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Ceramic Materials for Energy Applications III

Ceramic Engineering and Science Proceedings Volume
34 Issue 9 1st Edition Hua-Tay Lin

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proceedings-volume-34-issue-9-1st-edition-hua-tay-lin/

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Advances in Ceramic Armor IX Ceramic Engineering and

Science Proceedings Volume 34 Issue 5 1st Edition Jerry C.
Lasalvia
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engineering-and-science-proceedings-volume-34-issue-5-1st-edition-
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Advances in Ceramic Armor Bioceramics and Porous Materials

Ceramic Engineering and Science Proceedings Volume 37
Issue 4 1st Edition Jerry C. Lasalvia
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Ceramic Materials and Components for Energy and

Environmental Applications Ceramic Transactions Volume 210
Ceramic Transactions Series 1st Edition Dongliang Jiang
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Delta Green Hourglass A Scenario for Delta Green The Role

Playing Game APU8139 1st Edition Shane Ivey

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Understanding Russian Politics 2nd Edition Stephen White

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Advanced Safety Management Focusing on Z10 and Serious

Injury Prevention 1st Edition Fred A. Manuele

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Touchstone Workbook Level 1 Michael J. Mccarthy

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mccarthy/

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North Africa Revised Edition A History from Antiquity to

the Present Phillip Naylor

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approach 1st Edition F. Lawrence Bennett

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Frommer s European Cruises Ports of Call 2nd Edition Fran
Wenograd Golden

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 Ceramic Materials for
Energy Applications III
 Ceramic Materials for
Energy Applications

A Collection of Papers Presented at the

37th International Conference on
Advanced Ceramics and Composites
January 27-February 1, 2013
Daytona Beach, Florida

Edited by
Hua-Tay Lin
Yutai Katoh
Alberto Vomiero

Volume Editors
Soshu Kirihara
Sujanto Widjaja

The
American
Ceramc
Society

WILEY
Cover Design: Wiley

Copyright © 2014 by The American Ceramic Society. All rights reserved.

Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.

Published simultaneously in Canada.

No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form
or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning, or otherwise, except as
permitted under Section 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without either the prior
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(978) 750-4470, or on the web at www.copyright.com. Requests to the Publisher for permission should
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Library of Congress Cataloging-in-Publication Data is available.

ISBN: 978-1-118-80758-3
ISSN: 0196-6219

Printed in the United States of America.

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
 Contents

Preface vii

Introduction ix

ENGINEERING SUMMIT OF THE AMERICAS

New Materials for Energy and Biomedical Applications 3

Alejandra Hortencia Miranda Gonzalez, Claudio Machado Junior,
Bruna Andressa Bregadiolli, Natalia Coelho de Farias, Paulo Henrique Perlatti
D'Alpino, and Carlos Frederico de Oliveira Graeff

Ceramic Gas-Separation Membranes for Advanced Energy 15

Applications
C. A. Lewinsohn, J. Chen, D. M. Taylor, P. A. Armstrong, L.L. Anderson,
and M. F. Carolan

ADVANCED MATERIALS AND TECHNOLOGIES FOR ENERGY

GENERATION AND RECHARGEABLE ENERGY STORAGE

Li-Ion Conducting Solid Electrolytes 27

A. Rost, J. Schilm, M. Kusnezoff, and A. Michaelis

Sodium Iron Phosphate Na2FeP207 Glass-Ceramics for Sodium 33

Ion Battery
Tsuyoshi Honma, Takuya Togashi, Noriko Ito, and Takayuki Komatsu

Heterogeneous Manganese Oxide-Encased Carbon Nanocomposite 41

Fibers for High Performance Pseudocapacitors
Qiang Li, Karen Lozano, Yinong Lü, and Yuanbing Mao

The Effect of Geometric Factors on Sodium Conduction: A 57

Comparison of Beta- and Beta"-Alumina
Emma Kennedy and Dunbar P. Birnie III

v
ADVANCED CERAMIC MATERIALS AND PROCESSING FOR
PHOTONICS AND ENERGY
Effect of Porosity on the Efficiency of DSSC Produced by using 67
Nano-Size Ti0 2 Powders
N. Bilgin, J. Park, and A. Ozturk

Evaluation of Compression Characteristics for Composite- 79

Antenna-Structures
Jinyul Kim, Dongseob Kim, Dongsik Shin, Weesang Park, and
Woonbong Hwang

Design and Fabrication of Smart-Skin Structures with a Spiral 87

Antenna
Dongseob Kim, Jinyul Kim, and Woonbong Hwang

ADVANCED CERAMICS AND COMPOSITES FOR SUSTAINABLE

NUCLEAR ENERGY AND FUSION ENERGY

Comparison of Probabilistic Failure Analysis for Hybrid Wound 95

Composite Ceramic Assembly Tested by Various Methods
James G. Hemrick and Edgar Lara-Curzio

Strength-Formulation Correlations in Magnesium Phosphate 107

Cements for Nuclear Waste Encapsulation
W. Montague, M. Hayes, and L. J. Vandeperre

Test Methods for Hoop Tensile Strength of Ceramic Composite 119

Tubes for Light Water Nuclear Reactor Applications
Michael G. Jenkins and Jonathan A. Salem

Test Methods for Flexural Strength of Ceramic Composite Tubes for 131
Small Modular Reactor Applications
Michael G. Jenkins and Thomas L. Nguyen

Effects of Size and Geometry on the Equibiaxial Flexural Test of 141

Fine Grained Nuclear Graphite
Chunghao Shih, Yutai Katoh, and Takagi Takashi

High Temperature Steam Corrosion of Cladding for Nuclear 149

Applications: Experimental
Kevin M. McHugh, John E. Gamier, Sergey Rashkeev, Michael V. Glazoff,
George W. Griffith, and Shannon M. Bragg-Sitton

Author Index 161

vi · Ceramic Materials for Energy Applications III

 Preface

This proceedings issue contains contributions from three energy related symposia
and the Engineering Ceramics Summit of the America that were part of the 37th In-
ternational Conference on Advanced Ceramics and Composites (ICACC), in Day-
tona Beach, Florida, January 27-February 1, 2013. The symposia include Advanced
Materials and Technologies for Energy Generation and Rechargeable Energy Stor-
age; Advanced Ceramics and Composites for Sustainable Nuclear Energy and Fu-
sion Energy; and Advanced Ceramic Materials and Processing for Photonics and
Energy. These symposia and the Summit were sponsored by the ACerS Engineer-
ing Ceramics Division. The symposium on Advanced Ceramics and Composites for
Sustainable Nuclear Energy and Fusion Energy was cosponsored by the ACerS Nu-
clear and Environmental Technology Division.
The editors wish to thank the authors and presenters for their contributions, the
symposium organizers for their time and labor, and all the manuscript reviewers for
their valuable comments and suggestions. Acknowledgment is also due for finan-
cial support from the Engineering Ceramics Division, the Nuclear and Environmen-
tal Technology Division, and The American Ceramic Society. The editors wish to
thank Greg Geiger at ACerS for all his effort in assembling and publishing the pro-
ceedings.

HUA-TAY LIN, Oak Ridge National Laboratory, USA

YUTAI KATOH, Oak Ridge National Laboratory, USA
ALBERTO VOMIERO, CNR-University of Brescia, Italy

VII
 Introduction

This issue of the Ceramic Engineering and Science Proceedings (CESP) is one of
nine issues that has been published based on manuscripts submitted and approved
for the proceedings of the 37th International Conference on Advanced Ceramics
and Composites (ICACC), held January 27-February 1, 2013 in Daytona Beach,
Florida. ICACC is the most prominent international meeting in the area of advanced
structural, functional, and nanoscopic ceramics, composites, and other emerging ce-
ramic materials and technologies. This prestigious conference has been organized
by The American Ceramic Society's (ACerS) Engineering Ceramics Division
(ECD) since 1977.
The 37th ICACC hosted more than 1,000 attendees from 40 countries and ap-
proximately 800 presentations. The topics ranged from ceramic nanomaterials to
structural reliability of ceramic components which demonstrated the linkage be-
tween materials science developments at the atomic level and macro level structural
applications. Papers addressed material, model, and component development and
investigated the interrelations between the processing, properties, and microstruc-
ture of ceramic materials.

