442 XVI. Jahrg. 



Naturwissenschaftliche Rundschau. 



1901. Nr. 35. 



Muskeim aschine die chemische Energie nicht in eine 

 Volumsenergie, wie dies in der Dampf- und Gas- 

 maschine der Fall ist, sondern in eine Formenergie 

 umsetzt. Es ist aber auch von A. Fick der directe 

 Beweis dafür geliefert worden, dafs der Muskel keine 

 thermodynamische Maschine sein kann, d. h., dafs die 

 chemische Energie desselben nicht erst in Wärme 

 und diese dann durch eine mechanische Energieform 

 in Arbeit verwandelt wird, sondern dafs die chemische 

 Energie desselben vermöge einer Mechanik sofort 

 zumtheil in Arbeit umgesetzt wird, während ein an- 

 derer Theil der Energie dabei in Wärme übergeht. 

 Bei einem umkehrbaren thermodynamischen Kreis- 

 procefs, wie er im Princip in der Dampfmaschine 

 stattfindet, bei welchem durch Umkehrung des Pro- 

 cesses aus der Arbeit wieder dieselbe Wärmemenge 

 gewonnen werden kann, als zur Erzeugung der Arbeit 



TT7" Tpr y y 



gedient hatte, ist der Nutzeffect — — - = =; , 



wenn IFj und W 2 die bei der Ausdehnung dem ar- 

 beitenden Körper (Dampf) zugeführte, W 2 die bei 

 der Compression wieder gewonnene Wärme bedeuten 

 und T x die absolute Temperatur in der ersten und T 2 die 

 in der zweiten Phase des Processes ist. In einem nicht 



umkehrbaren Procefs ist aber 



Wi-TF, 



< 



T 1 - 



Man kann nun die Arbeitsleistung eines Muskels, 

 wenn wir seine Arbeit ansammeln, so dafs das Ge- 

 wicht gehoben bleibt, der Muskel aber nach der Er- 

 schlaffung seinen anfänglichen Zustand annimmt, auch 

 als einen Kreisprocefs ansehen, und nach Versuchen 

 von Fick die Wärmemengen W x — IF 2 und TF X 

 berechnen. TFj — TF 2 ist diejenige Wärmemenge, 

 welche der Erzeugung der Arbeit äquivalent sein 

 mufs, Wi die ganze zugeführte Wärme. Der Nutzeffect 

 W 1 — W 2 



W y 



beträgt nun bei der Dampfmaschine etwa 



10 Proc. der zugeführten Wärme, beim Muskel aber 

 beträgt derselbe mindestens 25 bis 30 Proc. der ge- 

 sammten bei der Zuckung freigewordenen Energie 

 als Wärme berechnet. Es geht daraus hervor, dafs 

 die Muskelmaschine viel zweckmätsiger eingerichtet 

 ist als die Dampfmaschine oder eine andere thermo- 

 dynamische Maschine. Berechnet man aber noch 

 ferner aus obiger Gleichung die Temperaturen 2\ 

 und T 2 fü 1 ' den Muskel, so kommt man zu dem Er- 

 gebnifs, dafs, wenn T 2 bei der Ruhe des Muskels etwa 

 37° C wäre, der Muskel bei der Contraction eine Tem- 

 peratur T 2 = 114° C annehmen müfste, wenn der Nutz- 

 effect 25 bis 30 Proc. des Energieverbrauchs werden soll. 

 Ja es müfste sogar die Temperaturdifferenz Ti — T 2 

 noch gröfer sein, weil der Kreisprocefs des Muskels 

 offenbar kein umkehrbarer ist, da bei einer Um- 

 kehrung des Processes durch Aufwand mechanischer 

 Arbeit von aufsen her in dem Muskel die Arbeit 

 erzeugende Energie nicht wieder hergestellt werden 

 kann. Eine so hohe Temperatur von über 114°C 

 kann aber die Muskelsubstanz unmöglich annehmen. 

