12. Die Entdeckung der galvanischen Elektrizität.

Neben der seit alters bekannten Elektrizitätserregung durch Reiben hatte das 18. Jahrhundert das Auftreten von Elektrizität durch Wärmezufuhr, sowie infolge atmosphärischer Vorgänge kennen gelernt[306]; auch hatte man die elektrische Natur der von dem Zitterrochen ausgehenden Wirkung entdeckt. Zu diesen vier Arten gesellte sich jetzt eine fünfte, die Berührungs- oder die galvanische Elektrizität, mit der man gegen den Schluß des 18. Jahrhunderts bekannt wurde, während der Ausbau der Lehre vom Galvanismus wohl als die wichtigste Tat des 19. Jahrhunderts anzusehen ist.

Daß die bloße Berührung zweier Metalle eine eigentümliche, später als elektrisch erkannte Wirkung hervorruft, wurde zum erstenmal um das Jahr 1750 von einem Deutschen namens Sulzer[307] beobachtet. Dieser brachte die Spitze seiner Zunge zwischen ein Stück Blei und ein Stück Silber, die sich mit ihren Rändern berührten. Dabei nahm er eine prickelnde, an den Geschmack des Eisenvitriols erinnernde Empfindung wahr, die Blei oder Silber für sich nicht hervorzubringen vermögen[308]. Es sei doch nicht wahrscheinlich, meint Sulzer, daß bei der Berührung jener beiden Metalle eine Auflösung vor sich gehe. Man müsse vielmehr schließen, daß diese Vereinigung eine zitternde Bewegung der Teilchen verursache, welche die Nerven der Zunge anrege und dadurch den erwähnten Geschmack hervorbringe.

Später wurde der Versuch in folgender Weise abgeändert. Man nahm einen Becher aus Zinn oder Zink, stellte ihn auf einen silbernen Fuß und füllte ihn mit Wasser. Wenn nun jemand die Spitze der Zunge ans Wasser brachte, fand er es völlig geschmacklos, solange er den silbernen Fuß nicht berührte. Sobald er diesen aber zwischen die benetzten Hände preßte, empfand die Zunge einen deutlichen Geschmack.

Abb. 30. Galvanis Versuche an Froschschenkeln.

Da die Beobachtung Sulzers ganz vereinzelt blieb, ging es ihr, wie es in solchen Fällen meist zu gehen pflegt, sie wurde nicht beachtet und schließlich vergessen, bis die weitere Entwicklung der Wissenschaft ein Zurückgreifen auf jene Entdeckung erforderlich machte. Die eigentliche Erforschung der Berührungselektrizität beginnt mit der zufällig gemachten Beobachtung, daß ein frisch präparierter Froschschenkel jedesmal in Zuckungen gerät, wenn in seiner Nähe eine elektrische Entladung stattfindet. Galvani hatte jenes Verhalten des Froschschenkels um das Jahr 1780 kennen gelernt. Daß an toten Tieren Zuckungen der Muskeln unter dem unmittelbaren Einfluß von elektrischen Entladungen eintreten, war zwar längst bekannt; auch hatte man bemerkt, daß ein Zitterrochen leblose Fische zu Bewegungen veranlaßt. Was Galvanis Erstaunen hervorrief, war indes der Umstand, daß jene Zuckungen eintraten, ohne daß eine Verbindung zwischen der Elektrisiermaschine und dem Froschpräparat vorhanden war.

Galvani präparierte einen Frosch, wie es in Abb. [30] Fig. 2 dargestellt ist, und legte ihn auf einen Tisch, auf dem eine Elektrisiermaschine stand. Als darauf die eine von den Personen, die ihm zur Hand gingen, mit der Spitze eines Messers die Schenkelnerven DD des Frosches zufällig ganz leicht berührte, zogen sich alle Muskeln an den Gelenken derartig zusammen, als wären sie von heftigen Krämpfen befallen. Dies geschah, während dem Konduktor der Maschine ein Funke entlockt wurde.

Wir haben es in dieser Erscheinung noch nicht mit einer Wirkung der Berührungselektrizität zu tun, sondern mit einem sogenannten Rückschlag. Ein solcher besteht darin, daß die infolge des Ladens der Maschine in dem Schenkel stattfindende elektrische Verteilung in dem Augenblicke des Entladens eine Änderung erfährt. Die elektrische Verteilung, sowie ihr Ausgleich tritt bei größerer Entfernung von dem Konduktor der Elektrisiermaschine nur dann in hinreichendem Maße ein, wenn der Schenkel mit der Erde in leitender Verbindung steht, was bei dem Versuch Galvanis durch eine anfangs zufällige, nachher jedoch absichtlich herbeigeführte Berührung des Schenkels mit einem leitenden Gegenstand bewirkt wurde (s. Abbildung [30]). Das Erstaunen, in das Galvani über seine Beobachtung geriet, ist der erste Schritt zu einer fast endlosen Reihe der wichtigsten Entdeckungen gewesen. »Ich wurde«, sagt er, »von einem unglaublichen Eifer entflammt, dasjenige ans Licht zu ziehen, was hinter dieser Erscheinung verborgen war[309].« Bevor wir jedoch Galvani auf seinem Wege folgen, wollen wir uns einige Augenblicke mit dem Leben dieses Mannes beschäftigen, dessen Glück und Verdienst der Wissenschaft ein neues, großes Gebiet erschließen sollte.

Aloisio Galvani wurde am 9. September 1737 in Bologna geboren. Er studierte an der Universität seiner Vaterstadt Medizin und heiratete die Tochter eines der dortigen Professoren, der legendenhafte Berichte einen hervorragenden, wenn nicht gar den Hauptanteil an der Entdeckung des Galvanismus zugeschrieben haben[310]. Die ersten wissenschaftlichen Arbeiten Galvanis betrafen das Gebiet der Anatomie. Seit dem Jahre 1775 sehen wir ihn in Bologna eine Professur für dieses Fach bekleiden. Seine Versuche über die Wirkung der Elektrizität auf Froschschenkel begannen im Jahre 1780. Galvani führte darüber zunächst nur ein Tagebuch. Erst ein Jahrzehnt später vereinigte er die Ergebnisse seiner Untersuchungen zu einer Abhandlung über die Wirkung der Elektrizität auf die Muskelbewegung[311].

