Gehler, J. S. T.
Physicalisches Wörterbuch


Heber
Heber, Sipho, Siphon.

Diesen Namen führt eine aus zween Schenkeln bestehende an beyden Enden ofne Röhre, ABC, Taf. XI. Fig. 61. und 62, deren Gestalt übrigens willkührlich ist, und deren man sich bedienen kan, um flüßige Materien aus einem Gefäße durch den Druck der Luft auslaufen zu lassen, oder auszuheben.

Wenn eine solche Röhre mit der Oefnung A in ein Gefäß mit Wasser gesenkt wird, so steigt das Wasser in ihr von selbst eben so hoch, als es im Gefäß steht, d. i. bis DE, Fig. 61. Bringt man es aber durch Saugen bey C, oder durch andere Mittel so weit, daß der ganze Heber bis C voll Wasser wird, so wird er bey C anfangen auszulaufen, und damit so lang fortfahren, bis die Wasserfläche DE im Gefäße unter A herabgesunken ist, und also kein Wasser mehr in die Oefnung A eintreten kan. Es wird also das zwischen DE und A enthaltene Wasser bis B gehoben, wovon diese Vorrichtung den Namen des Hebers erhalten zu haben scheint.

Die Atmosphäre nemlich treibt durch ihren Druck gegen die Wasserfläche DE, das Wasser herab, daß es durch die Oefnung A in den Heber treten, und über DE hinaus bis B steigen muß, wo diesem Drucke der Luft eine Wassersäule von der Höhe BE oder BH entgegen wirkt, und also (wenn die specifische Schwere des Wassers=1, der Queerschnitt des Hebers bey B=b2 gesetzt wird) der Druck, womit das Wasser in B nach der rechten Hand getrieben wird, = b2. (32 Fuß — BH) übrig bleibt. Dagegen drückt aber auch die Atmosphäre gegen C aufwärts, und strebt das Wasser im Schenkel BC zu erheben, oder bey B nach der linken Hand zu treiben. Diesem Drucke wirkt das Wasser in BC entgegen; es wird also das in B mit dem Drucke b2. (32 Fuß — BC) nach der linken Hand getrieben. Der Erfolg kömmt nun darauf an, welche von beyden Drückungen die größere ist. In dem Fig. 61. vorgestellten Falle ist es die rechter Hand gehende, und das Wasser in B wird also mit der Kraft b2. (32 Fuß — BH — 32 Fuß+ BC) =b2. (BC — BH) = b2 HC nach H zu getrieben, und muß durch C ausfließen. Das Wasser zwischen BA wird durch den Druck der Luft so lange nachgetrieben, als A noch unter Wasser steht, und BC größer denn BH ist, d. h. so lange die ausgießende Oefnung tiefer liegt als die Wasserfläche DE im Gefäße.

Es werden, wenn ein Heber fließen soll, folgende drey Bedingungen erfordert: 1) daß die einsaugende Oefnung A unter Wasser stehe, 2.) daß die Höhen EB und FB nicht über 32 Fuß betragen, 3.) daß die ausgießende Oefnung C tiefer, als die Wasserfläche im Gefäße DE, liege. Die erste Bedingung ist an sich klar. Denn sobald die Oefnung A das Wasser nicht mehr erreicht, tritt statt desselben Luft in den Heber, und treibt alles darinn enthaltene Wasser durch C aus.

Die zweyte Bedingung ergiebt sich daraus, daß der Druck der Atmosphäre das Wasser nie höher, als 32 Fuß, heben kan. Geht also BE über diese Grenze hinaus, so wird b2. (32 Fuß—BH) negativ, das Wasser in B trennt sich, und sinkt gegen DE zurück, bis es nur noch 32 Fuß hoch darüber steht, und über sich bis B einen luftleeren Raum hat. Aus dem Schenkel BC fließt ebenfalls nur soviel, daß noch 32 Fuß hoch Wasser über C steht, und darüber bis B ein leerer Raum bleibt. Ist zwar EB kleiner, aber doch FB größer, als 32 Fuß, so wird der Heber zwar anfangen zu fließen; er wird aber aufhören, sobald die Wasserflä he DE bis 32 Fuß tief unter B gesunken ist, da sich denn das Wasser, wie vorhin, bey B trennen wird. Man kan also des Porta Vorschlag, Wasser durch Heber über Berge zu führen, nicht bewerkstelligen, wenn die Berge über 32 Fuß hoch sind. Sollte Quecksilber durch den Heber fließen, so dürften EB und FB nicht über 28 Zoll seyn u. s. w.

