|
[1]
[...]
OVER BRANDSTOF.
DOOR
C. W. Siemens. (1)
Toen ik de uitnoodiging van den Voorzitter der British Association for the advancement of science, voor de arbeidende klassen van dit groot nijverheidsdistrict eene voordracht te houden, aannam, was ik mij de moeilijkheid dezer taak wel bewust. Want niet alleen heb ik in naam van het Genootschap en in tegenwoordigheid van velen zijner uitstekendste leden te spreken en ben daardoor genoodzaakt mijn onderwerp wetenschappelijk te behandelen, maar ik mag ook niet vergeten, dat het grootste deel mijner toehoorders, ofschoon ontwijfelbaar schrander, toch de wetenschappelijke vakvorming mist, die zich bijna hare eigene taal geschapen heeft.
Ook is het geene aanmoediging voor mij, dat de mannen, die in de laatste jaren eene gelijke taak ondernamen, het op bewondenswaardige wijze verstonden, wetenschappelijke vraagstukken te ontdoen van het formeele gewaad, waarin zij gewoonlijk verschijnen. Reeds de namen dezer mannen – Tyndall, Huxley, Miller, Lubbock en Spottiswoode –, zijn genoeg om mij de hoop te ontnemen, mij met hen in dit opzicht te meten. Toch hoop ik van hun voorbeeld nut te trekken en indachtig te blijven, dat de waarheid altijd eenvoudig is, en dat slechts daar, waar het weten onvolledig is, wetenschappelijke formulen in de plaats van volksmatige, algemeen verstaanbare voorstellingen moeten treden.
Het hoofdonderwerp mijner voordracht is brandstof, iets, waarmede ieder onzer zich sinds zijne jeugd vertrouwd heeft gemaakt, maar dat niettemis zelfs door hen, die bij de aanwending van brandstof het meeste belang hebben, nog weinig gekend wordt. Het sluit beschouwingen van het hoogste wetenschappelijke, zoowel als practische, gewicht in zich.
Ik stel mij voor mijn onderwerp uit vijf gezichtspunten te behandelen:
1e Wat is brandstof?
2e Welke is de bron der brandstof?
3e Hoe behoort de brandstof te worden aangewend?
4e Het kolenvraagstuk van den tegenwoordigen tijd.
5e Waarin bestaat de brandstof der zon?
Wat is brandstof?
Wellicht heeft menigeen uwer reeds bij zich zelven gedacht, dat het slechts tijdverspilling is, zich over zulk een onderwerp uit te laten, daar iedereen weet, dat onze brandstof in de kool bestaat, die wij uit de aarde winnen, uit lagen, waarvan dit land bijzonder rijkelijk voorzien is. Waarom dan onze eenvoudige begrippen met wetenschappelijke bepalingen in de war te brengen, die noch den prijs der kolen doen dalen, noch aan onzen huiselijken voorraad een langeren duur kunnen waarborgen?
Toch moet ik uw geduld een weinig in beslag nemen, want zoo wij elkander niet eerst omtrent den waren aard der brandstof verstaan, konden wij later met elkander in tegenspraak geraken, als wij over den oorsprong en het gebruik uitweiden. Het laatste is in elk geval van het hoogste practische belang en uwe meest aandachtige overweging waard.
Brandstof is, naar de gewone voorstelling, eene koolverbinding, die zich in vasten, vloeibaren of dampvormigen toestand kan bevinden, en die, als zij zich met zuurstof verbindt, het verschijnsel der warmte voortbrengt. Als wij, bij voorbeeld, kool op den vuurhaard verbranden, verbindt zich de zuurstof van den dampkring met de vaste koolstof der kool en brengt koolzuur voort, een gas, dat in den dempkring overgaat, waarvan het een noodwendig bestanddeel vormt, daar zonder koolzuur de wasdom van de planten onmogelijk zoude zijn. Maar verbranding gaat niet noodwendig altijd van vlam of zelfs van ontwikkeling eener sterke hitte vergezeld. Het metaal magnesium brandt met sterke ontwikkeling van licht en warmte, maar zonder vlam, dewijl het product der verbranding als een gas, maar een vast lichaam, namelijk magnesia, is. Verder brandt poedervormig chemisch zuiver ijzer in den dampkring onder ontwikkeling van warmte en licht, maar zonder vlam, daar het resultaat der verbranding vast ijzeroxyde of roest is, terwijl daarentegen dezelfde stof ijzer, in massieven toestand aan de lucht, inzonderheid aan vochtige lucht, blootgesteld, niet ontbrandt, maar allengskens ook in metaaloxyde of roest verkeert.
