LX. Das combinirte Aräometer; von Dr. H. Bardeleben.Aus dem vom Verfasser H. Bardeleben, Director der königl. Provinzial-Gewerbeschule zu Bochum, über diese Anstalt für das Schuljahr 1869 herausgegebenen Bericht. Mit einer Abbildung auf Tab. IV. Bardeleben, Combination des Scalen- mit dem Gewichtsaräometer. Die Bestimmung des specifischen Gewichtes fester Körper ist für die Technik von der allergrößten Wichtigkeit. Der Werth von Metalllegirungen läßt sich annähernd nach ihrem specifischen Gewichte beurtheilen. Der Metallgehalt der meisten Erze steht in directem Verhältniß zu ihrem specifischen Gewichte. Die naheliegenden Beziehungen zwischen dem Brennwerth der Kohks und Kohlen und ihrem specifischen Gewicht sind nicht ohne Interesse. Die mehr oder mindere Brauchbarkeit verschiedener Thonarten und gebrannter Steine läßt sich ebenfalls aus ihrem specifischen Gewichte annähernd ermitteln. Das specifische Gewicht gibt Aufschluß über die Reinheit der Metalle etc. Kurz, wo wir uns hinwenden, auf allen Gebieten der Industrie finden wir, wie werthvoll für den Techniker die Bekanntschaft mit dem specifischen Gewichte derjenigen Materialien ist, die er producirt oder verarbeitet. Und dennoch besitzen wir keine einzige für den Techniker eigentlich brauchbare Methode, das specifische Gewicht fester Körper zu bestimmen. – Während wir durch eine zweckmäßige Anwendung des Principes der Scalenaräometer in den Alkalimetern, Acidimetern, Alkoholometern u.s.w. Instrumente besitzen, welche durch einfaches Eintauchen sofort das specifische Gewicht flüssiger Körper, resp. deren Procentgehalt an aufgelösten Bestandtheilen zu erkennen geben, erfordert die Ausführung der Bestimmung des specifischen Gewichtes fester Körper mit Hülfe des Pyknometers, der hydrostatischen Waage, des Gewichtsaräometers u.a.m. viel Zeit und große Geschicklichkeit. Der Verfasser, häufig in die Lage versetzt, eine große Anzahl von Bestimmungen specifischer Gewichte für industrielle Zwecke vornehmen zu müssen, hat diesen Mangel sehr eindringlich empfunden und sich die Aufgabe gestellt, ein Instrument zu construiren, mit Hülfe dessen sich leicht, sicher und in verhältnißmäßig kurzer Zeit die Bestimmung des specifischen Gewichtes fester Körper ausführen läßt. Seine Aufmerksamkeit wurde natürlich zuerst auf das von Nicholson erfundene Gewichts-Aräometer gelenkt. Aber so viel auch an demselben gemodelt und seine Gestaltverhältnisse geändert wurden, stets blieb der Uebelstand vorhanden, daß durch Anwendung der erforderlichen Gewichte einerseits viel zu viel Zeit verloren ging und andererseits nur eine durch anhaltende Uebung zu erlangende Geschicklichkeit es ermöglichte, eine sichere, auf Genauigkeit Anspruch machende Bestimmung mit diesem Instrumente auszuführen. Nach vielen vergeblichen Versuchen kam der Verfasser auf den glücklichen Gedanken, eine Combination des Scalenaräometers mit dem Gewichtsaräometer vorzunehmen. So einfach und naturgemäß diese Idee auch erscheinen mag, so hat es doch jahrelang fortgesetzter Versuche bedurft, um dem Instrumente diejenige Gestalt zu geben, die es gegenwärtig besitzt und in welcher es allen Anforderungen in Bezug auf technische Brauchbarkeit vollkommen Genüge leistet. In Figur 26 finden wir das combinirte Aräometer in der Hälfte seiner natürlichen Größe abgebildet und werden uns durch eingehende Betrachtung mit Hülfe der Zeichnung leicht mit dem Gebrauch dieses Instrumentes bekannt machen können. Dasselbe ist aus Glas gefertigt und besteht aus drei Theilen, dem Körper (Hals, Bauch mit Haken), dem aufgesetzten Teller und dem an Platindrähten aufgehängten Korbe, dessen Kugel mit Quecksilber gefüllt ist, wodurch eine große Stabilität des Ganzen bei'm Schwimmen erzielt wird. Vor dem Gebrauch wird es in einen mit Wasser gefüllten Glascylinder