XXII. Experimental-Untersuchungen über einige Gegenstände der angewandten Elektricitätslehre; von Professor C. Kuhn in München. Kuhn, über die Benutzung des Erdreichs als Leiter Volta'scher Ströme. I. Ueber die Benutzung des Erdreichs als Leiter Volta'scher Ströme und einige andere damit zusammenhängende Einzelheiten. (Schluß von S. 29 des vorhergehenden Heftes.) 6. Aus diesen Erörterungen ließen sich zwar manche nützliche Folgerungen für die Anwendung der Erdleitung bei den in neuester Zeit einen hohen Grad von Wichtigkeit erlangten beweglichen Militär-Telegraphenleitungen machen. Meine Absicht kann es aber nicht seyn, auf alle hiezu gehörigen Einzelnheiten bei dieser Gelegenheit einzugehen, und es werden daher nur die nachstehenden Punkte herausgehoben. Die Bodenleitung kann bekanntlich nach den schon längst festgestellten Thatsachen unter allen Umständen und zwar mit dem größten Nutzen für die allgemeinen Telegraphen-Linien in Anwendung gebracht werden, wenn man die Erdelektroden entweder unmittelbar im Horizontalwasser, also in Brunnen oder tiefliegende Gewässer etc. oder sehr tief in den Boden in ganz durchnäßtes und zu allen Zeiten Feuchtigkeit enthaltendes Erdreich legen kann. Jedesmal also, wenn diese günstigen Umstände sich darbieten, wird auch für bewegliche Militär-Telegraphen der Einschaltung und Benützung der Erde als einen Theil des Schließungsleiters kein wesentliches Hinderniß sich in den Weg stellen. Ungehindert und mit Sicherheit wird also die eine Hälfte des Schließungsleiters durch die Erde für den genannten Zweck ersetzt werden können, wenn man an jeder der Endstationen, welche zur Kette gehören, die Erdelektroden in einen Brunnen versenken oder in ein Flußbett etc. eingraben kann, oder wenn die Zeit und die sonstigen Umstände es zulassen, solch tiefe Oeffnungen graben lassen zu können, deren Enden in feuchtem Erdreich oder an Stellen sich befinden, die beständig von Wasser umspült und mit unterirdischen Wasserschichten in Communication stehen, wenn man den Elektroden diese feuchten Lager gibt etc. Bis zu welcher Tiefe hiebei gegraben werden muß, um mit Sicherheit die Erdelektroden einlegen zu dürfen, dafür läßt sich keine bestimmte Regel angeben. Es hängt dieß offenbar von localen Umständen ab, und selbst an einem und demselben Orte ist ja die äußere Terrainbeschaffenheit sowohl wie die innere an verschiedenen Stellen verschieden, und es können einzelne Stellen einer und derselben Oertlichkeit in Niederungen und nahe am Wasserspiegel, andere nicht weit von diesen entfernte aber so hoch liegen, daß, wenn kein Brunnen in deren Nähe ist, das Ergründen von günstigen Lagern für die Elektroden nicht bloß wegen der hiezu nöthigen Zeit nicht ausgeführt werden kann, sondern sogar zu den Unmöglichkeiten für jene Verhältnisse gehören müßte, unter welchen allein nur die Anlegung und Benützung absolut beweglicher Militär-Telegraphen denkbar ist. So gibt es z.B. in der Nähe von München manche Punkte, von welchen an dem einen die Brunnen in einer Tiefe von fast 100 Fuß, an dem andern die Brunnen in 30 Fuß, und wieder andere, wo dieselben in noch geringerer Tiefe angetroffen werden; daß aber solche Abwechselungen in anderen Gegenden in ähnlicher oder gar in noch grellerer Weise vorkommen könnten, bedarf keiner weiteren Erwähnung. Die im Geniedienste sowohl, wie im Ingenieurfache aus der Praxis gewonnenen Erfahrungen geben immer die Mittel an die Hand, um über diese Punkte entscheiden zu können, um zu erfahren, ob ein Eingraben oder Vorwärtskommen mit dem Erdbohrer oder nur durch Anwendung anderer Mittel zulässig, welche Zeit hiezu erforderlich ist, um unter gegebenen Bedingungen eine gewisse Tiefe