Titel: Poppe, über ein einfaches Mittel, Schreibpapier stark elektrisch zu machen.
Autor: Poppe, Adolph
Fundstelle: 1847, Band 103, Nr. LXXX. (S. 353–361)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj103/ar103080

LXXX. Ueber ein einfaches Mittel, gewöhnliches Schreibpapier ohne vorangegangene chemische Behandlung in ungemein hohem Grade elektrisch zu machen; von Dr. Adolph Poppe.

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

Es ist eine längst bekannte Thatsache, daß gewöhnliches Papier, insbesondere Schreibpapier, negativ-elektrisch wird, wenn man es in recht trockenem Zustande reibt. Cavallo hat diese Eigenschaft schon im vorigen Jahrhundert am Papier nachgewiesen, und andern ist es gelungen den elektrischen Zustand des nach vorhergehender Erwärmung geriebenen Papiers bis zum Funkengeben zu steigern, woran sich sofort Vorschläge zur Construction von Elektrisirmaschinen aus Papier oder Pappdeckel knüpften. Indessen erscheinen nach allen vorhandenen Notizen die seitherigen Versuche und Beobachtungen über das elektrische Verhalten des gewöhnlichen unpräparirten Papiers von keinen so auffallenden Resultaten begleitet, daß man es im entferntesten gewagt hätte, die Papierelektricität der Glas- oder Harzelektricität an die Seite zu stellen; selbst in den ausführlicheren Lehrbüchern der Physik findet man die Fähigkeit des Papiers, durch Reibung elektrisch zu werden, als eine unbedeutende Erscheinung nur vorübergehend erwähnt. Und doch besitzen wir in dem gewöhnlichen Papier einen Stoff, der, wie aus nachstehenden Versuchen und Beobachtungen hervorgeht, bei geeigneter Behandlung auf eine höchst einfache Weise in so hohem Grade elektrisch gemacht werden kann, daß er sich als eine der ergiebigsten Quellen der Elektricität, welche selbst der Glas- und Harzelektricität nichts nachzugeben scheint, herausstellt.

Ein Blatt Papier auf einem Ofen oder an einem Feuer erwärmt, und ehe es erkaltet, auf einer wollenen Unterlage oder mit einem wollenen Reibzeug gerieben, zeigt sich stark elektrisch; kleine Papierschnitzel werden angezogen; nähert man der Papierfläche den Knöchel des Fingers, so vernimmt man das Knistern eines kleinen überspringenden Funkens. Dieß ist eine Erscheinung, wie sie wohl schon mehrfach beobachtet worden ist. Aber die zur Hervorbringung einer größtmöglichen Wirkung wesentlich beitragende Grundbedingung, nämlich Reibung des Papiers, während dasselbe in inniger Berührung mit einem guten und möglichst glatten Elektricitätsleiter sich befindet und dieser stark und gleichmäßig erhitzt wird, scheint den seitherigen Beobachtern entgangen zu seyn.

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Man breite einen Bogen gewöhnliches Schreibpapier auf einer ebenen und glatten Metallplatte, die man von unten erhitzt, z.B. auf der oberen horizontalen Platte eines geheizten Ofens aus, und reibe das Papier, nachdem man sich von seiner vollkommenen Trockenheit überzeugt hat, mit einem Stück Leinwand oder einer gewöhnlichen Kleiderbürste, sorge aber dafür, daß es sich während dieser Operation auf der metallenen Unterlage nicht verschiebe, so wird man folgende Erscheinungen beobachten. Schon nach den ersten Strichen haftet die Papierfläche ziemlich fest an der Metallplatte. Berührt man das an der Platte klebende Papier an beliebigen Stellen mit einem Elektricitätsleiter, so findet nirgends eine elektrische Entladung oder Ueberströmung statt, man bemerkt keine Spur eines freien elektrischen Zustandes. In dem Augenblicke aber, wo man den Papierbogen in paralleler Lage von der Metallplatte rasch abhebt oder vielmehr abreißt, zeigt er sich in einem merkwürdigen Grade elektrisch; Papierschnitzel sieht man aus einer Entfernung von 1 bis 1 1/2 Fuß angezogen; nähert man die Papierfläche dem Gesicht, so hat man schon in bedeutendem Abstande jenes eigenthümliche Gefühl, wie wenn man in Spinnengewebe gerathen wäre; bei Annäherung des Knöchels springt laut knisternd ein 5 bis 6 Zoll langer elektrischer Funke über. Unmittelbar nach dem Abheben erscheint das elektrische Fluidum auf beiden Seiten des Papiers negativ und gleich stark vertheilt, obgleich die obere Seite, so lange der Bogen noch mit der Metallfläche in Berührung war, keine Spur von Elektricität zeigte.

