De Tijdspiegel. Jaargang 21

[p. 70]

Natuurkunde.

Eenige opmerkingen aangaande warmteverschijnselen.

Onder de natuurverschijnselen, waarvan wij dagelijks getuigen zijn, komen er voor, die niet genoeg onder de aandacht kunnen worden gebragt, omdat er een schat van voordeel en genoegen voor ons bedrijvig leven uit kan getrokken worden. Maar liggen dan die verschijnselen zoo verborgen, dat men daarop bepaald de aandacht moet doen vestigen, zelfs van lezers van dit tijdschrift, die toch gerekend kunnen worden tot het meest beschaafd gedeelte van het Nederlandsch publiek te behooren? - Och neen, zij liggen zoo open en bloot, dat men zou moeten onderstellen, dat ieder ze kent, die oogen heeft om te zien en verstand genoeg, om het geziene in zich op te nemen; maar de meeste menschen zien niet, al is hun gezigtsorgaan zoo normaal als het maar wezen kan; onder de meest beschaafde, zoowel als onder de lagere volksklasse vindt men een tal van zulke ziende blinden. Inderdaad men moet den mensch van der jeugd af aan zijne zintuigen leeren gebruiken, anders gebruikt hij ze slechts even als de dieren, alleen om zijnen welstand te verzekeren, niet om zijne geesteskrachten te versterken. Hij moet opzettelijk zich in dat gebruik oefenen zooals hij zich oefent in het verkrijgen van ligchaamskrachten en buigbaarheid der ligchaamsdeelen. Die oefening bestaat niet in het leeren van talen noch in de kennis der muzijk, noch in die der schilderkunst, noch in eene werktuigelijke vaardigheid van eenig handenwerk; men kan in al die zaken al zeer bekwaam zijn en toch ziende blind heeten. Niet dat wij een dier vakken van kennis geringschatten, integendeel, met het leeren van elke nieuwe taal wordt men als het ware een nieuw mensch; schilderkunst en muzijk veredelen en beschaven in velerlei opzigten, en wij hebben reeds in een vroeger opstel in dit tijdschrijft doen zien, hoe hoog bij ons de muzijk staat aangeschreven; maar dat alles leidt niet tot het vermogen van een verstandig zien, tot de vatbaarheid om het geziene in ons blijvend te maken, tot een nadenken over de oorzaak van de verschijnselen, die onze zintuigen uit de natuur opnemen, tot een vastknoopen van ons innerlijk leven aan het buiten ons bestaande. Zijn wij evenwel er eenmaal aan gewoon geraakt, om de verschijnselen in de natuur aanstonds verstandelijk in ons op te nemen, dan trekt alles

[p. 71]

onze aandacht, wij hebben ons dan een rijke bron van genot verschaft, die ook nog mildelijk blijft vloeijen, al heeft de zinnelijke indruk die haar schiep lang opgehouden te werken.

Wij achten elk opstel, elke gedachte, die in dit tijdschrift wordt geuit met het doel, om den mensch het genoemde genot te verschaffen, hoogst nuttig, - en vragen daarom den lezer of de lezeres geene verschooning voor eene poging, die wij hier op nieuw gaan aanwenden, om op zulk eene eenvoudige wijze als dit hier zal geschieden tot een opmerkzaam beschouwen der natuur op te leiden.

