Pyrodynamik

In der Pyrodynamik beschäftigen wir uns vornehmlich mit Feuer oder stark feuerhaltigen Substanzen. Die komplette Pyrodynamik ist sowohl elementartheoretisch als auch hermetisch konsistent, indem man die Phlogiston/Caloricum-Theorie zur Übersetzung benutzt. Ich werde hier einen elementartheoretischen Ansatz benutzen. Wenn sie eine rein akademische Ansicht bevorzugen, ersetzen sie einfach nur das Wort Feuer durch Caloricum.

Feuer ist das leichteste der Elemente. Leichter noch als Luft, welches wir eigentlich in unserem alltäglichen Sprachgebrauch und normalen Weltverständnis als leicht wahrnehmen. Auf der anderen Seite ist Luft flüchtiger als Feuer, wodurch, vorallem in Kombination mit dem Leichtigkeitsunterschied, eine charakteristische und wichtige Dynamik entsteht. Feuer ist nach der Luft das zweitflüchtigste Element.

Ohne jetzt mit Elementaristen in allzugroße Glaubensdiskussionen verstrickt zu werden, möchte ich diese Behauptung nicht beweisen, sondern sie, durch die in der Pyrodynamik verwendete Definition von leicht und flüchtig, anxiomatisch begründen.

Leicht := Je leichter ein Objekt ist, desto mehr strebt es nach oben*1. Können sich Objekte ungehindert bewegen, dann ordnen sie sich ihrer Leichtigkeit (bzw. der Schwere genannten reversiblen Leichtigkeit) entsprechend an.

Flüchtigkeit := Flüchtigkeit ist ein Maß für den inneren Zusammehalt eines Stoffes. Je mehr ein Stoff dazu tendiert, bei gleichbleibendem äußeren Einfluss zu dissoziieren, desto flüchtiger ist er.

Beispiel:

An dieser Stelle möchte ich auch schon direkt die ersten Beispiele geben, um das Prinzip zu verdeutlichen. Bekannterweise steigt warme Luft nach oben. Sie ist also leichter als kalte Luft. Das liegt laut den fundamentalen Prinzipien der Pyrodynamik an dem Gehalt an Feuer in der Luft. Warme Luft enthält mehr Feuer als kalte Luft. Daher ist warme Luft leichter und steigt nach oben.

Auf die gleiche Weise tendiert kalte Luft dazu, länger an einem Flecken zu verweilen. Während sich von einem Feuer erwärmte Luft schnell in einem Raum ausbreitet und auch schnell wieder verfliegt, sollte man vergessen, die Fenster geschlossen zu halten, tendiert kalte Luft, wie zum Beispiel Nebel*2 dazu, so lange zu verweilen, bis sie von den Sonnenstrahlen erhitzt wird*3.

In der Phlogiston-Theorie versehen wir das Caloricum mit einer negativen schweren Masse. Stoffe werden beim Verbrennen bekannterweise schwerer, da beim Verbrennungsprozess Phlogiston frei wird und so die Gesamtmasse zunimmt. Warme Substanzen sind dementsprechend leichter, da sie Caloricum an sich, in Form von Wärme, binden.

Pyrostatik:

Feuer wird gerne und oft benutzt, vor allem zur Energieübertragung. Energie kann leicht und mit relativ geringem Verlust in Feuer, genauer gesagt Feuerbewegung (aber das ist eine eigenständige Vorlesung), umgewandelt werden und umgekehrt. Dies ist eine der fundamentalen Prinzipien der Pyrostatik, welcher wir uns widmen wollen, bevor wir zur Pyrodynamik übergehen.

Wir können jeder Art von Materie einen Pyrostatischen Koeffizienten zuordnen, welcher linear beschreibt, wieviel Energie und Zeit wir aufwenden müssen um ein durchschnittliches Element durch ein Feuerelement zu ersetzen. Der Pyrostatische Koeffizient ist eine reelle Zahl zwischen Null und Eins und besonders hoch bei leicht verfeuerbarer Materie und sehr niedrig bei entsprechend resistenten Substanzen. Das Extremum Eins nimmt er ausschließlich bei elementarem Feuer und das Extremum Null niemals an.