Da es bei diesem Versuche wesentlich ist, das Papier parallel zur Unterlage und unter straffer Spannung abzuheben, so leimt man an zwei gegenüberliegende Stellen desselben tannene Leisten, oder noch besser, man zieht das Papier auf einen leichten tannenen Rahmen oder Reif und isolirt diesen an den Stellen, wo man ihn anfaßt, durch Seide. Zieht man den geriebenen Bogen längs der Unterlage ab, so erhält man nur geringe Spuren von Elektricität.

Als Reibzeug eignen sich: Leinwand, Wolle, Baumwolle, Pelz, eine Bürste, die flache Hand, am zweckmäßigsten, wie es scheint, Leinwand, Seide dagegen nicht. Wenige leichte hin- und hergeführte Striche mit einem solchen Reibzeuge reichen hin, den elektrischen Zustand des Papiers auf das Maximum zu bringen; ein einziger Strich mit der flachen Hand über die Papierfläche bewirkt bereits elektrische Funken von 3 bis 4 Zoll Schlagweite. Am höchsten steigerte ich den elektrischen Zustand des Papiers, als ich dasselbe, in Ermangelung einer besseren Unterlage, zuerst auf der rauhen Platte eines geheizten Ofens, |355| dann nach gehörigem Abheben zum zweitenmale in Berührung mit der polirten Fläche eines Tisches rieb. So erhielt ich aus einem Bogen Maschinenpapier von 2 1/2 Quadratfuß Oberfläche beim zweiten Abheben Funken von 10 Zoll Schlagweite. Im Dunkeln nehmen sich diese elektrischen Phänomene brillant aus. Ist der Papierbogen stark elektrisirt, so bemerkt man unmittelbar nach dem Abheben von der Unterlage Funken, die wie Blitze von gewissen Stellen des Papiers zu andern fahren; der bei Annäherung des Knöchels überspringende Funke erscheint, wie sich dieses voraussetzen läßt, als ein nach der Papierfläche divergirender Strahlenkegel, dessen Spitze am Knöchel einen compacten leuchtenden Stern bildet. Durch Ueberspringen des ersten Funkens ist nur ein gewisser Theil der an der Papierfläche haftenden Elektricität entladen; denn man erhält nachher noch an vielen Stellen kleinere Funken von 2 bis 3 Zoll Schlagweite, und fährt man im Dunkeln mit den Fingern über die Papiersfläche hin, so bezeichnet ein knisternder Lichtstreifen den Weg derselben.

Soweit ich diesen Gegenstand bis jetzt zu verfolgen Gelegenheit hatte, sind es folgende Bedingungen und Umstände, von welchen der Grad des elektrischen Zustandes, den das Papier erreichen kann, wesentlich abhängt:

1) Die Gattung des Papiers selbst. Wie sich das elektrische Verhalten verschiedener Papiersorten unter gleichen übrigen Umständen herausstellt, darüber fehlen vor der Hand noch genauere vergleichende Untersuchungen, indem sich die bisherigen Beobachtungen auf die am Papier hervorgerufenen elektrischen Erscheinungen im allgemeinen bezogen. Nur so viel ist gewiß, daß die Appretur des Papiers mit thierischem oder vegetabilischem Leim einen wesentlichen Antheil an den in Rede stehenden Erscheinungen hat, indem sich ungeleimtes Papier in Vergleich mit geleimtem nur in geringem Grade elektrisch zeigt.

2) Die Größe der geriebenen Fläche. Daß die Quantität der angehäuften Elektricität dem Inhalte der geriebenen Oberfläche proportional sey, unterliegt wohl keinem Zweifel.

