Deze naam omvat eene reeks van verschijnselen, die men door middel van verschillende toestellen kan te voorschijn roepen. Het eenige verschijnsel der eletriciteit, dat aan de Ouden bekend was, namelijk dat gewreven barnsteen (electron) zeer ligte ligchatnen, zooals vlierpitballetjes enz., tot zich trok, gaf aanleiding tot den naam. Zij meenden, dat dit vermogen uitsluitend eigen was aan barnsteen en noemden het alzoo barnsteenkracht (electriciteit).
Weldra echter bleek het, dat ook glas, zwavel, hars enz. dezelfde eigenschappen bezitten, doch de kennis der electriciteit maakte geene vorderingen voordat Gray in 1729 het onderscheid aanwees tusschen geleidende en niet-geleidende ligchamen. Men kwam allengs tot het besluit, dat er 2 electrische vloeistoffen bestonden — eene positieve en eene negatieve —, en dat ligchamen met dezelfde vloeistof elkander afstooten, terwijl ligchamen met verschillende vloeistoffen elkander aantrokken.
Gemakshalve is het niet kwaad van 2 zulke vloeistoffen te spreken, die zich ophoopen of ook wegstroomen kunnen, maar men diene aanstonds te beseffen, dat hier geene sprake is van iets stoffelijks. Men bestempelde voorts dan ook de electriciteit met den — wel wat tegenstrijdigen — naam van onweegbare vloeistof.
Gelijk reeds met een enkel woord gezegd is, kan men de ligchamen, met betrekking tot de electriciteit, verdeelen in geleidende en niet-geleidende. Eerstgenoemde verschaffen aan die vloeistof gereedelijk den doortogt, en tot die afdeeling behooren vooral de metalen, alsmede vochtige, dierlijke en plantaardige stoffen, het water, de aarde enz. De niet-geleidende ligchamen verzetten zich tegen de verspreiding der electrische vloeistof, evenals een dam tegen het voortstroomen van het water. Wordt hun die vloeistof medegedeeld, zoo bewaren ze die op de plek, waar zij haar hebben ontvangen. Tot deze afdeeling behooren hars, glas, lak, zwavel, wol, zijde, droog hout, ivoor, steen, was, getah-pertsja, kaoetsjoek, vernis, benzine, terpentijn-olie en andere aetherische oliën, drooge dampkringslucht, drooge gassen enz. Is een geleidend ligchaam van alle kanten door niet-geleidende ligchamen omgeven, dan moet het de ontvangen electriciteit behouden; het draagt in dien toestand den naam van geïsoleerd. Het is duidelijk, dat men een geleider isoiéren kan door hem op een plankje te plaatsen, dat op glazen pooten rust. Zulk een plankje is een isolator.
Al spoedig bleek het, dat wrijving alle ligchamen electrisch maakt. Daarbij merkt men steeds op, dat een der ligchamen (het gewrevene of het wrijvende) positief- en het andere negatief-electrisch wordt. Zijn beide geleidende ligchamen en houdt men ze bij het wrijven in de hand, dan vloeit de ontwikkelde electrische vloeistof aanstonds weg, en men ontwaart geenerlei buitengewone verschijnselen. Daarom meende men langen tijd, dat de geleiders niet vatbaar waren voor ontwikkeling van electrische vloeistof, en men noemde ze aneleetrische ligchamen, terwijl men de niet-geleiders met dien van idio-electrische (zelf-electrische) bestempelde.
Dit onderscheid is verdwenen, nadat men waargenomen heeft, dat de geleiders evenzeer door wrijving electrisch worden, wanneer ze slechts geïsoleerd zijn. Twee metalen platen worden reeds bij eene geringe wrijving electrisch, wanneer men ze niet in de hand houdt, maar ze aan glazen handvatsels bevestigd. De wijze, waarop de ligchamen geëlectriseerd worden, is zeer verschillend. In de reeks: kattenvel, gepolijst glas, wollen laken, vederen, hout, papier, zijde, schellak en matglas zijn de ligchamen zóó gerangschikt, dat elk van hen positieve electriciteit ontvangt, wanneer het met het volgende, en negatieve, wanneer het met het voorgaande gewreven wordt. Geringe omstandigheden brengen daarin echter verandering; bijvoorbeeld witte zijde, met zwarte gewreven, wordt steeds positief en deze laatste negatief. De voornaamste vertegenwoordiger der positieve electriciteit is gepolijst glas, — die der negatieve, hars; zoodat men de positieve ook wel met den naam van glas-electriciteit en de negatieve met dien van hars-electriciteit bestempelt.
Het overbrengen der electrische vloeistof van het eene ligchaam op het andere geschiedt door aanraking of verdeeling. Voor geleiders is eene geringe aanraking voldoende, om terstond de electrische vloeistof, die op den eenen geleider verdeeld was, gelijkmatig op den anderen te doen overgaan. Indien echter een niet-geleider zijne electriciteit op een anderen zal overbrengen, dan moeten de aanrakingspunten zoo talrijk mogelijk wezen.
In het artikel Bliksem, waarnaar wij verwijzen, is voorgesteld, op welke w}jze de electrische verdeeling werkt. Daaromtrent vermelden wij nog het volgende: zal er eene verdeeling plaats grijpen, dan moet zich tusschen het electrische en niet-electrische ligchaam eene isolator bevinden. Deze is gewoonlijk drooge dampkringslucht. In dit geval wordt aan de naar het electrische ligehaam toegekeerde zijde van het niet-electrisehe ligchaam electriciteit opgehoopt, — en wel van tegenovergestelden aard (ongelijknamige), dat is negatieve, zoo de electriciteit van het electrische ligehaam positief is, en omgekeerd, — terwijl aan de andere zijde van het niet-electrische ligehaam zich dezelfde (gelijknamige) electriciteit verzamelt. Dit verschijnsel brengt ons tot het besluit, dat de niet-electrische ligchamen wel degelijk electriciteit bezitten, maar in onverdeelden (neutralen) toestand.
De wijze van verdeéling is afhankelijk van de gedaante van het lichaam. Is deze langwerpig en bevindt zich één der uiteinden nabij het electrisch ligehaam, dan worden de 2 vloeistoffen aan de uiteinden veel sterker opgehoopt, dan indien het ligehaam bol vormig ware. Eindigt dit ligchaam in eene punt, dan heeft er geene ophooping plaats, omdat de electriciteit langs die punt wegvloeit, De verdeeling kan alzoo dan alleen plaats hebben, wanneer dit ligchaam een geleider en geïsoleerd is. Op niet-geleiders geschiedt geene verdeeling, omdat de electrische vloeistof zich aldaar niet naar eisch bewegen kan.
Bij niet-geïsoleerde geleiders verzamelt zich de ongelijknamige electriciteit wel aan het ééne uiteinde , waar zich het electrische ligehaam bevindt, maar men vindt er geen spoor van de gelijknamige , daar z|j van hare vrijheid gebruik maakt om zich te verspreiden. Wanneer men alzoo een geïsoleerd ligehaam met verdeelde electriciteit met den vinger aanraakt, doet men daarlangs enkel de gelijknamige electriciteit wegstroomen. Verwijdert men het electrisch ligehaam van het geïsoleerde, dan verspreidt zich de ongeFig. 1. De electriseermachine.
lpnamige electriciteit weder onbelemmerd over het geïsoleerde ligchaam. Nu kan men ook deze door aanraking verwijderen, en het ligehaam keert tot zijn gewonen toestand terug.
De kracht der verdeéling wordt, behalve door den vorm van het geïsoleerde ligchaam, nog bepaald door de sterkte der electrische lading van het electrische ligchaam, en door den afstand van dit laatste. Hoe grooter de eerste is en hoe digter de beide ligchamen zich bij elkander bevinden, des te sterker is de graad van verdeeling. Worden zij allengs digter bij elkander gebragt, dan komt de tijd, waarop de isolator (de lucht) geen kracht genoeg heeft, om de vereeniging der beide electriciteiten te verhinderen, en die evenwigtherstellende vereeniging geschiedt alsdan bij het flikkeren van eene vonk.
Hieruit blijkt, dat op denzelfden geleider eene grootere of geringere hoeveelheid electriciteit opgehoopt kan wezen, en aan den graad dier ophooping geeft men den naam van spanning. Deze wordt alleen opgemerkt aan de oppervlakte van geleidende ligchamen, hoewel ook de inwendige deelen niet uitgesloten zijn van het electrisch leven.
De toestellen, die tot ontwikkeling van wrijvings-electriciteit gebruikt worden, zijn de electriseermachine en de électrophoor. Van eerstgenoemde zien wp eene afbeelding in fig. 1. Zij bestaat hoofdzakelijk uit 2 deelen, — een om de electriciteit voort te brengen en een ander om ze te bewaren. Het voortbrengend deel is de glazen schijf -P) die zich wrijvend langs 2 aan verticale standers bevestigde kussens CC' beweegt. Deze laatste staan door keten met den gewoonlijk met middel van eene geleidende aardbodem in verband, zijn paardehaar gevuld, van leder vervaardigd en met zink-amalgama bestreken. Draait men de glazen schijf om, dan wordt daarop de neutrale vloeistof door wrijving verdeeld, en zij behoudt de positieve electriciteit, terwijl de negatieve in het kussen en vandaar langs de keten wegvloeit. Het verzamelend gedeelte van den toestel bestaat uit 2 metalen cylinders DD', wier assen onderling evenwijdig zijn en loodregt staan op het vlak der schijf. Die beiden te zamen bestempelt men met den naam van conductor. Deze is op glazen pooten geïsoleerd, en de beide cylinders zijn aan het achterste gedeelte bolvormig en door eene metalen dwars-stang verbonden, terwijl zij van voren omgebogen metalen stangen 88' dragen, voorzien van naar de glazen schijf gerigte punten, in wier onmiddellijke nabijheid die schijf zich beweegt.
Is de schijf door wrijving positief electrisch geworden, dan werkt zij verdeelend op den conductor DD'. De neutrale vloeistof in den cylinder wordt ontleed, de negatieve electriciteit naar voren getrokken, en de positieve naar de bolvormige uiteinden voortgestuwd. De negatieve ontwijkt langs de punten der stangen 88’ in den vorm van een kleinen stralenbundel en verbindt zich met de positieve electrieiteit der schijf. Daar de omwenteling voortduurt, ontwikkelt zich door de wrijving van het kussen bij voortduring positieve electriciteit; ook de verdeeling van de neutrale electrische vloeistof op den cylinder en het ontwijken der negatieve langs de punten blijft aanhouden, zoodat de positieve lading aan de oppervlakte van den conductor gestadig versterkt wordt. — Men heeft in plaats van glazen schijven ook wel glazen cylinders, doch voor ’t overige is de toestel dezelfde. De electriseermaehine is uitnemend geschikt, om groote hoeveelheden wrijvings-electriciteit te ontwikkelen. In de voorgaande eeuw vervaardigde men zeer groote machines, en onder deze bekleedde die van van Marum te Haarlem eene eerste plaats. Uit den conductor van dezen trok men vonken ter lengte van 2 tot bijna 3 Ned. el. Ook is later ontdekt, dat bij de opstijging van stoom uit eene enge buis eene verdeeling van electriciteit plaats heeft; op dit beginsel rust de electriseermachine van Armstrong.
Tot de verrassende proeven, die men met de electriseermachine doen kan, behoort het electrische klokkenspel (fig. 2). Aan den conductor bevestigt men met een metalen haak eene horizontale metalen staaf, aan wier uiteinden metalen klokken T,T door middel van metalen ketens zijn opgehangen. Eene derde klok T' hangt in het midden aan een zijden draad en staat door middel eener keten in verband met den grond. Tusschen die klokken zijn aan zijden draden 2 metalen balletjes b,bm opgehangen. Wanneer men de schijf der electriseermachine omdraait, stroomt er positieve electriciteit naar de metalen staaf en naar de 2 klokken T,T'. De middelste klok, aan beider verdeelenden invloed blootgesteld, wordt met negatieve electrieiteit geladen.
