb muß sich zwischen den elementaren Theilen des Flüssigen ein anderer Stoff befinden, durch dessen Vermittelung sie das Gewicht ihrer Schwere gleichmäßig nach allen Richtungen hin vertheilen können. Ein solcher Stoff, der, wenn er irgendwo gedrückt wird, sich anderswohin mit gleicher Kraft auszudehnen strebt, heißt gewöhnlich elastisch, und es müssen also die festen Moleküle des Flüssigen nicht unmittelbar auf einander, sondern auf einem ihnen beigemischten elastischen Stoff aufliegen, mit dessen Hülfe der ganze obere Druck der Kräfte mit gleicher Stärke nach den Seiten wirkt.
Ich werde bald beweisen, daß dieser elastische Stoff, welcher sich zwischen den Elementen des Flüssigen befindet, nur der Wärmestoff ist.
Lehrsatz III.
Die harten Körper werden, ebenso wie die flüssigen, in
ihren kleinsten Theilchen nicht durch unmittelbare Berührung derselben
zusammengehalten, sondern auch durch die Vermittelung eines elastischen
Stoffes.
Die flüssigen Körper hängen, wie oben erwiesen worden, vermittelst eines gewissen elastischen Stoffes zusammen. Da nun die Metalle, wenn sie aus dem flüssigen Zustande in den harten übergehen, wie andere Körper dieser Art, proportional zur abnehmenden Wärme ein immer kleineres Volumen einnehmen und sich in allen Richtungen verdichten, so erhellt, daß ihre dichten Elemente nicht durch unmittelbare Berührung mit einander verbunden sind, weil ihnen sonst der Raum dazu fehlen würde, um sich einander immer mehr zu nähern. Es müssen deshalb auch die harten Körper zwischen ihren Theilen einen Stoff eingemengt enthalten, vermittelst dessen diese festen Moleküle, ohne einander zu berühren, sich doch gegenseitig anziehen, oder, wenn man lieber will, zusammenhängen, und es müssen daher die harten Körper in dieser Rücksicht mit dem Flüssigen übereinstimmen.
Lehrsatz IV.
Vermittelst dieses erwähnten Stoffes, durch den die
Elemente eines Körpers, obgleich sie einander nicht berühren, sich doch
gegenseitig anziehen, sind die Erscheinungen der harten Körper zu
erklären.
Die harten Körper, namentlich wenn sie, wie die Metalle, das Glas u. s. w., aus dem flüssigen Zustande in den harten übergegangen sind, haben das Eigenthümliche und höchst Merkwürdige, daß sie durch ein angehängtes Gewicht sich ein wenig ausdehnen, ohne zu brechen; und zwar in der Weise, daß sie das Gewicht, dem sie im Zustande der engsten Annäherung ihrer Theile nachgeben, schon durch eine geringe Entfernung dieser Theile von einander tragen können, daß sie aber bei dem größten Grade ihrer Ausdehnung auch das verhältnißmäßig größte Gewicht zu tragen vermögen. Diese Erscheinung läßt sich nach meiner Ansicht nicht durch eine unmittelbare Berührung der dichten Theilchen der Körper erklären. Denn die Theilchen eines Metallfadens mögen entweder in der Weise wie Figur 1 aneinanderliegen, oder zur möglichsten Vermeidung leerer Zwischenräume in der Art, wie bei Fig. 2, oder wie Parallelepipeda, die sich mit ihren kleinen Oberflächen berühren, wie in Fig. 3, so daß, bei Anhängung des Gewichtes, durch die kleinen Räume a, o, i, e u. s. w. die Parallelepipeda sich zwar aus der Berührung lösen, aber doch mit den übrigen Oberflächen in Zusammenhang bleiben, so erhellt, daß, wenn das angehängte Gewicht einen solchen Metallfaden auch nur ein wenig in seiner Länge ausdehnt, bei der ersten Annahme, Figur 1, die Theile sofort von einander abreißen werden, da sie nicht mehr mit einander zusammenhängen. Meint man aber, daß die zur Seite liegenden Theile a, b, c, d, bei ihrer Ausdehnung in die Länge, ins Innere eintreten und so das Zerreißen verhindern würden, so wäre doch damit die Dicke des Fadens ein wenig geringer geworden und die Theilchen würden dem Gewichte, dem sie schon vorher nachgegeben haben, noch weniger Widerstand leisten können. Bei der dritten Annahme, Fig. 3, wo diese Theilchen sich mit ihrer ganzen Oberfläche berührt hatten, ist klar, daß da, wo diese Theilchen sich nur noch mit einem Theile ihrer Oberflächen berühren, sie durch das Gewicht gänzlich getrennt werden würden. Hiernach kann in allen Fällen, die man aufstellen mag, der Faden sich nicht ausdehnen, ohne gleichzeitig zu zerreißen. Da nun dies der Erfahrung widerstreitet, so erhellt, daß die Elemente der harten Körper nicht durch unmittelbare Berührung, sondern vermöge eines gewissen Stoffes einander auch noch in einer bestimmten Entfernung anziehen.
