Zweiter Vortrag

Da Rudis erster Vortrag allgemeine Anerkennung bei seinen Verwandten und Bekannten gefunden hatte, ließ er nicht viel Zeit verstreichen, bis er an die Vorbereitungen zu einem zweiten ging. Er wollte diesen wissenschaftlicher gestalten als den ersten und darum nur Freunde und solche Verwandte einladen, bei denen er mehr Vorkenntnisse voraussetzen konnte. Für die Tanten und Cousinen wollte er dann außerdem noch einen gemeinverständlichen Vortrag halten.

Da es zu weit führen würde, so sei diesmal nicht der ganze Vortrag wörtlich wiedergegeben, sondern es sollen nur die ausgeführten Experimente beschrieben werden. Auch setzte sich Rudi diesmal das, was er sprechen wollte, nicht wörtlich auf, sondern legte sich nur eine Übersicht zurecht, die er während des Vortrages auf dem Tisch liegen hatte; damit er nicht wieder einen Teil vergesse, strich er jeweils den behandelten Abschnitt in seiner Niederschrift, dem Konzept, durch.

Auch diesmal sollte Käthe wieder die Assistentin sein; sie half nicht nur bei der Ausführung der Versuche, sondern sogar bei der Herstellung der Apparate selbst.

Geschichte der Entdeckung des galv. Stromes.

In der Einleitung des Vortrages erwähnte Rudi, daß man während langer Zeit keine andere Methode als die der Reibung und Influenz zur Erzeugung von Elektrizität kannte, bis im Jahre 1789 Galvani, Professor der Medizin in Bologna, eine ihm anfangs unerklärliche Beobachtung machte: er hatte, um den Einfluß der Luftelektrizität auf die Nerven zu untersuchen, an einem eisernen Geländer eine Anzahl an einen Kupferdraht befestigte Froschschenkel aufgehängt. Sobald nun der Wind diese hin und her blies und die unterenEnden der Schenkel das Eisengeländer berührten, zuckten sie heftig zusammen. Galvani selbst kam aber dem Wesen dieser Erscheinung nicht auf die Spur, und erst Volta stellte fest, was für Bedingungen erfüllt sein müßten, damit der Versuch gelänge. Erstens mußten irgend zwei verschiedene Metalle vorhanden sein (bei Galvanis Versuch waren es Eisen und Kupfer), die einander einerseits unmittelbar berühren, anderseits aber durch eine salzige oder sauere Flüssigkeit verbunden sind (der im Salzwasser gewaschene Froschschenkel). Der Froschschenkel selbst war für das Gelingen des Versuches nur insofern nötig, als er einen an sich unsichtbaren Vorgang anzeigte, indem er durch sein Zucken erkennen ließ, daß irgend etwas in ihm vorginge.

Abb. 38. Darstellung des galvanischen Stromes.

Die Entstehung des galv. Stromes.

Volta fand nun durch eine ganze Reihe von Versuchen folgendes: Werden zwei verschiedene Metalle in eine angesäuerte Flüssigkeit gebracht und außerhalb derselben durch einen Draht verbunden, so spielt sich in dem dadurch gebildeten geschlossenen Kreis ein ganz bestimmter Vorgang ab. Der Anzeiger dieses Vorganges war anfangs der zuckende Froschschenkel, doch entdeckte man bald eine ganze Anzahl besserer und zweckmäßigerer (sicherer) Mittel, um das Vorhandensein dieses Zustandes nachzuweisen. Man fand die Ähnlichkeit dieser Erscheinungen mit den bekannten elektrischen Vorgängen und ein sicheres, wenn auch nicht sehr feines Erkennungsmittel war die Erwärmung, die alle vom Strom durchflossenen Leiter zeigen. Hier wies Rudi auf den entsprechenden Versuch in seinem letzten Vortrag hin, während Käthe folgendes einfache Experiment ausführte: In einem Glasgefäß (GlinAbb. 38) hatte sie verdünnte Schwefelsäure (1 Teil Schwefelsäure und 10 Teile Wasser.Man muß hierbei zuerst das Wasser eingießen, und dann unter ständigem Umrühren mit einemGlasstabe langsam die Schwefelsäure zugießen, da eine sehr starke Erwärmung eintritt)[2]. In diese Flüssigkeit tauchte sie während des Vortrages eine Zink- und eine Kupferplatte, die einander selbst nicht berühren durften; an jeder Platte war ein etwa 30cmlanger Kupferdraht angelötet.Zum Nachweis der Erwärmung bei geschlossenem Kreis hängte sie an die Drahtenden eine kleine 1 Volt-Glühlampe, die nun hell aufleuchtete, sobald die Platten in die Flüssigkeit kamen. Auch mit dem inAbb. 14dargestellten Luftthermometer wies Rudi die Erwärmung des Drahtes nach und sprach dann über die Vorgänge, die den elektrischen Strom erzeugten.

Die elektromotorische Kraft.

