Abb. 46. Die Entdeckung der Thermoelektrizität.
Kaum hatte man sich mit den hauptsächlichsten Wirkungen des galvanischen Stromes vertraut gemacht, als man auch schon eine neue Art der Elektrizitätserregung kennen lernte. Fast zur selben Zeit als Oersted und Ampère ihre grundlegenden Versuche machten, entdeckte der deutsche Physiker Seebeck die Stromerzeugung durch ungleichmäßige Erwärmung eines aus verschiedenen Metallen bestehenden Kreises. Seebeck[391] war auf den Gedanken gekommen, ob auch zwei Metalle für sich, ohne die Mitwirkung eines feuchten Leiters einen Strom hervorrufen könnten. Als Seebeck eine Wismutscheibe (Abb. [46] B) unmittelbar auf eine Kupferscheibe K legte und beide Scheiben zwischen die Enden ab eines im magnetischen Meridian liegenden, spiralförmig gewundenen Kupferstreifens brachte, zeigte die in der Spirale befindliche Magnetnadel (ns) bei der Schließung des Kreises eine deutliche Ablenkung. Dies war ein Beweis, daß hierbei ein elektrischer Ausgleich stattfand. Die Wirkung war am stärksten, wenn die Schließung unmittelbar mit der Hand bewirkt wurde; sie blieb dagegen aus, wenn man sich beim Zusammendrücken einer Glasstange oder eines längeren Holzstückes bediente, während sich noch eine schwache Wirkung zeigte, wenn man dünne Zwischenkörper anwandte[392]. Es fiel aber jede Wirkung auf die Magnetnadel weg, wenn Seebeck die Enden der Spirale mit einer zwei Fuß langen Glas-, Holz- oder Metallstange auf die Wismutscheibe niederdrückte. Nach diesen Beobachtungen mußte sich der Gedanke aufdrängen, daß nur die Wärme die sich der berührten Stelle von der Hand mitteilt, die Ursache jenes durch den Ausschlag der Nadel sich verratenden elektrischen Ausgleichs ist. Danach war zu erwarten, daß ein höherer Grad der Temperatur als derjenige, welcher den Metallen durch die Berührung mitgeteilt wurde, auch eine größere Wirkung hervorrufen werde. Der Versuch bestätigte dies. Wurden Wismut- oder Antimonscheiben an dem einen Ende erwärmt und dann mit der Spirale in Berührung gebracht, so war die Abweichung der Nadel viel bedeutender als bei den früheren Versuchen.
Künstliche Abkühlung eines der beiden Berührungspunkte ergab denselben Erfolg. Eine Wismutstange, deren Ende in einer Mischung von Salz und Schnee abgekühlt wurde, während das andere Ende die gewöhnliche Temperatur besaß, verhielt sich in Verbindung mit der Kupferspirale ganz so, als wenn der Temperaturunterschied beider Enden durch Erwärmung hervorgerufen worden wäre. Der Ausschlag der Nadel betrug beim Schließen des Kreises dreißig Grad.
Abb. 47. Seebecks Thermoelement.
Die Wirkung dieser metallischen Ketten war um so stärker, je größer der Temperaturunterschied an den Berührungspunkten der verschiedenartigen Metalle war. Wurde ein Blatt Papier oder eine Haut zwischen die beiden Metalle geschoben, z. B. zwischen Antimon und Kupfer in a (Abb. [47]), während der Berührungspunkt b mit einer Weingeistlampe erwärmt wurde, so zeigte sich gar keine Wirkung auf die Magnetnadel ns. Unmittelbare Berührung der Metalle war demnach eine wesentliche Bedingung, um Elektrizität durch Temperaturdifferenz zu erzeugen. Je vollkommener Seebeck diese Verbindung herstellte, desto stärker zeigte sich die Wirkung. Apparate, in welchen Stäbe von Antimon und Wismut durch Lötung verbunden waren, zeigten bei gleicher Temperaturdifferenz eine weit stärkere Ablenkung der Nadel als solche, in denen sich die Metalle nur äußerlich berührten.
Auch gelegentlich der Entdeckung der Thermoelektrizität ergab es sich, daß die Entdeckung neuer Wirkungen und Beziehungen in der Regel zunächst in ihrer Tragweite überschätzt wird. So glaubte Seebeck den Erdmagnetismus aus der durch vulkanische Wärme hervorgerufenen ungleichen Erwärmung der Erdkugel erklären zu können. Eine Verwendung fanden die Thermoströme nach zwei Richtungen, nämlich als Stromquelle und zum Messen der Temperaturen.
Da die innige Berührung der Metalle neben dem Vorhandensein eines Temperaturunterschieds die wesentliche Bedingung des Gelingens war, hatte Seebeck seine Stäbe zusammengelötet und so das erste Thermoelement geschaffen. War dieses zunächst auch nicht geeignet, einen ergiebigen Strom zu liefern, so wurde es doch im Jahre 1834 in den Händen Nobilis, der eine Anzahl solcher Elemente zur Thermosäule vereinigte, zu einem brauchbaren Instrument, um Wärmestrahlungen nachzuweisen und durch den Ausschlag eines empfindlichen Galvanometers zu messen. Ein solches erhielt Nobili, als er nach dem Vorgang Ampères zwei Nadeln von nahezu gleicher magnetischer Stärke zu einem astatischen Nadelpaare verband[393]. Mit dieser unter dem Namen des Thermomultiplikators bekannten Vereinigung beider Apparate hat später Melloni seine Versuche über die Wärmestrahlung angestellt[394]. Zum Messen der Körperwärme wurde seit 1840 etwa ein Thermoelement aus schwerer schmelzbaren Metallen, gewöhnlich Eisen und Neusilber, gebraucht, dessen Lötstelle man in den Körper steckte.
Eine andere Verwertung der Thermoströme suchte schon Seebeck anzubahnen, indem er aus mehreren, hintereinander geschalteten Elementen eine thermoelektrische Säule konstruierte. Doch fand er, daß die erhaltene Stromstärke nicht proportional der Anzahl der erwärmten Berührungsstellen wuchs. Es schien vielmehr ein Teil verloren zu gehen. Seitdem sind viele Thermosäulen konstruiert worden, so die von Noë aus Neusilberdrähten und Stäben einer Zinkantimonlegierung und neuerdings diejenige von Gülcher, der Antimon und Kupfer verwendet. Zur Erzeugung starker Ströme haben sich alle ersonnenen Einrichtungen jedoch nicht brauchbar erwiesen. Sie haben vor den galvanischen Elementen nur die bequemere Handhabung und eine größere Beständigkeit voraus.
Vergegenwärtigen wir uns noch einmal den Inhalt der letzten Abschnitte, so finden wir, daß zu Beginn der zwanziger Jahre des 19. Jahrhunderts die wesentlichsten Gebiete der Elektrizitätslehre mit Ausnahme der Induktion erschlossen waren. Die Entdeckung der letzteren sollte der unvergleichlichen Experimentierkunst eines Faraday vorbehalten bleiben, mit dessen grundlegenden Arbeiten wir uns im nächsten Bande beschäftigen werden.