Hier hebben wij alzoo verbinding met zuurstof zonder het verschijnsel van vlam of licht, maar bij zorgvuldig onderzoek zullen wij vinden, dat niettemin warmte wordt voortgebracht en dat de alzoo voortgebrachte warmte-hoeveelheid nabij komt aan die, welke men sneller verkrijgt, als men fijngemaakt ijzer aan de werking der zuurstof blootstelt. Alleen wordt in het laatste geval de warmte langzamer ontwikkeld en even snel verdeeld als voortgebracht, terwijl in het eerste de snelheid van voortbrenging de snelheid van verdeeling overtreft en de warmte tot een graad stijgt, dat zij de massa roodgloeiend maakt. Uit deze proeven volgt, dat wij ons begrip verruimen en elke zelfstandigheid als brandstof beschouwen moeten, die in staat is zich onder ontwikkeling van warmte met eene andere zelfstandigheid te verbinden.
Als wij de bepaling van brandstof zoo algemeen nemen, kan het bij den eersten aanblik schijnen, alsof wij op onze aarde eene groote verscheidenheid en een onuitputtelijken voorraad zelfstandigheden moesten vinden, die aan dit begrip beantwoorden; maar een nader onderzoek zal spoedig doen zien, dat deze voorraad betrekkelijk zeer beperkt is.
Als wij onze vaste aardkorst beschouwen, zoo bevinden wij, dat zij voor het grootste deel uit kiezelaardig, kalkaardig en magnesia-houdend gesteente bestaat. De kiezel, of het kiezelzuur, dat uit het metaal silikon of silicium, met zuurstof verbonden, bestaat, is niet brandbaar, maar integendeel een verbrandingsproduct, dat reeds vóór duizenden jaren zijne bij de verbranding ontstane warmte afgegeven heeft. De kalksteen is koolzure kalk of bestaat uit de verbinding van twee zelfstandigheden: namelijk het calcium-oxyde en het koolzuur, die beide producten der verbranding zijn – het eene van het metaal calcium, het andere van kool. De magnesia, eene verbinding van zuurstof met metalliek magnesium, vormt, met kalk verbonden, het dolomietgesteente, waaruit de Alpen voor het grootste deel bestaan. Alle gemeene metalen, gelijk ijzer, zink, tin, aluminium, natrium of sodium, enz., vinden wij in de natuur in een geoxydeerden of verbranden staat. De eenige metallieke zelfstandigheden, die aan het sterk oxydeerend proces weerstand boden, dat te eeniger tijd bij de vorming onzer aarde moet hebben plaats gehad, zijn de zoogenaamde edele metalen: goud, platina, iridium en tot zekeren graad ook zilver en koper. Deze uitgezonderd, bestaat alleen de kool uit stoffen in ongeoxydeerden toestand: koolstof en waterstof. Hoe echter staat het met het water, dat in zoo buitengewone hoeveelheid voorhanden, onze rivieren, meren en de wereldzee vormt? Dit is als eene groote warmtebron beschouwd geworden, waartoe wij eens onze toevlucht zouden kunnen nemen, wanneer onze kolenvoorraad uitgeput zal zijn. Vóór weinige maanden kon men, bij gelegenheid der oprichting van een watergas-gezelschap, aankondigingen van dezen aard in onze eerste bladen lezen. Niets evenwel is bedrieglijker dan deze voorstelling. Als waterstof verbrandt, ontwikkelt zich ontwijfelbaar veel warmte, maar water is reeds de uitkomst dezer verbranding, en deze vond op onzen aardbol plaats vóórdat de oceaan gevormd werd. De scheiding der beide samenstellende deelen (waterstof en zuurstof) zou dus juist dezelfde hoeveelheid warmte vereischen, die oorspronkelijk bij de verbinding of verbranding werd voortgebracht. Het is alzoo duidelijk, dat zoowel de vloeibare als vaste bestanddeelen onzer aarde, met uitzondering der edele metalen, der kool en der naphtha (deze is ook als eene soort kool aan te merken), producten der verbranding zijn en dus niets minder dan brandstof. Wij kunnen onze aarde als een aschkogel beschouwen, die als doode massa zonder ophouden door de wereldruimte rolt, maar gelukkigerwijze in gezelschap van een ander wereldlichaam – de zon, welker schitterende stralen de physische oorzaak van elke beweging en van alle leven op de aarde zijn, en zelfs de oorzaak van alles, wat in staat is beweging en leven te voorschijn roepen. Deze levenwekkende invloed maakt zich aan onze zintuigen door het verschijnsel der warmte voelbaar. Maar was is warmte, die van de zon tot ons komen enuit de benedenste lagen onzer brandstof, zoowel onder als op de oppervlakte onzer aarde, naar boven kan worden gebracht?