De klokken T,T' trekken de balletjes b,b' tot zich, •— deze worden hierdoor positief electrisch, alzo afgestooten, en terstond aangetrokken door de negatieve electriciteit der klok r", waarna zij met negatieve electriciteit geladen en alweder teruggestooten worden, zoodat zij aanhoudend tusschen de middelste en uiterste klokken heen en weer gaan en bij elke aanraking geluid geven. •— Voorts vertoont men den dans van electrische vlierpitballetjes (fig. 3). Men legt deze op eene metalen plaat, die met ‘ den grond verbonden is en stulpt er eene glazen klok overheen, die van boven doorboord is door eene metalen stang, zooals in de figuur is voorgesteld. Brengt men het boveneind der stang in verband met den conductor en de machine in beweging, dan verspreidt zich over den ondersten bol der stang positieve electriciteit. De vlierpitballetjes worden door den invloed daarvan aangetrokken en vallen vervolgens weder op de plaat, waarna zij hetzelfde spel hervatten. — Om eene flikkerbuis (fig. 4) te maken, bedekt men eene glazen buis AB, die aan de uiteinden met metaal voorzien is spiraalsgewijs met ruitvormige stukjes bladtin, wier punten slechts weinig van elkander verwijderd zijn. Is B met den aardbodem verbonden en brengt men A bij een geladen conductor, dan ontlaadt zich eene vonk langs de spiraal, en daar die vonken tusschen al de ruitjes overspringen, ziet men de geheele buis verlicht.
Tot het ontwikkelen van kleine hoeveelheden electriciteit bedient men zich van denelectrophoor (fig. 5). Deze bestaat uit een ronden harskoek en eene met een isolérend handvatsel voorziene metalen plaat — het deksel. Wil men hier vrije electriciteit ontwikkelen, dan wrijft men den harskoek met een kattenvel en men zet er daarna het juist aansluitend deksel op. De negatieve electriciteit van den koek werkt verdeelend op het deksel, lokt de positieve electriciteit naar de benedenzode en stuwt de negatieve naar de bovenzode. Raakt men nu het deksel van boven met den vinger aan, dan verdwijnt de negatieve electriciteit door het ligchaam in den aardbodem.
Ligt men nu het deksel bij het glazen handvatsel op, dan vindt men aldaar genoeg positieve electriciteit, om eene vrij groote vonk te geven. Deze proef kan eenigen tijd herhaald worden, zonder dat men den harskoek weder behoeft te wrijven. Hars is een zeer goede isolator, die de vochtigheid der lucht zeer weinig tot zich trekt, en de electriciteit slechts langzaam verliest. Wil men aan den koek de electriciteit lang laten behouden, dan moet men het deksel er op laten liggen en alzoo de aanraking met de lucht zooveel mogelijk zoeken te verminderen. Naar het beginsel, waarop de electrophoor berust, heeft men krachtige electriseermachines vervaardigd, zooals die van Hóltz en die van Carré.
Tot het verzamelen van electriciteit, op deze of gene wijze ontwikkeld, maakt men gebruik van condensatie-toestellen. De eenvoudigste van deze is de tafel van Franklin, ■— eene glazen plaat, die aan beide zijden met even groote platen bladtin belegd is, doch zóó, dat er een vrije rand overblijft. Verbindt men de eene bladtinplaat met den grond en de andere met den conductor eener electriseermachine, dan ontwikkelt zich op die plaat eene groote hoeveelheid electriciteit. Deze werkt door het glas heen op de andere bladtinplaat, waar zich eene dergelijke hoeveelheid negatieve electriciteit ophoopt, terwijl de positieve er wegvloeit naar den aardbodem. Men kan de lading zoo groot maken, dat de vonk zich een weg baant door het glas heen of over den rand snelt. Men kan het echter voorkomen door met een ontlader — een halvemaansgewijs gebogen metalen draad meteen isolérend handvatsel en met metalen knoppen aan de uiteinden — de beide platen met elkaar in verband te brengen. Daarlangs snelt dan de luid krakende, heldere vonk, om het evenwigt te herstellen.
De bekende Leidsche flesch (fig. 6), door Musschenbroek en Cunaeus te Leiden uitgevonden, is niets anders dan eene wijziging van deze glasplaat. Die flesch is van binnen en van buiten tot ¾de harer hoogte met bladtin bekleed of ook alleen van buiten, terwijl zij van binnen tot eene dergelijke hoogte met ijzervijlsel is gevuld. Door den droogen, welgesloten kurk loopt een dikken metaaldraad tot op den bodem, zoodat hij behoorlijk in aanraking is met den binnenwand. Het bovenste uiteinde van den draad kan naar welgevallen omgebogen worden en is van een metalen bol T voorzien. Eindelijk wordt het niet belegde buitenste gedeelte der flesch benevens de kurk met een goed schellakvernis bedekt.
De haak O is onnoodig, wanneer men de flesch op een niet geïsoleerd ligchaam — op de tafel of op den grond — plaatst. De flesch wordt geladen, wanneer men haar ophangt aan den conductor eener werkende electriseermachine en den haak C door middel van eene metalen keten met den aardbodem verbindt. De werking is dezelfde als die der tafel van Franklin. Hoe grooter de flesch is, des te sterker kan men haar laden.
Ontlaadt men ze door met de eene hand het buitenbekleedsel en met de andere den knop van den metaaldraad aan te raken, dan gevoelt men den schok door de armen en door het ligchaam, en die schok kan zoo sterk wezen, dat hij voor zwakke personen gevaarlijk wordt. Van eene kleine flesch heeft men echter geen leed te duchten. Wanneer onderscheidene personen eene keten vormen door elkanders handen vast te houden en de uiterste personen van die rij de flesch ontladen, gevoelen zij alle gelijktijdig den schok.
Door zamenvoeging van onderscheidene Leidsche flesschen ontstaat de electrische batterij (fig. 7). De flesschen zijn geplaatst in een houten bak, wiens bodem met bladtin bekleed is, zoodat zij van buiten onderling alle verbonden zijn. Men verbindt voorts de binnenbekleedsels door de knoppen door middel van metalen draden of stangen te vereenigen. Het metalen handvatsel A is voorts verbonden met den bodem van bladtin, zoodat men dezen door eene keten met de aarde kan verbinden. Op den knop van eene der flesschen plaatst men gewoonlijk een quadrant-electroscoop (B), bestaande uit een aan een stroohalm of zeer dun metaaldraadje bevestigd kurkballetje, dat zich op de wijze van een slinger bewegen kan.
Bij het laden der batterij ontvangen de staaf, waaraan het balletje bevestigd is, en dit laatste de electriciteit van het binnenste belegsel der flesschen, zoodat er eene afstooting plaats grijpt, wier kracht evenredig is aan die der lading. Het quadrant dient hierbij tot maat. Eene batterij moet men beschouwen als eene enkele Leidsche flesch, wier belegsel zoo groot is als de som der belegsels van de batterij-flesschen. Vandaar de krachtige werking van zoodanige batterij.
De werking der electrische vonk kan mechanisch, chemisch, physisch en physiologisch wezen. De mechanische ontwaart men in het schokken of verbrijzelen van voorwerpen, welke zich op den weg dier vonk bevinden. Reeds met eene matig groote batterij kan men vonken voortbrengen, die papier en glas doorboren en hout tot splinters slaan. De physische werking is vooral gelegen in eene vermeerdering der warmte. Leidt men de vonk door eene luchtdigt geslotene, met lucht gevulde ruimte, zoo kan de uitzetting van deze daardoor zoo groot worden, dat de wand van een scheurt.
Men toont dit aan door middel van den electrischen mortier (fig. 8, A). Deze is van ivoor en wordt geladen met een kogel B. Verbindt men nu de draden D en E met de bekleedsels eener Leidsche flesch, zoodat de vonk in de beslotene ruimte JE overspringt, dan wordt de kogel weggeslingerd. Door zulk eene verhooging van temperatuur kunnen zeer brandbare ligchamen, zooals hars, terpentijn-olie enz. ontstoken worden; — het doorgaan der vonk geschiedt echter in te korten tijd, om ook hout en dergelijke voorwerpen in vlam te zetten. Gaat de Fig. 8. De electrische mortier.
vonk door knalgas (een mengsel van zuurstof en waterstof), dan heeft er eene ontploffing plaats, waarbij de beide gassen zich bij het vormen van water verbinden. Hierop berust het electrisch pistool, dat op dergelijke wijze werkt als de electrische mortier, met dit onderscheid, dat de ruimte E met knalgas gevuld wordt. Voorheen had men ook wel houten of kartonnen huisjes, waarin men uit eene met bladtin bekleede wolk eene electrische vonk deed ontstaan, om de werking van den bliksem na te bootsen.
De scheikundige werking der electrische vonk is gelijk aan die der galvanische, doch minder sterk, en over deze laatste spreken wij hieronder. Het eenige eigenaardige hierbij is de vorming van ozon (zie aldaar). Omtrent de physiologische werking verwijzen wij naar het artikel Electro-therapie.
De gedaante der electrische vonk is afhankelijk van de lading, van den isolator en van de ruimte, die zijdoorloopt. Is deze — de slagwijdte — gering, dan vormt zij eene regte Iijn (fig.9), — doch is die afstand groot, dan vertoont zij 'zich in een gebroken vorm (tig. 10). Ook ontstaan er wei eens vertakkingen, waardoor eene zekere hoeveelheid electriciteit zich zijwaarts uitspreidt (fig. 11). Voorts ontwaart men de electriciteit in den vorm van een lichtbundel, wanneer men den conductor laadt, en zich in de nabijheid geen geleidend ligchaam bevindt, waarop de vonk kan overspringen. Deze laatste vertoont zich dan, zooals in dg. 12 is voorgesteld, in de gedaante van een bundel lichtstraaltjes, die zich in den dampkring verliezen. Iets dergelijks is het bekende St. Elmus-vuur, dat zich door de werking der dampkrings-electriciteit op de toppen van masten en torens, op de punten van bliksem-afleiders enz. vertoont.
Tot het voortbrengen dier verschillende werkingen is het niet altijd noodig, dat de vonk zigtbaar zij. Ook de onzigtbare electrische stroom kan dunne geleidingsdraden zoo sterk verhitten, dat zij gloeijend worden en vervolgens smelten.
Na bovenstaande opmerkingen omtrent de verdeelings- of statische-electriciteit komen wij in de tweede plaats tot de aanrakings-electriciteit, ook de dynamische en galvanische of kortheidshalve galvanismus genaamd. Deze onderscheidt zich in aard niet van de eerstvermelde, doch er bestaat verschil in de wijze, waarop zij zich verzamelen en verspreiden, en dit was oorzaak, dat men beide als verschillende zaken beschouwde. Duidelijkheidshalve nemen wij onze toevlugt tot een voorbeeld. Eene onbelemmerde rivier vervolgt op eene gelijkmatige wijze haren loop. Belet men dezen echter op eene bepaalde plaats door een stuw of dam, dan wordt de stroom daarbeneden zeer traag of welligt onmerkbaar. Ruimt men dien dam plotselijk op om dien na weinige oogenblikken te herstellen, dan spoedt zich de opgestapelde watermassa in de , gedaante eener groote golf met snelheid voorwaarts en vertoont zich met veel krachtiger werking, dan de vroeger kalm daarheen vloeijende rivier. Op die wijze kan eene beek reeds te weeg brengen, wat men enkel van een broeden stroom verwachten zou.
Men kan de dynamische electriciteit met de kalme rivier, — de statische met de opgestuwde watermassa vergelijken. De eerste stroomt zonder aanmerkelijke spanning aanhoudend door de geleiders, — de laatste is krachtig als de golf, maar kort van duur. Trouwens beide ontstaan uit verschillende bronnen.
