[Abbildung: Fig. 123.]
Wenn auf einem ^Leiter^ Elektrizität vorhanden ist, ^so verbreitet sie
sich^, da die einzelnen Teilmengen der Elektrizität sich gegenseitig
abstoßen, ^über die ganze Oberfläche^. Aber nur auf einer Kugel ist sie
gleichmäßig verteilt, d. h. so, daß auf jedem gleich großen
Flächenstückchen gleich viel Elektrizität sitzt; ^auf jedem anderen
Leiter ist sie ungleichmäßig verteilt und zwar so, daß an den stärker
gekrümmten Stellen die Elektrizität dichter ist^; je stärker also eine
Stelle gekrümmt ist, um so mehr Elektrizität sitzt auf ihr.
(Elektrisches Verteilungsgesetz.) Die Figur 123 stellt einen isolierten
Leiter vor, dessen Oberfläche verschiedene Krümmung besitzt. Die
gestrichelte Linie soll durch ihren Abstand von der Oberfläche angeben,
wie groß etwa die Dichte der Elektrizität an jeder Stelle ist.
Wenn auf einem Leiter eine ^Spitze^ angebracht ist, so ist, weil die
Fläche an der Spitze ungemein stark gekrümmt ist, #die Dichte der
Elektrizität auf der Spitze sehr groß#.
Mit der Dichte der Elektrizität wächst ihre ^Spannung^, das ist die nach
außen gerichtete abstoßende Kraft der gleichnamig elektrischen Teilchen;
damit wächst auch das Bestreben und die Fähigkeit, von dem Leiter
wegzugehen, die Luft zu durchbrechen und auf einen benachbarten Leiter
überzuspringen, #elektrischer Funke#. Da aber auf einer Spitze die
Dichte und damit auch die Spannung der Elektrizität sehr groß ist, so
kann die Elektrizität ^durch eine Spitze leicht ausströmen^. Hiebei
werden die der Spitze zunächst liegenden Luftteilchen elektrisch
geladen, als gleichnamig elektrisch von der Spitze abgestoßen und
entführen so der Spitze die Elektrizität.
Bringt man auf dem Knopfe des Elektroskops eine Spitze an, und nähert
ihr die elektrische Glasstange, so wird das Elektroskop influenziert, an
den Blättchen +, an der Spitze -; die - Elektrizität strömt durch die
Spitze leicht aus, geht durch die Luft zur Glasstange und neutralisiert
sich mit der dort befindlichen + Elektrizität; die Elektrizität der
Blättchen bleibt im Elektroskope; es ist + geladen: #Ein Elektroskop
kann gleichnamig geladen werden durch Influenz und Ausströmen der
Influenzelektrizität erster Art durch eine Spitze.# Da einerseits die
influenzierten Mengen + und - Elektrizität gleich sind, anderseits nur
so viel freie + ~E~ im Elektroskop zurückbleibt, als - ~E~ bei der
Spitze ausströmt, und schließlich die ausströmende - ~E~ eine gleiche
Menge + ~E~ der Glasstange neutralisiert, so verliert die Glasstange so
viel + ~E~, als schließlich im Elektroskop freie + ~E~ vorhanden ist. Es
^schaut also so aus, als sei ein Teil der + ~E~ von der Glasstange weg
durch die Luft und die Spitze in das Elektroskop gegangen^; man sagt
abkürzend: #die Spitze saugt die Elektrizität auf#.
Man kann jeden isolierten Leiter elektrisch machen, wenn man auf ihm
eine Spitze anbringt und dieser einen elektrischen Körper nähert.
Umgekehrt, wenn man einem isolierten Leiter, der eine Spitze besitzt,
Elektrizität mitteilt, #so strömt fast alle Elektrizität durch die
Spitze aus#; nur ein kleiner Rest bleibt auf dem Leiter, so daß die
Elektrizität auf ihm nur eine geringe Spannung bekommt. An einem Leiter,
dem man größere Mengen Elektrizität mitteilen will, müssen demnach
Spitzen, scharfe Ecken und Kanten vermieden werden; er muß möglichst
schwach gekrümmte, glatte Flächen haben.
