Part 5

Ich will nun noch die Maschine, die ich heute schon mehrmals gebraucht habe, und ihre Wirkungsweise erklären. Sie erinnern sich ja noch, daß der Glasstab, mit dem amalgamierten Lederlappen gerieben, elektrisch wurde. Hier bei dieser Maschine wird eine Glasscheibe dadurch, daß man sie zwischen zwei anliegenden, amalgamierten Lederkissen dreht, elektrisch; unweit des Reibzeuges ist die Scheibe von zwei mit vielen Spitzen versehenen Brettchen umfaßt; die Spitzen, die aus Stecknadeln hergestellt sind, stehen in metallischer Verbindung mit der Messingkugel. Erinnern Sie sich nun an die Erscheinungen der elektrischen Verteilung, so werden Sie leicht einsehen, daß von der positiv geladenen Glasscheibe die positive Elektrizität in die Kugel abgestoßen, die negative aber in die Spitzen angezogen wird. Die Folge davon ist, daß die negative Elektrizität, von den Spitzen auf die Glasscheibe ausströmend, diese unelektrisch macht, auf dem Konduktor dagegen sich freie positive Elektrizität zeigt. Aber nicht nur dies tritt ein, sondern man kann geradezu sagen, daß die positiven Elektrizitätsteilchen der Glasscheibe, da sie einander gegenseitig abstoßen, einander selbst in die Spitzen hineinjagen, oder, wie man sich fälschlicherweise auszudrücken pflegt, von diesen ausgesaugt werden; daher auch der Name Saugspitzen.

[Sidenote: Die Influenzelektrisiermaschine.]

Eine zweite Maschine, die ebenfalls zur Erzeugung von Elektrizität dient, sehen Sie hier vor sich; es ist die sogenannte Wimshurstsche Maschine. Sie ist auf dem Prinzip der Influenz -- daher auch Influenzelektrisiermaschine genannt -- konstruiert. Elektrische Influenz ist im allgemeinen nicht verschieden von der schon eingehend besprochenen elektrischen Verteilung. Hier sind zwei Ebonitscheiben, die in entgegengesetzter Richtung gedreht werden; diese aufgeklebten Stanniolsektoren wirken gegenseitig etwa so, wie bei den Versuchen über elektrische Verteilung der Hartgummistab und der Konduktor. Die Ableitung der freien Elektrizität, die dort durch Berühren mit der Hand hergestellt wurde, besorgen hier die Ausgleicher; nur werden dabei die freien Elektrizitäten der Sektoren, die jeweils von diesen Pinselchen berührt werden, nicht zur Erde abgeleitet, sondern sie gleichen einander aus; daher der Name Ausgleicher. Durch diese Wechselwirkungen wird erreicht, daß die Stanniolsektoren der beiden Glasscheiben gerade dann ~gleiche~ Ladung haben, wenn sie einander zwischen den Spitzenkämmen gegenüberstehen. Da jedoch die beiden Elektrizitäten einander abstoßen, so treiben sie einander in die Spitzen, und durch die Elektrodenstangen, die zu Anfang zusammenstoßen müssen, findet ein Ausgleich der beiden Elektrizitäten statt. Entferne ich nun die Kugeln etwas voneinander, so geht ein kontinuierlicher Funkenstrom über.

[Sidenote: Ausgleich der verschiedenen Elektrizitäten.]