Aan het hoofd kondigden wij aan, dat hier iets over verschijnselen zou gesproken worden, die aan warmte hun aanwezen hebben te danken. - Wat is warmte? Wij weten het niet. - Alleen kunnen wij zeggen, dat warmte ontstaat door een' bijzonderen bewegingstoestand van de molekulen of kleinste deelen van een ligchaam. Uit vroegere stukken in dit tijdschrift geplaatst, heeft men reeds vernomen, dat de zamenstellende deeltjes van een ligchaam niet tegen elkander liggen, maar allen als op zich zelven zweven in eene stof, die de geheele schepping als vervult en die men ether heeft genoemd. Die stof is voor ons onweegbaar en niet af te zonderen, juist omdat zij zoo algemeen verspreid is, en dus ook in alle ligchamen zetelt. Worden nu de weegbare deeltjes van een ligchaam, de molekulen, op de een of andere wijze in eene eigenaardige beweging of liever schommeling gebragt, dan wordt het ligchaam warm. Neemt die beweging in snelheid toe en verkrijgen ook de etherdeelen, welke in die beweging worden medegesleept, daardoor de vereischte snelheid, dan wordt het ligchaam zóó warm, dat het licht van zich geeft of gloeit. Somtijds kunnen de etherdeelen in een ligchaam heen en weêr schommelen zonder dat de molekulen medeslingeren, misschien wel omdat zij zoo glad en rond zijn, dat er de ether gemakkelijk kan langs schuiven. Dit gebeurt bij voorbeeld bij glas en goed doorschijnende stoffen; daarom laten deze het zonnelicht door, zonder sterk verwarmd te worden, want voor de verwarming wordt ook de beweging der weegbare stofdeelen gevorderd. Ondoorschijnende voorwerpen daarentegen, bijvoorbeeld hout, steen enz. worden wel door het zonnelicht verwarmd, omdat de ether en de beweging, die hij van het zonnelicht ontvangt, de misschien meer ruwe of hoekige molekulen van die ligchamen medesleept en daardoor zijne beweegkracht zóó ziet uitgeput, dat er geen licht kan worden doorgelaten, of dat de aangrenzende ether buiten het ligchaam, niet door dien in het ligchaam in eene beweging kan worden gebragt, die voldoende is, om tot licht te worden. Bij de metalen zijn de molekulen zeer gemakkelijk in warmteslingering te brengen.

Al die ligchamen, wier deeltjes moeijelijk tot die soort van beweging gebragt kunnen worden, welke tot opwekking van warmte een vereischte is, noemt men slechte geleiders voor de warmte; hiertoe behooren vooral glas, water en de lucht waarin en waardoor wij leven. De metalen daarentegen zijn zeer goede warmtegeleiders. Men kan zich daarvan al zeer gemakkelijk overtuigen; men make een staafje glas aan het einde gloeijend en men zal de vingers al zeer digt bij de gloeijende plaats op het glas kunnen brengen zonder zich te branden. Men kan veilig een lampenglas, dat van boven

[p. 72]

gloeijend heet is, van onderen ongestraft aanvatten en van de lamp nemen. Houdt men echter een metalen staaf met het eene einde in een hevig vuur, dan moet het al zeer lang zijn, wil men het aan het andere einde zóólang in de hand houden tot het aan het eerstgenoemde gloeit. De warmtetrillingen hebben zich door het metaal veel sneller kunnen voortplanten dan door het glas. Porcelein geleidt ook zeer slecht de warmte en daarom is een porceleinen gasbrander verre weg te verkiezen boven een koperen; want door den laatste wordt de gasgeleidingsbuis, tot zelfs op een grooten afstand van de vlam, al spoedig zeer heet gemaakt, het toestroomende koude gas wordt op die heete plaats snel door de warmte uitgezet en kan daarom niet onbelemmerd door den brander heenvloeijen, het wordt eenigermate tegengehouden, en het licht zal dus zwakker uitvallen; dit gebeurt bij den porceleinen brander niet; de gasbuis blijft tot digt bij den brander koel.

Onder de metalen, die goed de warmte geleiden, neemt geel koper of messing een eerste plaats in. 't Mag daarom niet goed genoemd worden, dat men knoppen van kagcheldeuren of fornuizen, en in het algemeen zulke ligchamen, die aan de werking van een warmtebron blootstaan en soms met de vingers moeten worden aangeraakt, van geel koper maakt. Is men niet bevreesd voor het springen, dan zouden glazen handvatten vrij wat doelmatiger zijn.

Wij hebben zoo aanstonds onder de slechte voortplanters der warmte ook lucht genoemd. Veilig mag men de lucht onder de slechtste warmtegeleiders rangschikken. De bouwmeester is daarvan door den natuurkundige onderrigt en daarom maakt hij de vensters der woningen, die des winters aan den kouden noorden- of oosten-wind zijn blootgesteld, dubbeld, dat is, hij maakt aan die zijden dubbele ramen, opdat daar tusschen ruimte voor een luchtlaag blijve, die de koude der buitenlucht afsluit, of beter gezegd, die de warmte der kamers niet doorlaat. Die lucht moet echter tusschen die ramen zeer rustig blijven, en om die rust te bevorderen zou het zeer nuttig zijn, zoo hij tusschen de dubbele vensters nog eenige smalle, horizontaal liggende glazen strooken plaatste, die de ruimte tusschen de beide ramen in afdeelingen scheidden.

