eine rasche Folge von elektrischen Entladungen aufgefaßt, woran sich bald die
Vorstellung eines gleichmäßigen Überfließens
von Elektricität, eines elektrischen
Stroms, anschloß. Der Galvanischer Strom ist übrigens nicht der einzige elektrische
Strom und unterscheidet
sich auch seiner Natur nach nicht von elektrischen Entladungen, die durch andere Umstände bedingt sind.
Daß in
dem Galvanischer Strom wirklich Elektricitätsmenge
[* 2] (s. d.) fortgeführt
wird, davon überzeugte sich
Volta durch Ladung von Flaschenbatterien mit Hilfe der
Säule.
Bald erkannte man aber, daß der Vorgang in dem Leitungsdraht mit der Überführung von Elektricität nicht erschöpft
ist. Unterbricht man z. B. den Leitungsdraht, der für diesen Zweck am besten aus
Platin gewählt wird, und taucht die Unterbrechungsstellen in angesäuertes Wasser, so wird dieses zersetzt. An dem einen
Drahtende (im
Sinne der Fortführung der positiven Elektricität) scheidet sich
Wasserstoff, am andern Ende (dem Stromsinn
entgegen) scheidet sich Sauerstoff aus (s.
Elektrolyse).
[* 3] 1820 fand Örsted, daß ein Leitungsdraht sich gegen eine bewegliche
Magnetnadel nicht gleichgültig verhält, daß sich letztere senkrecht zum Stromleiter und senkrecht zur kürzesten Verbindungslinie
des
Magneten mit dem Stromleiter zu stellen sucht.
Arago entdeckte bald darauf die Magnetisierung des weichen
Eisens, das mit einem Stromleiter umwunden wurde (s. Elektromagnetismus),
[* 4] und
Ampere wies durch Versuche nach, daß zwei bewegliche Stromleiter aufeinander anziehend und abstoßend
wirken können (s.
Elektrodynamik).
[* 5] Faraday fand (1831), daß jede
Veränderung in der
Stärke
[* 6] eines
Stroms oder in der
Lage eines
durchströmten Leiters in einem geschlossenen Nachbarleiter ebenfalls einen
Strom erzeugt (s. Induktion).
[* 7] Erwärmung und Schmelzung
durchströmter Leiter war schon bei den ältern Versuchen mit derVoltaschen Säule beobachtet worden
(s. Joules Gesetz).
Man kann die Fortführung der Elektricität, wie es gewöhnlich geschieht, als die Hauptsache, die übrigen Erscheinungen
als die Wirkungen des elektrischen
Stroms ansehen, und man spricht dann von chemischen, magnetischen, Wärmewirkungen des
Stroms u. s. w. In der That hat sich diese
Auffassung durch die histor.
Entwicklung unserer Kenntnisse als
die natürliche herausgestellt. Es muß jedoch bemerkt werden, daß die elektrischen Vorgänge im Gebiete des
Galvanismus
[* 8] von denjenigen der Reibungselektricität nicht der Art, wohl aber der
Stärke nach sich sehr bedeutend unterscheiden.
Das Potential (s.
Elektrisches
[* 9] Potential) einer geladenen Flasche
[* 10] ist sehr hoch gegen die Potentiale,
die gewöhnlich an galvanischen
Batterien auftreten, so zwar, daß die letztern ohne besondere Veranstaltungen ganz unbemerkt
bleiben würden und man dann gar nicht wissen würde, daß man es mit einem elektrischen Vorgang zu thun hat. Im Gegenteil
sind die Elektricitätsmcngen (s. d.), die ein
Strom liefert, sehr groß gegen jene einer Flaschenladung.
Infolgedessen treten die von letzterm Umstand abhängigen chem. und magnetischen Erscheinungen
nur beim Galvanischer Strom, nicht aber bei der Entladung von Konduktoren deutlich hervor. Das Verhältnis einer
Flaschenentladung zum Galvanischer Strom ist ungefähr wie jene einer Windbüchse zu einer Orgelblasebalgentladung.
