4. Die Begründung der neueren Elektrizitätslehre.

Auf dem Gebiete der Elektrizitätslehre war das 18. Jahrhundert der

Erforschung der Reibungselektrizität gewidmet, das 19. setzte mit

dem Studium des Galvanismus ein. Auch hier begegnen uns die drei

Etappen, die sich in der Erschließung jedes wissenschaftlichen Gebietes

nachweisen lassen. Auf das Bekanntwerden mit den Grunderscheinungen

folgte die Entdeckung der Gesetze und schließlich die Aufstellung

einer Theorie. Der Ausbau des neuen Wissensgebietes erscheint um

so vollendeter, je besser sich die Theorie den Gesetzen und den

grundlegenden Beobachtungen anpaßt.

Die Erscheinungen der galvanischen Elektrizität, mit denen man

während der ersten Jahrzehnte des 19. Jahrhunderts bekannt wurde,

lassen sich in vier Gruppen teilen. Wir haben sie als die chemischen,

die magnetischen, die dynamischen und die thermischen Wirkungen der

galvanischen Elektrizität unterschieden[79]. Während des vierten

Jahrzehnts des 19. Jahrhunderts wurde durch *Faradays* Erforschung der

galvanischen und der magnetischen Induktion eine weitere Gruppe von

Erscheinungen erschlossen.

*Faraday* gehört zu den hervorragendsten Forschern, die uns im

Verlaufe der Entwicklung der Naturwissenschaften begegnen. Aus

diesem Grunde wollen wir ihm wie *Galilei*, *Newton*, *Gauß* und

anderen Männern eine gesonderte Behandlung zu teil werden lassen,

die sich nichtsdestoweniger in diesen, der Begründung der neueren

Elektrizitätslehre gewidmeten Abschnitt zwanglos einfügen läßt.

*Michael Faraday*[80] wurde am 22. September 1791 in einem kleinen

Orte in der Nähe von London geboren. Sein Vater war Hufschmied und

gehörte zu einer aus der schottischen Kirche hervorgegangenen Sekte,

welcher auch der Sohn bis an sein Lebensende treu geblieben ist. Vom

13. Jahre an mußte *Faraday* selbst für seinen Unterhalt sorgen. Er

wurde zunächst Laufbursche und darauf Lehrling in einer Buchbinderei.

Sein Interesse für die Naturwissenschaften wurde durch das Lesen der

zum Einbinden bestimmten Bücher angeregt. Ohne die Berufsgeschäfte

zu vernachlässigen, wußte er sich sogar durch einfache Versuche das

Gelesene zu veranschaulichen. Ein Mitglied der Royal Institution,

das bei dem Meister *Faradays* arbeiten ließ, ermöglichte dem

lernbegierigen Jüngling den Zutritt zu den Vorträgen *Davys*. Jetzt

entbrannte in *Faraday* der Wunsch, gleichfalls wissenschaftlich

arbeiten zu können. »In der Unkenntnis der Welt und der Einfalt meines

Gemütes«, bekannte er später in den wenigen eigenen Aufzeichnungen, die

wir über sein Leben besitzen[81], »schrieb ich noch als Lehrling an den

damaligen Präsidenten der Royal Society. Ich erkundigte mich bei dem

Portier nach einer Antwort, aber natürlich vergebens.« Mit besserem

Erfolge wandte *Faraday* sich darauf an *Davy*, dem er als Beweis

seines Strebens die Ausarbeitung der gehörten Vorträge übersandte. Der

Meister hatte für den eifrigen Jünger seiner Wissenschaft eine gütige

Antwort und beschäftigte ihn mit schriftlichen Arbeiten, als er selbst

durch eine Explosion verwundet war. Bald darauf bot ihm *Davy* die

Stelle eines Gehilfen an dem Laboratorium der Royal Institution an.

*Faraday*, der sich danach sehnte, aus seinem Gewerbe entlassen zu

werden, nahm die Stelle mit Freuden an. Der Gegenstand, der ihn zuerst

beanspruchte, war kein angenehmer; es galt nämlich, den Chlorstickstoff

zu untersuchen, eine Verbindung, deren Explosion die erwähnte

Verletzung *Davys* herbeigeführt hatte. Auch *Faraday* entging einer

solchen nicht. »Ich freue mich«, schrieb er damals an einen Freund,

»daß ich Ihnen in Ruhe über unsere Erfolge berichten kann, denn ich

bin, wenn auch nicht ohne Verletzung, vier starken Explosionen dieses

Stoffes entgangen. Die schlimmste erfolgte, während ich eine kleine

Röhre hielt, in der 7½ Gran Chlorstickstoff enthalten waren. Die

Explosion war so heftig, daß mir ein Teil des Nagels abgerissen wurde

und die Stücke der Rohre in die gläserne Maske einschnitten, die ich

zum Glück vor hatte.«

Später gelang es *Faraday*, das Element Chlor und einige andere Gase,

die man bisher für permanent gehalten hatte, zu verflüssigen. Seitdem

brach sich die Erkenntnis Bahn, daß der Aggregatszustand lediglich von

den herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen abhängig ist. Durch

die Bemühungen anderer Physiker[82] wurden Kohlendioxyd und Stickoxydul

in den flüssigen und in den festen Zustand übergeführt. Versuche mit

Wasserstoff scheiterten dagegen trotz Anwendung eines gewaltigen

Druckes. Indessen äußerte schon *Faraday* die Ansicht, die sich später

bewahrheiten sollte, daß die beständigsten Gase durch die Vereinigung

hohen Druckes mit niedriger Temperatur bezwungen werden müßten.

Seinem eigentlichen Arbeitsfelde, der Elektrizitätslehre,

wurde *Faraday* durch *Oersteds* epochemachende Entdeckung des

Elektromagnetismus zugeführt. Man hatte sich in London die Aufgabe

gestellt, statt der von *Oersted* gefundenen bloßen Ablenkung eine

bleibende Rotation des Magneten durch den galvanischen Strom zu

bewirken. Der erste, dem die Lösung dieses Problems gelang, war

*Faraday*[83]. Er beschwerte den einen Pol des Magneten mit Platin

und ließ ihn dann derartig in einem mit Quecksilber gefüllten Gefäße

schwimmen, daß der andere Pol aus der Flüssigkeit hervorragte. Wurde

dann ein Strom durch das Quecksilber von der Mitte nach dem Umfang

geleitet, so rotierte der Magnet um die Achse des Gefäßes.

Neben dieser Erweiterung der von *Oersted* gemachten Entdeckung galt

es, die Umkehrung des Phänomens, nämlich die Erzeugung von Strom durch

Magnetismus herbeizuführen. Wie *Faraday* diese Aufgabe bewältigte, hat

er im ersten Abschnitte seiner Experimental-Untersuchungen über die

Elektrizität gelehrt[84].

Die Veröffentlichung dieser berühmt gewordenen Untersuchungen begann im

Jahre 1832. Das erste, was sie brachten, war der Nachweis, daß sowohl

ein stromdurchflossener Leiter als auch ein Magnet Ströme in einem

benachbarten Draht hervorzurufen vermögen, daß diese Induktionsströme

aber nur von augenblicklicher Dauer sind und manche Ähnlichkeit mit der

elektrischen Welle besitzen, in welcher die Entladung einer *Leydener*

Flasche besteht.

*Faraday* verfuhr folgendermaßen: Ein Kupferdraht A wurde um eine

Walze von Holz gewickelt und zwischen seinen Windungen, indes durch

Zwirnsfäden an jeder unmittelbaren Berührung gehindert, ein zweiter

ähnlicher Draht B von gleicher Länge angebracht. Der Schraubendraht

B wurde mit dem Galvanometer, der andere A mit einer galvanischen

Batterie verbunden. Im Augenblicke der Verbindung des Drahtes A mit

der Batterie trat eine plötzliche Wirkung auf das mit B verbundene

Galvanometer ein. Eine ähnliche Wirkung zeigte sich, als diese

Verbindung aufgehoben wurde. Solange indes der elektrische Strom durch

den Schraubendraht A ging, konnte keine Spur einer Wirkung auf das mit

B verbundene Galvanometer beobachtet werden. Ferner ergab sich, daß

die Ablenkung der Galvanometernadel im Augenblick des Schließens von

entgegengesetzter Richtung ist, wie die Ablenkung, die sie beim Öffnen

der Kette erfährt.

Dieser Versuch wurde darauf in folgender Weise abgeändert. Der

Kupferdraht A wurde in weiten Zickzack-Windungen auf der einen Seite

eines Brettes ausgespannt und ebenso ein zweiter Draht B auf einem

anderen Brette befestigt. Darauf wurde wieder der Draht B mit dem

Galvanometer und der andere A mit der *Volta*schen Batterie verbunden.