Ich will es daher wagen, diese Erscheinung bei den harten Körpern mich meiner Hypothese gemäß den beobachteten Naturgesetzen und den Regeln der Geometrie zu erklären. Wenn ein Körper, der aus dem flüssigen Zustande in den harten übergeht, eine solche Lage seiner Elemente annimmt, daß ein elastischer Zwischenstoff sie an der gegenseitigen Berührung hindert und drei Elemente immer ein gleichseitiges Dreieck bilden, wie es die Figur 4 zeigt (eine solche Stellung aber werden die Elemente immer erstreben, wenn sie sich durch ihre Anziehung in den kleinsten Raum zusammenziehen), so muß, wenn das angehängte Gewicht das System dieser Theilchen nach der Richtung a d zieht, der Abstand der Körper a und c größer werden, wie Fig. 5 zeigt, während die Entfernungen a b und b c dieselben bleiben werden. Denn das Element b nähert sich dem Punkte d so, daß es mit den beiden Elementen a und c einen größeren Winkel, als vorher (Fig. 4) einschließt. Auf diese Weise bleibt die Dichtigkeit des eingemengten elastischen Zwischenstoffes unvermindert (weil der von dem ausgedehnten Körper eingenommene Raum eigentlich nicht größer geworden ist), und deshalb wird die Anziehung, oder wenn man lieber will, der Zusammenhang der Elemente a und c infolge dieses Bandes nicht vermindert sein. Dagegen ist die Anziehung des Theilchens b, soweit sie a und c verbindet, nach der Ausdehnung oder nach der gegenseitigen Entfernung der Theilchen a und c der Linie a d, Fig. 5, proportional, während sie früher wegen des kleineren Winkels, Fig. 4, kleiner war. Also wächst die Kraft, wodurch die Theilchen, nachdem die Ausdehnung erfolgt ist, von dem Zerreißen abgehalten werden, und zwar im geraden Verhältniß der Linie a d, d. h. nach der Größe der Ausdehnung.
Lehrsatz V.
Das Gesetz, wonach erfahrungsgemäß die Räume bei der
Zusammendrückung elastischer Körper den Kräften proportional sind,
stimmt genau mit der von mir aufgestellten Hypothese.
Was man bei harten Körpern gemeinhin eine Zusammendrückung nennt, sollte eher eine Ausweitung oder Ausdehnung genannt werden, denn es leuchtet von selbst ein, daß harte Stoffe viel weniger wie das Wasser durch Druck auf einen engern Raum zusammengepreßt werden können. Es soll also ein elastischer Körper f e c b (Fig. 1) in die Mauer a b in f b fest eingefügt sein und dann so gegen die Mauer gedrückt werden, daß er in die Lage i x f b kommt. Ich behaupte nun zunächst, daß der äußere Rand des elastischen Körpers b c auf diese Weise etwas ausgedehnt werde und daß mit der Zunahme dieser seiner Ausdehnung auch die drückende Kraft in diesem Falle zuzunehmen streben wird. Ferner werden die Kräfte, durch welche der elastische Körper dem Orte seiner Befestigung a b näher gebracht wird, nach den von mir aufgestellten Sätzen sich wie diese Entfernungen verhalten, so lange der Druck ein mäßiger bleibt.
Wenn daher der elastische Körper durch eine drückende Kraft in die 2te Lage und um das Stück c s der Mauer näher gebracht wird, so wird der Abschnitt e c die Lage i x erhalten. Wenn man nun quer durch den Körper die Linie i s dem Abschnitt e c parallel zieht, so wird i f = s o = c m, und x o ist durch die Ausdehnung um den Theil x s größer geworden, als der Rand c m. Fährt man nun mit diesem Druck fort, bis der elastische Körper in die 3te Lage g k f b gebracht ist, und zieht man g h ebenfalls parallel zu e c, so wird die Größe der Ausdehnung k h größer, als die Ausdehnung x s sein. Aus dem oben Dargelegten erhellt, daß die 3te Lage eine stärker drückende Kraft verlangt, als die 2te.
