14. Die Erforschung der elektromagnetischen und der elektrodynamischen Grunderscheinungen.

Die ersten Beobachtungen, die auf eine Beziehung zwischen der galvanischen Elektrizität und dem Magnetismus hindeuteten, wurden gleichfalls von Davy gemacht. Er fand nämlich, daß der zwischen den Kohleelektroden erzeugte Lichtbogen durch die Pole eines starken Magneten angezogen und abgestoßen wird, ja sogar in eine Drehung versetzt werden kann [366]. Besonders schön gelang dieser Versuch, wenn der Bogen sich im luftverdünnten Raum befand und darin auf eine Länge von 3-4 Zoll gebracht war. Es lag nahe, nun auch umgekehrt die Wirkung eines Stromes auf einen beweglich angebrachten Magneten nachzuweisen. Dies gelang dem dänischen Physiker Oersted.

Hans Christian Oersted wurde am 14. August des Jahres 1777 auf Langeland geboren. Er war zunächst wie sein Vater Apotheker. Später wurde er Professor der Physik an der Universität zu Kopenhagen. Oersted befaßte sich besonders mit chemischen Versuchen. So stellte er zuerst Chloraluminium her und ermöglichte dadurch Wöhler die Darstellung des metallischen Aluminiums [367]. Oersted starb in Kopenhagen im Jahre 1851. Seine so überaus wichtige Entdeckung des Elektromagnetismus datiert vom 21. Juli 1820. Sie ging aus Versuchen hervor, welche Oersted anstellte, um die schon lange geahnte Beziehung zwischen den beiden so geheimnisvollen Naturkräften nachzuweisen. Die Erzählung, daß sein Diener das Schwanken der Nadel zufällig bemerkt und ihn darauf aufmerksam gemacht habe, ist unter die wissenschaftlichen Legenden zu verweisen.

In einer 1820 an die hervorragendsten Physiker und Gesellschaften gesandten kurzen Mitteilung [368] berichtet Oersted über seine Versuche und deren Ergebnisse. Er brachte ein geradliniges Stück eines vom galvanischen Strom durchflossenen Drahtes in horizontaler Lage über eine gewöhnliche Magnetnadel, so daß der Draht der Nadel parallel war. Die Magnetnadel kam dann in Bewegung; und zwar wich ihr Nordpol, wenn er zum negativen Pole des galvanischen Apparates zeigte, nach Westen ab. War die Entfernung des Drahtes von der Magnetnadel nicht mehr als 5/4 Zoll, so betrug diese Abweichung ungefähr 45°. Bei größerer Entfernung nahmen die Winkel ab. Auch war die Abweichung verschieden je nach der Stärke des galvanischen Apparates.

Die Natur des Metalles hatte auf den Erfolg keinen Einfluß. Oersted hat Drähte aus Platin, Gold, Silber, Messing und Eisen, ferner Zinn- und Bleistreifen, sowie Quecksilber mit gleichem Erfolge angewandt. Der stromdurchflossene Draht wirkte auf die Magnetnadel durch Glas, Metalle, Holz, Wasser und Harz, durch Tongefäße und durch Steine hindurch. Als Oersted zwischen den Leiter und die Nadel eine Glastafel, eine Metallplatte oder ein Brett gebracht hatte, blieb der Erfolg nicht aus. Selbst alle drei Substanzen vereinigt schienen die Wirkung kaum zu schwächen; ebensowenig ein irdenes Gefäß, selbst wenn es voll Wasser war. Die erwähnten Wirkungen traten sogar ein, als Oersted eine Magnetnadel anwandte, die sich in einer mit Wasser gefüllten Messingbüchse befand.