The conference was organized into the following 19 symposia and sessions:

Symposium 1 Mechanical Behavior and Performance of Ceramics and

Composites
Symposium 2 Advanced Ceramic Coatings for Structural, Environmental,
and Functional Applications
Symposium 3 10th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells
(SOFC): Materials, Science, and Technology
Symposium 4 Armor Ceramics
Symposium 5 Next Generation Bioceramics
Symposium 6 International Symposium on Ceramics for Electric Energy
Generation, Storage, and Distribution
Symposium 7 7th International Symposium on Nanostructured Materials and
Nanocomposites: Development and Applications

IX
Symposium 8 7th International Symposium on Advanced Processing &
Manufacturing Technologies for Structural & Multifunctional
Materials and Systems (APMT)
Symposium 9 Porous Ceramics: Novel Developments and Applications
Symposium 10 Virtual Materials (Computational) Design and Ceramic
Genome
Symposium 11 Next Generation Technologies for Innovative Surface
Coatings
Symposium 12 Materials for Extreme Environments: Ultrahigh Temperature
Ceramics (UHTCs) and Nanolaminated Ternary Carbides and
Nitrides (MAX Phases)
Symposium 13 Advanced Ceramics and Composites for Sustainable Nuclear
Energy and Fusion Energy
Focused Session 1 Geopolymers and Chemically Bonded Ceramics
Focused Session 2 Thermal Management Materials and Technologies
Focused Session 3 Nanomaterials for Sensing Applications
Focused Session 4 Advanced Ceramic Materials and Processing for Photonics
and Energy
Special Session Engineering Ceramics Summit of the Americas
Special Session 2nd Global Young Investigators Forum

The proceedings papers from this conference are published in the below nine issues
of the 2013 CESP; Volume 34, Issues 2-10:

Mechanical Properties and Performance of Engineering Ceramics and

Composites VIII, CESP Volume 34, Issue 2 (includes papers from Symposium
1)
Advanced Ceramic Coatings and Materials for Extreme Environments III,
Volume 34, Issue 3 (includes papers from Symposia 2 and 11)
Advances in Solid Oxide Fuel Cells IX, CESP Volume 34, Issue 4 (includes
papers from Symposium 3)
Advances in Ceramic Armor IX, CESP Volume 34, Issue 5 (includes papers
from Symposium 4)
Advances in Bioceramics and Porous Ceramics VI, CESP Volume 34, Issue 6
(includes papers from Symposia 5 and 9)
Nanostructured Materials and Nanotechnology VII, CESP Volume 34, Issue 7
(includes papers from Symposium 7 and FS3)
Advanced Processing and Manufacturing Technologies for Structural and Multi
functional Materials VII, CESP Volume 34, Issue 8 (includes papers from
Symposium 8)
Ceramic Materials for Energy Applications III, CESP Volume 34, Issue 9
(includes papers from Symposia 6, 13, and FS4)
Developments in Strategic Materials and Computational Design IV, CESP
Volume 34, Issue 10 (includes papers from Symposium 10 and 12 and from
Focused Sessions 1 and 2)

x · Ceramic Materials for Energy Applications III

The organization of the Daytona Beach meeting and the publication of these pro-
ceedings were possible thanks to the professional staff of ACerS and the tireless
dedication of many ECD members. We would especially like to express our sincere
thanks to the symposia organizers, session chairs, presenters and conference atten-
dees, for their efforts and enthusiastic participation in the vibrant and cutting-edge
conference.
ACerS and the ECD invite you to attend the 38th International Conference on
Advanced Ceramics and Composites (http://www.ceramics.org/daytona2014) Janu-
ary 26-31, 2014 in Daytona Beach, Florida.
To purchase additional CESP issues as well as other ceramic publications, visit
the ACerS-Wiley Publications home page at www.wiley.com/go/ceramics.

SOSHU KIRIHARA, Osaka University, Japan

SUJANTO WIDJAJA, Corning Incorporated, USA

Volume Editors
August 2013

Ceramic Materials for Energy Applications III · xi

Energy Summit
of the Americas
 Another Random Document on
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Thürgriffen können wir uns an heißen Sommertagen fast
verbrennen, während Wolle kaum merklich warm erscheint.

265. Warum können Juwelenhändler bisweilen durch bloßes

Anfühlen ächte Steine von unächten unterscheiden?
Weil Edelsteine bessere Wärmeleiter als unächte Steine sind, die
gewöhnlich aus Glas bestehen, die ersteren daher beim Anfühlen der
Hand etwas schneller die Wärme entziehen und das Gefühl von Kälte
erzeugen, als die letzteren. Doch dürfte jedenfalls eine große
Uebung dazu gehören, um auf diese Weise mit Sicherheit ächte und
unächte Steine zu unterscheiden, da der Unterschied in der
Wärmeleitung nur ein geringer ist. Besser erkennt man die
verschiedene Wärmeleitung durch Anhauchen. Edelsteine nehmen
den Hauch oder Wasserniederschlag nicht nur schwerer an, weil sie
als bessere Wärmeleiter schneller warm werden, sondern verlieren
ihn auch schneller.

266. Warum werden wir von einem kalten Winde so durchkältet?

Weil die kalte Luft unserem Körper auf dem Wege der Mittheilung
seine natürliche Wärme entzieht und, da bei einem Winde immer
neue kalte Lufttheilchen an unsern Körper herandringen, diese
Entziehung der Wärme um so schneller erfolgt. Da der Wind unsere
Kleider durchdringt, so hebt er auch den Schutz auf, den diese
Kleider uns theils als schlechte Wärmeleiter, theils durch die
eingeschlossene ruhige Luftschicht gewähren. An einem Wintertage
wird uns darum auch die Kälte weit empfindlicher bei windigem
Wetter, als bei Windstille, obgleich das Thermometer denselben
Kältegrad anzeigt.

267. Warum wird ein Zimmer erwärmt, in dessen Ofen man

Feuer gemacht hat?
Weil der Ofen die ihm durch das Feuer mitgetheilte Wärme nicht
bloß der ihn unmittelbar umgebenden Luftschicht mittheilt, sondern
sie auch in das ganze Zimmer ausstrahlt. Daß die Wärme sich nicht
blos durch Mittheilung oder Leitung von Lufttheilchen zu
Lufttheilchen, sondern auch durch Strahlung verbreitet, sehen wir
daraus, daß sich das Gefühl der Wärme sofort vermindert, wenn wir
einen Schirm zwischen uns und den Ofen bringen, der die strahlende
Wärme von uns abhält. Auch die Sonne strahlt ihre Wärme aus, und
die Luft wird daher durch diese strahlende Wärme wenig erwärmt,
wie es uns die Kälte in großen Höhen beweist. Ueberhaupt strahlen
alle Körper ihre Wärme gegen minder warme aus. Daher kommt es,
daß die Gegenstände in einem Zimmer allmählich ihre Wärme so
ausgleichen, daß sie dieselbe Temperatur zeigen.

268. Warum werden am Spalier gezogene Früchte gewöhnlich

früher reif als freistehend gezogene?
Weil die Früchte am Spalier nicht bloß unmittelbar die Wärme der
Sonnenstrahlen empfangen, wie die freistehenden, sondern überdies
noch durch die von der Mauer zurückgeworfenen Strahlen erwärmt
werden. Wärmestrahlen werden ebenso zurückgeworfen wie
Schallwellen.

269. Warum kann man mit einem Brennglas Papier entzünden,

wenn man die Sonnenstrahlen senkrecht hindurchgehen läßt?
Weil die erwärmenden Sonnenstrahlen, wenn sie durch das
Brennglas (eine auf beiden Seiten gewölbt oder convex geschliffene
Glasplatte) hindurchgehen, so in ihrer Richtung verändert werden,
daß sie alle in einem Punkte zusammentreffen und hier durch ihre
vereinigte Wirkung eine Hitze hervorbringen, die stark genug ist,
Papier oder andere leicht brennbare Gegenstände zu entzünden.

270. Warum empfinden wir im Sommer die Hitze in schwarzen

Kleidern mehr als in weißen?
Weil schwarze Kleider, wie überhaupt dunkelfarbige Körper, die
von der Sonne ausstrahlende Wärme leichter aufnehmen als weiße
Kleider oder überhaupt hellfarbige Körper, welche die Wärmestrahlen
vielmehr zurückwerfen. Hellfarbige Sommerkleider schützen uns
daher vor der Wirkung der Sonnenwärme. Dagegen wählt man zur
Winterkleidung im Zimmer besser dunkle Stoffe, welche die vom
Ofen ausgestrahlte Wärme leichter aufnehmen und dem Körper
zuführen. Ebenso schmilzt mit Staub bedeckter Schnee leichter als
völlig reiner Schnee, und werden dunkle Mauern mehr erwärmt als
weiße.

271. Warum kocht das Wasser in einem neuen Kessel nicht so

schnell wie in einem alten, mit Ruß bedeckten?
Weil der neue Kessel blank ist, und die Wärme von blanken und
hellen Flächen stärker zurückgeworfen wird als von rauhen und
dunklen. Der neue Kessel wird auch nicht so schnell erwärmt und
kann daher auch nicht so viel Wärme an das Wasser abgeben.
Darum erwärmen auch schwarze eiserne Oefen mit vielen
Verzierungen und rauhe dunkelfarbige Kachelöfen die Zimmer
leichter als helle und polirte Oefen.

272. Warum halten sich Speisen in glasirten Porzellangefäßen

länger warm, als in rauhen oder gar berußten irdenen Gefäßen?
Weil rauhe Körper zwar die Wärme von außen leichter aufnehmen
und gleichsam einsaugen, aber die eigene Wärme dafür auch wieder
schneller ausstrahlen. Darum heizen zwar rauhe und dunkle Oefen
besser, aber helle und glasirte Oefen halten sich länger warm.

