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Vorrichtung zum Messen der In der Luft enthaltenen Wärmemenge (Kalorimeter).
Die Bestimmung der in der Luft enthaltenen Wärmemenge musste bisher durch eine sehr umständliche, dem Laien unmögliche Berechnung geschehen, wenigstens wenn ei sich um einigermassen genaue Messungen handelte.
Zur Ermittlung der Gesamtwärme, welche sich aus der eigentlichen Luftwarme und der gebundenen Wärme des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes zusammensetzt, wurde bisher meist in der Weise verfahren, dass man zunächst bei der jeweiligen Temperatur mittels eines Hygrometers die relative oder prozentuelle Feuchtigkeit feststellte, dann aus einer Tabelle die zugehörige höchstmögliche Sättigung bestimmte und aus diesem Wert die absolute, in dem betreffenden Kubikmeter Luft enthaltene Feuchtigkeitsmenge in Gramm Wasser pro cm* Luft berechnete.
Darauf konnte man erst durch weitere Rechnung die Wärmeeinheiten bestimmen, indem man die freie Wärme mit 0#306 Kal. pro Grad und dazu die gebundene Wärme mit 0'5948 bit 0'6139 KaI. entsprechend den Temperaturen von 0 bis 400 für jedes Gramm Feuchtigkeit pro cm2 Luft einsetzen musste.
Um nun von Punkt zu Punkt die steigende oder fallende Gesamtwärmo verfolgen zu können, war man gezwungen, immer wieder solche neue mühsame Berechnungen aufzustellen oder sich Tabellen mit Millionen Zahlen zu bedienen, aus denen man teilweise die in Frage kommanden Werte entnehmen konnte.
Beide Verfahren sind nun so umständlich und zeitraubend, dass man sich im allgemeinen meist damit begnügte, nur die Temperatur des Trockenthermometers fest- zustellen, unberücksichtigt der vorhandenen oder sich ergebenden Gesamtwärme, so dass man stets ein falsches Bild von der tatsächlichlich vorhandenen Wärme erhielt bzw. eine andere Wärmeempfindung am'eigenen Körper bemerkte, ohne dafür ein direkt ablesbares Mass zu haben.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein neues Instrument, welches im Gegensatz zu dem ersterwähnten umständlichen und zeitraubenden Verfahren, die gesamte in einem
Kubikmeter Luft oder Kilo Luft enthaltene Wärmemenge unmittelbar durch eine einzige
Ablesung bestimmt.
Dieses neue Instrument besteht gemäss der Erfindung aus einem feuchten Thermometer, dessen Skala neben oder an Stelle der üblichen rhermometergrade nach Wärmeeinheiten (Kalorien) geeicht sind, wobei diese Skalen entweder am Thermometer selbst oder getrennt von diesem fest oder drehbar (für Registrierinstrumente) angeordnet sein können.
Diese Tatsache, dass man mittels Benutzung einer solchen Skala die vorhandene
Gesamtwärme unmittelbar an einem feuchten Thermometer ablesen kann, erscheint zunächst erstaunlich, da sich die Gesamtwärme aus der Wärme der trockenen Luft (freie Wärme) und der Wärme des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes (gebundene Wärme) zusammen- setzt, von denen die freie Wärme nur von der Temperatur des trockenen Thermometers ab- hängig ist, so dass die Vernachlässigung des trockenen Thermometers unzulässig erscheint.
Dass jedoch die Erfindung tatsächlich ausführbar ist und auf welche Weise die gewünschte Wärmeeinheitenskala für das feuchte Thermometer mit einer für viele Fälle aus- reichenden Genauigkeit gewonnen werden kann, ist ans nachfolgenden Betrachtungen zu ersehen.
Bisher konnte man die Gesamtwärme der Luft auch bereits unter gleichzeitiger
Benutzung eines trockenen und eines feuchten Thermometers und unter Annahme eines mittleren Barometerstandes durch Rechnung bestimmen aus der Näberungsformet :
EMI1.1
worin : t die Ablesung des trockenen Thermometers in Grad Celsius, t'die Ablesung des feuchten Thermometers in Grad Celsius, f'die aus einer Tabelle zu entnehmende, zu t'gehörige Feuchtigkeitsmenge in y/tn bedeutet.
Eine solche Bestimmung der Wärmemenge erfordert somit zwei Ablesungen an verschiedenen Thermometern, das Aufsuchen des zugehörigen Wertes. f aus der Tabelle und eine Ausrechnung nach der obigen Formel. Dieses Verfahren ist wegen seiner Umständlichkeit zwar in der Praxis nicht gebräuchlich, aber es kann im vorliegenden Falle vorteilhaft zur Aufklärung über das Wesen der Erfindung dienen.