Wenn der Leiter in einer horizontalen Ebene unter der Magnetnadel angebracht war, so gingen alle angegebenen Wirkungen nach entgegengesetzter Richtung vor sich. Drehte er den Leiter in der horizontalen Ebene, so daß er allmählich immer größere Winkel mit dem magnetischen Meridian machte, so wurde die Abweichung der Magnetnadel vom magnetischen Meridian vermehrt, wenn das Drehen des Drahtes der Lage der Magnetnadel zu gerichtet war. Die Abweichung nahm dagegen ab, wenn die Drehung von der Magnetnadel fort erfolgte. Hiervon ausgehend verfertigte Pouillet im Jahre 1837 die zur Messung der Stromstärke dienende Sinusboussole. Bei diesem Apparat wird der Leiter so lange gedreht, bis er mit der Nadel wieder in eine Ebene fällt. Die Stromstärke ist dann dem Sinus des Drehungswinkels proportional.

Oersted folgerte aus seinen Versuchen, daß der Strom »nicht in dem Draht eingeschlossen ist, sondern sich zugleich in dem umgebenden Raum weithin ausbreitet«.

Die Kunde von Oersteds großer Entdeckung nahm, weil Oersted allen namhaften Physikern seine Abhandlung zugehen ließ, sofort die wissenschaftliche Welt in Anspruch. Überall wurden seine Versuche nachgeprüft, bestätigt und durch neue Entdeckungen vervollständigt. So fand Gay-Lussac sofort, daß der Strom den Magneten nicht nur ablenkt, sondern eine vorher unmagnetische Stahlnadel in einen Magneten verwandelt. Die magnetisierende Wirkung zeigte sich besonders, wenn die Nadel in eine vom galvanischen Strom durchflossene Drahtspirale gebracht wurde. Gay-Lussac wurde dadurch auf den Gedanken gebracht, daß der stromdurchflossene Leiter selbst als ein Magnet betrachtet werden könne. Infolgedessen entdeckte er die anziehende Wirkung, welche der Leiter auf Eisenfeilspäne ausübt. Die gleiche Entdeckung machte unabhängig von Gay-Lussac der deutsche Physiker Seebeck.

Besonders durch die Arbeiten Seebecks fanden diejenigen Oersteds ihre Fortsetzung. Seebeck gab noch im Jahre der Oerstedschen Entdeckung und im darauffolgenden Jahre 1821 seine Versuche »über den Magnetismus der galvanischen Kette« bekannt [369].

Thomas Johann Seebeck, dessen Hauptverdienst die später zu besprechende Entdeckung der Thermoelektrizität ist, wurde am 9. April 1770 in Reval, wo sein Vater Kaufmann war, geboren. Seebeck studierte Medizin und lebte von 1802 bis 1810 in Jena, wo er auch mit Goethe in wissenschaftlichem Verkehr stand. Nachdem Seebeck zum Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften ernannt war, siedelte er nach Berlin über. Er starb am 10. Dezember des Jahres 1831.

In Seebecks Arbeit »Über den Magnetismus der galvanischen Kette« wurde die magnetische Wirkung, die sich Oersted in der Umgebung des Stromleiters gezeigt hatte, eingehender untersucht. Das magnetische Feld oder, wie Seebeck sich ausdrückte, »die magnetische Atmosphäre«, wurde besonders durch die so bekannt gewordenen Versuche mit Eisenfeilspänen nachgewiesen und, wie es später Faraday tat, durch Kraftlinien dargestellt.

Seebeck zeigte, wie seine nebenstehende Abbildung erläutert, (s. Abb. [39]), daß sich Eisenfeilspäne um lotrecht gestellte Schließungsdrähte kreisförmig ordnen. Er fand, daß die Späne konzentrische Kreise bilden, und zwar Kreise von desto größerem Durchmesser, je stärker die Spannung ist. Über und unter horizontal liegenden Stromleitern ordneten sich dagegen die Feilspäne in parallelen, senkrecht zur Längsrichtung stehenden Linien. Diese Feilstaub-Figuren bildeten sich am leichtesten um Stäbe von einigen Linien Durchmesser, minder deutlich an dünnen Drähten.