getaucht, in welchem es bis zum Nullpunkt an der Scala des Halses einsinkt. Soll nun das specifische Gewicht eines Körpers bestimmt werden, so wird er auf das Tellerchen gelegt. Sofort sinkt das Aräometer. Jeder in eine Flüssigkeit eingetauchte Körper sinkt aber so tief ein, bis die aus der Stelle verdrängte Flüssigkeitsmenge seinem eigenen Gewichte proportional ist. Liest man also an der Scala des Halses den Theilstrich ab, bis zu welchem der Körper das Aräometer in das Wasser einsinken machte, so ist sein absolutes Gewicht gefunden. Der Hals des Instrumentes ist nämlich in Kubikcentimeter eingetheilt; nun wiegt aber ein Kubikcentimeter Wasser genau einen Gramm; hat also beispielsweise, wie in unserer Figur, der Körper das Aräometer bis zum Theilstrich 4,86 in's Wasser gedrückt, so wiegt er so viel wie 4,86 Kubikcentimeter Wasser, das heißt: er ist 4,86 Gramme schwer. Nachdem wir so durch einen sehr einfachen Versuch das absolute Gewicht des Körpers bestimmt haben, müssen wir dasselbe, um sein specifisches Gewicht zu ermitteln, noch durch das Gewicht eines ihm gleich großen Volumen Wassers dividiren, welches wir durch folgende, eben so einfache Manipulation finden. Wir legen den Körper, nachdem wir das Aräometer aus dem Cylinder gehoben, in das durchlöcherte Körbchen und senken das Instrument mit dem Körper im Körbchen wieder in's Wasser. Das Aräometer wird jetzt weniger tief einsinken als vorher, da ja ein Theil vom Gewicht des Körpers durch das Wasser getragen wird, in diesem gleichsam verloren geht. – Nach dem Archimedischen Princip verliert jeder in eine Flüssigkeit getauchte Körper so viel von seinem Gewicht, wie die aus der Stelle verdrängte Flüssigkeitsmenge wiegt. Da aber ein Körper immer nur eine seinem eigenen Volumen entsprechende Menge Flüssigkeit verdrängen kann, so gibt der Gewichtsverlust des Körpers im Wasser genau das absolute Gewicht eines ihm gleich großen Volumens Wasser an. Dieses lesen wir aber wieder am Halse des Instrumentes ab. Wäre im vorliegenden Falle unser Aräometer jetzt nur bis zum Theilstrich 3,82 eingesunken, so betrüge der Gewichtsverlust des Körpers in Wasser 4,86 – 3,82 = 1,04; ein dem Körper gleich großes Volumen Wasser würde also 1,04 Gramm wiegen. Durch Division von 4,86 durch 1,02 = 4,67 wäre also das specifische Gewicht des Körpers gefunden. Wir sehen, daß diese einfachen Manipulationen keine besondere Geschicklichkeit beanspruchen; selbst in ganz ungeübter Hand erfordert der Versuch höchstens 5 Minuten Zeit, während man bei einiger Uebung leicht dahin gelangt, eine derartige Bestimmung des specifischen Gewichtes eines festen Körpers, wenn Alles gehörig vorbereitet ist, in Zeit von 2 bis 3 Minuten mit Leichtigkeit und Sicherheit auszuführen. Doch sind beim Arbeiten mit dem combinirten Aräometer folgende Vorsichtsmaßregeln zu beachten, ohne deren Beobachtung keine sicheren Resultate erzielt werden können. Was zunächst das Instrument selbst betrifft, so muß dasselbe in jeder Beziehung exact gearbeitet seyn. Es muß gehörig centrirt seyn, d.h. der Schwerpunkt der Quecksilberkugel, deren Aufhängepunkt und die Mittellinie der Seele des Halses sollen in einer geraden Linie liegen. Ein eben so nothwendiges Erforderniß ist es, daß der Hals genau kalibrirt ist, er muß überall einen gleichen Durchmesser haben. Die Graduirung des Halses wird am zweckmäßigsten für destillirtes Wasser von 14 bis 15° R. auf folgende Weise ausgeführt. Der Punkt, bis zu welchem das Aräometer in Wasser von 15° R. einsinkt, wird mit dem Theilstrich 0 bezeichnet. Darauf werden so viele Grammengewichte auf den Teller gelegt, bis das Instrument nahezu bis an die Stelle des Halses eingesunken ist, wo sich der aufgesetzte Teller befindet. Wären hierzu z.B. 6 Gramme erforderlich gewesen, so würde dieser Punkt mit Theilstrich 6 