Die dritte Bedingung gründet sich darauf, daß in der Formel b2. (BC — BH) BC größer als BH seyn, oder C tiefer als H liegen muß, wenn der Werth der Formel positiv seyn, oder das Wasser in B wirklich nach C zu getrieben werden soll. Ist BC=BH, so wird der Druck in B=0, und der Heber stcht still, ohne jedoch auszulaufen. Ist aber BC kleiner als BH, so wird der Druck in B negativ, d. h. das Wasser wird von B aus ins Gefäß zurückgetrieben.

Um hievon Beyspiele zu geben, sey Taf. XI. Fig. 63 ABC ein Heber mit gleich langen Schenkeln, deren Oefnungen A und C in einer wagrechten Ebne liegen. So lange DE über A und C steht, wird er allerdings fließen, weil das Wasser in B mit der Kraft b2 HC nach C getrieben wird. Sobald aber die Wasserfläche DE bis AC herabgesunken, und H bis C gekommen ist, steht er darum still, weil HC=0 ist, also das Wasser bey B in Ruhe bleibt. Der Heber bleibt aber völlig gefüllt, und wenn man wieder Wasser im Gefäße zugießt, so fängt er von neuem an zu fließen. Setzt man bey C ein Gefäß an, in dem das Wasser höher steht, als bey A, so fließt er zurück, bis das Wasser in beyden Gefäßen gleich hoch steht. Dies ist der sogenannte würtembergische Heber.

Eben diese Bewandniß hat es mit dem Heber, Taf. XI. Fig. 64., dessen kürzerer Schenkel BC das Wasser so lange ausgießt, bis die Wasserfläche DE mit der Oefnung C in einerley wagrechte Ebne kömmt. Er hört alsdann aus eben der Ursache auf zu fließen, wie der würtembergische, bleibt aber ebenfalls gefüllt, und fängt bey mehr hinzugegoßnem Wasser aufs neue zu fließen an. Diese beyden Heber zeigen auch, daß der ausgießende Schenkel nicht eben der längere seyn müße, wie die ältern physikalischen Schriftsteller, z. B. Wolf, mit Unrecht erfordern. Sie haben vor dem gewöhnlichen Heber, Fig. 61., noch das voraus, daß sie sich nicht ausleeren, wenn sie zu fließen aufhören, und also nicht von neuem gefüllt werden dürfen, wenn man mehr Wasser hinzugießt, oder sie tiefer einsenkt.

Wenn aber bey Fig. 64. die Wasserfläche bey MN, also tiefer als C steht, und man den Heber durch Saugen füllt, so läuft er bey C gar nicht, sondern das Wasser bey B läuft gegen DE zurück, bey C dringt die Luft ein, treibt das Wasser in CB ebenfalls zurück, und macht den Heber leer.

Die Heber waren schon den Griechen bekannt. Heron von Alexandrien (Pnevmaticorum s. Spiritalium liber ex interpr. Commandini Paris, 1575. 4.) gedenkt ihrer, und erklärt sie aus der Vermeidung des leeren Raums. Johann Baptista Porta (Pnevmaticorum libri III. Neap. 1601. 4. L. III. c. 1.) thut den Vorschlag, das Wasser durch einen Heber über Berge zu führen. Um solche Heber zu füllen, müsten beyde Oefnungen Hähne, und der obere Theil B einen Hahn und Trichter haben. Die Hähne an den Oefnungen würden Anfangs verschloßen, und der Heber durch den Trichter gefüllt; alsdann würde der Hahn am Trichter verschloßen, und die an beyden Enden geöfnet. Diesen Vorschlag wiederholt auch Schwenter (Mathematische Erquickstunden XIII. Theil. 2te Aufg.); beyde wusten noch nicht, daß der Berg kaum 32 Fuß Höhe haben dürfe, und kannten die wahre Ursache dieser Wirkung nicht. Schwenter sagt: ”Der schwerer Theil nöthigt das leich”ter, daß es in die Höhe steigen muß.“ Büchner (Breslauische Sammlungen, Januar 1720. Cl. V.) hat Porta's Vorschlag wirklich ausgeführt.

