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.
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.