273. Warum ist es gewöhnlich gegen Morgen kälter als mitten in

der Nacht?
Weil der Erdboden die am Tage durch die Sonnenstrahlen
empfangene Wärme in der Nacht allmählich wieder gegen den
kalten Himmelsraum ausstrahlt, gegen Morgen daher der
Wärmeverlust größer sein muß als in der Nacht. Ein dunkler und mit
Pflanzen bedeckter Boden strahlt natürlich auch wieder mehr Wärme
aus als ein heller und kahler Boden. Am stärksten ist die
Wärmestrahlung des Bodens unter den Wendekreisen, und wegen
dieser bedeutenden Abkühlung ist es dort lebensgefährlich, eine
Nacht im Freien zu schlafen.

Fig. 49.

274. Warum pflegt man bei bedecktem Himmel keine

Nachtfröste zu befürchten?
Weil die vom Erdboden ausstrahlende Wärme von den
Wolkenschichten zur Erde zurückgeworfen wird, so daß eine starke
Abkühlung des Bodens und der unteren Luftschichten nicht statt
finden kann. In sehr heiteren Nächten sucht man daher in
Weinbergen oft die Weinstöcke vor dem Frost durch angezündete
qualmende Feuer zu schützen, deren Rauchwolken in ähnlicher
Weise wie die Wolken wirken. Auch die Tannenzweige oder Rohr-
und Strohmatten, welche Gärtner über zarte Pflanzen ausspannen,
gewähren nur dadurch Schutz, daß sie eine Rückstrahlung der
ausgestrahlten Wärme bewirken.

275. Warum läßt sich Wasser schwerer erwärmen als Oel,

warum behält es aber auch dafür seine Wärme länger als Oel?
Weil das Wasser eine größere Fähigkeit hat, Wärme in sich
aufzunehmen als das Oel, und darum auch einer größeren
Wärmemenge bedarf, um denselben Temperaturgrad zu erreichen,
ebenso aber auch viel mehr Wärme abgeben muß, um auf
denselben Temperaturgrad herabzusinken. Man nennt diese
verschiedene Fähigkeit der Körper, Wärme zu binden,
Wärmecapacität. So ist die Wärmecapacität des Eisens doppelt so
groß als die des Zinnes, und Zinn läßt sich darum zwar schneller
erwärmen als Eisen, erkaltet aber auch schneller. Ferner ist die
Wärmecapacität des Wassers fast 4mal so groß als die des
Erdbodens, und es erklärt sich daraus, daß der Erdboden viel
schneller von den Sonnenstrahlen erwärmt wird, aber auch
ebensoviel schneller durch kalte Winde und nächtliche Ausstrahlung
seine Wärme verliert, als die großen Wasserflächen der Erde.

276. Warum wird weniger Schnee durch ein Pfund Blei

geschmolzen, das man auf 80° R. erhitzt hat, als durch ein Pfund
Wasser von derselben Temperatur?
Weil das Blei eine bedeutend geringere Wärmecapacität besitzt
als das Wasser, daher eine bedeutend größere Menge Blei als Wasser
erforderlich ist, um dieselbe Wärmemenge aufzunehmen oder
wieder abzugeben. 1 Pfund Blei von 80° R. würde nur etwas über 18
Gramm Schnee zu schmelzen im Stande sein, während 1 Pfund
Wasser von 80° R. fast 630 Gramm Schnee schmelzen würde.
Deshalb wird auch 1 Pfund Wasser von 0° durch 1 Pfund Blei von
80° R. nur auf 2½° R. erwärmt, während 1 Pfund Wasser von 0°,
welches man mit 1 Pfund Wasser von 80° R. mischt, eine
Temperatur von 40° annimmt.
 Ausdehnung der Körper durch
Wärme.
Die wichtigste Wirkung der Wärme ist die Ausdehnung. Alle Körper
dehnen sich in der Wärme aus und ziehen sich in der Kälte zusammen.
Wenn indeß feuchter Thon in der Hitze sich zusammenzieht oder
schwindet, so ist das nur eine scheinbare Ausnahme, da er durch die Hitze
das Wasser verliert, welches ihm seine größere Ausdehnung gab. Nur das
Wasser macht eine wirkliche Ausnahme. Bei einer Temperatur von 3° R.
hat es seine größte Dichtigkeit; von da ab dehnt es sich sowohl bei
weiterer Erwärmung als bei weiterer Abkühlung immerfort aus. Im
Augenblicke des Gefrierens besitzt es etwa dieselbe Ausdehnung, wie bei
der Temperatur von 6½° R. Auch beim Gefrieren dehnt sich das Wasser
aus; das Eis hat also ein geringeres specifisches Gewicht als das Wasser
oder ist leichter als dasselbe und schwimmt daher auf dem Wasser.
Die Ausdehnung der Körper durch die Wärme
wird zur Messung der Wärme benutzt, und
zwar bedient man sich dazu besonders solcher
Körper, welche sich durch eine gewisse
Gleichförmigkeit der Ausdehnung auszeichnen,
vor Allem des Quecksilbers, aber auch des
Weingeistes, der Luft und bisweilen sogar der
Metalle. Das gewöhnlichste Instrument zur
Messung der Wärme ist das Thermometer. Es
besteht aus einer engen gläsernen Röhre,
welche unten in eine Kugel ausläuft. Diese
Röhre wird mit Quecksilber oder Weingeist
gefüllt und, nachdem durch Erhitzen die Luft
ausgetrieben ist, oben zugeschmolzen. An
dieser Röhre befindet sich eine Gradeintheilung
oder Skala. Auf dieser wird zunächst der Punkt
bestimmt, bis zu welchem das Quecksilber in
der Röhre sich bei der Temperatur des
siedenden Wassers ausdehnt, ebenso derjenige
Punkt, an welchem das Quecksilber bei der
Fig. 50. Temperatur des gefrierenden Wassers steht.
Der erstere heißt der Siedepunkt, der letztere
 der Eispunkt oder Gefrierpunkt. Der Zwischenraum zwischen beiden
Punkten wird bei dem Réaumur'schen Thermometer in 80, bei dem
Celsius'schen in 100 gleiche Theile oder Grade eingetheilt. Der
Gefrierpunkt ist zugleich der Nullpunkt. Bei dem Fahrenheit'schen
Thermometer wird der Nullpunkt durch eine Temperatur bezeichnet,
welche durch eine künstliche Kältemischung von Schnee und Salmiak
erzeugt wird. Dieser künstliche Eispunkt liegt 142/9 Réaumur'sche Grade
tiefer als der natürliche Gefrierpunkt. Der Zwischenraum zwischen diesem
künstlichen Eispunkt und dem Siedepunkt ist beim Fahrenheit'schen
Thermometer in 212 Grade eingetheilt. Der natürliche Gefrierpunkt liegt
also hier bei 32 Grad. – Das erste Thermometer soll der Holländer
Cornelius Drebbel gegen das Jahr 1630 erfunden haben; doch war es
noch sehr unvollkommen und maß die Temperatur nur durch die
Ausdehnung der Luft, welche das Steigen und Fallen einer rothgefärbten
Flüssigkeit im untern Theile der Röhre bewirkte. Die gegenwärtige
Einrichtung erhielt das Thermometer erst durch die Akademie von Florenz,
die zuerst eine Füllung mit Weingeist anwandte. Die jetzigen festen
Punkte wurden von Fahrenheit in Danzig (1709) und Réaumur (1730)
eingeführt. Der Gebrauch des Quecksilbers für das Thermometer rührt von
Fahrenheit (1714), die hunderttheilige Skala von Celsius in Upsala (1742)
her.

277. Warum läßt sich ein eiserner Topf, den man kalt gerade
noch durch eine Ofenthür schieben konnte, wenn er heiß geworden,
nicht wieder herausziehen?
Weil das Eisen sich durch die Wirkung der Wärme ausgedehnt,
der heiße Topf daher einen weit größeren Inhalt und größere Höhe
angenommen hat als vorher. Aus demselben Grunde füllen
Plättbolzen rothglühend die Plätteisen fast ganz aus, während sie
kalt sich darin hin und her schütteln ließen.

278. Warum legt der Schmied den eisernen Wagenreif glühend

um das Rad?
Weil der eiserne Reif im glühenden Zustande ausgedehnt ist und,
wenn er so an das Rad befestigt wird, sich beim Erkalten
zusammenziehen und daher fest an das Rad anschließen muß.
Dagegen schlägt der Schmied die Nägel kalt in das heiße Eisen, weil
sie, heiß eingeschlagen, nach dem Erkalten ihren Raum nicht mehr
ganz ausfüllen und daher leicht herausfallen würden.

279. Warum zerspringt ein Glas, wenn man plötzlich heißes

Wasser hineingießt, oder wenn man es auf einen heißen Ofen setzt?
Weil das Glas in Folge der Erwärmung sich ausdehnt, diese
Ausdehnung aber eine sehr ungleichmäßige ist, da der Boden des
Glases beim Hineingießen heißen Wassers oder bei der Erwärmung
des Glases von unten stärker und schneller erwärmt wird als die
Seitenwände. Da das Glas aber ein sehr spröder Körper ist, dessen
Theile starke Verschiebungen nicht ertragen, so muß es zerspringen.
Wenn man ein Glas auf einen heißen Ofen stellt, so kann man es vor
dem Springen dadurch schützen, daß man ein Blatt Papier unterlegt,
da das Papier als schlechter Wärmeleiter die zu schnelle Mittheilung
der Ofenwärme an den Boden des Glases verhindert.