bezeichnet werden. Die Entfernung von Theilstrich 0 bis Theilstrich 6 wird mit der Theilmaschine in 6 gleiche Theile und jedes Sechstel, dessen Volumen genau dem Gewichte eines Grammes Wasser von 15° R. entspricht, wieder in möglichst viele decimale Unterabtheilungen eingetheilt. Der Cylinder, in welchen, nachdem er mit destillirtem Wasser von 15° R. gefüllt ist, welches sich sowohl im Winter als im Sommer leicht haben oder doch herstellen läßt, das Instrument eingesenkt wird, darf nur einen um wenige Millimeter stärkeren Durchmesser haben, als der Bauch des Aräometers. Beträgt die Differenz der Durchmesser des Cylinders und Bauches zweckmäßig nur 2 Millim., so bildet sich zwischen Cylinderwand und Bauch ein Wasserring von nur 1 Millim. Durchmesser, dessen capillare Wirkung stark genug ist, um die sonst so lästigen horizontalen und verticalen Schwankungen des Aräometers fast ganz aufzuheben. Läßt man beim Einsenken und Belasten des Instrumentes den Hals jedesmal leicht durch die Finger gleiten, so nimmt dasselbe beim jedesmaligen Versuche fast augenblicklich seine Gleichgewichtslage an. Das Auf- und Abgleiten des Aräometers erscheint dann als eine ganz ähnliche Bewegung, wie die des Schwimmers in der Mohr'schen Bürette. Beim wiederholten Einsenten des Aräometers muß der Hals jedesmal mit Fließpapier von dem adhärirenden Wasser befreit werden. Hat das Aräometer längere Zeit im Wasser gestanden, so kommt es vor, daß sich sowohl an den Wandungen des Cylinders als auch auf dem Instrumente selbst, Luftblasen angesetzt haben, welche vor dem Versuche durch Auf- und Niederbewegen des Aräometers oder im Fall diese Manipulation nicht ausreichen sollte, mit Hülfe der Fahne einer Gänsefeder entfernt werden müssen. Auf dieselbe Weise beseitigt man die Luftbläschen welche sich häufig an dem im Körbchen unter Wasser getauchten Körper ansetzen, welche die Genauigkeit des Versuches sehr beeinträchtigen würden. Auch darf nicht verabsäumt werden, vor dem Versuch den Körper, dessen specifisches Gewicht man bestimmen will, sorgfältig mit einer weichen Bürste abzureiben, wodurch alle losen Stückchen, Staub etc. entfernt werden. Sehr poröse Körper, wie z.B. Kohks-Stückchen, legt man am besten einige Augenblicke in heißes, kurz vorher ausgekochtes destillirtes Wasser, wodurch die adhärirende Luft vollständig ausgetrieben wird. Darauf läßt man den von Luft befreiten Körper unter kaltem destillirtem Wasser sich bis auf 15° R. abkühlen und bringt ihn dann erst in's Körbchen des Aräometers, um seinen Gewichtsverlust im Wasser zu ermitteln. Beim Ablesen des Aräometerstandes auf der Scala hat man nur zu beobachten, daß sich das Auge stets in gleicher Höhe mit dem Cylinderrande befindet. Das Ablesen selbst bietet keine Schwierigkeit, da der durch die Kapillarität rings um den Aräometerhals gebildete Meniscus einen scharf abgegrenzten Kranz bildet, dessen Beobachtung bei einiger Uebung keine Täuschung zuläßt und der ein durchaus scharfes Ablesen der Theilstriche der Aräometer-Scala ermöglicht. Die folgenden mit dem combinirten Aräometer ausgeführten Versuche mögen zur Beurtheilung des Grades der Genauigkeit dienen, der sich mit Hülfe dieses Instrumentes erzielen läßt. Ein Glasstöpsel wurde zerschlagen und ein Stück davon auf den Teller des Aräometers gelegt. Das Aräometer sank in Folge dessen bis zum Theilstrich 4,70 ein; während es nur bis zum Theilstrich 2,84 eintauchte, als das Glasstück, statt auf dem Teller, sich unter Wasser im Körbchen befand. Dieser Versuch wurde noch sechsmal an verschiedenen Tagen wiederholt und jedesmal genau dasselbe Resultat erhalten. Der Gewichtsverlust des 4,70 Gramme schweren Glasstückchens im Nasser betrug demnach 4,70 – 2,84 = 1,86 Grm., mithin berechnet sich das specifische Gewicht dieses Körpers aus 1,86 : 4,70 = 2,5269. Zur