XIV. Ueber eine abgeänderte Zusammensetzung der Kupferzinkbatterie; von C. Kuhn in München. Kuhn, über eine abgeänderte Zusammensetzung der Kupferzinkbatterie. Bekanntlich ist die Wirksamkeit einer Volta'schen Combination von zwei Elementen abhängig, von welchen das eine die Intensität der stromerregenden Ursache in der geschlossenen, oder die elektroskopische Kraft in der offenen Kette ist, und mit dem Namen elektromotorische Kraft der Kette bezeichnet, das andere aber die Summe aller Hindernisse darstellt, die sich dem Strome bei seiner Entstehung und während seiner Erhaltung entgegensehen, und der Widerstand der Kette genannt wird. Alle Umstände, welche die elektromotorische Kraft einer Kette erhöhen oder erniedrigen, verändern in demselben Verhältnisse die Stärke des Stromes, welchen dieselbe zu liefern vermag, während letztere in demselben Verhältnisse ab- und zunimmt, in welchem der Widerstand größer oder kleiner wird. Diese beiden Elemente nennt man die Constanten der Kette, weil von ihnen allein nach dem bekannten Ohm'schen Gesetze die Stromstärke abhängig ist; aber streng genommen sind dieselben in keiner Kette als unveränderlich zu betrachten, indem von dem Augenblicke an, in welchem eine Kette geschlossen wird, die Stromstärke zuerst bis zu einer gewissen Gränze zunimmt, die hier angenommene Größe eine kurze Zeit behält, und hierauf wieder kleiner wird. Dieser Vorgang findet sowohl bei den inconstanten, als auch bei den sogenannten constanten Ketten statt, und es unterscheiden sich diese beiden Arten eigentlich nur darin von einander, daß der von letzteren erzeugte Strom längere Zeit andauert, während der durch die ersteren erzeugte nach kurzer Zeit seinem Aufhören sich nähert, wenn die Kette geschlossen bleibt, oder doch wenigstens auf eine sehr geringe Stärke herabsinkt. Zur Veränderung der Elemente einer Volta'schen Kette tragen mancherlei Ursachen bei, und es hat den Anschein, daß durch die meisten derselben nicht bloß das eine, sondern auch das andere Element gleichzeitig afficirt wird, und zwar so, daß die elektromotorische Kraft durch dieselben vermindert, der Widerstand aber dabei vermehrt wird. Nur einige Ursachen sind es, die mit der Natur der Hydroketten in einigem Zusammenhange stehen, und von welchen jede für sich nur auf ein Element der Kette allein einwirkt, die auch deßhalb einer genaueren Untersuchung und Berücksichtigung fähig sind, während die übrigen von Zufälligkeiten abhängen, die bald in größerem, bald in geringerem Maaße ihren Einfluß ausüben, und deren nähere Bestimmung und Berücksichtigung deßhalb bei der Construction der Ketten noch nicht in vollständiger Weise gelungen ist. Zu den Einflüssen der letzteren Art gehört z.B. bei den Volta'schen Combinationen, für welche das Zink, gleichviel ob im gewöhnlichen oder im amalgamirten Zustande, als einer der Erreger der Kette verwendet wird, die in einer geschlossenen Kette zunehmende Veränderlichkeit der elektromotorischen Eigenschaften dieses Metalles, ferner die andauernde Zunahme des Widerstandes der flüssigen Erreger, oder überhaupt die Veränderung dieser wasserförmigen Körper in Bezug auf die stromerregende Kraft etc. Diese Umstände sind es auch insbesondere, welche der Anwendung der hydroelektrischen Ketten für manche Zwecke eine gewisse Gränze festsetzen, über welche hinaus ihre Benützung bis jetzt noch nicht möglich geworden ist, während bei anderen Zwecken der Anwendung ihr Einfluß mehr oder weniger beseitiget, oder doch wenigstens theilweise unschädlich gemacht werden kann. Gerade für solche Zwecke aber ist es von nicht geringer Wichtigkeit, einer Volta'schen Combination ihre möglich größte Wirksamkeit zu verschaffen, und da in dieser Beziehung die bekannten Volta'schen Ketten noch mancher Verbesserung fähig zu seyn scheinen, so möchte jeder