zu erreichen etc. Diese Erfahrungen werden aber auch überall, und selbst wenn sie nur eine geringe Näherung liefern würden, ausreichen, um über den fraglichen Punkt entscheiden und angeben zu können, ob unter Anwendung der zu Gebote stehenden Mittel die nothwendigen und günstigsten Lager für die Erdelektroden erworben werden können. Sind nun die Umstände so günstig, um die Erde als Schließungsleiter der beweglichen Telegraphenkette nehmen zu dürfen, so ist es für diesen Zweck nicht nöthig, die metallischen Enden der Leitungskette mit Kupfer- oder Zinkplatten zu versehen. Steht die Benützung eines Brunnens zu Gebote, so wird man nur die Drahtenden mit einem Körper von nicht zu unbedeutendem Gewichte, der zum Ueberfluß noch an seiner Oberfläche leitend gemacht werden kann, fest verbinden, und jenen Körper in das Wasser versenken. In allen andern Fällen reicht es aus, wenn nur die Drahtenden der Leilungskette metallisch mit einem eisernen Stößer etc., oder selbst nur mit dem zum Ausgraben der Oeffnung angewendeten Erdbohrer leitend verbunden werden. Befindet sich die Elektrode nicht in Wasser, sondern nur in feuchtem Boden, so ist für einen beständigen künstlichen Wasserzufluß zu dieser Stelle zu sorgen, wenn die Leitungsgüte der Kette nicht nach und nach mangelhaft werden soll. Dieß sind also die Umstände, welche im Allgemeinen zu beachten seyn dürften, wenn man versichert seyn kann, daß die Erdelektroden je zweier zusammengehöriger Stationen durch feuchtes Erdreich oder durch Wassermassen verbunden sind. Sind aber diese Umstände nicht vorhanden, oder besitzt nur eine der Stationen eine solche günstige Lage, die andere aber nicht, oder ist durch andere Verhältnisse die Erfüllung obiger Bedingungen nicht begünstiget, so kann man weder durch Benützung von noch so großen Metallplatten als Erdelektroden, noch durch Anwendung anderer Localmittel dem eingeschalteten Erdboden diejenige Leitungsfähigkeit beibringen, die er nothwendig hat, um den Uebergang der Elektricität von einer Elektrode zur anderen in solcher Menge zu gestatten, daß deutliche Zeichen selbst der empfindlichsten bis jetzt bei Telegraphen-Apparaten angewendeten Indicatoren möglich gemacht werden können. In solchen Fällen muß daher auf die Einschaltung der Erde verzichtet und ein Doppeldraht angewendet werden (ob diese Fälle vielleicht bei Anwendung von beweglichen Militärtelegraphen die häufigsten seyn könnten oder nicht, mag durch das Urtheil der Militär-Ingenieure entschieden werden), und man wird als Schließungsleiter einer solchen militärischen Telegraphenkette nur Drahtseile von der nothwendigen Dicke, ähnlich wie sie im Großen für submarine Leitungen verwendet werden, benützen, deren Einzeldrähte im Innern gut gegen einander isolirt, und die an ihrer Oberfläche mit einem Gutta-percha-Ueberzuge umpreßt sind, dieselben theilweise (nach dem Vorgange der englischen Ingenieure) in die Erde durch ein leicht anzuwendendes Mittel oberflächlich eingraben, theilweise aber, wo es nöthig ist, über Stützen von passender Höhe gehen lassen, und an jedem Ende der Leitung die Verbindung des Doppeldrahtes mit den Apparaten etc. in zweckmäßiger Weise vornehmen. 