Nachdem Galvani die Wirkung des Entladens auf einen in der Nähe der Elektrisiermaschine befindlichen Froschschenkel nachgewiesen, suchte er festzustellen, ob sich das gleiche, ihm zunächst ganz unerklärliche Phänomen auch durch den Einfluß der atmosphärischen Elektrizität hervorrufen lasse. Die hierauf bezüglichen Versuche sind im zweiten Teile jener Abhandlung vom Jahre 1791 beschrieben. Die präparierten Frösche, sowie Schenkel von Warmblütern wurden bei einem Gewitter an den Nerven aufgehängt, während ein Eisendraht die Füße mit der Erde verband. Die erwartete Wirkung blieb nicht aus. In demselben Augenblick, in welchem der Schein eines Blitzes das Auge traf, gerieten die Muskeln in lebhafte Zuckungen.

»Nachdem wir die Kräfte der Gewitterelektrizität kennen gelernt hatten, brannte unser Herz vor Begierde, auch die Macht der täglichen ruhigen Elektrizität der Atmosphäre zu erforschen.« Mit diesen Worten beginnt Galvani den dritten Teil seiner Schrift, in dem wir mit den Erscheinungen der nach ihm benannten, ganz neuen Art der Elektrizitätserregung vertraut gemacht werden.

Da Galvani bemerkt hatte, daß präparierte Frösche, die an einem Eisengitter an Messinghaken aufgehängt waren, nicht nur beim Gewitter, sondern auch bei heiterem Himmel gelegentlich in Zuckungen verfielen, so meinte er, die Ursache dieser Zuckungen sei in Veränderungen der atmosphärischen Elektrizität zu suchen. Deshalb beobachtete er zu verschiedenen Stunden des Tages passend hergerichtete Tiere. Aber nur selten trat eine Bewegung in den Muskeln ein. Schließlich drückte er, des Wartens müde, die Haken, die in dem Rückenmark befestigt waren, gegen das eiserne Gitter. Dabei beobachtete er häufig Zuckungen, die er zunächst der atmosphärischen Elektrizität zuzuschreiben geneigt war.

Als er das Tier in das geschlossene Zimmer gebracht, auf eine Eisenplatte gelegt und den im Rückenmark befindlichen Messinghaken gegen die Eisenplatte zu gedrückt hatte, bemerkte er die gleichen Zuckungen.

Jetzt erkannte er, daß es sich hier um ein ganz neues, unerwartetes Phänomen handelt, das mit den Änderungen der atmosphärischen Elektrizität in gar keinem Zusammenhange steht. Galvani änderte darauf den Versuch in der Weise ab, daß er den Frosch auf eine die Elektrizität nicht leitende Glasplatte legte und den Messinghaken mit den Füßen des Tieres verband. Bestand die Verbindung aus einem Metall, so traten Zuckungen ein, während sie bei Anwendung einer nicht leitenden Substanz ausblieben. Mit den von Galvani ersonnenen Abänderungen dieses Fundamentalversuches macht uns die dritte Figur seiner Abhandlung (Abb. [31]) bekannt.

Von besonderem Interesse ist das elektrische Froschpendel, das Galvani in der Figur 11 (s. S. 194) abbildet und folgendermaßen beschreibt: »Der Frosch wird an einem Beine in die Höhe gehalten, so daß der in dem Rückenmark befestigte Haken eine Silberplatte berührt, das andere Bein aber frei auf der Platte gleiten kann. Sowie dies Bein die Platte berührt, werden die Muskeln zusammengezogen, wodurch sich das Bein hebt. Bald aber erschlaffen die Muskeln von selbst, das Bein sinkt und kommt wieder mit der Platte in Berührung. Infolgedessen wird es wieder hochgehoben und fährt so fort, sich zu heben und zu senken, so daß es einem elektrischen Pendel gleicht.« Die Platte dient dabei gewissermaßen als Bogen, der den Kreislauf der Elektrizität ermöglicht, wenn das Bein auf die Platte niederfällt, für den Kreislauf aber nicht mehr vorhanden ist, wenn das Bein sich von der Platte entfernt hat.

Für die merkwürdige Erscheinung selbst gab es nur zwei Erklärungen. Entweder war sie in dem Wesen des tierischen Organismus begründet, oder es handelte sich um einen auf die Berührung der Metalle zurückzuführenden elektrischen Vorgang, bei dem der Froschschenkel nur die Rolle eines empfindlichen Elektroskopes spielt. Galvani entschied sich für die erstere Ansicht, indem er die beschriebenen Erscheinungen als Betätigungen einer tierischen Elektrizität auffaßte. Diese sollte vom Gehirn aus durch die Nerven dem Muskel zufließen. Letzteren verglich er mit der Leydener Flasche, indem er sich vorstellte, daß die Oberfläche und das Innere eines Muskels entgegengesetzt geladen seien. Brachte man demgemäß den Nerven, als den Konduktor dieser Flasche, mit der Oberfläche eines Muskels, die dem äußeren Belag entsprechen sollte, in leitende Verbindung, so fand eine Entladung statt, als deren Folge die Zusammenziehung der Muskelsubstanz aufgefaßt wurde.

Abb. 31. Zuckungen der Froschschenkel bei der Berührung mit verschiedenartigen Metallen. (Aus Galvanis Abhandlung über die Kräfte der Elektrizität.)