Über den Ausgleich der Elektrizitäten will ich nun noch einiges erwähnen. Sie haben solche Ausgleiche bei dem Funken des Elektrophortellers und bei der Entladung einer Leidener Flasche schon gesehen. Wir haben oben gesagt, daß die Elektrizität als ein Zustand des Äthers aufzufassen ist, ein Zustand, der von bestimmten Punkten eben jener oben schon erwähnten Elektronen ausgeht und sich mit diesen im Raum bewegen kann. Wir haben bisher hauptsächlich Erscheinungen der ruhenden Elektronen betrachtet; in dem Ausgleich der verschiedenen Elektrizitäten erkennen wir aber bewegte Elektronen. Wie man sich nun den Vorgang eines derartigen Ausgleiches vorstellen kann, möge Ihnen aus folgender Analogie erhellen: Sie erblicken hier auf dieser Tafel (Rudis Schwester erhob den Karton, dessen Zeichnung in Abb. 37 dargestellt ist) zwei Behälter, deren einer mit Wasser gefüllt ist; hier unten ist ein Hahn, den wir uns vorerst geschlossen denken wollen. Der gefüllte Behälter stellt einen positiv geladenen Leiter dar, der leere einen solchen mit negativer Ladung; der ~geschlossene~ Hahn kommt der isolierenden Substanz gleich, die die beiden Leiter noch trennt. Öffne ich nun den Hahn, so fließt ein Teil des Wassers in den anderen Behälter, bis es in beiden gleich hoch steht. Die analoge Erscheinung bei entgegengesetzt elektrisch geladenen Körpern tritt ein, wenn wir sie mit einem Draht verbinden, oder so nahe zusammenrücken, daß ein Funke überspringt. Dabei ist aber eines noch zu beachten: bei dem Beispiel mit den Wasserbehältern scheint der Ausgleich nur in der einen Richtung und zwar in der des fließenden Wassers zu geschehen; wir müssen uns deshalb die ursprüngliche ~Leere~ des Behälters _A_ auch als ein bewegliches Medium vorstellen, das beim Öffnen des Hahns in _B_ hinüberfließt, also entgegen dem Wasserstrom. Ich will einmal annehmen, _B_ sei mit zwei Raummengen Wasser, die hier mit zwei Pluszeichen angegeben sind, gefüllt; diesen entsprechen zwei Raummengen ~Leere~ im Behälter _A_, die mit zwei Minuszeichen veranschaulicht seien. Öffne ich nun den Hahn, so fließt die Hälfte der Wassermenge aus _B_ in _A_ hinüber; dadurch ist nun _A_ nur noch halb leer, _B_ dagegen nur noch halb voll; in jedem Behälter ist also ein Raumteil Leere und ein Raumteil Wasser. Die zweite Figur der Tafel zeigt Ihnen diesen Zustand. Sie sehen hier in jedem Behälter je ein + und ein -; auf die elektrischen Verhältnisse übertragen, heißt das so viel als daß der Körper _A_ und der Körper _B_ nun unelektrisch sind.

[Sidenote: Der elektrische Strom.]

Wenn man von einem elektrischen Strome spricht, so versteht man gewöhnlich nur den positiven Richtungsstrom darunter, das heißt in unserem Beispiel nur den Fluß des Wassers aus dem gefüllten in den leeren Behälter. Man darf aber dabei nie vergessen, daß ebenso, nur in entgegengesetzter Richtung, der negative Strom fließt. Was in unserem Beispiel die Röhre ist, durch die bei geöffnetem Hahn das Wasser fließt, ist bei der Elektrizität eine leitende Verbindung, z. B. ein Metalldraht. Also so wie durch die Röhre das Wasser, so fließt durch den Draht, der zwei entgegengesetzt geladene Körper verbindet, ein elektrischer Strom, oder genauer zwei Ströme, ein positiver und ein diesem entgegengesetzter negativer.

[Sidenote: Erwärmung durch den elektrischen Strom.]

Daß in einem zwei verschieden geladene Körper verbindenden Draht tatsächlich etwas vor sich geht, beweist neben vielem anderen der Umstand, daß sich dieser Draht erwärmt. Die Erwärmung können wir mit einem Apparat (Abb. 14) nachweisen. Ich habe hier in einem geschlossenen Raum eine Drahtspirale, durch welche ich einen elektrischen Strom leiten kann; wird nun durch diesen Strom der Draht warm, so wird die Luft erwärmt, dehnt sich aus, drückt dadurch auf die blaue Flüssigkeitssäule in der Glasröhre und wird sie um einige Dezimeter herunterschieben. (Rudi machte den Versuch, indem er die Entladung seiner größten Leidener Flasche durch die Drahtspirale des Apparats gehen ließ.)

[Sidenote: Der Blitz.]