Indeß ist nun zu ermitteln, wie die Kräfte sich zu den Räumen verhalten, in welchen die Körper zusammengedrückt worden. Der Rand x b der 2ten Lage ist zwar ein wenig eingebogen; indeß kann er bei mäßigem Druck für geradlinig gelten; ebenso die Linie k b der 3ten Lage. Man nehme ferner an, daß der wagerechte Durchschnitt des elastischen Körpers e c, no. 1, bei seiner Überführung in die andern Lagen durch die Punkte i und g geht, was man hier ohne Irrthum thun kann, weil dies bei einem mäßigen Druck der Wahrheit sehr nahe bleibt. Hiernach ist in dem Dreieck i x s der Winkel x = dem Winkel c, weil der Abschnitt des elastischen Körpers derselbe ist wie im ersten Falle, und der Winkel s seinem Wechselwinkel v gleich ist; mithin sind die Dreiecke s c b und i x s einander ähnlich. Ebenso verhält sich bei dem Dreieck g k h, no. 3, alles wie bei dem Dreieck h c b, und daraus ergiebt sich folgender Schluß:
d. h. die Größen x s und k h, um welche der äußerste Rand b c des elastischen Körpers ausgedehnt wird, verhalten sich wie die Räume der Zusammendrückung s c und h c.
Da nun nach Lehrsatz IV. feststeht, daß bei meiner Hypothese die ausdehnenden Kräfte mit der Größe der Ausdehnung in gleichem Verhältnisse stehen müssen, so erhellt für diesen Fall, daß die den elastischen Körper zusammendrückenden Kräfte sich wie die Räume der Zusammendrückung verhalten.
Diese meine Ergebnisse bestätigen vortrefflich das, was de la Hire in den Abhandlungen der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu Paris im Jahre 1705 über die beobachteten Zusammendrückungen elastischer Körper veröffentlicht hat. Bei genauer Prüfung wird man kaum eine andere Hypothese aufstellen können, die mit diesen Beobachtungen so genau und passend übereinstimmte.
Jeder Körper also wird, wenn ich Recht habe, in seinen festen Theilen vermittelst eines gewissen elastischen Stoffes wie durch ein Band zusammengehalten. Die elementaren Theilchen werden, obgleich sie durch diesen eingemengten Stoff an ihrer unmittelbaren Berührung gehindert sind, doch vermittelst desselben angezogen und sicherlich weit fester mit einander verbunden, als es durch die unmittelbare Berührung geschehen könnte. Denn die Berührung der Moleküle, die meist rund sind, kann daher nur an einem Punkte stattfinden und muß deshalb ungleich schwächer als ein Zusammenhang sein, der sich über ihre ganze Oberfläche erstreckt. Daher kann die Lage der einzelnen Elemente sich ändern, ohne daß ihr Zusammenhang aufgehoben wird, und es erhellt zugleich, wie mit theilweiser Beseitigung dieses einenden Stoffes die Elemente näher aneinander rücken und das Volumen des Körpers vermindern können, und wie umgekehrt, bei Vermehrung der Menge dieses Stoffes oder seiner Elastizität, der Körper an Volumen zunehmen und seine Theilchen sich von einander ohne Verlust des Zusammenhanges entfernen können, welche Umstände für die Lehre vom Feuer von der größten Bedeutung sind.
Zweiter Abschnitt. Über den Stoff des Feuers und seine Modificationen, die Hitze und Kälte.
Lehrsatz VI.
Die Gegenwart des Feuers macht sich
zunächst durch die Verdünnung aller sowohl flüssiger wie
fester
Körper bemerkbar, und zwar nach allen Richtungen; sodann, wenn der
Zusammenhang allmählich geschwächt ist, durch Auflösung des Gefüges
der Körper und endlich durch Zerstreuung ihrer Theile in
Dampf. Dagegen vermindert die Kälte das Volumen der Körper, vermehrt den
Zusammenhang, macht das Dehnbare und Biegsame spröde und das Flüssige hart.
Die Wärme wird hauptsächlich bei harten und spröden Körpern durch Reiben
oder Schlagen erzeugt. Sie kann in keinem Körper ins
Unermessliche
zunehmen. Kein Körper, der bei seinem Warmwerden zu wallen
beginnt, kann den Wärmegrad des Kochens übersteigen; wenn er sich aber beim
Verbrennen entflammt, so erreicht er meist einen höheren
Wärmegrad.
Die übrigen wichtigern Erscheinungen der Wärme erwähne ich hier nicht, da sie zum Theil in dem Folgenden vorkommen werden.
Lehrsatz VII.
Der Stoff des Feuers ist nur ein
elastischer Stoff, den ich im vorigen Abschnitt beschrieben habe, welcher
die Elemente jedweden Körpers, mit dem er vermengt ist, zusammenhält; seine
wellenförmige oder zitternde Bewegung ist das, was man Wärme
nennt.
Die Erfahrung lehrt (Lehrsatz VI), daß jeder geriebene oder gestoßene Körper warm wird und sich nach allen Richtungen hin verdünnt. Dies erweist die Gegenwart eines elastischen Etwas, das in der Masse des Körpers enthalten ist und in Folge dieser Anregungen sich auszudehnen strebt. Ferner enthält jeder Körper, nach dem im ersten Abschnitt Bewiesenen, einen elastischen Stoff, der in seinen Zwischenräumen eingeschlossen ist und die Theilchen verbindet; derselbe kann daher in eine Wellenbewegung gebracht werden, alle Erscheinungen des Feuers hervorbringen, und kann deshalb von dem Stoff des Feuers nicht unterschieden sein.