Fig. 9.AStanniolblatt über der Wirbelsäule des präparierten Frosches.
BBDie Tierschenkel.
C Ein anderes Metallblatt aus Messing.
D Ein eherner mit Silber überzogener Bogen.
F Glasplatte, auf welcher das Tier liegt.
Fig. 10.AAZwei Bogen, die in den Zylinder B aus Glas oder Harz gesteckt sind.
CEin mit dem Rückenmark verbundener Haken.
Fig. 11.Ein präparierter Frosch, der an einem Bein aufgehängt wird, während das andere samt dem mit dem Rückgrat verbundenen Haken die Fläche der silbernen Kapsel E berührt.
Fig. 12.FFZwei Metallbögen, der eine aus Kupfer, der andere aus Silber.
Fig. 13.GGMetallkonduktoren, von denen der eine mit der oberen, der andere mit der unteren Belegung des Quadrates in Verbindung steht.
H Nerven, die so über den Rand des Quadrates hingestreckt sind, daß sie zugleich mit dem Rückenmark die untere Belegung berühren.
Fig. 14.KEine mit verschiedenen Flüssigkeiten anzufüllende Glasröhre.
Fig. 15.Schenkel, voneinander getrennt.
Fig. 16.Schenkel, voneinander getrennt, samt dem in zwei Teile gespaltenen Rückgrat.

Natürlich erregten Galvanis Versuche und seine Lehre, die zunächst allgemeine Anerkennung fand, das größte Aufsehen. »Der Sturm, den das Erscheinen von Galvanis Abhandlung in der Welt der Physiker, der Physiologen und Ärzte erregte«, sagt ein hervorragender Geschichtsschreiber des Galvanismus[312], »kann nur mit demjenigen verglichen werden, der zur selben Zeit am politischen Horizont Europas heraufzog. Wo es Frösche gab und wo sich zwei Stücke ungleichartigen Metalls erschwingen ließen, wollte jedermann sich von der wunderbaren Wiederbelebung der verstümmelten Gliedmaßen durch den Augenschein überzeugen.«

Galvanis wissenschaftliche Tätigkeit hatte mit dem Erscheinen seiner »Abhandlung über die Kräfte der Elektrizität« ihren Höhepunkt erreicht. Die Führung auf dem neu erschlossenen Gebiete übernahm jetzt Alessandro Volta, während sich Galvani darauf beschränkte, seine Theorie gegen die ihr von Volta bereiteten Angriffe zu verteidigen. Die letzten Lebensjahre verbrachte Galvani in einem Zustande tiefster Niedergeschlagenheit, den der Tod der Gattin und die Amtsentsetzung herbeigeführt hatten. Letztere erfolgte, weil Galvani sich weigerte, den bei der Gründung der cisalpinischen Republik von ihm geforderten, seiner Überzeugung zuwiderlaufenden Eid zu leisten. Er starb am 4. Dezember 1798. Die Erfindung der Voltaschen Säule, welche den gänzlichen Untergang der älteren Theorie herbeiführte, sollte er nicht mehr erleben.

Alessandro Volta wurde am 18. Februar 1745 zu Como geboren. Fast 30 Jahre alt, wurde er Professor der Physik an dem Gymnasium seiner Vaterstadt. In derselben Eigenschaft berief man ihn fünf Jahre später an die Universität Padua, wo er bis zum Jahre 1819 wirkte. Die letzte Zeit seines Lebens verbrachte Volta in der Zurückgezogenheit; er starb am 5. März des Jahres 1827 in Como.

Als Galvanis berühmte Abhandlung erschien, hatte Volta, der während der ersten Zeit seiner wissenschaftlichen Laufbahn mit Vorliebe das Verhalten der Gase untersuchte, sich schon hervorragende Verdienste um die Elektrizitätslehre erworben. In dem Kondensator, den er mit dem Strohhalmelektrometer verband, hatte er ein Mittel zum Nachweis geringer Elektrizitätsmengen ersonnen[313], das bei der späteren Untersuchung der kontaktelektrischen Phänomene von größtem Werte sein sollte. Die Royal Society hatte ihn dafür zu ihrem Mitgliede ernannt und ihn durch die Verleihung einer Medaille ausgezeichnet.

Über sein Elektrometer macht Volta folgende Angaben. Es sei von großer Bedeutung, daß man die früheren Elektrometer ändere und an Stelle der feinen Metalldrähte zwei sehr feine und trockene Strohhalme von etwa 2 Zoll Länge anwende, die man mittelst kleiner Ringe sehr beweglich aufhängen müsse. Diese Halme müßten sich im unelektrischen Zustande ihrer ganzen Länge nach berühren.

Anfangs war auch Volta von der Richtigkeit der Ansichten Galvanis überzeugt. Die Zuckungen, meinte er, müßten von dem Mißverhältnis herrühren, das zwischen der Elektrizität des Muskels und jener des Nerven bestehe. Die metallische Verbindung habe nur die Aufgabe, das Gleichgewicht wiederherzustellen. Einige Jahre später erkannte er jedoch, daß von einem Vergleich des Muskels mit der Leydener Flasche nicht die Rede sein könne. Der Froschschenkel geriet nämlich auch in Zuckungen, wenn ein elektrischer Ausgleich lediglich durch den Nerven hindurch erfolgte und die Muskeln gänzlich außerhalb des leitenden Kreises blieben. Ähnlich wie bei dem von Sulzer herrührenden Versuch[314] gelang es Volta, durch Anlegen von zwei verschiedenartigen Metallstücken an Mund und Auge nicht nur eine Geschmackserregung, sondern auch Lichtempfindung hervorzurufen.