Durch Ausmultiplizieren und Zusammenziehen kann man nämlich obige Gleichung auch auf die Form bringen :
EMI1.2
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Das erste und zweite Glied der rechten Seite dieser Gleichung stellen je eine Funktion von t'dar, d. h. sie sind allein abhängig von der Temperatur des feuchten Thermometer !), während das letzte von dem trockenen Thermometer abhängige Glied 0'08 t nur als ein Korrektionsglied aufgefasst und wegen seiner verhältnismässig geringen Grösse entweder ganz vernachlässigt werden kann, oder besser noch, wenn es sich um Messungen handelt, die nicht weit von der Zimmertemperatur entfernt liegen, selbst als eine Konstante betrachtet werden kann.
Man erhält dann eine Gleichung von der Form
EMI2.1
und aus dieser kann man durch Einsetzen der verschiedenen Werte für t'die Wärme- einheitenskala für das feuchte Thermometer berechnen.
Auf diese Weise erhält man bereits ziemlich genaue Werte und die noch vorhandenen Ungenauigkeiten sind lediglich eine Folge davon, dass die oben angeführte Be- rechnnngsformel nur eine Näherungsformel ist, während man auf anderem, allerdings umständlicherem Rechnungswege sich jedoch auch eine ganz genaue Skala herstellen kann.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 ein gemäss der Erfindung als Kalorimeter ausgebildetes, feuchtes Thermometer,
Fig. 2 und 3 dasselbe in Verbindung mit einem trockenen Thermometer.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist a ein einfaches Thermometer, welches in üblicher Weise, z. B. durch Anordnung einer Mattglaskugel e am unteren Ende und Umhüllung mit nassen Stofflappen, als sogenanntes feuchtes Thermometer ausgebildet ist, welches infolge der auftretenden Verdunstung eine geringere Temperatur als die der umgebenden Luft anzeigt.
Auf der rechten Seite des Thermometers ist die nach Temperaturgraden geteilte Skala b angebracht, auf der linken Seite dagegen ist gemäss der Erfindung eine nach Wärmeeinheiten geteilte Skala c angebracht, welche in der oben beschriebenen oder auf andere geeignete Weise gewonnen ist und die gesamte in der Luft enthaltene Wärme unmittelbar angibt Man kann deshalb das neue Instrument nach Belieben bei trockener Kugel als gewöhnliches Thermometer und bei Anfeuchtung der matt geätzten Kugel als feuchtes Thermometer, d. h. als Kalorimeter benutzen und im letzteren Falle die gesamte in der Luft enthaltene Wärmemenge ablesen.
Ein so ausgebildetes feuchtes Thermometer kann dabei zweckmässig, wie in Fig. 2 dargestellt ist, in Verbindung mit einem trockenen Thermometer benutzt werden, hei welchem sich neben den üblichen Temperaturen ebenfalls eine Skala nach Wärmeeinheiten befindet, die durch Multiplikation der Temperatur mit 0-306, d. i. mit der spezifischen
Wärme der trockenen Luft gewonnen ist und so unmittelbar die in der trockenen Luft enthaltene, also die freie Wärme der Luft angibt. Dadurch wird es ermöglicht, mit diesem
Instrument die freie als auch die Gesamtwärme unmittelbar abzulesen und aus der Differenz beider auch die gebundene Wärmemenge leicht zu bestimmen.
Bei der in Fig. 2 gezeichneten Ausführungsform eines solchen Thermometers ist d das trockene und f das feuchte Thermometer, von denen das letztere unten durch eine Faser- stoffumhüllung 9 mit einem Wasserbehälter h in Verbindung steht, während das trockene Thermometer mittels eines Isolierrohres i durch den Wasserbehälter h hindurchgeführt ist, so dass seine Quecksilberkugel k nicht von der Feuchtigkeit beeinflusst wird. paf der rechten Seite des trockenen Thermometers d befindet sich eine Skala m nach Temperatur- graden in Celsius und auf der linken Seite ist eine durch Multiplikation der Skala m mit 0 306, d. i. die spezifische Wärme der trockenen Luft, berechnete Skala angebracht.
welche die Wärme der trockenen Luft, also die freie Wärme angibt. Auf der rechten
Seite des Thermometers f befindet sich die Skala o, welche die gesamte, jeweils in der
Luft enthaltene Wärmemenge, also Summe aus der freien und der gebundenen Wärme, angibt und auf der linken Seite des feuchten Thermometers f ist noch eine Skala p an- gebracht, welche die zugehörige Feuchtigkeit in Gramm pro ", 3 direkt anzeigt. Mit diesem in Fig. 2 dargestellten Instrument kann man also ausser der herrschenden Temperatur auch die gesamte und freie Wärmemenge leicht bestimmen. Ausserdem kann man an der
Skala p noch die absolute Feuchtigkeit unmittelbar ablesen und ans dieser leicht die relative Feuchtigkeit berechnen.
