Gesellschaft für außergewöhnliche Ideen

Das verflixte Jahr 1858
Zur Historie des Erhaltungssatzes der Energie
von Joachim Kirchhoff
(20. 12. 1934 - 17. 8. 2005)

Als Max Planck seine Arbeit "Das Princip der Erhaltung der Energie" verfasst hatte (die Veröffentlichung fand 1887 statt), gab es einige Bemerkungen dazu:

1. die Arbeit wurde von der Philosophischen Fakultät Göttingen nur mit dem zweiten Preis bedacht (ein erster Preis wurde nicht vergeben),

2. die Fakultät bemängelte, dass Planck die Bedeutung der Technik am Zustandekommen des Erhaltungssatzes nur streifte, aber nicht ausdrücklich hervorhob.

Im Grunde waren die Wissenschaftler der Energiephysik zufrieden, eine zusammenfassende Betrachtung zum Energieprinzip vorliegen zu haben. Planck war 29-jährig im Jahre 1887.

Nach Wissen des Verfassers hat es überhaupt keinen Protest zu folgender Aussage in der erwähnten Schrift gegeben:

"Denn streng genommen lehrt das Princip doch nichts als die Verwandelbarkeit der einzelnen Naturkräfte ineinander nach festen Zahlenverhältnissen, gibt aber durchaus keinen Aufschluß über die Art, wie diese Umwandlung zustande kommt". Anlage 1

Viele Messergebnisse - gewonnen an den verschiedensten technischen Geräten - lagen zu der Zeit der Abfassung der Arbeit von Max Planck schon vor. G. Helm fasste sie in einer Tabelle zusammen. Es wird auf diese Tabelle später noch einmal eingegangen, denn so "zweifellos" waren die 1858er Messungen gar nicht. Anlage 2

Aber erst einmal der historische Werdegang des Energieprinzips, wie wir es heute verstehen und als naturgesetzlich annehmen:

1. Schritt:
Weigerung der Pariser Akademie der Wissenschaften 1775, Vorschläge für
(Anm.: mechanische !) Perpetua mobilia noch zu prüfen.

2. Schritt:
Erfindung (vor 1775) sowie Einführung (nach 1775) der Expansionsdampfmaschine von James Watt und erste Energiemessungen an ihr.

3. Schritt:
Theoretischer Grundsatz zum Energieprinzip (von 1850 durch Clausius formuliert) als Grundlage zur Algebraisierung der Naturgesetze, nämlich "dass in allen Fällen, wo durch Wärme Arbeit entstehe, eine der erzeugten Arbeit proportionale Wärmemenge verbraucht werde, und dass umgekehrt durch Verbrauch einer ebenso grossen Arbeit dieselbe Wärmemenge erzeugt werden könne". Anlage 3

Clausius, 28-jährig im Jahre 1850, hielt an diesem Leitgedanken bis zum Jahre 1887 fest, als die letzte Ausgabe seiner MECHANISCHEN WÄRMETHEORIE erschien. Diese wenig verbreitete Ausgabe liest sich streckenweise wie eine   Entschuldigung für sein mit vielen Fremdworten begleitetes, mathematisches Formelwerk.  Anlage 4.

4. Schritt:
Entwicklung des heute noch gebräuchlichen Formelgutes durch Clausius, maßgeblich gestützt durch die Messergebnisse Joules. Anlage 5a, Anlage 5b, Anlage 5c, Anlage 5d, Anlage 5e.

5. Schritt:
Ausdehnung des für das Verhältnis von Wärme und Arbeit teilweise beobachteten Prinzips auf alle Erscheinungsformen der Energie ohne experimentelle Beweisführung. Anlage 4 .