7. Da die Umstände es jetzt nicht gestatten, auf andere Erscheinungen, die mit den bis jetzt behandelten Gegenständen zusammenhängen, und die mir zu eigenen Untersuchungen Veranlassung gaben, einzugehen, so bringe ich vor dem Schlusse dieser Arbeit in gedrängter Kürze und ohne nähere gründliche Erörterungen einige Beobachtungen zur Sprache, denen theilweise schon seit längerer Zeit gründliche Aufmerksamkeit geschenkt wurde,Steinheil. Ueber Telegraphie, insbesondere durch galvanische Kräfte. München 1838, S. 17. Dann in der Abhandl.: Beschreib. und Vergleich. der galv. Telegraphen Deutschlands. Abh. der II. Cl. d. k. Akad. der Wissensch. V. Bd. III.Jacobi. Ueber die Polarisation der Leitungsdrähte. Bullet de la classe phys. math. etc. de l'Academie des Sc. de St. Pétersbourg. VII. 1.Barlow. Elektr. Ströme in Telegraphen-Leitungen. Berliner Berichte, III. 555, IV. 412.Baumgartner. Ueber die Wirk. der nat. Elektr. auf elektrom. Telegraphen. Sitzungsber. der math. naturw. Classe der Wiener Akad. etc. J. 270. die theilweise aber mir neu zu seyn scheinen. a. Bekanntlich kann man an einer jeden Telegraphenleitung, in welcher die ganze Leitungskette mittelst eines Galvanometers ohne Anwendung einer Volta'schen Stromquelle geschlossen wird, beständig einen größeren oder geringeren Ausschlag der Galvanometernadel wahrnehmen. Hieraus geht also hervor, daß die ganze Leitungskette, auch wenn keine Stromquelle eingeschaltet ist, sich beständig in jenem Zustande befindet, in welchem sie magnetische Wirkungen, jedoch im Allgemeinen nur durch Ablenkungen der Nadel eines empfindlichen Multiplicators, ausüben kann. Da der eine Theil der Leitungskette über der Erde sich befindet, und aus einem ausgespannten Kupfer- oder verzinktem Eisendrahte von bedeutender Ausdehnung besteht, während die andere Hälfte derselben die Erde selbst ist, so können nicht bloß an den in verschiedenen Entfernungen von einander befindlichen Stellen des metallenen Theiles des Leiters bedeutende Temperatur-Unterschiede stattfinden, sondern es werden auch an denjenigen Punkten, an welchen die Verbindung zwischen Erde und den Enden der Kette sich befinden, die Temperaturen bedeutend verschieden seyn. Nun kann aber jede Temperatur-Verschiedenheit an verschiedenen Theilen des Schließungsleiters für sich schon elektrische Ströme erzeugen, um so mehr werden daher die Veranlassungen zur Entstehung von Strömen in dem vorliegenden Falle vorhanden seyn, als die Kette aus so völlig ungleichartigen Leitern von so bedeutender Ausdehnung zusammengesetzt ist, wie dieß bei jeder Telegraphen-Leitung stattfindet, und die Stärke dieser Ströme wird daher nicht bloß wechseln müssen, sondern kann je nach den Umständen zuweilen bedeutend groß, zu andern Zeiten aber auch wieder sehr gering ausfallen. Man hat daher mit Recht als Hauptquelle dieser sogenannten tellurischen Ströme die verschiedenartige Erwärmung der einzelnen Stellen der Leitungskette, und diese Ströme selbst als sogenannte thermo-elektrische betrachtet. – Wenn nun auch die Wärme als Hauptquelle dieser Ströme betrachtet werden muß, so ist es doch noch nicht bestimmt ausgemacht, daß diese auch die einzige Quelle der letzteren, oder ob die Ursache dieser Ströme nicht zusammengesetzterer Natur ist. Ich bin der nachstehenden Beobachtungen halber geneigt, mich der letzteren Meinung zu bekennen. Die Erdstrecken, die ich untersuchte, und von denen in den Art. 1 und 5 ausführlich die Rede war, sind bekanntlich von zweierlei Längen gewesen. Die eine zu 75' Länge war vom 20. December Mittags bis zum 30. December Nachmittags 2, die andere zu 120' Länge aber war vom 30. December 3 Nachmittags bis zum 4. Januar Morgens 11 eingeschaltet, und von den zum Schließen der Kette verwendeten Drähten war der eine auf dem Boden liegende in Gutta-percha-Röhren eingehüllt, der andere weit kürzere als jener, war theilweise in der Luft ausgespannt. Vom 20. bis zum 22. December konnte ich bei eingeschaltetem Galvanometer und mit Ausschaltung der Volta'schen Batterie von einem Erdstrome nichts bemerken; erst vom 27. December an (wo die Bodenfeuchtigkeit schon bedeutend zugenommen hatte) und dann an allen folgenden Tagen nahm ich einen zwar veränderlichen, aber immer nicht unbedeutenden Ausschlag der Galvanometernadel wahr, wenn ich bloß die Kette mittelst des Multiplicators schloß. So waren die Ablenkungen der Galvanometer-Nadel am 29. December im Mittel:  „  30.         „        „       „ 17°, Maximum: 38°,       „ 23°,0, Minimum:45°,0,        „ 10°,030°,0  für die 75'    langeErdstrecke.   „  30.         „        „       „  „  31.         „        „       „ 35°,       „13°,       „ 50°            „ – 13°,0   – für die 120'    lange  Strecke. Es scheint zwar dieser Strom nie eine besondere Stärke bei den von mir an den eingeschalteten Erdstrecken gemachten Beobachtungen angenommen zu haben; aber es ist immerhin bemerkenswerth, daß dennoch bei Einschaltung der ganzen Drahtlänge des Rheostaten (dessen reducirte Länge – 29410 Widerstands-Einheiten oben gefunden wurde) der Ausschlag nicht um einen ganzen Grad, unter Einschaltung der oben erwähnten Widerstandsrolle (von 132817' reducirter Länge) die Angaben des Galvanometers nur etwa um 1°,5 vermindert wurden, und daß ferner dieser Strom nie seine Richtung wechselte. Um zu sehen, welchen Einfluß ungleiche Erwärmungen verschiedener Stellen der Leitungskette auf seine Größe im Allgemeinen haben können, wurden zuerst an einzelnen Stellen der einen Hälfte der metallenen Leitungskette, und hierauf an neben einander liegenden Stellen der anderen Hälfte des Drahtes mittelst Weingeiststammen örtliche Erhitzungen vorgenommen: es wurde aber in beiden Fällen der Ausschlag des Galvanometers (um Unbedeutendes) vermindert. – Wurde aber in die erste Oeffnung heißes Wasser (beiläufig vierzig Maaß mit einer Temperatur von 65–70° R.) geschüttet, während der Feuchtigkeitszustand der anderen Elektrode ungeändert blieb, so ging der Ausschlag des Galvanometers von 33°,5 auf 38°, wurde hingegen die zweite Elektrode in derselben Weise behandelt, so ging die Nadel von 38° auf 34° zurück. Hieraus geht also hervor, daß jener Erdstrom von der ungleichartigen Erwärmung der Leitungsdrähte selbst gar nicht abzuhängen scheint, daß er dieselbe Richtung hat, wie ein Thermostrom, der entsteht, wenn man die eine (südwestliche Elektrode) erhitzt, und die andere abkühlt. Obgleich kein augenscheinlich wahrnehmbarer Grund der ungleichen Erwärmung der beiden Erd-Elektroden vorhanden war, so möchte doch, vielleicht der ungleichen Bodenwärme beider Stellen wegen, ein Theil der Entstehungsursache jenes Stromes hierin zu suchen seyn; daß aber dieser Theil nicht der größere war, geht aus jenen Versuchen und noch daraus hervor, daß die Stärke des Erdstromes insbesondere abnahm, wenn die in den Oeffnungen befindliche Wassermenge nach und nach versickert war. Dieser Erdstrom scheint daher von tiefer liegenden Stellen auszugehen, und möchte wohl zum größten Theile in der Ungleichartigkeit der Leitungskette selbst (Kupferdraht, Erde, Feuchtigkeit etc.) seinen Entstehungsgrund haben, obgleich die Elektroden entweder beide in Zinkplatten oder beide in Eisenstangen bestanden, also unter sich gleichartig waren. Meine Beobachtungen veranlassen mich zu der Behauptung, daß der Erdstrom, mag seine Entstehungsweise irgend welche seyn, unter wechselnden Umständen, wie sie bei Telegraphen-Leitungen nicht selten vorkommen können, nicht bloß immer an Intensität variirt, sondern auch in manchen Fällen einen solch hohen Stärkegrad erreichen kann, um Erscheinungen hervorzubringen, die man sonst anderen Ursachen zuschreibt; während zuweilen die Stärke dieses Stromes auch verschwindend klein werden kann. b) Außer dem hier erwähnten Erdstrome verdient noch eine andere Erscheinung, die ich zu beobachten Gelegenheit hatte, besondere Erwähnung. Ich