Als der Druck der Luft genauer bekannt wurde, fieng man bald an, auch das Fließen der Heber aus demselben zu erklären. Es ist eine natürliche Folge aus diesen Erklärungen, daß der Heber im luftleeren Raume zu fließen aufhören müßte, wie dies auch wirklich geschieht, wenn der Versuch mit der gehörigen Genauigkeit angestellt wird. Aber bey der Unvollkommenheit der ehemaligen Luftpumpen, wollten die engen und niedrigen Heber, deren man sich bediente, in welchen das Wasser, wie in jeder Haarröhre, ohne Druck der Luft aufstieg, eine lange Zeit nicht zu fließen aufhören, wenn man sie unter die Glocke der Luftpumpe brachte. Wolf (Nützl. Versuche, Th. III. Cap. 9. §. 123.) bemerkt, daß auch ihm die Heber unter der Glocke der Luftpumpe flößen. Einigen war dies genug, um die Erklärungen aus dem Drucke der Luft aufzugeben, und das Fließen der Heber aus einem Zusammenhange des vorangehenden Wassers mit dem nachfolgenden herzuleiten, welches nach Herrn Kästners Bemerkung (Anmerkungen zur Markscheidekunst, Göttingen, 1775. 8. in d. Vorrede) Stricke aus Wasser flechten heißt. Homberg aber (Mém. de Paris. 1714. p.84.) hat schon sehr richtig bemerkt, daß dieses Fließen unter der Glocke keineswegs den Ungrund der Erklärungen des Hebers beweise. Wenn die Luft unter der Glocke auch 100mal verdünnt wird, welches gewiß mehr ist, als die alten Luftpumpen leisteten, so hebt sie dennoch das Wasser noch um (32/100) Fuß oder beynahe 4 Zoll, wozu noch das Aufsteigen des Wassers in engen Röhren, und der Umstand kömmt, daß man sich keines von Luft gereinigten Wassers bediente, daher unter der Glocke immer neue Luft aufstieg (s. Tetens de caussa fluxus siphonis bicruralis in vacuo continuati. Butzov. 1763. 4.). Wenn man sich vollkommnerer Luftpumpen, höherer und weiterer Heber und eines wohl von Luft gereinigten Wassers oder noch besser des Quecksilbers bedient, so hört jeder Heber unter der Glocke auf zu fließen. Hausen fragte seine Zuhörer, ob der Heber fließen solle, oder nicht, und machte den Versuch, wie sie ihn verlangten.

Gegen das Ende des vorigen Jahrhunderts machte Johann Jordan, ein Bürger zu Stuttgard, zuerst die Bemerkung, daß ein Heber mit gleich langen Schenkeln aus jeder Oefnung Wasser gebe, wenn man die andere in ein Gefäß mit Wasser bringt. Der damalige herzoglich würtembergische Leibartzt, Salomon Reisel, machte im Jahre 1684 die erste sehr geheimnißvolle Nachricht davon bekannt, und gab die Sache für etwas besonders aus. Aber bald nachher beschrieb Papinus (Philos. Trans. 1685. n. 167.) einen solchen Heber, und Reisel selbst (Sipho Wirtembergicus per majora experimenta firmatus, Stutgard. 1690. 4.) machte nun die wahren Umstände bekannt. Dieser Heber hat den Namen des würtembergischen behalten. Ob er gleich für diejenigen, welche die Theorie genau kennen, nichts besonders hat, so machte er doch damals viel Aufsehen, weil man vorher geglaubt hatte, der eingetauchte Schenkel müsse kürzer seyn, als der ausgießende. Man machte viele Versuche, das Wasser damit über 32 Fuß zu heben, welche freylich vergeblich waren. Wenn man diesen Heber, wie Taf. XI. Fig. 65. zeigt, an ein Gefäß anbringt, in welchem die Wasserfläche DE höher, als B, steht, so füllt er sich von selbst, leert das Gefäß bis an A aus, und bleibt gefüllt, wenn er zu fließen aufhöret.