6. Schritt:
Computergerechte Aufarbeitung des Formelgutes.

7. Schritt:
Computerausdrucke als Erscheinungsbild von "hightech".

Fast alle publizierten Lehrinhalte vermitteln das Wissen zu den genannten Punkten 1.), 2.) (nur bedingt), 3.) (nur bedingt), 5), 6.) und 7.). Ganz ausgenommen sind bestätigende Messergebnisse, die außer denen von Joule auch zum Punkt 4.) gehören. Nur am Punkt 4.) kann der unvollkommen ausgebildete Ingenieur oder Physiker erkennen, ob sein Wissen auf Erfahrungswissen basiert, oder ob sein Wissen letztlich aus hypothetischen Worthülsen besteht. Dazu schaut im verflixten Jahr 1858 einiges in der Literatur hervor.
Anlage 6a, Anlage 6b, Anlage 6c, Anlage 7a, Anlage 7b, Anlage 7c

Wie erwähnt, debütierte Clausius mit der Mentalität eines Mathematikers anno 1850 über die bewegende Kraft der Wärme. Die darin zunehmend "höhere" Mathematisierung der Naturwissenschaft wurde fortgeführt und in Einzelschritten in Poggendorff's Annalen veröffentlicht. Zweifler und Kritiker meldeten sich zu Wort, so z. B. G.Schmidt. Am heftigsten wurde G. Decher, der die theoretische Arbeit des Herrn Clausius als eine Übereinandertürmung von Hypothesen und als "faule Nuß" bezeichnete.

Clausius musste antworten. Er tat dies im gleichen Jahr 1858 und in der gleichen Zeitschrift, in "Dinglers Polytechnisches Journal". Eine Doppelseite stammt aus dieser Verteidigungsschrift, ... und die ist diskussionswürdig, denn es begann die exzessive Algebraisierung der Naturwissenschaften mit Stolpersteinen Anlage 7a, Anlage 7b, Anlage 7c,:

Folgende Bedeutungen wurden in Buchstabenform übersetzt:

Bei der Diskussion fangen wir an mit "A". Es handelt sich dabei um das mechanische Äquivalent der Wärme, basierend auf den Annahmen nach der Anlage 4 und Anlage 8a, Anlage 8b, Anlage 8c, Anlage 8d, Anlage 8e, rechnerisch hergeleitet aus dessen Reziprokwert, dem "calorischen Wert der Arbeit", der sich auf Messungen Joules gründet.

In den Gleichungen auf den Seiten 46 Anlage 7a, und 47 Anlage 7b ist "A" noch lange kein bewiesenes Naturgesetz, sondern es ist ein aus Annahmen hergeleitetes, nach des - wie Joule es nannte-   "Schöpfers Werde" (=Gottes Willen) elementarmathematisch ermitteltes Ergebnis. Anlage 24a, Anlage 24b

Ferner ist kritisierbar, dass Clausius für ein geometrisches Volumen (in dortigen Gleichungen (vor 18) und (18) enthalten) und für den Stoffwert "spezifisches Volumen" (in den dortigen Gleichungen (nach 18) und (19) enthalten) das gleiche Symbol "v" verwendet und beide in Gleichung (20) verrechnet. Das war schlicht falsch und unsinnig, denn ein geometrisches und ein spezifisches Volumen (letzteres ist ein Stoffwert) sind zweierlei.

Die Formel (vor 18) holt sich Clausius aus einer Kolbenweg-Druck-Betrachtung, wobei zu bemerken ist, dass "p" in dieser Schreibweise mathematisch als Konstante zu behandeln ist, was für die Vorgänge im Zylinder einer Dampfmaschine keineswegs zutrifft, also falsch ist. Anlage 9a, Anlage 9b.

