Titel: Matteucci's Experimentaluntersuchungen über die Fortpflanzung des elektrischen Stroms.
Autor: Matteucci, Ch.
Fundstelle: 1851, Band 121, Nr. XLVIII. (S. 202–206)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj121/ar121048

XLVIII. Ueber die Fortpflanzung des elektrischen Stroms; Experimentaluntersuchungen von Ch. Matteucci.

Aus den Comptes rendus, April 1851, Nr. 14.

In einer der franz. Akademie der Wissenschaften eingereichten Abhandlung beschrieb ich die Apparate und das Verfahren, durch welche es mir gelang, metallene Ketten vollkommen zu isoliren und die Ströme zu messen; dann zeigte ich, daß ich leicht und ohne Fehler eine Veränderung im Widerstand einer Erdschicht von mehreren Kilometern entdecken kann, welcher Widerstand demjenigen eines 30 bis 40 Meter langen Eisendrahts von 3 Millimeter Durchmesser gleichkömmt. Ich bestimmte das Verhältniß des Leitungsvermögens des Eisens und Kupfers auf Längen, welche beim Eisen 155 und beim Kupfer 8 Kilometer betrugen; das gefundene Verhältniß war = 1 : 5,152, welche Zahl von jener des Hrn. Pouillet wenig abweicht. Den Coefficienten der Widerstands-Zunahme durch die Wärme fand ich beim Eisen zwischen 0,00467 und 0,00437 für 1 Centesimalgrad wechselnd, wie ihn auch Ed. Becquerel unter sehr verschiedenen Umständen gefunden hat. Ich bestimmte ferner die Leitungsfähigkeit des Meerwassers; dasselbe, ein besserer Leiter als eine gesättigte Auflösung von schwefelsaurem Kupfer, hat bei + 11,50° C. eine 2134172mal kleinere Leitungsfähigkeit als das Eisen, und eine 100 bis 120mal größere als Quell- oder Flußwasser. Hierauf theilte ich mehrere Versuche mit, welche in der Absicht angestellt wurden, annähernd zu bestimmen, wie sich das Leitungsvermögen des Thons, des Sandes, des Sandsteins und des Marmors zu demjenigen des Wassers verhalten. Es ergab sich, wie vorauszusehen war, aber nachgewiesen werden mußte, daß die Leitungsfähigkeit der Materialien der Erdrinde von dem Wasser herrührt, welches Spuren von Salzen aufgelöst enthält und über feste Theilchen verbreitet ist, die durch mehr oder weniger große Zwischenräume von einander getrennt sind, so daß sie, in Berührung mit Elektroden, Schichten von unterbrochener Leitungsfähigkeit bilden. — Hierauf beschrieb ich die zahlreichen Versuche, welche ich anstellte, um den Einfluß zu entdecken, welchen auf die Leitungsfähigkeit der Erdschichten haben: 1) die Ausdehnung und Gestalt dieser Schichten; 2) die Oberfläche der Elektroden und das Leitungsvermögen der Substanz, welche eine sehr dünne Schicht in Berührung mit den Elektroden bildet; und 3) die Länge der Erdschicht |203| unter verschiedenen Umständen. Folgendes sind die allgemeinen Schlüsse, welche ich mit aller bei diesem Gegenstand möglichen Genauigkeit nachgewiesen zu haben hoffe.

1) Die Leitungsfähigkeit einer Erdschicht ist um so größer im Vergleich mit derjenigen, welche man mit denselben Elektroden in derselben isolirten Schicht findet, je länger sie und je schlechter ihr Leitungsvermögen ist.

2) Wenn man die Oberfläche der Elektroden vergrößert, oder sie mit einer sehr begränzten Schicht eines gut leitenden Körpers umgibt, so wird dadurch der Widerstand einer Erdschicht beträchtlich vermindert und zwar je nach den Fällen um die Hälfte bis zu einem Dreißigstel.