Diesen fundamentalen Versuch, der bewies, daß der Einfluß einer elektrischen Entladung nicht nur Zuckungen, sondern auch eine Erregung der Empfindungsnerven hervorrufen kann, stellte Volta folgendermaßen an. Ein breites Stück Zinnfolie wurde auf die Zungenspitze gelegt. Auf den Rücken der Zunge wurde eine Silbermünze gebracht. Beide Metalle brachte Volta vermittelst eines Kupferdrahtes in Verbindung. Er empfand dann einen stark sauren Geschmack. Wenn der Kupferdraht vermieden wurde und nur Silber und Zinn zur Anwendung kamen, war das Ergebnis dasselbe. Volta erzielte dies[315], indem er keine Münze, sondern einen silbernen Löffel nahm, diesen auf den Rücken der Zunge legte und mit dem Stiel das Stanniolblatt, das auf der Zungenspitze lag, berührte.

Daß sich eine Lichtempfindung durch galvanische Elektrizität hervorrufen läßt, wies Volta nach, indem er den Schließungsbogen aus verschiedenen Metallen mit der Stirn und dem Gaumen in Berührung brachte. Das Auge empfand dann im Augenblicke der Berührung einen hellen Schein.

Auf diese Weise gewann in Volta die Vorstellung immer mehr an Raum, daß man es in den Metallen nicht mit bloßen Leitern, sondern mit den eigentlichen Erregern der Elektrizität zu tun habe. Im Anschluß an die Schilderung der soeben erwähnten physiologischen Versuche gelangte Volta daher um 1792 zu einer Änderung seiner ursprünglichen Ansichten[316]. Es sei klar, meinte er, daß bei diesen Versuchen die Nerven nur erregt würden und daß die Ursache des elektrischen Stromes, der diese Erregung veranlasse, in den Metallen selbst zu suchen sei. »Sie sind«, sagt er, »im eigentlichen Sinne die Erreger der Elektrizität, während die Nerven selbst passiv sind.« Zur selben Zeit machte Volta die wichtige Entdeckung, daß die Kohle bei galvanischen Versuchen an Stelle eines Metalles gebraucht werden kann. »Ich habe«, sagte er[317], »gefunden, daß Holzkohle, die schon früher als ein guter Leiter bekannt war, wenig oder gar nicht den Metallen nachsteht und sich auch darin wie diese verhält, daß sie ein Erreger der Elektrizität ist.«

In einer Schrift vom Jahre 1794 bekennt sich Volta offen als Gegner der Lehre von der tierischen Elektrizität. Er braucht für die hierher gehörigen Erscheinungen fortan das Wort metallische Elektrizität. Die ganze Wirkung rühre von den Metallen her, die irgend einen feuchten Körper berühren. Die Elektrizität werde dadurch in einen Kreislauf gebracht. Gehe der Strom durch Nerven, die noch einen Rest von Leben besäßen, so würden die den Nerven gehorchenden Muskeln dadurch in Zuckungen versetzt. Diese Bewegungen und die beschriebenen Geschmacks- und Lichtempfindungen fand Volta bei seinem unausgesetzten, mühevollen Forschen je nach der Natur der angewandten Metalle sehr verschieden. Die Wirkungen waren um so lebhafter, je weiter die Metalle in folgender, von Volta 1799 aufgestellten Reihe[318] voneinander abstehen:

Diese erste Spannungsreihe wurde bald darauf um zahlreiche Glieder vermehrt, indem auch Mineralien, wie Schwefelkies, Bleiglanz, Kupferkies, in sie eingefügt wurden.

Volta suchte darauf der Mitwirkung von Nerv und Muskel gänzlich zu entraten. Er brachte die Metalle mit allen möglichen feuchten Stoffen, wie Papier, Tuch usw. in Berührung. Um den hierbei eintretenden elektrischen Ausgleich, der sich bisher in den Zuckungen der Muskeln geltend gemacht hatte, unzweifelhaft darzutun, bediente er sich eines Kondensators, mit dem sich die geringsten Elektrizitätsmengen nachweisen ließen.

Auf die Konstruktion des als elektrischer Ansammlungsapparat dienenden Kondensators war Volta durch fortgesetzte Untersuchungen am Elektrophor gekommen. Schon in seiner ersten Schrift vom Jahre 1769 befaßte er sich mit der elektrischen Anziehung. In einer Abhandlung vom Jahre 1771 beschreibt er unter dem Namen elettroforo perpetuo den Apparat, der auch heute noch in derselben Ausführung als Elektrophor bekannt ist. Er besteht aus einer Metallschale, aus dem Kuchen, d. i. eine Scheibe von nichtleitender Substanz (Harz, Pech) und aus einer an isolierenden seidenen Schnüren befestigten Metallplatte (Abb. [33]). Um den Kuchen zu erhalten, schmolz Volta drei Teile Terpentin, zwei Teile Harz und einen Teil Wachs zusammen. Wie die Elektrisiermaschinen, so erreichten auch die Elektrophore im 18. Jahrhundert riesige Ausmaße (bis zu 7 Fuß Durchmesser). Die Wirkungsweise des Elektrophors besteht darin, daß die dem Kuchen mitgeteilte Elektrizität durch Influenz auf den Deckel wirkt und daß die abgestoßene Elektrizität des letzteren durch kurze Berührung entfernt wird. In seiner Wirkungsweise stimmt, wie Wilke dargetan[319], somit das Elektrophor mit der Franklinschen Tafel überein[320].

Abb. 32. Voltas Kondensator.

Abb. 33. Voltas Elektrophor.