Als nun das Brett mit dem Drahte dem zweiten mit dem Drahte B rasch

genähert wurde, wich die Nadel ab, ebenso auch beim Wegziehen, indes

nach der entgegengesetzten Seite. Geschah das Nähern und Entfernen der

Bretter in Übereinstimmung mit den Schwingungen der Magnetnadel, so

wurden diese Schwingungen sehr groß. Hörte man aber mit dem Hin- und

Herführen des Drahtes auf, so kehrte die Nadel bald in ihre gewöhnliche

Lage zurück.

Bei gegenseitiger Annäherung der Drähte war der in B hervorgerufene

(induzierte) Strom von entgegengesetzter Richtung mit dem von der

Batterie herrührenden (induzierenden) Strom in A. Bei der Entfernung

der Drähte von einander hatten beide Ströme dagegen gleiche Richtung.

Blieben die Drähte in unverändertem Abstande zu einander, so war kein

induzierter Strom vorhanden.

Die weiteren Bemühungen *Faradays* liefen darauf hinaus, induzierte

Ströme durch Elektromagnete und durch gewöhnliche Magnete

hervorzurufen. Den ersten Teil dieser Aufgabe löste er in folgender

Weise: Ein schmiedeeiserner Ring wurde mit zwei Kupferdrähten umwickelt

und zwar so, daß die Drahtlagen unter sich und von dem Eisen isoliert

waren.

Die Spirale B wurde durch Kupferdrähte (Abb. 11) mit einem entfernten

Galvanometer und die Spirale A mit einer galvanischen Batterie

verbunden. Augenblicklich zeigte sich eine Wirkung auf das mit B

verbundene Galvanometer, und zwar eine bei weitem stärkere als zuvor,

obgleich bei dem vorigen Versuche eine zehnmal kräftigere Batterie

jedoch ohne Mitwirkung von Eisen angewandt worden war. Blieb die

Batterie geschlossen, so hörte die Wirkung auf, und die Nadel kehrte in

ihre frühere Lage zurück. Beim Öffnen der Kette wurde die Nadel wieder

stark abgelenkt und zwar in entgegengesetzter Richtung wie vorher.

[Illustration: Abb. 11. *Faraday* entdeckt die Induktion.]

Die Ablenkung beim Schließen zeigte immer einen induzierten Strom an,

der dem der Batterie entgegengesetzt gerichtet war. Beim Öffnen der

Kette hatte dagegen der induzierte Strom immer die gleiche Richtung mit

dem der Batterie.

Es wurde nun folgende Einrichtung getroffen. Ein hohler Pappzylinder

wurde mit zwei isolierten Schraubendrähten umwickelt. Die eine

dieser Spiralen wurde mit dem Galvanometer, die andere mit der

Batterie verbunden. Zunächst war die Wirkung auf das Galvanometer

nur schwach; doch konnten mit dem induzierten Strome Stahlnadeln

magnetisiert werden. Als aber ein Stab von weichem Eisen in die mit

den Schraubendrähten umwickelte Pappröhre gesteckt war, wirkte der

induzierte Strom mächtig auf das Galvanometer ein, auch besaß er das

Vermögen, Stahl zu magnetisieren augenscheinlich in weit höherem

Maße, als wenn kein Eisenstab zugegen gewesen wäre. Wurde statt des

Eisenstabes ein gleicher Stab von Kupfer genommen, so wurde die Wirkung

nicht verstärkt.

Ähnliche Wirkungen wie durch die Elektromagnete wurden auch durch

gewöhnliche Magnetstäbe hervorgebracht. Es wurde nämlich eine auf einer

Pappröhre befindliche Drahtspirale mit dem Galvanometer verbunden

(Abb. 12.) Alsdann wurde in die Achse der Röhre ein Zylinder von

weichem Eisen gesteckt. Darauf wurden zwei Magnetstäbe mit den

entgegengesetzten Polen verbunden und mit den anderen beiden Polen auf

die Enden des Eisenzylinders gelegt, sodaß dieser zu einem Magneten

wurde. Durch Fortnahme oder durch Umkehrung der Magnetstäbe konnte der

Magnetismus des Eisenzylinders nach Belieben aufgehoben oder umgekehrt

werden. Bei dem Auflegen der Magnetstäbe auf den Eisenzylinder wich die

Nadel ab, bei fortdauernder Berührung kehrte sie in ihre anfängliche

Lage zurück. Bei der Aufhebung der Berührung wurde sie abermals

abgelenkt, aber nach entgegengesetzter Richtung wie vorher. Dann nahm

sie wieder die ursprüngliche Lage an.

[Illustration: Abb. 12. *Faraday* entdeckt die Induktion durch

Magnetstäbe.]

Noch einfacher gestaltete sich dieser Versuch bei folgender Anordnung.

Der weiche Eisenstab wurde entfernt und statt dessen ein zylindrischer

Magnetstab angewandt. Dieser Magnet wurde in die Achse der Drahtspirale

eingestellt und, nachdem die Galvanometernadel zur Ruhe gekommen,

plötzlich in die Pappröhre, um welche der Draht gewickelt war,

hineingeschoben. Augenblicklich wich die Nadel ab und zwar in gleicher

Richtung, als wenn der Magnet durch eins der vorhergehenden Verfahren

erst gebildet worden wäre. Blieb der Magnet in der Drahtspule, so nahm

die Nadel wieder ihre erste Stellung ein, wurde er herausgezogen, so

wich sie nach entgegengesetzter Richtung ab.

Die Entdeckung dieses als Induktion bezeichneten Verhaltens führte

*Faraday* zum Verständnis einer bis dahin völlig rätselhaften

Erscheinung. Im Jahre 1824 hatte *Arago* beobachtet, daß eine über

einer Kupferscheibe schwingende Magnetnadel auffallend schnell zur

Ruhe kam. Versetzte man die Scheibe in Drehung, so wurde diese

Bewegung auf den Magneten übertragen, während auch umgekehrt kräftige

rotierende Magnete mehrere Pfund wiegende Kupferscheiben mit sich

herumführten[85]. Blieben Magnet und Scheibe in Ruhe, so war nicht

das Geringste von einer zwischen beiden stattfindenden Anziehung

oder Abstoßung zu bemerken. Ähnliche Beobachtungen hatte auch der

deutsche Physiker *Seebeck* gemacht. Jetzt war die Zeit für die

Erklärung dieses sonderbaren Verhaltens gekommen. *Faraday* kam

auf die Vermutung, daß es sich hierbei um Induktionsströme handeln

könne. Um diese Ansicht auf ihre Richtigkeit zu prüfen, ließ er eine

Kupferscheibe von zwölf Zoll Durchmesser und etwa einem fünftel Zoll

Dicke zwischen den Polen eines starken Magneten rotieren (Abb. 13).

Auf dem Rande der Scheibe und an ihrer aus Metall bestehenden Achse

befanden sich Schleifkontakte, die mit dem Galvanometer in Verbindung

standen. Sobald die Scheibe gedreht wurde, zeigte eine Ablenkung der

Galvanometernadel, daß die Scheibe während der Bewegung von induzierten

Strömen durchflossen wird. Bei rascher Umdrehung betrug die Ablenkung

der Nadel 90°. Wurde alles Übrige unverändert gelassen, die Scheibe

jedoch in umgekehrter Richtung gedreht, so wich die Nadel mit gleicher

Kraft wie vorher, jedoch in umgekehrter Richtung, ab. Die zuerst

unverständliche Wechselwirkung zwischen der bewegten Kupferscheibe und

dem Magneten ließ sich jetzt aus den von *Ampère* entdeckten Gesetzen

der Elektrodynamik ableiten.

[Illustration: Abb. 13. *Faraday* induziert Ströme in einer rotierenden

Kupferscheibe.]

An die Entdeckung der magnetischen und der galvanischen Induktion mußte

sich die Frage anschließen, ob nicht auch die Reibungselektrizität

Induktionswirkungen hervorzurufen vermöge. Diese Frage wurde

nicht durch *Faraday* sondern durch andere Forscher[86] und zwar

in bejahendem Sinne beantwortet. Dem entscheidenden Versuch lag

folgende Anordnung zugrunde. Der Entladungsstrom einer Batterie von

*Leydener* Flaschen wurde durch eine Drahtspirale geführt. Diese

Spirale befand sich in einem Glaszylinder, um den man einen zweiten

Draht gewickelt hatte. Verband man die Enden dieses zweiten Drahtes

mit dem elektrischen Luftthermometer (Abb. 14), so machte sich bei

jeder Entladung der *Leydener* Batterie eine Wärmewirkung bemerkbar.

Der induzierte Strom ließ sich auch dadurch nachweisen, daß man den

zweiten Draht in genügend weiter Entfernung von den beiden Spiralen um

eine Stahlnadel leitete. Letztere wurde beim Entladen der *Leydener*

Batterie magnetisiert.

[Illustration: Abb. 14. Nachweis des induzierten Stromes mit Hilfe des

Luftthermometers.]