Ich will nun noch einiges über die allen bekannte elektrische Erscheinung des Gewitters sagen. Der Blitz ist ein riesenhafter elektrischer Funke, oft von mehreren Kilometern Länge. In seiner Natur ist er von den Funken, die ich hier erzeugen kann, nicht verschieden; auch er ist der Weg eines elektrischen Ausgleiches durch die Luft. Die Lichterscheinung rührt von der kolossalen Erwärmung der Luft und der Staubteilchen her, die dabei ins Glühen geraten. Woher die Wolken, zwischen denen der Blitz überspringt, ihre elektrische Ladung erhalten, kann heute noch niemand bestimmt sagen, es bestehen allerhand Hypothesen hierüber, doch ist keine haltbar genug, um der Erwähnung wert zu sein. Wir müssen uns mit einer allgemeinen Betrachtungsweise zufrieden geben. Wenn wir eine isolierte Spitze oder besser eine Flamme mit den Blättchen eines guten Elektroskopes (siehe Anhang) verbinden und sie an einer langen Stange in die Luft hinaufhalten, während das Gehäuse mit der Erde leitend verbunden ist, so erhalten wir einen Ausschlag, dessen Größe von vielen Faktoren, z. B. Ort, Jahreszeit, Feuchtigkeit, Temperatur, Abstand von der Erde usw. abhängig ist. Diese Tatsache beweist, daß von den höheren Luftschichten nach der Erde zu ein Potentialgefälle vorhanden ist, das man bei sehr großen Schwankungen auf rund 100 Volt pro Meter veranschlagen kann; daraus folgt, daß die ganze Erdoberfläche eine starke negativ-elektrische Ladung besitzt. Dieses bei gutem Wetter ziemlich gleichmäßige Spannungsgefälle erleidet bei Wolken- und Gewitterbildungen ganz beträchtliche Störungen, die so stark werden können, daß zwischen Wolken und Erde oder zwischen zwei Wolken Spannungsdifferenzen auftreten, die in die Millionen Volt betragen. Die Folge dieser großen Spannungen ist der Blitz. Sind die Spannungen nicht so stark, daß es zum Funkenausgleich kommt, so findet eine allmähliche Ausstrahlung der Elektrizität statt, was sich bei Nacht durch feine „Büschellichter“, auch „St. Elmsfeuer“ genannt, zu erkennen gibt: An Blitzableitern, Hausvorsprüngen, Schiffsmasten und ähnlichen hervorragenden Gegenständen sieht man bläuliche Lichtbüschel, die den Glimmentladungen unserer Elektrisiermaschinen gleichen. Endlich sei auf die ebenfalls elektrische Erscheinung des „Nordlichtes“ besser „Polarlicht“ noch hingewiesen; man sieht in polaren Zonen nachts eigenartige prächtige Lichterscheinungen am Himmel, die in ihrer Häufigkeit und Intensität im Zusammenhang zu stehen scheinen mit den Perioden der Sonnenflecke. Man will sie mit den Erscheinungen, die wir später bei den Geißlerröhren kennen lernen werden, in Zusammenhang bringen, doch sind gerade hier die bekannten Tatsachen noch zu spärlich. Es fehlt uns eben für die Elektrizität ein Sinn; wir können sie nicht sehen, nicht hören, nicht schmecken usw. Das ist auch der Grund, warum es so lange dauerte, bis es gelang, mehr in das Wesen der Elektrizität einzudringen, nur aus ihren Wirkungen konnte man auf ihre Gesetze schließen. Dem ernsten und unermüdlichen Forscherstudium ist es aber heute gelungen, den Zusammenhang dieser bisher so geheimnisvollen Naturerscheinungen mit den übrigen unseren Sinnen direkt zugänglichen und daher viel früher erkannten zu finden. Noch nicht alle Fragen sind gelöst, aber der Weg der Erkenntnis liegt offen vor uns.“

[Sidenote: Kritik des Vortrages.]