bemerkte nämlich bei allen meinen Versuchen, die ich mit zusammengesetzten und einfachen Ketten vornahm, daß wenn der Strom kürzere oder längere Zeit durch die aus Kupferdraht von größerer oder geringerer Länge gebildete Kette und gleichzeitig durch einen Commutator und ein auf gewöhnliche Weise eingeschaltetes Galvanometer ging, die Nadel des letzteren nie den ursprünglichen Stand wieder annahm, wenn die Stromquelle ausgeschaltet wurde und dabei die Draht-Leitung geschlossen blieb, während die Nadel ihren ersten Stand wieder annahm, wenn entweder die ganze Drahtkette geöffnet, oder mit Ausschließung der letzteren die Galvanometer-Drahtenden nur unter sich in metallische Berührung kamen. Es geht also durch einen jeden Draht, der längere oder kürzere Zeit als Schließungsleiter einer Volta'schen Stromquelle diente, auch nach dem Aufhören der Einwirkung der letzteren ein elektrischer Strom. Von diesem Strome, dessen nähere Untersuchung nicht hieher gehört, zeigte sich, daß seine Intensität eine Function der Dauer und der Stärke des primären Stromes ist, seine Bewegung immer im entgegengesetzten Sinne von letzterem erfolgt, daß seine Dauer ebenfalls von jenen Umständen abhängig zu seyn scheint und im Allgemeinen nicht groß ist (bei den von mir angestellten Beobachtungen dauerten diese Gegenströme zwischen 3 und 15 Minuten), daß ferner derselbe bis zum Verschwinden gebracht werden konnte, wenn man in die Drahtkette ein kürzeres Stück Kupferdraht von sehr geringem Leitungswiderstande, das vorher nicht für die Kette benützt wurde, einschaltete; daß aber derselbe sogleich sich wieder kund gab, wenn dieser fremdartige Draht aus der Kette genommen, und letztere wie früher geschlossen wurde. Endlich zeigte sich, daß dieser Strom abnahm, wenn man irgend eine Stelle des einen oder des andern Polardrahtes stärker oder minder stark erhitzte, und daß er überhaupt durch Erwärmen des Drahtes, gleichviel an welcher Stelle des letzteren, bleibend vernichtet werden konnte. Aus diesen kurzen Andeutungen geht also hervor, daß dieser Strom im Allgemeinen von geringer Stärke zu seyn scheint, daß er zwar nicht thermischen Ursprunges, seine Entstehungsursache aber eine complicirte seyn mag. Es folgt aber hieraus auch weiter, daß der Volta'sche Strom selbst den Schließungsleiter in einen eigenthümlichen, von seinem ursprünglichen, vor dem Durchgange des primären Stromes ganz verschiedenen Zustand zu versetzen strebt, daß beim Aufhören dieses Stromes der frühere moleculare Gleichgewichtszustand wieder in dem Schließungsdrahte sich herzustellen sucht, daß aber hiezu eine gewisse und meßbare Zeit gehört, daß endlich die Vorgänge selbst, unter welchen diese Herstellung des Gleichgewichtszustandes erfolgt, in der geschlossenen Drahtkette ähnliche Erscheinungen hervorbringen können, wie der Volta'sche Strom selbst. c) Es wird endlich noch bemerkt, daß die oben (S. 17 u. 20) aufgeführten Beobachtungsresultate, so wie anderweitige vorgenommene Untersuchungen zu der Vermuthung berechtigen, daß wenn der Schließungsleiter einer Volta'schen Kette aus Leitern von verschiedener Aggregationsform zusammengesetzt ist, die Leitungsfähigkeit der metallischen festen Leiter scheinbar zunimmt, daß aber jedenfalls die Rolle, welche ein fester Körper als Leiter hiebei einnimmt, nicht unwichtige Modificationen erfährt. Es könnenkönnten diese Gegenstände hier keiner weiteren Erörterung unterzogen werden; es wird deßhalb nur zu bemerken unternommen, daß die Vorgänge in einer Volta'schen Kette um so zusammengesetzter zu werden scheinen, je ungleichartiger an Beschaffenheit die Schließungsleiter der Kette unter sich genommen werden, daß selbst bei vollkommen