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ganzen
Leiters versetzt, auf dessen Oberfläche sich alle
Elektrizität begeben hat. Metallteile an
elektrischen
Apparaten brauchen daher
nicht massiv zu sein, sondern können ebensogut hohl sein. Auf einer Kugelfläche verbreitet sich die
Elektrizität überall
gleichmäßig; sie hat überall dieselbe Dichte, d. h. auf gleichen Flächenteilen ist die
gleiche
Elektrizitätsmenge vorhanden. Auf
Körpern von andrer Gestalt sammelt sich die
Elektrizität an denjenigen
Stellen am dichtesten an, welche am meisten hervorragen, besonders an
Kanten,
Ecken und
Spitzen.
Namentlich auf
Spitzen häuft sich die
Elektrizität dergestalt an, daß sie aus denselben auszuströmen scheint; in Berührung
mit einem
elektrischen
Körper werden nämlich die Luftteilchen gleichnamig
elektrisch und um so stärker
abgestoßen, je größer die Dichte der
Elektrizität auf dem
Körper ist; an
Spitzen entweicht die
elektrisch gewordene
Luft so kräftig,
daß sie sich der entgegengehaltenen
Hand
[* 3] als
elektrischer Wind fühlbar macht und eine Kerzenflamme zur Seite bläst.
Ein leichtes mit seiner Mitte auf eine
Spitze aufgesetztes Metallrädchen (das
elektrische Flugrad), dessen
zugespitzte
Speichen alle nach derselben
Richtung gekrümmt sind, wird durch den
Rückstoß der den
Spitzen entströmenden
Luft
der Strömungsrichtung entgegen in
Umdrehung versetzt. Ein mit einer
Spitze versehener
Leiter kann nicht oder nur schwach
elektrisch
gemacht werden, weil der von der
Spitze ausgehende
elektrische
Wind die
Elektrizität rasch entführt.
Soll daher ein
Leiter die
Elektrizität behalten, so muß man ihm unter Vermeidung aller scharfen
Kanten und
Ecken eine möglichst abgerundete Gestalt
geben; soll er dagegen seine
Elektrizität rasch abgeben, so muß man ihn mit
Spitzen versehen.
Nähert man einem isolierten
Leiter, z. B. einem an den
Enden abgerundeten, auf einem Glasfuß wagerecht
aufgestellten Metallcylinder, vom einen Ende her einen
elektrischen
Körper, etwa einen geriebenen Glasstab, so wirkt die
(positive)
Elektrizität des letztern auf die beiden in dem
Leiter anfangs noch miteinander verbundenen
Elektrizitäten und trennt sie,
indem sie die ungleichnamige (negative) an das nähere Ende heranzieht, die gleichnamige (positive) nach
dem entferntern Ende zurückdrängt.
Daß die beiden
Enden des Metallcylinders in der angegebenen
Weise entgegengesetzt
elektrisch geworben sind, erkennt man an
elektrischen Doppelpendeln, die man daselbst aufgehängt hat; jedes derselben besteht aus zwei Holundermarkkugeln, welche
an leinenen
Fäden nebeneinander hängen und im unelektrischen Zustand sich berühren; beim Annähern
der Glasstange sieht man jedes Pendelpaar auseinander gehen, weil die beiden Holundermarkkugeln eines jeden, gleichnamig
elektrisch geworden, sich abstoßen und zwar, wie man sich leicht durch
Prüfung überzeugen kann, die am nähern Ende mit
negativer, die am entferntern Ende mit positiver
Elektrizität. Man nennt diese durch den Einfluß
eines genäherten elektrischen
Körpers in einem
Leiter bewirkte Trennung der beiden
Elektrizitäten
elektrische Verteilung
oder
Influenz.
Würde man nun den elektrischen
Körper (den Glasstab) wieder entfernen, so würden sich die beiden getrennten
Elektrizitäten
sofort wieder vereinigen, der isolierte
Leiter in den unelektrischen Zustand zurückkehren und die Pendelpaare wieder zusammenfallen.