Sich verbeugend schlug Rudi sein Vortragskonzept, in das er nur selten einen flüchtigen Blick geworfen hatte, zu, und während die Zuhörer eifrig Beifall klatschten, verschwand er, gefolgt von seiner Schwester, mit würdiger Miene, wie er gekommen. -- Unter den Zuhörern war auch ein sachkundiger Onkel, der den Abend noch in der Familie verbrachte. Diesen bat Rudi um eine ausführliche Kritik über den Vortrag, welche etwa folgendermaßen lautete:

„Zuerst muß ich bemerken, daß der ganze Vortrag ein klein wenig zu lang war; er hat zu vielerlei gebracht, und das hat sicher viele des Aufpassens ungewohnte Zuhörer ermüdet. Du hättest manches weglassen können, wie z. B. die ausführliche Beschreibung der Maßflasche; auch hätten andere Abschnitte wie der über elektrische Verteilung kürzer zusammengefaßt werden dürfen. Die Anordnung des Ganzen war gut, nur hätte ich die Beschreibung der Reibungselektrisiermaschine früher gebracht. Auch die Experimente waren gut ausgeführt bis auf die ersten Versuche mit den Holundermarkkügelchen, die sich, da sei weiß waren, von dem weißen Kleide der meist dahinterstehenden Käthe kaum abhoben; ein schwarzer Karton, hinter den elektrischen Pendeln aufgestellt, hätte diesen Übelstand beseitigt. Im übrigen kann ich,“ fuhr der Onkel zu Käthe gewandt fort, „der kleinen Assistentin nur meine größte Bewunderung und Anerkennung aussprechen. Ferner hätte ich an deiner Stelle, wie schon gesagt, vieles kürzer gestaltet, dafür aber noch eingehender über die Gewitterbildung gesprochen. Den Blitzableiter und seine Wirkung hast du ganz vernachlässigt, und das hatte doch sicher sehr viele der Zuhörer interessiert; das hättest du schon bei der Erwähnung der Spitzenwirkung vorbringen können.“ „Ja,“ warf Rudi ein, „den Blitzableiter habe ich im Vortrag nur vergessen, im Konzept steht ein ganzer Abschnitt darüber.“ „Dann habe ich nichts weiter auszusetzen; du hast laut und deutlich gesprochen, und das ist immer viel wert.“ Nun sprachen die beiden noch über die verschiedensten Experimente, und Rudis Onkel wußte noch ein wenig gekanntes, aber leicht ausführbares und sehr interessantes Experiment: Die Benutzung einer Influenzelektrisiermaschine als Motor.

[Sidenote: Die Influenzmaschine als Motor.]

Am sichersten gelingt der Versuch mit zwei Influenzmaschinen, einer größeren und einer kleineren; man kann aber auch eine der Influenzmaschinen durch eine gute Reibungselektrisiermaschine ersetzen. Von der Maschine, die als Motor dienen soll, entfernt man die Treibschnüre und verbindet die auseinandergeschobenen Elektroden durch zwei Kupferdrähte mit den sich anfangs berührenden Elektroden der größeren Influenzmaschine, die man nun in Gang setzt, wonach die Elektroden so weit als möglich voneinander entfernt werden. Dadurch erhalten die beiden Spitzenkämme der als Motor dienenden Maschine entgegengesetzte Ladungen, z. B. der rechte positive, der linke negative; so werden beide Scheiben auf der rechten Seite positiv und auf der linken negativ elektrisch; sie stoßen also einander ab und beginnen sich in entgegengesetzter Richtung zu drehen, wobei die elektrischen Vorgänge genau so, nur in umgekehrter Reihenfolge, wie bei der die Elektrizität erzeugenden Maschine eintreten. Es ist möglich, daß dabei anfangs die beiden Scheiben derart einander das Gleichgewicht halten, daß sie sich nicht von selbst zu drehen beginnen; es genügt dann ein kleiner Anstoß der einen Scheibe. Hat man die Maschine kurz vorher in Gang gesetzt, so läuft sie sicher von selbst an.

Es sei nun noch erwähnt, daß der Besitzer eines sogenannten Elektrophorkastens die darin meist sehr zahlreich vorhandenen elektrischen Spielzeuge in einem solchen Vortrage nur möglichst kurz vorführen soll; sie unterhalten zwar die Zuschauer, haben aber theoretisch zu wenig Bedeutung; es sind eben nur Spielzeuge, und wir haben darum auch die Beschreibung ihrer Herstellung weggelassen.

[1] Siehe auch, was bei den Leidener Flaschen über die Glasfarbe gesagt ist.

Zweiter Vortrag.

Der galvanische Strom.

