Stoffen komen voor in de natuur in drie verschillende vormen: vloeibaar, vast en gasvormig. Die toestanden hangen samen met den omringenden warmtegraad.
Water gaat over in gasvorm, wanneer het vrijelijk aan de lucht is blootgesteld, en op onstuimige wijze wanneer het verwarmd wordt, of wel wanneer het in luchtledige ruimte wordt gebracht. De spankracht van stoom, dat is van gasvormig water, neemt toe met den warmtegraad van het water, waaruit het zich vormt.In open ruimte kan die warmtegraad niet hooger stijgen dan 100° C. In besloten ruimte daarentegen klimt de warmtegraad hooger met de spanning, en de volumen der gassen zijn omgekeerd evenredig aan de drukkingen, welke zij wederstaan.
Spanningen van waterdamp voor temperaturen van 0° tot 1000° C.:
Graden op den
Thermometer Celsius. Spanning van waterdamp in mM. kwikkolom. Druk op 1 vierk cM. In Kilogrammen.
0° 5,059 0,0069
25° 23,090 0,0314
50° 88,743 0,1216
75° 285,070 0,3963
100° 760,000 1,0325
Om water te verdampen tot stoom, is brandstof noodig: hout, steenkool, turf of minerale olie. Het warmtegevend vermogen is zeer verschillend. Hout en turf staan gelijk op ongeveer 3600 caloriën, welke ontwikkeld worden door het verbranden van 1 Kilogram. Steenkool heeft een hooger calorisch vermogen: 7600 caloriën. Een kilogram steenkool kan theoretisch twaalf kilogrammen water van een temperatuur van vijftien graden celsius verdampen.
In de 17de eeuw hebben eenige natuuronderzoekers, Salomon de Claus en Denis Papin in Frankrijk, de Markies van Worcester in Engeland, Huygens in Holland zich bezig gehouden met de vraag, hoe de spankracht van gasvormig water praktisch zou zijn toe te passen voor het verrichten van arbeid. Denis Papin heeft omstreeks 1695 in een boekwerk gedrukt te Cassel, 'een toestel beschreven, dat door hem uitgevonden ongeveer overeenkomt met de hoofdtrekken der latere stoommachine, welke in de 18de eeuw eerst werkelijk tot stand werd gebracht door Newcome, ten einde water te pompen uit de tinmijnen van Cornwallis in het zuiden van Engeland.
In de machine van Newcome werd een zuiger opgeheven door stoom in een cylinder, waarna afkoeling van dien stoom den zuiger weder deed dalen. In de handen van James Watt kreeg dit oorspronkelijke toestel een heel wat meer volkomen gedaante. Watt verzon de condensatie buiten den cylinder, de drukking van den stoom beurtelings aan beide zijden des zuigers, de omzetting van de heen en weder gaande in draaiende beweging door balans, koppelstang en kruk, de regeling van de stoomtoetreding door den ronddraaienden regulator, enz. enz. Watt is de ware vader geweest van de practische toepassing der stoomkracht. Die uitvinding heeft het aanzien der samenleving veranderd, want door spoorwegen en stoombooten zijn alle afstanden zoo goed als te niet gedaan, en is het arbeidsveld van den beschaafden mensch zoo groot geworden als het aardoppervlak. De bloeitijd der stoommachine is thans echter voorbij, daar wij verbeterde middelen hebben gevonden tot het drijven van arbeidswerktuigen. Sedert wij door electrische geleidingen aanzienlijke krachten kunnen overbrengen, is het motorische vermogen der watervallen beschikbaar geworden over groote afstanden, en zijn wij onafhankelijk geworden van de stoommachine en dus ook van de steenkool.