Gleich nach der Beendigung der Versuche, die zur Entdeckung der

magnetischen Induktion geführt hatten, legte *Faraday* sich die Frage

vor, ob nicht die Erde durch ihren Magnetismus gleiche Wirkungen auf

bewegte Leiter wie ein Magnet hervorzubringen vermöge. Der Nachweis,

daß dies der Fall ist, erfolgte noch im Jahre 1832. Dieser Nachweis

erregte durch die große Ausdehnung, welche das Gebiet der elektrischen

Erscheinungen dadurch erfuhr, ein Aufsehen, wie es selten eine

wissenschaftliche Entdeckung hervorgerufen hat. Berücksichtigt man

nämlich die Allgegenwart des Erdmagnetismus, so gelangt man durch den

von *Faraday* geführten Nachweis zu dem auffallenden Schluß, daß kein

Stück Metall in Berührung mit anderen ruhenden oder in anderer Richtung

bewegten Metallstücken bewegt werden kann, ohne daß elektrische Ströme

auftreten. »Wahrscheinlich«, fügt *Faraday* hinzu, »finden sich an

den Dampf- und an anderen Maschinen magnetelektrische Kombinationen,

welche Wirkungen hervorbringen, die niemals bemerkt oder wenigstens nie

verstanden worden sind«. Auch darauf wies *Faraday* hin, daß da, wo

Wasser fließt, elektrische Ströme erzeugt werden müssen. Es sei nicht

unwahrscheinlich, meint er, daß fließendes Wasser von großer Ausdehnung

wie der Golfstrom vermöge der durch den Erdmagnetismus erzeugten

magnetelektrischen Induktionsströme einen merklichen Einfluß auf die

Gestalt der magnetischen Abweichungslinien ausübe.

Sehen wir nun, auf welche Weise *Faraday* der Nachweis der

induzierenden Wirkung des Erdmagnetismus auf bewegte leitungsfähige

Massen gelang. Ein spiralig gewundener Kupferdraht wurde durch lange

Drähte mit einem Galvanometer verbunden. In die Höhlung der Spirale

steckte *Faraday* einen Eisenzylinder, dem durch Ausglühen jede Spur

von Magnetismus genommen war. Der Draht mit dem Zylinder wurde in

die Richtung der Inklinationsnadel gebracht. Drehte man darauf die

Spule mit dem Zylinder um 180°, so geriet die Galvanometernadel in

Schwingungen, welche durch mehrmalige Wiederholung der Umkehrung

sehr verstärkt werden konnten. Wurde der Eisenstab entfernt und der

Schraubendraht allein umgekehrt, so zeigte sich keine Wirkung. Der beim

ersten Versuche angezeigte Strom war somit eine Folge der induzierenden

Kraft des Erdmagnetismus, durch den der Eisenzylinder zu einem

Magneten geworden war. Drehte man den Zylinder um 180°, so fand auch

eine Polumkehrung statt. Der Versuch entsprach somit ganz der durch

Abbildung 12 erläuterten Elektrizitätserregung durch Magnetismus.

Wurde der Schraubendraht allein in die Richtung der Inklinationsnadel

gebracht und ein weicher Eisenzylinder hineingesteckt und

herausgezogen, so gab die Galvanometernadel jedesmal einen Ausschlag.

Wurde der Schraubendraht dagegen rechtwinklig zur Richtung der

Inklinationsnadel eingestellt, so brachte das Hineinstecken und

Herausziehen des Eisenstabes keine Wirkung auf das Galvanometer hervor.

Der zweite dieser beiden zuletzt erwähnten Versuche lieferte somit den

deutlichen Beweis, daß die beim ersten Versuch auftretende Elektrizität

nur auf die Wirkung des Erdmagnetismus zurückgeführt werden konnte.

Diese günstigen Ergebnisse ließen erhoffen, die elektrische Induktion

durch Erdmagnetismus direkt, d. h. ohne Vermittlung eines zunächst von

der Erde magnetisierten Eisenstabes hervorrufen zu können. Folgende

Versuchsanordnung führte *Faraday* zum Ziel. Ein etwas dickerer

Kupferdraht wurde mit seinen Enden an den Enden der Galvanometerdrähte

befestigt und dann zu einem Rechteck gebogen. Wie die Abbildung 15

zeigt, lag das Galvanometer in der Mitte der in der Richtung des

magnetischen Meridians verlaufenden Längsseite des Rechtecks. Die

zweite Längsseite lag westlich vom Galvanometer. Wurde darauf das

Rechteck, das zusammen mit dem Galvanometer einen geschlossenen

Stromkreis bildete, um die mit dem Galvanometer verbundene Seite

rasch gedreht, so daß die anfangs westlich vom Galvanometer liegende

Rechteckseite östlich zu liegen kam, so ging ein Strom von Nord

nach Süd durch den ruhenden Drahtabschnitt. Wurde das Rechteck in

die ursprüngliche Lage zurückgebracht, so zeigte die Nadel an,

daß der Stromkreis in entgegengesetzter Richtung von Elektrizität

durchflossen wurde, die nichts anderes als die induzierende Wirkung des

Erdmagnetismus zur Ursache haben konnte.

[Illustration: Abb. 15. *Faraday* weist die induzierende Wirkung des

Erdmagnetismus nach.]

Hatte *Faraday* Magnetinduktionsströme dadurch erhalten, daß er eine

Kupferscheibe zwischen den Polen eines Stahlmagneten rotieren ließ, so

lag nach dem Erfolg der soeben geschilderten Bemühungen der Gedanke

nahe, auch bei jenem Versuche den Erdmagnetismus an die Stelle der

von dem künstlichen Magneten ausgehenden Wirkung treten zu lassen.

Die Scheibe wurde so hergerichtet, daß einer der Galvanometerdrähte

mit der Achse, der andere vermittelst eines Kollektors mit dem

Rande in Verbindung stand. Befand sich die Scheibe in einer mit der

Inklinationsrichtung zusammenfallenden Ebene, so brachte die Drehung

der Scheibe keine Wirkung auf das Galvanometer hervor. Wurde sie nur um

wenige Grade gegen die Inklinationslinie geneigt, so zeigte die Nadel

einen induzierten Strom an. Betrug der Winkel, den die Scheibe mit der

Inklinationsnadel machte, 90 Grad, so besaß die erzeugte Elektrizität

für eine gegebene Geschwindigkeit der Umdrehung ihr Maximum.

Auf solche Weise wurde die rotierende Kupferscheibe zu einer neuen

Elektrisiermaschine, die zwar weit schwächer wirkte wie die

gewöhnliche Maschine, dafür aber einen konstanten Strom lieferte. Daß

dieser durch den Erdmagnetismus erzeugte elektrische Strom imstande

ist, das Nervensystem zu beeinflussen, wies schon *Faraday* nach. Durch

andere Physiker[87] wurde dieser Strom unter Anwendung mehrerer mit

Eisenkernen versehener Kupferspiralen in solchem Maße verstärkt, daß

dadurch Wasser zersetzt und kräftige Erschütterungen des Organismus

hervorgerufen werden konnten.

Die grundlegenden Untersuchungen über die induzierende Wirkung der

Elektrizität und des Magnetismus fanden ihren Abschluß in *Faradays*

Entdeckung der Selbstinduktion. Es war den Physikern nicht entgangen,

daß der Funke, den man bei der Unterbrechung eines galvanischen Stromes

erhält, nur schwach ist, wenn der Stromkreis aus einem kurzen Draht

besteht. Besitzt dagegen der Schließungsdraht eine bedeutende Länge,

so nimmt der Funke an Stärke zu. Ähnlich verhält es sich mit den

physiologischen Wirkungen. So wurde *Faraday* auf die zunächst ganz

rätselhafte Tatsache aufmerksam, daß man keinen elektrischen Schlag

erhält, wenn man die beiden Platten einer Batterie durch einen kurzen

Draht verbindet, während man bei Anwendung eines längeren, um einen

Elektromagneten geschlungenen Drahtes beim jedesmaligen Öffnen einen

kräftigen Schlag empfindet. Rätselhaft war die Erscheinung besonders

deshalb, weil doch ein längerer Draht durch seinen Widerstand den Strom

schwächt, so daß man vor dem Paradoxon stand, daß man von dem starken

Strom einen schwachen Funken und Schlag, von dem schwachen Strom

dagegen kräftigere Wirkungen erhielt.

[Illustration: Abb. 16. *Faradays* Nachweis des Extrastroms.]

In der neunten Reihe seiner Experimentaluntersuchungen, die er im

Jahre 1835 veröffentlichte, lieferte *Faraday* den Nachweis, daß

diese Erscheinung als ein besonderer Fall der von ihm entdeckten

Induktionsphänomene aufzufassen ist. *Faraday* bediente sich einer

Versuchsanordnung, welche durch die beistehende Abbildung verdeutlicht

wird. Z und C sind die Zink- und die Kupferplatte einer Batterie.