prismatischen, aber ungleichartigen Leitern die Bedingungen der Verbreitung der Volta'schen Ströme von einem Leiter auf die Verbindungsstelle eines nächsten etc. nicht bloß von den bekannten Leitungswiderständen der Größe der Querschnitte etc., sondern noch von anderen Umständen abhängig gemacht werden dürften, welche durch die elektrischen Polarisations-Erscheinungen kaum ersetzt werden können; endlich daß die so mächtige Quelle der Volta'schen Elektricität, welche bei der Zusammenwirkung von ungleichartigen Leitern auftritt, selbst wieder die ergiebigste unter allen Ursachen ist, welche die so bedeutende und bekanntlich fortwährend andauernde Veränderlichkeit der Volta'schen Ketten hervorbringt. Allgemeine Resultate der vorstehenden Betrachtungen. 1. Unter gewöhnlichen und oben schon bezeichneten normalen Umständen und für Temperaturen zwischen 9° R. und 12° R. ist der für Volta'sche Ströme sich darbietende specifische Leitungswiderstand des für die vorliegenden Untersuchungen benützten Neusilberdrahtes im Mittel gleich 11,32, der des Eisendrahtes, wie er für diese Gelegenheit angewendet wurde, gleich 5,64, wenn ich den specifischen Leitungswiderstand des oben erwähnten Normal-Kupferdrahtes gleich 1 annehme. 2. Wenn feste und flüssige Leiter gleichzeitig zum Schließen einer Volta'schen Kette benützt werden, so treten scheinbare Modificationen in dem Leitungswiderstande der metallischen Leiter ein, die aber, wie oben erwähnt, in andern Vorgängen zu suchen sind. 3. Der Leitungswiderstand einer aus unter sich gleichen Paaren zusammengesetzten Volta'schen Batterie ist geringer, als die Summe der Widerstände der einzelnen Elemente, aus denen sie zusammengesetzt ist, sich herausstellt, wenn man jedes Element für sich als eine Volta'sche Kette betrachtet und untersucht. – Ebenso nimmt der Widerstand einer längere Zeit im Gebrauche befindlichen Volta'schen Batterie in weit geringerem Maaße zu, als der eines einzelnen Elementes, wenn dieses eine selbstständige Kette bilden und keinen Bestandtheil der Batterie ausmachen würde. 4. Jeder Volta'sche Strom erzeugt nach seinem Aufhören in dem in sich zurückkehrenden Schließungsleiter einen durch eine meßbare Zeit andauernden Gegenstrom, dessen Intensität von der Stärke des primären Stromes und von der Dauer des letzteren im Allgemeinen abhängig ist. 5. Wenn man von der Leitungsfähigkeit des Erdreichs für Volta'sche Ströme überhaupt sprechen will, also wenn eine solche angenommen werden soll, so zeigt es sich, daß jene als fortwährend veränderlich betrachtet werden muß, und daß dieselbe lediglich nach der Menge der Bodenfeuchtigkeit sich richtet. Sie ist daher nur dann als unmeßbar groß anzusehen, wenn zum Uebergange der Elektricität von der einen Erdelektrode zur andern eine Wasserfläche von entsprechender und zwar von einer Ausdehnung sich darbietet, die für die vorhandenen Umstände als unbegränzt betrachtet werden kann. 6. Jedesmal wenn die Erde einen Theil einer Volta'schen Leitungskette ausmachen soll, ist es nicht ausreichend die metallischen Enden der Leitung in den Boden einzugraben und dieselben nur einmal mit Wasser zu begießen, sondern es ist auch unumgänglich nothwendig, daß die Erd-Elektroden so tief in den Boden gebracht werden und an solche Stellen zu liegen kommen, wo sie beständig mit Feuchtigkeit umgeben sind, und daß die leitende Verbindung der Elektroden durch Feuchtigkeit hergestellt ist. Die Größe der Oberflächen der Erdelektroden ist hiebei, und insbesondere bei großer Distanz derselben nicht von erheblichem Belange, wenn jene Hauptbedingungen entweder erfüllt sind, oder durch die herrschenden Umstände erfüllt werden können. München, im März 1855.