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Galvanische
[* 1] Batterie, Säule oder Kette. Legt man auf eine isolierte Kupferplatte [* 1] (Fig. 1) eine mit verdünnter Schwefelsäure [* 2] getränkte Scheibe von Pappe oder Filz, so wird durch das Bestreben der Schwefelsäure, sich mit dem Kupfer [* 3] chemisch zu verbinden, an der Berührungsstelle von Flüssigkeit und Metall eine Trennung der beiden in jedem unelektrischen Körper vereinigt vorhandene Elektrizitäten bewirkt, und zwar wird negative Elektrizität [* 4] von der Berührungsfläche aus in das Kupfer und gleichviel positive Elektrizität in die Flüssigkeit getrieben, bis ein ganz bestimmter, von der Beschaffenheit der beiden sich berührenden Stoffe abhängiger Spannungsunterschied erreicht ist.
Die an der Berührungsfläche thätige, jenem Verbindungsbestreben entsprechende Kraft, [* 5] welche diesen Spannungsunterschied hervorbringt und ihn unter allen Umständen aufrecht erhält, nennt man die elektromotorische Kraft. Würde man nun eine zweite Kupferplatte auf die Filzscheibe legen, so müßte sich die an der ersten Berührungsfläche fortgetriebene positive Elektrizität auf diese Platte begeben und die auf ihr vermöge der zweiten Berührungsfläche erregte gleich große negative Elektrizitätsmenge aufheben, während die hier zurückgestoßene positive Elektrizität ebenso nach der ersten Kupferplatte geht und deren negative Ladung aufhebt.
Zwei gleiche durch eine Flüssigkeitsschicht getrennte Metallplatten können daher keine elektrische Spannung erlangen, weil in diesem Fall zwei gleiche elektromotorische Kräfte sich entgegenwirken. Legt man dagegen eine Zinkplatte auf die Filzscheibe, so wird, da die elektrische Erregung zwischen Zink und Schwefelsäure zehnmal so groß ist als diejenige zwischen Kupfer und Schwefelsäure, der Kupferplatte von der zweiten Berührungsfläche her zehnmal soviel positive Elektrizität zugeführt, als sie negative vermöge ihrer eignen Berührung mit der Schwefelsäure enthält, und in der Zinkplatte wird zehnmal soviel negative Elektrizität erregt, als positive von der ersten Berührungsfläche her auf sie übergegangen ist.
Die Kupferplatte wird also jetzt positiv, die Zinkplatte ebenso stark negativ geladen sein mit einer Spannung, welche neunmal so groß ist als die durch Berührung von Kupfer mit Schwefelsäure hervorgerufene (vgl. Fig. 1). In der Zusammenstellung Kupfer-Flüssigkeit-Zink (KFZ), welche ein Voltasches oder galvanisches Element oder Plattenpaar genannt wird, besitzen wir demnach einen Apparat, in welchem eine unausgesetzt thätige Kraft positive Elektrizität in die Kupferplatte, negative in die Zinkplatte treibt, bis ein bestimmter Spannungsunterschied zwischen den beiden Metallplatten erreicht ist, und diesen Spannungsunterschied unter allen Umständen aufrecht erhält. Die elektrische Spannung auf den Metallplatten Eines Elements ist allerdings sehr gering und nur durch sehr empfindliche Elektroskope mit Hilfe des Kondensators nachweisbar; man kann aber die Wirkung beträchtlich steigern, wenn man, wie Volta gethan hat, viele Elemente immer in der Reihenfolge KFZ, KFZ... zu einer Säule [* 1] (Fig. 2) aufeinander schichtet. In jedem Element ist nämlich die gleiche elektromotorische Kraft thätig und treibt die von ihr erregten Elektrizitäten nach entgegengesetzten Seiten, die positive auf alle ¶
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nach dem Kupferende zu, die negative auf die nach dem Zinkende zu gelegenen Platten. Die Endplatten werden daher einen Spannungsunterschied erreichen, der im Verhältnis der Anzahl der Elemente vervielfacht ist, und zwar wird das Kupferende positiv, das Zinkende negativ elektrisch sein, während die Mitte der Säule unelektrisch ist, weil hier von beiden Seiten gleich große, aber entgegengesetzte Elektrizitätsmengen zusammentreffen. Bei dieser Betrachtung wurde der Einfachheit wegen davon abgesehen, daß die Metallplatten auch durch den Sauerstoff der umgebenden Luft elektrisch erregt werden (s. Galvanismus, [* 7] S. 877); an dem schließlichen Ergebnis wird dadurch in der That nichts geändert, als daß die aus dieser Einwirkung sich ergebenden Spannungsunterschiede sich zu den andern hinzufügen.