Berührt man dagegen bei fortdauernder Gegenwart des Glasstabes den Metallcylinder mit
dem
Finger, so ist der abgestoßenen
positiven
Elektrizität ein Ausweg eröffnet, sie entweicht durch den leitenden menschlichen
Körper in die
Erde, und das am entferntern
Ende aufgehängte Pendelpaar klappt zusammen; aber die am nähern Ende angehäufte negative
Elektrizität kann
durch den
Finger nicht entweichen, weil sie, von der positiven des Glasstabes angezogen, festgehalten oder, wie man sagt,
gebunden wird.
Nimmt man jetzt erst den
Finger und dann den Glasstab weg, so verbreitet sie sich frei über den ganzen
Cylinder, und beide
Pendelpaare fahren auseinander mit negativer
Elektrizität. Der Metallcylinder ist also jetzt negativ
geladen durch den Einfluß eines positiv elektrischen
Körpers, ohne daß dieser von seiner
Elektrizität das mindeste abgegeben hat.
Es wäre jedoch irrig, anzunehmen, daß jene negative
Elektrizität ohne entsprechenden Arbeitsaufwand gewonnen worden
sei; denn indem man den positiv elektrischen Glasstab von dem negativ elektrischen
Leiter entfernte, hatte
man die zwischen beiden wirksame
Anziehung zu überwinden und dabei eine
Arbeit zu leisten, deren Ergebnis die auf dem
Leiter
auftretende elektrische
Energie ist.
Ein leitend aufgehängtes Pendelpaar, seien es nun zwei an Leinenfäden aufgehängte Holundermarkkügelchen oder wegen der bedeutendern Empfindlichkeit zwei Strohhälmchen oder noch besser zwei Goldblättchen, ist sehr geeignet, die auf einem Leiter, mit dem sie verbunden sind, herrschende elektrische Spannung anzuzeigen, u. dient daher als Elektroskop. [* 4] Das Goldblattelektroskop [* 1] (Fig. 1) besteht aus einem in ein Glasröhrchen mit Siegellack eingekittetes Messingstäbchen, welches oben eine Messingplatte, unten als elektrisches Doppelpendel zwei Streifen aus Blattgold trägt. Um die Pendel [* 5] vor Luftströmungen zu schützen und zugleich das Ganze zu isolieren, ist das Röhrchen mittels eines Korks oder einer eingekitteten Metallfassung in den Hals eines Glasgefäßes eingesetzt.
Hält man einen elektrischen Körper, z. B. eine geriebene Glasstange, in einiger Entfernung über die Platte, so gehen die Pendel auseinander mit positiver der positiv elektrische Glasstab hat nämlich in dem Metallkörper des Elektroskops Verteilung bewirkt, indem er positive Elektrizität in die Pendel trieb, negative in die Platte heranzog. Berührt man jetzt die Platte mit dem Finger, so entweicht die abgestoßene positive Elektrizität, und die Pendel fallen zusammen, während die negative Elektrizität in der Platte gebunden bleibt.
Wird nun nach Wegnahme des Fingers auch der Glasstab entfernt, so wird diese negative Elektrizität frei, verbreitet sich über den ganzen Metallkörper und zwingt die Pendel, auseinander zu gehen. Das Elektroskop ist demnach mittels des positiven Glasstabes mit negativer Elektrizität dauernd geladen. Mittels einer geriebenen Kautschuk- oder Siegellackstange hätte man es auf dieselbe Weise positiv laden können. Nähert man dem negativ geladenen Elektroskop den Glasstab wieder, so gehen die Pendel mehr zusammen, weil der Glasstab durch seine verteilende Wirkung positive Elektrizität in die Pendel treibt und negative aus ihnen herauszieht und somit ihre negative Spannung vermindert; nähert man dagegen eine negativ elektrische Siegellackstange, so wird eine neue Menge negativer Elektrizität in die Pendel getrieben, und sie gehen weiter auseinander. Das geladene Elektroskop gibt also nicht bloß
[* 1] ^[Abb.: Fig. 1. Goldblattelektroskop.] ¶
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über das Vorhandensein von freier Elektrizität in dem zu prüfenden Körper, sondern auch darüber Aufschluß, ob diese Elektrizität positiv oder negativ ist, indem die Pendel im erstern Fall bei positiver, im letztern Fall bei negativer Ladung weiter auseinander gehen. Aus dem Zusammengehen der Pendel dagegen kann man noch nicht schließen, daß der genäherte Körper elektrisch ist. Denn die Pendel gehen auch zusammen, wenn man die Hand oder irgend einen andern unelektrischen Leiter dem geladenen Elektroskop nähert.