Wenn man irgend zwei verschiedene Metalle, z. B. Kupfer und Zink, in eine angesäuerte Flüssigkeit taucht, so entsteht auf jedem der beiden Metalle eine elektrische Spannung, das ist eine gewisse elektrische Ladung, und zwar ist immer die eine der beiden Platten positiv, die andere negativ elektrisch. Verbindet man nun die beiden Platten mit einem Leiter, z. B. einem Kupferdraht, so gleichen sich die verschiedenen Ladungen aus, doch es bilden sich sofort wieder neue, so daß durch den Draht ein fortwährender Strom fließt. Dabei bemerken wir, daß sich das Zink unter Wasserstoffbildung viel rascher in der verdünnten Schwefelsäure auflöst als unter normalen Umständen, ohne die Gegenwart eines anderen Metalles. Es spielt sich also auch neben dem elektrischen ein chemischer Vorgang ab, und zwar ist der chemische der primäre, der elektrische dagegen der sekundäre. Chemische Vorgänge sind es, die den beiden Metallplatten ihre verschiedene Ladung erteilen. Jedoch müssen auch noch andere Einflüsse dabei im Spiele sein, denn man hat gefunden, daß es genügt, zwei verschiedene Metalle ohne Feuchtigkeitmiteinander in Berührung zu bringen, um auf ihnen verschiedene Ladungen hervorzurufen; allein die Anschauungen über diese Dinge sind noch nicht geklärt. Wir wollen nur daran festhalten, daß, wenn irgend zwei verschiedene Metalle in eine angesäuerte Flüssigkeit gebracht werden, auf ihnen entgegengesetzte Ladungen entstehen. Man hat nun durch Versuche die Metalle so in einer Reihe angeordnet, daß je ein vorhergehendes mit irgend einem nachfolgenden in eine saure Flüssigkeit gebracht, immer positiv elektrisch wird, während das zweite negative Ladung erhält. Dabei ist der Unterschied in der Stärke der beiden Ladungen, die sogenannteSpannungsdifferenz, umso größer, je weiter die Stoffe in der genannten Reihe, derSpannungsreihe, auseinanderstehen. Je stärker die Spannungsdifferenz ist, umso stärker wird auch der Strom sein, der den verbindenden Draht durchfließt. Der Strom wird also von einer unbekannten, wahrscheinlich von chemischen Vorgängen herrührenden Energie in Bewegung gesetzt und erhalten, und man spricht deshalb von einerelektromotorischen Kraft; je größer sie ist, umso stärker ist auch der Strom, den sie in Bewegung setzen kann.

Soviel sprach Rudi etwa über die theoretischen Dinge und ging dann dazu über, den Zuhörern die verschiedenen Arten von Stromquellen, bei denen chemische Energie zur Erzeugung der Elektrizität verwendet wird, vorzuführen.

Herstellung verschiedener Elemente.

Da es nicht nur von theoretischem, sondern auch von praktischem Interesse ist, wie man mit einfachen Mitteln starke, ausgiebige Stromquellen, sogenannte Elemente, sich herstellen kann, so sei an dieser Stelle die Anfertigung einer größeren Anzahl der verschiedensten Elemente beschrieben.

Das einfachste Element ist schon in derAbb. 38dargestellt; es gibt 1,1 bis 1,2 Volt; es ist ziemlich konstant, jedoch für Demonstrationszwecke nur bei kurzer Benützung geeignet, da der sich an der Zinkelektrode bildende Wasserstoff mit der Zeit lästig auf die Atmungsorgane wirkt.

Abb. 39. Leclanché-Elemente.

Das Leclanché-Element.

Ein sehr einfaches und leicht herzustellendes Element ist das von Leclanché. Wir können uns die Bestandteile dazukaufen.Abb. 39zeigt zwei verschiedene Formen: BeiAdient ein Hohlzylinder aus Retortenkohle mit Braunstein gefüllt als positive Elektrode, beiBsteht dagegen ein Kohlenstab, in ein Gemisch von Kohle und Braunstein eingebettet, in einem porösen Tonzylinder. Die einzelnen Bestandteile der Elemente sind bei beiden: erstens ein Glasgefäß (gl). Hierzu können gewöhnliche Einmachgläser verwendet werden; auch kann man von hinreichend weiten Flaschen den oberen Teil samt dem Hals absprengen. Dazu wird die Flasche vorsichtig über einer Flamme so stark als möglich erwärmt (jedoch bei weitem nicht bis zum Glühen!) und dann entlang der Stelle, an welcher der Sprung entstehen soll, mit einem nassen Bindfaden umgeben, worauf der Hals abfällt. Um die dabei entstehenden außerordentlich scharfen Ränder des Glases unschädlich zu machen, versieht man sie mit einem Wulst von Siegellack, der aber sehr heiß auf das vorgewärmte Glas aufgetragen werden muß, da er sonst schlecht hält. Wir können uns auch vier- oder mehrkantige Gläser nach der aufSeite 78 u. ff.beschriebenen Weise herstellen. Zweitens ein Zinkzylinder (z). Diesen biegen wir aus mindestens 1,5mmstarkem Zinkblech und versehen ihn mit drei Ansätzen, die auf dem Glasrande aufliegend ihntragen; außerdem wird an einem der Ansätze ein 30cmlanger, 1 bis 2mmstarker, unisolierter, zur Spirale gewundener Kupferdraht angelötet und die Lotstelle mit Asphaltlack bestrichen. Drittens beiAaus einem hohlen Kohlenzylinder (K), der mit feingekörntem Braunstein (B) gefüllt und unten mit einem Kork verschlossen ist; oben in dem Kohlenzylinder ist eine Klemmschraube (Kl) befestigt. Bei Abb.Bhaben wir einen porösen Tonzylinder (T) in dem, wie schon erwähnt, ein in einem gleichteiligen Gemisch von feingekörntem Braunstein und feingekörnter Retortenkohle (Reststücke von Bogenlampenkohlen) oder Koks (Bk) eingebettet ein Kohlenstab (K) steht, der um einige Zentimeter den Tonzylinder überragt. An dem freien Ende wird eine Klemme (Kl) angebracht. Die Braunsteinkohlefüllung darf den Zylinder nicht ganz ausfüllen, sondern es sollen oben 2 bis 3cmfreibleiben, welcher Raum dann mit Kolophonium (Ko) ausgegossen wird. Beide Elemente werden bis einige Zentimeter vom oberen Rande mit gesättigter Salmiaklösung gefüllt. Alle Kohlen und auch die Tonzylinder müssen an ihren oberen Enden, soweit diese aus der Flüssigkeit herausragen sollen, einige Minuten in kochendes Paraffin getaucht werden. Ein mit entsprechenden Ausschnitten versehener Deckel aus einem Stück in Paraffin gekochter, nicht zu schwacher Pappe verhindert das zu rasche Verdunsten der Flüssigkeit.