Die durch die Wärme verflüssigten Körper sind, wenn sie durch Verstärkung des Feuers zum Kochen gebracht worden sind, keines höheren Wärmegrades mehr fähig; sie entsenden in diesem Zustande große elastische Blasen, welche den Druck der Atmosphäre ertragen können und ihm daher gleichkommen, und dies geschieht unaufhörlich, so lange das Feuer dazu drängt. Da diese Blasen keine elastische Luft enthalten und da nur der Feuerstoff in den durch die Wärme gesättigten Körper eindringt, so entsteht die Frage: weshalb wird dieser elastische Stoff, da doch die Wärme vor dem Kochen ebenfalls in das Wasser eingedrungen war und da er sich außer einigen Luftblasen durch Nichts bemerkbar machte, nun plötzlich im Moment des Kochens ausgesendet. Indeß kann man leicht einsehen, daß derselbe elastische Stoff, den wir Feuer nennen, und der vorher wie jetzt gleichmäßig zwischen der Masse der heiß werdenden Flüssigkeit enthalten ist, obwohl er das Volumen des Körpers ein wenig ausgedehnt hat, so lange durch die Anziehung der Theilchen festgehalten und zusammengedrückt wurde und dadurch hängen blieb, als er in Verbindung mit der Kraft der Wellenbewegung noch nicht stärker als die Anziehung der Moleküle war; ist er aber so kräftig geworden, daß er das Momentum dieser Anziehung durch seine elastische Kraft überwindet, so erhellt, daß aller Feuerstoff, der nun hinzutritt, vermöge seiner nun freien Elastizität sofort, nachdem er eingetreten, durch die Flüssigkeit hindurchgehen wird, wie das aus dem Druck des Feuerstoffes innerhalb jedes heißen Körpers folgt. Es ist deshalb hier nichts vorhanden, was einen Zweifel gegen meine Hypothese erwecken könnte.
Lehrsatz VIII.
Der Wärmestoff ist nichts Anderes als der Äther
(oder Lichtstoff), welcher durch die starke Anziehung (oder Adhäsion) der
Körper in deren Zwischenräumen zusammengepreßt ist.
Zunächst ziehen alle dichten Körper das Licht in unermäßlicher Grösse an, wie Newton aus den Erscheinungen der Refraction und Reflexion dargelegt hat. Es geschieht dies in so einem Maaße, daß nach den Berechnungen dieses unvergleichlichen Mannes die Kraft der Anziehung in einer an die Berührung grenzenden Nähe die Schwerkraft zehntausend Billionen mal übertritt. Da nun der Lichtstoff elastisch ist, so unterliegt es keinem Zweifel, daß er durch diese unermäßliche Kraft auch in etwas kleinere Räume gebracht, d. h. zusammengepreßt werden kann, und da die Theilchen der Körper dem Lichtstoffe überall begegnen, so liegt nichts Ungereimtes in der Annahme, daß jener elastische Stoff, den ich in den Körpern nachgewiesen habe, sich in nichts von diesem Äther unterscheide.
Sodann bemerkt man daß dieselben Stoffe, welche sich vorzugsweise durch eine stärkere Fähigkeit, das Licht zu brechen, auszeichnen, wenn man Feuer in ihre Nähe bringt, auch zur Aufnahme einer größeren Wärme geeignet sind. Damit offenbaren sie, daß dieselbe Anziehung, welche das Licht mit sich zu verbinden strebt, auch den mit ihr auf das innigste geeinten Feuerstoff festhält. Denn die Öle, welche nach den Versuchen Newtons und Anderer die Lichtstrahlen durch ihre Kraft viel stärker brechen, d. i. anziehen, als es ihrer specifischen Schwere entspricht, sind auch eines ihre specifische Schwere weit übersteigenden Grades der Siedehitze fähig, wie z. E. das Terebinthen-Öl u. a. Öle sind nun auch die eigenthümlichen Ernährer der Flamme, und da sie in diesem Zustande das Licht nach allen Richtungen aussenden, so beweisen sie damit, daß der Stoff der Wärme und des Lichts in hohem Grade mit einander übereinstimmen oder sich vielmehr nicht unterscheiden.
Wenn man der Hypothese beitritt,
die den Gesetzen der Natur am meisten entspricht und kürzlich durch den
berühmten
Euler
in neuer Weise gestützt worden ist, wonach das Licht kein Ausfluß der
leuchtenden Körper ist, sondern ein sich fortpflanzender Druck des überall
verbreiteten Äthers, und wenn man den Ursprung der Durchsichtigkeit des Glases
erwägt, so wird man einräumen müssen, daß dieser Äther offenbar mit dem
Lehrsatz IX.