Da Rudis erster Vortrag allgemeine Anerkennung bei seinen Verwandten und Bekannten gefunden hatte, ließ er nicht viel Zeit verstreichen, bis er an die Vorbereitungen zu einem zweiten ging. Er wollte diesen wissenschaftlicher gestalten als den ersten und darum nur Freunde und solche Verwandte einladen, bei denen er mehr Vorkenntnisse voraussetzen konnte. Für die Tanten und Cousinen wollte er dann außerdem noch einen gemeinverständlichen Vortrag halten.

Da es zu weit führen würde, so sei diesmal nicht der ganze Vortrag wörtlich wiedergegeben, sondern es sollen nur die ausgeführten Experimente beschrieben werden. Auch setzte sich Rudi diesmal das, was er sprechen wollte, nicht wörtlich auf, sondern legte sich nur eine Übersicht zurecht, die er während des Vortrages auf dem Tisch liegen hatte; damit er nicht wieder einen Teil vergesse, strich er jeweils den behandelten Abschnitt in seiner Niederschrift, dem Konzept, durch.

Auch diesmal sollte Käthe wieder die Assistentin sein; sie half nicht nur bei der Ausführung der Versuche, sondern sogar bei der Herstellung der Apparate selbst.

[Sidenote: Geschichte der Entdeckung des galv. Stromes.]

In der Einleitung des Vortrages erwähnte Rudi, daß man während langer Zeit keine andere Methode als die der Reibung und Influenz zur Erzeugung von Elektrizität kannte, bis im Jahre 1789 Galvani, Professor der Medizin in Bologna, eine ihm anfangs unerklärliche Beobachtung machte: er hatte, um den Einfluß der Luftelektrizität auf die Nerven zu untersuchen, an einem eisernen Geländer eine Anzahl an einen Kupferdraht befestigte Froschschenkel aufgehängt. Sobald nun der Wind diese hin und her blies und die unteren Enden der Schenkel das Eisengeländer berührten, zuckten sie heftig zusammen. Galvani selbst kam aber dem Wesen dieser Erscheinung nicht auf die Spur, und erst Volta stellte fest, was für Bedingungen erfüllt sein müßten, damit der Versuch gelänge. Erstens mußten irgend zwei verschiedene Metalle vorhanden sein (bei Galvanis Versuch waren es Eisen und Kupfer), die einander einerseits unmittelbar berühren, anderseits aber durch eine salzige oder sauere Flüssigkeit verbunden sind (der im Salzwasser gewaschene Froschschenkel). Der Froschschenkel selbst war für das Gelingen des Versuches nur insofern nötig, als er einen an sich unsichtbaren Vorgang anzeigte, indem er durch sein Zucken erkennen ließ, daß irgend etwas in ihm vorginge.

[Sidenote: Die Entstehung des galv. Stromes.]

Volta fand nun durch eine ganze Reihe von Versuchen folgendes: Werden zwei verschiedene Metalle in eine angesäuerte Flüssigkeit gebracht und außerhalb derselben durch einen Draht verbunden, so spielt sich in dem dadurch gebildeten geschlossenen Kreis ein ganz bestimmter Vorgang ab. Der Anzeiger dieses Vorganges war anfangs der zuckende Froschschenkel, doch entdeckte man bald eine ganze Anzahl besserer und zweckmäßigerer (sicherer) Mittel, um das Vorhandensein dieses Zustandes nachzuweisen. Man fand die Ähnlichkeit dieser Erscheinungen mit den bekannten elektrischen Vorgängen und ein sicheres, wenn auch nicht sehr feines Erkennungsmittel war die Erwärmung, die alle vom Strom durchflossenen Leiter zeigen. Hier wies Rudi auf den entsprechenden Versuch in seinem letzten Vortrag hin, während Käthe folgendes einfache Experiment ausführte: In einem Glasgefäß (_Gl_ in Abb. 38) hatte sie verdünnte Schwefelsäure (1 Teil Schwefelsäure und 10 Teile Wasser. ~Man muß hierbei zuerst das Wasser eingießen, und dann unter ständigem Umrühren mit einem Glasstabe langsam die Schwefelsäure zugießen, da eine sehr starke Erwärmung eintritt~)[2]. In diese Flüssigkeit tauchte sie während des Vortrages eine Zink- und eine Kupferplatte, die einander selbst nicht berühren durften; an jeder Platte war ein etwa 30 _cm_ langer Kupferdraht angelötet. Zum Nachweis der Erwärmung bei geschlossenem Kreis hängte sie an die Drahtenden eine kleine 1 Volt-Glühlampe, die nun hell aufleuchtete, sobald die Platten in die Flüssigkeit kamen. Auch mit dem in Abb. 14 dargestellten Luftthermometer wies Rudi die Erwärmung des Drahtes nach und sprach dann über die Vorgänge, die den elektrischen Strom erzeugten.