Die [* 6] Fig. 3 zeigt die Voltasche Säule in ihrer ursprünglichen Gestalt; sie ist zwischen Glasstäben aufgebaut, die in gefirnißte Holzplatten a und b eingelassen sind. Die beiden Enden der Säule nennt man ihre Pole und zwar das Kupferende den positiven Pol, das Zinkende den negativen Pol. Werden Drähte mit den Endplatten verbunden, so erscheinen die Pole an die Endend und c dieser Drähte verlegt, wie lang diese auch sein mögen. Solange die Drahtenden nicht miteinander in Berührung gebracht werden, ist die Säule offen und zeigt elektroskopisch nachweisbare Spannungserscheinungen an ihren Polen.
Sobald aber die Drahtenden miteinander in Berührung gebracht werden und hiermit die Säule geschlossen wird, verschwindet
jedes Anzeichen von Spannung, denn die an den Endplatten der Säule angehäuften entgegengesetzten Elektrizitäten gleichen sich
durch den nunmehr hergestellten Schließungsbogen aus, indem positive Elektrizität von dem Kupferende der Säule durch den
Schließungsdraht nach dem Zinkende und ebensoviel negative von dem Zinkende nach dem Kupferende strömt;
dieser elektrische oder
galvanische Strom fließt dauernd und stetig, weil die in den Elementen der Säule thätigen elektromotorischen
Kräfte in ihrem Bestreben, die verlorne Spannung wiederherzustellen, unausgesetzt positive Elektrizität nach dem Kupferende,
negative nach dem Zinkende und von hier aus durch den Schließungsdraht treiben; die geschlossene Säule
wird also ebenfalls von dem
galvanischen Strom durchflossen und bildet daher mit
dem Schließungsbogen zusammen einen ununterbrochenen
Schließungskreis. Um die Stromrichtung zu bezeichnen, genügt es, anzugeben, in welcher Richtung die positive Elektrizität
fließt, da es sich dann von selbst versteht, daß die negative in entgegengesetzter Richtung sich bewegt.
Man sagt also: der
galvanische Strom fließt im Schließungsbogen vom Kupferpol zum Zinkpol, in der Säule dagegen vom Zinkpol
zum Kupferpol. Da sonach in jedem Element die positive Elektrizität von der Zinkplatte durch die Flüssigkeit zur Kupferplatte
strömt, so nennt man das Zink das elektropositive, das Kupfer (oder seinen Stellvertreter) das elektronegative
Metall.
Da der Aufbau einer Säule mit feuchten Filzscheiben mancherlei Übelstände mit sich führt, so kommt die Voltasche Säule in ihrer ursprünglichen Gestalt gegenwärtig nicht mehr zur Anwendung, sondern ist durch andre zweckmäßigere Anordnungen verdrängt worden. Man erhält auf die einfachste Weise ein Voltasches Element, wenn man eine Kupferplatte und eine Zinkplatte in ein Glasgefäß mit verdünnter Schwefelsäure stellt; und da es keineswegs notwendig ist, daß die Zink- und Kupferplatte zweier benachbarter Elemente sich in ihrer ganzen Ausdehnung [* 8] berühren, so erhält man eine aus solchen Elementen zusammengestellte »Säule« oder »Kette« oder »Batterie«, indem man das Zink eines jeden Elements mit dem Kupfer des folgenden durch einen Draht [* 9] oder Streifen von Kupfer verbindet (Bechersäule, [* 6] Fig. 4). Wollaston hat den Plattenpaaren die in [* 6] Fig. 5 dargestellte zweckmäßige Einrichtung gegeben; die Zinkplatte z trägt nach oben eine Verlängerung, [* 10] an welche bei s ein Kupferstreifen a angelötet ist, welcher zur Kupferplatte des folgenden Plattenpaars führt; die Kupferplatte kk, welche in den Kupferstreifen b ausläuft, ist um die Zinkplatte herumgebogen und wird durch Holzstückchen h an metallischer Berührung mit ihr gehindert. Eine Reihe solcher Plattenpaare ist mittels der Kupferstreifen an einer Holzleiste befestigt [* 6] (Fig. 6), so daß man alle auf einmal in die mit verdünnter Schwefelsäure (1 Teil englische Schwefelsäure auf 10 Teile Wasser) gefüllten Glasgefäße einsenken und wieder herausheben kann. Man erreicht einen größern Spannungsunterschied, wenn man dem Zink eine Platte gegenüberstellt, welche von der Flüssigkeit noch weniger ¶
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als Kupfer elektrisch erregt wird, nämlich Platin oder Kohle. So besteht z. B. das Smeesche Element aus einer Zink- und einer platinierten Silberplatte, welche ebenfalls in verdünnte Schwefelsäure eingetaucht sind. Das sehr beliebte und für sich allein schon kräftig wirksame Flaschenelement [* 11] (Fig. 7) enthält zwei Platten von Gaskohle (Retortenkohle), welche in eine Chromsäurelösung tauchen, die den untern bauchigen Teil eines flaschenförmigen Gefäßes ausfüllt; zwischen beiden befindet sich eine Zinkplatte, welche mittels eines durch den Deckel des Gefäßes gehenden Messingstabes beim Gebrauch in die Flüssigkeit hinabgeschoben wird; von zwei auf dem Deckel angebrachten messingenen Klemmschrauben, welche zur Aufnahme der Poldrähte bestimmt sind, ist die eine mit den beiden Kohlenplatten, die andre mit der Zinkplatte in leitender Verbindung.
