From Gustav Magnus   18 Mai 1856

Berlin 18 Mai 1856.

Verehrter Freund

Entschuldigen Sie daß ich Ihren lieben Brief vom 3^ten d. erst heut beantworte. Ich war in dieser Zeit sehr beschäftigt und konnte meine Thätigkeit nicht gut unterbrechen, um so mehr als ich die Festtage auf dem Lande zuzubringen versprochen hatte. – Sie wünschen meine Ansicht über die Ursache des Zerspringens der Kessel von Dampfmaschinen.

Springen der Kessel, sowohl der Locomotiv- wie der übrigen Kessel tritt, nach meiner Ansicht besonders dann ein, wenn es an Wasser in dem Kessel fehlt. Bei den Locomotiven kommt ein Mangel an Wasser bestimmt viel häufiger vor als bei stehenden Maschinen. Denn denkt man sich daß eine Locomotive anhält, so verbraucht sie doch Dämpfe, weil sie gewöhnlich so stark geheizt wird um Dämpfe in hinreichender Menge zu liefern wenn der Zug wieder in Bewegung gesetzt werden soll; auch öffnet sich fast jedes Mal das Ventil während der Zug anhält. Die Locomotiven sind aber so eingerichtet daß sie nur während ihrer Bewegung das Wasser aus dem Tender pumpen. Bei uns pflegt man auf der Locomotive noch eine besondere kleine Dampfmaschine anzubringen, in die man, nur wenn der Zug steht, Dämpfe einströmen läßt und die dann Wasser in den Locomotivkessel pumpt. Wo eine solche Vorrichtung fehlt, ist es unvermeidlich daß das Wasser im Kessel ein Mal unter seinen normalen Stand hinabsinkt. – Nehmen wir an daß dieser Fall eintritt, so nehmen die Wände des Kessels und die Heizröhren, welche vom Feuer umspühlt, und im Innern nicht mehr von Wasser bedeckt sind, eine sehr hohe, der Glühhitze nahe Temperatur an. Das Wasser wird an seiner Oberfläche die heißen Wände gar nicht berühren, sondern den sogenannten sphaeroidalen Zustand annehmen; es wird deßhalb auch nur eine sehr mäßige Dampferzeugung stattfinden. Wenn aber durch irgend einen Umstand der Druck den die Dämpfe im Kessel gegen die Oberfläche des Wassers ausüben, sich vermindern sollte, so würde ein Aufkochen eintreten. Dann werden die Wassermassen gegen die heißen Wände geworfen, diese kühlen sich ab, es entsteht eine plötzliche Dampfentwicklung und der Kessel springt. Solcher Umstände, durch die eine plötzliche Verminderung des Drucks der Dämpfe entsteht, können sehr verschiedene eintreten. Zunächst eine Abkühlung des oberen mit Dampf gefüllten Raumes von aussen, durch einen kalten Wind oder dergleichen. Diese Abkühlung wird aber selten genügen um ein Aufkochen zu erzeugen. Öfter möchte dieses eintreten durch Oeffnung des Sicherheitsventils. Steht die Locomotive still, wird kein Dampf verbraucht, so steigert sich die Spannkraft der Dämpfe doch allmälig, obgleich das Wasser sich im sphaeroidalen Zustand befindet, endlich wird seine Spannkraft so groß, daß das Sicherheitsventil sich öffnet. So bald dies geschieht vermindert sich plötzlich die Spannkraft und das Wasser kocht auf. Eine andere Veranlassung zum Aufkochen ist die, daß ein Theil des Dampfes in die Cylinder gelassen wird, damit die Locomotive sich bewege. Sobald dies geschieht vermindert sich die Spannkraft des noch vorhandenen Dampfes, und das Aufkochen tritt ein.

Auch bei feststehenden Maschinen kommt nach meiner Ansicht ein Springen der Kessel nur vor, wenn es an Wasser in denselben fehlt. Leider ereignen sich mit solchen Kesseln auch bei uns bisweilen, jedoch nur sehr selten Unglücksfälle. Man bringt aber immer mehr, auch bei den stehenden Kesseln, die vorhin erwähnten kleinen Maschinen an, die nur dazu dienen Wasser in den Kessel zu pumpen. Denn wenn aus irgend einem Grunde eine Maschine für einige Zeit still stehen muß, so nimmt das Wasser in dem Kessel ab, indem der Dampf durch das Sicherheitsventil entweicht ohne daß neues Wasser zugepumpt wird, weil die Pumpen immer mit der übrigen Maschine in Verbindung sind. Durch die getrennte kleine Maschine lässt sich dieser Uebelstand leicht beseitigen.

So viel über diesen jedenfalls sehr interessanten Gegenstand. Sollten Sie darüber etwas veröffentlichen, oder einen Bericht darüber erstatten, so wäre es mir lieb wenn Sie ihn mir mittheilten. Ich verspreche Ihnen von hier aus zu senden was ich über denselben erhalten oder erfahren kann. Uebrigens glaube ich daß eine Veröffentlichung ganz gut wäre damit das Publicum wüßte worauf es zu achten hat. Vielleicht würde dieselbe auch die Veranlassung für die Auffindung einer mechanischen Vorrichtung durch welche das Sinken des Wassers unter dem normalen Stand unmöglich würde.

Was Sie mir von Plücker schreiben ist mir sehr interessant. Zu mir sagte Wheatstone in Paris daß Plücker nur als Mathematiker Mitglied der Royal Society geworden sei.