Abb. 40. Holzstab für Anfertigung von Gipszylindern.

Anfertigung von Gipszylindern.

Da wir bei den nachher zu beschreibenden Daniellschen und Bunsenschen Elementen ebenfalls poröse Zylinder brauchen, so sei an dieser Stelle die Herstellung solcher aus Gips beschrieben.

An Hand der folgenden fünf Abbildungen40bis44ist das Verfahren leicht zu erklären. Wir richten uns einen etwa 30cmlangen, 3 bis 4cmdicken, runden Holzstab (ein Stück Besenstiel) her und umwinden ihn mit einer dünnen Schnuroder einem starken Leinenfaden, wie dies ausAbb. 40bei dem unten freien Ende des Holzstabes zu sehen ist. Um diesen herum wickeln wir nun mehrere Lagen eines starken Papieres, bis der Stab so dick geworden ist, als der Hohlraum des Zylinders weit sein soll. Das Abrollen der Papierumhüllung verhindern wir durch Umwinden mit einem dünnen gewöhnlichen Nähfaden.Abb. 40zeigt diesen ersten Bestandteil der Gußform. Nun brauchen wir zwei Gummiringe, die so stark sein müssen, als die Wandungen des Zylinders dick werden sollen. Diese Ringe können wir aus einem Gummischlauche herstellen, indem wir Stücke von passender Länge über eine Kordel ziehen und die Enden mit Gummilösung zusammenkleben. An einem Ringe werden, wieAbb. 41zeigt, an zwei Stellen Bindfäden befestigt. Bevor die Ringe auf den Stab geschoben werden, wird dessen Papierbelag mit Fett (Schweineschmalz) eingerieben. Die obere Fläche soll möglichst eben sein, etwa vorhandene Spalten zwischen den einzelnen Papierlagen müssen mit Fett angestrichen werden. Nun wird der eine Ring mit den Fäden auf das obere Ende des Stabes geschoben; der andere von unten her so weit von diesem entfernt, als die Tiefe des Zylinders betragen soll. Aus derAbb. 42ist diese Anordnung deutlich zu erkennen.

Abb. 41. Gummiring.Abb. 42. Holzstab nach Befestigen der Gummiringe.

Abb. 41. Gummiring.

Abb. 42. Holzstab nach Befestigen der Gummiringe.

Des weiteren richten wir uns aus starkem Papier einen ziemlich langen Streifen, der etwa 5cmbreiter ist, als der Abstand derbeiden Gummiringe beträgt. Dieser Papierstreifen soll, wie aus dem Längsschnitt derAbb. 43zu ersehen ist, über den Stab, durch die Gummiringe von ihm getrennt, aufgerollt werden und zwar so, daß der entsprechende Rand der Papierhülle 1cm(oder mehr, je nachdem die Stärke des Bodens gewünscht wird) über das obere Ende des Stabes hinausragt. Die Innenseite der Papierhülle muß ebenfalls stark eingefettet sein, und man bestreicht deshalb am besten vor dem Aufwickeln ein entsprechend breites Stück mit Fett. Das selbsttätige Aufrollen der Hülle verhindert man wiederum durch Umwinden mit Bindfaden.

Abb. 43. Aufrollen des Papierstreifens.Abb. 44. Die fertige Form zur Herstellung von Gipszylindern.

Abb. 43. Aufrollen des Papierstreifens.

Abb. 44. Die fertige Form zur Herstellung von Gipszylindern.

Der Hohlraum, der inAbb. 43mithbezeichnet ist, wird nun mit ziemlich dickflüssigem Gipsbrei unter Benützung eines Messers ausgestrichen, und außerdem wirddie Stelle auch außen noch mit einem Wulst von Gips (l) umgeben. Ebenso wird an dem oberen Ende ein Gipskranzmangebracht.

Sind die Gipswülste, die zur Erhöhung der Festigkeit der Form dienen, genügend getrocknet, so wird der obere Gummiring mit Hilfe der beiden Fäden herausgezogen, und nun ist die Form fertig.Abb. 44zeigt, wie man sie in einem mit Erde gefüllten Blumentopfe bequem senkrecht aufstellen kann.

Im Gusse darf nur ganz reiner, guter Gips verwendet werden. Wir gehen am sichersten, wenn wir uns an einem bereits erhärteten Stückchen Gips davon überzeugen, ob es, in verdünnte Schwefelsäure geworfen, seine Festigkeit nicht verliert. Der Gipsbrei darf nicht zu wässerig sein, er soll gerade noch gut fließen, wenn er in die Form gegossen wird. Etwa mitgerissene Luftblasen werden durch vorsichtiges Erschüttern der Form zum Steigen gebracht und an der Oberfläche dann abgestrichen. Um dem Boden eine Wölbung nach innen zu geben, wird irgend ein nicht zu stark gewölbter Gegenstand (z. B. ein Schaumlöffel oder irgend ein passender Deckel) eingefettet und auf die Form gedrückt, so daß noch etwas Gips auf den Seiten herausquillt.

Ist der Guß — man kann dies an dem oben herausgequollenen Gips erkennen — hinreichend erhärtet, so wird die Form aus dem Blumentopf herausgenommen und umgedreht und der um den Holzstab gewundene Faden wird an dem freien Ende herausgezogen. Dadurch wird der Stab frei und kann auch herausgenommen werden. Nun rollt man den inneren Papierstreifen nach innen zusammen und nimmt ihn ebenfalls heraus. Die äußere Hülle springt nach Entfernung der Gipswülste und der Schnur von selbst los. Runden wir noch die meist zu scharfen Kanten mit einem Messer ab, so ist der Zylinder fertig.