3) Die elektrische Leitungsfähigkeit der Unterlage, auf welcher das Papier gerieben wird. Es wurde bereits oben bemerkt, daß das Papier in Berührung mit einem guten Elektricitätsleiter gerieben werden müsse, wenn der elektrische Zustand das Maximum erreichen soll. Schon die Theorie fordert diese Bedingung. Die negativ-elektrische Atmosphäre, womit sich das geriebene Papier umgibt, zerlegt nämlich die neutrale Elektricität des Metalls, indem sie die + E des letzten, ohne sich jedoch mit derselben vereinigen zu |356| können, anzieht, und die – E abstößt. Die – E des Papiers ist somit an die + E der Unterlage vollständig gebunden; daher das oben erwähnte Ankleben an die Unterlage und der Mangel eines freien elektrischen Zustandes an der oberen Seite, so lange das Papier noch auf dem Leiter liegt. Weil nun aber die – E des Papiers in dem Momente ihres Auftretens an die + E der Unterlage gebunden wird und gegen die letztere hin in einem Zustande zunehmender Verdichtung sich befindet, so ist das Papier im Stande, eine größere Menge von – E aufzunehmen, als es könnte, wenn die – E nicht an die Unterlage gebunden, d.h. wenn die Unterlage selbst ein schlechter Leiter oder ein Nichtleiter wäre. Hebt man nun das Papier von der warmen Metallplatte rasch ab, so verbreitet sich die elektrische Materie, die nun nicht mehr gebunden ist, augenblicklich gleichmäßig auf beiden Seiten des Papiers, und äußert die oben erwähnten Wirkungen.

Die Beobachtung, daß die Elektricität des Papiers durch die Metallfläche, auf der es liegt, nicht abgeleitet wird, stimmt mit dem bekannten Gesetz überein, daß zwischen zwei breiten Flächen, von denen die eine nicht leitend, die andere aber leitend ist, keine merkliche Mittheilung stattfindet. Nach Entfernung des Papiers von der Unterlage, auf der es gerieben wurde, verliert sich der stärkere Grad der Elektricität in freier Luft bald. Legt man dagegen das elektrisch gemachte Papier auf einen recht glatten Elektricitätsleiter, oder nähert die Papierfläche demselben bis auf wenige Linien, so kann die Elektricität längere Zeit zurückgehalten werden, indem sie nun durch die entgegengesetzte Elektricität der Unterlage gebunden ist. Zu diesem Bindemittel eignet sich schon ein glatter Halbleiter, z.B. die polirte Oberfläche eines Möbels.

3) Die Beschaffenheit der Oberfläche der bindenden Unterlage. Je glatter die Metalloberfläche ist, eine je innigere Berührung zwischen dieser und dem Papier stattfindet, desto größer die Wirkung. Hier möchte man eher das Gegentheil vermuthen und sich zu der Annahme veranlaßt finden, daß unter solchen Umständen die Ausgleichung beider entgegengesetzten Elektricitäten befördert und somit die Wirkung vermindert würde. Allein man bedenke daß, wie glatt und polirt auch die Unterlage seyn möge, doch immer die Anzahl der Berührungspunkte in Vergleich mit den Punkten, in welchen die Berührung nicht stattfindet, unendlich gering ist. Findet nun auch an den wenigen Berührungsstellen eine Ausgleichung der beiden entgegengesetzten Elektricitäten statt, die sich jedoch wegen der schlechten Leitungsfähigkeit des erwärmten und trocknen Papiers nur auf diese Stellen erstrecken kann, so erscheinen auf der andern Seite unendlich viele |357| Punkte der Papierfläche dem Metalle mehr genähert, ohne daß eine Berührung erfolgen kann; die attractiven Wirkungskreise der entgegengesetzt elektrischen Elemente beider Körper sind einander näher getreten; in Folge dieser Annäherung offenbart sich ein höherer Grad elektrischer Spannung und das Papier qualificirt sich zur Aufnahme einer verhältnißmäßig größeren Elektricitätsmenge. Fig. 43 wird die Wahrheit des Gesagten näher veranschaulichen. Die rauhe Beschaffenheit des Papiers und der Unterlage ist durch Wellenlinien versinnlicht, von denen die obere die rauhe Fläche des Papiers, die untere diejenige des Metalls im Profil darstellt. Die Berührung beider Flächen findet in den Punkten a, b, c u.s.w. statt. An diesen Punkten wird eine Vereinigung beider entgegengesetzten Elektricitäten erfolgen, d.h. das am Papier haftende negativ-elektrische Element in a, b oder c wird sich an dieser Stelle mit einem gleich großen positiv-elektrischen Elemente des Metalls zu einem neutralen Elemente vereinigen, wogegen die Vereinigung aller zwischen a und b, zwischen b und c u.s.w. befindlichen entgegengesetzt elektrischen Elemente, z.B. der Elemente + d und – d, + e und – e u.s.w. durch den die Räume zwischen den Berührungsstellen ausfüllenden Nichtleiter, nämlich die erwärmte Luft, verhindert wird. Diese Elemente befinden sich nun in einem Zustande elektrischer Spannung, sie binden sich gegenseitig vermöge der ihnen inwohnenden Attractivkraft. Man sieht zugleich, wie die Anzahl der nicht in Contact gelangenden Punkte in Vergleich mit den im Contact befindlichen Punkten unendlich groß seyn muß. Angenommen nun, man hätte anstatt der rauhen Metallfläche eine vollkommen glatte, deren Profil durch die Linie xy dargestellt seyn mag, so erscheinen offenbar beide Flächen, und somit die attractiven Wirkungskreise der entgegengesetzt elektrischen Elemente einander näher gerückt. Die gegenseitige Bindung wird daher energischer und das Papier im Stande seyn eine größere Menge negativ-elektrischen Stoffes aufzunehmen.