Abb. 39. Der Nachweis des magnetischen Feldes.

Abb. 40. Der Nachweis der magnetischen Kraftlinien.

Auch die Beeinflussung der Kraftlinien des einen Leiters durch einen benachbarten Leiter wies Seebeck zum ersten Male nach. Er bediente sich dazu zweier stromdurchflossener Stahlbänder, deren Querschnitt in der nebenstehenden, von ihm herrührenden Zeichnung durch die beiden dicken Striche angedeutet ist [370]. Um diese Anordnung zu erhalten, brauchte er nur ein längeres Stahlband zu biegen und durch die beiden parallel zu einander verlaufenden Schenkel des Bogens den Strom zu senden. Waren die Schenkel dieses Bogens erheblich von einander entfernt, so ordnete sich der Eisenstaub um jeden Schenkel kreisförmig. Wurden sie jedoch einander genähert, so änderte sich der Verlauf der »magnetischen Linien«. Sie nahmen das in der Abbildung [40] dargestellte Aussehen an.

Fast gleichzeitig mit dem französischen Physiker Arago, dem die Priorität gebührt, beobachtete Seebeck Erscheinungen, die man zunächst den bisherigen Forschungsergebnissen nicht anzugliedern vermochte und die erst in der neuen, durch Faradays Entdeckung der Induktion herbeigeführten Epoche der Elektrizitätslehre ihre Erklärung fanden. Es handelte sich um Vorgänge, die man später mit dem Worte »Dämpfung« bezeichnet hat. Am 9. Juni 1825 veröffentlichte Seebeck eine Abhandlung, in der das Theorem der Dämpfung folgenden klaren Ausdruck fand:

1. Die Pendelschwingungen eines Magnetstabes werden durch benachbarte Metallmassen ebenso gehemmt, als wenn eine dichtere Luft den Stab umgäbe.

2. Schwingt eine Kupfermasse über oder zwischen den Polen eines Magneten pendelförmig, so wird sie früher eine Verminderung der Schwingungsweite erleiden als eine frei schwebende Kupfermasse.

Auch die Versuche Seebecks über Stromverzweigung gehören zu den ersten auf diesem Gebiete.

Einer Wirkung des Stromes auf den Magneten, wie sie Oersted entdeckt hatte, mußte nach dem von Newton ausgesprochenen Grundgesetz eine gleichgroße Gegenwirkung des Magneten auf den Strom entsprechen. Von diesem Gedanken geleitet, bemühte sich der französische Physiker Ampère eine Beziehung zwischen der Elektrizität und dem Magnetismus nachzuweisen.

André-Marie Ampère wurde am 20. Januar 1775 in Lyon geboren, wo sein Vater Kaufmann war. Ampère verriet schon frühzeitig eine ganz hervorragende mathematisch-naturwissenschaftliche Befähigung. Mit elf Jahren beherrschte er die Elementarmathematik, und als zwölfjähriger Knabe wurde er mit der Differentialrechnung bekannt. Später vertiefte er sich in die Werke von Lagrange, Euler und Bernoulli.

Eine jähe Unterbrechung erlitt dieser so vielversprechende Studiengang durch die französische Revolution. Ampères Vater wurde ein Opfer der auch in Lyon errichteten, in zahllosen politischen Morden ihre Betätigung suchenden Schreckensherrschaft. Dies Ereignis machte auf den jungen Ampère einen solch niederschmetternden Eindruck, daß er ein volles Jahr in dumpfer Verzweiflung dahinbrütete. Erst als Rousseaus Briefe über die Botanik [371] in seine Hände gerieten, belebte sich sein Sinn für die Wissenschaft aufs Neue.