Indem wir den Holzstab mit verschieden starken und langen Papierbelägen umwickeln, können wir den Zylindern die verschiedensten Formen geben. Die einzelnen Bestandteile der Form lassen sich wieder zusammensetzen und von neuem gebrauchen.

Abb. 45. Kohlenelektrode.Abb. 46. Trockenelement (Durchschnitt).

Abb. 45. Kohlenelektrode.

Abb. 46. Trockenelement (Durchschnitt).

Kohlenelektroden.

Für Leclanché-Elemente sind die sog. Kohlebeutelelektroden der Verwendung von Tonzellen vorzuziehen, schon deshalb, weil sie viel einfacher herzustellen sind. Die Ansicht einer solchen Elektrode zeigtAbb. 45, der Durchschnitt ist inAbb. 46dargestellt. Wir besorgen uns eine gewöhnliche Bogenlampenkohle, deren Dicke sich nach der Größe des Elementes richten muß. Für ein Element mittlerer Größe soll sie etwa 1,5 bis 2,0cmdick und 15 bis 20cmlang sein. Der Kohlestab muß zu ¾ bis4⁄5seiner Länge in einem mit einem Braunsteinkohlegemisch gefüllten Tuchbeutel stecken. Wir feilen nahe dem unteren Ende der Kohle eine nur wenig tiefe Ringnut ein und ebenso an der Stelle, bis zu welcher der Beutel reichen soll. Ein beiderseits offenes Säckchen aus starkem Leinenstoff wird einerseits in die untere Nut eingebunden und mit einem gleichteiligen Gemisch aus ziemlich fein gekörntem Braunstein und Koks (oder Retortenkohle) gefüllt. Damit der Beutel eine regelmäßige Form erhält, umgeben wir ihn mit einem Zylinder aus Pappdeckel, den wir mit einer Schnur umwinden, damit er einigen Druck aushält. Jetzt wird die Füllung unter Zugabe von Wasser mit einem Holzstab so fest als möglich in das Säckchen hineingepreßt und festgestampft; dann wird der obere Rand des Säckchens in die obere Ringnut der Kohle eingebunden. Nach Entfernung des Pappzylinders wird der Beutel noch mit Schnur befestigt, wie dies aus derAbb. 45zu ersehen ist. Der aus dem Beutel herausragende Teil der Kohle wird in kochendes Paraffin getaucht und dann wird am oberen Ende dieRundung mit der Feile etwas abgeflacht, damit eine Klemmschraube bequem angesetzt werden kann.

Abb. 47. Zinkzylinder.

Das Trockenelement.

Auch die in neuerer Zeit so sehr beliebt gewordenen Trockenelemente kann man sich leicht selbst herstellen; sie sind ebenfalls nach dem System von Leclanché konstruiert. An Hand derAbb. 46sei ihre Anfertigung erklärt: Als Behälter (ainAbb. 46) für das Trockenelement wählen wir ein Glasgefäß von passender Größe; den Zinkmantel (siehe unten) selbst als Gefäß zu benutzen, ist nicht empfehlenswert. Ferner fertigen wir uns aus starkem Zinkblech einen zylindrischen Mantel mit einem Fortsatzstreifen an. Wie aus einem Stück Blech zwei solcher Mäntel ohne Materialverlust geschnitten werden, zeigtAbb. 47. Der Zinkmantel (binAbb. 46) soll mit 2 bis 3mmSpielraum in das Glasgefäß hineinpassen. Endlich stellen wir uns eine Kohlebeutelelektrode (c) her, deren Durchmesser je nach der Größe des Elementes 2 bis 5cmkleiner ist, als der des Zinkzylinders. Die Füllung (d) besteht aus feinem, reinem Sägemehl von weichem Holz, das 1 bis 2 Stunden in einergesättigten Salmiaklösung gelegen hat. Kurz vor Gebrauch wird das Sägemehl in einen Leinenbeutel gefüllt und durch leichtes Pressen von der überschüssigen Flüssigkeit befreit. Dann gibt man in das Glasgefäß erst eine etwa 5mmdicke Schicht davon auf den Boden; hierauf werden der Zinkzylinder und die Kohlenelektrode, die vorher in Salmiaklösung stand, eingesetzt und der freie Raum zwischen diesen sowie zwischen Zink und Glas mit der genannten Füllmasse ausgefüllt. Mit einem geeigneten Holzstab muß die Masse recht fest zusammengestampft werden. Die dabei an die Oberfläche tretende Flüssigkeit gießt man erst ab, wenn die Füllung beendet ist; letztere soll die obere Fläche des Kohlebeutels noch etwa 5mmhoch bedecken. Ist die überschüssige Flüssigkeit abgegossen, so ebnet man die Oberfläche der Füllung, steckt zwei kleine Gummischläuchlein (Ventilschlauch) (e,e) etwa 5mmtief hinein und gießt nicht zu heißes Paraffin auf die Füllung direkt auf, eine 2 bis 3mmdicke Schicht (f). Jetzt wird der noch freie Glasrand innen mit einem Wattebausch sehr sorgfältig getrocknet.Die nächste Deckschicht (g) besteht aus Kolophonium-Wachskitt, dem außer ziemlich viel Leinöl auch etwas Spiritus (etwa 5 Volumenprozent) zugesetzt ist; der Kitt muß auch nach dem Erkalten noch eine zähe, fadenziehende Masse bilden. Hiervon wird eine 5 bis 10mmdicke Lage eingegossen, wobei der Kitt sehr heiß sein soll. Für die oberste Schicht (h) verwenden wir wieder Paraffin oder Asphalt.

Die käuflichen Trockenelemente sind meist nach Verfahren hergestellt, die Fabrikgeheimnisse sind. Die Leistung sehr vieler dieser Fabrikate ist sehr gut, insbesondere kommen für die kleinen Taschenlämpchen sehr gute, kleine Batterien (meist 3 Elemente) in den Handel. Da Rudi gerade diese kleinen Taschenlämpchen viel gebrauchte, sei hier einiges über sie gesagt.