4) Die Art, wie das geriebene Papier von der Unterlage, an der es haftet, entfernt wird. Zieht man dasselbe längs der Oberfläche des bindenden Metalls ab, anstatt es abzureißen, so erhält man nur sehr geringe Spuren von Elektricität, indem während des Abziehens ein sehr großer Theil der Punkte beider Flächen, welche, so lange das Papier unbeweglich auf der Metallfläche lag, durch eine dünne Luftschichte von einander getrennt waren, nun mit einander in Berührung kommen und die Vereinigung ihrer entgegengesetzten Elektricitäten gestatten.

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5) Der Hitzegrad der Unterlage. Die hygroskopische Natur des Papiers verlangt die Erwärmung als eine für größere elektrische Wirkungen wesentliche Bedingung. Das Papier mag für das Gefühl noch so trocken erscheinen, so enthält es doch in kaltem Zustande eine ziemliche Portion Feuchtigkeit gebunden, die der elektrischen Erregbarkeit hemmend entgegentritt, bei der Erwärmung aber frei wird und entweicht. Es bedarf zwar nur einer mäßigen Erwärmung des als Unterlage dienenden Leiters, um bereits glänzende elektrische Erscheinungen am Papier hervorzurufen, doch steigert sich der elektrische Zustand mit der Erhöhung des Wärmegrades. Hat dagegen die Hitze des Metalls einen gewissen Grad erreicht, wo das Papier eben sich zu bräunen beginnt, so tritt der eigenthümliche Umstand ein, daß das Papier die Fähigkeit durch Reiben in Berührung mit der Unterlage elektrisch zu werden, beinahe ganz und gar verliert. Aus einer elektrisch gemachten Papierfläche, die man über die in solchem Grade erhitzte Platte eines Ofens hält, strömt die Elektricität schon in einer Entfernung von 1 bis 2 Zollen durch die Luft in die Platte über, wie wenn die erhitzte Luft nun zum Leiter geworden wäre, und ein elektrisches Papierblatt, auf die überhitzte Platte gelegt, verliert beinahe augenblicklich alle Elektricität, während dasselbe auf einer mäßiger erhitzten Platte fest anklebt und seine Elektricität stundenlang behält.

Bis hieher hatte ich immer angenommen, das Papier werde in Berührung mit einer heißen Metallfläche gerieben. Indessen erhält man gleichfalls sehr befriedigende Resultate, wenn man das Papier auf irgend eine geeignete Weise stark und gleichmäßig erwärmt und, ehe es ganz erkaltet, oder Zeit hat die Feuchtigkeit aus der Luft an sich zu ziehen, auf irgend einer nicht erwärmten aber glatten Unterlage, z.B. einem polirten Tisch, am besten aber auf einer Metallplatte reibt.