Controlle wurde mit einer Anzahl kleinerer Stückchen desselben Glasstöpsels das specifische Gewicht derselben mit Hülfe des Pyknometers bestimmt. Man erhielt bei 3 verschiedenen Versuchen als Resultat für das betreffende spec. Gewicht die Zahlen 2,4873; 2,4926; 2,4690 und aus diesen als Durchschnittszahl 2,4829. Die Differenz der mit dem combinirten Aräometer und dem Pyknometer erhaltenen Angaben beträgt also 2,5269 – 2,4829 = 0,0440. Zwölf Bestimmungen des specifischen Gewichtes verschiedener Stücke einer mit zahlreichen kleinen Luftbläschen durchsetzten Glaskugel gaben mit dem combinirten Aräometer: 2,4738; 2,3461; 3,0740; 2,4878; 2,3269; 2,4216; 2,2078; 2,2707; 2,3943; 2,5875; 2,7333; 2,6119; als Durchschnitt das specifische Gewicht = 2,4946. Vier mit dem Pyknometer ausgeführte Versuche ergaben: 2,5263; 2,3846; 2,4750; 2,3498; im Durchschnitt also = 2,4339. Die Differenz der nach den beiden verschiedenen Methoden erhaltenen Mittel beträgt demnach = 0,0607. Beiläufig bemerkt, beanspruchte die Ausführung der 12 Bestimmungen mit dem combinirten Aräometer eine Zeit von 40 Minuten, während volle 6 Stunden erforderlich waren, um jene 4 Versuche mittelst des Pyknometers zu bewerkstelligen. Während man also eine Bestimmung mit dem Pyknometer ausführt, ist man im Stande, deren 27 und bei gehöriger Uebung auch wohl 30 mit dem combinirten Aräometer auszuführen. – Wo es sich also darum handelt, durch eine ganze Reihe von Versuchen das richtige Mittel des specifischen Gewichtes irgend einer Substanz zu erfahren, wird man entschieden dem combinirten Aräometer den Vorzug ertheilen und zwar um so eher, als die Differenz zwischen seinen Angaben und denen des Pyknometers noch nicht die Höhe von 0,1 erreicht, man also auch eine für technische Zwecke hinreichende Genauigkeit beim Operiren mit dem neuen Instrumente erreicht, während die Anwendung der Gewichte nebst der kostspieligen und difficilen chemischen Waage durch diese Methode ganz beseitigt wird. Folgende tabellarische Uebersicht der Resultate einiger vergleichsweise augestellten Versuche möge diese Voraussetzung noch näher begründen. Es wurde bestimmt das specifische Gewicht Textabbildung Bd. 195, S. 243 Von:; Durch je drei Versuche mit dem combinirten Aräometer; Durchschnittszahl; In Minuten; Durch je einen Versuch mit dem Pyknometer; Steinkohlen:; Kohks:; Bleiglanz:; Thoneisenstein:; Kupfer- (Glas-) Erz:; Kalksinter: Die Versuche waren ganz gleichmäßig vorbereitet, so daß hier nur die Zeit vermerkt wurde, welche sie selbst in Anspruch nahmen. Aus der vorstehenden Aufstellung ersehen wir, daß man mit dem combinirten Aräometer für ein und denselben Körper unter gleichen Bedingungen auch übereinstimmende Angaben erhält. Wo wir keine übereinstimmenden Resultate erzielen, liegt der Grund in der ungleichmäßigen Constitution des betreffenden Körpers. In der That ist es sehr schwierig, ein genaues Mittel für das specifische Gewicht solcher wenig homogener Körper zu erhalten. Auch Bestimmungen mit dem Pyknometer liefern in diesem Falle keine übereinstimmenden Resultate. Weil man aber bei dieser Methode viele kleinere Stückchen gleichzeitig der Wägung unterwirft, während bei dem combinirten Aräometer in der Regel nur ein größeres Stück gewogen wird, so kommt eine Bestimmung mit diesem Instrumente dem wahren Mittel schon etwas näher als eine mit dem letzteren ausgeführte. Zahlreiche vom Verfasser mit beiden Instrumenten ausgeführte Untersuchungen haben gelehrt, daß das aus drei Versuchen mit dem combinirten Aräometer gezogene Mittel für das specifische Gewicht eines Körpers denselben Anspruch auf Genauigkeit machen darf, wie eine solche mit Hülfe des Pyknometers ausgeführte Bestimmung. Nehmen wir an, daß drei mit dem Pyknometer ausgeführte Versuche ausreichen, ein richtiges Mittel für das specifische