Der Diabetes des Heron Taf. XI. Fig. 66. ist ein versteckter Heber. Durch den Boden BC des Gefäßes ABCD geht eine an beyden Seiten ofne Röhre EF. Diese ist mit einer andern etwas weitern Röhre GHI bedeckt, die sonst allenthalben verschloßen ist, nur am Boden bey G eine Oefnung an der Seite hat. Gießt man Wasser in das Gefäß, so steigt es zugleich in dem zwischen beyden Röhren befindlichen Zwischenraume eben so hoch, als im Gefäße. So lange nun die Wasserfläche im Gefäße niedriger, als die Oefnung E, steht, so lange kan kein Wasser auslaufen. Sobald sich aber diese Wasserfläche über E erhebt, wird das Wasser bey E in die Röhre EF hineintreten und durch dieselbe abfließen. Und weil hier alle Ursachen, wie beym gewöhnlichen Heber, vorhanden sind, so wird der Abfluß so lange fortdauren, bis das Gefäß ganz ausgeleeret ist. Beyde Röhren zusammen machen einen Heber aus, wovon ein Schenkel in dem andern steckt. Diese Einrichtung oder auch ein gewöhnlicher Heber in einem Becher angebracht, und in dem Rande desselben versteckt, macht den Vexirbecher aus, der mäßig gefüllt, den Wein hält, ganz voll gefüllt aber bis auf den Boden ausläuft.

Wenn heberförmige Canäle unter der Erde mit natürlichen Brunnen in Verbindung stehen, so kan sich bey trocknem Wetter, wobey der obere Theil dieser Canäle leer bleibt, das Wasser im Brunnen erhalten, da hingegen bey Regenwetter, wenn das Wasser hoch genug steigt, um den Canal bis oben auszufüllen, der ganze Brunnen ausläuft und trocken wird. Solche Brunnen haben Wasser, wenn es trocken ist, und vertrocknen beym Regenwetter.

Der unterbrochne Heber Taf. XI. Fig. 67. (sipho interruptus) hat Schenkel, welche nicht unmittelbar mit einander verbunden sind. Die Steigröhre CE steht in dem ofnen mit Wasser gefüllten Gefäße AB, und ist oben bey E in das luftdicht verschloßne Gefäß FG hineingeleitet. AB gegenüber wird ein anderes mit Wasser gefülltes Gefäß KL angebracht, welches mit FG durch die Röhre HI verbunden, sonst aber ebenfalls gegen das Eindringen der äussern Luft sorgfältig verwahrt ist. Am Boden desselben ist die mit dem Hahne O versehene Röhre MN angebracht, deren Hahn niedriger liegen muß, als die untere Oefnung C der Steigröhre. Oefnet man diesen Hahn, so läuft das Wasser in KL durch MN ab; die Luft in HI, FG und CE breitet sich in einen größern Raum aus, und der Druck der Atmösphäre treibt das Wasser durch CE in das obere Gefäß. Wenn der Behälter AB einen beständigen Zufluß hat, so kan man zwischen AB und KL eine Verbindung durch eine Röhre mit dem Hahne P machen, zugleich aber auch an FG eine Röhre zum Ablauf mit dem Hahne Q anbringen. Oefnet man nun P und Q, indem O verschloßen ist, so füllt sich KL mit Wasser an, und die dadurch vertriebene Luft nimmt ihren Ausweg durch Q. Wenn KL gefüllt ist, verschließt man P und Q, und öfnet dagegen O, so steigt das Wasser durch CE in die Höhe. Wenn KL wieder leer ist, kan man es aufs neue, wie vorhin, durch Oesnung von P und Q füllen, wobey zugleich das gehobne Wasser aus FG bey Q abfließen wird. Diese Maschine giebt also ein Mittel, das Wasser von A bis Q zu erheben. Es muß aber hiebey die Steigröhre CE viel unter 32 Fuß seyn. Denn da FG nicht ganz luftleer ist, sondern nur verdünnte Luft enthält, so wirkt deren Federkraft dem Drucke der Atmosphäre stets entgegen. Kan sich z. B. die Luft in CE, FG und HI. durch das Auslaufen des Wassers aus KL, durch das Doppelte des vorigen Raums ausbreiten, so ist ihre Federkraft noch halb so groß, als der Druck der Atmosphäre; der letztere kan also das Wasser nur 16 Fuß hoch heben. Leupold (Theatr. machin. Hydraul. To. I. §. 12.) beschreibt diese Maschine vollständig, und erinnert mit Recht, KL müsse an körperlichem Raume wenigstens doppelt so groß, als FG, seyn, damit sich die Luft in einen hinlänglich großen Raum verbreiten könne.