Den Grad der Wärme zu
messen,
d. h. das Verhältniß der verschiedenen Wärmegrade zu
einander in Zahlen auszudrücken.
Amontons, das berühmte Mitglied der Königlichen Pariser Akademie der Wissenschaften, hat zuerst die Auflösung dieser Aufgabe folgendermaßen gezeigt. Da die Kraft des Feuers sich wesentlich in der Verdünnung der Körper geltend macht, so scheint es passend, die Größe jener durch eine zusammendrückende Kraft, welche sich dem Druck dieser Verdünnung entgegenstellt, zu messen. Da man nun bei der Luft bemerkt, daß sie, wenn ihre Wärme auch noch so sehr vermindert wird, jeder drückenden Kraft nachgiebt und im Volumen abnimmt, man also mit Recht ihre ganze Elastizität blos von der Wärme ableiten kann, so rieth jener berühmte Mann auf Grund dieser Annahme, den Grad der Wärme durch die elastische Kraft der dieser Wärme ausgesetzten Luft zu messen, d. h. durch ein Gewicht, welches die Luft von gleicher Wärme bei gleichem Volumen zu tragen vermag.
Anmerkung.
Fahrenheit
bemerkte nach dem Bericht von
Boerhaave
zuerst die Eigenthümlichkeit der durch das Feuer in Kochen gerathenden
Flüssigkeiten, wonach dieser Wärmegrad bei einem größeren Druck der Atmosphäre
größer wird, während der Siedepunkt bei einem geringen Luftdruck schon bei einem
niedrigeren Wärmegrad eintritt. Dasselbe hat Monnier nach dem Bericht der
Pariser Akademie gefunden, als er mit einem Thermometer nach Réaumur zuerst in
Bordeaux und dann auf dem Gipfel des Pic du
Midi,
wo das Barometer
8
Zoll tiefer stand als an jenem Orte, die Wärme des kochenden Wassers und die
Höhe des Siedepunktes über dem Gefrierpunkt untersuchte. Den Gefrierpunkt fand
er an beiden Orten gleich; dagegen war der Siedepunkt auf dem Berge um
15⁄180
der Höhe niedriger, um welche der Siedepunkt des Wassers in
Bordeaux an
einem 28 Zoll hohen Barometer den Eispunkt überstieg. Hiernach
ist die Wärme des Siedepunktes hier um
⅟⁄12
größer als die des Siedepunktes auf dem Berge, welches Mehr
durch ein Mehrgewicht von ungefähr ⅓ des Gewichts der Atmosphäre herbeigeführt wird. Daraus
erhellt, daß die Entfernung des großen Gewichts der Atmosphäre dem kochenden
Wasser ¼ der Wärme, welche zwischen dem Siedepunkte und Gefrierpunkte
liegt, entziehen würde. Da man sonach dem kochenden Wasser durch Aufhebung des
Luftdrucks einen schwächern, durch Hinzufügung dieses Druckes aber einen
größeren Wärmegrad ertheilen kann, und das Gewicht der Atmosphäre nichts weiter
thut, als ein Gegengewicht gegen die Wellenbewegung der Feuertheilchen zu
bilden, wenn die Anziehung der Elemente des Wassers selbst dazu nicht mehr
zureicht, so kann man daraus abnehmen, mit welcher elastischen Kraft der Äther
bei dem Siedepunkte sich aus der Verbindung des Wassers zu lösen strebt, und
durch welche Anziehung der Elemente (und wo diese fehlt, durch welchen äußern
Druck) er zurückgehalten werden muß. Denn da nach dem gerühmten
Amontons
die Wärme des Gefrier und die des Siedepunktes kaum um
ein
Drittel dieses Druckes unterschieden sind, und da der vierte
Theil dieser Wärme, welche den Unterschied zwischen dem Siedepunkt und
Gefrierpunkt bildet, eine Kraft erfordert, die dem ganzen Gewicht der Atmosphäre
gleich kommt, so folgt, daß es eines Gewichts von 12 Atmosphären bedarf, um der
ganzen Wärme des Aufkochens das Gleichgewicht zu halten, und daß daher die
Anziehung der Elemente des Wassers dem Drucke von 11 Atmosphären gleich kommt.
Hieraus kann man die Anziehung derselben in dem Gefrierpunkte und noch vielmehr
die ungemein
größere
Anziehung der Metalle behufs Zusammendrückung des elastischen
Äthers entnehmen.
Secondat
stellte dieselbe Beobachtung an und fand die Verdünnung des Wassers auf dem
erwähnten Berge größer, und in Bordeaux geringer, 24
des ganzen Volumens zu
⅟35
desselben, und wenn die Rechnung hiernach ausgeführt wird,
genau in dem
reziproken
Verhältniß des Gewichts der Atmosphäre von 20 : 28. In diesem
berühmten
Falle hat also der sehr hartnäckige Widerstand des Wassers
gegen jede Zusammendrückung, welche von der Cimentinischen Akademie durch
Versuche festgestellt worden ist, nicht statt.