Beitrag, durch welchen eine derartige Verbesserung angestrebt wird, einiges Interesse darbieten. Die nachstehenden Bemerkungen enthalten zwar noch keine genauen Bestimmungen und Vergleichungen von Volta'schen Combinationen unter sich, aber die in denselben aufgestellten Behauptungen stützen sich auf eine große Anzahl von Versuchen, die ich bei der Untersuchung mehrerer der bekannten Volta'schen Ketten ausführte, und über welche ich bei einer anderen Gelegenheit Mittheilungen zu machen mir vorbehalte. Bei diesen Untersuchungen, die ihrer Beendigung noch nicht nahe sind, geht mein Trachten insbesondere dahin, alle Umstände welche die Stromkraft einer Kette zu afficiren im Stande sind, soweit als dieses mir möglich ist, näher zu verfolgen, und ihren Einfluß kennen zu lernen. Einige dieser Umstände sind es nun, die ich hier erwähnen will, deren Einfluß auf die Stromstärke einer Kette zwar schon längst durch zahlreiche Versuche festgestellt ist, die aber bisher nur wenig Beachtung bei der Zusammensetzung von Ketten gefunden haben. Es ist nämlich schon längst bekannt, daß es durchaus nicht gleichgültig ist, in welchem Verhältnisse die Größen der Oberflächen beider Erreger in einer Kette genommen werden, damit diese die günstigste Wirkung zu erzeugen vermag. So erfordert z.B. in einer Kupferzinkkette eine gegebene Kupferfläche eine bestimmte Zinkoberfläche, um die größtmöglichste Stromstärke durch diese Kette zu erhalten. Bei der gewöhnlichen Einrichtung der Volta'schen Ketten läßt sich – mit Ausnahme der Kohlenzinkketten – dieser Bedingung nur schwer genügen. Ich habe es daher versucht, die einzelnen Elemente der Kupferzinkbatterie so einzurichten, daß dieser Umstand gehörig berücksichtiget werden kann. Für jede einfache Kette benütze ich nämlich zwei bis drei Kupfercylinder, die unter sich durch die an dieselben angelötheten Kupferstreifen verbunden werden und in einander gesteckt werden können, so daß sie um etwa 3/4 Linien (bayer. Decimalmaaß) von einander abstehen, während der innerste Kupferring den porösen Thontiegel enthält. Das Zink, welches in den letzteren versetzt wird, habe ich weder in Blech-, noch in Kreuzform genommen, sondern ich benütze hiezu massive Zinkstäbchen von 2 bis 3''' Dicke, an denen Drähte angelöthet sich befinden, durch welche die Stäbchen unter sich verbunden werden, indem man diese Drähte in eine Schraubenklemme steckt, die so eingerichtet ist, daß man in dieselbe eine beliebige Anzahl von Drähten, wenn diese nicht zu dick sind, einklemmen kann. Mit dieser Kette erreicht man nun den Vortheil, die Oberflächen der festen Erreger so zu wählen, daß der günstigste Erfolg nahezu erzielt werden kann. Da die genannten Zinkstäbchen sehr dünn sind, so wird man, wenn nach und nach bei einer gewählten Kupferfläche zwei, drei, vier etc. Zinkcylinder in den Thontiegel eingesetzt werden, durch eine geringe Anzahl von Versuchen finden, welches die passende Zusammensetzung der Kette ist. Man wird sich hiebei zugleich überzeugen können, daß nicht bei der größtmöglichen Zinkfläche, die mit einer vorhandenen Kupferfläche vereinigt wird, die Stromstärke am günstigsten ausfällt, sondern diese bei einer bestimmten Größe der Zinkfläche am größten ausfallen muß. Wenn man für eine Kupferzinkkette auf diese Weise das richtige Verhältniß der Oberflächen gewählt hat, so kann die Stromstärke um 0,2 bis 0,3 hierdurch größer werden, als diejenige beträgt, welche durch eine gewöhnliche Zinkkupferkette unter sonst gleichen Umständen erzeugt werden kann. Schon diese einfache Umänderung der Kupferzinkfette, die übrigens leicht bei jeder anderen Volta'schen Combination ebenso ausgeführt werden kann, macht es möglich ein Daniell'sches Element in seiner Wirksamkeit so zu erhöhen, daß es der Wirkung eines Kohlenzinkelementes sehr nahe gerückt wird, ohne dabei