280. Warum bekommen Steinplatten, die durch eiserne

Klammern zusammengehalten sind, bei strenger Kälte nicht selten
Risse?
Weil die eisernen Klammern sich in der Kälte stark
zusammenziehen und, wenn sie sehr fest eingelassen sind und
daher keinen Spielraum haben, die Steinplatten mit sich ziehen und
gewaltsam zerreißen.

281. Warum darf man bei Zinkbedachung die Platten nicht

zusammenlöthen oder nieten?
Weil die Zinkplatten in der Wärme sich ausdehnen, wenn sie aber
an einander befestigt sind, in Folge ihrer Ausdehnung sich verwerfen
und krümmen müssen. Ihre Zusammenziehung in der Kälte würde
sogar ihre Zerreißung zur Folge haben. Man pflegt daher diese
Platten nur zu falzen, d. h. mit den umgebogenen Rändern an
einander zu haken, damit sie sich ungehindert ausdehnen und
zusammenziehen können. Eisenbahnschienen, die so dicht an
einander gelegt sind, daß sie mit ihren Enden an einander stoßen,
krümmen oder werfen sich gleichfalls in der Hitze.

282. Warum pflegt man bei sehr feinen

Pendeluhren die Pendelstange aus verschiedenen,
zum Theil an einander gelötheten Metallstäben
zusammenzusetzen? (Fig. 51.)
Weil in Folge der Ausdehnung durch die Wärme die
Pendelstange bald verlängert, bald verkürzt werden
würde, von der Länge des Pendels aber die Dauer der
Schwingungen abhängt; weil es jedoch bei der
Anwendung verschiedener Metalle durch ihre
verschiedene Ausdehnung möglich wird, die
Verschiebungen des Schwingungsmittelpunkts so
auszugleichen, daß das Pendel beständig eine gleiche
Länge behauptet. Man nennt eine solche Einrichtung
eine Compensation. Gewöhnlich benutzt man dazu
eine Verbindung von Zink- und Stahlstäben, deren
Ausdehnungen bei gleicher Temperaturerhöhung sich
nahezu wie 18 : 7 verhalten. Die Pendelstange trägt
dann an ihrem oberen Theile ein stählernes
Fig. 51. Querstück, an dessen Enden zwei Stahlstäbe (e)
befestigt sind, die unten wieder an zwei Querstücken
mit zwei aufwärts gerichteten Zinkstäben (z) verbunden sind, an
deren oberem Querstück die eigentliche stählerne Pendelstange (E)
hängt. Wenn sich nun diese mittlere Pendelstange durch die Wärme
nach unten verlängert, dehnen sich die Zinkstäbe gleichzeitig fast
dreimal so stark aus und heben das Querstück, an welchem sie
befestigt sind, und damit auch die Pendelstange wieder nach oben.
Damit aber diese Hebung nicht zu groß werde, dehnen sich wieder
die seitlichen Stahlstäbe nach unten aus, und es ist leicht zu
begreifen, daß bei richtig gewählter Länge dieser Stäbe die
Hebungen und Senkungen derselben in Folge der Wärme in ihren
Wirkungen einander völlig vernichten können. Auch bei der Unruhe
der Taschenuhren wendet man bisweilen eine solche Compensation
an, indem man den Schwungring aus feinen Stahl- und
Messinglamellen zusammensetzt.

283. Warum springen Gefäße, in denen Wasser gefriert?

Weil das Wasser sich beim Gefrieren sehr stark ausdehnt,
während das Gefäß sich nicht erweitert, das gefrorene Wasser aber
als fester Körper sich nicht mehr durch Ausfließen einen größeren
Raum verschaffen kann und daher die Wände des Gefäßes sprengen
muß. Die Kraft des gefrierenden Wassers in Folge seiner
Ausdehnung ist so groß, daß es selbst Felsen und eiserne Bomben
sprengt.

284. Warum frieren unsere stehenden Gewässer (Teiche und

Seen) nicht bis auf den Grund aus?
Weil das Wasser, wenn es sich bis zu 3° R. abgekühlt hat, seine
größte Dichtigkeit besitzt, also am schwersten ist, bei weiterer
Abkühlung daher leichter wird, so daß sich das kältere Wasser an die
Oberfläche lagert und gefriert und nun eine schützende Eisdecke
über dem Wasser bildet, welche ein zu weites Eindringen der Kälte in
die Tiefe verhindert. Besäße das Wasser diese Eigenthümlichkeit
nicht, nähme seine Dichtigkeit vielmehr bis zum Gefrierpunkte zu, so
würden allerdings diese Gewässer völlig ausfrieren. Es würde dann
die oberste abgekühlte und schwerer gewordene Wasserschicht zu
Boden sinken, und dieses Auf- und Absteigen des Wassers würde
fortdauern, bis die ganze Wassermasse auf den Gefrierpunkt erkaltet
wäre. So hat aber dieses Auf- und Niedersteigen des Wassers bereits
ein Ende, sobald die Wassermasse auf 3° R. erkaltet ist, und das
Gefrieren kann daher nur an der Oberfläche stattfinden.

285. Warum laufen Gefäße über, die mit einer Flüssigkeit bis
nahe an den Rand gefüllt sind, sobald sie erwärmt werden?
Weil die Flüssigkeit in Folge der Wärme sich ausdehnt und, da
das Gefäß ihr nicht gestattet, einen größeren Raum einzunehmen,
über den Rand desselben hinausgetrieben wird. Nimmt man das
Gefäß vom Feuer, so sinkt die sich abkühlende Flüssigkeit wieder,
weil sie sich in einen kleineren Raum zusammenzieht.

286. Warum steigt das Thermometer in der Wärme und fällt in

der Kälte?
Weil das in der Röhre des Thermometers enthaltene Quecksilber,
wie jeder andere Körper, sich bei zunehmender Wärme ausdehnt, bei
abnehmender Wärme zusammenzieht und daher im ersteren Falle
einen größeren, im letzteren einen kleineren Raum einnimmt. Wenn
aber das Quecksilber in der Wärme einen größeren Raum einnimmt,
so muß es auch in einer engen Röhre höher stehen. Andere
Flüssigkeiten thun zwar dasselbe, doch ist ihre Ausdehnung bei
verschiedenen Temperaturgraden nicht eine so gleichmäßige, wie die
des Quecksilbers.

287. Warum springen Kastanien, wenn man sie nicht vorher

aufgeschlitzt hat, mit einem heftigen Knalle auf, sobald sie auf
glühende Kohlen oder heiße Asche gelegt werden?
Weil die unter der Schale eingesperrte Luft, durch die Hitze
ausgedehnt, sich einen Ausgang zu bahnen strebt und daher die
Schale, die sie daran hindert, gewaltsam sprengt. War dagegen die
Schale vorher aufgeschlitzt, so kann die ausgedehnte Luft
ungehindert entweichen.

288. Warum springen Feuerfunken mit heftigem Knistern von

brennenden Holzscheiten weg?
Weil die in den Poren des Holzes enthaltene Luft, durch die Hitze
stark ausgedehnt, mit Heftigkeit herausdringt und Theilchen des
Holzes, die ihr den Weg versperren, fortschleudert.

289. Warum schwillt eine fest zugebundene, jedoch äußerst

schlaffe und viele Falten enthaltende Blase auf und wird ganz straff,
wenn wir sie auf einen warmen Ofen legen?
 Weil die in der Blase enthaltene Luft durch die Wärme des Ofens
so stark ausgedehnt wird, daß sie den ganzen, ihr durch die
zusammengebundene Blase gebotenen Raum auszufüllen sucht. Die
Blase muß darum dem durch die ausgedehnte Luft ausgeübten
Drucke nachgeben und sich ausspannen.

290. Warum haftet ein Trinkglas mit gut geschliffenem Rande,

das man eine Zeit lang über eine Lichtflamme gehalten und dann
schnell mit der Oeffnung auf die Hand gestellt hat, so fest auf
derselben, daß es sich nur mit Mühe wieder abreißen läßt?
Weil durch die Hitze der Lichtflamme die in dem Glase befindliche
Luft ausgedehnt und zum Theil ausgetrieben, die darin
zurückgebliebene Luft daher sehr verdünnt ist, so daß der Druck der
äußeren dichteren Luft auf das Glas nun stärker ist als der
Gegendruck der inneren Luft. Da die Hand den Zutritt der äußeren
Luft verhindert, so muß man diesen ganzen äußeren Luftdruck
überwinden, um das Glas loszureißen. In ähnlicher Weise werden
auch die Schröpfköpfe (gewöhnlich kleine Glasglocken) über einer
Flamme erwärmt und dann schnell auf die Haut gestülpt, damit,
wenn die verdünnte Luft in ihnen erkaltet und sich zusammenzieht,
ein leerer Raum entsteht und in Folge dessen das Blut aus den zuvor
in die Haut gemachten Einschnitten gesogen wird.