Von diesen Platten gehen Drähte nach zwei mit Quecksilber gefüllten

Näpfchen G und E, in denen der Kontakt vollzogen und unterbrochen

wird. Die Berührung erfolgte zwischen Quecksilber und Kupfer, weil

in diesem Falle der Funken bedeutend glänzender ist. A und B sind die

Enden des langen, durch die Punktierung angedeuteten Schraubendrahtes

D. N und P sind Querdrähte für einen Zweigstrom. In letzteren wird bei

x ein Galvanometer, ein Platindraht oder ein Apparat für Elektrolyse

eingeschaltet.

Ist der Stromkreis geschlossen, so geht durch die Zweigleitung von

P nach N ein Zweigstrom, welcher die Nadel abzulenken strebt. Diese

Ablenkung verhinderte *Faraday* durch einen kleinen Stift, an den sich

die Nadel anlegte, sodaß sie in ihrer natürlichen Lage blieb, die sie

vor der Einwirkung des Stromes besaß. Wurde darauf der Strom bei einem

der Quecksilbernäpfchen G oder E unterbrochen, so wich die Nadel in dem

Augenblick stark nach der entgegengesetzten Seite ab. Daß die Ablenkung

entgegengesetzt der Ablenkung durch den primären Strom erfolgte,

lieferte den Beweis, daß durch die Zweigleitung im Momente der

Unterbrechung ein Strom geht, dessen Richtung derjenigen des primären

Stromes entgegengesetzt ist. *Faraday* nannte diesen im Momente der

Unterbrechung auftretenden Strom »Extrastrom«, ein Name, der sich in

der Wissenschaft erhalten hat.

Den Extrastrom wies *Faraday* auch durch das Auftreten von Wärme und

von chemischer Aktion nach. Er brachte an die Stelle des Galvanometers

einen dünnen Platindraht, an dem bei geschlossener Kette keine

Wirkungen auftraten. Wurde dann bei G oder E der primäre Strom

unterbrochen, so geriet der Platindraht ins Glühen, bei geringer Länge

schmolz er sogar. Dieser Versuch ergab jedoch nichts über die Richtung

des Extrastromes. Eine neue Wirkung dieses Stromes, die zugleich seine

Richtung erkennen ließ, konnte *Faraday* durch die Einschaltung eines

Zersetzungsapparates nachweisen.

Bei x wurde in die Zweigleitung Jodkaliumstärkepapier gebracht. War der

primäre Strom geschlossen, so strömte die gesamte Elektrizität durch A

D B und es fand bei x keine chemische Zersetzung statt. Sobald jedoch

bei G oder E der Kontakt aufgehoben wurde, trat bei F Zersetzung des

Jodkaliums ein. Das freigewordene Jod erschien am Drahte N und rief

dort Blaufärbung der Stärke hervor, ein Beweis, daß der im Momente der

Unterbrechung des Batteriestroms durch die Querleitung gehende Strom

eine dem primären Strome entgegengesetzte Richtung besitzt. Da an

der Unterbrechungsstelle bei E oder G jedesmal ein heller Funken zu

beobachten ist, so folgt daraus, daß nur ein Teil des Extrastroms bei x

durch den Zweigdraht geht.

Die Entstehung des Extrastroms erklärte *Faraday* in folgender Weise:

Wenn ein Strom, welcher durch die Spirale D fließt, unterbrochen wird,

so wird er in sämtlichen Windungen rasch abnehmen. Zieht man nun

zunächst eine einzelne Windung der Spirale in Betracht, so wird der

in dieser Windung verschwindende Strom in den benachbarten Windungen

einen gleichgerichteten Strom hervorrufen. Diese Erscheinung wiederholt

sich in sämtlichen Teilen der Spirale. Infolgedessen summieren sich

die erzeugten Induktionsströme. Da letztere ferner dem primären Strome

gleichgerichtet sind, so müssen sie bei plötzlicher Unterbrechung

des letzteren in der Zweigleitung in einer Richtung fließen, die

derjenigen, welche der primäre Strom besaß, entgegengesetzt ist.

*Faraday* ging bei der Untersuchung des Extrastroms oder der

Selbstinduktion noch einen Schritt weiter. Da ein elektrischer Strom

auch im Augenblicke seines Beginns induzierend wirkt, so muß auch, wenn

der Stromkreis geschlossen wird, ein Extrastrom auftreten. Und zwar

muß er, da seine Richtung der vorigen entgegengesetzt sein wird, den

primären Strom schwächen. Diese Wirkung muß nach *Faradays* Ausdruck

»ein dem Umgekehrten von einem Schlag oder Funken entsprechendes

Ergebnis hervorbringen«. Es war nicht leicht, die Mittel zu ersinnen,

die zum Erkennen solcher negativen Resultate sich eigneten. Trotzdem

gelang es *Faraday* sowohl durch elektrolytische als auch durch

Galvanometerversuche den bei der Vollziehung des Kontakts auftretenden

Extrastrom zu erkennen. So wurde, um die zweite Art des Nachweises zu

führen, bei x (Abb. 16) ein Galvanometer eingeschaltet, während der

Kontakt bei G und E vorhanden, der primäre Strom also geschlossen war.

Die Nadel erfuhr dadurch eine Ablenkung und wurde jetzt durch einen

Stift gehemmt, so daß sie wohl weiter ausschlagen, aber nicht in ihre

alte Lage zurückkehren konnte. Bei Unterbrechung des Kontaktes war

natürlich keine Wirkung sichtbar. Wurde der primäre Strom jetzt wieder

geschlossen, so wich die Nadel von dem Hemmstift ab, so daß sie also

noch weiter aus ihrer ursprünglichen Lage entfernt wurde, als es durch

den konstanten Strom geschehen war. Durch diesen zeitweisen Überschuß

des Stromes in der Querleitung war somit die vorübergehende Schwächung,

welche die Elektrizität im ersten Momente, beim Durchlaufen des

Schraubendrahts in D erfuhr, nachgewiesen.

*Faradays* Untersuchungen betrafen nicht immer neue, von ihm

erschlossene Forschungsgebiete. Wir sehen ihn auch bemüht, tiefer

in das Wesen längst bekannter Erscheinungen einzudringen. So sind

die XII. und die XIII. Reihe seiner Experimentaluntersuchungen

dem Leitungsvermögen und der Entladung gewidmet. Zunächst betont

*Faraday*, daß es zwischen Leitern und Nichtleitern keinen wesentlichen

Unterschied gibt. Beide Ausdrücke bezeichnen »nur äußerste Grade

eines gemeinsamen Zustandes.« Betrachte man das schwache Eindringen

der Elektrizität in Schwefel und Schellack als Folgen ihres geringen

Leitungsvermögens, so könne man andererseits den Widerstand,

den Metalldrähte dem Durchgang der Elektrizität darbieten, als

Isolationsvermögen ansehen. Man habe demnach weder bei dem einen noch

bei dem anderen Extrem, weder bei der Isolation, noch bei der Leitung,

den Fall der Vollkommenheit.

[Illustration: Abb. 17. *Faradays* Versuch über die Entladung durch

Gase.]

Unter Berücksichtigung dieser Tatsache gelang es *Faraday*, den

»elektrischen Rückstand« zu erklären. Man versteht darunter die schon

im 18. Jahrhundert[88] bekannt gewordene Erscheinung, daß eine

Leydener Flasche, selbst geraume Zeit nachdem sie entladen ist, wieder

eine Entladung gibt, ja daß man die Entladung sogar mehrere Male

wiederholen kann. *Faraday* erklärte den Rückstand daraus, daß die

Elektrizität von den Belegungen aus in die isolierende Masse, die nur

ein geringeres Leitungsvermögen besitzt, langsam eindringt. Nach der

Entladung wandere die Elektrizität ebenso allmählich aus dem Isolator

in die Belege, wodurch eine neue Entladung möglich sei[89].

Sehr eingehend beschäftigt sich *Faraday* auch mit der »zerreißenden

Entladung«, worunter er die Entladung in Gestalt von Funken und

Lichtbüscheln versteht. Daß die elektrische Schlagweite bei gleichem

Druck und gleicher Temperatur für verschiedene Gase verschieden groß

ist, beweist er durch folgenden sinnreichen Versuch, bei dem der Funken

in der Luft oder innerhalb eines mit einem beliebigen Gase gefüllten

Glasgefäßes überspringen konnte. a ist dieses Glasgefäß. Am Boden des

letzteren befindet sich eine Messingkugel l und darüber eine kleinere

Messingkugel an einem verschiebbaren Stabe d. Außerhalb des Gefäßes

befinden sich zwei gleich große Messingkugeln L und S an isolierenden

Stützen (h und i), deren Abstand ebenfalls geändert werden kann. n ist

das Ende eines Konduktors, der durch eine Elektrisiermaschine positiv

oder negativ geladen wird. Der Konduktor ist durch die Drähte o und p

mit den kleineren Kugeln verbunden. Der Draht qr stellt die leitende

Verbindung zwischen den größeren Kugeln und der Erde her.