die Uebelstände zu besitzen, die den Kohlenzinkketten unter allen Umständen anhängen, und das außerdem noch den Vortheil bietet, daß es unter sonst gleichen Umständen mit geringeren Kosten hergestellt werden kann, als ein Element, in welchem die Kohle als einer der festen Erreger benützt wird. Ein anderer Umstand, den ich hier in Erwähnung bringe, und der auf die Stromstärke keinen unbedeutenden Einfluß ausübt, ist die Berücksichtigung der Temperatur bei der Anregung des Stromes, sowie während seiner Erhaltung. Setzt man nämlich eine Kette in Thätigkeit, ohne auf die gehörige Erwärmung derselben Rücksicht zu nehmen, so erhält man immer nur einen Theil der Stromstärke, welchen dieselbe zu erzeugen vermag. Erhöht man aber die Temperatur derselben so weit, daß diese eine gewisse Gränze nicht überschreitet, so ist man hierdurch im Stande, die Kette auf ihre volle Wirksamkeit zu bringen, wenn bei ihrer Zusammensetzung alle auf die Stromstärke einwirkenden Umstände gehörig berücksichtigt sind. Es scheint nicht, daß der Erwärmungsgrad für alle Volta'schen Combinationen hiebei derselbe seyn darf; es möchte vielmehr aus den Versuchen hervorgehen, daß jede Kette einer Erwärmung bis zu einer bestimmten Temperatur bedarf, um den möglich stärksten Strom erzeugen zu können. Soll aber bei irgend einer Volta'schen Kette die Erwärmung einen günstigen Erfolg haben, so ist es unumgänglich nothwendig, daß dieselbe in dem gehörigen Zustande und von solcher Anordnung ist, daß alle auf dieselbe einwirkenden Zufälligkeiten möglichst beseitiget sind. Ohne daß diese Bedingung in gehöriger Weise erfüllt ist, wird die Erwärmung der Kette von nur geringem Einflusse seyn. Die Einwirkung der Erwärmung auf die Stromstärke stellte sich bei meinen Versuchen, sowohl bei den Kupferzink-, als auch bei den Kohlenzinkketten ganz entschieden heraus. Bei diesen Versuchen, die ich schon vor einem Jahre vornahm, und die in der letzten Zeit durch viele Reihen vermehrt wurden, versetzte ich die zu untersuchende Kette zuerst in Wasser von der gewöhnlichen Zimmer-Temperatur, 10 bis 15° R., und untersuchte die Stromstärke derselben. Hierauf wurde die Kette in erwärmtes Wasser versetzt, dessen Temperatur dabei noch weiter erhöht oder vermindert wurde, und der Einfluß der Erwärmung näher bestimmt und beobachtet. Diese Versuche zeigten nun im Allgemeinen, daß die Erwärmung bei einer Kupferzinkkette, wenn in dieser das Kupfer durch Kupfervitriollösung angeregt wurde und das Zink in verdünnter Schwefelsäure sich befand, erfolgreicher einwirkte, als wenn die Anregungsflüssigkeit des Kupfers eine andere als die genannte war. Ebenso zeigte sich, daß hierdurch die Kohlenzinkkette in ihrer Wirksamkeit erhöht werden kann, wenn die Kette sich entweder in Schwefelsäure oder in einer Salzlösung befindet, daß aber der Grad der Erwärmung der Kohlenzinkkette nicht zu weit getrieben werden darf, wenn nicht Uebelstände hervortreten sollen, welche die erwarteten Vortheile wieder aufheben könnten. Um im Allgemeinen zu zeigen, welchen Einfluß die Erwärmung auf die Wirksamkeit einer Kette haben kann, will ich im Nachstehenden einige Versuchsresultate mittheilen, die die mittleren Angaben der Beobachtungen enthalten, welche mit zwei einfachen Kupferzinkketten und einer einfachen Kohlenzinkkette angestellt wurden. Bei der einen Kupferzinkkette wurden drei Kupfercylinder und vier Zinkstäbchen, bei der anderen drei Kupfercylinder und sieben Zinkstäbchen benützt. Die erstere wurde einmal mit Kupfervitriollösung und verdünnter Schwefelsäure von 1,07 Dichte, ein anderesmal mit Alaunlösung und verdünnter Schwefelsäure von 1,07 Dichte angeregt. Die zweite Kupferzinkkette enthielt gesättigte Kupfervitriollösung und verdünnte Schwefelsäure von 1,07 Dichte. Bei der Kohlenzinkkette wurden acht Zinkstäbchen verwendet, der Kohlencylinder hat eine Höhe von 6,6 Par. Zoll, einen innern Durchmesser von 2,4 Par. Zoll und fast 0,5 Zoll Wanddicke, und befand sich in verdünnter Schwefelsäure von 1,12 Dichte, während das Zink in dieser Kette durch dieselbe verdünnte Schwefelsäure angeregt wurde, wie die genannten zwei Kupferzinkketten. Die mittleren Resultate der Versuche mit diesen Ketten, denen ich hier nur relativen Werth beigelegt haben will, waren nun folgende: 1. Kupferzinkelement, mit Kupfervitriol und verdünnter Schwefelsäure gefüllt.   