Tegen het einde der 18de eeuw ontdekte Galvani, hoogleeraar te Bologna, dat de dijspieren van een pas gedooden kikvorsch zich zamentrokken, als hij de dijzenuwen met een metalen boog aanraakte. Hij vergeleek die beweging met den schok, door de ontlading eener Leidsche flesch veroorzaakt. Hij beschouwde de spier als een dierlijken condensator, van binnen met positieve en van buiten met negatieve electriciteit geladen, voorts de zenuw en den boog als geleiders, die het binnenste en buitenste gedeelte der spier in verbinding bragten. Die ontdekking baarde groot opzien. Natuurkundigen en physiologen herhaalden de proef en erkenden de juistheid der mededeeling van Galvani. Intusschen konden niet allen berusten in zijne verklaring. Volta, hoogleeraar in de natuurkunde te Pavia, was van een ander gevoelen en toonde aan, dat de bron der electriciteit niet gelegen was in de dij van den kikvorsch, maar in den metalen boog. Terwijl men hierover strijd voerde, ontdekte Volta eene reeks van verschijnselen, die een nieuw gebied openden voor allen, die belang stelden in de verschijnselen der electriciteit, en hp kwam tot de algemeene stelling, dat zich op de aanrakingsplaats van 2 ongelijksoortige voorwerpen eene kracht ontwikkelt, die het ééne van eene positieve en het andere van eene negatieve lading voorziet.
Men kent aan die electromotorische bracht het vermogen toe om de beide soorten van electriciteit te scheiden. Worden de hierdoor voortgebragte hoeveelheden vrije electriciteit afgeleid, dan blijft die kracht gestadig werkzaam. Wordt echter die stroom afgebroken, dan staakt ook die kracht hare werking, nadat zij de beide aanrakingsligchamen tot zekere hoogte geladen heeft. Men meene echter niet — dit zij in het voorbijgaan gezegd —, dat hier eene kracht uit niets ontstaat; immers in die aanraking is wel de aanleiding tot, maar niet de oorzaak van haar ontstaan gelegen. Deze bevindt zich in de scheikundige verandering, welke die beide ligchamen gedurende hunne aanraking ondergaan.
De ligchamen, waarmede men gewoonlijk galvanische electriciteit voortbrengt, zpn zink, koper en zwavelzuur. Indien men schijven van zink, koper en van zwavelzuur doortrokken laken, ter grootte van rijksdaalders, bij regelmatige afwisseling opstapelt, zooals in fig. 13 is aangewezen, waar de zinken schijven met Z en de koperen met C zijn aangeduid, dan heeft men eene bron van galvanische electriciteit. Hier werkt de met zwavel zuur bevochtigde lakensche schijf scheikundig op het koper en vooral op het zink, zoodat er 2 electromotorische krachten van verschillende sterkte geboren worden. Wij zien in de figuur, dat de bovenvlakken der zinken schijven en de benedenvlakken der koperen schijven in aanraking zijn met het zwavelzuur. De electromotorische kracht verdeelt er de 2 electriciteiten naar verschillende zijden, en hierbij ontvangen oxydérende ligchamen eene negatieve, en eene zuurstofverliezende positieve spanning. In het gegeven geval worden dus de beide metalen negatief-, en het zwavelzuur positief-electrisch.
Door de werking van zink en zwavelzuur wordt derhalve eene zekere hoeveelheid negatieve electriciteit naar beneden en eene dergelijke hoeveelheid positieve naar boven gedreven, I terwijl door die van koper en zwavelzuur het omgekeerde plaats grijpt. Wij ontwaren hier alzoo 2 tegenovergestelde electrische stroomen, die elkander zouden opheffen, zoo zij even sterk waren. Doch de werking van zwavelzuur op zink is krachtiger dan die van zwavelzuur op koper, zoodat zich aan het boveneinde der kolom positieve en aan het benedeneinde negatieve electriciteit verzamelt. Laat men de koperen schijven weg, dan heeft men zoowel aan de bovenals aan de benedenvlakte van het zink eene electromotorische kracht, doch die beide krachten zijn even groot en vernietigen elkaar. Het koper dient derhalve om de meerdere kracht van het zink te doen uitkomen.
Voorheen zocht men de oorzaak van het galvanismus niet in de scheikundige verandering (oxydatie) der schijven, maar in de aanraking der beide metalen door middel van een vochtigen geleider (aanrakings- of contact-theorie). Later echter kwam men tot de chemische theorie, welke wij bij onze beschouwingen volgen. Men bouwt eene kolom — die van Volta genaamd — door met zink te beginnen en met koper te eindigen (fig. 14). De negatieve electriciteit verzamelt zich dan bij de zinken pool, en de positieve bp de koperen pool der kolom. Begint men met een koper33 en zinkpaar en gaat men zoo voort, van boven met een zink- en koperpaar eindigend, dan vergadert zich positieve electriciteit aan het beneden-, en negatieve aan het boveneinde. Om niet mis te tasten bij het bepalen der rigting van den stroom, moet men onderzoeken, of de kolom van boven met eene enkele schijf of met een sehijvenpaar (van 2 metalen) eindigt. Men houde daarbij in het oog, dat de positieve stroom altijd van het zink door den vochtigen geleider heen naar het koper vloeit.
Dit vermogen der kolom is afhankelijk van de grootte en het aantal der schijven. Immers de opwekking der electriciteit heeft plaats door aanraking en zal dus te krachtiger wezen, naarmate die aanraking meer uitgebreidheid heeft. Eene zinken schijf van dubbele grootte brengt de dubbele hoeveelheid electriciteit voort. Voorts vindt de electromotorische Fig. 18. Kolom van Volta.
kracht hare maat in de spanning aan de vrije oppervlakte der aanrakende schijven. Die spanning wordt niet vermeerderd door de grootte der platen, omdat de hierdoor vermeerderde electriciteit zich over eene evenredig grootere oppervlakte moet uitbreiden. Dit wordt echter anders, wanneer een aantal schijvenparen met elkander in verband wordt gebragt. Ontwikkelt zich in de onderste combinatie van zink, zuur en koper — een élement genoemd — eene bepaalde hoeveelheid electriciteit, dan zal eene tweede combinatie eene dergelijke hoeveelheid voortbrengen. De spanning neemt dus toe tegelijk met het aantal galvanische elementen.
Daar de kolom van Volta in het gebruik vele moeijelijkheden opleverde, werd weldra een andere toestel uitgevonden, dien men met den naam van trog-apparaat bestempelde (fig. 15). Deze bestaat uit een houten bak, van binnen met een isolérend vernis bestreken en door metalen dwarsschotten in een aantal vakken verdeeld. Die dwarsschotten zijn zaamgesoldeerde koper- en zinkplaten, met de gelijknamige oppervlakten naar dezelfde zijde gekeerd. Vult men nu den trog met zwavelzuur, dan vormt ieder vak een element, en het geheel eene kolom van Volta. Aan de uiteinden van den trog vindt men de metalen platen met de geleiders EE'. — Men heeft voorts béker-apparaten of reeksen van bekers, waarin desgelijks schijvenparen in verdund zwavelzuur gedompeld zijn. Krachtig werkt de toestel van Wollaston, omdat daarin de koperen plaat zoodanig is omgebogen, dat zij het zink aan beide zijden omgeeft, terwijl zij aan een isolérend (ivoren) handvatsel zóó bevestigd zijn, dat zij elkander niet aanraken.
Zulk een paar platen wordt dan in een daartoe bestemden bak geplaatst, waarna men een aantal zulke bakken met elkander verbindt. Verlangt men groote hoeveelheden electriciteit, dan bedient men zich van den calorimotor van Bare, die uit eene enkele zeer lange koperen en eene even zoo groote zinken plaat is zamengesteld. Deze zijn spiraalsgewijs zoodanig om een houten cylinder gewonden, dat koper en zink elkander afwisselen, terwijl er tusschen die beiden genoegzame ruimte overblijft voor het zuur. Deze cylinder wordt daarna in een vat met verdund zwavelzuur gedompeld. Men heeft hier een enkel element met eene groote oppervlakte, Fig. 14, Kolom van Volta.
— dus met veel electriciteit en weinig spanning. Door verbinding van zulke calorimotors kan men echter de spanning aanmerkelijk verhoogen.
Weldra echter verflaauwt de werking van zulke toestellen, en de oorzaak hiervan is gelegen in een eigenaardig verschijnsel, dat men met den naam van galvanische polarisatie bestempelt. Door de werking van het zwavelzuur op het zink ontstaat eene scheikundige ontleding. De zuurstof van het water verbindt zich met het zink, waarbij dit laatste in zinkoxyde verandert, dat in zwavelzuur oplost, terwijl waterstof vrij wordt en in gasvorm ontwijkt. Bij de geslotene kolom wordt de zuurstof desgelijks tot oxydatie van het zink aangewend, terwijl er het water door den electrischen stroom wordt medegesleept naar de oppervlakte van het koper en hier ontsnapt. Alle gassen hebben de neiging, om op vaste ligchamen neêr te slaan, zoodat weldra eene dunne waterstof-laag jhet koper bedekt, al is die laag ook onmerkbaar voor onze zintuigen. De waterstof is, gelijk elk gas, een slechte geleider, en verhindert alzoo den loop van den electrischen stroom. Zietdaar de oorzaak dierverflaauwing.
Zelfs is de tegenstand, door de waterstof geboden, van actieven aard, dewijl bij haar eene electromotorische kracht ontstaat, die eene tegenovergestelde rigting volgt en hierdoor den oorspronkelijken (primairen) stroom aanmerkelijk verzwakt.
Om deze galvanische polarisatie te vermijden, heeft men toestellen bedacht, die den naam dragen van constante ketens, constante paren of constante elementen. Daartoe belmoren:
De Daniell'sche keten (element) (fig. 16).
Fig. 15. Trog-apparaat.
Fig. 16. Element van Daniéll.
Deze bestaat uit een glazen bak V, waarin eerst een zinken cylinder Z, daarna een poreuze leemen bak b en eindelijk een koperen cylinder C is geplaatst. In den leemen bak giet men eene oplossing van kopervitriool en er omheen verdund zwavelzuur, dat alzoo den zinken cylinder aan beide zijden omgeeft. Deze laatste is met kwik-amalgama bedekt en alzoo tegen de werking van het zuur beveiligd, totdat de polen der keten met elkaar gemeenschap hebben, lntusschen is het amalgama niet zoo dik en zoo digt, dat alle werking van het zuur op het zink ónmogelijk wordt. Neen, die werking begint aanstonds, zoodra de keten gesloten wordt. Het kwik dient alzoo om het zinkverbruik te voorkomen, zoolang de toestel in rust is.
Bij het sluiten der keten ontmoet de waterstof den poreuzen bak, wiens poriën gevuld zijn met verdund zwavelzuur en kopervitriool. Zij kan dus niet regtstreeks naar het koper snellen, om aldaar neêr te slaan, maar komt in aanraking met het kopervitriool, dat door haren invloed herleid (gereduceerd) wordt, dewijl de waterstof er in de plaats treedt van het koper, hetwelk er zich uit afscheidt (Cu O, S03 + H = HO, S03 -f Cu). Men ziet alzoo, dat tegenover elk verbindingsgewigt zuurstof, dat door het zink verbruikt wordt, een verbindingsgewigt koper vrij wordt. Daar het koper een vast ligchaam is, moest het ergens neêrslaan, en het wordt door den electrischen stroom in den vorm van een gelijkmatig bekleedsel om den koperen cylinder gelegd, zoodat deze gedurende het sluiten der ketens met nieuwe lagen wordt bedekt, waardoor hij zijn geleidend vermogen behoudt, terwijl door het binden Fig. 1l7. Element van Grove.
der waterstof het ontstaan van eene tegenovergestelde electromotorische kracht verhoed is. Zulk eene constante keten voldoet dus aan het oogmerk, om bij het minst mogelijk zink33* verbruik een onverzwakten stroom te behouden. Toch heeft hare standvastigheid bepaalde grenzen, daar de vloeistoffen niet in denzelfden staat blijven. Immers het verdund zwavelzuur wordt allengs eene oplossing van zwavelzuur zink-oxyde, en ook het kopervitriool wordt ontleed. Het is duidelijk, dat daardoor de stroom verzwakt wordt. Toch kan men die bezwaren tot zekere hoogte opheffen. Men kan namelijk het zwavelzuur door middel van een hevel en door geleidelijke toevoeging gestadig ververschen en in den poreuzen bak eene hoeveelheid gekristalliseerd kopervitriool werpen, die allengs oplost en het wegvallend koper aanvult.