Die Trockenbatterien zu 3 Elementen, meist zusammen ineinerPapierhülle, leisten 4 Volt und bringen ein kleines Lämpchen zum hellen Leuchten; besonders erfreut war Rudi, als auch diese 4-Volt-Lämpchen mit Metallfaden, statt Kohlenfaden ausgerüstet wurden, wodurch bei gleichem Stromverbrauch mehr als die dreifache Helligkeit erzielt wurde. Ein Brechen des feinen Metallfadens ist nicht zu befürchten, daer zu kurz ist; sie sind also weit weniger empfindlich als die großen Metallfadenlampen, die gegen Erschütterungen sehr empfindlich sind.

Wer einen möglichst konstanten, starken Strom gebraucht, muß sich schon eine Batterie von Bunsen- oder Daniellelementen herstellen; auch Chromsäurebatterien sind recht geeignet. Wer gute Gelegenheit zum Akkumulatorenladen hat, beschafft sich natürlich eine Akkumulatorenbatterie. Wo solche Gelegenheit fehlt und größere Kosten nicht gescheut werden, sind dieKupronelementeentschieden am meisten zu empfehlen.

Das Bunsenelement.

Das Bunsenelement besteht aus einem Glasgefäß, in dem ein dicker Zinkzylinder steht; in dem Gefäß befindet sich verdünnte Schwefelsäure (auf 10 Teile Wasser 1 Teil Schwefelsäure) und ein poröser Tonzylinder, in dem in konzentrierter, gewöhnlicher Salpetersäure ein starker Kohlenstab steht. Dies Element gibt 1,9 Volt.

Abb. 48. Das verbesserte Bunsenelement.

Das Daniellsche Element.

Das Daniellsche Element besteht ebenfalls aus einem Glasgefäß mit einem porösen Tonzylinder. In ersterem steht ein Kupferzylinder in gesättigter Kupfervitriollösung, in letzterem ein starker Zinkstab oder Zinkmantel in verdünnter Schwefelsäure oder auch Zinksulfatlösung. Die erzeugte elektromotorische Kraft beträgt hier etwa 1,1 Volt.

Verbessertes Bunsenelement.

Die beiden obigen Elemente haben in der beschriebenen Form für uns eigentlich mehr theoretisches als praktischesInteresse. Rudi hatte sich eine stattliche Batterie aus abgeänderten Bunsenelementen hergestellt, die ihm einen starken und konstanten Strom, mit dem er auch Akkumulatoren laden konnte, lieferte.Abb. 48zeigt ein solches Element. Die Kohlenelektrode stellen wir aus vier flachen Kohlenplatten her, die, ungefähr ein Viereck bildend, um die Tonzelle aufgestellt sein sollen. Es handelt sich nun darum, die vier Kohlenplatten gut und fest miteinander zu verbinden. Können wir Platten verwenden, deren obere Enden, wie inAbb. 49, mit Klemmschrauben versehen sind, so stellen wir uns aus dickem, geglühtem Kupferdraht einen Ring her, wie ihnAbb. 51zeigt. Durch die vier an den breitgeschlagenen Stellen eingebohrten Löcher werden die Schraubenenden der Kohlen gesteckt und mittels Muttern festgeschraubt.

Abb. 49. Kohlenplatte mit eingebrannter Polschraube.

Abb. 50. Kohlenplatte mit Klemmschrauben.aKlemme zur Befestigung des Metallstreifens (für jedes Element drei erforderlich).bKlemme für denselben Zweck, jedoch gleichzeitig zum Anschrauben des Poldrahtes (für jedes Element eine erforderlich).

Abb. 50. Kohlenplatte mit Klemmschrauben.

aKlemme zur Befestigung des Metallstreifens (für jedes Element drei erforderlich).bKlemme für denselben Zweck, jedoch gleichzeitig zum Anschrauben des Poldrahtes (für jedes Element eine erforderlich).

Stehen uns nur einfache Kohlenplatten zur Verfügung, so versehen wir sie an ihrem oberen Ende mit einem Loch, durch das wir Metallschrauben mit Muttern hindurchsteckenkönnen (Abb. 50). Durch einen entsprechend gebogenen und mit vier Löchern versehenen Kupferblechstreifen werden die Kohlen miteinander verbunden, wie dies inAbb. 48deutlich zu erkennen ist. Die oberen Enden der Kohlen müssen in kochendes Paraffin getaucht, die Metallteile mit Asphaltlack bestrichen werden. Auf den Boden der Tonzelle gießt man etwas Quecksilber (dies ist zwarnichtunbedingt nötig und verhindert nur rascheres Auflösen des Zinks) und stellt einen gut amalgamierten starken Zinkstab hinein. Nun wäre das Element noch zu füllen: Wir stellen den Tonzylinder in das Standglas und geben zuerst eine als Depolarisator wirkende Masse auf den Boden des Gefäßes, einige Zentimeter hoch. Die Masse besteht aus 6 Teilen pulverisiertem, doppeltchromsauren Kali, die mit 60 Teilen Kalialaun in einem Glas- oder Porzellangefäß unter Zugießen von 10 Teilen konzentrierter Schwefelsäure mit einem Glasstab zusammengerührt werden. Die dabei entstehende Masse ist teigartig und kann längere Zeit offen aufbewahrt werden.

Abb. 51. Breitgeschlagener Kupfer- oder Messingdraht.

Nun wird zuerst der Tonzylinder mit verdünnter Schwefelsäure (1 : 10) und dann das Glasgefäß mit verdünnter Chromsäure (1 : 9) angefüllt. Hier sind Volumteile gemeint. Diese Elemente eignen sich besonders zum Laden von Akkumulatoren.

Das Chromsäureelement.