3) Der Widerstand einer Erdschicht, dessen Zunahme in der Regel mit ihrer Dicke abnimmt, und zwar mehr oder weniger rasch, im Verhältniß der Ausdehnung der Elektroden und der Leitungsfähigkeit der Schicht, bleibt von 10 bis 100 und von 200 Meter bis ungefähr 8 Kilometer constant; von da an bis zu 77 Kilometer nimmt der Widerstand zwar nur unbedeutend, jedoch merklich und im Verhältniß zur Verlängerung der Schicht ab; diese Abnahme ist um so größer, je schlechter die Leitungsfähigkeit der Schicht ist und in einigen Ausnahmsfällen, z. B. beim Contact einer sehr gut leitenden Schicht, beginnt diese Abnahme bei vergleichungsweise viel kleinern Abständen.

4) Der Widerstand einer zwischen großen Elektroden eingeschalteten Erdschicht von 77 Kilometern ist nicht größer als derjenige einer Schicht von 0,50 Meter ihres Wassers, welches in einem isolirten Behälter von dem Querschnitt dieser Elektroden enthalten ist. Ich brauche nicht erst zu bemerken, daß die größte Erdschicht-Länge, womit ich operiren konnte, 77 Kilometer betrug. Von sämmtlichen Versuchen, aus welchen ich den ersten dieser Schlüsse ableitete, theile ich hier nur diejenigen mit, welche beweisen, daß die Erdschichten welche die Hochebenen der Berge bilden, unter übrigens gleichen Umständen eine viel (um die Hälfte bis ein Achtel) kleinere Leitungsfähigkeit haben, als diejenige der oberen Schichten auf dem ebenen Land ist, und daß mit ihrer Verlängerung der Widerstand zunimmt, ähnlich wie bei den isolirten Schichten. Auch ist durch meine Versuche bewiesen, daß die Leitungsfähigkeit einer Erdschicht, welche die Basis eines Berges ist, größer als diejenige einer ähnlichen horizontalen Schicht ist. Bezüglich des zweiten Schlusses muß ich bemerken, daß man durch Vergrößern der in dem Boden steckenden Elektroden an eine Gränze gelangt, über welcher die Intensität des Stroms constant bleibt. Dieß erklärt, daß bei den Versuchen mit sehr |204| langen metallenen Ketten von großem Widerstand, z. B. einer von Paris nach Rouen, mit welcher Hr. Breguet seine Versuche anstellte, der Einfluß der Größe der Elektroden Null bleibt oder ein kaum merklicher ist. Ich verwendete vielen Fleiß auf das Studium der großen Verminderung im Widerstand einer Erdschicht, welche eintritt, wenn man die 8 bis 77 Kilom. von einander entfernten Elektroden mit einer Schicht Sand umgibt, welche einige Centimeter dick und mit Salzwasser oder Kupfervitriollösung benetzt ist. Der Widerstand der oberflächlichen Erdschicht wird auf diese Weise beträchtlich vermindert und manchmal auf 1/30 reducirt.

Die meisten und genauesten meiner Versuche betreffen den Einfluß der Länge der Schicht auf ihre Leitungsfähigkeit. Eine Schicht Meerwasser von einigen Metern bis 8 Kilometer Länge variirt nicht im Widerstand, denn mit Elektroden aus Kupferblechen von 0,140 bis 0,508 Met. war es unmöglich an meinem Galvanometer den Widerstand einer Schicht dieser Flüssigkeit von jenen Längen zu entdecken. In den Flüssen nimmt die Vergrößerung des Widerstands mit der Dicke rasch ab und von 5 oder 10 Metern bis zu 50 oder 100 Metern, je nach der Größe der Elektroden, variirt der Widerstand der Schicht nicht mehr, und ich fand denselben bei 8 Kilometern gerade so wie bei 100 Metern. Der Widerstand dieser Wasserschicht ist derselbe wie derjenige welchen man für eine eben so lange Erdschicht zwischen zwei Brunnen findet, in welche die Elektroden tauchen. Ich habe schon gesagt, daß dieser Widerstand nicht größer ist als derjenige einer isolirten Wasserschicht von 0,50 Meter Dicke und 0,420 Quadratmeter Querschnitt; er ist gleich demjenigen von 1900 bis 2000 Meter eines Eisendrahts von 3 Millimeter Durchmesser. Erst bei Längen von mehr als 8 Kilometer beginnt eine Verminderung in diesem Widerstand. Für die oberflächlichen Schichten, welche weniger gute Leiter sind, wurde unter übrigens ganz gleichen Umständen diese Verminderung größer gefunden und schon bei geringern Abständen stattfindend. Ich überzeugte mich von dieser Verminderung auf verschiedenen Erdreichen; in den oberflächlichen Schichten der Sandbank an Küsten zeigt sich diese Erscheinung schon beim ersten Kilometer. Die allgemeinen Gesetze über diese Erscheinung können nur aus Versuchen auf längeren Linien als ich benutzte, und mit Erdreichen von verschiedener Beschaffenheit und Gestaltung abgeleitet werden.