Für die Anwendung ist der Pyrostatische Koeffizient nur auf bestimmten Intervallen nützlich, denn er hat leider die Angewohnheit, solcherart materienspezifisch zu sein, dass er sich verändert, sobald sich die elementare Zusammensetzung des untersuchten Stoffes ändert.

Beispiel:

Zum Beispiel unterscheiden sich der Koeffizient eines kalten Stückes Holz und der eines handwarmen Stückes nur unwesentlich, doch sobald beim Holz eine gewisse Sättigung an Feuer erreicht ist, ändert sich die Pyrostatik sprunghaft und der Koeffizient wird in diesem Spezialfall sprunghaft größer. Im Volksmund sagt man, das Holz brennt.

Dieses Beispiel führt uns direkt zur nächsten fundamentalen Eigenschaft der Pyrostatik, der pyrostatischen Äquivalenz. Da Feuer ein sehr flüchtiges Element ist, neigt es dazu eben keine Accumulationen zu bilden, sondern sich gleichmäßig zu verteilen. Ein warmes Objekt wird so lange Feuer an die Umgebung abgeben, bis es selber die gleiche Temperatur erreicht hat, wie seine Umgebung. Dabei wird die Menge an Feuer einer bestimmten Substanz immer mit dem pyrostatischen Koeffizienten gewichtet.

Beispiel:

Um ein Bett im Winter zu wärmen, legt man einen Ziegelstein ins Herdfeuer oder auf den Ofen. Der Ziegelstein nimmt Feuer aus dem Ofen auf, bis er die gleiche Temperatur erhalten hat wie der Ofen. Dann, unter den Decken platziert, gibt er das Feuer an das Bett und die darin befindliche Person ab, bis er seinerseits die Temperatur des Bettes angenommen hat.

Würde man gleiches mit einem gleichgroßen Block Eisen (oder Kupfer) machen, die einen höheren pyrostatischen Koeffizienten haben,  dann würde sich das Metall zwar sehr viel schneller auf die Temperatur des Ofens erhöhen, aber auch genauso schnell wieder abkühlen und nicht so viel Feuer speichern können wie der Stein.

Wie wir in diesem Beispiel auch schon angedeutet haben, hängt die Geschwindigkeit auch mit dem pyrostatischen Koeffizienten zusammen – oder besser gesagt mit dem Gradienten der Pyrostatischen Koeffizienten. Je größer der Gradient, desto schneller der Austausch von Feuer. Außerdem gibt das allgemeine Gradientenfeld darüber hinaus die Richtung des Feueraustausches an.

Beispiel:

Es gibt Kochpfannen mit Metall und andere mit Holzgriff. Der Holzgriff ist dazu da, die Hände vor der heißen Pfanne zu schützen. Da der Metallgriff einen hohen pyrostatischen Koeffizienten hat, nimmt er schnell von der heißen Pfanne Feuer auf, während der Holzgriff mit dem niedrigen Pyrostatischen Koeffizienten dafür länger braucht.

Da außerdem der pyrostatische Faktor des Holzgriffes näher an dem der umgebenden Luft liegt als der des Metalls, wird bei dem Holzgriff außerdem eine signifikante Menge des Feuer eher an die umgebende Luft abgeführt als an den Griff selber, was die Zeit außerdem noch verlängert.

Ein hohes lokales Gefälle und ein hoher und schneller Austausch von Feuer kann selbst von nicht akademisch geschulten Personen als Flammen, Licht, oder eine Rötung des entsprechenden Werkstoffes wahrgenommen werden, wobei dort die Quantifizierung nicht immer eindeutig ist. Auch recht heißes Metall kann als unverfärbt erscheinen und die Erkentniss für manche Augen setzt erst bei einem noch höheren Gradienten des Feueraustausch an.

Verbrennen

Selbst der Austausch von Feuer kann mit einer quasistatischen Näherung eben noch als Pyrostatik interpretiert werden, aber spätestens beim Verbrennen werden wir nun an die Grenze zur Pyrodynamik stoßen.

Als Verbrennen beschreiben wir den Übergang von einem Stoff zu einem anderen durch die Abgabe von Feuer. Trivialstes Beispiel dafür ist das Verbrennen eines Holzscheites zu Asche.