Lehrsatz X.
Die Natur und Ursache der Verdunstung
oder des Dampfes aus den Sätzen meiner Theorie zu
erklären.
Die Ausdünstungen, die nur aus den feuchten Theilchen bestehen, welche sich von der Oberfläche der Flüssigkeiten abtrennen und in der Luft schwimmen, haben die eigenthümliche und beinahe wunderbare Natur, daß, so sehr auch die Theilchen einer gleichartigen Flüssigkeit, wenn sie mit einander in Berührung kommen, sich begierig vereinen und von selbst in einer Masse sich vereinen, sie dennoch, wenn sie sich einmal bis zur Feinheit des Dampfes aufgelöst haben und von dem nöthigen Wärmegrad erregt sind, der Berührung und gegenseitigen Vereinigung entfliehen und, um mich des Ausdruckes von Newton zu bedienen, einander kräftig zurückstoßen, so daß keine so ungemein große Kraft gefunden werden kann, die sie zusammenpressen und sie gegen ihr Bestreben zur Vereinigung treiben könnte. So zerbricht der Wasserdampf, wenn er von dem Feuer etwas bewegt ist, selbst die festesten Gefäße, und alle Dämpfe überhaupt entwickeln, je nach ihrer Natur, oft eine wunderbare Elastizität.
Der Grund dieser Erscheinung ist, wenigstens wie mir scheint, von den Naturforschern noch nicht genügend erkannt worden. Ich versuche deshalb, ihn zu ermitteln.
Die feinsten Häutchen, die sich
von der Oberfläche des Wassers losreißen und zu Bläschen gestalten, die man kaum
durch das Mikroscop erkennen kann, sind die Elemente des Wasserdampfes. Was ist
nun die Ursache, daß mehrere solcher feinen
Bläschen,
bei etwas starker Erregung durch die Wärme, ihre Berührung so sehr fliehen? Ich
werde es sogleich erklären. Nach den Sätzen meiner Theorie hält das Wasser
ebenso, wie alle anderen Körper
ausnahmslos,
in seiner Masse den elastischen Stoff des Äthers, in einem durch Anziehung
zusammengedrückten Zustande, fest; auch erhellt aus den früheren Beweisen, daß
diese Anziehung nicht blos für die Berührung, sondern auch für eine gewisse
Entfernung definiert ist, so daß die
Moleküle
bei dem entsprechenden Punkte der Annäherung gegenseitig an einander gebunden
bleiben, wenn die anziehende Kraft der abstoßenden, aus der Wellenbewegung der
Wärme hervorgehenden Kraft das Gleichgewicht hält, sollte sie sich auch an sich
auf eine etwas größere Entfernung erstrecken. Diese Entfernung soll durch die
kleine Linie e f,
no.
1, ausgedrückt sein, die man sich sehr klein vorzustellen hat, und die Nähe der
so verbundenen Wassertheilchen soll dem kleinen Stück e g proportional
sein. Das Parallelepipedon a b c d,
no.
2, soll ferner eine kleine Menge Wasser vorstellen, dessen Dicke b a so groß ist, daß sie
der Linie e f gleich ist. Da nach
den Voraussetzungen des Lehrsatzes die Anziehung der Wasserelemente nicht über
die Entfernung ba = ef
hinausgeht, so wird das im Punkte a befindliche
Theilchen
die Anziehung aller durch die ganze Dicke vertheilten Elemente
empfinden und daher so fest, als es die Natur des Flüssigen gestattet, hängen,
und diese Adhäsion würde auch nicht fester werden, wenn man dieser Wassermenge
noch eine andere
b h i d hinzufügte. Wird aber das
Theilchen
nur um ein kleines Stückchen,
a m, entfernt, so wird es nicht von der ganzen
Wassermenge, sondern nur von dem Theile
a n o c angezogen und würde deshalb mit geringer
Kraft nach einer Vereinigung streben. Wenn das Parallelepipedon,
no.
2, in ein anderes, viel kleineres
h k r s,
no.
3, umgewandelt wird, so wird jedes Wassertheilchen, das dem Punkt h genähert
wird, viel schwächer angezogen werden, und da selbst der in diesen Häutchen
enthaltene Äther bei der so vergrößerten Oberfläche sich größtentheils befreien
wird, so erhellt, daß, in diesem Zustande das Element u, welches durch das Hin
und Herwogen der Wärme in Bewegung gesetzt worden, von dem Punkte h viel weiter
abgeführt werden wird, als es unter der vorigen Bedingung geschehen
mußte,
und je feiner das Häutchen ist, mit desto größerer Kraft wird es der Berührung
auszuweichen suchen. Da ferner das dünne Häutchen
h k r s in dieser Gestalt, sich selbst überlassen,
sich sofort in Kugelgestalt umwandeln würde, und nachdem so die Dicke von allen
Seiten zugenommen hätte, die Kraft erhielte, sich mit andern in derselben Nähe,
wie vorher, zu vereinigen, so muß es sich nothwendig, wenn es sich selbst das
Merkmal des Dampfes erhalten will, in die Form einer Blase verwandeln
(no.