Einfacher Papierelektrophor von großer Wirksamkeit. So ergiebig nun die Elektricitätsquelle ist, die wir an dem auf die besprochene Weise behandelten Papier besitzen, so ist doch ihre directe Benützung zur Hervorbringung intensiverer Wirkungen etwas umständlich. Um z.B. eine Leidener Flasche durch directe Mittheilung stark zu laben, muß der Papierbogen öfters von neuem erwärmt und gerieben werden. Zum Glück besitzen wir in dem Princip der elektrischen Vertheilung und Bindung ein Mittel, mit Hülfe einer elektrischen Papierfläche Elektricitätsmengen anzuhäufen und zu concentriren, ohne daß das Papier dabei selbst an Elektricität verliert; mit einem Wort, das Princip des Elektrophors ist es, dessen Anwendung im vorliegenden |359| Falle ein sehr geeignetes Mittel darbietet, von der Papierelektricität einen ungemein wirksamen Gebrauch zu machen.

Man spanne daher einen Bogen Papier auf einen dünnen hölzernen Rahmen oder Reif, und mache dasselbe auf die beschriebene Weise elektrisch. Dann hebe man, wenn man es nicht vorzieht den Versuch auf der heißen Unterlage selbst, auf der das Papier gerieben wurde, anzustellen, den Rahmen von dieser rasch ab, und lege ihn auf eine in Bereitschaft gehaltene blanke Metallplatte oder auch auf eine polirte Holzfläche so, daß zwischen dem Papier und der Unterlage eine dünne Luftschichte sich befindet; auf dieser Unterlage wiederhole man die Operation des Reibens. Setzt man nun einen gewöhnlichen an seidenen Schnüren hängenden Elektrophordeckel auf die Papierfläche, berührt denselben mit dem Finger, und hebt ihn darauf in die Höhe, so gibt derselbe einen starken Funken; dieselbe Erscheinung wiederholt sich stundenlang, so oft man den Deckel aufsetzt, berührt und wieder abhebt, ganz in derselben Weise, wie bei dem gewöhnlichen Harzelektrophor, nur in weit stärkerem Grade. Die Wirksamkeit eines solchen Elektrophors nach einmaliger Reibung des Papiers ist zwar nicht so permanent wie die eines Harzelektrophors, allein da sie weit intensiver ist, so zeigt sich der Papierelektrophor desto geeigneter, in gewissen Fällen die Elektrisirmaschine zu ersetzen.

Zu diesem Versuche, den ich zuerst in einer der Versammlungen des physikalischen Vereins dahier anstellte, bediente ich mich eines ungefähr 3 Linien dicken tannenen, mit Maschinenpapier überspannten Rahmens, dem ich, um ihn den Dimensionen der rectangulären Ofenplatte, auf welcher das Papier gerieben wurde, anzupassen, eine Breite von 14 Zoll und eine Länge von 22 Zoll gab. Der Rahmen wurde, nachdem das Papier in Berührung mit der heißen Metallfläche gerieben worden war, abgehoben und auf dieselbe Fläche so aufgesetzt, daß zwischen dem Papier und dem Metall ein Zwischenraum von der Dicke des Rahmens blieb. Sämmtliche Anwesende waren überrascht von der Intensität und erschütternden Wirkung der elektrischen Funken, welche man mittelst dieses einfachen Apparats fortwährend in unverminderter Stärke erhielt. Der blecherne Elektrophordeckel hatte 10 Zoll Durchmesser und die Schlagweite der aus ihm gezogenen Funken betrug 1 1/2 bis 2 Zoll. Berührte man mit der einen Hand den Ofen und mit der andern den aufgehobenen Deckel, so empfing man einen Schlag wie aus einer mäßig geladenen Leidener Flasche. Eine Leidener Flasche wurde mit wenigen Huben stark geladen. Um noch ziemlich starke Funken zu erhalten, war es nicht einmal nöthig, den Deckel auf die |360| elektrische Papierfläche aufzusetzen, sondern es genügte, denselben in einem Abstand von einigen Zollen vom Papier zum erstenmal und dann in einer größeren Entfernung zum zweitenmale zu berühren. Aus solchen Wirkungen einer Papierfläche von ungefähr nur 2 Quadratfuß Inhalt läßt sich auf die erstaunliche Wirkung einer größeren, z.B. vier- oder sechsmal so großen Oberfläche schließen.