Die Entladung konnte somit zwischen s und l oder zwischen S und L

stattfinden. Der Abstand v und u wurde verändert, bis der Funke

zwischen beiden Kugelpaaren gleich oft übersprang. In diesem Fall

konnte man annehmen, daß der Widerstand der Luft und des in der Glocke

befindlichen Gases gleich groß ist. Wählte *Faraday* z. B. im einen

Falle Wasserstoff, im anderen Chlorwasserstoff, und war die Schlagweite

in beiden Gasen 1,6 cm, so betrug sie für das in der Luft befindliche

Kugelpaar 0,99 cm und 3,5 cm. Die Schlagweite war somit in Wasserstoff

im Verhältnis 1,6 : 0,99 größer, im Chlorwasserstoff im Verhältnis 3,5 :

1,6 kleiner als in der Luft.

Mit zunehmender Dichtigkeit des hindernden Gases nahm die Schlagweite

im allgemeinen ab. Auch darauf wies *Faraday* hin, daß die Farbe des

Funkens und der Büschelentladung von dem Gase, in dem sie sich bilden,

abhängt. Sie ist in der Luft bläulichweiß, in Wasserstoff rot, in

Kohlendioxyd grünlich usw. Außerdem ist die Natur der Metalle, zwischen

welchen die Entladung stattfindet, von großem Einfluß auf die Farbe

des Funkens. Zwischen Funken- und Büschelentladung finden ferner alle

Übergänge statt.

*Faradays* weitere Bemühungen liefen darauf hinaus, alle Zweifel zu

beseitigen, ob man es bei den auf so verschiedene Weise erzeugten

Elektrizitätsarten auch stets mit ein und derselben Naturkraft zu tun

habe. Indem er ihre sämtlichen Wirkungen zusammenstellte und verglich,

gelangte er zur Überzeugung, »daß die Elektrizität, aus welcher Quelle

sie auch entsprungen sei, identisch ist in ihrer Natur[90].«

*Faraday* konnte, als er im Jahre 1833 die Frage nach der

Identität der Elektrizitäten verschiedenen Ursprungs aufwarf,

fünf Elektrizitätsarten unterscheiden, nämlich die galvanische

Elektrizität, die Reibungselektrizität, die Magneto-, Thermo- und

die tierische Elektrizität. In Betracht gezogen wurden für sämtliche

Arten die physiologische Wirkung, die Ablenkung der Magnetnadel,

das Magnetisieren, die Erzeugung von Funken, die Wärmeerregung, die

elektrochemische Wirkung usw.

Wie schon hervorgehoben, gelangte *Faraday* zu dem Ergebnis, daß die

fünf aufgeführten Elektrizitätsarten nicht in ihrem Wesen, sondern nur

dem Grade nach verschieden sind. »Sie variieren«, fügt er hinzu, »nach

Maßgabe der veränderlichen Umstände nach Quantität und Intensität.«

Insbesondere bemühte sich *Faraday*, nachzuweisen, daß die

Reibungselektrizität die gleiche chemische Wirkung hervorruft wie die

galvanische. Bei den Versuchen[91], die *Faraday* für diesen Zweck

ersann, wollen wir noch etwas verweilen.

Auf einer Glasplatte brachte er zwei Stanniolstreifen a und b an. Die

Platte a wurde durch den Draht c mit dem positiven Konduktor der

Elektrisiermaschine, die Platte b durch den Draht g mit einer Ableitung

für die Elektrizität verbunden.

Auf den Stanniolplatten ruhten zwei winklig gebogene, verschiebbare

Drähte, zwischen deren Enden p und n *Faraday* die zu untersuchenden

Substanzen brachte. Wurde z. B. ein Tropfen Kupfervitriollösung

in die Mitte der Glasplatte zwischen p und n gebracht und die

Elektrisiermaschine in Bewegung gesetzt, so zeigte sich das Drahtende p

nach etwa zwanzig Umdrehungen ganz mit Kupfer überzogen.

[Illustration: Abb. 18. *Faraday* untersucht die chemische Wirkung der

Reibungselektrizität.]

Brachte man durch Indigo blau gefärbte Salzsäure an die Stelle der

Kupferlösung und wiederholte den Versuch, so zeigte sich schon bei

einer einzigen Umdrehung der Maschine um p die bleichende Wirkung des

durch die Zerlegung der Salzsäure entwickelten Chlors.

Darauf wurde Jodkaliumstärkekleister auf die Glasplatte zwischen p

und n gebracht. Beim Drehen der Maschine zeigte sich bei p eine blaue

Färbung, ein Beweis, daß dort Jod entwickelt wurde, das bekanntlich im

freien Zustande Stärkekleister blau färbt.

Endlich wurde noch die Zersetzung von Glaubersalz durch die

Reibungselektrizität auf folgende Weise dargetan. Brachte man einen

mit einer Lösung von Glaubersalz getränkten Streifen Kurkumapapier

zwischen p und n, so wurde das Papier nach einigen Umdrehungen durch

das entstandene Alkali braunrot gefärbt.

Benutzt man die galvanische Elektrizität, so verlaufen die

geschilderten Zersetzungen in derselben Weise.

Daß ein durch magnetelektrische Induktion erregter Strom imstande ist,

ebenso wie die galvanische und wie die Reibungselektrizität einen Draht

zu erhitzen, hatte *Faraday* schon 1832 dargetan. *Pixii* lieferte den

Nachweis, daß durch Magneto-Elektrizität Wasser in Wasserstoff und

Sauerstoff zerlegt werden kann. Ferner konstruierte *Pixii*[92] die

erste, schon sehr kräftige Magnetinduktionsmaschine (s. Abb. 19). Sie

besaß die Einrichtung, daß der Magnet um eine den Schenkeln parallele

Achse rotierte. Die Induktionsspirale umschloß ein hufeisenförmiges

Eisenstück und blieb in Ruhe, während die Pole des rotierenden Magneten

sich den Schenkeln des umwickelten Hufeisens abwechselnd näherten und

sich davon entfernten.

Unter dem Magneten befand sich ein Drehwerk und, wie die nebenstehende

Abbildung zeigt, ein Kommutator, welcher die Aufgabe hatte, die

den Spulen entnommenen Ströme mittelst Schleiffedern in einen

gleichgerichteten Strom zu verwandeln. Dieser Kommutator wurde von

*Ampère* hinzugefügt. *Stöhrer* gab der Maschine die noch heute

gebräuchliche Einrichtung, indem er den Magneten befestigte und die mit

Eisenkernen versehenen Spulen sich drehen ließ.

[Illustration: Abb. 19. Die erste magnetelektrische Maschine.]

Die thermoelektrischen Ströme besaßen zu der Zeit, als *Faraday*

die Elektrizitätsarten verglich, noch nicht den genügenden Grad

von Intensität, um alle Wirkungen der galvanischen und der

Reibungselektrizität hervorzurufen. *Faraday* mußte sich hier auf

die Untersuchung der magnetischen und der physiologischen Wirkungen

beschränken. Dagegen waren bezüglich der tierischen Elektrizität außer

der magnetischen und der physiologischen die chemische Wirkung bekannt

und Funkenbildung von einigen Seiten beobachtet worden.

Durch den Vergleich der elektrischen Wirkungen wurde *Faradays*

Aufmerksamkeit besonders auf die chemische Wirkung der Elektrizität

gelenkt. Zunächst schuf er für dieses Gebiet die noch heute

gebräuchlichen Benennungen[93]. Die Ein- und Austrittsstelle des

Stromes nannte er Elektroden; der zu zersetzende Körper wurde

Elektrolyt, der Vorgang selbst Elektrolyse, und die Produkte der

Zersetzung wurden Ionen (d. h. die Wandernden) genannt. Das Anion, z.

B. der bei der Zerlegung des Wassers auftretende Sauerstoff, wandert

an die Anode, das ist die Eintrittsstelle des Stromes, während das

Kation, in dem angezogenen Beispiel der Wasserstoff, an die Kathode

oder Austrittsstelle geht. Ferner hat *Faraday* die beiden Arten der

Leitung, die metallische und die elektrolytische, zum ersten Male

scharf unterschieden.

Zunächst wandte *Faraday* sich in der VII. Reihe seiner

Experimentaluntersuchungen[94], durch welche er die Grundlage für

die heutigen Lehren geschaffen hat, den allgemeinen Bedingungen der

elektrochemischen Zersetzung zu.

Es ergab sich, daß die zersetzende Wirkung des Stromes der

Elektrizitätsmenge proportional ist und nicht etwa von der

Konzentration des Elektrolyten oder von der Größe der Elektroden

abhängt[95]. »Die zersetzende Wirkung des Stromes« führt *Faraday*

näher aus, »ist konstant für eine konstante Menge Elektrizität,

ungeachtet der größten Verschiedenheit in deren Abstammung, der

Intensität, der Größe der Elektroden, der Natur der durchströmten

Leiter usw.«

Auf dieses Gesetz gründete *Faraday* einen Apparat, welcher die

hindurchgegangene Elektrizitätsmenge zu messen gestattet. Durch

die Seiten einer oben geschlossenen, graduierten Röhre (siehe Abb.