Im Jahre 1802 veröffentlichte Ampère Betrachtungen über die mathematische Theorie des Spiels. Die Schrift lenkte die Aufmerksamkeit des großen Astronomen und Geodäten Delambre auf ihn und hatte seine Anstellung in Lyon, wo Ampère am Lyceum Mathematik zu lehren hatte, und später (1805) seine Berufung nach Paris zur Folge. Hier hatte Ampère an der polytechnischen Schule Differential- und Integralrechnung zu lehren. Gleichzeitig befaßte er sich mit den Problemen der Naturwissenschaften und der Philosophie.

Die Anregung, sich sehr eingebend und fast ausschließlich mit der Erforschung der elektrischen Erscheinungen zu beschäftigen, empfing Ampère durch Oersteds Entdeckung der Wirkung des Stromes auf den Magneten. Im Herbst des Jahres 1820, bald nach Empfang der Oerstedschen Mitteilung, prüfte Ampère Oersteds Versuche nach. Und eine Woche später konnte er schon mit wichtigen eigenen Entdeckungen hervortreten, die er in seiner berühmten, für das Gebiet der Elektrodynamik grundlegend gewordenen Abhandlung desselben Jahres veröffentlichte [372].

In dieser Abhandlung führte Ampère die wichtige, seitdem allgemein üblich gewordene Bestimmung ein, als Richtung des Stromes diejenige der strömenden positiven Elektrizität zu betrachten. Dann folgt seine bekannte Regel, nach welcher die Richtung des Stromes aus der Ablenkung der Nadel sich mit Leichtigkeit bestimmen läßt. Sie lautet: »Man denke sich in den elektrischen Strom versetzt, sodaß dessen Richtung von den Füßen zum Kopfe geht und habe das Gesicht der Nadel zugekehrt, dann ist der Pol der Nadel, der nach Norden zeigt, stets durch die ausgestreckte linke Hand gegeben.« (Ampères Schwimmerregel[373]).

Um den Einfluß eines Magneten auf den Strom nachzuweisen, kam Ampère auf den Gedanken, den Stromleiter beweglich zu machen. Dies gelang in der in Abb. [41] angegebenen Weise, eine Abbildung, die wir dem von Ampère und Babinet im Jahre 1822 gegebenen Bericht [374] über Ampères Entdeckungen entnehmen. Dieser Bericht wurde auch der nachfolgenden Darstellung der Ampèreschen Forschungsergebnisse zu Grunde gelegt. Der Stromleiter wurde, wie die Abbildung [41] zeigt, dadurch leicht beweglich gemacht, daß man ihn in die Form eines Quadrats oder Rechtecks (DFGM) brachte. An beide Enden des Drahtes wurden bei A und B senkrechte Stahlspitzen angelötet. Diese Spitzen tauchen in die etwas Quecksilber enthaltenden Näpfchen neben A und B. Der Strom tritt bei der mit dem positiven Ende der Säule verbundenen Kapsel Z in den Apparat ein, durchfließt den gebogenen Schaft ZA und gelangt in die Kapsel A, in welcher das Quecksilber die Verbindung mit dem beweglichen Drahtbügel herstellt. Dieser wird dann in der Richtung ADFGMB durchflossen. In dem mit Quecksilber gefüllten Napfe B verläßt der Strom den Bügel und geht durch einen zweiten gebogenen Schaft Q zu der Kapsel C, die mit dem negativen Ende der Säule in Verbindung steht.

Abb. 41. Ampères beweglicher Stromleiter [375]

Abb. 42. Ampères Vorrichtung zum Aufhängen seines beweglichen Stromleiters [376]

Mit Hilfe dieser sinnreichen Vorrichtung zeigte Ampère folgendes: Ließ er einen Magneten auf den beweglichen Leiter wirken, so fand er, daß der Leiter nach einigen Schwingungen in einer Lage zur Ruhe kommt, in welcher er mit der Verbindungslinie der Pole einen rechten Winkel bildet. Dabei bemerkte Ampère, daß sich der Südpol des Magneten nach Einnahme der Ruhelage stets zur Linken des Stromes befindet.