Von Wichtigkeit sind noch folgende Sätze:
Der Sitz der Elektrizität auf einem isolierten Leiter ist dessen äußere
Oberfläche; im Innern eines geschlossenen oder nur nahezu geschlossenen,
hohlen Leiters gibt es keine freie Elektrizität. Nachweis mittels eines
biegsamen Drahtnetzes.
Ein elektrischer Leiter, welcher in das Innere eines metallischen
Hohlkörpers gebracht wird, gibt bei Berührung mit der Innenwand seine
ganze Ladung an die umschließende Metallhülle ab.
Bei gleichbleibender Ladung nimmt die elektrische Dichte eines Körpers
in dem Maße ab, als seine Oberfläche vergrößert wird. Nachweis durch
Aufrollen eines Drahtnetzes, sowie durch Seifenblase.
Ist die Elektrizität auf einem Leiter nach dem Flächengesetz in
verschiedener Dichte verteilt, so hat sie doch auf der ganzen Oberfläche
denselben Zustandsgrad; denn ein Elektroskop gibt, mit beliebigen
Punkten der Oberfläche leitend verbunden, stets denselben Ausschlag.
Dieser Zustandsgrad heißt das #Potenzial# der Elektrizität. #Die
Elektrizität hat auf der ganzen Oberfläche des Leiters dasselbe
Potenzial.# Als ^Einheit^ des Elektrizitätsgrades oder des ^Potenzials^
ist eingeführt das ~^Volt^~. Man kann ein Elektroskop nach ~Volt~
eichen, so daß am Grad des Ausschlages direkt die Anzahl der ~Volt~
abgelesen werden können.
Die durch Reibung hervorgebrachte Elektrizität kann leicht einen sehr
hohen Zustandsgrad erreichen; so kann die Hartgummiplatte des
Elektrophors durch Peitschen mit dem Fuchsschwanz einen
Elektrizitätsgrad von ca. 30 000 ~Volt~ erreichen. Die Höhe des
Potenzials ist aber von der Natur der verwendeten Stoffe abhängig; sie
erreicht bei bestimmter Stärke des Reibens ein ^Maximum^ und kann durch
noch heftigeres Peitschen nicht weiter erhöht werden.
Ein Potenzial von ca. 1000 ~Volt~ liefert einen Funken von ca. 1 _mm_
Länge, weshalb mittels des Elektrophors Funken von ca. 30 _mm_ Länge
erhalten werden können.
#Das Potenzial wächst auf ein und demselben Leiter mit der Dichte.# Gibt
man dem Leiter eine doppelte Ladung, so zeigt er einen entsprechend
größeren Ausschlag am Elektroskop: er hat doppeltes Potenzial.
Wenn man drei isolierte aber leitend verbundene Kugeln gemeinsam ladet,
so haben sie dasselbe Potenzial; denn sowohl verbunden, als auch jede
für sich, geben sie denselben Ausschlag am Elektroskop. Prüft man die
Dichten, so verhalten sie sich umgekehrt wie die Radien, wie es dem
Flächengesetz entspricht. Die zweimal größere Kugel hat also eine
zweimal kleinere Dichte, aber eine viermal größere Oberfläche, demnach
eine zweimal größere Ladung. #Bei gleichem Potenzial verhalten sich die
auf zwei Kugeln befindlichen Mengen Elektrizität wie die Radien der
Kugeln.#
#Die Elektrizität ist der Menge nach unzerstörbar.# Wenn man die auf
einem Leiter befindliche Elektrizität auf beliebige andere Leiter
verbreitet und schließlich wieder auf dem ersten Leiter ansammelt, so
hat sie dieselben Eigenschaften wie zuerst, ist also unverändert
geblieben. Daß die Elektrizität, wenn man sie auf einen ungemein großen
Körper verbreitet, also etwa zur Erde ableitet, für unsere Wahrnehmung
verschwunden ist, spricht nicht gegen ihre Unzerstörbarkeit.