Had men mij vóór dertig jaren een vraag van dezen aard gedaan, dan zou hare beantwoording mij in geene geringe verlegenheid gebracht hebben. Ik zou wel uit natuurkundige werken geleerd hebben, dat de warmte eene onweegbare vloeistof is, die ons van de zon toevloeit, maar ook in koolstof vervat is; dat zij, bij verbranding der laatste, uitstroomt, om òf te verdwijnen òf elders te verwijlen. Maar deze zoogenaamde verklaring zou mij niet in staat hebben gesteld de beide begrippen van verbranding en warmteontwikkeling, door ééne enkele verstaanbare wet in de natuur met elkander in overeenstemming te brengen, noch een enkel natuurproces aan te geven, waaruit blijkt, hoe warmte, om eene toenmaals geijkte, maar zinledige, uitdrukking te bezigen, latent of gebonden kan worden.
Aan de onderzoekingen van een Mayer, Joule,
(1) Ook in het Duitsch verkrijgbaar bij Jul. Springer, te Berlijn, met de verhandeling Ueber Gewinnung von Eisen und Stahl durch direktes Verfahren.
[2]
Clausius en andere natuurkundigen van den nieuweren tijd hebben wij het te danken, dat wij aan de warmte hare ware beteekenis kunnen geven.
De warmte is, volgens de dynamische warmteleer, niets anders dan beweging onder de kleinste deelen der verwarmde stof. Deze beweging kan, eens voorgebracht, in hare richting en natuur gewijzigd en in eene mechanische werking veranderd worden, die zich door voetponden of paardekrachten (of kilogrammeters) laat uitdrukken. Als wij deze beweging onder de kleinste deelen tot zekere graad versterken, wordt zij voor ons gezichtsorgaan door uitstrooming van licht waarneembaar. De laatste nu is weder niets anders dan eene trillende beweging, welkde de lichtgevende zelfstandigheid aan de middelstof mededeelt, die ons van haar scheidt. Volgens deze theorie, die eene der gewichtigste veroveringen van de wetenschap der nieuwere tijden is, zijn warmte, licht, electriciteit en chemische werking slechts onderscheidene uitingen van de massa in beweging of kracht. Deze uitingen der krachten laten zich wel is waar van den eenen vorm in den anderen overbrengen, maar zijn even onvernietigbaar als de massa zelve.
Kracht treedt in twee hoofdvormen op: 1e als dynamische of kinatische krachtvorm, als kracht, die zich aan onze zintuigen als massa in beweging, als voelbare warmte of als electrische stroom openbaart; 2e als potentiale kracht of kracht in den sluimerenden toestand. Om deze beide vormen der kracht door voorbeelden aanschouwelijk te maken, wil ik een gewicht van één pond, door middel van een snoer over eene rol gaande, één voet hoog opheffen. Terwijl ik dit gewicht oplicht, moet ik kinatische spierkracht aanwenden, om de aantrekkingskracht der aarde op het gewicht te overwinnen. Het pond gewicht vertegenwoordigt, als het opgeheven is, een voetpond of eene eenheid potentiale of sluimerende kracht. Deze sluimerende kracht kan weder in kinatische of arbeids-kracht omgezet worden, als men het gewicht aan het touw laat vallen en de rol tevens in beweging brengt. Dit geeft de eenheid van den arbeid. Wordt alzoo een pond kool een voet omhoog geheven, dan vertegenwoordigt het eene eenheidsmaat der kracht. Maar hetzelfde pond kool, in zooverre deze van zuurstof gescheiden is, tot welk element zij in zekeren omstandigheden eene groote aantrekkingskracht bezit, vertegenwoordigt niets minder dan 11,000,000 (1) voetponden of eenheidshoeveelheden der kracht. Deze kracht wordt ontwikkeld, als de hinderpaal voor hare verbinding, namelijk ontoereikende warmtegraad, weggenomen is.