291. Warum steigt der Rauch eines angezündeten Feuers in die

Höhe?
Weil die das Feuer umgebende Luft durch die Hitze ausgedehnt
und verdünnt wird und daher wegen ihrer größeren Leichtigkeit
aufwärts steigt, wobei sie den Rauch mit sich fortreißt, obgleich
derselbe Bestandtheile enthält, wie die feinen Kohlentheilchen, die
specifisch schwerer sind als die Luft.

292. Warum ist es an der Decke eines geheizten Zimmers immer

wärmer, als auf dem Fußboden desselben?
 Weil die erwärmte Luft zugleich ausgedehnt und darum specifisch
leichter geworden ist als die kältere und darum dichtere Luft, sich
deshalb auch über derselben lagern und so den oberen Theil des
Zimmers einnehmen muß, während die kältere Luft den unteren
Raum erfüllt. Zwei verschieden warme, also verschieden dichte
Luftschichten verhalten sich ebenso wie zwei Flüssigkeiten von
verschiedenem specifischen Gewicht, die man in ein Gefäß
zusammenschüttet; die leichtere Luftschicht lagert sich über der
schwereren.

293. Warum dreht sich eine kleine aus Papier

verfertigte Schlange, wenn man sie auf die Spitze eines
Drahtes oder einer Stricknadel hängt, die unten in ein
Brettchen oder einen Kork befestigt ist, und sie dann in
die Nähe des geheizten Ofens oder über eine
Lichtflamme hält?
Weil die Luft in der Nähe des Ofens oder der
Lichtflamme durch die Wärme ausgedehnt wird und
darum beständig emporsteigt, dieser aufsteigende
Luftstrom aber auf die leicht bewegliche
Fig. 52. Papierschlange stößt und sie nun ebenso in eine
drehende Bewegung versetzt, wie der Wind die
Windmühlenflügel dreht.

294. Warum brennt eine Lampe besser, wenn sie mit einem
Cylinder versehen ist, als ohne einen solchen?
Weil durch die in dem Cylinder aufsteigende erwärmte Luft ein
Luftzug entsteht, durch welchen der Flamme von unten her
beständig neue kalte Luft zugeführt wird, welche durch ihren
Sauerstoff die Verbrennung fördert. Die in dem Cylinder enthaltene
erwärmte und darum ausgedehnte Luft bildet nämlich eine Luftsäule
von geringerem specifischem Gewicht, die aber äußerlich ringsum
von einer gleichhohen Luftsäule umgeben ist, welche wegen ihrer
niedrigeren Temperatur ein größeres specifisches Gewicht hat.
Wegen der allseitigen Fortpflanzung des Luftdrucks übt diese äußere
Luftsäule von unten her einen Druck auf die im Cylinder
befindliche Luft aus, strömt unten ein und treibt die
erwärmte Luft in die Höhe. Je höher der Cylinder, desto
größer ist auch der Druck der äußeren Luftsäule und
desto lebhafter der Luftzug. Was der Cylinder bei den
Lampen, ist der Schornstein bei unsern Oefen und
Feuerungen aller Art. Große Feuerungen in Fabriken
brauchen darum auch sehr hohe Schornsteine. Zu weite
Schornsteine bringen nicht hinreichenden Zug hervor, da
die große, von ihnen umschlossene Luftmasse zu
schwach erwärmt wird und darum der Unterschied
zwischen ihrem specifischen Gewicht und dem der Fig. 53.
äußeren Luft zu unbedeutend ist. Zu enge Schornsteine
haben den Nachtheil, daß die hindurchziehende Luftmasse nicht
hinreicht zur Unterhaltung des Feuers.

295. Warum wird die Flamme eines brennenden Lichtes, welches

man oben an die geöffnete Thür eines geheizten Zimmers hält,
lebhaft nach außen geblasen, während sie nach innen hineingeweht
wird, wenn man das Licht unten nahe am Fußboden an die
geöffnete Thür bringt?
Weil bei geöffneter Thür die äußere kalte und darum dichtere Luft
vermöge ihres größeren specifischen Gewichts unten in den
erwärmten Raum eintritt, sich darin bis zur gegenüberliegenden
Wand ausbreitet und dadurch einen Theil der erwärmten, also
ausgedehnten und darum leichteren Zimmerluft emportreibt und
längs der Decke zur oberen Thüröffnung hinausschiebt. In jedem
geheizten Zimmer, in welches durch irgend eine Oeffnung von außen
her die kältere Luft eintreten kann, findet also ein beständiger
Kreislauf der Luft statt, indem die Luft unten der erwärmten Stelle
zuströmt, oben von ihr hinwegzieht. Dieser Kreislauf ist für
bewohnte Räume sehr wichtig, da er einen beständigen Ersatz der
verbrauchten und für die Athmung untauglich gewordenen Luft
durch frische bewirkt.
 296. Warum weht an Meeresküsten regelmäßig am Tage der
Wind vom Meere her, in der Nacht dagegen vom Lande gegen das
Meer hin?
Weil das Land am Tage stärker erwärmt wird als das Meer, die
stärker erwärmte Luft über dem Lande daher aufwärts steigt, und
die kühlere, dichtere Seeluft nun nach dem Lande strömen muß, um
das Gleichgewicht herzustellen; während in der Nacht das Land sich
vermöge seiner stärkeren Ausstrahlung schneller abkühlt als das
Meer, und die Luft daher umgekehrt über dem Meere wärmer und
leichter ist und in Folge dessen aufsteigt, die kältere und schwerere
Landluft aber nun dem Meere zuströmen muß. Einen ähnlichen
Wechsel der Luftströmungen beobachtet man auch in den meisten
Gebirgsgegenden, namentlich am Ausgange großer Thäler. Die
Sonne erwärmt nämlich am Tage die Berge mehr als die Ebenen, in
welche die Thäler münden, und die erwärmte Luft steigt auf,
während die kühlere Luft aus der Ebene einströmt. In der Nacht
dagegen kühlen sich die Berge stärker ab als die Ebenen, und die
kältere Luft strömt von den Bergen herab. Auf solchen
Unterschieden der Erwärmung beruht auch das Entstehen der Winde
im Großen. Die in den Polargegenden erkaltete schwere Luft strömt
gegen die erwärmten Gegenden des Aequators hin, während die
erwärmte Luft von hier aufsteigt und gegen die Pole hinströmt.
Dabei verändert die Umdrehung der Erde ihre Richtung; die kalten
Polarströme bleiben etwas nach Westen zurück, während die
warmen Aequatorialströme nach Osten voraneilen. Jene verursachen
die bekannten Nordost- und Südostpassate, diese die Südwest- und
Nordwestwinde.

297. Warum kocht das Wasser in einem Topfe leichter, wenn

man ihn über ein Feuer stellt, als wenn man ihn an ein Feuer stellt?
Weil das Wasser als schlechter Wärmeleiter nur langsam die
Wärme von Theilchen zu Theilchen mittheilen kann, in einem Topfe,
der am Feuer steht, daher das Wasser am Boden noch lau geblieben
sein kann, während es an der Oberfläche fast kocht. Wenn aber das
Wasser von unten her erwärmt wird, so steigen die erwärmten und
darum leichter gewordenen Wassertheilchen aufwärts, während die
kälteren und schwereren hinabsinken und nun gleichfalls erwärmt
werden können. Es entsteht daher eine Kreisbewegung der
Flüssigkeit, welche die gleichmäßige Erwärmung der ganzen
Wassermasse herbeiführt.
 Die Veränderung der
Aggregatzustände der Körper durch
die Wärme.
Eine wichtige Wirkung der Wärme ist die Veränderung der
Aggregatzustände der Körper. Feste Körper werden durch die Wärme in
flüssige, flüssige Körper in luftförmige verwandelt. Das Uebergehen aus
dem festen in den flüssigen Zustand nennt man Schmelzen, das
Uebergehen aus dem flüssigen in den luftförmigen Zustand Sieden oder
Kochen. Diese Uebergänge finden bei jedem Körper bei ganz bestimmten
Temperaturen statt, die man ihren Schmelzpunkt und ihren Siedepunkt
nennt. Wenn man einen schmelzbaren Körper erhitzt, so steigt seine
Temperatur so lange, bis er seinen Schmelzpunkt erreicht hat; dann aber
bleibt dieselbe unverändert, bis er ganz flüssig geworden ist. Weil nun die
während des Schmelzens zuströmende Wärme keine Temperaturerhöhung
bewirkt, so sagt man: diese Wärme wird gebunden. Wenn der flüssige
Körper in Folge der Temperaturerniedrigung wieder fest wird, so wird die
beim Flüssigwerden gebundene Wärme wieder frei. Auch beim Sieden
wird Wärme gebunden, die bei der Rückkehr in den flüssigen Zustand
wieder frei wird. Wenn eine Flüssigkeit in den luftförmigen Zustand
übergeht, so bildet sie den Dampf. Die Dampfbildung findet aber nicht
allein bei der Temperatur des Siedepunktes statt, welche allerdings
nothwendig ist, wenn die ganze Masse einer Flüssigkeit bis in ihr Inneres
luftförmig werden soll, sondern sie geht an der mit der Luft in Berührung
stehenden Oberfläche auch bei jeder Temperatur vor sich. Eine solche
Dampfbildung bei niedriger Temperatur nennt man Verdunstung. Der
Dampf hat, wie jede Luftart, das Bestreben, sich auszudehnen, und dieses
Bestreben nennt man seine Spannkraft oder Expansion. Die Spannkraft
des Dampfes ist um so größer, je größer seine Dichtigkeit ist, oder je
stärker er bei derselben Dichtigkeit erwärmt wird.