Ausgehend vom Elektrophor gelangte Volta im Jahre 1782 zur Konstruktion des von ihm als Kondensator bezeichneten Ansammlungsapparats. Der Kondensator ist im Grunde genommen ein Elektrophor mit äußerst dünner Harzschicht an Stelle des bislang gebrauchten dicken Harzkuchens. Wurde auf diese dünne Harzschicht ein Deckel gelegt und dieser dann mit einer sehr schwachen Elektrizitätsquelle, z. B. einer schon entladenen Flasche in Berührung gebracht, an welcher durch andere Mittel keine Elektrizität mehr nachgewiesen werden konnte, so war der Deckel nach dem Abheben deutlich elektrisch geworden. Aus diesem Grunde bezeichnete Volta den neuen Apparat als Kondensator. Es war von Wichtigkeit, die Harzschicht vor Beginn jedes Versuches wieder vollständig zu entladen. Bei der Lösung dieser Aufgabe entdeckte schon Volta eine wichtige Beziehung zwischen der Elektrizität und dem Lichte. Er fand nämlich, daß die Entladung sich rasch und vollständig bewirken ließ, wenn er die Harzschicht in die Sonne stellte[321].

Aus den Bemühungen Voltas ging der Kondensator schließlich in der Form hervor, wie er noch heute gebraucht wird. Es wurden nämlich zwei gleiche Metallplatten, von denen die eine direkt mit dem Elektroskop verbunden ist, mit einer möglichst gleichmäßigen, dünnen Firnisschicht überzogen (Abb. [32]). Die Wirkung dieses Apparates ergibt sich aus den von Aepinus und Wilke entdeckten Influenzgesetzen. Der oberen Platte wird z. B. positive Elektrizität mitgeteilt. Legt man sie dann auf die untere Platte, von welcher sie durch die doppelte Firnisschicht getrennt ist, so wird sich auf dem der oberen Platte zugewandten Teile der unteren Platte negative, auf dem abgewandten positive Elektrizität befinden. Letztere wird abgeleitet. Hebt man dann die obere, auch wohl Kollektor genannte Platte ab, so breitet sich die negative Elektrizität über die ganze untere Scheibe, die Kondensatorscheibe, aus. Durch häufigere Wiederholung dieses Verfahrens läßt sich die Ansammlung der negativen Elektrizität auf der unteren Platte und die Wirkung auf das mit dieser Platte verbundene Elektroskop erheblich steigern.

Erst diese Vorversuche setzten Volta in den Stand, seinen berühmten Fundamentalversuch der Kontaktelektrizität anzustellen. Letzterer bestand darin, daß man das Auftreten entgegengesetzter Elektrizitäten durch die bloße Berührung zweier Metalle bewirkte, ohne dazu einer feuchten Zwischensubstanz, sei letztere animalisch oder nicht, zu bedürfen. Volta beschreibt diesen Versuch, zu dem er nichts weiter benötigte als Platten von verschiedenen Metallen mit isolierenden Handhaben, einen Kondensator und ein Elektrometer mit Streifen vom feinsten Blattgold, mit folgenden Worten[322]: »Bringt man die miteinander in Berührung gewesenen Platten an das sehr empfindliche Elektrometer, so werden die Goldblättchen etwas auseinandergehen und dadurch einige Elektrizität anzeigen, die positiv oder negativ sein wird, je nach der Natur des Metalles, das man untersucht, und des anderen, mit dem dieses vorher in Berührung stand.« Nahm Volta z. B. eine Zink- und eine Kupferscheibe, so erwies sich nach der Berührung erstere als positiv, letztere als negativ elektrisch. Brachte man das Kupfer mit Zinn oder Eisen zusammen, so wurde es gleichfalls, indes in weit geringerem Maße, negativ elektrisch, während das Zinn und das Eisen sich wie das Zink in dem ersten Versuch verhielten. Wurden endlich Gold oder Silber mit Kupfer berührt, so wurde das letztere diesmal positiv, Gold und Silber dagegen wurden negativ elektrisch.

Volta beschreibt seinen Fundamentalversuch in einem Brief vom Jahre 1797[323]. Eine solch beträchtliche Elektrizität durch einfache Berührung verschiedener Metalle zu erhalten, fügt Volta hinzu, sei gewiß etwas Bewundernswürdiges und alle Sachverständigen, denen er seinen Versuch gezeigt habe, seien erstaunt darüber.

Welcher Art die Elektrizität der verschiedenen Metalle nach der Berührung ist, findet Volta, indem er dem Elektrometer, dem er die Elektrizität mitgeteilt hat, eine geriebene Glas- und eine geriebene Harzstange nähert und darauf achtet, ob die Divergenz der Goldblättchen zu- oder abnimmt. Wurden z. B. Zink und Kupfer in Berührung gebracht, so war nach der Trennung das Zink positiv, denn bei Annäherung der positiven Glasstange nahm die Divergenz des Pendel zu, während sie sich bei Annäherung der mit negativer Elektrizität geladenen Harzstange verminderte.

Indem Volta auf solche Weise seinen Fundamentalversuch vielfach abänderte, gelangte er zur Aufstellung der folgenden elektrischen Spannungsreihe:

Diese Reihe enthält Graphit und die bekanntesten Metalle in einer solchen Anordnung, daß jedes vorhergehende Glied, mit einem der nachfolgenden in Berührung gebracht, positiv elektrisch wird, während das spätere Glied stets den negativ elektrischen Zustand annimmt. Dabei stellte sich beim Messen mit dem Strohhalmelektrometer heraus, daß der elektrische Unterschied zwischen je zwei Gliedern dieser Reihe um so größer ist, je weiter die Glieder voneinander entfernt sind. So ergaben sich[324] für die ersten vier Glieder der Reihe folgende Differenzen:

Zink| Blei = 5
Blei| Zinn = 1
Zinn| Eisen = 3

Für Zink | Eisen erhielt man den Wert 9 (= 5 + 1 + 3). Damit war das Gesetz gefunden, daß der elektrische Unterschied für zwei Glieder der Spannungsreihe gleich der Summe der Unterschiede aller dazwischen liegenden Glieder ist, so daß in einer geschlossenen Kette von Metallen, in der z. B. Zink mit Blei, dieses mit Zinn, dieses mit Eisen und das letztere wieder mit Zink verbunden wird, die elektrischen Unterschiede sich ausgleichen und die Spannung infolgedessen Null ist.

