Feuer genutzt. Arbeiten und Herstellen.

Wahrscheinlich haben Blitzeinschläge dem Menschen das Feuer gebracht. Es gibt Hinweise, dass schon Menschen vor der Gattung "Homo Sapiens" (Control of fire by early humans - Wikipedia) Feuer nutzten. Beispielsweise weerden Feuersteinspitzen mit Hitze vom Gestein abgesprengt. Zunächst hütet er es, bis er es selbst entzünden kann. Mit dem Verzehr von gegartem Fleisch beschleunigt sich die menschliche Entwicklung.

Noch heute setzen wir uns gerne um die flackernden Flammen zusammen, am drinnen am Kamin und draußen am Lagerfeuer. Neben dem mystischen Genuss treibt die Hitze des Feuers die technischen Entwicklung. So teilen wir heute die menschlichen Entwicklungstufen in Bronze- und Eisenzeit ein. Materialien und Formen können mit Wärme in andere Materialien und Formen umbewandelt werden.

Und ... nicht vergessen: ganze Städte und Landschaften kann das Feuer vernichten.

Feuerstein, das Material der Steinzeit

Feuerstein steht für die Technik des Feuermachens wie für die Technik, Feuer für Prozesse der Materialbearbeitung und Materialumwandlung.

Feuer machen

Schlägt man Feuersteine aneinander, so funkt es. Es fliegen Funken, die nicht reichen Holz- oder anderen Planzenzunder zu entzünden und Feuer zu entfachen. Wie Wikipedia zu entnehmen ist, benötigt man Pyrit, Markasit um unter anderem mit Feuerstein genügend große und glühende Partikel herauszuschlagen, die Zunder dazu bringen, zu brennen. Eine Kaskade zwischen festem Stoff und Feuerstoff ermöglicht dass etwas brennt. Es brauchte Jahrzehntausende vom Feuerstoff bis zur Kenntnis chemischer Prozesse.

Materialbearbeitung

Archäologen finden uralte Feuersein Werkplätze mit Unmengen von Pfeilspitzen und zugehörigem Abfall. Überhaupt ist bearbeiteter Feuerstein der Marker menschlicher Beseidlung oder Wanderung.

Feuerstein zeichnet sich durch große Härte aus und kann so bei punktueller Hitzezufuhr – eventuell unterstützt durch Schläge – in einzelne Teile gesprengt werden. Um ihn zu schärfen werden vielfältige mechanische Bearbeitungsmethoden eingesetzt: Schlagtechniken, Schleiftechniken und Bohrtechniken. So entstanden Schaber, um Fleisch von Knochen abzulösen, Pfeilspitzen für die Jagd und den Krieg, kunstvolle Messer zum Schneiden von Fleisch und für den Zweikampf. 

Innere Materialumwandlung

Tempern ist eine Wärmebehandlungvon Materialien.  Tempern von Feuerstein wird schon in der Ur- und Frühgeschichte (vor mehr als 70 000 Jahren) angewendet, um die Farbe des Gesteins zu verschönern und die Bearbeitungseigenschaften zu verbessern. Dadurch ändert sich deren innere Struktur und ihr äußeres Aussehen.

Wie man sieht haben sich die Menschen in frühen Zeiten viele handwerkliche Techniken angeeignet. Sie haben ihre Künste gehütet und auch weitergegeben ohne ihre Tätigkeiten erklären zu können oder gar in Zahlen festhalten zu können.

Bronze prägt die darauffolgenden Entwicklungsstufen der Menschheit

Mischt man flüssiges Kupfer mit flüssigem Zinn, so entsteht Bronze.

Chemische Umwandlung und Schmelzen

Die Metalle werden aus Erzen gewonnen. Im Allgemeinen in zwei Prozessschritten, Rösten und Schmelzen. Aus heutiger Sicht sind das zwei chemische Prozessschritte und die Umwandlung von fester in flüssige und wieder fest Phase. Kupfer und Zinn werden geröstet, um Schwefel aus Erz zu entfernen (bei Zinn ist Schwefel nicht Teil des Erzes, sondern eine mögliche Verunreinigung). Durch das Schmelzen wird dem Metall durch Kohlenstoff entzogen. Damit sie schmelzen, werden sie seit 3000 vor Chr. mit Holzkohle erhitzt. Die Holzkohle liefert auch den Kohlestoff, so dass man flüssiges Metall und Schlacke trennen kann.

Mischen oder Legieren

Durch Legieren von Kupfer und Zinn entsteht ein härteres Metall, dass für Gebracusgegenstände und Waffen verwendet wird.

Gießen

Kupfer und Bronze werden als Flüssigkeiten gemischt. Flüssige Bronze wird zu Statuen, Figuren und Gebrauchsgegenständen gegossen.

Ein großer Zeitsprung gewagt und man landet in der frühen Physe der Industrialisierung. Ganz kleinteilig und und gut zu lesen hat Helmut Veil die Zeit Ende des 18. Jahrhunderts in der Umgebnug von Coalbrookdale (im Ironbridge Gorge) beschrieben (siehe Wasserrad, Dampfmaschine, Holzkohle, Koks und Eisen von Helmut Veil – Autorenwelt Shop).

Mit der Entdeckung von Kohle wird eine sich ständig rückkoppelnde expansive Industrialisierung eingeleitet. Diese Expansion wird begleitet von einer schrittweisen Verbesserung des Wirkungsgrades der Dampfmaschine bis sie Wasserrad oder Pferd als Antriebsmaschine für Pumpen, Gebläse und den Kohle und Eisentransport ablöst.

Raubbau an Wäldern für die Gewinnung von Holzkohle zwingt Kohle zu nutzen, auch als effizientere Hitzequelle und besseres Reduktionsmaterial für das Eisenerz. Mehr Eisen verlangt nach mehr Kohle, mehr Kohle fordert tiefere Bergwerke, die brauchen Lenzpumpen, die durch Dampfmaschinen betrieben werden, Dampfmaschinen fressen Kohle, die Dampfmaschinen müssen wirkungsvoller werden, Kohle will an den Hochofen gebracht werden, Schienen werden aus Stahl gemacht ....

Der Wirkungsgrad wurde schwerpunktmäßig durch praktische Erfahrung verbessert, unter anderem von James Watt (1736-1819). Aus einer ziemlich vollständigen Übersicht zur Entwicklung der Thermodynamik (siehe Geschichte der Thermodynamik, Uni Ulm) nehme ich zwei Schlüsselfiguren. Benjamin Thompson (1753-1814) beobachtete, dass die Wärme, die beim Aufbohren von Kanonenrohren enstand, proportional der aufzuwendenen mechanischen Arbeit ist. Sadi Carnot (1796-1832) entwickelte einen Modellprozess zur Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit und fand heraus, dass der Wirkungsgrad mit zunehmender Temperaturdifferenz vor und nach getaner Arbeit steigt.

Mechanische Energie wandelt sich in Wärme  – das ist der Triumpf der Mechanik über die Wärmelehre. Wärme verwandelt sich nur von heißem Stoff zu kaltem Stoff in mechanische Energie – das ist der Sieg von Komplexität über die Mechanik. Komplexität das bedeutet nach Ludwig Boltzmann (1844-1906) Wärme als viele mechanische Teilchen in Kontakt mit ihrer Umgebung.