298. Warum kann man Blei über einer Lampe schmelzen, Eisen
aber nicht?
Weil jeder Körper, um zu schmelzen, d. h. um aus dem festen in
den flüssigen Zustand überzugehen, einer ganz bestimmten
Temperatur bedarf, das Eisen aber eine weit höhere Temperatur,
nämlich mindestens 1200° R., erfordert als das Blei, das schon bei
267° R. schmilzt. Die Flamme einer Lampe vermag aber eine so
hohe Temperatur, die dem Schmelzpunkte des Eisens entspricht,
nicht zu gewähren, da die darin stattfindende Verbrennung nicht
bedeutend genug ist, und überdies die umgebende Luft einen
großen Theil der Wärme entführt. – Jedes Metall hat seinen
bestimmten Schmelzpunkt; das Kupfer schmilzt bei 840°, das Silber
bei 800°, das Zinn bei 188° R. Es giebt sogar eine Metallmischung,
aus 2 Theilen Wismuth, 1 Theil Blei und 1 Theil Zinn bereitet, die
schon unter der Temperatur des siedenden Wassers, nämlich bei 75°
R. schmilzt. Manche Körper sind schon bei sehr niederen
Temperaturen flüssig, der Schwefel bei 88°, das Wachs bei 49°, das
Eis bei 0°, und Terpentinöl kann sogar bis –8°, Quecksilber bis –31°
R. erkältet werden, ohne den flüssigen Zustand zu verlieren.

299. Warum bleibt im Frühjahr die Luft kühl, so lange noch Eis
und Schnee schmelzen?
Weil beim Schmelzen des Eises, wie beim Schmelzen jedes
Körpers überhaupt, Wärme verbraucht oder gebunden wird, diese
Wärme aber der Luft entzogen werden muß, deren Temperatur
dadurch erniedrigt wird. Daß beim Schmelzen Wärme gebunden
wird, davon kann man sich überzeugen, wenn man neben einander
auf einen heißen Ofen einen Topf mit 1 Pfund Schnee und einen
anderen mit 1 Pfund Schneewasser von 0° Temperatur stellt. Sobald
der Schnee vollständig geschmolzen ist, wird man die Temperatur
des entstandenen Wassers nur zu 0° finden, während in dem
anderen Topfe das Wasser sich in derselben Zeit auf 64° R. erhöht
hat. Da aber beide Töpfe die Wärme vom Ofen empfangen haben,
so müssen die in dem einen Topfe fehlenden 64° Wärme in dem
Schneewasser stecken, also von dem schmelzenden Schnee
verschluckt oder gebunden worden sein.

300. Warum gefriert im warmen Zimmer ein zinnerner Teller an

den Tisch fest, wenn man Wasser auf den Tisch gießt, den Teller
darauf setzt und Schnee oder gestoßenes Eis mit Kochsalz gemischt
auf den Teller legt?
Weil durch den schmelzenden Schnee auch das Kochsalz gelöst
oder in den flüssigen Zustand übergeführt wird, das Kochsalz aber,
wie jeder Körper, wenn er aus dem festen in den flüssigen Zustand
übergeht, Wärme dazu verbraucht, die er, wie man sagt, bindet, und
die er seiner Umgebung entziehen muß. Da nun der zinnerne Teller
ein sehr guter Wärmeleiter ist, so erstreckt sich diese
Wärmeentziehung auch auf das Wasser unter dem Teller. Durch die
Wärmeentziehung wird aber Kälte hervorgebracht, und in Folge
dieser Kälte gefriert das Wasser unter dem Teller. Eine noch weit
stärkere Kälte als durch diese Mischung von Salz und Schnee kann
man durch eine Mischung von 6 Theilen Glaubersalz und 4 Theilen
Salzsäure, oder von 5 Theilen Salmiak, 5 Theilen Salpeter und 10
Theilen Wasser bewirken. Eine außerordentliche
Temperaturerniedrigung bis zu –24° R. kann man durch eine
Mischung von Schnee mit verdünnter Schwefelsäure erreichen, auch
durch Mischen von 3 Theilen krystallisirtem Chlorcalcium und 2
Theilen Schnee oder Eis.

301. Warum pflegt im Winter die Kälte bei Schneefall gelinder zu

werden?
Weil bei der Schneebildung, also bei dem Uebergange des in der
Luft enthaltenen Wassers in den festen Zustand, wie beim
Uebergange jedes flüssigen Körpers in den festen Zustand, diejenige
Wärmemenge wieder frei wird, welche beim Schmelzen des festen
Körpers gebunden wurde. Deshalb kann man auch wohl zarte
Pflanzen gegen Nachtfröste schützen, wenn man Wasser in flachen
Gefäßen in ihre Nähe stellt und gefrieren läßt. Die beim Gefrieren
des Wassers frei werdende Wärme schützt die Pflanzen.

302. Warum thauen gefrorene Kartoffeln auf, wenn man sie in

kaltes Wasser legt?
 Weil das Wasser, auch wenn es eiskalt ist, noch Wärme abgeben
muß, um zu gefrieren, und die beim Gefrieren des Wassers frei
werdende Wärme von den Kartoffeln aufgenommen wird und das
Aufthauen derselben bewirkt. Ebenso thaut auch eine Flasche mit
gefrorenem Wein auf, wenn man sie in eiskaltes Wasser stellt,
während sich die Flasche äußerlich mit Eis überzieht. Hier kommt
noch dazu, daß der Wein eines noch viel höheren Kältegrades zum
Gefrieren bedarf, als das Wasser, und daher dem Wasser noch weit
mehr Wärme entzieht.

303. Warum trocknet feuchte Wäsche an der Luft?

Weil das Wasser, welches in der feuchten Wäsche vertheilt ist, mit
der Luft in Berührung verdunstet, die feuchtgewordene Luft aber
beständig durch neue trockne Luftschichten ersetzt wird, und daher
immer neue Luft mit dem verdunstenden Wasser in Berührung
kommt. Da dieser Wechsel der Luftschichten am schnellsten bei
bewegter Luft geschieht, so trocknet Wäsche auch im Winde am
schnellsten.

304. Warum hängt man die Wäsche zum Trocknen auf?

Weil die Verdunstung nur an der Oberfläche vor sich geht, also
um so schneller erfolgen muß, eine je größere Oberfläche der Luft
dargeboten wird. Zusammengelegte Wäsche kann nur sehr langsam
trocknen, weil die Feuchtigkeit erst allmählich an die Oberfläche
treten kann, nachdem an dieser die vorhandene Feuchtigkeit
verdunstet ist.

305. Warum trocknet die Wäsche an feuchten Herbsttagen oft

gar nicht?
Weil an solchen Tagen die Luft selbst schon Wasserdampf enthält
und zwar bisweilen so viel, daß sie keinen mehr aufnehmen kann.
Die Luft kann nämlich bei einer bestimmten Temperatur nur eine
ganz bestimmte Menge von Wasserdampf in sich aufnehmen. Enthält
sie diese Menge, so ist sie gesättigt. In trockner Luft trocknet daher
die Wäsche auch besser als in feuchter. Ebenso trocknet sie auch
besser in warmer Luft als in kalter, da die warme Luft mehr
Wasserdampf aufnehmen kann als die kalte, also nicht so schnell
gesättigt wird. Daß aber selbst bei großer Kälte noch eine
Verdunstung stattfindet, sehen wir daran, daß Wäsche auch bei
Frost trocknet, namentlich, wenn die Luft zugleich sehr trocken ist.

306. Warum wird die Luft an heißen Sommertagen durch Regen

abgekühlt?
Weil die Regentropfen in der warmen Luft, besonders aber an
dem warmen Erdboden und den warmen Gegenständen, mit denen
sie in Berührung kommen, verdunsten, bei dieser Verdunstung aber
Wärme binden und diese Wärme nun der umgebenden Luft
entziehen, die dadurch abgekühlt wird.

307. Warum wird das Feuer durch Wasser gelöscht?

Weil das Wasser in der Hitze des Feuers verdampft, dabei aber
Wärme bindet und diese dem brennenden Körper entzieht, dessen
Temperatur dadurch bis zu einem Grade erniedrigt wird, bei
welchem eine Verbrennung nicht mehr fortbestehen kann.