Unter diesen Umständen hätte man ganz wohl beobachten können, daß ein Kupferdraht, an einen Zinkdraht
gelötet, wenn man beide freie
Enden in verdünnte Säure taucht, eine
Magnetnadel ablenkt, sich
selbst eigentümlich erwärmt,
an einer Unterbrechungsstelle chem. Vorgänge zeigt u. s. w.,
ohne zu wissen, daß man es mit einem elektrischen Vorgang zu thun hat. In der That ist zeitweilig dieAuffassung
aufgetreten, daß der Galvanischer Strom keine elektrische Erscheinung sei.
Man ist also nicht berechtigt, unter den oben aufgezählten Vorgängen einen als die
Ursache des andern, die andern als die
Wirkung anzusehen. Vielmehr sind alle Vorgänge als
Hand
[* 11] in
Hand gehend oder als verschiedene Seiten desselben Vorganges anzusehen.
(S.
Ohmsches Gesetz und
Stromstärke.) Die starken elektrischen
Ströme, die die Elektrotechnik (s. d.)
benutzt und durch Dynamomaschinen (s. d.) erzeugt, sind keine Galvanischer Strom, sondern
Induktionsströme (s. Induktion).
Element heißt eine
Verbindung von zwei Leitern erster Ordnung und wenigstens einem Leiter zweiter Ordnung,
in der sich einelektrischer Strom herstellt. (S.
Galvanischer Strom und
Galvanismus.) Das
Voltasche Element
besteht aus einer durch einen Kupferdraht verbundenen Kupfer- und Zinkplatte, die beide in verdünnte Schwefelsäure
[* 13] tauchen.
Wenn man ein einfaches
Voltasches Element schließt, so geht der positive
Strom außerhalb der Flüssigkeit vermittelst der
leitenden
Verbindung vom Kupfer
[* 14] zum
Zink und hierauf innerhalb der Flüssigkeit vom
Zink zum Kupfer. Außerhalb
der Flüssigkeit ist daher Kupfer der positive und
Zink der negative
Pol. Entgegen der
Richtung des positiven
Stroms fließt
die negative Elektricität, wenn man überhaupt eine solche annimmt. In jeder geschlossenen
Kette geht der elektrische
Strom
auch durch die Flüssigkeiten der
Kette selbst und bewirkt hier chem.
Zersetzungen. So z. B. wird innerhalb
des geschlossenen
Voltaschen Zink-Kupferelements die Schwefelsäure (H2SO4) in H2 und SO4 zerlegt, welches letztere
sich mit dem
Zink
(Zn) zu zu ZnSO4 umwandelt, während an der Kupferplatte der
Wasserstoff erscheint.
Dieser schwächt nun den
Strom zunächst dadurch, daß er die Berührung zwischen der Flüssigkeit und
dem Kupfer vermindert, mithin den Leitungswiderstand erhöht, ferner aber hauptsächlich dadurch, daß er eine elektromotorische
Gegenkraft und einen entgegengesetzten Polarisationsstrom (s.
Elektrische Polarisation)
[* 15] erzeugt.
Soll daher der
Strom nicht
geschwächt und nach Möglichkeit konstant erhalten werden, so muß der
Wasserstoff von der Gegenplatte des
Zinks entfernt werden.
Dies kann durch mechan. Kunstgriffe, besonders aber durch seine
Oxydation mit sauerstoffreichen Säuren,
Oxydenu. dgl. m. oder
auch durch andere chem.
