Die elektrische Beleuchtung (Berl. 1879);
Schellen, Die neuesten Fortschritte auf dem Gebiet der elektrischen Beleuchtung (Braunschw.
1880);
Urbanitzky, Die elektrische Beleuchtung (Wien 1882);
Uhland, Das elektrische Licht (Leipz. 1883);
Alglave und Boulard,
La lumière électrique (Par. 1882);
Hagen, Die elektrische Beleuchtung (Berl. 1884).
Spannung, der Druck, welchen die auf einem Körper im Ruhezustand angesammelte freie
Elektrizität auf das umgebende nicht leitende Mittel ausübt, indem sie von dem Körper zu entweichen strebt.
Die e. S. ist
dem Quadrat der elektrischen Dichte proportional.
Spannungsreihe, Anordnung von Substanzen in Bezug auf ihr elektrisches Verhalten zu einander. Werden z. B.
zwei Körper aneinander gerieben, so wird der eine positiv, der andre negativ elektrisch. Man kann nun
alle Körper so in eine Reihe ordnen, daß jeder, mit einem der folgenden gerieben, positiv, der letztere aber negativ elektrisch
wird. Man erhält so die für Reibungselektrizität (Reibungsreihe), deren wichtigste Glieder die folgenden sind: Haare
(Katzenfell, Fuchsschwanz), poliertes Glas, Wolle, Papier, Seide, mattes Glas, Kautschuk, Harze, Bernstein, Schwefel, Metalle, Schießbaumwolle
(Kollodium).
In der elektrischen Spannungsreihe für Berührungselektrizität (Voltasche Spannungsreihe oder elektromotorische Reihe) sind
die Metalle und einige andre feste Körper, wie Kohle und gewisse Metalloxyde (die Leiter erster Klasse), so angeordnet, daß jeder
Körper, mit einem der folgenden berührt, positiv, mit einem der vorhergehenden berührt, negativ
elektrisch wird. Die wichtigsten Stoffe dieser Reihe sind: Kalium, amalgamiertes Zink, Zink, Blei, Zinn, Eisen;
Kupfer, Quecksilber,
Silber, Gold, Platin, Kohle, Braunstein.
Für diese Reihe gilt das Voltasche Spannungsgesetz: die elektromotorische Kraft (oder Potenzialdifferenz)
zwischen zwei beliebigen dieser Körper ist gleich der Summe der elektromotorischen Kräfte aller zwischenliegenden
Paare. Die e. S. für Thermoelektrizität (thermoelektrische Reihe) zählt die Metalle nebst einigen Schwefel- und Arsenmetallen
in der Reihenfolge auf, daß ein jedes, mit dem folgenden berührt und an der Berührungsstelle erwärmt, positiv wird, so
daß der hierdurch entstehende elektrische Strom an der erwärmten Stelle von dem vorhergehenden Metall
zum nachfolgenden geht.
Die wichtigsten Körper dieser Reihe sind: Kupferkies, Wismut, Nickel (Neusilber), Platin, Blei, Kupfer, Gold, Silber, Zink, Eisen, Antimon.
Ordnet man endlich die chemischen Elemente derart, daß, wenn eine Verbindung aus je zweien durch den elektrischen Strom zersetzt
wird, das elektropositive Element, welches am negativen Pol sich ausscheidet, dem elektronegativen Element,
das am positiven Pol ausgeschieden wird, voransteht, so erhält man die elektrochemische Spannungsreihe:
+
Zirkonium
Palladium
Molybdän
Cäsium
Cerium
Rhodium
Vanad
Kalium
Uran
Platin
Chrom
Rubidium
Mangan
Iridium
Arsen
Natrium
Zink
Osmium
Phosphor
Lithium
Eisen
Gold
Jod
Baryum
Nickel
Wasserstoff
Brom
Strontium
Kobalt
Kiesel
Chlor
Calcium
Kadmium
Titan
Fluor
Magnesium
Blei
Tantal
Stickstoff
Beryllium
Zinn
Tellur
Selen
Yttrium
Wismut
Antimon
Schwefel
Lanthan
Kupfer
Kohlenstoff
Sauerstoff
Didym
Silber
Bor
-
Aluminium
Quecksilber
Wolfram
Diese
von Berzelius aufgestellte Reihe konnte nicht durchweg aus elektrolytischen Versuchen abgeleitet werden, sondern gründet
sich zum Teil auf das chemische Verhalten der Grundstoffe. Ihr zufolge kann jedes Element, mit Ausnahme
der Endglieder, elektropositiv oder elektronegativ erscheinen, je nachdem es mit einem in der Reihe folgenden oder mit einem
vorhergehenden Element in Verbindung ist. Man pflegt jedoch die den Alkalimetallen näher stehenden Glieder der Reihe etwa bis
zum Wasserstoff im allgemeinen elektropositive, die übrigen bis zum Sauerstoff elektronegative Elemente zu nennen. Die elektrochemische Theorie
(von Berzelius und Davy) erblickt in der Anziehung, welche zwei verschiedene Elemente, indem sie in Berührung miteinander entgegengesetzt
elektrisch werden, aufeinander ausüben, die Grundursache ihrer chemischen Verbindung und erklärt chemische Affinität als
elektrische Anziehung.