Volta hatte auf Grund dieser Versuche angenommen, daß die erregende Kraft ausschließlich an der Berührungsstelle der Metalle ihren Sitz habe und die animalischen oder andere Feuchtigkeiten nur als Leiter dienen. Weitere Versuche belehrten ihn jedoch, daß auch bei der Berührung zwischen Metall und Flüssigkeit eine erregende oder elektromotorische Kraft auftritt. Isolierte Platten von Silber, Zinn, Zink usw. wurden mit feuchtem Holz, Papier oder feuchten Ziegeln in Berührung gebracht. Nach dem Abheben erwiesen sich die Metallplatten als negativ elektrisch. Die Metalle wurden Elektromotoren erster, die Flüssigkeiten, die sich nicht in die Spannungsreihe eingliedern lassen, Elektromotoren oder Leiter zweiter Klasse genannt.

»Die Berührung verschiedener Leiter«, sagt Volta in einem Schreiben vom Jahre 1796[325], »die ich trockne Leiter oder Leiter der ersten Klasse nenne, mit feuchten oder Leitern der zweiten Klasse erregt das elektrische Fluidum und gibt ihm einen gewissen Antrieb. Fragen Sie noch nicht, wie dies geschieht; es ist vorläufig genug, daß es geschieht und daß es sich um ein allgemeines Verhalten handelt.«

Volta zeigte, daß in einem nur aus Elektromotoren erster Klasse bestehenden Kreise keine Bewegung der Elektrizitäten, kein Strom entsteht. Er zeigte ferner, daß ein solcher hervorgerufen wird, wenn zwei Elektromotoren erster Klasse mit einem feuchten Leiter der zweiten Klasse und unter sich, entweder unmittelbar oder vermittelst eines dritten Leiters, in Verbindung stehen und auf diese Weise einen Kreis von Leitern bilden. Eine derartige Vereinigung wurde ein galvanisches Element genannt. Die Wirkung des letzteren vervielfältigte Volta, indem er eine größere Anzahl solcher Elemente zu seiner Säule verband.

Abb. 34. Voltas erste Säule.

Abb. 35. Voltas aus zwei Teilen zusammengesetzte Säule.

Den ersten Bericht über diese, an Wichtigkeit von keiner anderen übertroffene Erfindung erstattete Volta im Jahre 1800[326]. Er teilte darin mit, daß es ihm im Verfolg seiner Versuche über die Erzeugung von Elektrizität durch bloße Berührung gelungen sei, einen neuen Apparat herzurichten. Dieser habe in sehr schwachem Maße die Wirkung der Leydener Flasche, andererseits übertreffe er die letztere darin, daß er nicht vorher mit fremder Elektrizität geladen werden müsse, sondern jedesmal wirke, wenn man ihn in geeigneter Weise berühre. Der Apparat besitze seiner Wirkung und auch seiner Einrichtung nach eine gewisse Ähnlichkeit mit dem elektrischen Organ des Zitterrochens. Abb. [34] zeigt die erste Säule Voltas. Ihre Herstellung wird mit folgenden Worten beschrieben[327]: »Dreißig, vierzig, sechzig oder mehr Stücke Silber, von denen jedes auf ein Stück Zink gelegt wird, und die gleiche Anzahl mit Salzwasser oder Lauge getränkter Tuchstücke, diese Stücke zwischen jede Verbindung der beiden Metalle geschaltet, eine derartige Folge der drei Leiter in stets gleicher Anordnung: das ist alles, woraus der neue Apparat besteht.« Außer der leichten Erschütterung, die man erhielt, wenn man die oberste Platte berührte und die andere Hand in das Gefäß b tauchte und so den Stromkreis schloß, ließ sich auch eine Wirkung dieses Apparates auf die Geschmacks-, Gesichts- und die Gehörnerven nachweisen.

Abb. 36. Voltas Becherapparat.

Bei einer größeren Zahl von Platten war Volta gezwungen, entweder die Säule mit Stützen zu umgeben oder sie, wie es Abb. [35] zeigt, in mehrere Teile zu zerlegen. Eine Säule besaß nämlich die Unvollkommenheit, daß die Metallstücke durch ihr Gewicht die Tuchscheiben auspreßten, so daß die darin enthaltene Flüssigkeit schließlich die ganze Säule überzog und unwirksam machte. Volta war daher auf eine Anordnung bedacht, welche diesen Übelstand vermeidet: Er stellte eine Reihe von Bechern auf, die aus einem nichtmetallischen Stoff wie Holz, Ton oder Glas bestanden. Diese Becher füllte er zur Hälfte mit Salzwasser oder Lauge. Dann setzte er sie sämtlich in Verbindung, so daß sie eine Art Kette bildeten. Dies geschah vermittelst einer gleichen Zahl metallischer Bögen. Der Teil A, der in einen der Becher tauchte, war aus Kupfer oder aus versilbertem Kupfer hergestellt, während der andere Teil Z, der in den folgenden Becher tauchte, aus Zinn oder aus Zink bestand. Die beiden Metalle wurden an irgend einer Stelle oberhalb des Teiles, der in die Flüssigkeit tauchte, zusammengelötet. Damit die letztere mit einer hinreichend großen Fläche der Metalle in Berührung kam, gab Volta den Metallen die Form von Platten.

»Eine Folge von 30, 40 oder 60 dieser auf solche Weise verbundenen Becher,« sagt Volta, »die entweder in einer geraden Linie oder in einer beliebigen Kurve angeordnet sein können: das ist alles, woraus dieser neue Apparat besteht. Im Prinzip und in Anbetracht der ihn bildenden Substanzen stimmt er mit dem oben beschriebenen Säulenapparat überein.«

Um eine Erschütterung zu erhalten, genügte es, die eine Hand in einen der Becher und einen Finger der anderen Hand in einen zweiten Becher zu tauchen. Die Erschütterung war um so stärker, je weiter die beiden Becher von einander entfernt waren. Volta erhielt folglich den stärksten Schlag, wenn er das erste und das letzte Glied der Kette berührte.