De Grove'sche keten (element) (fig. 17). Deze is in het algemeen ingerigt als de voorgaande, doch in den poreuzen bak D bevindt zich geconcentreerd salpeterzuur en hierin eene platinaplaat (.P). De afgescheiden waterstof ontneemt aan het salpeterzuur een gedeelte van zijne zuurstof en vormt water onder ontwikkeling van roode dampen (salpeterig zuur). Ook nu komt derhalve op de platina-plaat geene waterstoflaag, die den stroom zou kunnen verzwakken. Deze keten is krachtiger dan de voorgaande. De electromotorische kracht van beiden is volkomen gelijk, doch salpeterzuur lost gemakFig. 18. Element van Bunsen.
kelijker op dan kopervitriool, zoodat er minder kracht verloren gaat.
De Bunserische keten (element) (tig. 18), die zich meer nog dan de voorgaande door groote kracht onderscheidt.
Deze is dezelfde als die van Grove met dit verschil, dat het platina door kool (C) in den vorm van eene plaat of een cylinder is vervangen. Die cylinder is aan het boveneinde K in koper gevat, hetwelk men door eene bedekking van lak tegen de wer king van het zuur beveiligt. Hier heeft men bij het sluiten der ketens dezelfde scheikundige werking in het zwavelzuur en salpeterzuur. In plaats van den massieven koolcylinder gebruikt men veelal een hollen, die den poreuzen bak omsluit. Dan staat het zink in de binnenste ruimte en verschaft aan het zuur de grootst mogelijke oppervlakte. Heeft deze keten soms grooter kracht dan de voorgaande, zij lijdt tevens aan aanmerkelijke bezwaren. De kool wordt geheel van salpeterzuur doortrokken en de koperen cylinder (boven aan de kool) aan de binnenzijde er door aangetast, zoodat hij van tijd tot tijd vernieuwd moet worden. De beidé laatstgemelde ketens zijn lastig wegens de ontwikkeling van salpeterig zuur, waaraan echter te gemoet gekomen wordt, wanneer men den toestel in eene houten kast plaatst, op wier bodem zich poeder van gebluschten kalk bevindt, hetwelk dat zuur absorbeert.
De Smee'sche keten (element). Bij deze vindt men geen poreuzen bak, en toch is er de galvanische polarisatie zeer gering. Zij is ongeveer ingerigt als die van Wollaston: eene zilveren plaat is aan beide zijden omgeven door eene omgebogene zinkplaat zonder dat zij elkander aanraken. Het zilver is met eene dunne platina-laag bedekt, waartoe men haar in eene kokende oplossing van platina-chloride gedompeld heeft. Ook kan men uit eene dergelijke koude oplossing het platina door den galvanischen stroom op het zilver laten neerslaan. Hierdoor wordt de plaat ruw, en het is gebleken, dat daarop de waterstof nagenoeg niet neerslaat, maar in gasvonn ontsnapt, zoodat de polarisatie niet groot kan wezen. Men heeft in dit geval geene tweede vloeistof noodig.
Men kan de ketens van dezelfde soort tot eene kolom of batterij verbinden, zooals blijkt uit fig. 19, die eene vereeniging voorstelt van 5 Bunsen’sche elementen, waar de zink-cylinders met de kool-cylinders in onderling verband zijn gebragt. De spanning neemt toe met het getal der elementen. Men kan ook al de koperen en al de zinken platen verbinden, waardoor men zonder vermeerdering van spanning eene veel grootere hoeveelheid electriciteit verkrijgt, dan door één element. Een en ander heeft geleid tot de wet van Ohm, dat de intensiteit (sterkte) van den electrischen stroom afhankelijk is van de grootte der electromotorische kracht en van den weêrstand, dien de stroom op zijn weg te overwinnen heeft. De tegenstand vermeerdert met de lengte der geleiders envermindert, wanneer de middellijn dier geleiders grooter genomen wordt. Is I de intensiteit, E de electromotorische kracht en W de weerstand, dan heeft men voor de wet van Ohm de formule 1— — Verbindt men 4 W DanielI’sche elementen, dan wordt de electromotorische kracht verviervoudigd, doch, daar de stroom 4 elementen doorloopen moet, de weêrstand desgelijks.
Vereenigt men echter al de koperen platen dier elementen en ook al de zinken, dan verkrijgt men viermaal zooveel electriciteit, terwijl de weêrstand voor elk element dezelfde blijft. Zijn dus de beide polen eener galvanische keten regtstreeks met elkander verbonden en verlangt men een sterken stroom, dan moet men zich bij de laatstgemelde wijze van verbinding bepalen. Wil men echter een aanmerkelijken tegenstand tusschen de polen — bijvoorbeeld een langen, dunnen geleider of eene vloeistof — overwinnen, dan is de eerste verbinding te verkiezen. Stel, dat de tegenstand tusschen de polen 100maal zoo groot is als die in het element: noemt men nu de electromotorisehe kracht van één element E, en de tegenstand daarin R, dan is de tegenstand tusschen de polen gelijk aan 100 R. Men heeft dus volgens de 4 _Z?
formule van Ohm I = of E 4 R + 100 R I = Verbindt men echter alle koperen 26 R platen, en alle zinken desgelijks, dan blijft de electromotorische kracht = E. Daarentegen vermindert de weêrstand tot '/» E. Men heeft . T E E dus I =—— = ..—waar100 R 100'/4 R 7» E + uit blijkt, dat de sterkte van den stroom bij de eerste verbinding ruim 4-maat zoo groot is als bij deze.
Duidelijkheidshalve zullen wij de eerste combinatie met den naam van kolom en de laatste met dien van batterij bestempelen. Later zullen wij zien voor welke oogmerken elk van deze het meest geschikt is.
De electrische stroom kan op eene zeer merkwaardige wijze werken, en op deze werkingen berusten de toestellen, die men tot het meten van den stroom gebruikt (rheometers). Zoo maakt een stroom, om een stuk week ijzer geleid, dit laatste magnétisch. Ook heeft men opgemerkt, dat eene magneetnaald van hare gewone rigting afwijkt, wanneer Fig. 20. Multiplicator.
er een electrische stroom voorbij trekt. Op die verschijnselen berusten 2 rheometers, namelijk de tangentenboussóle en de sinusboussole. Beide bestaan uit eene in een horizontaal vlak ligt beweegbare (gevoelige) magneetnaald, en uit een grooten of kleinen geleidenden ring, die de naald omgeeft en tot stroomleider dient. Snelt de stroom er doorheen, dan wijkt de naald naar de regter- of linkerhand af — naar gelang van zijn omloop. Hierdoor kan men reeds de rigting van den stroom bepalen. Doch ook de kracht van den stroom kan men er mede meten, omdat de afwijking der naald daaraan evenredig is. Om die reden plaatst men onder de naald een in graden verdeelden cirkel, waarop men het bedrag der afwijking kan waarnemen. De beide boussoles zijn voldoende bij vrij sterke stroomen, maar kunnen bij zwakke stroomen geene dienst bewijzen, daar deze niet in staat zijn, om de naald in beweging te brengen.
In dit geval gebruikt men den multiplicator van Schweigger of den galvanometer. Deze is alzoo genoemd, omdat men daarin door een dikwijls herhaald omgeven van de magneetnaald door een met zijde omsponnen (alzoo geïsoleerden) geleider de werking van den electrischen stroom op die naald vermenigvuldigt (multipliceert), — en wel even zooveel maal als het aantal windingen bedraagt. Dit werktuig is in fig. 20 voorgesteld. Het geleidend koperdraad is om een toestel van ivoor AR gewikkeld, dien men door middel van den knop E om eene verticale as kan laten draaijen. Bij deze beweging wordt eene dunne ivoren plaat D medegevoerd, waaraan 2 metalen klemschroeven CC' bevestigd zijn.
De einden van den omgewoelden draad zijn met C en C verbonden, en hieraan kan men de pooldraden van den stroom, dien men meten wil, vastmaken. Een koperen toestel H is van een haak voorzien, tot aanhechting van den draad, waaraan de magneetnaald wordt opgehangen, en die draad wijst op het middelpunt van een in graden verdeelden cirkel S, welke op den toestel AR rust. Het geheele werktuig is geplaats op 3 pooten met stelschroeven V en eene glazen klok PP' gevrijwaard voor den invloed der dampkringsbewegingen. Aan den draad zijn 2 magneetnaalden opgehangen en wel zóó, dat de noordpool van de eene zich steeds boven de zuidpool van de andere bevindt.
Waren zij even sterk magnétisch, dan zouden zij in elke rigting blijven staan, doch de eene is iets sterker magnétisch dan de andere, zoodat die dubbelnaald slechts even de kracht bezit, om eene bepaalde rigting aan te wijzen, en dus ook gemakkelijk — reeds door een zeer zwakken electrischen stroom — uit die rigting gebragt wordt. Men geeft aan dat naaldenpaar den naam van astatische magneetnaald. Zij werd door Nóbhli in den multiplicator geplaatst. De draadring omgeeft de onderste naald, terwijl de bovenste, over den cirkel zwevende, de stroomsterkte aanwijst. Eene reet is in dien cirkel aangebragt, waarin men de onderste naald kan neêrlaten. Wil men dit werktuig gebruiken, dan draait men door middel van P den ivoren toestel zoodanig, dat het nulpunt der cirkelverdeeling juist onder de bovenste naald ligt. Verbindt men nu de klemsehroe ven C C' met de polen van een electrischen stroom, dan snelt deze door de draad windingen herhaalde malen om de naald en doet deze afwijken.
De inrigting van eene andere soort van rheometers berust op de scheikundige werking van den stroom.
Leidt men namelijk dezen door eene geleidende vloeistof, bijvoorbeeld ver dund zwavelzuur of eene zout-oplossing, dan wordt deze ontleed. Met zuur gemengd water splitst zich in zijne bestanddeelen — zuurstof en waterstof, ■— en eene oplossing van zwavelzuur koper-oxyde (kopervitriool) wordt zoodanig ontleed, dat het koper zich aan de eene pool in metaaltoestand afscheidt. De kracht der ontleding hangt af van de sterkte van den stroom, zoodat men deze meten kan door de hoeveelheid van het ontledingsproduct. Een hiertoe bestemd instrument draagt den naam van Voltameter. Men heeft 2 soorten van Voltameters. Die, welke bestemd is voor met een zuur vermengd water, is afgebeeld in fig.21.
In den bodem van een glas V zijn platina-draden A en B vastgehecht, en het wordt gevuld met verdund zwavelzuur, terwijl 2 desgelijks met verdund zwavelzuur gevulde glazen C en D op die platinadraden worden gestolpt. Brengt men nu de pooldraden van een stroom in de klemschroeven PP', zoodat zij met de platina-draden verbonden zijn, dan vervolgt de stroom van A naar B zijn weg door de vloeistof, die tevens ontledende, zoodat bij A zuurstof en bij P waterstof wordt afgescheiden. Daar deze gassen niet kunnen ontsnappen, verzamelen zij zich in de buisjes C en D. Deze zijn voorzien van eene verdeeling, zoodat men ten slotte kan waarnemen, hoeveel vloeistof er ontleed werd of, met andere woorden, hoe sterk de stroom was. •— Een Voltameter met kopervitriool is op dergelijke wijze ingerigt, doch men heeft er geene buizen noodig. Men dompelt in eene geconcentreerde oplossing van kopervitriool twee kleine platina-plaatjes, waarmede de pooldraden van den electrischen stroom verbonden worden. Op die, bij welke de stroom de vloeistof verlaat, scheidt zich dan eene hoeveelheid koper af, die evenredig is aan de sterkte van den stroom. De platen worden ter bepaling van die hoeveelheid vóór en na de proef gewogen.