Doppeltwirkender Papierelektrophor. Man lege eine runde, oder eine rectanguläre an den vier Ecken abgerundete Eisenblechplatte (wo möglich mit umgebogenen Rändern) auf eine isolirte Unterlage, z.B. einen Isolirschemel, mache das auf einen Rahmen oder Reif gespannte Papier auf die beschriebene Weise elektrisch, lege es auf die Eisenblechplatte, und auf das Papier einen gewöhnlichen Elektrophordeckel von entsprechenden Dimensionen. Durch die – E des Papiers wird nun die + E der Unterlage und des Deckels zugleich gebunden, die – E derselben zurückgestoßen. Berührt man jetzt den Deckel, während er auf dem Papier liegt, mit der einen und die isolirte Unterlage mit der andern Hand, so wird man dadurch die freie – E aus beiden Metallplatten ableiten, so daß in denselben nur noch + E, an das – E des Papiers gebunden, vorhanden ist. In diesem Zustande kann man die ganze Anordnung in einem warmen und trockenen Zimmer, ohne bedeutende Abnahme der Wirkung, mehrere Stunden liegen lassen. Hebt man nun den Deckel in die Höhe, so wird bei Annäherung eines Leiters ein starker positiv-elektrischer Funke überspringen, aber auch aus der Unterlage wird man einen eben so starken Funken erhalten, obgleich die + E des Metalls noch an die – E des Papiers gebunden ist. Der Grund der letzteren Erscheinung liegt offenbar darin, daß derjenige Theil der – E des Papiers, welcher an die + E des aufliegenden Deckels gebunden war, nach Abhebung des letztern frei wird, wodurch die bereits positiv-elektrische Unterlage im Stande ist eine weitere dieser frei gewordenen – E entsprechende Menge + E aufzunehmen; sie erscheint daher doppelt so stark elektrisch als vorher, und gibt nach Abhebung des Papiers einen Funken von erhöhter Intensität. Die Figuren mögen diesen Vorgang in der gehörigen Reihenfolge versinnlichen.

In Fig. 44 stellt Nr. 1 das Papier in Contact mit beiden Metallflächen dar, und zwar vor der Berührung der letzteren durch einen Leiter. Die – E der beiden Metalle zeigt sich hier frei, indem die + E derselben an die – E des Papiers gebunden ist. Nr. 2 zeigt die Anordnung, nachdem durch Berührung die freie – E beider Metalle abgeleitet worden ist; beide enthalten jetzt nur noch + E. In Nr. 3 |361| ist der Deckel mit seiner + E gehoben, so daß jetzt der + E der metallenen Unterlage die doppelte Menge – E des Papiers gegenübersteht; das Bestreben dieser – E sich mit + E zu vereinigen, erscheint nunmehr nicht gesättigt. Nr. 4 endlich zeigt den Zustand der Anordnung, nachdem der Deckel und die Unterlage durch einen Leiter berührt worden ist. Der Deckel gab einen Funken, indem sich seine + E mit der – E des Leiters zu neutraler E vereinigte, die Unterlage, indem zu der + E, welche sie schon hatte, noch eine gleiche Menge + E hinzutrat, um das attractive Streben der durch den Deckel nicht mehr gebundenen – E des Papiers zu befriedigen. Nach Abnahme des Papiers von der Unterlage wird man daher aus dieser einen doppelt so starken Funken erhalten.

Zusammengesetzter Papierelektrophor. Da die Erwärmung und Handhabung eines Papierelektrophors von großen Dimensionen manche Schwierigkeit und Unbequemlichkeit darbieten mag, so könnte man einen Elektrophor aus mehreren Papierflächen construiren, die der Reihe nach elektrisch gemacht und dann in ein geeignetes Gestell über einander eingeschoben würden. Eine gleiche Anzahl isolirter, unter sich aber in leitender Verbindung stehender Deckel würde zugleich auf alle Papierflächen niedergelassen und aufgehoben.

Frankfurt a. M. den 15. Febr. 1847.

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