Der vor Clausius lebende Schöpfer der Expansionsdampfmaschine, James Watt, wusste das schon, denn er zeichnete auf, was im Zylinder seiner erfundenen Maschine mit dem Dampfdruck passierte. Er lieferte die zeichnerische Darstellung, um in einem seiner Patentansprüche, die Ausnutzung der "federnden Kräfte des Dampfes" zu erklären
Anlage 10a , Anlage 10b, Anlage 10c

Diese Darstellung von James Watt ist im Grunde das Indikatordiagramm, wie wir es heutzutage nennen. Die Gleichungen (vor 18) und (18) beschreiben also keine naturgesetzlichen Erscheinungen, da der Druck "p" real nicht konstant ist. Anlage 7a , Anlage 7b , Anlage7c. In den Formeln (nach 18) und (19) ist "v" mit der Gaskonstante "R" verbunden. Das bedeutet, dass "v" dort ein spezifisches Volumen ist, also ein Stoffwert. Es handelt sich dabei um den Kehrwert des spezifischen Gewichtes, in diesem Falle eines Gases. Anlage 11a , Anlage 11b, Anlage 11c, Anlage 11d, Anlage 11e.

Für andere Aggregatzustände gelten die Formeln nicht. Für den Interessierten: Im Text gibt Clausius auch den Hinweis auf die Quelle des absoluten Nullpunktes der Temperatur und an seinen "Glauben".

Ab Gleichung (20) - bis zu allem, was darauf aufbaut - kann man nicht mehr von einer naturgesetzlich abgesicherten exakten Naturwissenschaft sprechen. Das Fundament ist faul. Gleichung (20) ist nicht mehr als ein durch Annahmen unterlegtes fehlerhaftes Rechenergebnis.
 

Zuvor wurde dargelegt, dass Clausius nur die Messergebnisse von Joule als Beweismittel für seine Theorie über die energetische Gleichwertigkeit von Wärme und mech. Arbeit heranzog. Joule hatte aber nur den calorischen Wert der Arbeit ermittelt, indem er sich maßgeblich auf die Wärme konzentrierte, die beim Reiben, Bohren, Quirlen oder Komprimieren entstand.

Robert Mayer versuchte eine Nachweisführung für den umgekehrten Weg, allerdings nur theoretisch auf der Basis gaskinetischen Formelmaterials von Mariotte, Boyle und Gay-Lussac. Anlage 12a, Anlage 12b, Anlage12c.

Bei diesen Gasgesetzen spielen zwei wichtige Erscheinungen eine Rolle, und zwar das Ausdehnungsgesetz der Gase und die Eigenart der Gase bei der Erwärmung um gleiche Temperaturgrade bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibendem Volumen unterschiedliche Wärmemengen zu benötigen. Das Verhältnis beider spezifischen Wärmen spielt in der Thermodynamik als "Adiabaten-Exponent" eine wichtige Rolle.

Dabei gibt es auch viele Fragezeichen, über die C. Truesell in seinem 1980 erschienen Buch "THE TRAGICOMICAL HISTORIE OF THERMODYNAMICS 1822 - 1858" berichtet. Anlage 13.

Auf dieser Grundlage hatte Mayer berechnet, laut vorgelegter Tabelle auch Holtzmann 1845 und Clausius 1850. Bereits 1830 ging Sadi Carnot ähnlich vor. Messwerte für das mechanische Äquivalent der Wärme als Kehrwert des calorischen Wertes der Arbeit gab es bis zum Jahre 1850 nicht.

Dann erschien der Elsässer Adolf Hirn auf der wissenschaftlichen Bühne. Er hatte an zwei verschiedenen laufenden Dampfmaschinen der damaligen Zeit das mechanische Wärmeäquivalent gemessen. Die Ergebnisse teilte er der Berliner Akademie der Wissenschaften mit, die einen Preis für einen messtechnischen Nachweis des mechanischen Wärmeäquivalentes ausgesetzt hatte.

Beurteiler dieser Arbeit und späterer Berichterstatter vor der Berliner Akademie war Rudolf Clausius, damals 33-jährig. Der Bericht erschien 1858. In ihm "knallte" es gleich zweimal.  Anlage 14a , Anlage 14b, Anlage 14c, Anlage 14d, Anlage 14e, Anlage 14f, Anlage 14g, Anlage 14h, Anlage 14i , Anlage 14j, Anlage 14k, Anlage 14l, Anlage 14m, Anlage 14n, Anlage 14o, Anlage 14p.