Met andere woorden: de mechanische kracht, die bij de verbranding van een pond zuivere koolstof vrij wordt, is dezelfde, die wij noodig hebben om 11,000,000 (2) ponden gewicht één voet op te lichten, of waardoor een arbeid der zoogenaamde paardekracht gedurende 5 uren en 33 minuten wordt onderhouden. Wij hebben nu de uiterste grens bepaald van den arbeid, dien wij ooit hopen kunnen door de verbranding van een pond kool te bereiken, en wij zullen spoedig zien, hoe ver wij in de practijk nog van deze grens der volmaaktheid verwijderd zijn.
De volgende voorbeelden moeten dienen om door proeven aan te toonen, hoe de eene vorm van kracht in den anderen is over te brengen. Als ik een hamer snel en onafgebroken op een stuk ijzer doe vallen, zal het heet worden. Of als ik eene minuut lang met alle kracht en inspanning op een spijker hamer, kan hij zelfs tot roodgloeihitte worden verwarmd. In dit geval wordt door en arm ontwikkelde mechanische kracht (tengevolge der verbranding van de spiervezelen) in warmte omgezet. Verder: door het snelle te zamen persen van de lucht in een perscilinder volgt de ontbranding van een stuk tonder. Of: een electrische stroom, door een platina-draad geleid, wordt oogenblikkelijk in warmte veranderd, die zich door het gloeien van den draad openbaart, terwijl de thermo-kolom een voorbeeld van het verkeeren der warmte in een electrischen stroom levert. Nog vele voorbeelden van gelijken aard zouden hierbij kunnen worden gevoegd.
Maar als de uit de verbranding ontstaande warmte de uitkomst der chemische verbinding van twee zelfstandigheden is, volgt daaruit niet, dat zuurstof evengoed een brandbare stof is als de koolhoudende zelfstandigheid, die wij brandstof noemen? Ontwijfelbaar. Ware onze dampkring uit een koolstofhoudend gas saamgesteld, dan moesten wij onze zuurstof door buizen leiden en door branders voeren om ons van licht en warmte te voorzien, gelijk ons de proef toonen zal, waarbij ik een straal zuurstof in een doorschijnende, met gewoon lichtgas gevulden, bol verbrand. Maar onder deze omgekeerde voorwaarden zouden wij niet kunnen bestaan, en daarom mogen wij zuurstof en dergelijke zelfstandigheden, als b. v. chloorgas, van de lijst der brandstoffen schrappen.
Ch., 14 Mei ’74
R. v. E.
(1) Of ruim 1 millioen kilogrammeters, nl.  .
(2) Als men 1 pond kool in vrije zuurstof verbrandt, wordt koolzuur voortgebracht en 8055 warmte-eenheden worden vrij. De warmte-eenheid beteekent 1 pond water 1 graad Celsius verwarmd. Deze warmte-eenheid laat zich, volgens Mayer’s theorie en Joule’s proefondervindelijke onderzoekingen, door 430 kracht-eenheden uitdrukken. Alzoo vertegenwoordigt 1 pond kool 8055 × 430 = 3,463,650 eenheden potentiale kracht.
|
![[1]](http://libserv.tudelft.nl/tresor/books/Architectuur/De_Opmerker/dvd1/jrg08_09/mm0_0163.jpg){kind=link}
![[2]](http://libserv.tudelft.nl/tresor/books/Architectuur/De_Opmerker/dvd1/jrg08_09/mm0_0164.jpg){kind=link}