Ein neues Verfahren, die elektromotorische Kraft eines galvanischen Stromes in’s Unbestimmte zu erhöhen

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Autor: Johann Christian Poggendorff
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Titel: Ein neues Verfahren, die elektromotorische Kraft eines galvanischen Stromes in’s Unbestimmte zu erhöhen
Untertitel:
aus: Annalen der Physik und Chemie, Band LX
Herausgeber: Johann Christian Poggendorff
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Entstehungsdatum: 1843
Erscheinungsdatum: 1843
Verlag: Johann Ambrosius Barth
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Erscheinungsort: Leipzig
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[568]
XII. Ein neues Verfahren, die elektromotorische Kraft eines galvanischen Stromes in’s Unbestimmte zu erhöhen;
von J. C. Poggendorff[1].


Im Laufe einer Untersuchung, deren Resultate ich nächstens zu veröffentlichen gedenke, bin ich auf ein Princip zur Verstärkung der Intensität oder Spannung elektrischer Ströme verfallen, das mir in seiner Anwendung neu zu seyn scheint, und auch abgesondert von dem Hauptgegenstand Interesse genug besitzen dürfte, um hier mitgetheilt zu werden.

Es ist bekannt, daß wenn zwei homogene Metallplatten, die in eine leitende Flüssigkeit gestellt sind, z. B. zwei Platinplatten, mit einer Volta’schen Kette verbunden werden, sie fast augenblicklich die sogenannte Polarisation erfahren, in Folge welcher sie den Strom der Kette sehr bedeutend schwächen, und, wenn man sie von dieser trennt, in einem sie verbindenden Metalldraht einen Strom in entgegengesetzter Richtung hervorrufen, zwar von kurzer Dauer, aber immer von beträchtlicher Stärke. Es ist auch bekannt, daß man auf diese Weise eine ganze Reibe solcher Plattenpaare, wie man es nennt, polarisiren kann. Es ist dieß die Ladungssäule Ritter’s, die zu ihrer Zeit so viel Aufsehen erregt hat, die Wasser zersetzt, auf ein Elektrometer wirkt, Funken giebt und Erschütterungsschläge ertheilt.

Zur Belebung solcher Ladungssäulen, die an sich ohne Wirksamkeit sind, hat man bisher kein anderes Mittel gekannt als Volta’sche Säulen von einer großen Anzahl Plattenpaare, also von hoher Intensität des Stroms, und der auf diese Weise erlangte secundäre Strom besaß [569] niemals eine größere oder auch nur eben so große elektromotorische Kraft als der primäre, der ihn hervorgerufen hatte.

Eine nähere Untersuchung der vor einiger Zeit von Hrn. Grove construirten Gassäule, die nichts weiter ist als eine Ladungssäule, und zwar, wie ich zu zeigen gedenke, nur eine unvollkommene, hat mich nun darauf geführt, daß man zur Ladung solcher secundären Säulen nicht nothwendig einer primären von eben so viel oder mehr Plattenpaaren als jene enthalten bedarf, sondern dieselbe vollkommen so gut mittelst einer einfachen, Volta’schen Kette ausführen kann, wie groß auch die Plattenzahl der secundären Säule seyn mag, und daß man darin ein Mittel besitzt, die elektromotorische Kraft eines galvanischen Stromes in’s Unbestimmte zu erhöhen.

Das Verfahren dazu ist sehr einfach. Gesetzt man habe eine Reihe Platinplatten, paarweise in Zellen gestellt, die mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt sind. Die eine Platte jeder Zelle möge mit , die andere mit bezeichnet seyn. Der bisherige Weg zur Herstellung einer Ladungssäule bestand nun darin, daß man das jeder Zelle mit dem der nächsten durch einen Metalldraht verband, und dann den primären Strom die ganze Reihe der Zellen der Länge nach durchlaufen ließ. Dazu bedurfte es, wenn anders die Ladungssäule eine etwas beträchtliche Wirksamkeit erhalten sollte, einer Volta’schen Säule von mindestens eben so viel Plattenpaaren als diese.

Mein Verfahren besteht nun darin, daß ich zuvörderst sämmtliche mit dem Zink, und sämmtliche mit dem Platin einer einfachen Grove’schen Kette verknüpfe; dadurch werden alle diese Platten polarisirt oder geladen, indem sich die mit Wasserstoff und die mit Sauerstoff bekleiden, und zwar alle gleich stark, eben so stark, wie wenn man nur ein einziges Paar solcher Platten von gleicher Größe, wie sie insgesammt, mit der [570] primären Kette verbunden hätte. Nachdem diese Verbindung eine gewisse Zeit bestanden hat, hebe ich sie rasch auf, und verknüpfe die nunmehr geladenen Plattenpaare nach dem Princip der Säule unter sich und zugleich auch mit einem Voltameter, falls es die Absicht ist, die chemische Wirkung des secundären Stromes zu beobachten.