Eingeschalteter Widerstand.Sowohl über die bei der Messung der Widerstände gebrauchte Einheit, als auch über die Einrichtung der Tangentenboussole, die ich hier nur für qualitative Versuche benützte, habe ich bei einer anderen Gelegenheit (polytechn. Journal Bd. CXXXVI S. 6) die nöthigen Erörterungen gemacht.         Mittlere    Angaben derTangentenboussole.Sowohl über die bei der Messung der Widerstände gebrauchte Einheit, als auch über die Einrichtung der Tangentenboussole, die ich hier nur für qualitative Versuche benützte, habe ich bei einer anderen Gelegenheit (polytechn. Journal Bd. CXXXVI S. 6) die nöthigen Erörterungen gemacht.       Bemerkungen. 12' Normaldraht.         34°,0 Ohne Erwärmung. Temperatur der    Anregungsflüssigkeiten: 12°,0 R. 24' Normaldr.               + 2 Wind. d. Rheost.         20°,0           Ebenso. 24'       „          + 4          „         14°,8           Ebenso. 12'       „             45°,0 Erwärmung bis 48°,0 R. Dauer der Versuche: 1 Stunde 6 Min. 2. Kupferzinkelement, mit Kupfervitriollösung und verdünnter Schwefelsäure gefüllt. 12' Normaldraht.         32°,0 Ohne Erwärmung. Temperatur der    Anregungsflüssigkeiten: 14°,5 R. 24' Normaldr. + 4 Windung.           14°,9                         Ebenso. 12'       „         52°,0 Erwärmung bis zu 38°,0 R. 12'       „         46°,0 Abkühlung durch Versetzung der Kette    in kaltes Wasser. 12'       „         36°,0 Erneuerung des Kühlwassers. 12'       „         31°,8 Abkühlung bis zu 16°,0 R. Dauer der Versuche: 1 St. 10 Min. 3. Kupferzinkelement, bei welchem das Kupfer in concentrirter Alaunlösung sich befand.    Eingeschalteter Widerstand.         Mittlere    Angaben derTangentenboussole.                 Bemerkungen. 12' Normaldraht.          9°,2 Ohne Erwärmung. Temperatur der    Flüssigkeiten 16°,0 R. 24' Normaldr. + 4 Windung.            4°,5           Ebenso. 12'        „        14°,4 Erwärmung bis 38°,0 R. 24'        „         + 4 Windung.          5°,5        „            „       „ 12'        „        13°,5 Die Kette wurde in Wasser von 11°,0 R.    eingesetzt. 24'        „         + 4 Windung.          4°,3           Ebenso. 12'        „        10°,0 Das Kühlwasser erneuert. Dauer der Versuche: 1 St. 20 Min. 4. Stöhrer'sches Kohlenzinkelement, das zum erstenmale benützt wurde und bei welchem die Anregungsflüssigkeiten die oben genannten waren. 12' Normaldraht.        14°,5                 Erwärmung bis 37°,0 R. 24' Normaldr. + 4 Windung.            6°,0           Ebenso. 12'        „        13°,9 Die Kette wurde in Wasser von 11°,0 R.    versetzt. 24'        „         + 4 Windung.          5°,2           Ebenso. 12'        „        12°,0 Das Kühlwasser erneuert. 12'        „         + 4 Windung.          5°,0 Wie vorher. 