Potenzial, die elektrische Wirkungsfähigkeit, welche in jedem Punkte der Umgebung eines elektrischen Körpers
oder einer Gruppe elektrischer Körper herrscht. Den von dem Einfluß der elektrischen Masse beherrschten Bezirk nennt man das
elektrische Feld; dasselbe erstreckt sich eigentlich bis in unendliche Ferne, kann aber da, wo die Wirkungen
wegen zu großer Entfernung verschwindend klein geworden sind, rings begrenzt gedacht werden. Denken wir uns eine mit positiver
Elektrizität geladene Kugel und in ihrem Bereich einen negativ elektrischen Punkt, so muß, um diesen Punkt von der Kugel weiter
zu entfernen, die Anziehungskraft, welche sie auf ihn ausübt, überwunden und somit Arbeit geleistet
werden; die Arbeit, welche erforderlich ist, um den elektrischen Punkt von seiner anfänglichen Stelle bis an die äußere Grenze
des Feldes (also eigentlich bis in unendliche Ferne) zu bringen, ist ein Maß für die an jener Stelle herrschende Wirkungsfähigkeit,
oder sie stellt das daselbst stattfindende elektrische Potenzial dar.
Dieselbe Arbeit vermag der elektrische Punkt wieder zu leisten, wenn er, der Anziehungskraft Folge leistend, von der Grenze des
Feldes wieder bis zu seiner ursprünglichen Entfernung vom Mittelpunkt der Kugel zurückkehrt. Bezeichnen wir diese Entfernung
mit r, und ist der Punkt mit der Einheit der Elektrizitätsmenge, die Kugel mit der Elektrizitätsmenge
e beladen, so ist e : r das elektrische Potenzial der Kugel in Bezug auf den so gelagerten Punkt. Für alle Punkte, welche den
gleichen Abstand von dem Kugelzentrum haben oder welche in Bezug auf die Kugel auf dem gleichen »Niveau« liegen, hat das
elektrische Potenzial den nämlichen Wert.
Beschreibt man daher um das Zentrum eine Reihe von Kugelflächen mit immer größern Halbmessern, so sind dieselben sämtlich
Flächen gleichen Potenzials oder Niveauflächen; auf jeder derselben behält das elektrische Potenzial ringsum den nämlichen
Wert, es nimmt aber ab, wenn man von einer zur andern nach außen hin fortschreitet. Um einen elektrischen
Punkt längs einer Niveaufläche zu verschieben, ist keinerlei Kraftaufwand erforderlich, denn die anziehende (oder abstoßende)
Kraft, welche sich einer Verschiebung widersetzen könnte, ist ja nur in der Richtung nach dem Zentrum hin thätig und steht
somit auf der Niveaufläche senkrecht. Bringt man dagegen den Punkt von einer Niveaufläche auf eine andre,
so wird hierdurch eine Arbeit geleistet oder verbraucht, welche dem Unterschied der entsprechenden Potenziale gleich ist, auf
welchem Weg übrigens der Punkt von der einen Fläche zur andern gelangt sein mag. Alles dies
mehr
gilt nicht nur in dem bisher betrachteten einfachen Beispiel der Kugel; wie auch elektrische Massen beschaffen und gelagert
sein mögen, immer läßt sich die Verteilung der Spannung in ihrem Felde durch eine Schar von Potenzialniveauflächen veranschaulichen,
welche aber im allgemeinen nicht Kugelflächen, sondern krumme Flächen andrer Natur sein werden. Zieht
man Linien, welche die aufeinander folgenden Niveauflächen überall rechtwinkelig durchsetzen, so gibt jede derselben in dem
Punkte des Feldes, durch welchen sie geht, die Richtung der Kraft an, welche auf ihn wirkt; man nennt sie deswegen Kraftlinien.