Die auf dem Metallkörper des Apparats verbreitete Elektrizität wirkt nämlich verteilend auf die beiden Elektrizitäten der Hand: die abgestoßene gleichnamige entweicht in den Boden, während die angezogene ungleichnamige in der Hand gebunden bleibt und zugleich einen Teil der Elektrizität des Apparats in die Platte heraufzieht und bindet, so daß die elektrische Spannung auf den Pendeln geschwächt wird. Man begreift jetzt auch, warum ein elektrischer Körper einen unelektrischen, z. B. die Holundermarkkugel des elektrischen Pendels, anzieht. Er trennt in ihr zunächst die beiden Elektrizitäten, und da hierbei die ungleichnamige näher an ihn herankommt, so zieht er diese stärker an, als er die weiter zurückgedrängte gleichnamige abstößt.
Kommt nun die Kugel mit dem elektrischen Körper, z. B. einem geriebenen Glasstab, in Berührung, so wird ihre durch diese Verteilung hervorgerufene negative Elektrizität durch eine gleichgroße Menge positiver Elektrizität des Glasstabes aufgehoben, die positive Verteilungselektrizität aber bleibt auf dem Kügelchen zurück und bewirkt, daß es nun vor der Glasstange flieht. Man sieht also, daß der Vorgang, welcher auf den ersten Blick als eine Mitteilung von positiver Elektrizität von seiten des Glasstabes an das Kügelchen erscheint und in seinem Erfolg einer solchen auch gleichkommt, eigentlich in einem Austausch gleicher Mengen entgegengesetzter Elektrizität zwischen dem Kügelchen und dem Glasstab besteht.
Aus der Weite des Auseinandergehens der Pendel eines Elektroskops kann man durch oberflächliche Schätzung auf die Größe der elektrischen Spannung schließen. Zur wirklichen Messung derselben dienen die Elektrometer [* 7] (s. d.), welche zum größten Teil auf dem Prinzip der Drehwage (s. d.) beruhen. Mittels der Drehwage hat Coulomb dargethan, daß zwei elektrische Teilchen sich gegenseitig anziehen oder abstoßen mit einer Kraft, [* 8] welche im geraden Verhältnis der wirkenden Elektrizitätsmengen und im umgekehrten Verhältnis des Quadrats ihrer Entfernung steht (Coulombs Gesetz).
Nähert man einem elektrischen Körper einen Leiter mehr und mehr, so werden an den einander zunächst gegenüberstehenden Stellen der beiden Körper entgegengesetzte Elektrizitäten mit wachsender Dichte sich anhäufen, indem die in letzterm durch Verteilung geweckte und nach seinem äußersten Punkt hingezogene ungleichnamige Elektrizität die entgegengesetzte Elektrizität des erstern Körpers ebenfalls nach dessen gegenüberstehendem Punkt hinzieht. Ist die Dichte der beiden Elektrizitäten groß genug geworden, so durchbrechen sie die trennende Luftschicht und vereinigen sich unter knisterndem Geräusch oder mit einem Knall durch einen elektrischen Funken, welcher in Dampf [* 9] verwandelte und glühende Teilchen der Leiter, zwischen welchen er übergeht, mit sich reißt.