12'        „          9°,0 Wiederholte Erneuerung d. Kühlwassers. Dauer der Versuche: 2 1/2 Stunden. Aus diesen Angaben läßt sich also schon im Allgemeinen der Einfluß der Erwärmung auf die Wirksamkeit einer Kette beiläufig beurtheilen. Bei den Versuchen der ersten Reihe beträgt die Zunahme der Stromstärke durch die Erwärmung beiläufig 0,5; wenn nämlich die Stromstärke jener Kette vor der Erwärmung bei einem gewissen Widerstande mit S₀, die nach der Erwärmung bei demselben eingeschalteten Widerstande mit S bezeichnet wird, so hat man (beiläufig) S₀ : S = 1,5. Bei den Versuchen der zweiten Reihe ergab sich die Zunahme der Stromstärke um mehr als das Doppelte, es ist hier nämlich beiläufig S₀ : S = 1 : 2,05. Für die bei den Versuchen der dritten Reihe angewandte Kette ergab sich S₀ : S = 1 : 1,6, und endlich erhielt man (beiläufig) für die Kohlenzinkkette aus den Angaben der vierten Reihe S₀ : S = 1 : 1,63. Diese Zunahmen sind also nicht unbedeutend, und es ist bemerkenswerth, daß wenn die Erwärmung nicht zu rasch, sondern allmählich erfolgt, und die erforderliche Temperatur hervorgebracht wird, die Kette längere Zeit constant bleibt, als dieß im kalten Zustande der Fall ist. Was nun diese Einwirkung der Temperatur auf die Wirksamkeit einer Volta'schen Kette betrifft, so muß der Grund hiefür entweder in der durch die Erwärmung der Stromerreger stattfindenden Veränderung der elektromotorischen Kraft der geschlossenen Kette, oder in der Veränderung des wesentlichen Widerstandes derselben, oder in der gleichzeitigen Abänderung dieser beiden Elemente zu suchen seyn. Es scheint, daß die letztere Erklärung für die Veränderung der Stromstärke in der erwärmten Kette angenommen werden darf, daß jedoch der wesentliche Widerstand der Kette in weit größerem Maaße durch Erwärmung abnimmt, als die elektromotorische Kraft derselben dabei zunimmt. Die aus mehrfachen Versuchen abgeleiteten Resultate, bei welchen die elektromotorische Kraft einer jeden Kette unabhängig von der Größe der Stromstärke berechnet wurde, zeigen, daß die Zunahme der elektromotorischen Kraft durch die Erwärmung der Kette nicht Null ist, daß sie jedoch im Mittel nur 1/20 betragen dürfte, während die Abnahme des Widerstandes der Kette sehr beträchtlich werden kann, wenn dieselbe in dem gehörigen Zustande sich befindet, und in diesem stets erhalten bleibt. Auf diese Principien gestützt, habe ich schon im Sommer des vorigen Jahres eine abgeänderte Einrichtung der Kupferzinkbatterie vorgenommen, welche die Berücksichtigung der in den vorstehenden Bemerkungen erörterten Umstände gestattet, und die außerdem noch manche andere Vortheile darbietet, die bei einer anderen Gelegenheit näher auseinander gesetzt werden sollen. Diese abgeänderte Kupferzinkbatterie hat im Allgemeinen folgende Einrichtung. Jedes Element besteht aus drei in einander gesteckten Kupfercylindern, von welchen der innerste den porösen Thontiegel enthält, und in diesen wird die zur Erlangung der günstigsten Wirkung erforderliche Anzahl von amalgamirten Zinkstäbchen versetzt. Die sämmtlichen Elemente werden neben einander in einen Kasten gebracht, der durch eine starke Eisenplatte in zwei Räume abgetheilt ist. In dem obern Raum befindet sich die Batterie, und es sind hiebei die einzelnen Elemente durch Fächer von einander getrennt, von welchen jedes ein mit Wasser gefülltes Cylinderglas enthält, das zur Aufnahme eines solchen Elementes bestimmt ist, und wobei die Zwischenräume innerhalb der Fächer mit Sand angefüllt sind. Der untere Raum des von allen Seiten in erforderlicher Weise geschlossenen Kastens bildet den Feuerraum, und dient zur Aufnahme einer Weingeistlampe, durch deren Flamme der Batterie die nothwendige Erwärmung beigebracht werden kann. Wenn man bei der Zusammensetzung der Batterie die einzelnen Elemente in warmes Wasser versetzt, hierauf den Kasten mit dem zugehörigen Deckel sorgfältig verschließt, und eine nur während 1/2 Stunde andauernde Erwärmung vornimmt, so nimmt die Batterie die geeignete Temperatur an, und behält diese, wenn auch die Weingeistflamme entfernt wird, durch mehrere Stunden, so daß also der Kostenbetrag wegen der Erwärmung ein nicht erheblicher seyn dürfte. Ueber die Leistungen dieser Batterie, über ihre Anwendungsfähigkeit für verschiedene Zwecke wird später Näheres mitgetheilt werden. München, im März 1857.