Zum ersten: Adolf Hirn hatte den Wärmeverbrauch in den Dampfmaschinen nur dem Teil des Kolbenweges zugeordnet, in dem die Expansion stattfand. Es ist der Bereich der abfallenden Druckkurve in der Darstellung von J. Watt. Hirn verteidigte seine Bilanzierungsweise mit dem Hinweis, dass der Dampf keine Wärmedifferenz entwickelt, wenn er beim gleichen Druck sich niederschlägt (Anm.: d. h. kondensiert oder sich verflüssigt), bei dem er im Kessel entstanden ist. Zu diesem Argument sagt Clausius: "Dieser Satz ist allerdings richtig, findet aber bei der Dampfmaschine keine Anwendung."
An anderem Ort des gleichen Berichts lässt Clausius verlauten, Hirn's Anschauung "widerspricht der angenommenen Theorie". Die Annahme steht bei Clausius also über der Messung. Kant lässt grüßen!

Die expansionslos arbeitende Dampfmaschine gab es schon früher, es war die von Newcomen. Deren Indikatordiagramm sieht viel anders aus als bei der Watt'schen Maschine. Clausius hatte nicht daran gedacht oder ihm als Mathematiker sagte der Begriff des Indikatordiagramms nichts.

Der weitere "Knall" bestand nun darin, dass Clausius die Messwerte von Hirn manipulierte, indem er sie mit nicht nachvollziehbaren Faktoren umrechnete und daraus Mittelwerte bildete. Das manipulierte Gesamtmittel von 413 mkg/kcal ging als "Umformung durch die Dampfmaschine nach Clausius Verbesserung" in die Literatur ein (vgl. Anlage 2, zweit- und drittletzte Zeile). Eine Ungeheuerlichkeit: die Fälschung der einzigen Messergebnisse für das mechanische Wärmeäquivalent als Reziprokwertes des calorischen Wertes der Arbeit in der damaligen Zeit und die Übernahme des manipulierten Wertes in die Fachliteratur. Deutschsprachig ist die Arbeit Hirns leider nie veröffentlicht worden, lediglich der Bericht von Clausius dazu. In französischer Sprache ist sie verfügbar. Sie erschien ebenfalls 1858, im erweiterten Umfang 1875. Nur wenige Wissenschaftler würdigten die schwierigen Messungen Hirn's, so Slaby, Magnus und Keller.
 Anlage 15a,  Anlage 15b,  Anlage 15c

Abweichend von Fundsachen im Jahre 1858 soll noch auf andere Fehler und Fälschungen beispielhaft hingewiesen werden: Clausius führt noch ein anderes Experiment von Joule an, in dem die Wärmeentwicklung durch Kompression (Anm.: das ist der "calorischer Wert der Arbeit") gemessen wurde.  Anlage 16a,  Anlage 16b.

Joule hat die Messung tatsächlich gemacht und veröffentlicht. Anlage 17. Der Schönheitsfehler: Joule hat die Pressluft im Recipienten als eine Form mechanischer Energie vergessen, die Energieumwandlung ist also nicht abgeschlossen, denn die mechanische Energie "Pressluft" kann über mehrere Wege nochmals zur Wärmeerzeugung verwendet werden.

Im Prinzip vergleichbar ist eine Messung der Firma Atlas Copco, veröffentlicht 1979. Dabei hat man sekundärseitig die Energien "Pressluft" und "Kompressionswärme" zusammengefasst und ins Verhältnis gesetzt zur primärseitigen Antriebsenergie des Kompressors. So erhielt man Wirkungsgrade von über 100%. Ein Wunder? N E I N! Der Fehler liegt in der Verwendung von Berechnungsformeln, zu denen keine unanfechtbaren Messergebnisse vorliegen. Anlage 18a, Anlage 18b, Anlage 18c, Anlage 18d.  