Die Wirkungen, die ein aus 40 oder 50 Plattenpaaren hergestellter Apparat hervorrief, beschränkten sich nicht auf Erschütterungen. Der Apparat erregte auch die Organe des Geschmacks-, des Gesichts-, des Gehör- und des eigentlichen Gefühlssinnes und rief in ihnen die einem jeden entsprechenden Empfindungen hervor, eine Tatsache, die für die Physiologie der Sinnesorgane von der größten Bedeutung war und später Johannes Müller zur Aufstellung seiner Lehre von den spezifischen Energien dieser Organe geführt hat.

Die Wirkungen auf die Haut schildert Volta mit folgenden Worten: »Ich fühle in dem Augenblicke, in welchem der leitende Kreis geschlossen wird, an der berührten Stelle der Haut und ein wenig darüber hinaus einen Schlag und einen Stich, die schnell vorübergehen und sich so oft wiederholen, wie man den Kreis öffnet und schließt. Wenn dieser Wechsel häufig stattfindet, so ruft er ein sehr unangenehmes Prickeln und Stechen hervor. Bleibt jedoch die Verbindung bestehen, so fühlt man einige Augenblicke nichts mehr; darauf entsteht aber in dem von dem Drahtende berührten Körperteil eine andere Empfindung, nämlich ein scharfer, ohne Erschütterung auftretender Schmerz, der sich auf die berührte Stelle beschränkt, ein Brennen, das nicht nur andauert, sondern immer stärker und schließlich unerträglich wird und das erst aufhört, wenn man den Kreis unterbricht. Welch ein augenscheinlicher Beweis dafür, daß der elektrische Strom andauert, solange die leitenden Substanzen in Verbindung stehen, und daß erst, wenn wir diese Verbindung aufheben, der Strom unterbrochen wird. Daß das elektrische Fluidum unaufhörlich kreist, kann paradox erscheinen und unerklärlich sein. Nichtsdestoweniger ist es tatsächlich so; es läßt sich sozusagen mit den Händen greifen.«

Die Erfindung der Voltaschen Säule erregte nicht nur in England, sondern auch in Frankreich das größte Aufsehen. Auf Veranlassung des ersten Konsuls erschien Volta in Paris, wo er im November des Jahres 1801 einen Vortrag hielt. Die hervorragendsten französischen Gelehrten bildeten darauf einen Ausschuß, der Bericht erstatten mußte[328]. Napoleon ließ für Volta eine goldene Medaille prägen und stiftete einen Ehrenpreis für die besten Arbeiten auf dem Gebiete der galvanischen Elektrizität.

Daß die beiden Pole der Säule eine anziehende Wirkung ausüben, bewies der Deutsche Ritter auf folgende Weise. Er verband die Pole der Säule mit zwei Drähten. An den Drahtenden befestigte er Goldplattstreifen und näherte sie einander. Die Streifen zogen sich darauf gegenseitig an, bis sie sich schließlich berührten und so die Kette schlossen[329].

Bevor wir uns mit den chemischen, thermischen und dynamischen Wirkungen der von Galvani und Volta entdeckten Naturkraft näher befassen, wollen wir die weitere Entwicklung der galvanischen Ketten, für welche Voltas Apparat das Vorbild gewesen ist, verfolgen.

Von Verbesserungen und Entdeckungen, die bald nach ihrer Erfindung an der Voltaschen Säule in rascher Folge gemacht wurden, sind vor allem folgende erwähnenswert. Um die Berührung der Metallplatten vollständiger zu machen, lötete man sie zusammen[330]. Daß die physiologische Wirkung der Säule proportional der Anzahl der Platten sei, hatte schon Volta nachgewiesen; Nicholson fand dies auch für die chemische Wirkung bestätigt. Es lag nahe, den Einfluß des Durchmessers der Platten auf die Art der Wirkung zu untersuchen. Das Ergebnis war, daß eine Vergrößerung des Plattendurchmessers die Funken intensiver machte. Eine Säule von fünf großen Platten gab stärkere Funken als eine solche von 80 kleinen, dagegen war die physiologische Wirkung der fünf Platten sehr gering[331]. Der Zusammenhang der thermischen Wirkung des galvanischen Stromes mit der Zahl und Größe der Platten wurde eingehend im Jahre 1805 untersucht[332]. Man fand, daß große Platten leichter Drähte zum Erglühen bringen. Während z. B. eine Säule von 400 Plattenpaaren von 4 Zoll Durchmesser nur einen Eisendraht von 2 Zoll Länge zum Erglühen brachte, war eine zweite Säule von nur 100 Paaren, die aber einen Durchmesser von 8 Zoll besaßen, imstande, ein 32 Zoll langes Stück desselben Eisendrahtes glühend zu machen. Unter einen gemeinsamen Gesichtspunkt gebracht wurden diese Erscheinungen erst weit später durch das Gesetz von Ohm über den Zusammenhang der Stromstärke mit der elektromotorischen Kraft und dem Widerstande.

Einen Vorläufer besaß Ohm in Ritter[333], der schon 1805 zu dem Ergebnis gelangte, daß »der Effekt der Säule bei gleicher Spannung von der Summe der Leitung in der Säule und dem schließenden Bogen abhänge«[334]. Bezeichnen wir die Spannung (elektromotorische Kraft) mit E, den Effekt (Intensität) mit i und den inneren und äußeren Leitungswiderstand mit W und w, so drückt das Ohmsche Gesetz die Beziehung zwischen den genannten Größen durch die Formel i = E/(W+w) aus, und diese Beziehung finden wir in dem von Ritter ausgesprochenen Satze angedeutet.