Gewicht eines Körpers zu liefern, so würden diese im minimo, bei großer Uebung, 4 Stunden Zeit in Anspruch nehmen, während neun in demselben Werthe stehende Bestimmungen mittelst des combinirten Aräometers bequem in einer halben Stunde ausgeführt werden können. Also auch da, wo es sich bei der Bestimmung des specifischen Gewichtes fester Körper um größere Genauigkeit in den Resultaten handelt, wird man unter Umständen mit Vortheil die neue Methode zur Anwendung bringen dürfen. Soll mit Hülfe des combinirten Aräometers das specifische Gewicht eines Körpers bestimmt werden, welcher leichter als Wasser ist, so braucht man nur das Körbchen statt an drei, etwa an sechs Platindrähtchen aufzuhängen. Diese bilden dann gleichsam ein Netz über dem Körbchen, durch welches der in demselben befindliche Körper beim Eintauchen in Wasser verhindert wird aufzusteigen. Auch das specifische Gewicht in Wasser löslicher Substanzen läßt sich mit diesem Instrumente bestimmen, indem man statt des Wassers eine Flüssigkeit wählt, in welcher sich der betreffende Körper nicht auflöst. Hat man dann auf dem bekannten Wege den Gewichtsverlust des Körpers in dieser Flüssigkeit ermittelt, so braucht man diesen nur mit dem specifischen Gewichte der angewendeten Flüssigkeit zu multpliciren, um den gesuchten Gewichtsverlust des Körpers in Wasser zu erhalten. Daß das Instrument auch als Scalenaräometer dienen, zur Bestimmung des specifischen Gewichtes von Flüssigkeiten benutzt werden kann, liegt auf der Hand, da es ja im Grunde genommen als ein in ein Gewichtsaräometer umgewandeltes Scalenaräometer betrachtet werden kann. Das vom Verfasser zur Ausführung der oben angeführten Versuchsreihen benutzte Instrument wurde von dem bekannten Glaskünstler Hrn. Dr. Geisler in Bonn angefertigt, der bei solider Arbeit diese Instrumente nach Wunsch zu einem sehr mäßigen Preise liefert. Die Verhältnisse des Aräometers sind so eingerichtet, daß das Volumen des Halses vom 0-Punkt bis zum Rande des Telleraufsatzes 5 Kubikcentimeter und jeder Kubikcentimeter wieder 50 Unterabtheilungen umfaßt, deren Theilstriche so weit von einander entfernt sind, daß sich die Hälfte des von ihnen eingeschlossenen Raumes, also 0,01 Kubikcentimeter, noch recht gut mit unbewaffnetem Auge schätzen läßt. Um vollkommen unabhängig von den Wirkungen der Capillarität, mit absoluter Schärfe das Ablesen dieser Theilstriche zu bewerkstelligen, bediente sich der Verfasser bei seinen Arbeiten mit dem combinirten Aräometer mit Vortheil eines Kunstgriffes, der hier nicht unerwähnt bleiben darf. Zum Ablesen wird ein kleines, in eine scharfe Schneide auslaufendes Messinglineal benutzt, welches bis dicht an den Hals des Aräometers geschoben wird. Das Lineal wird auf den Rand des Cylinders gelegt, in welchem das Aräometer schwimmt, der aber in diesem Falle nicht ganz bis zum Rande mit Wasser gefüllt seyn darf. Sobald das Aräometer in Ruhe gekommen, wird das Lineal sanft bis zum betreffenden Theilstrich an den Hals geschoben und der die Anfangsstellung anzeigende Theilstrich, z.B. 0,15, abgelesen. Darauf wird der Körper auf den Teller gelegt und nachdem das Aräometer seine Gleichgewichtslage angenommen, wie eben beschrieben, der jetzt an der Schneide befindliche Theilstrich, z.B. 4,82, abgelesen. Dann wiegt der Körper genau 4,82 – 0,15 = 4,67 Gramme. Soll der Körper dann unter Wasser gewogen werden, so muß man vorher erst wieder die Anfangsstellung ablesen, weil durch Entfernen des am Halse adhärirenden Wassers das Wasserniveau im Cylinder nach und nach eine Aenderung erfährt. Bei dieser Art abzulesen erhält man so befriedigende Resultate, daß der kleine Mehraufwand an Zeit, den diese Methode beansprucht, dem Vortheil gegenüber, welchen sie bietet, nicht in Anschlag gebracht werden darf. Bochum, im December 1869.