Wir wollen nun noch die Chromsäureelemente, die nur in Form von sogenannten Tauchbatterien verwendet werden, kurz besprechen. Unser Rudi war zwar ein persönlicher Feind dieser Elemente, denn er hatte schlechte Erfahrungen damit gemacht. In der Tat erfordert eine Chromsäurebatterie zu ihrer guten Instandhaltung mehr Arbeit und Sorgfalt, als sie eigentlich wert ist. Jedoch ist ihre Herstellung ziemlich einfach und billig.

Abb. 52. Holzgestell für Chromsäurebatterie.

Die positive Elektrode des Elements besteht aus zwei Kohlenplatten, zwischen denen eine starke Zinkplatte steht und die negative Elektrode bildet. Die Chromsäurelösung wird aus 1 Gewichtsteil doppeltchromsaurem Kali, 12 Gewichtsteilen Wasser und 2 Gewichtsteilen Schwefelsäure hergestellt. Die Schwefelsäure gieße man, wie schon erwähnt, unter ständigem Umrühren langsam zu. Die Elektroden müssen so aufgehängt werden, daß sie mit einem einfachen Handgriff in die Gläser eingetaucht und herausgezogen werden können. Wir können uns hierfür verschiedenkonstruierte Holzgestelle herrichten.Abb. 52zeigt ein solches, bei dem Kohle und Zink aus der Flüssigkeit gehoben werden. Diese Art von Batterien ist den vielfach noch gebräuchlichen Chromsäureflaschenelementen, wieAbb. 53ein solches zeigt, entschieden vorzuziehen; diese seien nur der Vollständigkeit wegen erwähnt.

Abb. 53. Chromsäureflaschenelement.

Jede Batterie, die nicht in kürzester Zeit schlecht werden soll, bedarf sorgfältiger und reinlicher Wartung. Man stelle sie deshalb nicht an unzugänglichen Orten auf. Größere Batterien von solchen Elementen, die Wasserstoff entwickeln (fast alle, bei denen Zink in Schwefelsäure steht), sollen nicht in einem bewohnten Zimmer sein. Bei den Salmiakelementen wird regelmäßig das verdunstete Wasser der Lösung durch frisches ersetzt; die Gläser sollten stets mit Deckeln versehen sein. Sobald sich innerhalb oder außerhalb an den Elementen Salze gebildet haben, sind Gefäß und Elektrode gründlich davon zu befreien, zu reinigen, einige Stunden, die Elektroden aber getrennt, in verdünnte Salzsäure zu stellen, dann mit Wasser gründlich abzuspülen und schließlich neu zu füllen. Die aus der Flüssigkeit herausragenden Teile der Kohle müssen immer mit einem guten Paraffinüberzug versehen sein; freie Teile der Zinkelektroden werden am vorteilhaftesten mit Asphaltlack bestrichen. Verbindende Drähte sind entweder zu verlöten oder mittels guter Klemmschrauben fest anzuschließen; mangelhafte Verbindungsstellen bilden große Widerstände.

Der Akkumulator.

Als das beste und brauchbarste Element, das wir kennen, ist jedenfalls der Bleiakkumulator zu bezeichnen. Eine günstige Gelegenheit, den Akkumulator selbst zu laden oder laden zu lassen, darf wohl bei den meisten jungen Lesern vorausgesetzt werden; für geringere Ansprüche genügt auch eine der oben beschriebenen Batterien zum Laden der Akkumulatoren.

Abb. 54. Einteilung des Werkbleistreifens in Platten.

Die Selbstanfertigung eines guten Akkumulators ist nicht so schwierig, als wohl manchem scheinen möchte. Ein wenig Geduld müssen wir haben; denn ein großer Teil der Arbeit, das Ausstanzen der Löcher, ist nicht gerade sehr unterhaltend.

Zuerst müssen wir uns klar darüber werden, wie viel Zellen mit wie viel und wie großen Platten wir herstellen wollen. Wir nehmen einmal an, es sollten zwei Zellen, jede zu fünf Platten angefertigt werden und jede Platte 10cmlang und 5cmbreit sein, also 50qcmFläche haben. In diesem Falle genügt ein 1,5mmdickes Bleiblech, da wir jede Platte aus zwei Lagen bestehen lassen werden; bei mehr als 50qcmmuß das Blei 2mmstark sein. Wir haben also zwei Zellen, jede zu fünf Platten, die je aus zwei Lagen zusammengesetzt sind, deren jede 50qcmFläche hat. Wir brauchen also 2 · 5 · 2 · 50qcm= 1000qcm; dabei haben wir aber die Fortsätze noch nicht in Rechnung gezogen, die an den Platten sein müssen. Diese machen nochmals 200qcmaus, so daß im ganzen 1200qcmerforderlich sind. Um das Material möglichst auszunützen, kaufen wir uns einen 1mlangen, 12cmbreiten und 1,5mmstarken Streifen von gewöhnlichem Werkblei. Dieser wird nach dem inAbb. 54angegebenen Muster in Doppelplatten eingeteilt, die alle mit langen Fortsätzen versehen sind. Die beiden Hälften einer Doppelplatte hängen bei Nr. II bis IX so zusammen, wie esAbb. 55zeigt. Nur beiXhaben wirdie langen Seiten gemeinsam und bei Nr. I gar keine. Nachdem wir die Einteilung auf den Bleistreifen aufgezeichnet haben, schneiden wir die Doppelplatten heraus (Abb. 55).

Abb. 55. Eine Doppelplatte.

Abb. 56. Maschine zum Ausstanzen der Löcher.