Abb. 43. Ampères Apparat zum Nachweis, daß sich ein Stromleiter senkrecht zur Inklinationsnadel einstellt [377].

Ampère zeigte darauf, daß infolgedessen der Leiter, wenn nur der Erdmagnetismus auf ihn wirkt, eine Stellung einnimmt, in welcher seine Ebene den magnetischen Meridian senkrecht schneidet [378]. Diese Entdeckung erregte ein Aufsehen wie wenig andere [379]. Ampère beschreibt sie mit folgenden Worten: »Hängt man in der in Abbildung [41] dargestellten Weise einen beweglichen Leiter auf, ohne daß in der Nähe dieses Leiters ein anderer Teil des Stromkreises sich befindet. (Wir müssen uns also in der Abbildung 41 das Drahtstück CILB, das auf den beweglichen Bügel einen richtenden Einfluß ausübt, entfernt denken), verbindet man hierauf die Kapseln C und Z mit den Polen der galvanischen Batterie, so sieht man den Bügel sich drehen, bis seine Ebene zu derjenigen des magnetischen Meridians NS senkrecht steht und der Strom in dem unteren Teil des Leiters, also in FG, von Ost nach West gerichtet ist, das Südende der Magnetnadel also zur Linken liegt.« Ließ Ampère den Strom in umgekehrter Richtung durch den Bügel gehen, so drehte sich dieser um einen Halbkreis zurück, um endlich nach einigen Schwingungen sich wieder senkrecht zur Richtung NS einzustellen.

Eine der Neigung der Magnetnadel entsprechende Wirkung rief Ampère durch den in nebenstehender Abbildung [43] wiedergegebenen Apparat hervor. Der rechteckig gebogene Leiter ABCDEF, der durch einen Holzkörper VIZ daran gehindert wird, daß er sich biegt, wurde so angebracht, daß er sich um eine horizontale Achse XY drehen kann. Die Teile des Leiters waren so abgeglichen, daß in jeder Lage Gleichgewicht vorhanden war. Die Achse XY wurde dann senkrecht zum magnetischen Meridian gestellt und der Strom durch das Rechteck geleitet. Letzteres kam in Bewegung, nahm aber endlich eine Ruhelage ein, in welcher seine Ebene zur Richtung der Inklinationsnadel senkrecht stand.

Fast noch merkwürdiger als diese Resultate war der von Ampère kurze Zeit nach der Entdeckung Oersteds erbrachte Nachweis, daß zwei galvanische Ströme anziehend oder abstoßend auf einander wirken, je nachdem sie gleich oder entgegengesetzt gerichtet sind.

Wie durch einen Magneten und durch den Erdmagnetismus so wurde nämlich auch durch einen benachbarten Strom der bewegliche Leiter in Drehung versetzt. Die zum Nachweis dieses Verhaltens erforderliche Versuchsanordnung zeigt uns Abbildung [41]. Nachdem der Strom den rechteckigen Bügel durchlaufen hat, wird er von C aus über IL parallel zur Seite DF des Bügels abwärts geführt. Durch die parallelen Metalldrähte IL und DF laufen somit gleichgerichtete elektrische Ströme. Und es zeigt sich, daß zwischen ihnen Anziehung stattfindet. Der Bügel dreht sich nämlich solange, bis die Seite DF dem Drahtstück IL möglichst nahe gekommen ist. Wird der Bügel um 180° gedreht, so daß das Stück MG, in welchem der Strom von unten nach oben fließt, sich dem in entgegengesetzter Richtung durchflossenen Leiter IL gegenüber befindet, so erfolgt Abstoßung.

Kurz gefaßt lautet das so wichtige, von Ampère gefundene Grundgesetz der Elektrodynamik: Zwei parallel und gleichgerichtete Ströme ziehen einander an, während zwei parallel und entgegengesetzt gerichtete Ströme einander abstoßen.