Beim Verbrennen werden Stoffe im Allgemeinen schwerer, was natürlich darin begründet ist, dass Feuer-Elemente des Ausgangsstoffes durch andere Elemente ersetzt werden, die zwangsweise natürlich alle schwerer sind als Feuer.

Im Allgemeinen ist der Pyrostatische Gradient zwischen Ausgangs und Endstoff so hoch, dass er einerseits eine kontinuierliche weitere Verbrennung aufrechterhalten kann und andererseits sogar für Nicht-Akademiker sichtbar ist.

Um die pyrostatische Verbrennung zu initialisieren, muss dem Ausgangsstoff eine charakteristische Menge an Feuer zugefügt werden. Wie viel dies genau ist, richtet sich sowohl nach dem Pyrostatischen Koeffizienten, als auch nach der Elementaren Konfiguration des Ausgangs-, des Endstoffes und der Umgebungsstoffe. Da bei dem Austausch von Elementen, und somit der Elementaren Transmutation von einem Stoff zu einem anderen, der Gradient ebenfalls durch die umgebenden Elemente verändert wird, beeinflussen diese die Transmutation, auch wenn sie selber keine Veränderungen eingehen.

Zusätzlich zu der quasi-statischen Näherung müssen wir uns hier auch noch einer quasi-lokalen Näherung bedienen. Denn die initialisierende Menge Feuer ist proportional zu dem Teil der Fläche, in dem sie angewendet wird. In der Regel wird man, um ein Stück Holz zu verbrennen, nicht dem gesamten Stück so viel Feuer zuführen, dass es verbrennt, sondern man wird einem lokal begrenzten Stück so viel zuführen, dass das lokal begrenzte Stück anfängt zu brennen. Wenn nun bei dem Initialstück die Verbrennung eingesetzt hat, wird die dabei frei werdende Menge Feuer wiederum umgebende Flächen initialisieren und so weiter.

Die Verbrennung wird nach der elementaren Theorie dadurch initialisiert, dass man sich des anxiomatischen Begriffes der Flüchtigkeit bedient. Erhöht man den Anteil des Feuer in einer gewissen Substanz, so neigen die Elemente des Feuer innerhalb der Substanz dazu, sich gegenseitig abzustoßen. Ist nun der Gradient dieser Feuer-zu-Feuer-Abstoßung höher als der Feuer-zu-Umgebung-Abstoßungsgradient, so werden wieder Feuerelemente frei. Daher funktionieren die meisten Verbrennungen auch besser, wenn der zu verbrennende Stoff von viel Luft umgeben ist. Da die Luft das einzige Element darstellt, das noch flüchtiger als Feuer ist, ziehen die Luftelemente noch zusätzlich Feuerlementente aus dem Stoff, während alle anderen Elemente, vor allem Erde (und/oder Wasser), sie zurückstoßen würden.

Pyrostatische Formen

Die topologische Form von Feuer wird im Allgemeinen durch das Wechselspiel mit ihrer Umgebung, sprich den umgebenden anderen Elementen, bestimmt.

Das feurige Firmament ist hierbei sicher das einfachste und vertrauteste Beispiel, das jedem Leser bestens bekannt ist. Sowohl Sonne, Sterne, als auch Kometen nehmen im Allgemeinen eine Kugelform an, da sie selber fast ausschließlich aus Feuer bestehend und vollständig von Luft umgeben sind. Da sie weniger flüchtig sind als die umgebende Luft, streben sie danach, relativ zur Luft, nicht zu dissoziieren und eine möglichst kleine Oberfläche zu bilden, was im euklidisch dreidimensionalen Fall natürlich eine Kugel ist.

Gleichzeitig sind sie leichter als die umgebende Luft, was ihre Position am Himmel in approximativ erster Näherung hinreichend beschreibt.

Erdgebundene pyrostatische Formen sind im Allgemeinen komplexerer Natur, da sie, im Gegensatz zum feurigen Firmament, dem Wechselspiel mehrerer Elemente unterliegen. Ein statisches, erdgebundenes Feuer kann man topologisch am ehesten mit einer Trapezartigen Grundstruktur mit nach oben gerichteten Fortsätzen beschreiben. Die nach oben gerichteten Fortsätze werden im Allgemeinen als Flammen bezeichnet.