Die bisher angeführten, mit einer einzigen Flüssigkeit gefüllten Elemente geben zwar gleich nach dem Eintauchen der Platten
einen starken Strom; die Wirkung nimmt aber sehr rasch ab, weil bei der Stromleitung durch die Flüssigkeit diese
eine chemische Veränderung erfährt, infolge deren die elektromotorische Kraft geschwächt wird (s. Elektrolyse
[* 12] und Polarisation,
[* 13]
galvanische); man nennt sie daher inkonstante (unbeständige) Elemente. Man kann diese Schwächung dadurch verhindern, daß
man jede der beiden Platten in eine besondere, geeignet gewählte Flüssigkeit eintauchen läßt, und erhält so die konstanten
(beständigen) Elemente, welche einen längere Zeit mit gleichbleibender Stärke
[* 14] andauernden Strom geben.
Das Daniellsche Element
[* 11]
(Fig. 8) besteht aus Zink in verdünnter Schwefelsäure und Kupfer in einer gesättigten Lösung von Kupfervitriol;
die verdünnte Schwefelsäure befindet sich in einem cylindrischen Gefäß
[* 15] T aus porösem Thon (Biskuit),
[* 16] die Kupfervitriollösung
in dem Glasgefäß selbst; die fein poröse Scheidewand verhindert die Vermischung der Flüssigkeiten,
aber nicht den Durchgang des Stroms, da sie wie Fließpapier von der Flüssigkeit durchtränkt und dadurch leitend wird.
Die Zinkplatte Z und die Kupferplatte K sind cylindrisch gebogen, um sich der Form der Gefäße anzubequemen. Zur Verbindung der Zink- und der Kupferplatte mit den folgenden Elementen oder mit den Poldrähten dienen die an jene angelöteten Kupferstreifen m und p und die Klemmschraube s. Eine besonders für Telegraphenzwecke praktisch bewährte Abänderung des Daniellschen Elements ist das Meidingersche [* 11] (Fig. 9). Auf einem Vorsprung bb der Glaswand des Gefäßes AA steht eine cylindrisch gebogene Zinkplatte ZZ, an welche der Leitungsdraht ck angelötet ist.
In dem auf dem Boden des Glases A angekitteten kleinern Glasgefäß dd befindet sich ein rund gebogenes Kupferblech e, zu welchem ein durch Kautschukumhüllung isolierter Kupferdraht fg hinabreicht. Von dem Deckel des Gefäßes A hängt ein weites, unten mit einer Öffnung versehenes Glasrohr h bis ins Gefäß d hinab. Dieses Rohr h wird mit Stücken von Kupfervitriol, das Gefäß A mit einer Lösung von Bittersalz gefüllt; indem der Kupfervitriol sich auflöst, bildet er eine Lösung, welche wegen ihres größern spezifischen Gewichts in dem Gefäß d in Berührung mit der Kupferplatte bleibt, während die Zinkplatte von Bittersalzlösung umgeben ist; so ist ohne Anwendung einer Thonscheidewand eine genügende Trennung der beiden Flüssigkeiten erreicht. Das Grovesche Element besteht aus Zink in verdünnter Schwefelsäure und Platin in konzentrierter Salpetersäure. Das sehr kräftige Bunsensche Element [* 11] (Fig. 10) enthält in dem Glasgefäß a ebenfalls konzentrierte Salpetersäure; darin steht zunächst der hohle Kohlencylinder ee; von der Kohle umschlossen ist die mit verdünnter Schwefelsäure gefüllte Thonzelle c, in welche der gegossene Zinkblock d eingesenkt ist. Die [* 11] Fig. 11 stellt eine Bunsensche Batterie vor, bei welcher sich die Kohle in Form dicker Stäbe mit der Salpetersäure in der porösen Thonzelle, das Zink mit der verdünnten Schwefelsäure außerhalb in einem glasierten Thongefäß befindet. Bei dem Element von Leclanché [* 11] (Fig. 12) ist in einer porösen Thonzelle eine Kohlenplatte K mit einem aus Braunstein und Kohle ¶