Der so erhaltene secundäre Strom besitzt eine elektromotorische Kraft, welche die des primären der einfachen Kette, im Allgemeinen, desto mehr übertrifft, als die Zahl der Plattenpaare in der Ladungssäule größer ist; und wenn sie auch nicht mit dieser Anzahl in’s Unbegrenzte wächst, weil die Platten desto schwächer polarisirt werden, je mehr ihrer da sind, so wird sie doch um so länger wachsen, als der Widerstand in der primären Kette kleiner ist.

Der secundäre Strom besitzt indeß nur eine kurze Dauer, und diese Dauer nimmt in dem Maaße ab, als man seine elektromotorische Kraft erhöht. Man übersieht dieß leicht, wenn man erwägt, daß die secundäre Säule bei ihrer Ladung zwar für jedes Aequivalent Wasser, welches in der primären Kette zersetzt wird, die Bestandtheile eines in ihr zerlegten Aequivalents Wasser empfängt, daß aber diese Bestandtheile auf sämmtliche Zellen vertheilt werden, mithin jede Zelle, wenn deren vorhanden sind, nur die Bestandtheile von Aequivalent erhält, d. h. desto weniger, je größer die Zahl der Zellen ist. Die Wiedervereinigung der Bestandtheile dieses Aequivalents, welche den secundären Strom bedingt, wird aber, bei Gleichheit des Widerstandes in der secundären Säule und der primären Zelle, offenbar in einem der Zeit geschehen, welche die primäre Kette zur Zersetzung eines vollen Aequivalents erforderte.

Hieraus geht hervor, daß, wenn man den secundären Strom zu etwas Anderem als zu einem momentanen [571] Erschütterungsschlag benutzen will, man die oben angezeigte Operation sehr oft wiederholen müsse. Das wäre nun mit der freien Hand eine ganz unausführbare Arbeit, da schon die einfache Operation, auf diese Weise bewerkstelligt, so viel Zeit kostet, daß während derselben der bei weitem größte Theil der Wirkung verloren geht.

Mittelst einer kleinen mechanischen Vorrichtung, einer Wippe, von ähnlicher Construction, wie man sie früher zu einfacheren Vertauschungen der Schließungen benutzt hat, lassen sich indeß die Ladungen und Entladungen der secundären Säule sehr leicht und rasch vollziehen. Um des lästigen Wartens auf den Mechanicus überhoben zu seyn, habe ich mir selbst aus einem Paar Stücken Holz, etwas Quecksilber und einigen Kupferdrähten eine solche Wippe angefertigt, mittelst deren ich jene Doppel-Operation sehr bequem mit einem Finger 2- bis 300 Mal in der Minute ausführen kann[2]. Man erhält somit einen zwar immer intermittirend, aber doch beliebig lange wirkenden Strom, den man nun zu verschiedenen Zwecken benutzen kann.

Physiker, denen große Mittel zu Gebote stehen, werden leicht sehr, eclatante Effecte hervorbringen, wenn sie das angezeigte Princip auf Batterien von einigen hundert Platinplatten von beträchtlicher Größe übertragen wollen. Was mich betrifft, so sah ich mich auf eine viel bescheidenere Zahl beschränkt. Ich konnte nur vier Plattenpaare verwenden, jede Platte etwa von Quadratzoll Fläche auf einer Seite. Die Wirkungen dieser kleinen Säule konnten natürlich nur mäßig seyn. Indeß glaube ich doch an ihnen genügend beobachtet zu haben, daß die Richtigkeit des Princips und seine Anwendbarkeit auf größere Batterien keinem Zweifel unterworfen ist.

Als primäre Kette gebrauchte ich eine einfache von [572] Grove’scher Construction. Bekanntlich wird durch eine solche Kette das Wasser in einem Voltameter mit Platinplatten nur höchst unbedeutend zersetzt. Es bekleiden sich im Grunde bloß die Platten mit Gasbläschen, und nur sehr wenige steigen von ihnen auf. Verbindet man nun die Wippe mit dieser Kette und der secundären Säule, in deren Kreis dasselbe Voltameter eingeschaltet ist, und setzt darauf die erstere in Bewegung, so erhält man sogleich eine sehr lebhafte Wasserzersetzung, zum augenfälligen Beweise, daß die elektromotorische Kraft des secundären Stroms beträchtlich stärker ist als die des primären, welcher ihn hervorrief.