Um die wirksame Fläche der Platten zu vergrößern, müssen wir sie mit einer großen Anzahl von Löchern versehen; wir wollen auf jeden Quadratzentimeter Fläche ein 4mmweites Loch annehmen. Wir ritzen gitterartig Linien auf den Doppelplatten (Abb. 55) ein, deren erste 5mmvom Rande entfernt ist, während jede folgende 1cmvon der vorhergehenden absteht, somit fünf Linien parallel zu den langen, 20 parallel zu den kurzen Seiten. In den 100 Schnittpunkten beider Liniensysteme sind die Löcher auszustanzen, wozu wir uns eine einfache Maschine anfertigen, dieAbb. 56im Schnitt zeigt. Auf ein 2cmstarkes quadratisches Brett wird eine Eisenplatte genagelt oder besser in das Brett eingelassen; sie enthält in ihrer Mitte ein Loch, das 4mmweit sein und möglichst scharfe Kanten haben soll. Außerdem verschaffen wir uns eine genau in das Loch passende, also auch 4mmstarke Eisenstange (f), die 7 bis 8cmlang und auf einem Ende möglichst eben und scharfkantig abgefeilt sein muß. An zwei gegenüberliegenden Stellen am Rande des Brettesawerden zwei 2 bis 3cmdicke Holzklötzchen (cundd) und über diese eine 3cmstarke und etwa 5cmbreite Leiste (e) aufgenagelt. In letztere wird genau über dem Loch in der Eisenplatte eine Durchbohrung angebracht, die so weit ist, daß die Eisenstangefleicht, doch ohne zu viel Spielraum zu haben, hindurchgeschoben werden kann. Ebenso erhält das Brettaeine sich nach unten erweiternde Fortsetzung (b) des Loches in der Eisenplatte. Die Stangefmuß, durch die Bohrung inegesteckt, genau auf das Loch in der Platte stoßen.Wir legen nun die Bleiplatte so auf diesen Apparat, daß eine der durch die Schnittpunkte der eingeritzten Linien bezeichneten Stellen genau unter den etwas in die Höhe gehobenen Stabfzu liegen kommt, auf den nun mit dem Hammer ein kräftiger Schlag ausgeübt wird; ein kleines Bleischeibchen fällt dann zu dem Lochebheraus. Wir verschieben nun die Bleiplatte bis zum nächsten Schnittpunkt und wiederholen die gleiche Manipulation, und so fort, bis alle 1000 Löcher durchgestanzt sind. Wer etwas Mühe sparen will, kann vier Doppelplatten, die dann beim Montieren die beiden äußersten Platten in jeder Zelle bilden, ungelocht lassen.

Abb. 57. Eine zusammengebogene Doppelplatte.

Nun wird jede Doppelplatte II bis IX so zusammengebogen, daß die beim Ausstanzen oberen Seiten nach innen kommen, jedoch ohne einander zu berühren (Abb. 57); die Platte X läßt sich entsprechend längs der mittleren Langseite biegen. Die beiden Platten I muß man unter Zwischenlegen von Glasröhren einstweilen zusammenbinden. In ein genügend weites und tiefes Glasgefäß stellen wir fünf der zusammengebogenen Doppelplatten, durch Glasröhren voneinander getrennt, so ein, daß die erste, dritte und fünfte ihre Fortsätze nach links haben, die zweite und vierte nach rechts; ebenso in einem zweiten Glas die übrigen fünf Platten. Beide betten wir in eine mit Sägemehl angefüllte Kiste und verbinden nun die sechs Fortsätze der einen Seite untereinander mit einem Kupferdraht, ebenso die vier Fortsätze der anderen Seite. Die beiden Drahtenden führen wir zu zwei Klemmschrauben, die wir an der Kiste angebracht haben, und bezeichnen das Drahtende, das von den sechs Fortsätzen kommt, mit - (minus), das andere mit + (plus). Nun werden die beiden Gefäße mit verdünnter Schwefelsäure — 1 Teil Schwefelsäure auf 9 Teile Wasser — soweit angefüllt, daß die Platten, von den Fortsätzen abgesehen, vollständig in der Flüssigkeit stehen. Um die Platten zur weiteren Behandlung geeigneter zu machen, werden sie geladen und zwar zuerst in umgekehrter Richtung,das heißt derpositivePol des Ladestromes wird mit demnegativendes Akkumulators, und dernegativemit dempositivenverbunden. So läßt man 2 Stunden lang einen 1½ Ampere starken Strom bei mindestens 5 Volt hindurchgehen. Dann dreht man den Strom um und verbindet die positiven Pole miteinander und ebenso die negativen und ladet nun 5 Stunden. Wir können nun den gleichen Vorgang wiederholen, das heißt wieder 2 Stunden verkehrt und 5 richtig laden, doch ist dies nicht unbedingt nötig. Nach dem Laden sehen die vier positiven Platten schwarzbraun, die sechs negativen grau aus. Sie werden nun alle aus den Gefäßen herausgenommen und an einem Platze, wo die verdünnte Schwefelsäure nichts schaden kann, zum Abtropfen aufgestellt. Unterdessen rühren wir in einem irdenen oder porzellanenen Schälchen etwa 150gMennige und in einem anderen ebensoviel Bleiglätte mit verdünnter Schwefelsäure (1 : 10) zu einem dicken, jedoch noch gut plastischen, nicht zu trockenen Brei an. Dann nehmen wir eine der positiven (braunen) Doppelplatten heraus, biegen sie auseinander, legen sie auf eine ebene Unterlage, streichen die Löcher gut mit dem Mennigebrei aus und bedecken die Platte außerdem noch 1mmhoch damit. Ist dies geschehen, so wird die Bleiplatte wieder zusammengebogen, diesmal aber, ohne einen Zwischenraum darin zu lassen; dann legt man sie zwischen zwei Bretter und beschwert diese mit ein paar Kilogramm. Genau so wird mit den übrigen braunen Platten verfahren und auch mit den grauen, nur daß letztere mit der gelben Bleiglätte behandelt werden. Wer eine zarte Haut, oder gar wunde Stellen an den Fingern hat, unterlasse es ja, das Auftragen des mit verdünnter Schwefelsäure angerührten Breies mit den Fingern zu besorgen, obwohl diese die besten Instrumente für solche Arbeit sind. Man schnitze sich ein flaches Stäbchen und besorge es damit. Wer dennoch die Hände dazu gebrauchen will, stelle eine Schüssel mit Wasser, in das er soviel Ammoniak (Salmiakgeist) gegeben hat, daß es stark danach riecht, neben sich und halte die Hände alle 2 bis 3 Minuten einige Sekunden hinein, oder ziehe Gummihandschuhe an. Sind Kleidungsstücke mit Schwefelsäure bespritzt worden, so betupfeman sie an der betreffenden Stelle reichlich mit Salmiakgeist. Nun wird jede Platte für sich in saubere (alte) Leinwand — man kann sich zu diesem Zweck auch billigen Schirting kaufen, der aber vor dem Gebrauch gewaschen werden muß — eingehüllt und so einen Augenblick in verdünnte Schwefelsäure getaucht; dann werden je fünf Platten aufeinander und die beiden Stöße nebeneinander gelegt und mit etwa 50 kg beschwert. So bleiben sie über eine Nacht; dann werden sie wieder ausgepackt und 24 Stunden in verdünnte Schwefelsäure gestellt. Endlich werden sie wieder herausgenommen und an einem geschützten, aber nicht etwa geheizten Orte zum Trocknen aufgestellt.