Der elektrische Körper ist nun entladen. Entlädt man ihn durch eine Reihe von Leitern, die durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, z. B. durch eine Reihe rautenförmiger Stanniolblättchen [* 6] (Fig. 2), welche auf eine Glastafel (Blitztafel) oder längs einer Schraubenlinie auf eine Glasröhre (Blitzröhre) aufgeklebt sind, so springt an jeder Unterbrechungsstelle ein Funke über, was einen hübschen Anblick gewährt. Der Blitz ist nichts andres als ein ungeheurer elektrischer Funke, welcher zwischen zwei entgegengesetzt elektrischen Wolken oder zwischen einer elektrischen Wolke u. der Erde überschlägt.
Aus Spitzen ausströmend, bildet die positive Elektrizität Licht
büschel (s. Elektrische Büschel),
[* 10] die negative Lichtpünktchen. Im
luftverdünnten Raum, z. B. im elektrischen Ei
[* 11] (Fig. 3), einem mit Messingfassungen versehenen eiförmigen Glasgefäß, in
welches mit Kugeln endigende Messingstäbe (b und b') hineinragen, geht die Elektrizität, weil die verdünnte Luft ihrem Durchgang einen
geringern Widerstand entgegensetzt, auf größere Entfernungen über; die Lichterscheinung besteht in einer von der positiven
Kugel ausgehenden rötlichvioletten Lichtgarbe, welche sich fast bis zur negativen Kugel hin erstreckt;
diese dagegen erscheint von einer blauen Lichthülle umgeben (vgl. Geißlersche
[* 12] Röhren).
[* 13]
Durch die Entladung, d. h. durch die Vereinigung der beiden getrennten Elektrizitäten, wird in den Körpern, welche sie vermitteln, eine Wärmemenge erzeugt, welche der Arbeit entspricht, die zu ihrer Trennung aufgewendet worden war (s. Wärme). [* 14] Über die mechanischen Wirkungen der Entladung s. Leidener Flasche. [* 15] Die Dauer eines elektrischen Funkens ist außerordentlich kurz; eine rasch sich drehende Pappscheibe, welche mit abwechselnd weißen und schwarzen Speichen bemalt ist, erscheint, von dauerndem Licht [* 16] beleuchtet, gleichmäßig grau, weil das Bild einer jeden schwarzen Speiche in unserm Auge [* 17] an derselben Stelle erscheint, an welcher das Bild der vorhergehenden weißen Speiche noch nicht erloschen ist, und sich daher mit diesem mischt; beleuchtet man aber die Scheibe im Dunkeln durch einen elektrischen Funken, so wird sie deutlich mit allen Speichen gesehen, als ob sie stillstände, weil sie sich während der kurzen Dauer des Funkens in unserm Auge nur in der Stellung abbilden konnte, welche sie im Augenblick der Beleuchtung [* 18] besaß. Die Geschwindigkeit der Fortpflanzung der Elektrizität in Leitern ist je nach den Umständen verschieden gefunden worden; sie ist jedenfalls sehr groß, wahrscheinlich etwa gleich derjenigen des Lichts (vgl. Geschwindigkeit).
Außer durch Reibung [* 19] kann die Trennung der beiden Elektrizitäten auch noch durch andre Vorgänge bewirkt werden, namentlich durch gegenseitige Berührung zweier verschiedenartiger Stoffe (Berührungselektrizität, Galvanismus, [* 20] s. d.) und durch Einwirkung von Wärme (Thermoelektrizität [* 21] und Pyroelektrizität, s. d.).
[Geschichtliches.]
Der erste Schritt zur Entwickelung der Elektrizitätslehre geschah, als Gilbert in einem Werk über den Magnet 1600 die Beobachtung mitteilte, daß außer Bernstein [* 22] auch gewisse andre Körper durch Reiben die Eigenschaft annehmen, leichte Körperteilchen anzuziehen. Otto v. Guerike zu Magdeburg, [* 23] der Erfinder der Luftpumpe, [* 24] machte auch den ersten Anfang zur Konstruktion der Elektrisiermaschine [* 25] (s. d.) und wies die elektrische Abstoßung nach.
[* 6] ^[Abb.: Fig. 2. Elektrische Funken (Blitzröhre).