In dem obigen Beispiel der Kugel sind die Kraftlinien Gerade, welche vom Zentrum ausstrahlen; im allgemeinen
aber sind sie gekrümmt. Die Elektrizität kann auf einem isolierten, leitenden Körper nur dann im Gleichgewicht sein, wenn
das elektrische Potenzial durch den ganzen Körper hindurch überall einen und denselben unveränderlichen Wert hat; in dem
den Körper umgebenden isolierenden Raum dagegen ist es veränderlich, indem es von der Oberfläche des
Körpers an, welche selbst eine Niveaufläche ist, auf den folgenden Niveauflächen immer kleiner wird. Da hiernach die elektrische
Kraft überall senkrecht zur Oberfläche des Körpers wirkt, so übt sie einen Druck aus gegen das den Körper umgebende isolierende
Mittel, welcher an den Stellen am größten ist, wo die Elektrizität sich am dichtesten anhäuft. Aus den
Eigenschaften des elektrischen Potenzials folgt ferner, daß im Fall des Gleichgewichts im Innern eines Leiters keine freie Elektrizität
vorhanden sein kann, sondern daß dieselbe stets als verschwindend dünne Schicht über die Oberfläche desselben verbreitet
ist.
Das elektrische Potenzial eines Körpers ist seinem absoluten Wert nach nicht bestimmbar; man gibt daher
immer den Unterschied eines Potenzials von demjenigen der Erde an, welches man als Null annimmt, ähnlich wie man die Angabe
von Höhenlagen auf das Niveau des Meers als Nullpunkt bezieht. Elektrizität entwickeln heißt nichts andres, als die beiden
Elektrizitäten, welche in unelektrischen Körpern auf dem Niveau Null miteinander vereinigt sind, auf verschiedenes
Niveau zu bringen oder eine Potenzialdifferenz zwischen ihnen herzustellen.
Wird z. B. Elektrizität durch Reibung erzeugt, so erscheint auf dem einen der geriebenen Körper ein positives, auf dem andern
ein negatives Potenzial, und die Differenz dieser beiden Potenziale (d. h. die Summe ihrer absoluten Werte)
drückt die Arbeit aus, welche zur Trennung der beiden Elektrizitäten verbraucht wurde und bei ihrer Vereinigung wieder geleistet
wird. Die Potenzialdifferenz oder der Spannungsunterschied der beiden Platten eines galvanischen Plattenpaars wird durch die
elektromotorische Kraft in stets gleicher Größe aufrecht erhalten und ist ein Maß für die letztere.
Elektromotorische Kraft und Potenzialdifferenz sind daher gleichbedeutende Begriffe. Zur experimentellen Bestimmung von elektrischen
Potenzialdifferenzen dienen Elektroskope und Elektrometer
sowie die als »Voltmeter« bezeichneten galvanometrischen Apparate.
Die Maßeinheit für Potenzialdifferenzen bildet das »Volt«, = 0,893 von der elektromotorischen Kraft eines Daniellschen Elements.
Derselbe Begriff des Potenzials gilt überhaupt für alle Kraftwirkungen, welche, wie die Elektrizität,
im umgekehrten Verhältnis des Quadrats der Entfernung abnehmen, also auch für die Schwerkraft und den Magnetismus. Die sogen.
magnetischen Kurven, welche sich bilden, wenn man Eisenfeile auf einen über die Pole eines Magnets gebreiteten Karton siebt,
sind nichts andres als die sichtbar gemachten Kraftlinien, welche das magnetische Feld durchziehen.
Vgl.
Clausius, Die Potenzialfunktionen und das Potenzial (3. Aufl., Leipz. 1877);
Tumlirz, Das Potenzial und seine Anwendung zu der
Erklärung der elektrischen Erscheinungen (Wien 1884);
Serpieri, Das elektrische Potenzial (das. 1884).