De lezer heeft dus begrepen, dat de lucht, zal zij de warmte niet voortplanten, in volkomen rust moet verkeeren. Dit gebeurt nu in eene kamer of in de open lucht nooit. Brandt er een vuur in 't vertrek, dan wordt de aan het vuur grenzende lucht verwarmd, zij wordt daardoor uitgezet en tegelijk wordt zij ligter dan de koude lucht; door dat ligter worden gaat zij naar boven en plaatst zich boven op de koude, even als olie op water drijft; zij heeft nu plaats gemaakt voor de koudere lucht, welke thans de ruimte, die vroeger de warme besloeg, inneemt en dan op hare beurt verwarmd wordt. Zoo gaat dat voort tot de geheele luchtmassa in de kamer even warm is. Wil men zich daarvan overtuigen, zet dan voor een zeer klein deel de deur eener verwarmde kamer open; houd nu een kaarslicht boven aan de deur en men zal de vlam naar buiten zien trekken, omdat daar bovenaan de warme lucht de kamer verlaat; houd de kaars vervolgens onder aan de deur en de vlam zal naar binnen trekken, dewijl daar beneden de zwaardere koude lucht binnen in de kamer stroomt. Deze waarneming heeft er toe

[p. 73]

geleid, om in de woonhuizen, gevangenissen, hospitalen enz. eene voldoende luchtverversching aan te brengen; men laat door openingen in den wand de versche verwarmde lucht beneden binnenstroomen, die dan de bedorvene lucht door openingen boven in den wand verjaagt.

Omdat de lucht zulk een slechte warmtegeleider is, zijn niet naauw om het lijf sluitende kleederen warmer dan eng passende. De door onze natuurlijke warmteverwarmde lucht blijft dan tusschen de kleederen hangen, en laat de warmte des ligchaams niet door. Ten einde het opstijgen dier verwarmde lucht te belemmeren, is het goed, om de kleederen van binnen met bont te voêren of het ruwe gedeelte der stof waaruit zij zijn zamengesteld naar binnen en de gladde zijde naar buiten te dragen. Het is al weder den bouwmeester nuttig, zoo hij ook met dit verschijnsel bekend is, want hij zal daardoor begrijpen, dat hij bij het bouwen van schoorsteenen meer hebbe te zorgen, dat zij van binnen glad en effen zijn dan aan de buitenzijde. Immers zijn deze deelen van 't gebouw van binnen glad, dan kan de verwarmde lucht daarin onbelemmerd, zonder veel wrijving of tegenstand te ontmoeten, gemakkelijk opstijgen, de koude lucht zal daardoor dan ook sneller onder in het vuur stroomen en de trekking der schoorsteenen door dien maatregel zeer bevorderd zijn.

Dat opstijgen van de warme lucht geschiedt buiten onze woningen in de vrije natuur ook. Wanneer de zon het aardrijk heeft verwarmd, wordt die warmte aan de op haar rustende lucht medegedeeld, deze wordt daardoor weder ligter, beweegt zich dus opwaarts en hare plaats wordt door koude lucht ingenomen. Het is de plaatselijke verwarming van de lucht, die bijna uitsluitend de oorzaak is van het ontstaan der winden, die zooveel bijdragen tot zuivering der lucht en tot het wegvoeren van het overmatig bedrag der vochten, die op sommige plaatsen worden gevonden. Hier wordt het behandelde onderwerp zeer rijk; welligt zullen wij later lust gevoelen, om daarover nog het een en ander mede te deelen, daar het niet in ons plan lag dit thans te doen.

Het is waarschijnlijk aan het slecht warmtegeleidend vermogen der lucht toe te schrijven, dat ook alle losse, zeer poreuze ligchamen slechte geleiders zijn. Immers deze deelen bevatten veel lucht; iedereen kent als zoodanig alle wollen stoffen, bontwerk, droog hout, vederen, houtzaagsel, asch, aarde, houtskool, stroo, hooi en dergelijken. Welk gebruik er van die stoffen zoo al gemaakt wordt, om verschillende ligchamen tegen de vorst in den winter te beschermen, of liever om de natuurlijke warmte dier voorwerpen er in te bewaren, is overbekend. Wie weet niet, dat men onze tuingewassen met stroo omwoelt, de aardappelen op het land met stroo en aarde bedekt, sommige heestergewassen onder den grond delft, enz.?