20) werden zwei in Platten endigende Platindrähte geführt und

eingeschmolzen. Die so vorbereitete Meßröhre wird in eine der Mündungen

einer zweihalsigen Flasche gesteckt. Letztere wird etwa zur Hälfte

mit Wasser gefüllt, das einen Zusatz von Schwefelsäure erhält. Durch

entsprechendes Neigen wird die Röhre mit dieser Flüssigkeit gefüllt.

Leitet man darauf einen elektrischen Strom durch das Instrument, so

sammelt sich das an den Platinplatten entwickelte Gas in dem oberen

Teile der Röhre und kann hier gemessen werden.

[Illustration: Abb. 20. *Faradays* Voltaelektrometer.]

Schon *Davy*, dem Begründer der Elektrolyse, war es aufgefallen,

daß neben der primären Zersetzung einer chemischen Verbindung noch

sekundäre Erscheinungen auftreten, die darin bestehen, daß die Ionen

im Augenblicke des Freiwerdens mit den Elektroden, dem Elektrolyten

oder auch dem Lösungsmittel chemische Verbindungen eingehen. Auch

diesem Vorgange widmete *Faraday* eine auf zahlreiche Substanzen sich

erstreckende Untersuchung[96], aus der einige Beispiele hier Platz

finden mögen. Bei der Zersetzung von Salzsäure unter Anwendung von

Platinelektroden verband sich das Chlor zum Teil mit dem Platin, ein

anderer Teil wurde gelöst. Elektrolysierte *Faraday* Chlornatrium in

wässeriger Lösung, so wurde an der positiven Elektrode Chlor, an der

negativen dagegen Wasserstoff und Natron abgeschieden. Wasserstoff

und Natron hatten sich durch die Einwirkung des im primären Vorgang

abgeschiedenen Natriums auf Wasser gebildet. Ähnlich wie die

Chlorverbindungen verhielten sich Jodwasserstoff und die Jodide.

Indes auch bei geschmolzenen Salzen blieben sekundäre Wirkungen

nicht aus. Bei der Zerlegung von Zinnchlorür z. B. wirkte das an der

Anode sich ausscheidende Chlor auf das dort befindliche Chlorür und

verwandelte es in Zinnchlorid, während an der Kathode metallisches Zinn

ausgeschieden wurde.

[Illustration: Abb. 21. *Faraday* zerlegt Zinnchlorür zum Nachweis des

elektrolytischen Grundgesetzes[97].]

Um Vergleiche über die zersetzende Wirkung des elektrischen Stromes

anzustellen, brachte *Faraday* seinen von ihm als Voltaelektrometer

oder kürzer als Voltameter bezeichneten Apparat in denselben

Stromkreis, in dem sich der zu untersuchende Elektrolyt, z. B.

Zinnchlorür (SnCl_{2}), befand. Der Platindraht P tauchte in das

geschmolzene Chlorür und wurde (s. Abb. 21) mit dem negativen, das

Voltameter N dagegen mit dem positiven Pole einer galvanischen Batterie

verbunden. Nachdem sich eine genügende Menge Gas in N gesammelt hatte,

wurde gemessen und das an der Kathode ausgeschiedene Zinn gewogen. In

dem von *Faraday* mitgeteilten Beispiele[98] hatten sich 3,85 Kubikzoll

(0,49742 Gran) Knallgas gebildet, während die negative Elektrode eine

von dem ausgeschiedenen Zinn herrührende Gewichtszunahme von 3,2

Gran aufwies. Aus der Öffnung des erhitzten Röhrchens entwichen die

an der Anode infolge des sekundären Vorgangs entstehenden Dämpfe von

Zinnchlorid. Dem Gewicht des Wasserstoffs (1/9 von 0,49742) entsprach

die 57,9fache Menge Zinn, eine Zahl, die mit dem Äquivalentgewicht des

Zinns nahezu übereinstimmt. Dieser und zahlreiche ähnliche Versuche

ergaben als elektrolytisches Grundgesetz, daß die Abscheidung der Ionen

durch ein- und denselben Strom stets im Verhältnis der chemischen

Äquivalente stattfindet.

Durch seine Arbeit über die zersetzende Wirkung der galvanischen

Säule gelangte *Faraday*, noch bevor *Robert Mayer* das Gesetz von

der Erhaltung der Energie aussprach, zu Anschauungen, die sich mit

diesem allumfassenden Prinzip vollkommen decken. »Die Kontakttheorie«,

so lauten seine Worte[99], »nimmt an, daß ohne irgend eine Änderung

der wirkenden Substanz und ohne den Verbrauch von irgend einer

Triebkraft ein Strom gebildet werden könne, der imstande ist, einen

mächtigen Widerstand zu überwinden und Körper zu zerlegen. Es wäre

dies in der Tat die Erschaffung einer Kraft aus nichts. Es gibt

mancherlei Vorgänge, bei denen die Erscheinungsform sich in der Weise

ändert, daß eine Umwandlung einer Kraft in eine andere stattfindet.

Auf diese Weise können wir chemische Kräfte in elektrischen Strom

oder diesen in chemische Kraft verwandeln. Die schönen Versuche von

*Seebeck*[100] beweisen den Übergang von Wärme in Elektrizität,

und andere von *Oerstedt*[101] und mir angestellte Experimente die

gegenseitige Verwandlungsfähigkeit von Elektrizität und Magnetismus.

Allein in keinem Falle, nicht einmal bei den elektrischen Fischen,

findet eine Erschaffung oder eine Erzeugung von Kraft statt, ohne

einen entsprechenden Verbrauch von etwas anderem.« Diese Worte lassen

erkennen, daß große wissenschaftliche Wahrheiten, noch ehe sie zum

vollen Durchbruch gelangen, oft mehr oder weniger deutlich in dem

allgemeinen Bewußtsein der Zeit schlummern.

Zugleich ersehen wir, welche Stellung *Faraday* zu der älteren,

besonders von den italienischen und den deutschen Physikern vertretenen

Kontakttheorie einnahm. *Volta* hatte geschwankt und als Quelle der

galvanischen Elektrizität bald den Kontakt der Metalle, bald ihre

Berührung mit den Leitern zweiter Klasse angenommen. *Zamboni*, der

Erfinder der Trockensäule, hielt die gegenseitige Berührung der Metalle

und nicht die Berührung der Metalle mit den Flüssigkeiten für die

Ursache des Stromes. *Faraday* dagegen hatte durch den ganzen Gang

seiner wissenschaftlichen Entwicklung gelernt, mehr auf die chemischen

Vorgänge zu achten. Er gelangte zu der Überzeugung: »Wo keine chemische

Aktion ist, da ist auch kein Strom.«

Einen Bundesgenossen in seinem Kampfe gegen die Kontakttheorie fand

*Faraday* in dem Franzosen *de la Rive*[102]. Nach *de la Rive* ist

die chemische Affinität die Ursache des galvanischen Stromes. Außerdem

seien nur mechanische und thermische Wirkungen imstande, Elektrizität

zu erzeugen. Seine Lehre faßte *de la Rive* in folgendem Satz zusammen:

»Werden zwei verschiedenartige Körper in eine Flüssigkeit oder in ein

Glas gebracht, das auf beide oder auch nur auf einen dieser Körper

chemisch einwirkt, so kommt Elektrizitätserregung zustande. Dabei wird

der chemisch angegriffene Körper negativ, der angreifende positiv

elektrisch«.

Gleich *de la Rive* geht *Faraday* in der 16. Reihe seiner

Experimentaluntersuchungen, die er gleich der 17. ausschließlich der

vorliegenden Frage widmet, von der Ansicht aus, daß der bloße Kontakt

nicht zur Erregung des Stromes beitrage, abgesehen davon, daß er die

chemische Aktion einleite.

*Faraday* war eben schon von dem Gesetze der Erhaltung der Energie

beherrscht, noch bevor es zum klaren Ausdruck gekommen und zum

Allgemeingut der Physik geworden war. Dafür zeugt die Fassung,

die *Faraday* der chemischen Theorie gibt. An dem Orte der

Elektrizitätsentwicklung wirken nach ihm die sich berührenden Teilchen

chemisch aufeinander ein. Der Betrag der erzeugten Stromkraft sei ein

Äquivalent der angewandten chemischen Kraft. In keinem Falle könne ein

elektrischer Strom erzeugt werden ohne den Verbrauch eines gleichen

Betrages chemischer Kraft und »endend mit einem gegebenen Betrag von

chemischer Veränderung«.