 Also ist der Muskel keine thermodynamische 

 Maschine. Man kann gegen diese Schlufsfolgeruug 



nicht, wie es geschehen ist, einwenden, dafs in dis- 

 creten Punkten des Muskels, in welchen das Brenn- 

 material (Kohlenhydrate) verbrennt, die Temperatur 

 wohl so hoch steigen könnte, während die gemessene 

 Gesammttemperatur desselben infolge schneller Leitung 

 eine viel niedrigere bliebe. Die Temperatur T x be- 

 deutet nicht etwa die Temperatur des Brennmaterials, 

 die auch in der Dampfmaschine z. B. sehr viel höher 

 sein kann als die des erwärmten Dampfes, sondern 

 sie bedeutet die Temperatur des arbeitenden Körpers; 

 also in der Dampfmaschine die des Dampfes und in 

 dem Muskel die der contractilen Substanz selbst. 



Es folgt aus diesen Betrachtungen , dafs der 

 Muskel eine chemodynamische Maschine sein 

 mufs. In einer solchen Maschine wird aus einem 

 Theile der vorhandenen chemischen Energie direct 

 mechanische Arbeit erzeugt, ohne dafs die Energie 

 zuvor die Form der Wärme annimmt. Nach den be- 

 rühmten Untersuchungen von Helmholtz über die 

 Thermodynamik chemischer Processe ist die Wärme 

 als eine ungeordnete Bewegung kleinster Theilchen 

 der Materie anzusehen, welche zum Zwecke der 

 Arbeitsleistung nur zu einem bestimmten Bruchtheile 

 (Nutzeffect) wieder geordnet und gesammelt werden 

 kann. Der übrige Theil der Wärme geht ungenützt 

 verloren. In einer vollkommenen chemodynamischen 

 Maschine dagegen kann die gesammte chemische 

 Energie des Systems in nutzbare mechanische Arbeit 

 umgesetzt werden. Ein solches System ist nach 

 Helmholtz eine galvanische Batterie, verbunden mit 

 einem elektromagnetischen Motor; denn abgesehen 

 von der Jouleschen Leitungswärme in den Drähten, 

 die man sehr gering machen kann, kann die ganze 

 Energie zur Arbeit verwendet werden. Ein chemo- 

 dynamisches System ist aber auch der oben an- 

 gegebene Lippmannsche Apparat, in welchem ver- 

 mittels der Oberflächenenergie Arbeit geleistet wird. 

 Und ein solches System ist nach der auseinander- 

 gesetzten Theorie der Contraction auch der Muskel. 



v. Helmholtz hat dem zweiten Hauptsatze der 

 mechanischen Wärmetheorie einen anderen Ausdruck 

 gegeben in einer Formel, welche einer sehr allgemeinen 

 Anwendung fähig ist. Er betrachtet dabei die ganze 

 Energie, welche in einem System oder Theile eines 

 solchen in Action gesetzt wird, und nennt diejenige 

 Energiemenge , welche in nutzbare Arbeit vermöge 

 der entstehenden Energieformen umgesetzt werden 

 kann, die freie Energie. Ist die in Action tretende 

 Energie die der Wärme , so kann nur ein gewisser 

 Bruchtheil in freie Energie übergehen. Anders dar 

 gegen, wenn die auftretende Energie elektrische oder 

 Oberflächenenergie ist. 



In der Oberflächenschicht einer Substanz werden, 

 wie wir uns vorstellen dürfen, die Molecularschwin- 

 gungeu durch moleculare Kräfte so geordnet, dafs 

 sie fast ganz zur Arbeitsleistung verwendet werden 

 können. Wie dies geschieht, wissen wir freilich nicht. 

 Wir können ferner annehmen, dafs diese Schicht nicht 

 eine blofse Fläche darstellt, sondern eine gewisse 

 Dicke besitzt, welche mit dem Durchmesser der 