Eene vergelijkende beschouwing van de werking der verschillende toestellen, die tot het voortbrengen van electriciteit dienen, is voorzeker niet ongepast. Onderscheidene natuurkundigen hebben zich beijverd, de hoeveelheid electriciteit te bepalen, die tot het ontleden van eene zekere hoeveelheid water — bij voorbeeld van 9 milligrammen of één verbindingsgewigt — noodig is. Die hoeveelheid werdzoowel door de electriseermachine als door eene galvanische ketea voortgebragt, en hieruit is volgens Buff gebleken , dat voor die ontleding de volle lading vereischt wordt van eene Leidsche flesch, Fig. 21. Voltameter.
Fig. 22. Eenvoudigste inductietoestel.
die eene slagwijdte van 11 Ned. streep en eene geleidende oppervlakte van 103215 o Ned. el bezit. Volgens Becquerél en Faraday zou die oppervlakte zelfs bijna dubbel zoo groot moeten wezen, ja, volgens laatstgenoemde zou men eene middelmatige electriseermachine 4810 millioen maal moeten omdraaijen, om die hoeveelheid electriciteit te verkrijgen. Daarentegen is een enkel element van Grove of Sunsen voldoende, om die hoeveelheid water in weinige minuten te ontleden. Terwijl men voorts door middel eener electriseermachine gemakkelijk vonken kan voortbrengen ter lengte van 25 tot 30 Ned. duim, zou men volgens Gassiot althans 4000 Grove’sche elementen moeten gebruiken, om tusschen de pooldraden eene vonk van 1 Ned. streep te verwekken. Hieruit volgt, dat de wrijvingstoestellen geringe hoeveelheden electriciteit van sterke spanning, — en de galvanische toestellen groote hoeveelheden electriciteit van geringe spanning in beweging brengen.
Na de electriseermachines en galvanische apparaten komen wij tot de inductietoestellen. Inductie-electriciteit is eene zoodanige, die door een werkenden stroom in een nabijzijnden neutralen gesloten draad wordt opgewekt.
Hare verschijnselen zijn in 1831 vooral door Faraday aan het licht gebragt.
Ook magneetstaven kunnen in een nabijzijnden gesloten geleider zulk een stroom doen ontstaan. Dientengevolge onderscheidt men electrostatische inductie, Folta-inductie en magnetoinductie. Daar de eerste van ondergeschikt belang is, bepalen wp ons tot de beide laatsten, en wel in de eerste plaats tot de Volta-inductie.
AS en CD (fig. 22) zijn 2 evenwijdige draden, door eene isolérende plank gescheiden. De uiteinden van CD zijn met een galvanometer verbonden, en tusschen die van AS bevindt zich een galvanisch element V. Zoodra de stroom door AS begint te vloeijen, bemerkt men de afwijking der magneetnaald in den galvanometer G, en men ziet, dat er niet alleen een stroom loopt door CD, maar ook dat deze de tegenovergestelde rigting volgt van dien in AS. Terstond daarna keert de magneetnaald na eenige schommelingen terug in den magnétischen meridiaan en blijft er in zoolang de stroom aanhoudt. Wordt deze echter afgebroken, dan wijkt zij af naar de andere zijde, waaruit blijkt, dat alsdan in CD een inductiestroom ontstaat van dezelfde rigting als die in AS. Ook deze werkt slechts een oogenblik, zoodat de naald spoedig tot rust komt. Men noemt den stroom van AS den inductor-stroom, den eersten van CD den negatieven en den 2den den positieven inductiestroom.
Laat men de intensiteit van den stroom in AS toe- en afnemen, dan verkondigt de beweging van de naald, dat in het eerste geval een negatieve en in het tweede een positieve inductie-stroom in den tweeden draad aanwezig is. Is de stroom constant, dan blijft de naald in rust.
Men kan ook nog op eene andere wijze een inductie-stroom doen ontstaan. Men bevestige de draden AS en CD ieder op eene afzonderlijke isoleerplank en verbinde dezen laatste met den galvanometer en den eersten met den electrometer. Daarna verwijdere men plotselijk den draad AS van den draad DC en brenge dien daarna met eene snelle beweging in zijn eersten stand, steeds zorgende, dat de draden onderling evenwijdig blijven. Daarbij blijkt, dat bij de verwijdering een positieve en bij de nadering een negatieve inductiestroom in CD ontstaat. In het medegedeelde zijn de regels voor de inductie-stroomen opgesloten.
Hoewel de vorm en de ligging der draden geene verandering in die regelsteweeg brengen, is het van belang, de beide draden over een aanmerkelijken afstand zoo digt mogelijk naast elkander (natuurlijk geïsoleerd) te laten voortloopen, daar met het toenemen van den afstand de werking van den inductor-stroom afneemt. Men bedekt ieder draad derhalve met eene isolérende zelfstandigheid, om ze daarna te zamen spiraalsgewijs op te winden. Zoo verkrijgt men de inductie-spiralen, zooals er in fig. 23 twee zijn voorgesteld. Elk van deze bestaat uit een cylinder van hout of bordpapier, door een met zijde omsponnen koperdraad (A en S) omwonden, terwijl de uiteinden in verband staan met klemschroeven, dienende, om ze met den galvanometer G of met een electromotorisch element V te verbinden. In dit geval is A de inductor- en S de inductie-spiraal. Daardoor kan men krachtige inductie-stroomen opwekken, wanneer men A in S plaatst. Men heeft ook spiralen Fig. 23. Inductor- en inductie-spiraal.
met een dubbelen draad, namelijk zulke, waarin de beide draden op denzelfden cylinder zijn gewonden.
Wij moeten hierbij niet vergeten, dat de inductie-stroom alleen wordt opgewekt bp het sluiten en openen der keten van den inductor. Laat men den stroom in dezen rustig voortvloeien, dan is de inductie-draad werkeloos. Men moet den inductie-toestel derhalve zóó inrigten, dat men den stroom van den inductor onophoudelijk afbreken en herstellen kan. Hiertoe heeft men verschillende soorten van stroomverbrekers (rheotomen) vervaardigd.
Een van deze eene dikke schijf van glas, ivoor of droog hout en kan door middel van de kruk M worden omgedraaid. Langs den omtrek der schijf ligt een getande koperen band of ring. De tanden zijn even groot als hunne onderlinge tusis in fig. 24 afgebeeld. R is schenruimten. Eene veerkrachtige strook metaal r' loopt over het uitgetande, — eene andere r over het onuitgetande gedeelte van den ring. A is eene spiraal, die aan de eene zijde met de strook r', aan de andere met de negatieve pool van een galvanisch element in verband staat, terwijl de positieve pool verbonden is met r. Bij het omdraaijen der schijf wordt de keten gesloten zoo vaak de strook r' op een tand rust, en afgebroken zoo vaak die strook over de tusschenruimte glijdt. De inductiestroom doet zich dus in den gesloten geleiddraad F van de spiraal B met te sneller opvolgende schokken gevoelen, naarmate de schijf -E sneller wordt omgedraaid.
De negatieve en positieve inductiestroomen zijn niet onderling volkomen gelflk. De eerste ontstaat bij het sluiten der keten van den inductor, en deze heeft dan niet aanstonds zijne volle kracht; hfl ontvangt die geleidelijk en oefent alzoo eene geleidelijke werking op de inductie-spiraal, terwijl deze juist door die geleidelijke ontwikkeling een negatieven stroom van aanmerkelijke spanning levert. Bij de afbreking van den stroom heeft deze echter volle kracht en brengt dus op dat ondeelbaar oogenblik een krachtigen positieven stroom voort in de inductie-spiraal. Bij eene langzame werking van den inductie-toestel gaat eene hiermede verbondene galvanometernaald gestadig heen en weder, doch bij eene snelle omdraaiing van den rheotoom blijftzij in den magnétischen meridiaan, omdat zij zulk eene snelle beweging niet kan volgen.
Omtrent de magneto-inductie vermelden wij het volgende. Om deze naar eisch te begrijpen, moet men het oog vestigen op de verklaring van het maqnetismus (zie aldaar), door Ampère gegeven. Men kan namelijk eene magneetstaaf beschouwen als een geleidend ligchaam, waarin loodregt op de lengte-as electrische stroomen voortloopen. De rigting dier stroomen is zoodanig, dat zij, wanneer de zuidpool is toegekeerd, Fig. 24. Rheootoom.
van den magneet, naar ons zich met de zon — van onze linkernaar de regterhand — bewegen. Men kan dus eiken magneet vergelijken met eene electrische spiraal, waar de stroom van een galvanisch element doorheen vloeit. Daarom moet ook de magneetstaaf onder bepaalde omstandigheden dergelijke verschijnselen doen ontstaan als zulk eene spiraal. M (flg. 25) is een magneetstaaf en F de noordpool. De stroom snelt dan voorwaarts in de rigting der pijlen.
Doet men de staaf tot de spiraal B naderen, dan ontstaat er een negatieve inductiestroom,— verwijdert men haar (flg. 26), zoo komt er eene positieve. Men kan in zulk een spiraal B een stuk week ijzer leggen en deze magnétisch maken, waarna terstond een negatieve inductiestroom wordt waargenomen, terwijl die stroom zich als een positieve vertoont, zoodra men het ijzer van zijne magneetkracht berooft. Men kan aan week ijzer bij afwisseling magneetkracht geven en ontnemen, door de staaf even te laten naderen tot de pool van een magneet, en nog beter door het ijzer met een afzonderlijken draad te omwoelen, waar men een electrischen stroom doorheen leidt, daar het ijzer magnétisch blijft zoolang die stroom aanhoudt. Vandaar dat men de werking van een inductor aanmerkelijk kan verhoogen door in zijn spiraal een stuk week ijzer te plaatsen.
Om de verdeeling der electriciteit overeene inductie-spiraal duidelijk te maken, beschouwe men eene van 10 windingen (fig. 27). De Fig. 27.
stroom, voortgebragt door een gelijkmatig werkenden inductor, is aan het eene uiteinde M positief en aan het andere A negatief, maar de spanning aan de beide uiteinden is gelijk. Wij kunnen die derhalve by B =; -f10 en by A = — 10 stellen. Tusschen die beide uiteinden moet een punt zpn, waar de positieve spanning in de negatieve overgaat, — waar dus de spanning = O is. Het is nu gemakkelijk in te zien, dat de spanning naar de uiteinden allengs toeneemt, zoodat de spanning vermeerdert tegelijk met het aantal windingen.
Van de verschillende inductietoestellen noemen wij de Volta-inductietoestel, waarvan wij de deelen reeds hebben leeren kennen, namelijk eene inductie- en een i inductor-spiraal, welke laatste een stuk week ijzer omsluit, een stoomverbreker en één of meer galvanische elementen. — Veel volkomener is de toestel van Ruhmkorff. die in de figuren 28 en 29 is voorgesteld. De inductie-spiraal S heeft eene lengte van 30 en eene middellijn van 10 tot 12 Ned. duim; zp bestaat uit 25tot 30000 windingen van koperdraad met eene middellijn van 1 Ned. streep. Al dit draad is met katoen omsponnen en met schellak bedekt, terwijl de afzonderlijke lagen van het draad door schellak gescheiden zpn. De uiteinden der spiraal zpn met glas gedekt, en de draden gaan hierdoor heen en zijn bevestigd aan de klemschroeven B en C (fig. 29), die op isolérende voeten zijn geplaatst. De inductor bestaat uit een bundel dik ijzerdraad, die aan de uiteinden door platen van week ijzer gesloten is. Die bundel vormt het week ijzer, dat, magnétisch wordend, de werking vermeerdert. Het oxyde, hetwelk den bundel bedekt, is reeds voldoende om hem te isoléren. Rondom den bundel, die eene middellijn heeft van 3 Ned. duim, woelt men een koperdraad van 2 tot 21/, Ned. streep in middellijn en ter lengte van 40 Ned. el, zoodat men ongeveer 300 windingen verkrijgt, die door lak geïsoleerd worden.