Minder bekend is het welligt, dat men de hoogovens der ijzersmelterijen, de glasovens, de ingemetselde stoomketels en dergelijke ruimten, die sterk verhit moeten worden, eerst met een dunnen muur van vuurvaste steenen omringt en dan op eenigen afstand van dezen een tweeden dikkeren muur bouwt, terwijl men de ruimte tusschen deze beiden met houtasch aanvult. Hierdoor voorkomt men de te groote verhitting der muren en daardoor tevens een nutteloos verbruik van brandstoffen. Ongetwijfeld denkt de

[p. 74]

lezer hier ook aan brandkasten. Deze voorwerpen bestaan uit dubbele wanden, wier tusschenruimten men met kurk, gestampte kool, gips en dergelijke opvult, om de hitte bij het ontstaan van brand zoolang mogelijk af te keeren.

Dat dezelfde stoffen, die tot bewaring der warmte in de ligchamen kunnen dienen, ook worden aangewend, om de buitenwarmte af te keeren, blijkt reeds uit het laatst gegeven voorbeeld. Het ijs, dat uit Noord-Amerika met duizende ponden naar de heete luchtstreek wordt gevoerd, beschermt men tegen de buitenwarmte door het in vaten te pakken, die van dubbele wanden zijn voorzien, waar tusschen men houtzaagsel werpt; ook de vaten zelven worden bovendien met groote massa's houtzaagsel omringd, en daardoor brengt laatstgenoemde stof, die vroeger als nutteloos verworpen werd, nu reeds tot bereiking van het vermelde doel, de bescherming van het ijs tegen de warmte, vele duizenden guldens 's jaars op. Dat de ijskelders uit gebakken steen, vrij diep onder den grond worden opgebouwd, en inwendig nog met stroo zijn bekleed en door een dik rieten dak worden gedekt, is vrij algemeen bekend; men weet dan ook, dat de poreuze gebakken steen, de aarde, het stroo en riet slechte warmtegeleiders zijn. Wij zijn hier juist aan een onderwerp gekomen, dat ons aanleiding gaf, om deze regelen ter neêr te stellen. In een der buitenlandsche tijdschriften, bestemd om onder den bedrijvigen stand nuttige kennis te verspreiden, komt namelijk het volgende voor.

De Secretaris van het nieder-österreichische Gewerbeverein, de inspecteur J.B. Salzmann, heeft een middel bekend gemaakt, om ijs jaren lang te bewaren. Men heeft een eenvoudig houten huisje tot een magazijn voor ijs gemaakt en het geheel en al gevuld. Nadat een vol jaar verstreken was, namelijk van 1861 tot aan het einde van 1862, stond het ijs, dat eene hoeveelheid van 184 kub. ellen bedroeg, slechts 16 tot 17 nederl. duimen van de wanden verwijderd; de eigenaar van dit gebouwtje was derhalve niet in de noodzakelijkheid om in dat jaar nieuw en toen zeer duur ijs op te leggen. Het huisje staat geheel vrij en is alzoo rondom aan de werking der zonnestralen blootgesteld. Het bestaat uit viervoudige houten wanden, die elk ruim anderhalve palm van elkander zijn verwijderd en het ijs omgrenzen. Van de drieledige tusschenruimten, die deze vier houten omkleedsels doen ontstaan, is de eerste of binnenste ruimte met asch gevuld en de derde met houtzaagsel; de middelste of tweede blijft ledig. Op dezelfde wijze is ook het ijs van boven met zulke drie lagen bedekt, en hierover heen ligt een eenvoudig houten dak. Het geheele gebouwtje staat slechts 6 tot 7 palmen diep in den grond; de bodem is geplaveid met tegels en heeft eene helling, die eindigt in eene buis, welke er luchtdigt is ingezet, en buiten uitloopt onder in een met water gevuld vat; daarin loopt dan het water af, dat van het op een rooster liggende ijs afdruppelt; de toegang der buitenlucht tot de zeer koude ruimte is op deze wijze niet mogelijk. De bouwkosten van zulk een eenvoudige ijshut met twee voorkelders bedragen hoogstens 250 tot 300 gulden.