Der trapezartige Körper entsteht hauptsächlich durch das Wechselspiel mit Erde, Metall bzw. erdehaltigen Sustanzen (je nachdem, an welche Elementartheorie die Leser glauben). Durch die extrem hohen Leichtigkeitsgradienten wird das Feuer zur kompakten Formgebung gezwungen, wodurch der Rumpf der Flamme entsteht. Die Flammen als solches werden durch das Wechselspiel des Flüchtigkeits- und Leichtigkeitsgradienten der Feuer- und Luft-Grenzschicht bestimmt. Der Flüchtigkeitsgradient zeigt nach unten und versucht die Form des Feuers auf eine kompakte erdgebundene Form zu bringen, während der Leichtigkeitsgradient nach oben wirkt und das Feuer über die Luft erheben will. In einer homogenen Flamme würde ein Gleichgewicht und eine einzelne kompakte Form entstehen, die je nachdem, ob der Leichtigkeits- oder Flüchtigkeitsgradient höher ist, erd- oder himmelsgebunden wäre.

Da nun aber fern der Theorie kein Feuer homogen ist bilden sich Gebiete mit verschiedenen Verhältnissen zwischen dem Leichtigkeits- und dem Flüchtigkeitsgradienten heraus. Jene lokalen Gebiete haben verschiedene Dynamiken und Anordnungsparameter, ihren superpositionierten Gradientenfeldern entsprechend.

Das führt in der Regel dazu, dass ein Erdgebundenes Feuer sich nicht wie ein kompakter makroskopischer Körper verhält, sondern kontinuierlich Teile als Funken und/oder Flammenzungen abspaltet.

Übergang zur Pyrodynamik

Nun müssen wir sogar den quasi-statischen Fall verlassen und vollends zur Pyrodynamik übergehen. In der klassischen Lehrmeinung wird dies anhand der pyrodynamischen Formen gemacht, woran auch ich mich hier halten will.

Wie der geneigte Leser bei den Anmerkungen zum feurigen Firmament bereits bemerkt haben wird, ist ein Komet natürlich nicht rund (bzw. wenn wir dreidimensional euklidisch rund meinen, dann sagen wir im Alltag meist “kugelförmig”) sondern hat einen (oder ggf. mehrere) Schweif(e). Diesen Schweif können wir nicht mehr, wie im quasi-statischen Fall des erdgebundenen Feuers mit der Interaktion verschiedener Elemente oder der Inhomogenität erklären (da hier die Elemente Feuer und Luft fast in Reinform vorliegen), sondern müssen die Geschwindigkeit mit einbeziehen.

Konkret herrscht bei einem Kometen das gleiche Gleichgewicht wie beim oberen Teil eines erdgebundenen Feuers, mit dem Unterschied, dass sich die Gradienten in Bezug auf die Oben/Unten Richtung auf Geodäten, also im Äquilibrium, befinden. Im Allgemeinen sagen wir dazu “fest himmelsgebunden”.

Daher bleibt allein die Geschwindigkeit der Bewegung des Kometen durch die Luft als Störfaktor für die ansonsten statischen Gradienten. Die Geschwindigkeit wirkt nicht überall gleich, da sie keine Rotationssymetrie bezüglich des Kugelmittelpunktes aufweist. Betrachten wir den zweidimensionalen Schnitt durch die Kugel, so wirkt sich die Geschwindigkeit oben und unten stärker auf den Gradienten aus als in der Mitte. Die Wechselwirkungen zwischen Luft und Feuer sind ja im Allgemeinen langreichweitig und nicht auf die Oberflächenelemente beschränkt. Während jetzt den Luftelementen in der Mitte eine Anzahl an Feuerelementen multipliziert mit dem Radius des Kometen entgegensteht, so nimmt die Anzahl der Elemente nach oben und unten hin entsprechend ab, was sich natürlich auf den Gradienten und damit die Formgebung auswirkt. Ferner ist natürlich die Wechselwirkung zwischen den Elementen nicht instantan, sondern durch die elementare Austauschgeschwindigkeit begrenzt, wodurch die Gradientenmodifikation entsprechend gewichtet wird.