Deze inductor wordt in de inductie-spiraal geschoven en is van dezen gescheiden door eene glazen buis, die buiten het glas der uiteinden van de inductie-spiraal uitsteekt, terwijl de bundel ijzerdraden nog langer is. De uiteinden der inductorspiraal gaan door 2 houten ringen, die haar van het ijzer scheiden. Het eene uiteinde is met een metalen stander D en het andere met de klemschroef F verbonden, welke laatste in verband staat met E'. Deze E' is het geel koperen stiftje van een stroomverwisselaar {FM FM') of commutator,waardoor men aan den stroom eene willekeurige rigting kan geven, als men den schroefknop ter linkerhand omdraait. In den voorgestêlden stand verbindt de stroomverwisselaar den geel koperen stander M' met de stift F’, alsook met F, voorts M met F. Deze laatste stift is door eene koperen strook verbonden met de klemschroeven I en E. Eene andere koperen strook verbindt F met een koperen standertje e (fig. 28), dat zich onder de eene eindplaat van den bundel ijzerdraad bevindt, maar deze niet bereikt.
Juist boven zijn gladgeslepen uiteinde wordt door eene veer, die aan een geel koperen stander D bevestigd is, een dergelijk maar nog kleiner stukje metaal o getorscht, dat, als de toestel rust, door de veer tegen bet standertje e wordt gedrukt. Het bovenste gedeelte van dit stukje metaal is van ijzer en zoo gevormd, dat het juist tegen het einde van den ijzerdraadbundel sluit, waarvan het echter door eene kleine ruimte gescheiden blijft. Deze kleine toestel werkt als stroomverbreker; het bovenste gedeelte noemt men den hamer, het onderste het aanbeeld. De vlakken, waarmede hamer en aanbeeld elkander kunnen aanraken, zijn met platina bedekt.
Om den toestel te doen werken, verbindt men de positieve pool van een galvanisch element met de veer R' en de negatieve met de veer £ van den stroomverwisselaar. De stroom snelt nu door R' en E, door den stander F en door den inductor en komt in D, spoedt zich door den hamer o en het aanbeeld e, die aanvankelijk op elkander liggen, naar de schroef I en keert door de strook koper, de stift E en de veer R van den commutator naar de negatieve pool van den electromotor terug.De stroom gaat dus in de spiraal van den inductor van F naar IJ.
Zoodra de stroom begint te loopen, wordt de bundel ijzerdraad magnétisch, en zijn uiteinde trekt den hamer o tot zich. Nu houdt de stroom op, het ijzer verliest zijne magneetkracht, de hamer valt weder op het aanbeeld, en de geleiding is hersteld, zoodat de stroom weder begint te loopen en dezelfde verschijnselen zich weder openbaren. En zóó bij herhaling. Daar de stroom te vaker afgebroken wordt, naarmate de hamer zich digter bij den bundel ijzerdraad bevindt, zoo kan men dien door middel der stelschroef V hooger en lager plaatsen. Zoo vaak nu de hamer op het aanbeeld valt, ontwikkelt zich in de spiraal F onder den dubbelen invloed van den oorspronkeijjken stroom en van het magnétisch ijzer een indirecte inductie-stroom, terwijl bij het oprijzen van den hamer een indirecte inductie-stroom ontstaat.
Men hoort, bij het werken van den toestel het aanhoudend getik van den hamer in de gedaante van een voortdurend geruisch, en uit de hoogte van den toon kan men het aantal stroomverbrekingen opmaken. Deze toestel heeft eene krachtige werking; bij het gebruik van 4 Bunsensche elementen is de spanning aan de uiteinden der draden groot genoeg om eene onafgebrokene reeks van levendige vonken te geven, die in de lucht op een afstand van 4 of 6 Ned. streep overspringen. Men heeft dien inductie-toestel echter door toevoeging van andere deelen aanmerkelijk verbeterd. In de eerste plaats heeft men hem van een condensator voorzien; en in de tweede plaats de inductie-spiraal in eenige afdeelingen gesplitst en hierdoor het voordeel verkregen, dat de pooldraden met hunne groote spanning aan de tegenovergestelde uiteinden van den toestel zijn gebragt, zoodat er minder gevaar bestaat, dat de electriciteiten zullen overspringen.
Wanneer men de uiteinden ƒ f der draden met elkander in verband brengt, dan bewegen zich de positieve en negatieve stroomen achter elkander door de inductie-spiraal.
Beider hoeveelheid electriciteit is dezelfde, doch als men de geleiding verbreekt en die uiteinden nabij elkander brengt, dan heeft alleen de positieve stroom kracht genoeg, om door de luchtlaag heen te dringen. De vonken, die men alsdan waarneemt, zijn afkomstig van dezen stroom.
Daar alzoo het magnetismus electrische inductie-stroomen opwekt, heeft men ook magneto-electrische inductietoestellen vervaardigd, ook wel rotatietoestéllen genaamd, dewijl hierbij eene draaijing vereischt wordt. Men ziet zulk een toestel afgebeeld in de figuren 30 en 31. Hij bestaat uit een sterken hoefijzermagneet -B, die op eene houten plaat P bevestigd is. Twee inductierollen, van binnen van een bunFig, 30. Rotatietoestel.
del ijzerdraad voorzien, zijn tegenover de polen van een magneet draaibaar om eene horizontale as A. Genoemde rollen R, H' (fig. 31) zijn twee dikke spiralen van zeer dun koperdraad. De uiteinden der ijzeren bundels zijn naar de zijde der magnéten door eene dikke koperen plaat cc onderling verbonden. In het midden van deze ziet men de schroef V, dienende om den electromagneet aan eene horizontale as A (tig. 30), die tusschen de beide armen van het hoefijzer doorgaat, te bevestigen. Door middel van het rad A en eene ketting zonder eind kan men die as snel laten omwentelen, waarbij de spiralen H,R' bij afwisseling langs de polen van den magneet JP snellen. De andere uiteinden der bundels ijzerdraad zijn door eene plaat van week ijzer ff verbonden en op het midden daarvan bevindt zich een stroomverwisselaar, die aldus is ingerigt: d is eene schijf van geel koper, verbonden aan eene as, die in de figuur door gestippelde lijnen wordt aangewezen. Zij draagt een houten ring b', eene door een houten omkleedsel van haar gescheidene metalen schijf t, en einH'
Fig. 31.
delijk een langen houten cylinder, waarop zich twee ringen g,g' bevinden, die half van metaal zijn. Deze laatste zijn van elkaar geïsoleerd. De ring g' heeft een smal metalen verlengstuk, welks breeder uiteinde a tusschen g en g' met de metalen as in geleidend verband is gebragt. De ring g heeft gemeenschap met de schijf t en bezit een dergelijk verlengstuk, hetwelk echter niet met de metalen as verbonden is. Van de spiralen H,H' is de eene regts en de andere links gewonden. Deze inrigting is oorzaak, dat bij het draaijen van den toestel in de beide spiralen inductiestroomen worden gewekt, die in beide steeds dezelfde rigting hebben en nu eens van cc naar ff, dan weder van ff naar cc snellen. De uiteinden der inductiedraden zijn aan de zijde cc vereenigd, in eene glazen buis door de metalen plaat ff gebragt en met t geleidend verbonden, terwijl t in verband staat met den half-metalen ring. De andere uiteinden zijn desgelijks vereenigd, van ff geïsoleerd, aan de metalen as vastgesoldeerd, welke (door a) met den half-metalen ring gemeenschap heeft.
Op deze wijze zijn de spiralen R,R' met hare gelijknamige polen verbonden. Wordt het rad omgedraaid, dan vormen de ringen g en g' de polen van den geheelen toestel, daar de metalen geleiding tot zoover voortgaat. Bij de eene helft der omdraaijng van het rad loopt de stroom van voren naar achteren en bij de andere helft van achteren naar voren door de rollen, zoodat g en g' bij afwisseling de positieve en negatieve polen zijn. Om den stroom in die rigtingen ook naar buiten te doen werken, is aan den toestel een houten blokje S (fig. 30) aangebragt, aan welks vóór- en bovenzjjde zich 2 metalen strooken bevinden, waarin metalen veeren x en y vastgeschroefd en met de ringen g en g' in verband gebragt kunnen worden. Het is duidelijk, dat de stroom afgebroken wordt zoo vaak bij het omdraaijen dier ringen genoemde veeren van het metaal op het hout komen, en hersteld wordt zoodra zjj weder met het metaal der ringen in aanraking zijn. Aan die strooken worden geleidingsdraden vastgemaakt, die men tot velerlei oogmerken — ook tot het ontleden van water, zooals in de figuur is voorgesteld—bezigen kan.
De inductietoestellen staan tusschen de electriseermachines en de galvanische toestellen. De eerste leveren eene kleine hoeveelheid electriciteit maar eene groote spanning, — de laatste eene groote hoeveelheid electriciteit en eene geringe spanning. De inductietoestel verbindt eenigzins de spanning van de eerste met de hoeveelheid electriciteit van de laatste, en stelt ons in staat, om met 30 of 40 galvanische elementen proeven te doen, waartoe wij eene zeer krachtige eleetriseermachine zouden noodig hebben.
Zoo komen wij tot de thermo-electriciteit of tot de warmte als vierde bron van electrische stroomen. Er zijn ligchamen, die bij eene bloote verwarming reeds electrische eigenschappen vertoonen, zooals sommige kristallen, bij voorbeeld toermalijn. Dit krijgt 2 electrische polen en polariseert alzoo onder den invloed der warmte. Ook bij gassen neemt men eene electrische spanning waar, wanneer zij met vaste ligchamen, bij voorbeeld met glas, in aanraking zijn en op eene bepaalde wijze verwarmd worden. Veel belangrijker echter zijn de electrische verschijnselen, die door verwarming van verschillende metalen of van één metaal worden voortgebragt.
De naauwkeurige proeven van Magnus hebben veel licht verspreid over de omstandigheden, bij welke in hetzelfde metaal enkel door verwarming eene electromotorische kracht zich vertoonen kan. Dit gebeurt nooit bij een dunnen of dikken metalen draad, die overal even hard is. Bestaat er echter over zijne lengte verschil van hardheid en wordt de grens dier ongelijke gedeelten verwarmd, dan ontstaat er altijd een electrische stroom. Zulk een verschil van hardheid kan men gemakkeljjk door hameren of uitgloejjen van den draad teweeg brengen. De electrische stroom snelt dan van het harde naar het weeke gedeelte, en ook wel omgekeerd.
Verrassender is de electrische beweging, wanneer men verschillende metalen aan elkander soldeert. Seebeck heeft het eerst waargenomen, dat in een boog, die uit twee metalen bestaat, een thermo-electrische stroom geboren wordt, zoodra men de beide aan elkaar gesoldeerde plaatsen op een verschillenden warmtegraad brengt. In tig. 32 is BB' een prisma van bismuth, aan welks uiteinden de 2-maal omgebogene plaat CC' is vastgesoldeerd. Men plaatst in de hierdoor omslotene ruimte eene magneetnaald en brengt dezen toestel in den magnétischen meridiaan. Verwarmt men nu de eene soldeerplaats door middel eener spirituslamp,; dan ziet men de naald aanstonds afwijken, en de stroom verkrijgt eene tegenovergestelde' rigting, wanneer men de andere soldeerplaats verwarmt. In het voorgestelde geval loopt de stroom van het bismuth naar het koper, zooals door een pijltje is aangewezen.