[Sidenote: Die elektromotorische Kraft.]

Wenn man irgend zwei verschiedene Metalle, z. B. Kupfer und Zink, in eine angesäuerte Flüssigkeit taucht, so entsteht auf jedem der beiden Metalle eine elektrische Spannung, das ist eine gewisse elektrische Ladung, und zwar ist immer die eine der beiden Platten positiv, die andere negativ elektrisch. Verbindet man nun die beiden Platten mit einem Leiter, z. B. einem Kupferdraht, so gleichen sich die verschiedenen Ladungen aus, doch es bilden sich sofort wieder neue, so daß durch den Draht ein fortwährender Strom fließt. Dabei bemerken wir, daß sich das Zink unter Wasserstoffbildung viel rascher in der verdünnten Schwefelsäure auflöst als unter normalen Umständen, ohne die Gegenwart eines anderen Metalles. Es spielt sich also auch neben dem elektrischen ein chemischer Vorgang ab, und zwar ist der chemische der primäre, der elektrische dagegen der sekundäre. Chemische Vorgänge sind es, die den beiden Metallplatten ihre verschiedene Ladung erteilen. Jedoch müssen auch noch andere Einflüsse dabei im Spiele sein, denn man hat gefunden, daß es genügt, zwei verschiedene Metalle ohne Feuchtigkeit miteinander in Berührung zu bringen, um auf ihnen verschiedene Ladungen hervorzurufen; allein die Anschauungen über diese Dinge sind noch nicht geklärt. Wir wollen nur daran festhalten, daß, wenn irgend zwei verschiedene Metalle in eine angesäuerte Flüssigkeit gebracht werden, auf ihnen entgegengesetzte Ladungen entstehen. Man hat nun durch Versuche die Metalle so in einer Reihe angeordnet, daß je ein vorhergehendes mit irgend einem nachfolgenden in eine saure Flüssigkeit gebracht, immer positiv elektrisch wird, während das zweite negative Ladung erhält. Dabei ist der Unterschied in der Stärke der beiden Ladungen, die sogenannte ~Spannungsdifferenz~, umso größer, je weiter die Stoffe in der genannten Reihe, der ~Spannungsreihe~, auseinanderstehen. Je stärker die Spannungsdifferenz ist, umso stärker wird auch der Strom sein, der den verbindenden Draht durchfließt. Der Strom wird also von einer unbekannten, wahrscheinlich von chemischen Vorgängen herrührenden Energie in Bewegung gesetzt und erhalten, und man spricht deshalb von einer ~elektromotorischen Kraft~; je größer sie ist, umso stärker ist auch der Strom, den sie in Bewegung setzen kann.

Soviel sprach Rudi etwa über die theoretischen Dinge und ging dann dazu über, den Zuhörern die verschiedenen Arten von Stromquellen, bei denen chemische Energie zur Erzeugung der Elektrizität verwendet wird, vorzuführen.

[Sidenote: Herstellung verschiedener Elemente.]

Da es nicht nur von theoretischem, sondern auch von praktischem Interesse ist, wie man mit einfachen Mitteln starke, ausgiebige Stromquellen, sogenannte Elemente, sich herstellen kann, so sei an dieser Stelle die Anfertigung einer größeren Anzahl der verschiedensten Elemente beschrieben.

Das einfachste Element ist schon in der Abb. 38 dargestellt; es gibt 1,1 bis 1,2 Volt; es ist ziemlich konstant, jedoch für Demonstrationszwecke nur bei kurzer Benützung geeignet, da der sich an der Zinkelektrode bildende Wasserstoff mit der Zeit lästig auf die Atmungsorgane wirkt.

[Sidenote: Das Leclanché-Element.]