Abb. 58. Das Vernieten der Platten.(Es sind hier sechs Lochreihen statt fünf angenommen.)

Abb. 58. Das Vernieten der Platten.

(Es sind hier sechs Lochreihen statt fünf angenommen.)

Um die beiden Hälften der einzelnen Platten fest zusammen zu halten, werden sie miteinander vernietet. Man bohrt an den in derAbb. 58mit Sternchen bezeichneten Stellen Löcher und steckt kurze Stückchen Bleidraht von entsprechender Dicke hindurch, so daß sie auf jeder Seite 1mmherausragen mögen. Da das Blei sehr weich ist, so fällt es nicht schwer, die Drahtstückchen durch einfaches Klopfen mit dem Hammer so zu vernieten, daß sie nicht mehr über die Platte herausragen.

Damit sind die Hauptbestandteile des Akkumulators, die Platten, fertig, und wir können zu ihrem Einbau in die Glasgefäße schreiten. Da die Bleiplatten nicht unmittelbar auf dem Boden aufstehen dürfen, weil sonst etwa abbröckelnde Stückchen von Bleioxyd einen Kurzschluß verursachen könnten, so stellen wir sie auf zwei 1cmstarke Glasröhren, die wir auf dem Boden jedes Gefäßes mit ein paar Tropfen Siegellack befestigen. Jetzt können die Platten eingesetzt werden, wieder wie vorher, die Fortsätze der negativen auf der einen, die der positiven auf der anderen Seite. Jede Platte ist dabei von der folgenden durch je zwei 3 bis 4mmdicke Glasröhren zu trennen. Statt der Glasröhren kann man auch starkwandigen, entsprechenddicken Gummischlauch verwenden. Der Rand des Glasgefäßes soll 2 bis 3cmhöher als der obere Rand der Platten sein, da die Schwefelsäure mindestens einen halben Zentimeter hoch über den Platten stehen soll und außerdem noch ein gut schließender Deckel angebracht werden muß. Wir füllen das Glas bis 1,5cmvom oberen Rande mit Wasser und achten dabei besonders darauf, daß die Bleifortsätze und der Teil der inneren Glaswand, der nicht unter Wasser ist, völlig trocken bleiben, da sonst die abschließende Vergußmasse nicht genügend fest haften bleibt. Nun wird in der einen Ecke des Behälters mit etwas Wachs ein 3 bis 4mmweites Glasröhrchen angebracht, das oben mit dem Gefäßrand abschneidet und unten gerade noch unter den Wasserspiegel taucht. In der Mitte stellen wir auf die Platten ein 1cmweites, 2 bis 3cmlanges Glasröhrchen. Dann wird in einem kleinen Pfännchen oder in einem Blechlöffel Paraffin geschmolzen und in möglichst heißem Zustand auf das Wasser gegossen, wo es sich dann rasch verbreitet und erstarrt. Es soll überall an den Glaswänden und den Bleistreifen gut anliegen; nötigenfalls gießt man noch etwas nach. Die Paraffinschicht braucht nicht stärker als etwa 2mmzu sein; denn der eigentliche Verschluß wird genau so hergestellt, wie dies oben beim Trockenelement schon beschrieben wurde. Ist der Guß völlig erkaltet, so gießen wir das Wasser aus.

Es sind nun noch die Bleifortsätze zusammenzulöten. Wir biegen die vier Bleistreifen der negativen Platten nach der Mitte zusammen, umwinden sie mit einem Draht, so daß sie fest aneinander liegen, und schmelzen die Oberfläche der vier Enden mit einem bis zur Rotglut erhitzten und reichlich mit Salmiak gereinigten Lötkolben zusammen; Lötwasser darf dabeinichtverwendet werden. Ebenso werden die Streifen der positiven Platten miteinander vereinigt. Gleichzeitig können wir sowohl an den negativen wie an den positiven Fortsätzen je einen 10 bis 20cmlangen starken Bleidraht anschmelzen.

Jetzt haben wir den Akkumulator nur noch zu füllen: wir gießen in 9 VolumteiledestilliertesWasser 1 Volumteil konzentrierte reine Schwefelsäure (unter Beobachtungder bereits erwähnten Vorsichtsmaßregeln). Nachdem sich die Flüssigkeit abgekühlt hat, wird die Akkumulatorenzelle damit angefüllt und das in den Verschluß eingegossene Glasrohr in der Mitte mit einemGummistöpsel verschlossen, während das kleine in der Ecke offen bleibt.

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