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Galvanische Färbung der Metalle - Galvanischer Strom
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Verbindet man Elemente, die wir hintereinander stellen, durch
Drähte von verschwindendem
Widerstand, wie es z. B. in nachstehender
[* 1]
Fig. 1 mit
Bunsen-Elementen geschehen und in
[* 1]
Fig. 2 schematisch dargestellt ist, so, daß die
Kohle (C) des einen Elements
immer mit dem
Zink (Z) des folgenden Elements verbunden wird, so bleibt die
Stromstärke dieselbe wie zuvor,
denn es ist für den ganzen Stromkreis I = nE/nR = E/R. Man sieht auch, daß nun die Elektricität, anstatt von
Kohle zum
Zink desselben Elements, einfach von
Kohle zum
Zink des folgenden Elements überfließt, aber unter denselben Verhältnissen
wie zuvor. Stellt man jedoch n solche Elemente nebeneinander, verbindet alle
Kohlen leitend, ebenso alle
Zinke leitend miteinander (s. Fig. 3) und führt nun einen
Draht
[* 2] von verschwindendem
Widerstand von
Kohle zu
Zink, so liegen in
demselben alle Einzelströme sozusagen nebeneinander; der
Strom ist nI. In der That ist die elektromotorische Kraft
[* 3] dieselbe
wie bei einem Element, der
Widerstand aber wegen des n fachen Querschnitts R/n, demnach I' = nE/R = nI.
Verwendet man einen Schließungsdraht vom
Widerstand L, so ist für die beiden vorigen Fälle die
Stromstärke nE/(nR + L),
beziehentlich E/(R/n + L). Die Ergebnisse für den Fall, daß L sehr klein, wurden schon angegeben.
Ist im Gegenteil L so groß, daß R dagegen verschwindet, so ist für ein durch L geschlossenes Element I = E/L, für n Elemente
hintereinander I' = nE/L = nI, für n Elemente nebeneinander wieder I'' = E/L.
Allgemein ist also bei großem äußerm
Widerstand
die Hintereinanderschaltung, bei kleinem äußerm
Widerstand die Nebeneinanderschaltung zur Erzielung
einer großen
Stromstärke vorteilhaft. Werden, z. B. wie in
[* 1]
Fig. 4, acht
der obigen Elemente zu zweien hintereinander, zu vieren nebeneinander geschaltet, so ist I = 2E/(2R/4 + L) = 4E/(R + 2L).
Werden jedoch, wie in
[* 1]
Fig. 5, vier Elemente hintereinander, n nebeneinander geschaltet, so
wird
Soll für die Anzahl k Elemente, wobei
k in mehrfacher
Weise in die
Faktoren m und n zerlegt werden kann (k = m.n), die
vorteilhafteste
Schaltung bei äußerem
Widerstand L ermittelt werden, so haben wir folgende Überlegung anzustellen. Es
seien m Elemente hintereinander, n nebeneinander geschaltet, so ist I = mE/(mR/n + L) = mnE/(mR + nL) = kE/(mR + (k/m) L).
Es wird I am größten, wenn der Nenner
mR + (k/m)L am kleinsten wird. Die
Rechnung lehrt aber, daß dies
der Fall ist, sobald m so gewählt wird, daß möglichst nahe L = (m/n)R, d. h. daß der innere
Widerstand der
Batterie dem äußern
Widerstand gleich wird. -
Funke.Wenn man die Poldrähte einer
Galvanischen Batterie (s. d.) von einer großen, hintereinander geschalteten
Elementenzahl nach der Berührung voneinander entfernt, tritt zwischen denselben der Galvanischer Funke auf. Da
hierbei die Entfernung allmählich wächst, so genügt bei Beginn die geringe Potentialdifferenz (s.
Elektrisches
[* 8] Potential), um die Luftstrecke zu überbrücken, und diese erhitzte, besserleitende Luftstrecke bleibt einen
Augenblick eine
Bahn für den
Strom. Bei
Annäherung der Poldrähte erhält man hingegen keinen wahrnehmbaren Galvanischer Funke
Thomson hat
ermittelt, daß erst 700 hintereinander geschaltete Daniellsche Elemente (s.
Galvanisches Element, S. 507 a fg.) eine Funkenschlagweite von 1/10
mm haben. Der Schließungsfunke ist also schwer, der Öffnungsfunke
aber leicht zu beobachten, besonders wenn dessen
Bildung durch den Extrastrom
[* 9] (s. d.) begünstigt wird.
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
[* 11] (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).
[* 12] 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),
[* 13] und Ampere wies durch Versuche nach, daß zwei bewegliche Stromleiter aufeinander anziehend und abstoßend
wirken können (s. Elektrodynamik).
[* 14] Faraday fand (1831), daß jede Veränderung in der Stärke
[* 15] eines Stroms oder in der Lage eines
durchströmten Leiters in einem geschlossenen Nachbarleiter ebenfalls einen Strom erzeugt (s. Induktion).
[* 16] Erwärmung und Schmelzung
durchströmter Leiter war schon bei den ältern Versuchen mit der Voltaschen 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
von denjenigen der Reibungselektricität nicht der Art, wohl aber der Stärke nach sich sehr bedeutend unterscheiden.
Das Potential (s. Elektrisches Potential) einer geladenen Flasche
[* 17] 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 die Auffassung
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
[* 18] 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).