Nachdem Volta seinen Fundamentalversuch angestellt hatte, lag der Gedanke nahe, eine galvanische Säule ohne Flüssigkeit zu konstruieren und dadurch der Kontaktheorie gegenüber der chemischen Erklärungsweise eine größere Stütze zu verleihen. Dieser Gedanke führte Behrens zur Konstruktion des Säulenelektroskops und Zamboni zur Herstellung der Trockensäule.

Behrens brachte ein isoliert aufgehängtes Goldblättchen zwischen die entgegengesetzten Pole zweier aus Goldpapier und Stanniol aufgeschichteten gleichen Säulen. Da die anziehenden Kräfte gleich stark waren, befand sich das isolierte Goldblättchen zunächst in senkrechter Lage. Wurde dem Knopfe, an welchem das Goldblättchen hing, ein elektrisierter Körper genähert, so wurde es entweder vom positiven Pole der einen oder vom negativen Pole der anderen Säule angezogen, je nachdem der genäherte Körper positiv oder negativ war[335].

Zweckmäßiger ist die Einrichtung, die später Rieß[336] dem Säulenelektroskop gegeben hat. Rieß benutzte nur eine aus Gold- und Silberpapier geschichtete Säule, deren Pole mit zwei einander gegenüberstehenden Metallplatten in Verbindung stehen. Die Elektrizitäten dieser Platten (Abb. [37]) sind gleich stark. Zwischen den Platten hängt das isolierte Goldblättchen. Wird diesem nur die geringste Spur Elektrizität mitgeteilt, so wird es sich nach der einen oder der anderen Platte bewegen und dadurch nicht nur die Elektrizität selbst, sondern auch ihre Art anzeigen.

Abb. 37. Das Säulenelektroskop.

Unabhängig von Behrens, dessen Erfindung zunächst wenig Beachtung fand, konstruierte der Italiener Zamboni Trockensäulen aus Gold- und Silberpapierscheiben, die er tausendfach übereinander aufschichtete. Sie gaben ihm Funken von einem halben Zoll Länge[337]. Zamboni suchte mit Hilfe seiner Säule eine Art Perpetuum mobile herzustellen. Hatte Behrens zwischen zwei Trockensäulen einen Goldblattstreifen aufgehängt, so brachte Zamboni zwischen den entgegengesetzten Polen DD seiner Säulen (s. Abb. [38]) eine Magnetnadel ccc an. Das obere Ende dieser Nadel wurde von DD abwechselnd angezogen und wieder abgestoßen, so daß die Nadel fortwährend hin und her pendelte.

Die Erfindung der Trockensäulen schien zunächst den Sieg der Kontakttheorie zu bedeuten, bis 1807 durch Erman gezeigt wurde, daß die Trockensäule ihre Wirkung einbüßt, wenn sie in völlig trockene Luft gebracht wird, so daß das hygroskopische Papier seine Feuchtigkeit verliert. Brachte man die Säule aus dem Chlorkalziumtrockenapparat, dessen sich Erman[338] bediente, wieder in gewöhnliche Luft, so wurde sie wieder wirksam.

Kehren wir zur eigentlichen galvanischen Säule zurück. Schon das Jahr 1802 brachte eine weitere grundlegende Entdeckung. Jemand brachte die Platindrähte eines Wasserzersetzungsapparats, nachdem durch letzteren eine Zeitlang der Strom geschickt war, an die Zunge. Der Apparat wirkte jetzt wie ein galvanisches Element, da sich die bekannte Geschmacksempfindung einstellte. Man hatte die Polarisation und den durch sie hervorgerufenen Polarisationsstrom entdeckt[339].

Abb. 38. Zambonis Trockensäule.

Eine der soeben erwähnten ganz analoge Beobachtung machte der schon wiederholt genannte Ritter. Er hatte eine Säule ausschließlich aus Silber und angefeuchteten Tuchscheiben ohne Zuhilfenahme eines zweiten Metalles zusammengesetzt. Diese Säule gab natürlich zunächst keinen Strom. Nachdem er sie aber einige Zeit der Wirkung einer Voltaschen Säule ausgesetzt und die Verbindung darauf gelöst hatte, gab die vorerwähnte nur ein Metall enthaltende »Ladungssäule« einen Strom. Ritter glaubte zuerst eine neue Art von Kondensator erfunden zu haben, bis Volta[340] nachwies, daß man es hier nicht mit einer bloßen Ansammlung von Elektrizität, sondern mit einer chemischen Zersetzung des Wassers zu tun habe. Infolgedessen überziehe sich jede Silberplatte mit einer Wasserstoffschicht auf der dem positiven Pole zugekehrten und mit einer Sauerstoffschicht auf der dem negativen Pole zugekehrten Seite. Eine solche aus zwei gasförmigen Flüssigkeiten und einem Metall bestehende Säule wirke so lange, bis das zersetzte Wasser sich zurückgebildet habe. Die Ladungssäule Ritters ist somit die erste Form des Akkumulators und Volta hatte mit vorstehenden Worten das Prinzip der Polarisation, das später Planté zur Konstruktion der sekundären Elemente oder Akkumulatoren führte, ganz richtig dargestellt.

Ritter fand auch, daß durch Einschalten einer Ladungssäule der Strom der Voltaschen Säule rasch geschwächt wird, eine Erscheinung, welche daher rührt, daß der von der Ladungssäule ausgehende Strom dem Ladestrom der Voltaschen Säule entgegengesetzt ist. Man erkannte, daß aus demselben Grunde, d. h. infolge des Auftretens von Zersetzungsprodukten, die Voltasche Säule geschwächt werden muß, selbst wenn sie gar nicht mit einer »Ladungssäule« oder einem Wasserzersetzungsapparat in Verbindung steht. Das Bestreben, hier Abhilfe zu schaffen, führte zur Konstruktion der »konstanten Elemente«.