Schliesslich kann, wie in Fi. 3 dargestellt ist, zwischen den beiden Thermometern auch noch eine im entsprechenden Massstabe gezeichnete Tafel q nit Kurvenscbaren an- gebracht sein, von denen die eine Gruppe r die Temperaturen und die relative Feuchtig- keit bei gleichbleibender Gesamtwärme, die andere Gruppe s die Temperatur und die relative Feuchtigkeit bei gleichbleihender absoluter Feucbtigkeitsmenge darstelit.
Auf der Zeichnung itt der Deutlichkeit wegen Bnr ja eine Kurve r und eine Kurve 3 gezeichnet.
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Die wagerechte Linie entspricht der xugehOrigen Temperatur und die senkrechte Linie u der am unteren Rande der Tafel ablesbaren zugehörigen relativen Feuchtigkeit. Auf diese Weise wird ermöglicht, ausser den bereits oben erwähnten Messungen durch Verfolgung der zu den Temperaturen des angrenzenden trockenen und feuchten Thermometers gehörigen Kurven den jeweiligen Feuchtigkeitsgehalt der Luft sowohl relativ, d. h. in Prozenten als auch absolut, d. h. in Gramm, unmittelbar abzulesen.
Dazu kommt noch die Bestimmung einer ganzen Reihe anderer wichtiger Punkte, wie es am besten aus dem nachstehend geschilderten Beispiel erkennbar ist.
Es sei z. B. die Temperatur am trockenen Thermometer 140 C, am feuchten Thermometer 9'30 C, so findet man mit Hilfe des in Fig. 3 gezeichneten Instrumentes :
1. Die Lufttemperatur in Celsius (Skala m) = 140 ;
2. die Temperatur des feuchten Thermometers (Skala b), d. i. der Taupunkt bei gleichbleibender Gesamtwärme ==93* ;
3. die Gesamtwärme (Skala o) =7-83WE. ;
4. durch Verfolgung der auf den Stand des feuchten Thermometers ausmündenden Wärmekurve r nach links auf der Skala m die Temperatur bei'gleicher Wärmemenge und absolut trockener Luft= 260 ;
5. auf dem Schnittpunkt der Wärmokurve r mit den Temperaturgraden t und Verfolgung der durch diesen Schnittpunkt gebenden Senkrechten u die relative Feuchtigkeit (Skala v) = 50% ;
6. auf der Skala p, in Höhe der Temperaturgraden t die höchstmögliche Feuchtigkeit- menge, reiche die Luft bei der betreffenden Temperatur aufzunehmen vermag === 11'8 y ;
7. durch Verfolgung der durch den Schnittpunkt gehenden Feuchtigkeitskurve s nach rechts auf der Skala p die tatsächlich vorhandene, absolute Feuchtigkeit 9 g ;
EMI3.1
EMI3.2
EMI3.3
11. aus der Differenz der aus 3 und 10 erhaltenen Wärmemengen die tatsächlich vorhandene gebundene Wärme = 3'55 WE. ;
12. durch wiederholte Beobachtung des Instrumentes wichtige Anhaltspunkte für die Vorausbestimmung des Wetters, insbesondere bei gleichzeitiger Benutzung eines Barometers.
Durch einfache Rechnungen lassen sich die so gefundenen Werte auch leicht gegeneinander kontrollieren, so z. B. der Wert 4 durch Division des Wertes 3) durch 0-306, also
EMI3.4
der Wert 5 aus den Werten 6 und 7 nsw.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmemengen in der Luft (Kalorimeter), dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem feuchten Thermometer besteht, dessen Skala neben oder an Stelle der üblichen Thermometergrade nach Wärmeeinheiten geeicht ist und die Gesamtwärmeeinheiten einer bestimmten Luftmenge angibt, wobei diese Skalen entweder am Thermometer selbst oder getrennt von diesem fest oder drehbar (wie z. B. bei Registrierinstrumenten) angeordnet sein können.