Verbindungen desselben mit
Chlor,
Brom,
Jod oder Schwefel geschehen. Man nennt die Unterdrückung des
von dem
Wasserstoff der negativen
Elektrode herrührenden Polarisationsstroms die Depolarisation des betreffenden
Elements. Wird durch Depolarisation die
Stromstärke der Elemente während längerer Zeit möglichst beständig erhalten,
so nennt man die Elemente konstant. Die in ihrer
Stromstärke veränderlichen Elemente heißen inkonstant. Bis 1836 kannte
man nur inkonstante Elemente, die in mannigfacher Form (Trogbatterien) angefertigt wurden. Zu den bessern Elementen aus jener
Zeit gehört das von
Wollaston (1815). Das
Wollastonsche Element (s. nachstehende
[* 1]
Fig. 1) besteht aus einer
Zinkplatte z, deren wirksame
Fläche dadurch erhöht wird, daß ihr auf beiden Seiten die Kupferplatte k
¶
mehr
gegenüber liegt, indem jene von letzterer in einem durch Holzstückchen h bestimmten Abstände umgeben ist. In dieser Weise
erhält man mit einer Zinkplatte gleichsam ein doppeltes Element, indem erfahrungsgemäß fast nur jene Fläche des Zinks
an der Stromerzeugung sich beteiligt, die der zweiten Metallplatte gegenübersteht. Diese Elemente waren an einem
Holzrahmen zu einer galvanischen Batterie derart verbunden, daß sich alle auf einmal in die verdünnte Schwefelsäure einsenken
und ebenso aus derselben heben ließen, womit diese galvanische Batterie das Vorbild der mannigfach veränderten, stets bequemen
und vorteilhaften «Tauchbatterien» wurden.
Die inkonstanten Elemente wirken anfänglich viel kräftiger als später, weil der Sauerstoff der in
ihrer Flüssigkeit absorbierten und an der negativen Elektrode adhärierenden atmosphärischen Luft mit dem durch den elektrischen
Strom ausgeschiedenen Wasserstoff sich verbindet und so das Element depolarisiert. Sobald jedoch jener Sauerstoff verbraucht
ist, tritt die Ansammlung des bei der Elektrolyse im Element nunmehr frei werdenden Wasserstoffs an der
negativen Elektrode (Kupferplatte) auf, wodurch eine immer mehr anwachsende Schwächung, des Elements bewirkt wird.
Diese kann verzögert werden durch Vergrößerung der negativen Elektrode, weil an einer größern Platte mehr Luft, mithin
mehr Sauerstoff durch Adhäsion haftet als an einer kleinern; ferner durch eine porösere Kathode, weil eine solche mehr
Luft absorbiert, dann auch durch Lüftung der Kathode und der Flüssigkeit, indem man erstere öfter und längere Zeit in der
freien Luft läßt, letztere aber mittels wiederholter Umfüllung, Zu- und Abfließens, Umrührens, Einblasens u. dgl. m.
mit neuer Luft, also auch mit frischem Sauerstoff versieht.
Bezüglich der Zinkplatten ist für jede Art der galvanischen Batterien zu bemerken, daß sie aus dem
gewöhnlich käuflichen, also chemisch unreinen Zink angefertigt werden. Da sich solches sehr ungleichmäßig und rasch in der
verdünnten Schwefelsäure auflöst, so muß man, um die Stromerregung gleichförmig und ökonomisch zu gestalten, die Oberfläche
der Zinkplatten amalgamieren. Weil das Zink sich im geschlossenen Element auflöst, nennt man die Zinkplatte
auch Auflösungselektrode.
Daniell nennt sie die stromerzeugende Elektrode; die Gegenplatte des Zinks bezeichnet man nach ihm als Ableitungselektrode,
weil sie sich nur stromableitend verhält. Um die Flächen der Metallplatten ohne Raumverlust zu vergrößern, biegt man letztere
nicht selten zu hohlen Zylindern, die man ineinander stellt, oder man erteilt den Platten eine gewellte
oder S-förmige Oberfläche. Die Schwefelsäure wird gewöhnlich so verdünnt, daß auf 1 l derselben 12 l, für stärkere
Elemente 4 l Wasser kommen; man gießt die Säure zum Wasser, um eine zu große Wärmeentwicklung zu vermeiden. Bis zu einer
gewissen Grenze wirkt jedes Element um so stärker, je weniger man die Schwefelsäure verdünnt.