308. Warum brennt nasses Holz schwerer und giebt auch beim
Verbrennen weniger Wärme als trockenes?
Weil die Feuchtigkeit des nassen Holzes in Folge der Erhitzung in
Dampf verwandelt wird, dabei aber ein Theil der Wärme, welche zur
Entzündung des Holzes dienen soll, verbraucht wird, indem diese
von dem Dampfe, in welchen die Flüssigkeit sich verwandelt,
gebunden wird. Das Holz kann erst dann anbrennen, wenn keine
Verdampfung mehr stattfindet, und die ganze Wärme zu seiner
Entzündung verwandt wird. Nasses Holz erfordert also einen
höheren Hitzegrad, um auf diejenige Temperatur zu gelangen, bei
welcher eine Verbrennung möglich ist. Nasses Holz giebt auch beim
Verbrennen weniger Wärme als trockenes, weil auch während des
Verbrennens beständig Feuchtigkeit verdampft und die dazu
erforderliche Wärme der das Feuer umgebenden Luft entzogen wird.

309. Warum kann man im heißesten Sommer Flaschen Wein

dadurch kühl erhalten, daß man nasse Tücher darum schlägt?
Weil die Feuchtigkeit der nassen Tücher in der Hitze verdunstet
und zu diesem Uebergang in die Dampfform einer gewissen
Wärmemenge bedarf, die sie ihrer nächsten Umgebung, also der
Flasche und durch diese auch dem Wein entzieht. Man muß freilich
die Tücher immer wieder aufs Neue befeuchten, wenn das Wasser
aus ihnen verdunstet ist, damit die Verdunstung und die damit
verbundene Abkühlung beständig fortdauert. Noch stärker ist die
Abkühlung, welche verdunstender Aether bewirkt. Gießt man auf die
mit Baumwolle umwickelte Kugel eines Thermometers Aether, so
sinkt das Quecksilber darin von +12° auf –12° R.

310. Warum erhalten sich Flüssigkeiten in porösen Gefäßen

selbst im heißesten Sommer sehr kühl?
Weil die Flüssigkeit, welche durch die Poren des Gefäßes dringt,
die äußere Oberfläche desselben beständig feucht erhält, diese
Feuchtigkeit aber in der äußeren warmen Luft beständig verdunstet,
und, indem sie dabei Wärme verbraucht, die sie der Flüssigkeit im
Gefäße entzieht, diese von allen Seiten beständig abkühlt. In
Spanien und andern heißen Ländern bedient man sich der
sogenannten Alcarazza's zur Kühlung des Wassers. Es sind dies sehr
poröse Thongefäße, die mit Wasser gefüllt, dem freien Luftzug
ausgesetzt, aufgehängt werden.

311. Warum kann der Mensch einen bedeutenden Hitzegrad

aushalten?
Weil der Mensch bei großer Hitze am ganzen Körper mit Schweiß
bedeckt wird, welcher aus den Poren seiner Haut hervordringt,
dieser Schweiß aber in Folge der großen Wärme verdunstet und bei
dieser Verdunstung bedeutende Wärmemengen bindet, die er der
Haut entzieht. Durch diese Wärmeentziehung wird aber eine
Abkühlung der Haut bewirkt. Daher empfinden wir die Hitze weit
weniger unangenehm und drückend in sehr trockener Luft, als in
sehr feuchter, weil die letztere schon so viel Wasserdampf enthält,
daß sie keinen neuen mehr aufnehmen kann, dadurch aber die
rasche Verdunstung des Schweißes verhindert und uns so des
Gefühls der Abkühlung beraubt.

312. Warum hat man selbst an heißen Tagen, wenn man aus
dem Bade steigt, ein so auffallendes Gefühl von Kälte?
Weil das dem Körper anhängende Wasser sogleich zu verdunsten
beginnt und, da es dabei Wärme bindet, diese Wärme dem Körper
entzieht. Da aber wegen der Vertheilung des Wassers über eine so
große Fläche diese Verdunstung mit großer Schnelligkeit erfolgt, so
hat der Körper nicht Zeit, von innen heraus die der Haut entzogene
Wärme wieder zu ersetzen.

313. Warum erkältet man sich leicht, wenn man seine naß
gewordenen Kleider anbehält?
Weil die Feuchtigkeit der Kleider, um in Dampf verwandelt zu
werden, sehr viel Wärme aufnehmen muß und diese dem
menschlichen Körper entzieht. Man empfindet diesen Wärmeverlust
zunächst als Kälte; er hat aber oft weit nachtheiligere Folgen durch
die Störungen der Hautthätigkeit, die er veranlaßt, und die zu
Entzündungs- und anderen Krankheiten führen können. Man kann
sich vor der Erkältung in naß gewordenen Kleidern, die man nicht
ablegen kann, nur dadurch einigermaßen schützen, daß man sich
recht lebhaft bewegt, damit durch den in Folge der Anstrengung
erzeugten Ueberschuß von Wärme der durch die Verdunstung
erlittene Verlust an Körperwärme wieder ersetzt wird.
313a. Warum kann man den Feuchtigkeitsgehalt der Luft aus
dem Unterschied im Stande zweier Thermometer erkennen, wenn
die Quecksilberkugel des einen mit Musselin umwickelt ist, der in ein
darunter stehendes Gefäß mit Wasser taucht und dadurch beständig
feucht erhalten wird?
Weil die Verdunstung des Wassers um so schneller erfolgt und
darum auch eine um so stärkere Abkühlung der Thermometerkugel
und ein um so stärkeres Sinken des befeuchteten Thermometers
bewirkt, je trockener die Luft ist. Aus dem verschiedenen Stande des
trocknen und des angefeuchteten Thermometers kann man also auf
den Feuchtigkeitsgehalt der Luft schließen. Beide Thermometer
stehen gleich hoch und zeigen dann zugleich die Temperatur des
Thaupunktes (Frage 323) an, wenn die Luft ganz mit Dämpfen
gesättigt ist, also keine Verdunstung mehr stattfinden kann. Eine
solche Verbindung eines trocknen und eines angefeuchteten
Thermometers nennt man deshalb Psychrometer.

314. Warum kann man in einem kleinen Glaskolben, den man

unten mit etwas Watte umwickelt, auf die man von Zeit zu Zeit
Schwefeläther tröpfelt, Wasser in Eis verwandeln, wenn man das
Kölbchen rasch hin und her bewegt?
Weil der Schwefeläther bekanntlich sehr schnell verdunstet, und
diese Verdunstung noch durch die beständige Bewegung
beschleunigt wird, bei jeder Verdunstung aber Wärme gebunden und
also der Umgebung entzogen wird. Diese Wärme kann aber hier nur
dem Wasser in dem Glaskölbchen entzogen werden, und dies muß
daher, wenn die Verdunstungskälte groß genug war, gefrieren. Hat
man einen Draht in das Wasser gestellt, so findet man ihn beim
Herausnehmen mit feinen Eisnadeln bedeckt.

315. Warum gefriert Wasser in einem kleinen Schälchen unter

der Glocke einer Luftpumpe, wenn man ein anderes kleines
Schälchen mit Schwefeläther darüber stellt?
Weil die Verdunstung des Schwefeläthers, die schon in der
gewöhnlichen atmosphärischen Luft ziemlich stark ist, durch das
fortwährende Auspumpen der bereits gebildeten Aetherdämpfe
außerordentlich befördert wird, dadurch aber auch weit mehr Wärme
gebunden oder eine weit größere Verdunstungskälte erzeugt werden
muß, die das Wasser sehr schnell in Eis verwandelt.

316. Warum kann man mitten im heißen Sommer mit Hülfe

künstlicher Eismaschinen große Massen von Eis erzeugen?
Weil in solchen Eismaschinen zuvor stark verdichtetes Ammoniak
einer sehr lebhaften Verdunstung unterworfen wird und dabei große
Mengen von Wärme bindet, die es dem Wasser, das sich in
demselben Raum mit ihm befindet, entzieht. Das Ammoniakgas
besitzt nämlich die Eigenschaft, von kaltem Wasser in großen
Mengen verschluckt zu werden, während warmes Wasser nur
geringe Mengen davon festhalten kann. Erhitzt man daher in einem
verschlossenen Gefäße gewöhnliches Ammoniakwasser
(sogenannten Salmiakspiritus), so wird das Ammoniakgas frei, und
da sich beständig neue Gasmengen entwickeln, die nicht entweichen
können, so entsteht allmählich ein ungeheurer Druck im Innern des
Gefäßes. Läßt man dieses stark zusammengepreßte Gas dann in ein
von kaltem Wasser umgebenes Kühlrohr einströmen, so wird es
darin sogar flüssig. Läßt man dieses flüssige Ammoniak nun in einen
geräumigen Behälter ausströmen, so verdampft es, und kommt
diesem Dampfe zugleich ein feiner Regen kühlen Wassers entgegen,
so wird das Gas mit großer Begierde von dem Wasser verschluckt,
der dadurch entstehende luftverdünnte Raum aber zugleich die
Veranlassung immer neuer und schnellerer Verdunstung des
Ammoniaks. Die durch diese Verdunstung bewirkte Kälte oder
vielmehr Wärmeentziehung ist die Ursache des Gefrierens des
Wassers in den in diesem Raume aufgestellten Gefäßen. In ähnlicher
Weise wird auch das Kohlensäuregas, nachdem es zuvor durch
starken Druck in eine Flüssigkeit verwandelt worden, beim
Ausströmen an die Luft in Folge der heftigen Verdunstung in einen
schneeähnlichen festen Körper verwandelt.