Men verkrjjgt dergelijke stroomen van elk tweetal metalen. Verbindt men derhalve den galvanometer met twee draden van verschillend metaal en verwarmt men de vereenigingsplek, dan zal men steeds de magneetnaald zien afwijken. De rigting van den stroom is afhankelijk van de aangewende metalen, — en ook zjjne sterkte is zeer verschillend. Door de onderzoekingen van Seébeck en Becquerel heeft men de volgende thermo-electrische spanningreeks gevonden: Bismuth, nikkel, platina, palladium, kobalt, mangaan, zilver, tin, lood, rhodium, geel koper, koper, goud, zink, jjzer, arsénicum, antimonium. Worden uit die rij 2 nevens elkander staande metalen aan elkaar gesoldeerd, dan gaat na het verwarmen der soldeerplaats de stroom van het voorgaand metaal naar het volgend, terwijl de spanning Fig. 32. Thermo-electrische proef.
in dg. 33, waar zij uit afwisselend met elkander verbondene stukken bismuth (ï) en antimonium (d) bestaat. Zooals men ziet, zijn de evene soldeerplaatsen aan de ééne zijde en de oevene aan de andere gelegen. Worden deze laatsten verwarmd en de anderen koel gehouden, dan loopt de stroom van M naar N, en door den geleidingsdraad, den galvanometer en den tweeden geleidingsdraad weder naar M. De stroom neemt eene omgekeerde rigting, wanneer men daarentegen de andere soldeerplaatsen verwarmt. Men kan zulke zaamgesoldeerde metalen gemakshalve tot een bundel vereenigen, zooals in tig. 34 is voorgesteld, waar de evene of onevene soldeerplaatsen in D, de overige in C liggen. Zulk eene kolom wordt dan in een koperen prisma geschoven, welks wanden met een schellakvernis bestreken zijn (tig. 35), — en wel zóó, dat de uiteinden D en C er een weinig uitsteken. Boven op dat koperen omkleedsel zijn 2 geïsoleerde metalen staatjes bevestigd, die gemeenschap hebben met de uiteinden der bismuth- en antimonium-kolom en deze weder in verband brengt met een galvanometer. Om de uiteinden Fig. 33. Thermo-electrische kolom.
grooter is naarmate de 2 metalen in die rp verder van elkander afstaan. De sterkste lading verkrijgt men derhalve door eene verbinding van bismuth met antimonium. Hierin heeft men dus een thermo-electrisch element, en men kan een aantal van zulke elementen tot eene kolom verbinden. Men aanschouwt haar Fig. 34. Thermo-electrische kolom.
C en D tegen den invloed der stralende warmte te beveiligen, zijn er 2 holle prisma's van koper T,T aangebragt, die men over de uiteinden der kolom kan schuiven. Die prisma’s zijn duidelijkheidshalve in de figuur wat ter zijde geschoven; zij zijn aan de uiteinden van deksels S,S' voorzien.
De thermo-electrische kolom is zeer geschikt tot meting der warmte. Wil men weten, of van een ligchaam warmte uitstraalt, dan plaatst men het tegenover een der holle prisma's S of S’ en brengt de geleidingsdraden in verband met een zeer gevoeligen galvanometer. Straalt dat ligchaam warmte uit, dan ontwaart men bij het openen van het prisma-deksel aanstonds eene afwijking der galvanometernaald. Dit werktuig is zóó gevoelig, dat men er de stralende warmte van vaste sterren, bij voorbeeld ' van Sirius, meê waargenomen heeft.
Al spoedig kwam men tot de overtuiging, dat de snelheid van den electrischen stroom verbazend groot is. Watson bedacht in 1748 een toestel, waardoor eene overspringende vonk hem na het doorloopen van een draad van 1872 Ned. el een schok moest toebrengen, en hij ontwaarde dezen tegelijk met de vonk, zoodat men na hem de overtuiging koesterde, dat die snelheid te groot was, om voor waarneming vatbaar te wezen. Wheatstone deed daaromtrent nieuwe proeven in 1834, en het gelukte hem, door middel van een vernuftig uitgedachten toestel en een langen Fig, 26, Thermo-electrische kolom met stander.
draad eenig tijdverschil tusschen het vertrek en de aankomst van den stroom op te merken. Meer afdoende proeven werden genomen, toen men over lange telegraafdraden beschikken kon. Walker en Gould maakten gebruik van de lijn tusschen Washington en St. Louis. Men plaatste aan elk station een druktelegraaf van Morse (zie Telegraphie) en deed dezen volgen een naauwkeurig uurwerk te Washington om de seconde een streepje maken. Met een volkomen gelijkgesteld uurwerk nam men te St. Louis dezelfde streepjes waar, zoodat de afbrekingen van den stroom volkomen met die te Washington overeenkwamen, zooals in tig. 36a is voorgesteld. Nu echter Fig. 30.
brak men te St. Louis den stroom af, terwijl hij te Washington gesloten was en eene gelijkmatige streep maakte. Hierdoor bekwam de overeenkomstige streep te St. Louis eene opene ruimte, overeenkomende met het tijddeeltje der seconde, gedurende hetwelk de afbreking plaats had, bij voorbeeld als in 36b. Wanneer de stroom geen tijd noodig had, om van Washington naar St. Louis te gaan, zou de streep aldaar geheel met die te St.
Louis overeenkomen. Dit was echter niet het geval,, daar de streep te Washington verdeeld was als in 36c. Hieruit blijkt, dat de streep, te Washington ontstaan, niet aanstonds te St. Louis was aangekomen. Toen dus hier de streep op een derde der lengte werd afgebroken, was die te Washington reeds voor meer dan een derde voleindigd. Uit die gegevens kon men de snelheid van den stroom berekenen.
Hoogst vernuftig zijn ook de proeven, door Fizeau en Gounelle, ter bepaling der snelheid van den electrischen stroom, tusschen Parijs en Amiens en tusschen Parijs en Rouen genomen. Elke van deze lijnen had twee draden, die alzoo te Amiens en te Rouen verbonden konden worden, zoodat de 4 vrije draadeinden uitkwamen in een vertrek van het ministérie van Binnenlandsche Zaken te Parijs. De dubbele afstand der eerstgenoemde twee steden — en dus de lengte van den draad — was 314 kilometers, — die der laatstgemelde twee 288 kilometers. Wij onderstellen dat langs de ljjn Parijs-Amiens volgens tig. 37 gewerkt wordt. Wij zien aldaar het station te Parijs, terwijl de twee draden F,F' te Amiens vereenigd zijn.
De verschillende draden zijn in A,A' en C, C verbonden aan veeren, die tegen het rad R drukken. Dit rad van ivoor heeft op den bovenrand 36 vakken, die om het andere uit ivoor en platina bestaan, zoodat het bij de rondwenteling een stoomverbreker vormt. De veeren zijn zóó gesteld, dat zij met volkomene juistheid te gelijker tijd op het ivoor en op het platina rusten. In dit laatste geval gaat de stroom uit de galvanische batterij P naar A, — voorts door het platina naar A’, langs T’ naar Amiens, van daar langs F' terug naar C", dan door het platina naar C, en van hier naar den galvanometer 6, om daarna in den grond naar de negatieve pool van P te snellen. Bij het draaijen van het rad wordt dus de geleiding telkens afgebroken, en geschiedt die omdraaijing langzaam, dan ontwaart men telkens de afwijking van den galvanometernaald.
Bij snelle omdraaijing volgen echter de stroomen zoo spoedig op elkaar, dat de naald geen tijd heeft, om na dn afwijking tot de normale rigting terug te koeren, en het zal zijn alsof een onafgebroken stroom door de draden liep. Is nu de snelheid van den stroom oneindig, dan zal het wezen alsof er geen tweetal stroomverbrekers op zeer verschillende afstanden, maar slechts één stroomverbreker voorhanden was. Immers dan zou de stroom bij C aankomen op hetzelfde oogenblik, waarop hjj A verliet, en de tijd, gedurende welke O, C met het platina in aanraking waren, zou voldoende zijn, om aan den vollen stroom toegang te verschaffen tot den galvanometer. Heeft echter de stroom een zekeren tjjd noodig om van A' tot O te komen, dan is de geheele stroom nog niet door C gegaan, als deze veer van het platina op het hout glijdt, en dat zal uit de geringere afwijking van de galvanometernaald blijken. Een gedeelte van den stroom is dus onder weg gebleven en bereikt langs O den grond. De proef heeft die redenéring bevestigd, en het viel niet zwaar, het rad zoo snel om te draaijen, dat slechts de helft van den stroom bij de afbreking der geleiding n C aldaar gepasseerd was. Men zou alzoo tot eene snelheid moeten komen, waarbij tijdens de afbreking in C de van A vertrokken stroom aldaar (in O) nog niet was aangekomen.
Zoover heeft men het echter niet gebragt. De naald komt niet op het nulpunt, maar wel op een minimum van afwijking, en daarbjj kan men onderstellen, dat de stroom voorzjjn weg zooveel tijd noodig heeft gehad als de veer met het platina in aanraking is geweest, — een tijd, dien men uit de omwentelingssnelheid van het rad met juistheid berekenen kan. Daar echter de belemmeringen, die de stroom ondervindt, zeer verschillend kunnen zijn, is de bepaling dier snelheid door de verschillende natuurkundigen zeer ongeljjk. Volgens Wheatstone bedraagt zij (langs koperdraad) 60000 geogr. mijl, — volgens Fizeau en Gounélle ongeveer 25000 geogr. mijl, en volgens Walker en Gould (langs ijzerdraad) 3500 geogr. mijl in eene seconde. Dit laatste cijfer is blijkbaar te klein. Algemeen is men van oordeel, dat de electriciteit dezelfde snelheid heeft als het licht, hetwelk 40000 geogr. mijl in eene seconde doorloopt.
Men maakt gebruik van den electrischen stroom wegens zijne mechanische, eheisische, physischeen physiologische eigenschappen. De eerste zijn van weinig belang en de physiologische bespreken wij in het artikel Electrotherapie, zoodat wij ons hier tot de chemische en physische kunnen bepalen.
Wat de scheikundige werking van den stroom betreft, vermelden wij het volgende:
Hij ontleedt de geleidende vloeistof, waar hij doorheen gaat, en de aard en hoeveelheid dezer ontleding is naauwkeurig bepaald door zijne rigting en kracht. Faraday heeft met betrek Fig. 37. Toestel tot bepaling der snelheid van den stroom.
king tot deze aangelegenheid onderscheidene kunsttermen in zwang gebragt. De oppervlakte, waar de electriciteit een ligchaam ontmoet of verlaat, noemt hij electrode, welke dus positief of negatief kan wezen. Een ligchaam, hetwelk door den electrischen stroom regtstreeks ontleed kan worden, bestempelt hij met den naam van electrolyt, — en de werking, waardoor die ontleding geschiedt, met dien van electrolyse. Andere uitdrukkingen, als minder in gebruik, laten wij onvermeld. — Water wordt, zooals wij reeds gezien hebben, in zijne bestanddeelen —• waterstof en zuurstof — ontleed, en dit gaat gemakkeljjk, wanneer het geleidend vermogen van het water door toevoeging van eenig zuur of van eenige oplosbare zelfstandigheid verhoogd is. Bij sterker concentréren der oplossing wordt, behalve het water, ook de opgeloste zelfstandigheid ontleed, en bjj volkomen concentratie deze laatste alleen. Deze kan eene binaire (uit 2 bestanddeelen bestaande) verbinding of een zout (uit 3 of meer bestanddeelen bestaande) wezen. De eerste is eene zuurstof-, chloor-, iodium-, bromium- of fluorverbinding enz., van welke het genoemde bestanddeel zich van de positieve electrode en het andere van de negatieve afscheidt.