Die konstanten Elemente datieren seit Daniell
(1836). Das noch gegenwärtig sehr gut brauchbare Daniellsche Element (s. Fig.
2) besteht aus einer cylindrisch gebogenen Zinkplatte Z, die in verdünnter Schwefelsäure steht, dann folgt eine poröse
Thonzelle D als Diaphragma und in dieser eine Lösung von Kupfervitriol (Kupfersulfat) nebst einem Hohlcylinder
C aus Kupferblech; das Ganze befindet sich in einem Glasgefäße V. Schließt man ein solches Element, so zerlegt der
elektrische Strom das Kupfersulfat (CuSO4 = Cu + SO4); während SO4 den Wasserstoff, der von der Zersetzung der
verdünnten Schwefelsäure herrührt, aufnimmt und wieder Schwefelsäure bildet, wird Cu (Kupfer) an der Kupferplatte ausgeschieden,
und es entsteht ZnSO4 an der Zinkplatte. Da die Kupferplatte wieder mit reinem Kupfer beschlagen wird, so sieht man, daß
ein solches Element lange ungeschwächt wirken kann, nur muß die Kupfersulfatlösung immer gesättigt bleiben. Um
dies zu bewirken, hängt man einige Krystalle von Kupfersulfat zur Nachsättigung in die Lösung des Kupfersulfats.
Das Diaphragma verhütet eine Mischung der beiden Flüssigkeiten und läßt dennoch, vermöge der in seinen Poren enthaltenen
Flüssigkeiten, den elektrischen Strom durch. Dieses Element hat sehr viele Änderungen und Verbesserungen erfahren, entweder
mit Beibehaltung des Diaphragmas (Elemente von Siemens-Halske, Barley, Minotto, Trouvé, Buff u. a. m.)
oder auch unter Weglassung desselben. In letzter Beziehung ist besonders zu erwähnen das vielverbreitete Element von Meidinger
(1859), das im obern TeileZink in einer wässerigen Lösung von Bittersalz (Magnesiumsulfat) und tiefer unten Kupfer oder Blei
[* 17] in Kupfervitriollösung enthält. Da letztere dichter als jene Bittersalzlösung ist und nur sehr langsam
nach oben diffundiert, so genügt dies, die beiden Flüssigkeiten ohne poröse Zelle
[* 18] (Diaphragma) getrennt zu halten.
Die Kupfersulfatlösung wird durch Kupfervitriolstücke, die aus einem trichter- oder ballonförmigen, unten etwas offenen
Glasgefäße langsam zu ihr herabsinken, gesättigt erhalten. Die Depolarisation des Elements erfolgt
wie oben und so, daß das Element lange Zeit automatisch funktioniert, weshalb es in der Telegraphie häufig angewendet wird.
(Vgl. Elektrische Telegraphen [Bd. 5, S. 1004 b] undTafel: Elektrische Telegraphen III,
[* 16]
Fig. 4.) Dem Daniellschen Element analog
gebaut sind diejenigen, bei denen das Kupfer durch ein anderes Metall (z. B.
Eisen)
[* 19] und das Kupfersulfat durch das Sulfat jenes Metalls (z. B. Eisensulfat) ersetzt sind.
Hier ist besonders zu nennen das Davysche Element (benannt nach Marie Davy), bei dem Quecksilbersulfat statt des Kupfersulfats
verwendet wird; als zugehörige Elektrode sollte Quecksilber kommen, das jedoch als unpraktisch durch Kohle ersetzt wird, auf
der sich durch die Depolarisation Quecksilber ablagert. Das Daniellsche Element und einige seiner Abarten (Element von Buff,
Latimer Clark) dienen als Normal- oder Etalonelement bei der Messung der elektromotorischen Kraft
[* 20] der Elemente. (S. Elektrische Einheiten.)
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