Wegen der Unzerstörbarkeit kann man die Elektrizität wie eine Masse
betrachten, welche sich von den gewöhnlichen Massen jedoch dadurch
unterscheidet, daß sie, mit einer gleich großen Menge entgegengesetzter
Elektrizität zusammengebracht, verschwindet. Wenn man eine Kugel von 1
_cm_ Radius auf den Elektrizitätsgrad 1 ~Volt~ ladet, so ist die Menge
der auf der Kugel vorhandenen Elektrizität = ¹/₃₀₀ der Mengeneinheit.
Eine Kugel von ~r~ _cm_ Radius enthält also bei demselben Grade ~r~ .
¹/₃₀₀ Mengeneinheit. Dieselbe Kugel enthält dann bei ~n~ ~Volt~ eine
Elektrizitätsmenge ~n~ · ~r~ · ¹/₃₀₀ Mengeneinheiten.
Man nennt eine Menge von 3000 Millionen Elektrizitätseinheiten 1
~^Coulomb^~. Sie ist von solcher Größe, daß wir für gewöhnlich keinen
Leiter mit 1 ~Coulomb~ laden können; denn eine Kugel von 100 _cm_
Durchmesser enthält bei 30 000 ~Volt~ nur 100 · 30 000 · ¹/₃₀₀ = 10 000
Mengeneinheiten, also nur ¹/₃₀₀ ₀₀₀ ~Coulomb~.
Bringt man gleiche Mengen Elektrizität auf Leiter von verschiedener Form
und Größe, so zeigen sie am Elektroskop verschiedenen Ausschlag, also
verschiedenen Zustandsgrad, verschiedenes Potenzial. Diese Leiter haben
verschiedene #Kapazität#. Ein Leiter hat die zweifache Kapazität, wenn
man auf ihn zweimal so viel Elektrizität bringen muß, damit er dasselbe
Potenzial hat.
Die #Kapazität# wird gemessen durch die #Menge# Elektrizität, welche man
einem Leiter geben muß, damit er ein bestimmtes Potenzial erreicht.
Nimmt ein Leiter bei 1 ~Volt~ eine Elektrizitätsmenge von 1 ~Coulomb~
auf, so sagt man, er hat die ^Kapazität^ von 1 ~^Farad^~. Da die
Kapazität der gewöhnlichen Konduktoren eine viel geringere ist, so nennt
man die Kapazität von ein Milliontel ~Coulomb~ ein ~^Mikrofarad^~.
Soll Elektrizität auf einen Leiter gebracht werden, so daß er ein
bestimmtes Potenzial erhält, so ist dazu eine gewisse Arbeit
erforderlich, und umgekehrt: Fließt Elektrizität von einem Leiter zur
Erde ab, so leistet sie dabei eine gewisse Arbeit. Das #Potenzial# einer
Ladung kann gemessen werden durch die #Arbeit#, welche eine gewisse
Menge Elektrizität, die auf einem Leiter von bestimmter Kapazität ist,
beim Abfließen leistet. Geht hiebei die Menge von 1 ~Coulomb~ von
Zustandsgrad 1 ~Volt~ auf die Spannung Null zurück, oder geht sie von
der Spannung ~n~ ~Volt~ auf die Spannung ~n - 1 Volt~ zurück, so leistet
sie die Arbeit von 1 ~^Watt^~. Geht aber eine Menge von ~M~ ~Coulomb~ in
der Spannung um ~V~ ~Volt~ zurück, so leistet sie die Arbeit von ~M · V
Watt~. Hiebei ist 1 ~Watt~ = ¹/₉,₈₁ _kgm_.
Beispiel. Ein Konduktor von Kugelform und 10 _cm_ Radius enthält bei
60 000 ~Volt~
1 2
10 · 60 000 · --- = 2000 Mengeneinheiten = --------- ~Coulomb~.
300 3 000 000