Vom Standpunkte *de la Rives* und *Faradays* ließ sich der *Volta*sche

Fundamentalversuch nur erklären durch die Bildung einer oberflächlichen

Oxydschicht unter dem Einfluß der feuchten atmosphärischen Luft. Und

wirklich haben spätere Versuche bewiesen, daß die Spannung an der

Kontaktstelle um so geringer ist, je mehr die Metalle gegen Oxydation

geschützt sind. Andererseits reichte die ausschließlich chemische

Theorie vom galvanischen Strom doch nicht zur Erklärung aller in

Betracht kommenden Erscheinungen aus. Eine vermittelnde Theorie stellte

im Jahre 1844 *Schönbein* auf. Während *de la Rive* und *Faraday* den

Ursprung der Elektrizität in tatsächlichen und sichtbaren chemischen

Vorgängen erblickten, behauptete *Schönbein*, schon die bloße Tendenz

zweier Körper, sich chemisch zu verbinden, störe deren elektrisches

Gleichgewicht, selbst wenn keine wirkliche Verbindung erfolge.

Doch sei ein Strom, der infolge der wirklichen Verbindung zweier

Stoffe entstehe, bei weitem stärker als derjenige, der nur durch

die Tendenz nach Vereinigung hervorgerufen werde. Als ein Beispiel

betrachtet *Schönbein* das Verhalten von Zink und Kupfer zu verdünnter

Schwefelsäure. Das Zink sei »sauerstoffgierig«. Der Sauerstoff äußere

schon eine Anziehung zum Zink, bevor es zu einer Verbindung komme.

Dadurch werde noch nicht eine Zersetzung des Wassers hervorgerufen,

sondern zunächst eine Richtung seiner Moleküle. Dies geschehe in der

Art, daß sich der Sauerstoff jeder Wassermolekel dem Zink zuwende.

Dieser Störung des chemischen Gleichgewichtes laufe eine Störung

des elektrischen Gleichgewichts parallel, weil das Sauerstoffatom

gleichzeitig negativ, das Wasserstoffatom positiv elektrisch werde.

*Schönbeins* Anschauungen bilden einen Übergang zu den heute über das

Zustandekommen des galvanischen Stromes geltenden Anschauungen, nach

welchen eine elektrische Polarität der Wasserteilchen sich nicht erst

bildet, sondern schon für sich besteht. Wird, um *Schönbeins* Beispiel

zu Ende zu führen, in die Flüssigkeit eine zweite Platte gebracht,

die »wasserstoffgierig« oder auch nur weniger sauerstoffgierig ist

als Zink, so bleibt die Anordnung der Flüssigkeitsteilchen bestehen.

Wird jetzt eine leitende Verbindung zwischen dem Zink und dem

zweiten Metall hergestellt, so fließt die positive Elektrizität zum

Zink und die Zersetzung beginnt, während an den Berührungsstellen

die geschilderte Tendenz fortdauert. Mit Recht hat *Faraday*

*Schönbein* vorgeworfen, daß er einen andauernden Vorgang wie den

galvanischen Strom aus einer Tendenz oder einem bloßen Zustand

erklären wolle. Andererseits hat *Schönbein* seine Theorie in einer

späteren Abhandlung[103] vom Jahre 1849 soweit ausgebaut, daß, wie

schon erwähnt, ihr Grundgedanke sich für die weitere Entwicklung der

Wissenschaft als fruchtbar erwiesen hat. *Faraday* hat sich nach

Abschluß seiner in der 16. und 17. Reihe gegebenen Untersuchung mit dem

auch jetzt noch nicht völlig geklärten Vorgang nicht weiter beschäftigt.

Von dem Bestreben, wie auf den Gebieten des Galvanismus und der

chemischen Aktion, neue Beziehungen zwischen den Kräften aufzudecken,

blieb *Faraday* indessen stets erfüllt. Aus der Überzeugung, daß solche

Beziehungen auch zwischen der Elektrizität und dem Lichte bestehen,

entsprang sein berühmter Versuch der Magnetisierung des Lichtes[104].

Nachdem alle Bemühungen, einen unmittelbaren Einfluß des Magneten

auf einen gewöhnlichen Lichtstrahl nachzuweisen, erfolglos gewesen

waren, brachte *Faraday* ein Stück Glas von besonderer Zusammensetzung

zwischen die Pole eines kräftigen Elektromagneten, so daß es über

die Ebene dieser Pole hinausragte. Durch das Glas wurde dann in

axialer Richtung[105] ein polarisierter Lichtstrahl geleitet und der

analysierende Nicol so gestellt, daß der Strahl erlosch. Wurde jetzt

der Elektromagnet erregt, so erhellte sich das Gesichtsfeld. Es konnte

aber durch eine entsprechende Drehung des Analysators wieder verdunkelt

werden. Die Polarisationsebene des Lichtes hatte somit unter der

Wirkung des Elektromagneten eine Drehung erfahren.

Ersetzte man den Elektromagneten durch einen guten Stahlmagneten,

so war die Wirkung zwar weniger stark, sie war jedoch noch deutlich

vorhanden. Auch durch die bloße Anwendung stromdurchflossener Leiter

ließ sich eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes erzielen. Die

Einrichtung, welche *Faraday* hierbei traf, war die folgende. Stäbe

oder Prismen der zu untersuchenden durchsichtigen Substanzen wurden

in das Innere eines Solenoids, d. h. eines schraubenförmig gewundenen

Drahtes, gebracht. Durch diesen leitete *Faraday* den Strom. Der

Erfolg war der gleiche wie bei den Versuchen mit Elektromagneten und

Stahlmagneten. Wurde nämlich ein polarisierter Lichtstrahl in einer zu

seiner Richtung geneigten Ebene von einem elektrischen Strome umkreist,

so erfolgte eine Drehung des Strahles um seine Achse in gleicher

Richtung mit der Richtung des Stromes. Dies geschah so lange, wie der

Strom seinen Einfluß ausübte.

Flüssigkeiten wurden in Röhren untersucht, die *Faraday* in das

Solenoid hineinsteckte. Als er eine Röhre voll Wasser von gleicher

Länge mit dem Solenoid mehr oder weniger aus letzterem herausragen

ließ, konnte er den Einfluß der Länge des Diamagnetikums, wie er die

das Licht beeinflussende Substanz nannte, ermitteln. Je länger nämlich

die der Wirkung des Solenoides ausgesetzte Wassersäule war, um so

stärker war auch die Drehung des polarisierten Strahles. Der Betrag der

Drehung schien direkt proportional der Länge der Flüssigkeit zu sein,

die vom elektrischen Strom umkreist wurde.

Brachte *Faraday* Stoffe in das Solenoid, die schon von Natur ein

Drehvermögen besitzen, wie Zucker, Weinsäure und weinsaure Salze, so

wurde die vom elektrischen Strom erzeugte Drehung der ursprünglichen

hinzugefügt.

»So glaube ich zum ersten Male«, sagt *Faraday* am Schlusse seiner

Abhandlung »eine direkte Beziehung zwischen dem Licht, der Elektrizität

und dem Magnetismus festgestellt zu haben«. Das, meint er, sei ein

großer Fortschritt auf dem Wege, nachzuweisen, daß »alle Naturkräfte

miteinander verknüpft sind und einen gemeinschaftlichen Ursprung haben«.

Die Entdeckung der »Magnetisierung des Lichtes« brachte *Faraday* auf

den Gedanken, den Einfluß des Magnetismus auf sämtliche Stoffe zu

untersuchen[106]. Zunächst wurde ein Stück jenes Glases, das ihm beim

vorigen Versuch gedient hatte, zwischen den Polen eines sehr kräftigen

Elektromagneten aufgehängt. Das Glas nahm darauf die Querstellung er

(siehe Abbildung 22) an, ein Beweis, daß es von den Polen abgestoßen

wurde, während sich ein Eisenstäbchen infolge einer von den Polen

ausgehenden Anziehung in die Verbindungslinie der Pole einstellte.

Die weitere Untersuchung ergab, daß alle Stoffe einschließlich der

flüssigen und der gasförmigen, sich entweder wie das Eisen oder

wie jenes Glas verhalten. Im ersteren Falle nannte *Faraday* den

Stoff paramagnetisch, während er im anderen Falle als diamagnetisch

bezeichnet wurde.

[Illustration: Abb. 22. *Faraday* entdeckt den Diamagnetismus.]

Diamagnetisch war nicht nur das eigentümliche Glas, mit dem

*Faraday* die Magnetisierung des Lichtes gelungen war und das aus

kieselborsaurem Bleioxyd bestand. Auch die übrigen Glassorten wie

Flint- und Kronglas, erwiesen sich als diamagnetisch, desgleichen

Quarz, Kalkspat, Salpeter, Glaubersalz. Nichtmetalle, wie Phosphor und

Schwefel, wurden gleichfalls von den Polen des Magneten abgestoßen.

