Full resolution (TIFF) - On this page / på denna sida - N:o 19. 13 Maj 1871 - G. R. Dahlander: Om den mekaniska värmeteorien
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has been proofread at least once.
(diff)
(history)
Denna sida har korrekturlästs minst en gång.
(skillnad)
(historik)
naturvetenskapens område än den samling af fakta och derpå byggda teorier,
som man oegentligt nog gifvit namn af den mekaniska
värmeteorien. I sjelfva verket utgör denna icke endast en mekanisk
teori för värmet, ehuru den deri har sitt ursprung, utan den
berör ock på det närmaste flera andra delar af naturvetenskapen,
såsom elektricitetsläran, kemien, astronomien, fysiologien, m. fl.,
öfverallt spridande nytt ljus och ledande till upptäckten af nya
fenomener. Och för tekniken är den af icke mindre vigt.
Vilkoren för värmets fördelaktigaste användande vid ångmaskinen
och andra kraftmaskiner, hvilkas verkan beror af värmet,
beräkningen af dessa maskiners effekt, undersökningen af ångans
förhållande under expansionen, teorien för flera inom detta område
använda apparater utgöra exempel på den mekaniska
värmeteoriens tillämpningar för tekniska ändamål.
Ehuru den mekaniska värmeteorien endast är några få år
gammal, har den redan hunnit blifva en lärobyggnad af ganska
stort omfång, som alltjemt tillväxer. Det kan naturligtvis ej
vara vår afsigt att här försöka en framställning af ens dess
första grunddrag; vi skola inskränka oss till att antyda de
hufvudsatser, hvarpå teorien hvilar, och några bland de resultat,
hvartill man genom densamma blifvit förd.
Den mekaniska värmeteorien utgör till en väsentlig del en
utveckling af tvenne dels af erfarenheten, dels på teoretisk väg
härledda satser, benämnda den första och den andra hufvudsatsen,
hvilka må här anföras. Men dessförinnan måste vi omnämna, hvad
man förstår med uttrycken »mekaniskt arbete» och »värmeenhet».
När en till storlek och riktning oföränderlig kraft
framflyttar sin angreppspunkt efter riktningslinien, är kraftens
mekaniska arbete produkten af kraftens storlek och det
tillryggalagda vägstycket. Om 1 skålp. lyftes 1 fot högt, är det härför
erforderliga arbetet 1; denna enhet för arbetet benämnes
skålpundfot. Lyftes 1 kilogram 1 meter högt erhålles ett arbete,
som benämnes 1 kilogrammeter. Om t. ex. vid en ångmaskin
ångans tryck på pistonen under ett slag vore i medeltal 1,000
skålp. och slagets längd 2 fot, skulle det förrättade arbetet under
ett slag vara 2,000 skålpundfot.
En värmeenhet är efter det svenska vigtsystemet den mängd
värme, som åtgår att höja temperaturen en grad hos ett skålpund
vatten. Efter det franska vigtsystemet är värmeenheten den för
samma temperaturhöjning hos en kilogram vatten erforderliga
värmemängden.
Efter dessa bestämningar kunna vi nu göra oss reda för den
första hufvudsatsen. Det är bekant, att man kan genom
mekaniskt arbete åstadkomma värme, t. ex. genom gnidning af
tvenne trästycken rnot hvarandra, hvilka dervid kunna
uppvärmas i så hög grad, att de fatta eld; genom hamring, pressning,
svarfning, etc., uppkommer också en värmeutveckling. Denna
är så mycket större, ju mera arbete man använder för dess
frambringande. Likaså kan man genom värme frambringa mekaniskt
arbete. Ångmaskinens varmluftmaskinens och gasmaskinens
verkan beror just af denna förvandling af värme till arbete.
Den första hufvudsatsen uttrycker just lagen härför: När
mekaniskt arbete förvandlas till värme eller omvändt värme
till arbete, så eger detta rum på sådant sätt, att hvarje
värmeenhet, som alstras eller går förlorad, motsvarar en bestämd
mängd mekaniskt arbete, hvilket användes eller frambringas.
Denna arbetsmängd benämnes vanligen värmeenhetens mekaniska
eqvivalent. Efter de nyaste undersökningarne skulle denna
utgöra omkring 1,462 skalp.-fot (434 K.gr. m.).[1] Antag t. ex., att
i eldstaden till en ångpanna hvarje minut l skålp. kol förbrinner,
"tvecklande 8,000 värmeenheter. Om allt detta värme komme
ångmaskinen till godo, skulle man erhålla 1,462 X 8,000 =
11,696,000 skålp.-fots arbete af ångmaskinen per minut,
motsvarande 324,9 hästkrafter. I sjelfva verket går dock den vida
större delen af värmet förlorad, dels genom utstrålning och
ledning från panna och cylinder, dels genom värmet, som
förbränningsprodukterna medföra vid utströmningen, samt dels äfven
genom det värme, som afloppsångan eller det för matningen
Öfverflödiga kondensationsvattnet innehåller, och slutligen genom
de motstånd af alla slag, hvilka förefinnas vid ångmaskinen.