Der zweite Theil meiner Abhandlung ist betitelt: Experimentelle Erklärung und theoretische Ansichten über die Leitungsfähigkeit |205| des Erdbodens. Es war mir nicht besonders darum zu thun, nachzuweisen daß es unmöglich ist diese Leitungsfähigkeit und ihre Gesetze durch die Annahme zu erklären, daß die beiden Elektricitäten der galvanischen Säule sich in das Reservoir ergießen, wie es die Elektricität des Conductors der Maschine thun würde. Dasselbe muß ich von der andern Erklärung sagen, welche sich auf das Gesetz der dem Querschnitt proportionalen Leitungsfähigkeit gründet. Ich beschrieb Versuche, welche beweisen, daß im Fall der Fortpflanzung des elektrischen Stroms in einer Masse Wassers oder Erdreichs mittelst Elektroden, deren Größe unendlich klein ist im Verhältniß zu den Dimensionen dieser Masse, die Leitungsfähigkeit, welche man findet, weder diejenige ist, welche nach besagtem Gesetz dem Querschnitt der Elektroden angehören würde, noch diejenige, welche dem Querschnitt der flüssigen Schicht entspräche. Ich theilte bei dieser Gelegenheit die Versuche mit, welche einen Fall von Leitungsfähigkeit nachweisen, der bezüglich der Theorie von Wichtigkeit ist: daß nämlich homogene Sphären von einer und derselben Flüssigkeit gleiche Leitungsfähigkeit haben, welchen Durchmesser sie auch haben mögen, und daß, wenn sie von verschiedenen Flüssigkeiten sind, ihre Leitungsfähigkeit nur von dem Leitungsvermögen dieser Flüssigkeiten abhängt. Bei Versuchen mit großen, isolirten Wasser- oder Thonschichten, oder den größten flüssigen Sphären, welche ich mir verschaffen konnte, findet man, wenn man den Abstand der Elektroden verändert, dieselben Gesetze der Leitungsfähigkeit wie für den Erdboden. Die Nebenströme endlich, welche ich von Wasserschichten erhielt, die einen Theil des Erdreichs ausmachen, befolgen dieselben Gesetze, wie sie die HHrn. Kirchhoff und Smaasen in Deutschland und die HHrn. Louis Rudolfi und Felici in Italien analytisch ableiteten und durch Versuche mit sehr dünnen und sehr großen Metallblechen fanden, die durch den Metalldraht der Säule berührt wurden. Durchgeht man mit den Enden des Galvanometers die verschiedenen Punkte dieser Wasserschichten, welche in der galvanischen Kette liegen, so findet man, wie auf den Metallblättern, Linien oder Flächen von gleicher Spannung, deren Mittelpunkte in einem bestimmten Falle sich auf der die Elektroden verbindenden geraden Linie befinden, und welche in den verschiedenen Punkten der Wasserschichten oder des Blechs Elektricitätsströme von sehr verschiedener Intensität durchschneiden. Wenn man mit dem Ende des Galvanometers zwei verschiedene Punkte einer und derselben Linie berührt, so entsteht kein Nebenstrom; berührt man die Punkte zweier verschiedenen Linien, so ist der Nebenstrom constant. Die Gesetze der |206| so erhaltenen Nebenströme lassen sich nicht aus den Gesetzen ableiten, welche Hr. Pouillet bei seinen schönen Untersuchungen über die Nebenströme der Metalldrähte gefunden hat.

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