Die Metalle verhielten sich teils paramagnetisch wie das Eisen, teils

diamagnetisch. Wie Eisen verhielten sich Nickel, Kobalt, Mangan, Chrom,

Elemente, die auch in ihrem chemischen Verhalten viel Verwandtes

aufweisen. Als diamagnetische Metalle erkannte *Faraday* Wismut,

Antimon, Zinn, Zink, Blei, Silber, Gold und viele andere.

Flüssigkeiten wurden in Glasröhren eingeschlossen, die so dünn waren,

daß man die Einwirkung des Magneten auf das Glas außer acht lassen

konnte. Die gefüllten Röhren wurden dann zwischen den Polen des

Magneten auf die Art ihrer Einstellung untersucht. Auch auf die Gase,

ja selbst auf organische Substanzen dehnte *Faraday* seine Untersuchung

aus. Es machte einen seltsamen Eindruck, daß Holz, Fleisch oder ein

Apfel dem Magnet gehorchten. »Könnte ein Mensch«, fügt *Faraday* hinzu,

»leicht beweglich aufgehängt und in das magnetische Feld gebracht

werden, so würde er sich quer zur Verbindungslinie der Pole einstellen,

denn alle Stoffe, aus denen er gebildet ist, mit Einschluß des Blutes,

besitzen diese Eigenschaft.« *Faraday* wirft die Frage auf, ob nicht

in der Natur unter den Myriaden von Gestalten, die an allen Teilen der

Erdoberfläche den Magnetkraftlinien ausgesetzt sind, ähnliche Wirkungen

vorkommen können.

Zuerst hat *Faraday* die Abstoßung durch die Annahme einer Polarität zu

erklären gesucht. Und zwar sollte bei den diamagnetischen Stoffen der

Nordpol des Magneten nicht wie beim Eisen einen Südpol, sondern einen

Nordpol induzieren. Später gab er die Ansicht, daß eine diamagnetische

Polarität existiere, wieder auf. Sie ist indessen von anderer

Seite, insbesondere von *Weber* nachgewiesen worden. Im Verlaufe

seiner Entdeckungen gelangte *Faraday* zu Ansichten über die Natur

der Elektrizität, die von den Theorien früherer Forscher erheblich

abwichen und das Fundament der später von *Maxwell* entwickelten,

neueren Vorstellungen gebildet haben. Zusammengefaßt hat *Faraday*

diese Ansichten zuerst im Jahre 1838[107]. *Faraday* wandte sich

damals besonders gegen die Vorstellung, als ob die Erscheinungen der

Influenz und des Elektromagnetismus als eine Wirkung in die Ferne,

die ohne eine Vermittlung zwischenliegender Teilchen vor sich gehe,

aufzufassen sei. Die Teilchen des isolierenden Diëlektrikums, z. B.

der Luft, die eine mit Elektrizität geladene Kugel umgibt, sind nach

*Faraday* nicht etwa in einem indifferenten Zustande, sondern sie sind

polarisiert. *Faraday* vergleicht die Teilchen des Diëlektrikums mit

kleinen Magnetnadeln oder zahllosen kleinen isolierten Konduktoren.

Unter dem Einfluß der elektrisierten Kugel würden diese polar, und

nach der Entladung der Kugel kehrten sie in ihren gewöhnlichen Zustand

zurück. Die Spannungsbeziehungen zwischen den polarisierten Teilchen

des Diëlektrikums sollten ferner krummen Linien der influenzierenden

Kraft entsprechen.

Auch hinsichtlich der magnetischen und der Induktionswirkungen des

Stromes, seiner Querkraft, wie *Faraday* sich ausdrückt, kommt er zu

einem ähnlichen Ergebnis. Er hält es für wahrscheinlich, daß auch diese

Wirkungen durch Vermittlung zwischenliegender Teilchen fortgepflanzt

werden, ähnlich wie es mit der Influenzwirkung der statischen

Elektrizität geschehe. Wie im letzteren Falle so seien auch bei den

Erscheinungen der strömenden Elektrizität die angrenzenden Teilchen

in einem besonderen Zustand, den *Faraday* als den elektrotonischen

Zustand bezeichnet. *Faraday* hat sich eifrig bemüht, diese

Vorstellungen durch geeignete Experimente zu stützen. Es gelang ihm

auch der Nachweis, daß die Erscheinungen der statischen Elektrizität

von der Art des Diëlektrikums (Luft, Schellack, Schwefel) beeinflußt

werden, und daß die Elektrizität Zeit gebraucht, um das Diëlektrikum zu

durchdringen[108].

Wir werden später erfahren, wie *Faradays* Lehre von der Polarisation

oder dem elektrotonischen Zustand des Diëlektrikums, d. h. des

isolierenden Zwischenmittels, insbesondere von *Maxwell* weiter

ausgebildet wurde, der als dielektrisches Mittel im leeren Raum den

Äther ansah.

*Faradays* Bemühungen, eine Beziehung zwischen der Elektrizität und der

Schwerkraft aufzufinden, blieben ohne Ergebnis. In dem Nachweis, daß

der Magnetismus eine auf sämtliche Stoffe wirkende Kraft ist, bestand

seine letzte große Entdeckung. Er starb am 25. August des Jahres 1867

in dem Hause, das ihm die Königin etwa zehn Jahre zuvor geschenkt hatte.

*Faraday* faßte bei seinen Untersuchungen vorzugsweise die qualitative

Seite der Naturerscheinungen ins Auge. Als Autodidakt besaß er nicht

die nötige mathematische Schulung, um den quantitativen Beziehungen in

gleicher Weise gerecht zu werden. Das *Ohm*sche Gesetz z. B., welches

besagt, daß die Stromstärke proportional der elektromotorischen Kraft

und umgekehrt proportional dem Leitungswiderstande ist, wurde von

*Faraday* fünf Jahre, nachdem *Ohm* es veröffentlicht hatte[109], noch

nicht berücksichtigt[110]. Die quantitative Seite des Magnetismus wurde

gleichfalls erst in Deutschland genügend gewürdigt, wo *Gauß* die

Intensität dieser Naturkraft bestimmte[111] und die Grundlagen für das

absolute Maßsystem schuf, das *Wilhelm Weber* dann auf das galvanische

Gebiet ausdehnte.

Der erste, der die von *Laplace* begründete Potentialtheorie auf

die elektrischen und die magnetischen Erscheinungen anwandte und

so die Grundlage schuf, auf welcher *Gauß* und neuere Forscher den

mathematischen Teil der modernen Elektrizitätslehre errichteten, war

*Green*. Seine Verdienste wurden indessen schon in einem früheren

Abschnitt gewürdigt[112]. Den Ausgangspunkt für die über *Green* und

*Gauß* bis in die neueste Zeit hinein führende Reihe von theoretischen

Untersuchungen bildet das *Coulomb*sche Gesetz der statischen

oder Reibungselektrizität, dessen Analogie mit dem *Newton*schen

Gravitationsgesetz zu einer Übertragung der von *Laplace* behandelten

Probleme auf das Gebiet der statischen Elektrizität geführt hatte. Um

die neu erschlossenen Gebiete der galvanischen Elektrizität und der

Induktion gleichfalls der mathematischen Analyse unterwerfen zu können,

war es nötig, ähnlich wie es *Coulomb* für die statische Elektrizität

getan, zunächst gesetzmäßige Beziehungen aufzufinden. Nur auf diese

Weise ließ sich der Boden zur Aufstellung einer umfassenderen Theorie

gewinnen.

Für die elektromagnetische Wirkung gelang es noch im Jahre ihrer

Entdeckung (1820 durch *Oersted*[113]) eine solche gesetzmäßige

Beziehung zu finden. Eine von *Biot* und *Savart* unternommene

Untersuchung[114] über die Wirkung des galvanischen Stromes auf eine

an einem Kokonfaden hängende Magnetnadel ergab, daß die von dem Strom

auf einen Magnetpol ausgeübte Kraft senkrecht zu der durch den Pol und

den Strom gelegten Ebene wirkt und daß die Intensität dieser Kraft

der Entfernung des Pols von dem Strom umgekehrt proportional ist. Auf

den ersten Blick zeigt sich in diesem Falle keine Analogie mit dem

Attraktions- und dem *Coulomb*schen Gesetz. Letztere tritt aber hervor,

wenn man von dem an der Nadel vorübergeführten gradlinig und unbegrenzt

gedachten Strom nur ein Element ins Auge faßt. Für ein solches Element

läßt sich aus der von *Biot*[115] und *Savart*[116] gefundenen Regel

ableiten, daß seine Wirkung sich umgekehrt wie das Quadrat des

Abstandes verhält.

Das *Biot-Savart*sche Gesetz ist durch zahlreiche spätere

Untersuchungen bestätigt worden. Sein mathematischer Ausdruck

lautet[117]:

Die Naturwissenschaften in ihrer Entwicklung und in ihrem Zusammenhange, IV. Band Das Emporblühen der modernen Naturwissenschaften seit der Entdeckung des Energieprinzips · 第 22 / 171 题