Dessa motstånd alstra visserligen ånyo värme till en med dem
eqvivalent mängd, men hvilket värme blott till en ringa del
hittills kunnat tillgodogöras. Så t. ex. uppvärmes cylindern
genom pistonens friktion mot hans sidor, och detta ersätter i
någon mån den genom denna friktion uppkommande
effektförlusten; men värmet uppkommande genom friktionen t. ex. mellan
maskinaxeln och lagren går utan nytta förlorad. Den af nämnde
orsaker uppkommande effektförlusten är så betydlig, att blott
omkring 1/20 af det mekaniska arbete, som motsvarar den totala
värmemängden, utvecklad vid kolets förbränning, lemnas af
ångmaskinen. Men att i sjelfva verket, när alla förluster beräknas,
det erhållna arbetet är eqvivalent med det förbrukade värmet,
synes bland annat af Hirns försök. Denne fysiker bestämde
vid tvenne stora ångmaskiner det mekaniska arbete, hvilket
utvecklades under en viss tid, och jemförde det med det värme,
som ångan medförde från pannan. Resultaten af försöken voro,
att ångan efter förrättadt arbete afgaf i kondensorn mindre
värme, än hvad den ursprungligen egde, äfven sedan yttre
värmeförluster blifvit frånräknade, och att det sålunda förlorade
värmet var eqvivalent med det förrättade arbetet. Den på grund
häraf beräknade eqvivalenten är så nära lika med den, vi nyss
förut anfört, att skillnaden fullkomligt kan förklaras genom de
oundvikliga observationsfelen.
Denna sats om eqvivalensen mellan värmet och arbetet kan
betraktas såsom härledd genom en mängd olika försök och är
derföre oberoende af hvarje hypotes öfver värmets natur. Hvarje
sådan hypotes måste, för att vara antaglig, åtminstone icke vara
stridande deremot. Redan af denna orsak, oberäknadt alla andra,
är den gamla föreställningen om värmet såsom ett särskildt
ämne, hvilket öfvergår till en kropp som uppvärmes och bortgår
derifrån vid afkylning, numera fullkomligt ohållbar. I stället
får man härigenom ett stöd för den åsigt, enligt hvilken värme
uppkommer genom rörelse hos en kropps partiklar; och,
utgående från detta antagande, kan man såsom en nödvändig följd
härleda den första hufvudsatsen.
Vi vilja i korthet antyda den åsigt öfver värmets natur,
som i den nyare fysiken är den allmännast antagna. Värmet
består i en ofantligt hastig rörelse hos kropparnes partiklar och
fortplantas genom en sådan rörelse vid ledning inuti kropparne
och genom eterns vibration uti tomrummet, eller i allmänhet så
snart strålning eger rum. När kroppen har fast
aggregationstillstånd är rörelsen en vibration kring bestämda jemvigtslägen,
hvarvid rörelsens hastighet bestämmer temperaturen, öfverskrider
denna hastighet en viss gräns, kan kroppen ej längre bibehålla
sig i fast tillstånd; den smälter och vibrationsrörelsen eger ej
längre rum kring bestämda jemvigtslägen. Om fortfarande
uppvärmning eger rum, kommer kroppen slutligen att öfvergå i
ångform, hvarvid jemvigten helt och hållet upphäfves och
partiklarne fortgå i räta linier med konstant hastighet, tills de
stöta mot väggarne af det omslutande kärlet eller mot
hvarandra. Man har till och med kunnat beräkna hastigheten,
hvarmed denna gaspartiklarnes rörelse försiggår. Clausius har
funnit den vara för syrgas 1,553 fot (461 m.), för qväfgas
1,657 fot (492 in.) och för vätgas 6,211 fot (1,844 m.), allt
vid 0° temp. Vid högre temperatur är hastigheten ännu större.
Vid öfvergången från det fasta till det flytande eller från det
flytande till det ångformiga aggregationstillståndet måste ett
visst arbete förrättas, dels för att öfvervinna lufttrycket vid
utvidgningen, och dels för att förändra eller upphäfva sambandet
mellan kroppens partiklar. Detta arbete erfordrar en eqvivalent
värmemängd, hvilket just är det, man brukar kalla bundet eller
latent värme. Så t. ex. erfordras 79 värmeenheter för att
förvandla 1 skålp. is af 0° till 1 skålp. vatten af samma temperatur,
hvilket motsvarar ett förrättadt arbete af 79 X 1,462 = 115,498
skålp.-fot, och likväl eger vid isens smältning icke någon
utvidgning och således ej någon undanträngning af luften rum.
Förvandlingen af 1 skålp. vatten af 100° till 1 skålp. mättad ånga
af samma temperatur erfordrar ej mindre än 537 X 1,462 =
785,094 skålp.-fots arbete. Häraf utgöra omkring 40 X 1,462
= 58,480 skålp.-fot det arbete, som åtgår för luftens
undanträngning vid ångbildningen, och 497 X 1,462 = 726,614
skålpundfot arbetet, hvilket rnåste förrättas för att kunna förvandla
den vibrationsrörelse, vattenpartiklarne ega, till den fortskridande
rörelse hos partiklarne, som utmärker det gasformiga tillståndet.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