Fig. 3. Elektrisches Ei.] [* 26] ¶
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Diese Untersuchungen wurden von andern, namentlich in England, fortgesetzt; aber mehr als ein Jahrhundert verging wiederum, bis der Engländer Gray (1727) die Entdeckung machte, daß auch die Metalle und andre Körper, welche man bis dahin nicht elektrisch machen konnte, diese Eigenschaft erlangten, wenn sie an seidenen Fäden hingen oder auf Glas [* 28] ruhten; er erkannte hiermit den wahren Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter. Beinahe 50 Jahre später, um 1773, unterschied Du Fay zwei Elektrizitäten und zeigte, daß die gleichartig elektrischen Körper sich abstoßen, hingegen die ungleichartig elektrischen sich anziehen.
Die Erfindung der Verstärkungsflasche ward 1745 vom Domherrn v. Kleist in Pommern [* 29] (daher Kleistsche Flasche) und einige Zeit später von Cunäus in Leiden [* 30] (daher Leidener Flasche) gemacht. Die Vermutung, daß Blitz und Donner die Wirkung einer elektrischen Entladung seien, sprach Benjamin Franklin, der berühmte Amerikaner, zuerst entschiedener aus, zeigte auch den Weg (vermittelst des Drachen), sie zur Gewißheit zu erheben, und erfand den Blitzableiter. Ein ganz neues Gebiet der Elektrizität wurde durch Entdeckung der Berührungselektrizität von Galvani (1789) und Volta in dem nach ersterm benannten Galvanismus eröffnet.
Während man bis dahin bloß die Erscheinungen des Gleichgewichtszustandes der Elektrizität im ruhenden Zustand beobachtet und studiert hatte, fand man jetzt, daß die in fortwährender Bewegung in einem Leiter begriffene der sogen. elektrische oder galvanische Strom, ganz neue, ungeahnte Beziehungen zu Wärme, Chemismus und Magnetismus [* 31] darbot. Schon zu Anfang dieses Jahrhunderts vermochte Davy vermittelst des Stroms die Alkalien zu zersetzen und die Alkalimetalle im regulinischen Zustand auszuscheiden. Im J. 1820 entdeckte Örsted in Kopenhagen [* 32] durch Zufall den Elektromagnetismus. [* 33]
Ampère wies 1826 die gegenseitige Einwirkung elektrischer Ströme nach. Im J. 1827 entdeckte Ohm das nach ihm benannte Gesetz der Stromstärke, Faraday entdeckte 1831 die Induktion, [* 34] die Magnetelektrizität [* 35] und den Diamagnetismus; [* 36] 1833 erfanden Gauß und Weber den elektromagnetischen Telegraphen, [* 37] 1838 Jacobi die Galvanoplastik. [* 38] Das für die technische Anwendung der Elektrizität so wichtige dynamoelektrische Prinzip wurde 1866 von W. Siemens aufgestellt, und 1877 erfand Graham Bell das Telephon.
Vgl. Rieß, Reibungselektrizität (Berl. 1853, 2 Bde.);
Derselbe, Abhandlungen zur Lehre [* 39] von der Reibungselektrizität (das. 1867);
Becquerel, Traité de l'électricité (Par. 1855-56, 3 Bde.; mit der Fortsetzung: »Résumé de l'histoire de l'électricité«, 1858);
Kuhn, Angewandte Elektrizitätslehre (Leipz. 1866);
Carl, Die elektrischen Naturkräfte (Münch. 1878);
v. Beetz, Grundzüge der Elektrizitätslehre (Stuttg. 1878);
Ferrini, Technologie der Elektrizität und des Magnetismus (deutsch, Jena [* 40] 1878);
Maxwell, Lehrbuch der Elektrizität (deutsch, Berl. 1882, 2 Bde.);
Wiedemann, Lehre von der Elektrizität (Braunschw. 1882 bis 1885, 4 Bde.);
Hoppe, Geschichte der Elektrizität (Leipz. 1884);
Mascart und Joubert, Lehrbuch der Elektrizität und des Magnetismus (Berl. 1886).