Die im ersteren Falle auftretenden anziehenden Kräfte zeigten sich als so beträchtlich, daß zwei von gleichgerichteten Strömen durchflossene Drahtstücke, zur Berührung gebracht, fest aneinander hafteten.

Ampère wurde anfangs entgegengehalten, daß es sich hier um die längst bekannten Erscheinungen der Anziehung und Abstoßung elektrisierter Körper handle. Diesen Einwurf vermochte Ampère indessen schon durch den Hinweis zu entkräften, daß sich entgegengesetzt elektrisierte Körper anziehen, während sich entgegengesetzt gerichtete Ströme abstoßen.

Wenn wir die in den vorstehenden Abschnitten in aller Kürze und mit Fortlassung zahlreicher Abänderungen und Nebenergebnisse dargestellten großen Entdeckungen Ampères überblicken, müssen wir anerkennen, daß hier eine Reihe von sinnvollen, logisch verknüpften und grundlegenden Versuchen vorliegt, wie sie vorher kaum und nachher nur selten uns wieder begegnen. Mit Recht hat man daher Ampères Fundamentaluntersuchung über den Zusammenhang zwischen den magnetischen und den elektrischen Erscheinungen als eins der hervorragendsten Muster einer wissenschaftlichen Untersuchung bezeichnet [380].

Nach der experimentellen Erforschung der elektrodynamischen Grunderscheinungen galt es, auch hier einen mathematischen Ausdruck für die dabei obwaltenden quantitativen Beziehungen zu finden, ähnlich wie es Coulomb für das Gebiet der statischen Elektrizität getan hatte. Diese Aufgabe löste Ampère mit Hilfe des analytischen Kalküls. Er ging dabei von zwei kleinen, irgendwo im Raume liegenden Stromelementen aus, deren Länge er gleich ds und ds¹ setzte, während mit i und i¹ die bezüglichen Intensitäten der Ströme bezeichnet wurden. Die anziehende oder abstoßende Kraft wurde proportional der Intensität und der Länge der Stromelemente angenommen.

Den Abstand nannte Ampère r und setzte voraus, daß die Anziehung oder Abstoßung im umgekehrten Verhältnis zu r oder einer Potenz von r erfolge. Die weitere Untersuchung ergab, daß es sich nur um die zweite Potenz handeln konnte. Der erste Ausdruck des von Ampère gesuchten elektrodynamischen Grundgesetzes [381] lautete somit für die Wirkung w, welche die Stromelemente aufeinander ausüben:

w = ^{(i · i¹ · ds, ds¹)} / _r² .

Dabei galt als Voraussetzung, daß die Stromelemente parallel gerichtet sind. Für beliebig gerichtete Stromelemente ergab die Ableitung als elektrodynamisches Grundgesetz für die Wechselwirkung der Elemente in der Verbindungslinie ihrer Mittelpunkte

w = ^{i · i¹ · ds · ds¹} / _r² ( r ^d²r / _{ds · ds¹} – ¹ / ₂ ^dr / _ds . ^dr / _ds¹ )

An dieses von Ampère gefundene Gesetz anknüpfend, hat, wie wir sehen werden, später Weber den allgemeinsten Ausdruck für das elektrodynamische Grundgesetz abgeleitet. Bezüglich der Ableitung des Ampèreschen Gesetzes muß auf die Originalabhandlung oder auf ein Handbuch der Physik verwiesen werden [382].

Wir sahen, zu welcher Fülle von Beobachtungen und Folgerungen der Kunstgriff dem Stromleiter die Form eines leicht beweglichen Bügels zu geben, Ampère geführt hat. Es war nun ein naheliegender, sehr fruchtbarer Gedanke, der sich Ampère fast aufdrängen mußte, an Stelle des nur eine Windung darstellenden rechteckigen oder kreisförmigen Bügels einen vielfach gewundenen beweglichen Leiter, den Schraubendraht oder nach Ampères Bezeichnung das Solenoid, in die experimentelle Physik einzuführen.