Mit einem Voltameter, dessen Platten, eine Seite gerechnet, etwa 3 Quadratzoll Fläche dem mit Schwefelsäure versetzten Wasser darboten, erhielt ich 5 bis 6 Kubikcentimeter Knallgas in der Minute, wenn ich die Wippe in derselben Zeit etwa 80 Mal hin und her gehen ließ.

Vor der Anstellung dieses Versuchs hatte ich eine größere Wirkung erwartet. Nach reiflicherer Ueberlegung der Sache scheint mir indeß, daß schon die erhaltene Wirkung in gewisser Beziehung eine auffallende genannt werden muß. Denn während sich jene 6 C.C. Knallgas im Voltameter ansammelten, mußten sich, nach wohl bekannten Principien, die noch durch neuere Versuche von Grove bestätigt worden sind, in jeder der vier Zellen der Ladungssäule 6 C.C. dieses Gasgemisches zu Wasser vereinigen, und diese Gasmenge war vorher durch Wirkung der primären Ketten aus dem Wasser entbunden worden. Es mußte also die primäre Kette, die ohne das Spiel der Wippe und die dadurch bewirkte Depolarisation der Platinplatten vielleicht noch nicht 0,1 C.C. Knallgas in der Minute liefert, mit diesem Hülfsmittel , d. h. 24 C.C. in derselben Zeit aus dem Wasser entwickelt haben. Und doch war dieß noch nicht die halbe Wirkung, da die Pausen und die Schließungsmomente [573] der Ladungssäule nothwendig mehr als die Hälfte der Minute ausfüllten.

Die Wasserzersetzung erfolgt übrigens schon, wenn man unter den obigen Umständen auch nur zwei Zellen der Ladungssäüle wirken läßt. Sie ist dann nur schwächer. Ich bekam 1,5 C.C. Knallgas in der Minute. Sie hängt auch natürlich vom Spiel der Wippe ab; je rascher diese bewegt wird, desto größer ist auch, wenigstens innerhalb der von mir untersuchten Gränzen, die Menge des zerlegten Wassers.

Mit einem kleineren Voltameter gaben die vier Zellen der Ladungssäule, wenn ich sie durch eine einfache Grove’sche Kette anregte, vier C.C. Knallgas in der Minute. Als ich darauf, statt einer, zwei Grove’sche Ketten säulenartig verbunden zur Ladung verwandte, erhielt ich nahezu 8 C.C. Gas in derselben Zeit.

Die Wirkung der secundären Batterie steigt also mit der Intensität des Stroms der primären. Das ist ganz in der Ordnung; allein es zeigt sich auch, daß, wenn man die Intensität des primären Stroms erhöht hat, man zugleich die Zahl der Plattenpaare in der Ladungssäule, so wie deren Leitungsfähigkeit, vergrößern muß, wenn anders man eine Verstärkung der Wirkung haben will.

Im eben genannten Fall fand sogar eine Schwächung statt. Denn die primäre Säule, direct mit dem Voltameter verbunden, würde etwa 20 C.C. Knallgas in der Minute geliefert haben, während die durch sie angeregte Ladungssäule deren nur acht gab.

Es gilt dieß jedoch nur von dem Nutzeffect, von der Wirkung der Ladungssäule im Voltameter. Die Wirkung der primären Säule wird durch das Spiel der Wippe immer verstärkt, wie wenig Zellen die Ladungssäule auch enthalten mag, wenn diese in Summa nur keinen größeren Widerstand darbieten als das Voltameter. Im genannten Fall lieferte die primäre Säule, statt jener 20 C.C., wenigstens , d. h. 32 C.C. Gas in [574] die secundäre, während diese eben deshalb nur C.C. im Voltameter entband.