Approximativ nimmt die Geschwindikeitsstörung durch die Bewegung in erster Näherung eine paraboloide Form, die sogenannte Laminarströmung an, die mit der absoluten Geschwindigkeit als Faktor gewichtet wird.

Bevor wir diese Erkenntnis auf den Kometen anwenden, möchte ich diese Erkenntniss am Beispiel eines Feuerstrahles näher verdeutlichen. Ein Feuerstrahl ist die kontinuierliche Ausstoßung von Feuers in eine Richtung und bewegt sich mit einer anfänglichen gleichen Geschwindigkeit durch die Luft. Sobald die Feuerelemente nun aber in Wechselwirkung mit der umgebenden Luft kommen, ändern sich ihre jeweiligen Gradienten und dementsprechend auch ihre Geschwindigkeiten. Die äußeren Elemente werden langsamer, während die inneren nahezu gleich schnell bleiben. Dadurch entsteht eine nahezu perfekte Paraboloide Form, deren Grad und Exzentrizität von den Anfangsbedingungen gegeben werden, so dass der Feuerstrahl eben keine Röhre ist, wie wir es eigentlich gerne hätten, um seine Energie möglichst effizient zu fokussieren.

Wenn wir also nun konkret eine Feuerkugel mit einer paraboloiden Laminarströmung überlagern, dann bekommen wir vorne eine elliptische Form und der vordere Teil der Kugel wirkt leicht deformiert, während wir hinten eine konkave, elliptische Form bekommen sollten. Dies wäre auch der Fall, wenn wir die Wechselwirkung der Feuerelemente oben und unten vernachlässigen könnten, die durch Luftelemente getrennt sind. Ein Komet würde so stets zwei Schweife ausbilden, die homogen aus Feuer bestehen und die Form der Spitzen zwei inneinander verschränkter Parabeln hätten.

In der Realität können wir allerdings die Wechselwirkung der Schweife nicht vernachlässigen und ihre Wechselwirkung und die Wechselwirkung mit der Luft im Zwischenraum, gewichtet mit der Geschwindigkeit, ergibt ein hochgradig inhomogenes Ensemble, wie bei den Flammen eines erdgebundenen Feuers. Daher werden sich bei einem reellen Kometen in der Regel die beiden idealisierten Schweife zu einem einzigen vereinen, der aus einer Ansammlung von Gebieten aus Luft und Feuer besteht.

Finale Worte:

Ich hoffe, Sie durch diesen kleinen Ausblick in die Pyrodymanik zu eigenen Nachforschungen inspiriert und Ihnen gleichzeitig das Handwerkszeug für weiterführende Literatur an die Hand gegeben zu haben.

Viele Pyromanten werden auf intuitivem Wege bereits alles hier Gesagte verinnerlicht haben, aber ich hoffe, dass auch Sie erfreut sein werden, nun ein kleines theoretisches Konstrukt für ihre alltäglichen Umgangsformen an der Hand zu haben.

Alle anderen Elementaristen und Akademiker werden in Zukunft durch diese Einführung vielleicht ein besseres Verständniss für die Arbeit und Werke der Pyromantie erhalten.

Zumindest hoffe ich das.

Wie immer ist akademischer Austausch und Reflektion über dieses Thema sehr willkommen und ich bin über die üblichen Wege erreichbar.

Ich wünsche einen frohen 1. April

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*1: “Oben” ist natürlich eine Frage des Bezugssystems und der Topologie des Raumes. Ich gehe hier der Einfachheit halber von einem einfach orientierten Bezugssystem aus und bitte den geneigten Leser, dieses Attribut selber bei Bedarf zu verallgemeinern.

*2: Der natürlich erschwerenderweise auch noch recht viel Wasser enthält.

*3: Vorausgesetzt wir haben keine eigenständige Luftbewegung.

In der Pyrodynamik beschäftigen wir uns vornehmlich mit Feuer oder stark feuerhaltigen Substanzen. Die komplette Pyrodynamik ist sowohl elementartheoretisch als auch hermetisch konsistent, indem man die Phlogiston/Caloricum-Theorie zur Übersetzung benutzt....