Die von ihm entdeckten Beziehungen zwischen der Elektrizität und dem Magnetismus führten Ampère zu der Auffassung, die Teilchen eines Magneten seien von galvanischen Strömen umflossen und das Magnetisieren sei nichts weiter als ein Parallelmachen jener molekularen Ströme. Ein dieser Auffassung entsprechendes Bild des Magneten gibt Ampères Solenoid, jene beweglich aufgehängte, vom Strom durchflossene Drahtspirale. Letztere stellt sich den von Ampère entdeckten Gesetzen zufolge so ein, daß ihre Achse mit dem magnetischen Meridian zusammenfällt.

Um das weitere Verhalten der Solenoide kennen zu lernen, galt es, die Wirkung des Erdmagnetismus auszuschalten. Dies erreichte Ampère durch die in umstehender Abbildung [44] dargestellte Versuchsanordnung. Der Leiter ABCDEF ist ein einziger Draht, der mit seinen Enden A und F in der bekannten Ampèreschen Aufhängevorrichtung angebracht werden kann. Von A ist der Draht nach der Mitte einer Röhre geführt und dann um diese nach links gewunden. Nach einigen größeren Windungen wird der Draht durch die Röhre nach dem rechten Ende D und von hier in entgegengesetzt verlaufenden Windungen nach der Mitte und schließlich nach F zurückgeführt. Infolge dieser Anordnung der Windungen sucht der Erdmagnetismus ein derartiges Solenoid entgegengesetzt zu drehen und kann ihm folglich keine Bewegung mitteilen.

Dies Solenoid verhielt sich einem Magneten gegenüber genau so wie ein zweiter Magnet. Wurde ein und derselbe Pol des Magneten nacheinander den beiden Enden des Solenoids genähert, so zog er das eine Ende an, während er das andere abstieß. Wurde die Spirale befestigt und ein beweglicher Magnet herangebracht, so fand gleichfalls Anziehung und Abstoßung statt.

Versuche mit zwei Solenoiden ergaben, daß ihre Pole den elektrodynamischen Gesetzen zufolge eine abstoßende oder anziehende Wirkung äußern, je nachdem das Kreisen der Ströme an den gegenüber befindlichen Enden in entgegengesetzter oder in gleicher Richtung erfolgt. Ein vorübergeführter Strom lenkte eine solche Spirale nach der von Ampère aufgestellten Schwimmerregel ab. Kurz, das Solenoid verhielt sich, wie Ampère zur Bekräftigung seiner Theorie zeigen wollte, in jeder Hinsicht wie ein wahrer Magnet.

Abb. 44. Ampères von dem Einfluß des Erdmagnetismus befreites Solenoid [383].

Abb. 45. Ampères astatische Magnetnadel [384]

Wie Ampère den Erdmagnetismus bei der Konstruktion seiner Solenoide auszuschalten vermochte (siehe Abb. [44]), so gelang es ihm durch eine ähnliche geschickte Anordnung diese Kraft bei der Magnetnadel auf ein sehr kleines Maß zurückzuführen und der Nadel dadurch einen sehr hohen Grad von Empfindlichkeit gegenüber dem elektrischen Strome zu verleihen. Ampère verband nämlich, wie es die seiner Schrift entnommene Abbildung [45] zeigt, zwei gleiche, getrennte und annähernd gleich starke Magnetnadeln in der Weise, daß die gleichnamigen Pole entgegengesetzt gerichtet waren. So wurde die richtende Kraft der Erde auf die eine Nadel durch die entgegengesetzte Wirkung, welche diese Kraft auf die andere Nadel ausübt, nahezu aufgehoben [385].