Wenn diese Maschine im Großen angebracht werden soll, so ist noch eine besondere Einrichtung dazu nöthig, daß sich die Hähne O, P, Q zu rechter Zeit öfnen und verschließen. Schott (Technica curiosa L. V. Cap. 1—3.) beschreibt eine solche Maschine, durch welche Jeremias Mitz, ein Einwohner in Basel, das Wasser in seinem Hause in einen erhabnen Behälter leitete. Leupold (a. a. O.) giebt eine Einrichtung an, die sich von der Mitzischen nur in Absicht des Mechanismus zur Oefnung der Hähne unterscheidet, auch zeigt er so, wie Wolf (Elem. Matheseos, Hydraul. §. 79. 80.), wie sich mehrere dergleichen unterbrochne Heber verbinden lassen, um das Wasser auf beträchtlichere Höhen zu heben.

Wolf giebt auch einige Spielwerke an, die sich mit dem Heber machen lassen. Man kan ihm z. B. die Gestalt einer Schlange geben, die aus einem Bassin das Wasser aussäuft, was ein Storch in selbiges ausspeyt u. dgl. Nimmt man zum Heber eine Glasröhre, wie ABC Taf. XI. Fig. 62., deren unteres Ende C aufwärts umgebogen und in eine Spitze mit einer engen Oefnung ausgezogen ist, so springt das bey C auslaufende Wasser in die Höhe, und man erhält einen kleinen Springbrunnen, den man an ein Gefäß mit Wasser hängen kan. Auch der unterbrochne Heber Taf. XI. Fig. 67. kan zum Springbrunnen dienen, wenn man statt des Gefäßes FG eine hohe gläserne Glecke auf einen metallnen Teller küttet, die Steigröhre CE durch den Teller führt und ihr eine zugespitzte Oefnung giebt, wobey das Gefäß KL ganz wegbleiben, und die Röhre HI bis N in einem fortgeführt werden kan. Eine große Anzahl von allerley Hebern beschreibt Lehmann (Diss. de Siphonibus, Lips. 1710. 4.).

Die einfachen Heber werden insgemein durch Saugen gefüllt. Weil man sie bisweilen zu Liquoren braucht, die man nicht gern in den Mund kommen läst, so bringt man am längern Schenkel, etwa bey G, Taf. XI. Fig. 61. noch ein aufwärtsgehendes Glasrohr an, an dessen Ende man, indem C mit dem Finger verschloßen wird, so lange saugt, bis der Liquor den ganzen Schenkel BC angefüllt hat. Ein solcher Heber heißt ein doppelter (siphon double, ou de laboratoire). Lowitz (Sammlung der Versuche, wodurch sich die Eigenschaften der Luft begreiflich machen laßen. Nürnb. 1754. 4.) hat einen Heber angegeben, der sich ohne Saugen füllen läst. Mit den gemeinen Hebern ist dieses leicht durch eine geschickte Neigung derselben zu bewerkstelligen.

Kästner Anfangsgr. der angew. Math., der mathem. Anfangsgr. II Th. 1ste Abth. Dritte Aufl. Hydraulik. §. 4—8.

Karsten Lehrbegrif der gesammten Mathem. Fünfter Theil, Hydraulik, XVI. Abschnitt. §. 248—260.

Erxleben Anfangsgr. der Naturl. durch Lichtenberg. Vierte Aufl. §. 252 — 255.