Faraday ist zu bescheiden. Nicht seine Arbeiten sondern sein vortrefflicher Character binden seine Verehrer so fest an ihn, und dieser Character, verbunden mit seinen colossalen Leistungen stellt ihn in meinen Augen so hoch. Denn leider findet man nur zu häufig wo bedeutende Leistungen vorliegen, ein [einen] Mangel eines tüchtigen und liebenswürdigen Characters. (Sie brauchen Faraday übrigens nicht immer vorzulesen was ich von ihm schreibe, denn sonst kann ich nicht mehr schreiben wie ich möchte.) Aber grüßen mögen Sie ihn von mir.

Wegen der Reise nach Wien weiß ich noch nichts zu bestimmen, aber einen Vorschlag will ich machen. – Wenn Sie nach Deutschland kommen, werden Sie nicht allein nach Wien gehn wollen. Ich hatte mir vorgenommen im August mit meiner Frau in die Schweiz zu gehn, kommen Sie mit Frankland und Bence Jones auch dort hin, und gehn Sie von dort nach Wien. Wir wollen dann in der Schweiz die schöne Natur genießen und dabei uns von Physik unterhalten. Schreiben Sie mir bald ob und was Sie in dieser Beziehung beschließen, und seien Sie auch so gut mir zu sagen was Sie gegen meine Theorie von dem Springen der Kessel auszusetzen haben.

Bence Jones, Frankland, Wheatstone, Francis, und alle die sich meiner erinnern bitte ich Sie zu grüßen.

Von Herzen | Ihr | GMagnus.

Meine Frau und Kinder tragen mir die freundlichsten Grüße auf.

Berlin 18 May 1856.

Esteemed friend

Excuse the fact that I am answering your kind letter¹ of the 3^rd of this month only today. I have been very busy lately and could not easily interrupt my activities, all the more so as I had promised to spend the holidays in the countryside. – You wish to hear my view about the cause of the explosion of boilers of steam engines.

In my view the bursting of boilers, both of locomotives as well as of other boilers,² occurs especially when there is a lack of water in the boiler. A deficiency of water definitely occurs much more often with locomotives than with stationary machines. If one imagines a locomotive stopping, then it nevertheless consumes steam, because it is usually heated so intensely as to provide steam in sufficient quantity if the train should be set in motion again; also, the valve opens almost every time while the train is stopping. However, locomotives are constructed in such a way that they only pump water from the tender while in motion. Here, it is customary to attach on top of the locomotive another special little steam engine,³ into which – only when the train is stationary – one lets the steam flow and which then pumps water into the locomotive’s boiler. Where such a device is wanting, it is inevitable that the water in the boiler falls below its normal level at some stage. – If we suppose that this event occurs, then the walls of the boiler and the heating pipes, which are lapped by the fire and are no longer covered inside by water, attain a very high temperature, close to red hot. On its surface, the water will not touch the hot walls at all, but will assume the so-called spheroidal state;⁴ only a very moderate generation of steam will therefore occur. If, however, the pressure that the steam in the boiler exerts against the surface of the water should decrease through some circumstance or other, then boiling would occur. The masses of water will then be thrown against the hot walls, these will cool down, a sudden generation of steam will occur, and the boiler will burst. Some very different circumstances can occur by which a sudden decrease of pressure of the steam will happen. First of all, a cooling of the upper steam-filled space from the outside, through a cold wind or the like. This cooling, however, will rarely suffice to cause boiling. From time to time this might occur through the opening of the safety valve. If the locomotive is standing still, if no steam is consumed, then the steam’s expansibility⁵ will still increase gradually even though the water is in the spheroidal state; finally, the tension force will become so great that the safety valve opens. As soon as this happens, the tension force decreases suddenly and the water boils. Another cause of boiling is that a part of the steam is led into the cylinders so that the locomotive may move. As soon as this happens, the tension force of the steam that is still present decreases and boiling begins.

In my opinion, in stationary machines as well, bursting of the boilers only happens if there is a lack of water in them. Unfortunately, accidents involving such boilers also occurs here from time to time, but only very rarely. However, the little machines that I mentioned before, and that serve solely to pump water into the boiler, are being installed more and more, even with stationary boilers. For whenever a machine has to remain inactive for a while for some reason or other, the water in the boiler will decrease as steam escapes through the safety valve without new water being pumped in, because the pumps are always connected to the rest of the machine. By means of the separate little machine, this problem can be easily eliminated.

So much for this at any rate very interesting subject. If you happen to publish something about it, or report on it, I should be glad if you told me about it. I promise to send you from here what I can obtain or learn about it. By the way, I think that a publication would be quite good, so that the public would know what it has to pay attention to. Perhaps the publication would also be an inducement to discover a mechanical device by means of which the sinking of water below its normal level would become impossible.

I am very interested in what you tell me about Plücker. Wheatstone told me in Paris that Plücker became a member of the Royal Society only as a mathematician.⁶

Faraday is too modest. Not his works, but his splendid character keep his admirers so close to him, and this character, combined with his colossal achievements, raises him so high in my eyes. Unfortunately one finds only too frequently, where important achievements exist, a lack of a good and amiable character. (By the way, you do not always need to read out to Faraday what I write about him, for otherwise I shall no longer be able to write how I would like.) But you can give him my regards.

I still cannot decide about the trip to Vienna,⁷ but I shall make a suggestion. – If you come to Germany, you will not want to go just to Vienna. I had intended to go to Switzerland in August with my wife; come there as well, together with Frankland and Bence Jones, and go to Vienna from there. We shall then enjoy the beautiful natural scenery in Switzerland and talk about physics at the same time. Write soon whether and what you decide in this respect, and also be so good to tell me what objections you have about my theory of the bursting of boilers.

I ask you to give my regards to Bence Jones, Frankland, Wheatstone, Francis, and everyone who remembers me.

Sincerely | Your | GMagnus.

My wife and children⁸ ask me to give you the kindest regards.

RI MS JT/1/M/18