4), und
Lehrsatz XI.
Die Natur der Luft und die Ursache
ihres elastischen Prinzips zu ermitteln.
Die Luft ist eine elastische Flüssigkeit und beinahe tausendmal leichter als das Wasser; ihre ausdehnende Kraft ist der Wärme proportional, und ihre Ausdehnung vom Gefrierpunkte des Wassers bis zum Siedepunkte beträgt bei gleichem Druck der Atmosphäre ohngefähr ⅓ von dem Volumen des Anfangszustandes. Diese Erscheinungen haben nichts an sich, was nicht auch anderen Dämpfen zukommen könnte, ausgenommen, daß sich die meisten Dämpfe bei einem Kältegrad, bei dem die Luft ihre Elasticität unvermindert beibehält, verdichten und kein Zeichen einer ausdehnenden Kraft mehr an sich tragen. Wenn man indeß bedenkt, daß die Feinheit des Dampfhäutchens mit die Ursache sein kann, daß die Luft selbst bei einem geringeren Wärmegrad eine erhebliche Elasticität zu zeigen vermag, so erhellt, daß man die Hülfe der Analogie hier nicht sofort leichtsinnig und vorschnell aufgeben darf, sondern vielmehr versuchen muß, ob man nicht zweierlei aus demselben Prinzip ableiten und damit eine zu große Vermehrung der Prinzipien vermeiden könne. Die Erscheinungen, welche uns hier das Licht der Hypothese vorantragen, sind folgende:
Alle Körper, welche
aus der Zusammenfügung kleinster Theilchen vermittelst eines öligen oder
salzigen Prinzips gebildet sind, z. B. alle Pflanzen, der Weingeist,
die Blasensteine, ferner sehr viele Salze, namentlich der Salpeter, entlassen
eine ungeheure Menge elastischer Luft, wenn sie einem starken Feuer ausgesetzt
werden, wie
Hales
in seiner Statik der Pflanzen durch merkwürdige Versuche dargelegt hat.
Es hat sich
ergeben, daß diese Luft einen erheblichen Theil des festen Stoffes bildet, mit
dem sie verbunden ist; so bildet sie im Hirschhorn ⅐, im Eichenholz ungefähr ⅓, im Rheinischen Weingeist
⅓, im Salpeter ⅛, im thierischen Weinstein, d. h. in
dem Blasenstein bei den Menschen mehr als ½ der ganzen Masse. Selbstverständlich hat die aus diesen Körpern durch
das Feuer
Vieles und Erhebliches befestiget mich in dieser Ansicht. Denn weshalb wird nur aus Körpern, welche eine bedeutende Menge von Öl, also auch von Säure in sich enthalten, die Luft durch Entzündung herausgetrieben? Ist nicht die Säure das stärkste und kräftigste Prinzip, das durch seine Anziehung den Äther zusammendrängt, wie ich oben dargelegt habe? Ist dieses Prinzip nicht das Band für jene konkreten Körper und gleichsam ihr Leim? (d. h. der wahre Magnet des Ätherstoffes, der alle Körper zusammenhält); und wenn diese Säure nur mit Mühe aus der engen Verbindung mit dem Stoffe durch eine sehr große Kraft des Feuers ausgetrieben wird, sollte der Stoff sich da nicht in die feinsten Häutchen sondern und trennen? Wie kann man also zweifeln, daß er auf diese Weise eine elastische Flüssigkeit bildet, die selbst bei dem geringsten Grad von Wärme zur Ausdehnung bereit ist und selbst bei der Zusammenziehung durch die größte Kälte (die ja niemals die Wärme ganz aufhebt) seine Elasticität nicht verliert? Damit ist also die Schwierigkeit beseitigt, die bei dem Wasserdampfe darin besteht, daß sich dieser bei einer geringen Kälte zusammenballt, und weshalb Hales die ausgetriebene Luft für einen Stoff hielt, der von der Natur der Dämpfe durchaus verschieden sei. Somit bietet sich hier den Naturforschern eine Annahme, welche im hohen Grade eine genaue Untersuchung verdient, nämlich, ob nicht die Luft nur die feinste Ausdünstung der durch die ganze äußere Natur verbreiteten Säure ist, die selbst bei dem geringsten Grade von Wärme noch Elasticität zeigt.