In diesem Zusammenhang stellt sich natürlich die Frage, ob man die Schneidarbeit beim Bohren oder die Zerkleinerungsarbeit beim Mahlen und Reiben umsonst erhielt, denn die mechanische Antriebsenergie ist im Sinne des Energieerhaltungssatzes 100 %ig in Wärme übergegangen. Die Bemerkung darf erlaubt sein, dass das "Loch" im Kanonenrohr das wichtige Ziel war, die Wärme nur ein unerwünschtes Nebenprodukt. In diesem Falle verhält es sich um eine Nichtberücksichtigung von Ursache und mehreren Wirkungen.

Anders verhält es sich im nächsten Fall: Robert Mayer hatte in seiner Arbeit von 1845 ausdrücklich formuliert:

"Das nämliche Resultat wird erhalten, wenn man statt der atmosphärischen Luft eine andere einfache oder zusammengesetzte Gasart der Berechnung unterlegt. Das Gesetz "Wärme = Mechanischer Effekt" ist unabhängig von der Natur einer elastischen Flüssigkeit, die nur als Werkzeug dient, um die Umwandlung der einen Kraft in die andere zu bewerkstelligen."
Anlage 19a,  Anlage 19b

Eine "elastische" Flüssigkeit war im Sprachgebrauch der damaligen Zeit ein Gas oder ein Dampf. Auch die später angefügten Fußnoten weisen auf gaskinetisches Formelmaterial hin, wobei der von Mayer verwendete Buchstabe "K" für den Adiabaten-Exponenten steht. Und in welchem Aggregatzustand sich eine Adiabate, die den angeführten Formeln gehorcht, ausbilden kann, ist wohl unstrittig. Der Text in Anlage 19a, ist identisch mit dem in Anlage 12b.

Was veranlasste nun eigentlich Georg Helm, diese wichtige, von Mayer formulierte Passage wegzudrücken und die damit verstümmelte Aussage in seine "ENERGETIK" einzuführen? Eine der infamsten Arten der Lüge ist die der Weglassung.
Anlage 20a, Anlage 20b, Anlage 20c.

Noch ein Mann ist hervorgetreten. Der Historiker J. J. Weyrauch bemühte sich, Arbeiten, Veröffentlichungen und Korrespondenzen Robert Mayers zusammenzutragen und zu veröffentlichen. Auch berichtete er über gegenteilige Meinungen zu Mayers Auffassungen, was eigentlich zu Dank verpflichtet. Dann attackierte er einen gewissen Otto Seiffer, der zwar den Äquivalenzwert zwischen mechanischer Kraft und Wärme (= calorischer Wert der Arbeit) anerkannte, jedoch den Übergang von einer Naturkraft in die andere als unwissenschaftlich bezeichnete. Anlage 21a, Anlage 21b.

Besonders unrühmlich von Weyrauch war, dass er zunächst Mayer gegen die Angriffe britischer Wissenschaftler zu Recht verteidigte, die meinten, der Deutsche hätte die Aussagen seiner Berechnung für alle Aggregatzustände beansprucht. Weyrauch meinte, dies sei "fälschlich" gewesen. Anlage 22a, Anlage 22b, Anlage 22c.
 
Und dann bekam derselbe Herr Weyrauch wenige Jahre später den Auftrag in "LUEGERS LEXIKON DER GESAMTEN TECHNIK" das Kapitel "Energie" zu bearbeiten. Dort log der Epigone, indem er mitteilte, dass Mayer zuerst zu der Erkenntnis gelangte, dass bei allen Vorgängen in der Natur die in Arbeitseinheiten messbare Energie unverändert bleibt. Anlage 23

Schlussendlich soll nochmals auf Joule eingegangen werden. Für die behauptete Richtigkeit des Satzes über die Energieerhaltung bemühte er den lieben Gott. Anlage 24a, Anlage 24b

Im Gegensatz beklagte Max Born viele Jahre später, dass die Thermodynamik auf Beobachtungen an Wärmemaschinen aufbaute und er fragte: "War dies nicht zu umgehen?" Anlage 25a, Anlage 25b.
 