Ueberhaupt ist klar, daß die chemische Wirkung der secundären Säule nothwendig von dem galvanisch-chemischen Proceß in der primären bedingt wird, und daß also in dieser Beziehung niemals von der Anwendung einer secundären Säule eine Ersparung im Zinkverbrauch zu erwarten steht. Wenn diese ein Aequivalent Wasser zersetzt, so muß sich auch in jeder ihrer Zellen ein Aequivalent Wasser bilden, und diese Aequivalente gebildeten Wassers setzen immer voraus, daß sich in der primären Kette, angenommen sie sey eine einfache, Aequivalente Zink elektrolytisch gelöst haben, also genau dieselbe Menge, die sich, zur Ausübung einer gleichen Wirkung, in der Ladungssäule hätten auflösen müßen, falls diese statt des Wasserstoffs mit Zink als positivem Element versehen gewesen wäre. Der primäre Strom würde sogar Aequivalente Zink verbraucht haben, wenn er durch eine Säule aus zwei einfachen Ketten hervorgebracht wäre. Die Anwendung der Wippe und Ladungssäule hat nur den Vortheil, daß sich, mit Hülfe derselben, in der primären Kette eine Zinkmenge elektrolytisch löst, die sich, ohne sie, entweder gar nicht oder nicht in derselben Zeit gelöst haben würde. Die Quantität der in der Zeiteinheit circulirenden Elektricität wird vergrößert, aber diese Quantität ist in der Ladungssäule nicht größer als in der primären.

Bei Anwendung einer primären Säule aus zwei Grove’schen Ketten hat man übrigens Gelegenheit zu beobachten, daß die lebhafte Wasserzersetzung, welche sie in den Zellen der Ladungssäule hervorruft, sobald die Wippe ruhig die Lage einnimmt, bei welcher sie die primäre Säule schließt, für’s Auge so gut wie gänzlich aufhört, so wie man die Wippe in rasche Bewegung setzt. Es ist wohl klar, daß die kleine Gasmenge, welche nun in den kurzen Momenten der abwechselnden Wirkung des primären Stroms an den Platten frei wird, an diese [575] haften bleibt, ohne Bläschenform anzunehmen, bis sie in den darauf folgenden Momenten der Schließung der Ladungssäule vernichtet oder wieder in Wasser verwandelt wird.

Wenn die chemische Wirkung des secundären Stroms gesteigert werden soll, so muß, wie eben gezeigt, nothwendig auch die chemische Wirkung des primären verstärkt werden. Eine solche Verstärkung ist aber nicht mehr erforderlich, wenn man bloß eine Erhöhung der elektromotorischen Kraft verlangt. Diese wächst geradezu wie die Anzahl der Zellen in der Ladungssäule, und man hat es also in seiner Macht sie beliebig zu steigern. Zu einer kräftigen Wirkung ist aber natürlich gut, diese Kraft schon in jeder einzelnen Zelle so stark wie möglich zu machen.

Die Polarisation oder elektromotorische Gegenkraft, welche aus der Anhäufung der gasförmigen Bestandtheile des Wassers an den Platten der Ladungssäule entspringt, hat, wie erst kürzlich durch Lenz, durch Wheatstone und Daniell gezeigt worden ist, ein Maximum, und dieses Maximum dürfte mit einer Säule von zwei Grove’schen Ketten schon so ziemlich erreicht werden. Eine solche Säule würde also hinreichen, jede beliebige elektromotorische Kraft, folglich auch Funken und Erschütterungsschläge in jedem beliebigen Maaße, hervorzubringen, sobald man nur dem entsprechend die Zahl der Plattenpaare in der Ladungssäule vermehrt, und zugleich den Widerstand der primären Kette verringert, oder, wenn dieß die Umstände nicht in hinreichendem Grade erlauben sollten, die Dauer der Wirkung des primären Stroms verlängert.

Leider konnte ich diese Seite des Phänomens aus angegebenem Grunde nicht hinreichend verfolgen. Ich habe mich indeß überzeugt, daß die Ladungssäule, welche durch eine einfache Grove’sche Kette angeregt worden ist, Funken giebt, sie mag aus vier, aus drei, aus zwei, ja selbst nur aus einem Plattenpaare bestehen. Im letzteren Falle sind die Funken freilich nur schwach, [576] aber doch unverkennbar. Es ist wohl das erste Mal, daß man mit einem einzigen Paar polarisirter Platinplatten elektrische Funken erhalten hat.

Alle diese Funken, mit Ausnahme der vom einzigen Plattenpaar erhaltenen, erschienen, auffallend genug, nur bei Schließung der Ladungssäule, nicht beim Oeffnen derselben. Sie erschienen immer nach den Funken, die auf der anderen Seite der Wippe bei vorausgegangener Oeffnung der primären Kette zum Vorschein kamen.

Bei einem einzigen Paare Platinplatten von größeren Dimensionen, jede Platte nämlich von beinahe 29 Quadratzoll Par. Maaß Fläche auf einer Seite, erhielt ich indeß die Funken regelmäßig beim Oeffnen, selbst mehre Male hinter einander, ohne daß die Platten zuvor wieder durch die primäre Kette geladen worden wären. Nur zuweilen erschien auch beim Schließen ein Funke; doch will ich nicht gerade behaupten, daß dieß ein wahrer Schließungsfunke gewesen sey, da bekanntlich das Quecksilber hiebei zu Täuschungen Anlaß geben kann.