Wenigstens ist bei
Zugrundelegung dieser Ansicht leicht einzusehen, weshalb der Salpeter, wenn er
durch ein starkes Feuer erhitzt wird, eine so ungeheure Menge elastischer Luft
aus sich entläßt; denn die feinste Säure, wenn sie sich von den gröberen Theilen
trennt und in den feinsten Dampf umwandelt,
ist ja die
Luft selbst. Ebenso erklärlich ist es, weshalb
Aus dieser Hypothese erklärt sich auch die allgemein als kaum erklärbar geltende Eigenthümlichkeit der Luft in größeren Höhen. Nach den Abhandlungen der Königlichen Pariser Akademie der Wissenschaften haben Maraldi, Cassini und Andere gefunden, daß das Mariottsche Gesetz, wonach die Zusammendrückung der Luft der Größe des Druckes proportional ist, in größeren Höhen nicht mehr gilt. Vielmehr fanden sie, daß die Dichtigkeit der Luft geringer war, als sie in Vergleich mit dem Gewicht der niedern Luftschichten nach diesem Gesetz hätte sein sollen. Hieraus ergiebt sich, daß die höheren Luftschichten nicht aus Theilchen gleicher Art, die nur weniger zusammengedrückt sind, bestehen, sondern aus Elementen, die an sich specifisch leichter sind; denn es bedarf eines größern Volumens derselben, damit sie bei gleichem Druck dasselbe Gewicht behalten. Wenn sonach die Natur der Luft in den verschiedenen Höhen von verschiedener Substanz ist, ein Umstand, den man sonst bei andern Dingen derselben Gattung auf der Erde nicht antrifft, so erhellt, daß die Luft nicht für ein Element von besonderer Art, sondern nur als die Form gelten kann, unter der ein anderes Element, nämlich, meines Erachtens, die flüssige Säure sich offenbart. Nimmt man dies an, so kann es nicht auffallen, wenn gewisse Theilchen eines solchen Dampfes (je nach der verschiedenen Dicke der Häutchen) schwerer als andere sind, und wenn die leichtesten die höchste Stelle einnehmen.
Lehrsatz XII.
Die Natur der Flamme aus den Sätzen
meiner Theorie zu erklären.
Die besondere Natur der Flamme, im Unterschied von andern Feuerarten, ist diese:
Jeder Körper brennt nur an der Oberfläche, und das Nährmittel der Flamme ist das Öl, mithin eine sehr heftige Säure, welche der elastischen Bewegung als Prinzip dient.
Die Flamme ist nur ein Dampf, welcher bis zu jenem Grade des Feuers gebracht ist, daß er mit hellem Licht erglüht und nur erlöscht, wenn ihm die Nahrung ausgeht. Folgende Umstände sind es nun, welche die Flamme von jeder andern Art des Feuers durchaus unterscheiden. 1) Während die Wärme, die einem beliebigen zu erwärmenden Körper zugeführt wird, nach dem allgemeinen Gesetz der Natur durch die Mittheilung sich allmählig vermindert, gewinnt umgekehrt die Flamme selbst bei dem kleinsten Anfang eine unglaubliche Kraft, die in keine Grenzen eingeschlossen ist, so lange ihr die Nahrung nicht fehlt. 2) Das Feuer, das irgend einem entzündlichen Stoffe durch Erwärmung bis zum Sieden zugeführt werden kann, ist viel schwächer als das, welches beim Verbrennen bemerkt wird. 3) Die Flamme verbreitet Licht, während die übrigen Körper, mit Ausnahme der Metalle, auch bei der stärksten Erhitzung ohne Licht bleiben.
Der Grund dieser Erscheinungen
ist, wenn ich richtig denke,
folgender.
Die Flamme besteht aus einem feurigen Dampfe, und zwar verwandelt sich nicht die
ganze feste Masse in die Flamme, sondern es brennt eigentlich nur seine
Oberfläche. Da nun der Dampf die größte Oberfläche und den geringsten Widerstand
hat, um den Feuerstoff in sich zurückzuhalten, so erhellt, daß er die schon
durch den geringsten Anlaß empfangene wellenförmige Bewegung nicht allein sehr
leicht fortpflanzen, sondern auch einem andern entzündlichen Stoffe ohne
Rücksicht auf seine Größe in gleicher Stärke allmählich mittheilen kann.
Allerdings
widerspricht diese Erscheinung auf den ersten Blick dem Grundgesetze der
Mechanik, wonach die Wirkung immer der Ursache gleich ist; indeß muß man erwägen, daß die
erste Anregung selbst des kleinsten Funkens zur Erweckung der
Indeß beschließe ich hiermit meine kaum angefangene kleine Schrift und will die durch schwerere Pflichten gebundenen Männer nicht länger aufhalten. Ich bitte für diese kleine Arbeit und mich selbst um die Geneigtheit und das Wohlwollen
der Hochgeehrten Philosophischen Fakultät.