Bestand die Ursache des Magnetismus, wie Ampère annahm, in elektrischen Strömen, welche den Magneten senkrecht zur magnetischen Achse umkreisen, so mußte der Erdmagnetismus aus der gleichen Ursache erklärt werden. Ampère setzte deshalb ein Strömen der Elektrizität um die Erde voraus. Aus dem Verhalten der Solenoide zum Erdmagnetismus mußte man schließen, daß der Erdstrom von Ost nach West gerichtet und somit der Bewegung der Erde entgegengesetzt sei. Ampère zweifelte nicht daran, daß der Erdstrom und somit der Erdmagnetismus mit dieser Bewegung und der dadurch bewirkten periodischen Erwärmung der Erdhälften durch die Sonne in Beziehung zu setzen sei. Da zwei Körper von ein und derselben Natur, verschieden erwärmt, galvanisch aufeinander wirken, sei es wahrscheinlich, daß die Ströme der Erdkugel von der Erwärmung durch die Sonne herrührten [386]. Zu ähnlichen Anschauungen gelangte auch Seebeck, der Entdecker der Thermoelektrizität. Außer der Erwärmung durch die Sonne nahm Ampère auch eine galvanische Wirkung der verschiedenartigen Stoffe, aus denen die Erde besteht, zur Erklärung des Erdstroms in Anspruch.

Zur selben Zeit, als Ampère seine epochemachenden Untersuchungen anstellte, erfuhr die Lehre vom Elektromagnetismus auch manche Bereicherung durch Arago.

Dominique François Jean Arago, einer der vielseitigsten französischen Gelehrten, wurde am 26. Februar 1786 in der Nähe von Perpignan geboren. Er studierte in Paris, wurde Professor der Mathematik und Geodäsie an der dortigen polytechnischen Schule und gab mit Gay-Lussac die Annales de Chimie et de Physique heraus. Er starb in Paris am 2. Oktober 1853.

Arago hat sich auf den Gebieten der Astronomie, der Optik und des Elektromagnetismus die hervorragendsten Verdienste erworben.

So rührt von ihm das Verfahren her, Stahlnadeln dauernd zu magnetisieren, indem man sie in eine vom Strom durchflossene Drahtspule (Solenoid) einschließt. Um diese Wirkung auf Stahlnadeln zu erzielen, bedurfte es, wie Arago des weiteren zeigte, nicht einmal der dauernden Wirkung des galvanischen Stromes, sondern es genügte die einmalige, momentan erfolgende Entladung einer Leydener Flasche.

Als Arago dem Schließungsdrahte einer Batterie Eisenfeilspäne näherte, entdeckte er eine weitere elektromagnetische Wirkung, welche darin bestand, daß die Eisenfeilspäne vom Drahte angezogen wurden. Diese Beobachtungen führten Arago zu der auch Seebeck [387] beherrschenden Vorstellung, daß ein vom Strom durchflossener Leiter selbst ein Magnet sei. Die wichtigsten, zum Teil in Gemeinschaft mit Gay-Lussac gemachten Entdeckungen über die magnetisierende Wirkung des Stromes veröffentlichte Arago im Jahre 1820 [388].

Einige Jahre später entdeckte Arago eine merkwürdige, zunächst ganz unerklärliche Erscheinung, die er als Rotationsmagnetismus bezeichnete. Arago fand nämlich, daß eine schwingende Magnetnadel über einer Metallfläche viel schneller zur Ruhe kommt als über einem Nichtleiter, wie Glas oder Marmor. Befand sich die Magnetnadel in der Ruhelage und setzte er dann die Metallscheibe in Drehung, so erfolgte eine Ablenkung der Nadel im Sinne der Rotation. Ja, die Nadel, konnte schließlich mit zur Rotation gebracht werden. Auch zeigte es sich, daß der Magnet je nach seiner Lage von der rotierenden Scheibe abgestoßen oder angezogen wurde [389]. Diese Versuche Aragos blieben unerklärt, bis Faraday sie als Ausgangspunkt zur Erforschung der Induktionserscheinungen benutzte [390].