Misschien is dezen en genen lezer die mededeeling regt welkom. Wij zien uit de beschrijving, dat het ijs door vier slechte geleiders is omringd, namelijk hout, houtzaagsel, lucht die volkomen in rust is en asch. Mogt iemand besluiten

[p. 75]

om zulk een ijshut te bouwen of te doen bouwen, en is ze nu en dan aan de zonnestralen blootgesteld, hij verwe dan de buitenwanden vooral wit, en make hen dan goed effen, want deze kleur kaatst de warmtestralen met kracht terug; donkere kleuren slorpen haar op. Hier hebben wij weder een nieuw veld van beschouwing, dat voor eene nadere behandeling vatbaar is.

Onder de zeer slechte geleiders der warmte telden wij ook het water. Als het water in rust is wordt er, even als door de lucht, al uiterst traag de warmte door geleid. Zetten wij een' pot met water op het vuur, dan wordt het onderste water het eerst warm, het zet zich uit en gaat naar boven, het koude neemt nu weder de plaats in, wordt op zijne beurt verwarmd en dat gaat zoo voort, tot al het vocht een gelijken warmtegraad bezit. Men ziet, het is hier volkomen als bij de lucht gesteld. Om zich van de genoemde beweging in het water bij de verwarming te overtuigen, zoo zette men een zeer dunne, tamelijk groote kookflesch, nadat men haar vol water gedaan en een weinig fijn houtzaagsel er in geworpen heeft, boven de spirituslamp. Weldra wordt dan het water van onderen warm en nu zien wij aan de beweging der houtdeeltjes, die door het stijgende water worden medegevoerd, dat dit stijgen hoofdzakelijk aan de wanden der flesch plaats grijpt, en de dalende stukjes hout kondigen ons aan, dat het zinken van het bovenliggende koudere water vooral in het midden tot stand komt. Dit vocht is derhalve zoo min als de lucht een eigenlijke geleider van de warmte; de verwarming van vocht en lucht is hier het gevolg van een onafgebroken stroomen, de molekulen nemen voortdurend eene andere plaats in; dat geschiedt toch zoo niet, wanneer wij een metalen staaf aan een einde verwarmen.

Men heeft zich van het slecht warmtegeleidend vermogen van het water op de volgende wijze overtuigd. Boven op een zeer hoog glas koud water van 0 graden, zette men een metalen bak, gevuld met kokend heet water, zoodanig dat de ondervlakte van dien bak de oppervlakte van het koude water overal aanraakte; het kokend heete water werd onophoudelijk door middel van buizen door ander vervangen, zoodat het altijd even heet bleef. Toen men dit 36 uren onafgebroken had volgehouden en dus de bovenvlakte van het koude water 36 uren achtereen met eene vlakte van 100graden Celsius was in aanraking geweest, bleek uit de in het glas geplaatste thermometers, dat die, welke nabij den bodem was geplaatst, slechts 5 graden was gerezen; de bovenste thermometer, die vrij nabij den heeten bak zich bevond, teekende toen nog slechts 35 graden. Deze proef bewijst dus wel het slecht geleidend vermogen van het water en zij toont tevens aan, dat men, door het alleen van boven te verwarmen, er niet aan behoeft te denken om het binnen eenige dagen aan 't koken te brengen.

De lezer kan zich zelven op eene zeer gemakkelijke wijze van de waarheid der hier voorgedragen eigenschappen van het water overtuigen. Hij neme slechts eene groote kom met koud water en zette in deze een glas met kokend heet water; na eenige minuten steke men de hand in het koude water, en nu voelt men eene zeer scherpe afscheiding tusschen koud en warm water in de kom; men bemerkt namelijk, dat de hand boven aan door het boven liggende warme wa

[p. 76]

ter verwarmd wordt, terwijl de vingers zich in het koude water bevinden; men moet nu al vrij sterk het water in de kom door elkander roeren, om eene gelijke vermenging van het koude en warme water te verkrijgen.

