1140 Sackur: Die Arbeitsleistung der Verbrennungsvorgänge. 
menden Stoffe ermöglichen soll. Das Theorem be- 
ruht kurz auf folgendem Gedankengange: Wie der 
zweite Hauptsatz der Thermodynamik lehrt, ist die 
Arbeitsfähigkeit einer chemischen Reaktion im all- 
gemeinen nicht gleich seiner Reaktionswärme, wie 
es das Berthelotsche Prinzip irrtümlich verlangt 
hatte. Erfahrungsgemäß sind jedoch bei vielen 
Stoffen beide Größen, freie Energie und Gesamt- 
energie, nur wenig voneinander verschieden; und 
diese Übereinstimmung ist um so besser, je tiefer 
die Temperatur ist. Man kann daher die Hypo- 
these aufstellen, daß bei sinkender Temperatur 
beide Größen einander immer näher kommen und 
bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt der 
Temperatur kontinuierlich ineinander übergehen. 
Auf Grund dieser Hypothese hat Nernst eine Reihe 
von Gleichungen aufgestellt, die für feste, flüssige 
und gasförmige Stoffe die freie Energie der Reak- 
tion aus calorimetrisch bestimmbaren Größen zu 
berechnen gestatten. Bei denjenigen Reaktionen, 
deren Gleichgewicht direkt bestimmt werden kann, 
hat die Berechnung zur völlig befriedigenden 
Übereinstimmung mit der Erfahrung geführt, so 
daß ihre Anwendung auf sämtliche anderen Reak- 
tionen durchaus berechtigt ist. 
Diese maximale Arbeit, die der während der Re- 
aktion eintretenden Änderung der freien Energie 
entspricht, könnte von einer Maschine geleistet 
werden, welche in allen ihren Teilen völlige umkehr- 
bar arbeitet und jeglichen irreversiblen Vorgang, 
also jeden Wärmeübergang durch Strahlung oder 
Leitung, jede explosionsartig verlaufende che- 
mische Reaktion, jede Diffusion von Gasen und 
Lösungen usw. vermeidet. Es ist ohne weiteres 
klar, daß alle unsere Wärmekraftmaschinen von die- 
sem Ideal recht weit entfernt sind, da sie durchweg 
auf folgendem Prinzip beruhen: Durch die Ver- 
brennung des Brennstoffes, sei es, daß diese im 
Kessel der Dampfmaschine oder im Zylinder 
des Explosionsmotors vor sich geht, wird 
zunächst eine ziemlich hohe Temperatur erzielt. 
Diese bewirkt, daß die im Zylinder befindlichen, 
durch einen beweglichen Kolben abgeschlossenen 
Dämpfe oder Gase einen erhöhten Druck erhalten, 
der den Kolben fortschiebt und durch Übertragung 
auf das Schwungrad der Maschine die gewünschte 
Arbeit leistet. Sowohl die Verbrennung selbst wie 
die von den hoch erhitzten Räumen ausgehende 
Strahlung und Leitung sind irreversible Vorgänge; 
ihr Auftreten in der Maschine setzt also deren 
Nutzeffekt herab und bewirkt, daß dieser bei allen 
technisch gebräuchlichen Maschinen weit unter 
100% liegt. 