Wenn es so wäre, dass die Thermodynamik auf Beobachtungen an Maschinen aufbaute, dann hätten wir eine hypothesenfreie, "exakte" Wissenschaft. Faßt man die Energie als eine Art mathematischer Funktion auf, gibt es keine Probleme, fasst man sie als eine Naturerscheinung auf, dann kommt man zu anderen Ergebnissen. So etwas praktizierte Carl Linde zum Beispiel erfolgreich. Er "drehte" die Dampfmaschine "um" und zog den Kolben aus dem Zylinder und erzeugte nicht Wärme sondern im Widerspruch zum zweiten Teil des Grundsatzes nach Anlage 3 Kälte ......... und schuf somit die Grundlage seines Firmenimperiums.

Ab Formel (20) in Anlage 7b muß zu den Hauptsätzen der Thermodynamik die Arbeit neu beginnen. Hilfreich wäre es dazu, eine Forderung des Mitgliedes der Wiener Akademie der Wissenschaften von Brücke, formuliert ca. 1851, nun endlich zu erfüllen:

Es sind Versuche anzustellen behufs der genaueren Bestimmung des mechanischen Aequivalents der Wärme. Es ist zu wünschen, dass die Preisbewerber Methoden einschlagen, welche von denen des Herrn James Prescott Joule möglichst abweichen, damit die Fehlerquellen, von welchen man sich nicht befreien kann, verändert werden. .......

Der zu ermittelnde Zahlenwert ist von so hoher Wichtigkeit, dass ihm in dieser Rücksicht unter allen, die je ermittelt sind, ja vielleicht unter allen, die je ermittelt werden, keiner voransteht. Es wird die Zeit kommen, in der es fast kein Kapitel in der Physik gibt, in welchem er nicht eine wesentliche Rolle spielt. Nicht minder groß ist seine Tragweite für praktische Zwecke, indem er die Basis bilden wird für den Voranschlag über die Leistungsfähigkeit eines jeden arbeiterzeugenden Systems, indem er uns zugleich die Grenze bezeichnet, über welche hinaus sich unsere Hoffnungen niemals erstrecken dürfen." Anlage 26a, Anlage 26b, Anlage 26c, Anlage 26d, Anlage 26e

Wir erleben den zweiten Teil im Brücke-Zitat, ohne den ersten erledigt zu haben - ausgenommen als erfolgreichstes Experiment das von C. Linde.

Fragen an Philosophen und/oder Psychologen wären, - weil Physiker und Ingenieure sie mangels Erfahrung nicht beantworten können:

Warum fälschen Menschen Messergebnisse?
Vgl. Anlage 14h , Anlage 14i, Anlage 14j.

Warum fälschen Menschen durch Weglassungen?
Vgl. Anlage 20a , Anlage 20b, Anlage 20c.

Warum argumentieren Menschen als Autoren von Lexika anders als im "Normal- zustand"? Vgl. Anlage 22b, Anlage 23.

Warum zwingen uns Menschen in eine Atomenergie unter Hinweis auf Naturgesetze, die in Wirklichkeit nur eine "Annahmennologie" zur Grundlage haben?
Vgl. Anlage 27 , Anlage 4, Anlage 5a, Anlage 5b, Anlage 5c,  Anlage 5d, Anlage 5e.

Warum beschäftigt ein Bundesforschungsministerium Ministerialräte (oder höher), die Akademiker und Ingenieure, welche sich an der Auswegsuche bei der Energiekrise in den siebziger Jahren beteiligt haben, mit der Bemerkung belegen "Es gibt ja auch Pfarrer, die sündigen?" Vgl. Anlage 28

Warum überhaupt respektieren Menschen die Mathematik mehr als die Natur?

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