Geleidt het water slecht in den vloeibaren toestand, niet minder slecht doet het dit als ijs of in den vasten vorm. De schrijver dezer regelen bemerkte op een' avond, dat de thermometer op eene provisiekamer, waar eenige vruchten werden bewaard, enkele graden onder het vriespunt was gedaald. Om de vruchten nu tegen de felle nachtvorst te beschermen, nam hij een beddelaken, maakte het nat, liet het water daarin bevriezen, en overdekte er de vruchten mede; hij bereikte door dit middel volkomen zijn doel. De genoemde eigenschap van het ijs leidt tot de vermelding van een verschijnsel in de natuur, dat in hare groote huishouding een allergewigtigste rol speelt, en dat geheel onwillekeurig den geest opvoert tot Hem, die eeuwig de werken zijner handen onderhoudt, zelfs al werpen wij ons niet op als verdedigers of aanhangers der teleologie.

De lezer stelle zich eene uitgebreide oppervlakte van een vrij diep water voor, waarop de koude najaars- of winterlucht rust; hij neme verder aan, dat de warmtegraad der lucht voortdurend daalt; dan is het duidelijk, dat ook het aan die lucht grenzende water steeds kouder zal worden. Die toenemende koude van 't water maakt het ook gestadig digter of zwaarder dan het onder de bovenste lagen liggende meer warme water; dit heeft ten gevolge, dat de bovenste waterdeeltjes zinken, en de warmere hunne plaats innemen. Zoodra deze laatste boven komen, worden zij ook door de lucht afgekoeld, en daar de dampkring steeds in warmtegraad blijft dalen, zoo zinken de meer afgekoelde waterdeeltjes op hunne beurt, om weêr door anderen te worden vervangen. Bleef dat zinken en stijgen nu zoo voortduren, tot de lucht op nul graden of op vrieskoude was gekomen, dan zou al het water ook eens de temperatuur van nul graden hebben verkregen, en de geheele water-massa zou dan van onderen tot boven één ijsklomp worden. Maar zie, dat gebeurt niet. Wanneer de lucht 4 graden teekent, en het water dan ook tot op 4 graden boven nul is afgekoeld, zoo wordt bij toenemende koude het water ook wel kouder, maar niet digter, niet meer soortelijk zwaarder; in tegendeel, als het onder de 4 graden begint te dalen, begint het zich ook uit te zetten, het wordt ligter, even eens als of het weder warmer wordt, zoodat het op nul graden op nieuw de uitgebreidheid heeft verkregen, die het op 8 graden bezit. Wij zien dus dat het water, nadat het 4 graden warmte heeft verkregen, niet meer zal zinken, maar boven aan zal blijven liggen. Hiervan is het gevolg, dat nu het bovenliggende water alleen op nul graden kan komen en derhalve zal kunnen bevriezen; de ijskorst, die nu weldra het onderliggende water overdekt, doet dus dat water zijn warmte-graad behouden, en het wordt daardoor mogelijk, dat de stroomende wateren hunne beweging houden, en de levende schepselen in de vloeibare massa in het leven blijven. Men vindt ook inderdaad, dat op zekere diepte het water altijd denzelfden warmte-graad bezit.

Het zeewater bevriest niet zoo gemakkelijk als het zoete water. De thermometer moet eenige graden onder nul staan, zal het zoute zeewater bevriezen, en dan

[p. 77]

nog bevriest het water ontdaan van het zout. Het ijs, dat van de Poolzeeën vaak in meer gematigde aardstreken afdrijft, bestaat uit zoet water; de zoutdeelen scheiden zich bij het bevriezen van het water af.

Bij vernieuwing wordt hier een fraai veld ter beschouwing open gelegd; wij zullen het intusschen nog niet bewandedelen; het ligt thans niet in ons plan verder te gaan. Mogt het tot hiertoe behandelde den lezer eenig genoegen hebben gedaan, hem tot nadenken hebben aaggespoord! - 't Is waar, er zijn hier waarheden voorgedragen, die men thans den kinderen op de scholen leert; maar de door mij verkregen ondervinding, dat nog niet alle volwassenen weten, wat op de scholen wordt onderwezen, heeft mij niet doen aarzelen om zulk een eenvoudigen toon aan te slaan. Heeft die methode bevallen, zoo verwachte men later meer.