Zwei Rücksichten sind es, derentwegen mir der Gegenstand dieser Mittheilung noch ein besonderes Interesse zu besitzen scheint.

Für’s erste in Bezug auf die Frage, ob ein elektrischer Strom durch Wasser gehen könne, ohne dasselbe zu zersetzen. Die Meinungen darüber sind bekanntlich verschieden, und ich selbst bin dieserhalb in eine Discussion gerathen mit Hrn. Martens[3]. Ich habe die Ansicht vertheidigt, daß ein elektrischer Strom, wie schwach er auch sey, das Wasser nicht ohne Zersetzung durchlaufen könne, und in dieser Ansicht bin ich durch das, was ich bis jetzt beobachtet habe, nur bestärkt worden.

Eine Daniell’sche Kette zersetzt bekanntlich das Wasser zwischen Platinplatten sichtbar gar nicht; dennoch wird ihr Strom durch ein solches Plattenpaar nicht [577] ganz auf Null gebracht, sondern es bleibt ein an einem empfindlichen Galvanometer recht merkbarer Rest, von dem es sich nun fragen kann, ob er bloß geleitet oder zersetzend durch das Wasser gehe. Mir scheint nicht zweifelhaft, daß, wenigstens vorher, Wasser zersetzt worden seyn muß; denn wenn man die Wippe mit der Daniell’schen Kette und der Ladungssäule verbindet, erhält man in dem Voltameter der letzteren, eine verhältnißmäßig ganz ansehnliche Wasserzersetzung, 1,5 C.C. Gas in 5 Minuten. Diese Wasserzersetzung kann aber offenbar nicht anders erfolgen, als dadurch, daß die Daniell’sche Kette zuvor die Bestandtheile des Wassers an den Platten der Ladungssäule ausgeschieden hat.

Das Zweite, was der hier beschriebenen Ladungsweise einer secundären Säule Interesse verleiht, ist die ziemlich nahe liegende Frage, ob sich nicht die Natur bei den elektrischen Fischen eines ähnlichen Processes bediene? Bekanntlich besitzt der Gymnotus ein der Volta’schen Säule analog geformtes Organ. Könnte dieß nicht bloß eine Ladungssäule seyn, bestimmt die elektromotorische Kraft eines Stroms zu erhöhen, der ihr aus einer im Gehirn des Thieres liegenden Elektricitätsquelle von verhältnißmäßig sehr niederer Spannung zugeführt würde? – Ich begnüge mich diese Fragen, anzuregen; mögen Andere sie zur Entscheidung bringen.

Bei allen zuvor angeführten Versuchen war immer nur von den Wirkungen des secundären Stroms die Rede, da die Wippe eine solche Einrichtung hat, daß, wann dieser Strom wirkt, der primäre unterbrochen ist. Es hat indeß gar keine Schwierigkeit, mit derselben Wippe auch die vereinte Wirkung beider Ströme zu erhalten, falls dieß in Absicht läge; es bedarf dazu nur einer anderen Drahtverbindung. Ich habe den Versuch mit einer einfachen Grove’schen Kette und einem einzigen Paare Platinplatten (den großen) angestellt, wo er eigentlich nur von Interesse ist, und dabei eine sehr lebhafte [578] Wasserzersetzung erhalten. Man hat hier Gelegenheit recht deutlich zu beobachten, wie sehr die Dauer der Ladung von Einfluß ist. Läßt man die Wippe eine Minute lang in der Lage, daß nur die primäre Kette ladend wirkt, und schlägt sie dann um, wodurch diese Kette und die secundäre ihre Wirkung vereint im Voltameter ausüben müssen, so erhält man eine lebhafte Wasserzersetzung, die anderthalb Minuten und länger anhält. Geschah dagegen die Ladung momentan, so ist auch die Wasserzersetzung von kurzer Dauer. Dasselbe zeigt sich auch in den Fällen, wo, wie früher, die Wirkung des secundären Stroms von der des primären Stroms geschieden wird, überhaupt immer dann, wenn der primäre Strom relativ schwach, und die Oberfläche, der zu ladenden Platten groß wird.


  1. Gelesen in der Academie am 21. December.
  2. Zum besseren Verständniß dieses Instruments werde ich in einem der nächsten Hefte eine Abbildung davon geben.
  3. S. Annal. Bd. LV S. 450 und Bd. LVIII S. 252.