317. Warum kann das Niederschlagen des Rauches bei stiller

Luft als Vorbote von Regenwetter gelten?
 Weil die unverbrannten Kohlentheilchen, die mit dem Rauch
emporsteigen, die Eigenschaft haben, Wasserdampf einzusaugen.
Wenn also viel Wasserdampf in der Luft über dem Schornstein
vorhanden ist, so nehmen ihn die Kohlentheilchen auf, verdichten ihn
in sich, werden dadurch schwerer und fallen so zu Boden; auch
steigt der Rauch in der warmen und feuchten Luft der Regen
bringenden Süd-West- und Westwinde nicht so schnell und lebhaft
empor als in der Luft der dichteren Nord-, Nordost- und Ostwinde.
Auch manche Salze haben die Eigenschaft, Wasserdampf aus der
Luft aufzunehmen. Pottasche zerfließt in Folge dessen; Kochsalz wird
nur sehr feucht.

318. Warum dehnen sich manche Körper, namentlich Haare und

Darmsaiten, in feuchter Luft aus?
Weil diese Körper eine große Neigung besitzen, Wasserdampf aus
der Luft einzusaugen und in ihren Poren zu verdichten, womit
natürlich eine Vergrößerung ihres Volumens verbunden sein muß.
Man nennt solche Körper hygroskopische. Besonders ausgezeichnet
durch diese Eigenschaft sind Haare, Darmsaiten und Fischbein. Daß
die Haare sich bei feuchtem Wetter verlängern, wissen diejenigen
Damen, welche Locken tragen. Da aber solche Körper die
Feuchtigkeit der Luft anzeigen, ehe sie noch auf andere Weise
erkennbar wird, so benutzt man sie auch zu Feuchtigkeitsmessern
oder Hygrometern. Ein solches Instrument ist das bekannte
Wetterhäuschen, das man oft als Wetterprophet an den Fenstern
anbringt. In demselben ist an einer Darmsaite ein Stäbchen
aufgehängt, auf dessen einer Seite ein Mann mit einer Gießkanne,
auf dessen anderer Seite eine Frau mit einem Regenschirm steht.
Bei feuchtem Wetter dreht sich die Saite auf, verlängert sich und
bringt die Frau zum Vorschein. Bei trockner Luft dreht sich die Saite
wieder zusammen, und nun tritt der Mann aus der Thür des
Häuschens. Auch die lange, schraubenartig gewundene Granne der
Frucht des Reiherschnabels (Erodium) ist sehr empfindlich gegen
Feuchtigkeit. Befestigt man dieselbe in dem Mittelpunkte eines
Kreises, so dreht sie sich, indem sie sich bei feuchter Luft mehr
aufwickelt, bei trockner Luft mehr zusammenzieht.

319. Warum werden unsere Kleider feucht, wenn wir an schönen

Frühlings- oder Herbstabenden spazieren gehen?
Weil die in der Luft enthaltenen Wasserdämpfe in Folge der am
Abend eintretenden starken Abkühlung der Luft sich wieder
verdichten und nun in sehr feinen Tropfen auf unsere Kleider
niederschlagen.

320. Warum müssen Röhren, durch welche Wasserdämpfe an

irgend einen Ort geleitet werden sollen, aus schlechten Wärmeleitern
bestehen und am besten helle und polirte Oberflächen haben?
Weil gute Wärmeleiter den Wasserdämpfen zu viel Wärme durch
Leitung, rauhe und dunkle Röhren aber zu viel Wärme durch
Strahlung entziehen und die Temperatur der Dämpfe daher so weit
erniedrigen würden, daß ein Theil derselben gar nicht mehr als
Dampf bestehen könnte, sondern, ehe er noch an den Ort seiner
Bestimmung gelangt wäre, in die tropfbar flüssige Form
zurückkehren müßte. Will man dagegen durch Dampf heizen, so
muß man ihn umgekehrt durch Röhren leiten, die aus guten
Wärmeleitern bestehen und rauhe und dunkle Oberflächen haben.
Denn in diesem Falle soll eben die Wärme dem Dampfe möglichst
schnell entzogen werden, um dem Raume, durch den er geleitet
wird, zu Gute zu kommen.

321. Warum beschlagen unsere Fensterscheiben, wenn die Luft

draußen sich abkühlt?
Weil die in unserer Zimmerluft beständig enthaltenen
Wasserdämpfe, wenn sie mit den durch die äußere Luft abgekühlten
Fensterscheiben in Berührung kommen, selbst so weit abgekühlt
werden, daß sie in den tropfbaren Zustand zurückkehren und sich an
die Fensterscheiben absetzen.
 322. Warum belegen sich beim Winterfroste die Fensterscheiben,
vornehmlich bewohnter Zimmer, mit Eis?
Weil die in bewohnten Zimmern reichlich vorhandenen
Wasserdämpfe in Berührung mit den von außen erkalteten
Fensterscheiben verdichtet werden und sich in tropfbarer Form
darauf niederschlagen, sofort aber auch gefrieren müssen, wenn die
Temperatur der Fensterscheiben unter dem Gefrierpunkt ist.

323. Warum sind die Pflanzen besonders nach schönen

Frühlings- oder Herbstnächten am Morgen mit Wassertropfen
bedeckt?
Weil der Erdboden in der Nacht sich in Folge der Wärmestrahlung
stark abkühlt, dadurch aber auch die dem Erdboden nahen
Luftschichten abgekühlt und damit unfähig werden müssen, die
Wasserdämpfe, mit denen sie gemischt sind, luftförmig zu erhalten.
Die Wasserdämpfe verdichten sich daher und scheiden sich in Form
von Tropfen an den Gegenständen ab. Da aber das
Strahlungsvermögen dieser Gegenstände ein sehr verschiedenes und
darum auch ihre Abkühlung eine ungleiche ist, besonders rauhe
Gegenstände ihre Wärme schneller ausstrahlen als glatte, so
scheiden sich auch die verdichteten Wasserdämpfe in verschiedenem
Maße an ihnen ab. Pflanzen, besonders die Spitzen der Blätter und
Halme, erkalten mehr als Erde und Steine, diese wieder mehr als
Metalle; daher finden sich besonders Gras und Blätter am Morgen
mit Wassertropfen bedeckt. Diesen nächtlichen Niederschlag des
Wasserdampfes der Luft nennt man Thau. Die Stärke desselben ist
nicht bloß abhängig von dem Grade der Temperaturerniedigung,
sondern auch von dem Wasserdampfgehalt der Luft. Denn die
Verdichtung des Wasserdampfes beginnt erst bei derjenigen
Temperatur, für welche die Luft mit dem vorhandenen Wasserdampf
gerade gesättigt ist. Diese Temperatur nennt man den Thaupunkt.
Dieser liegt aber um so tiefer, je weniger Wasserdampf die Luft
enthält. Den Thaupunkt kann man bestimmen, wenn man ein
Thermometer in ein Glas mit Wasser stellt und dann allmählich so
lange kaltes Wasser zugießt, bis die Außenseite des Glases mit
einem feinen Thau beschlägt. Die Temperatur, bei welcher dies
geschieht, ist der Thaupunkt. Ist die Luftwärme etwa 16° und erfolgt
das Beschlagen des Glases bei 10°, so muß die Luft auch bis auf 10°
erkalten, wenn eine Thaubildung eintreten soll.

324. Warum fällt bei bewölktem Himmel kein Thau?

Weil die Wolken eine Rückstrahlung der Wärme veranlassen und
dadurch die Abkühlung des Bodens verhindern. Darum pflegt es
auch unter laubreichen Bäumen und unter Zelten selbst in heiteren
sehr thaureichen Nächten nicht zu thauen.

325. Warum bemerkt man nach schönen, aber sehr windigen

Nächten keinen Thau?
Weil bei windigem Wetter fortwährend die an den Gegenständen
erkalteten Luftschichten wieder entführt und durch wärmere ersetzt
werden, die den Gegenständen wieder Wärme mittheilen, so daß
diese nicht bis zum Thaupunkt erkältet werden können.

326. Warum werden Felder und Wiesen in schönen

Herbstnächten oft mit Reif bedeckt?
Weil durch die starke Wärmeausstrahlung in den
längerwerdenden Nächten des Spätherbstes oft die Temperatur des
Erdbodens bis unter den Gefrierpunkt erniedrigt wird, und die sich
verdichtenden Wasserdämpfe sich daher nicht als kleine
Wassertropfen, sondern nur als Eis an den erkalteten Gegenständen
absetzen können. Reif ist gefrorener Thau und besteht aus feinen
Eisnadeln.

327. Warum sieht man in der Kälte den ausgehauchten Athem?

Weil dem durch das Athmen ausgestoßenen Wasserdampf durch
die äußere kalte Luft Wärme entzogen und der Wasserdampf
dadurch verdichtet wird. Wasserdampf an sich ist völlig durchsichtig,
also unsichtbar; er wird erst sichtbar, wenn er anfängt wieder flüssig
zu werden. Er erscheint dann als Nebel.
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