Is dit laatste een zwaar metaal — koper, zilver, goud enz. —, dan vormt het op de oppervlakte der negatieve pool eene digte bekleeding. Het oxyde der ligte metalen, van kali tot aluinaarde enz., ondergaat in water geene ontleding, omdat bij deze de bestanddeelen te vast verbonden zijn. Men kan ze echter ontleden, wanneer men ze smelt en een electrischenstroom door de gesmoltene massa leidt. Op deze wijze verkreeg Davy de metalen der alkaliën en alkalische aarden. In water opgeloste zouten worden op dergelijke wijze ontleed als de binaire metaalverbindingen.
Ook hier scheidt het metaal zich af aan de negatieve pool, en de zuurstof aan de positieve. Bestaat de positieve pool uit een metaal, dat weinig vatbaar is voor oxydatie (zooals platina en goud), dan ontwijkt de zuurstof in den vorm van een gas, terwijl zij zich met eene pool van ijzer, zink of koper verbindt, zoodat de pool zelve allengs in de vloeistof opgelost wordt. Bestaat de positieve pool uit hetzelfde metaal, waarvan men de oplossing ontleden wil (is zij bijvoorbeeld van koper in eene oplossing van kopervitriool), dan wordt door den electrischen stroom van de positieve pool koper weggenomen, die op de negatieve neerslaat. Hierop berust de Galvanoplastiek (zie aldaar).
Ook andere scheikundige verbindingen worden door den electrischen stroom ontleed. Daarbij ontwaart men echter veelal verschijnselen van secundairen aard, omdat de afgescheidene bestanddeelen weder op de vloeistof werken, zoodat men andere bestanddeelen bekomt, dan men van eene bloote electrolyse verwachten mogt.
Groot is de kracht, welke bij zulk eene ontleding door den stroom wordt aangewend. Volgens Kohlrausch en Weber moet de kracht, benoodigd tot het ontleden van een milligram water, gelijk gesteld worden met een gewigt van bijna 3000 tolcentenaars. Men heeft er wel eens aan gedacht, om door electrolyse waterstof en in deze eene uitstekende brandstof te verkrjjgen. De bereiding is echter te duur wegens het aanmerkelijk zinkverbruik in den electromotor, zoodat het veel goedkooper is, steenkolen tot verwarming aan te wenden. Intusschen zou het eene hoogst belangrijke zaak zijn, zoo men door eene gemakkelijke ontleding van water op eene goedkoope wijze groote hoeveelheden waterstof bekomen kon. Wij hopen het van de toekomst.
Verrassend is de gelijkmatigheid der scheikundige ontbinding in alle deelen van den stroomgeleider. Zij is zoodanig, dat Faraday de wet der constante chemische werking heeft vastgesteld, die vervolgens door Daniell, Becquerel, Grove, Silbermann, Buff, Magnums en anderen bevestigd werd. Zij is opgesloten in de volgende stellingen: De scheikundige werking van den galvanischen stroom op een zamengesteld ligchaam, gemeten door de gewigtshoeveelheid van het vrij geworden electro-negatieve element, is constant, — en wanneer een galvanische stroom door eene reeks van electrolyten wordt geleid, dan volgen de ontledingen zoodanig, dat de gewigtshoeveelheden der vrij geworden electro-negatieve elementen tot elkander in dezelfde verhouding staan als de verbindingsgewigten van deze laatste. Wanneer dus dezelfde stroom door 2 metaaloplossingen gaat, bijvoorbeeld door salpeterzuur koperoxyde en salpeterzuur zilveroxyde, dan scheiden zich aan de positieve pool gelijke hoeveelheden zuurstof af in dezelfde tijdruimten. Daar salpeterzuur zilver en salpeterzuur koper in zamenstelling veel overeenkomst hebben (Ag O, NO“ en Cu O, NOs), en bij 1 verbindingsgewigt zuurstof 1 verbindingsgewigt koper en evenzooveel zilver behoort, zoo moeten de hoeveelheden koper en zilver, aan de negatieve pool afgescheiden, de verhouding bezitten hunner verbindingsgewigten.
Dit heeft plaats, want op 8 deelen zuurstof, die gescheiden worden, komen 31,7 gewigtsdeelen koper en 108 gewigtsdeelen zilver. Hiertoe is tevens noodig, dat in elk galvanisch element in denzelfden tijd 1 verbindingsgewigt zink of 32 ½ gewigtsdeelen zink opgelost worden, waartoe weder 1 verbindingsgewigt zwavelzuur (SO3, HO) of 49 gewigtsdeelen of in de elementen van Grove of Bunsen eene overeenkomstige hoeveelheid zwavelzuur vereischt wordt. Deze laatste is echter minder groot (18 gewigtsdeelen). Men kan op deze wjjze de kosten eener bewerking langs galvanischen weg gemakkelijk berekenen.
Men kan metalen ook doen neêrslaan uit hunne oplossing zonder een eigenlijken galvanischen toestel te gebruiken. Men verkrijgt het zilver uit zijne oplossing, wanneer men hierin een blank stuk koper steekt. Er ontstaat dan tusschen het koper en het opgelost zilver door middel der vloeistof van zelf eene galvanische keten, welke de vereischte scheikundige werking voortbrengt. Het koper lost op en het zilver wordt afgescheiden. Men kan echter door massief zilver geen koper afscheiden uit eene koperoplossing. Men is namelijk in staat, om de metalen in eene bepaalde volgorde te rangschikken, zoodat de voorgaande steeds de volgende uit zijne oplossing doet neêrslaan, en deze electrochemische spanningreeks, het eerst door Berzelius openbaar gemaakt, is voor de meest gewone metalen deze: zink, tin, ijzer, lood, koper, zilver, goud, platina. Men heeft hierin een middel om scheikundig-zuivere metalen te bekomen.
Tot de physische werkingen van den electrischen 'stroom behoort vooral het vóórtbrengen van warmte en licht. Elke stroom verwarmt zijn metalen geleider, doch vindt hij weinig tegenstand, dan is ook de door hem ontwikkelde warmte gering. Tegelijk met den tegenstand neemt de warmte toe. Men kan dien vermeerderen door den geleidingsdraad langer en dunner te maken, weshalve men op bepaalde plaatsen eene hoogere temperatuur kan doen ontstaan. Plaatst men tusschen 2 dikke pooldraden eener galvanische batterjj een zeer dunnen draad van een of ander metaal, zoo zal deze gloeijen, smelten, ja, in stof veranderen. Daartoe echter moet men eene groote hoeveelheid electriciteit, alzoo een groot aantal elementen beschikbaar hebben. Hiermede kan men de metalen op eene schitterende wijze en met eigenaardige kleuren doen gloeijen. Ook gebruikt men dien stroom, om buskruid in boorgaten van rotsen te ontsteken; men heeft nameljjk blikken bussen, met kruid gevuld, en voorzien van een dikken geleidingsdraad, die bij het buskruid afgebroken en door een dunnen platina-draad vervangen is.
Wanneer men de geleidingsdraden van een electrischen stroom tot elkander doet naderen, ontstaat onder bepaalde omstandigheden eene vonk, — veeleer echter bij de wrijvingsdan bij de aanrakings-electriciteit. Slechts door eene vereeniging van duizende elementen kan men eene galvanische spanning verkrjjgen, die sterk genoeg is om den weerstand der tusschen de beide draad-uiteinden gelegene dampkringslucht te overwinnen. Voorziet men echter die uiteinden van koolspitsen, zoo verkrijgt men een aanhoudenden stroom van licht, wanneer men die spitsen eerst met elkander in aanraking brengt, zoodat de geleiding gesloten is, en ze daarna voorzigtig een weinig van elkander verwijdert. Door den electrischen stroom worden dan kleine kooldeeltjes van de eene spits naar de andere voortgestuwd, zoodat zij eene geleidende brug vormen voor den achtervolgenden stroom. Die deeltjes gloeijen met een zeer sterk licht, met den naam van electrisch licht bestempeld en door Davy uitgevonden.
Die lichtboog is glansrjjker bjj de polen dan in liet midden en het glansrjjkst aan de positieve pool. Hier ontstaat weldra een groefje, waaruit blijkt, dat er kooldeeltjes worden weggesleept. Door het vergaan der koolspits aan de positieve pool wordt de afstand der beide koolspitsen allengs grooter en alzoo het licht flaauwer. Dit weet men echter te verhoeden door een vernuftig uitgedachten regulateur.
Deze bestaat daarin, dat men bij de boven elkaar geplaatste koolspitsen een electromagneet geplaatst heeft, wiens windingen doorloopen wordt van den stroom, die van de batterij naar de onderste (positieve) koolspits gaat. Deze koolspits wordt door eene veer naar boven gedrukt, doch deze tevens door een door den electromagneet aangetrokken anker werkeloos gemaakt, zoodat de koolspits op hare plaats blijft. Vermindert echter door de slijting der koolspits de stroom (wegens vermeerderden afstand der beide koolspitsen), dan werkt hij minder sterk op den electromagneet, zoodat het anker valt en de veer vrij wordt in hare werking. Zij stuwt dus de koolspits naar boven, doch bjj die toenadering herneemt op hetzelfde oogenblik de stroom zijne kracht en door dezen ook de electromagneet, die het anker optrekt en hierdoor de veer weder werkeloos maakt, totdat de afslijting der kool op nieuw het vallen van het anker en de opschuiving van deze veroorzaakt. Voorziet men den lichtboog van een parabolischen metalen spiegel, die al het licht tot een stralenbundel vereenigt, die eene bepaalde rigting volgt, dan is zijne werking verbazend groot. Geen ander kunstlicht kan zooveel licht geven. Stelt men de sterkte van het zonnelicht = 100, dan kan men met 3 rjjen Bunsen’sche elementen, elke rjj van 46 paar, na verloop van een uur aan de positieve pool eene lichtsterkte verkrijgen van 38 '/2, terwijl de sterkte van het Drummond’sche kalklicht geljjk is aan 0,685.
In den electrischen lichtboog heerscht eene aanmerkelijke warmte. Met betrekking tot deze heeft de Fransche natuurkundige Despretz op groote schaal belangrijke proeven genomen. Hij had zijn toestel zóó ingerigt, dat hij ze nemen kon in het luchtledige, in verschillende gassen bij geringe drukking, of ook bij eene spanning van onderscheidene athmosphéren. Daarenboven liet hij de zonnewarmte en eene knalglasvlam tegelijk met den electrischen lichtboog op de voorwerpen werken, die hij wilde onderzoeken. Hierdoor verkreeg hij de volgende uitkomsten: kool veranderde in daip, en elke koolsoort, ook de diamant, werd bij zulk eene hitte in graphiet herschapen.
De diamant smolt, even als de overige soorten van kool. en koolcylinders konden gebogen en geweld worden. Zelfs de moejjelijkst smeltbare ligehamen, zooals borium, silicium, magnésium, platina, titanium en wolframium smolten en rezen in damp omhoog. Door het vlugtig worden der kool in den lichtboog verkreeg men microscopisch kleine zwarte en witte octaëders, en dezen waren zoo hard, dat men er robijnen meê slijpen kon. Zij waren dus niets anders dan diamantjes, — en deze weg is tot nu de eenige, waarlangs men die kostbare steenen, hoe klein dan ook, verkregen heeft.
Ten slotte willen wij nog iets vermelden van de dierlijke electricieit. De werking der electriciteit in het levend ligchaam is vooral in de laatste jaren een onderwerp van veler nasporing. Men kan er echter nog weinig over mededeelen wat als eene onbetwistbare waarheid mag worden beschouwd. Zooveel is zeker, dat in de zenuwen en spieren aanhoudend electrische bewegingen plaats grijpen. Intusschen is dat gedeelte dier stroomen, dat men op electro- en galvanometers kan overbrengen, althans bij den mensch oneindig klein. Anders is het bij sommige dieren — bijvoorbeeld bjj de electrische visschen —, die een afzonderlijk orgaan bezitten, waarin de dierlijke electriciteit zich ophoopt, terwijl het dier deze lading, welke op die eener Leidsche flesch gelijkt, naar willekeur ter zijner verdediging ontladen kan.