Nernst hat in seinem Vortrage eine allerdings 
hypothetische Maschine skizziert, die nahezu den 
vollen wissenschaftlichen Nutzeffekt von 100% ge- 
ben sollte. Man komprimiert Wasserstoff und Sauer- 
stoff getrennt adiabatisch, d.h. in für Wärme un- 
durchlässigen Gefäßen, und zwar so stark, daß sie 
sich durch die Kompressionswärme bis weit oberhalb 
der Dissociationstemperatur des Wasserdampfes er- 
hitzen (ca. 4500 © C.). Dann vermischt man die 
beiden hoch erhitzten Gase; hierbei tritt aus dem 
eben angegebenen Grunde keine chemische Reak- 
Die Natur- 
wissenschaften — 
tion, d. h. keine Wasserdampfbildung ein. Nun- 
mehr expandiert man dieses Gemisch wiederum 
adiabatisch; seine Temperatur sinkt, und es tritt 
daher allmähliche Vereinigung der beiden Gase zu | 
Wasserdampf ein. Die hierbei auftretende Reak- 
tionswärme bewirkt aber, daß die Temperatur und 
der Druck langsamer sinken, als dies bei einem 
nicht reagierenden Gase der Fall sein würde; also 
auch langsamer, als sie bei der Kompression ge- | 
stiegen waren. Bei der Expansion des reagieren- — 
den Gases kann also ein größerer Druck über- 
wunden und daher mehr Arbeit geleistet werden, 
als zur Kompression der einzelnen Gase Wasser- 
stoff und Sauerstoff aufgewendet wurde. 
Der Wirkungsgrad aller technisch ausgeführten 
Wärmekraftmaschinen ist, wie bereits oben ausge- 
führt, viel kleiner als der dieses hypothetischen Mo- 
dells, in welchem alle irreversiblen Vorgänge, mit 
Ausnahme der mit nur geringem Arbeitsverlust ver- 
knüpften Diffusion der beiden komprimierten Gase, — 
ausgeschaltet sind. Will man den Nutzeffekt der 
gebräuchlichen Arbeitsmaschinen theoretisch be- 
rechnen, so muß man die in ihnen auftretenden 
typisch irreversiblen Vorgänge bei der Berechnung 
außer acht lassen und darf nur die wenigsten an- 
genähert reversibel verlaufenden berücksichtigen. 
Um dies an einem Beispiel zu erläutern, wollen wir 
einen typischen im Viertakt arbeitenden Gas- oder 
Benzinmotor ins Auge fassen. 
Während des ersten Kolbenhubes wird in den 
Zylinder ein Gemisch von Luft mit dem brenn- 
baren Gase (Leuchtgas, Benzindampf usw.) hinein- 
gesaugt. Beim Rückgang des Kolbens wird dieses 
Gemisch komprimiert und erhitzt, und wenn .der 
Kolben seine Anfangsstellung erreicht hat, durch 
einen Funken zur Explosion gebracht. Hierbei 
steigt die Temperatur auf den hohen Wert 7; und 
der Druck des hoch erhitzten Gasgemenges drückt 
den Kolben unter Arbeitsleistung heraus. Während 
dieser Phase kühlt sich das Gas sowohl durch seine 
eigene Arbeitsleistung wie durch die Wirkung des 
dauernd fließenden Kühlwassers auf eine niedere 
Temperatur Ts ab. Dieses abgekühlte Gas wird in 
der 4. Phase durch den Rückgang des Kolbens zum 
Auspuff herausgestoßen, und das Spiel beginnt mit 
dem Ansaugen eines frischen Gasgemisches von 
neuem. Wenn wir von der irreversibel verlaufenden 
Explosion absehen, besteht also der in der Maschine 
verlaufende Vorgang darin, daß der Wärmeinhalt 
des auf 7, hocherhitzten Gases teils in Arbeit ver- 
wandelt, teils bei 7’, an das Kühlwasser abgegeben 
wird. Bezeichnen wir die durch die Explosion er- 
zeugte Wärmemege mit Q,, die an das Kühlwasser 
abgegebene durch Qs und die geleistete Arbeit mit 
A = Q:— Qs, so kann eine derartige Maschine bei — 
Ausschaltung der Verluste durch Strahlung, Leitung | 
und Reibung nach dem 2. Hauptsatz maximal die 
MT. 
Arbeit A=Q0 5 ae leisten. 
. 1 “ . 
Die Thermodynamik weist uns also den Weg, den 
man einschlagen muß, um diesen Nutzeffekt mög- 

lichst zu vergrößern. Man muß die Temperatur 7; 
so hoch und die Temperatur Ts so niedrig wie 
irgend möglich machen. 

