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Verfahren zur Erzeugung elektrischer Ströme.
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achtet von Quincke beim Durchpressen von Wasser durch Pfropfen von gepulverten Substanzen und durch Tonzylindor. Er variierte den Druck des Wassers, die Dicke der Pfropfen und Tonplatten und fand, dass die elektromotorische Kraft von der Dicke und Grösse der Pfropfen unabhängig und proportional dem angewandten Druck ist. Quincke nannte diese Ströme Diaphragmenstrome.
Er fand, dass Zusätze von Säuren, kaustischen Natron, Salzlösungen und Terpentinöl, die elektromotorische Kraft verminderten, während Zusätze von Alkohol und wenig Seife sie erhöhten.
Quincke glaubte, dass sich diese Methode wegen der hohen elektromotorischen Kräfte eventuell
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Werner Siemens dahin zielende Versuche mit einem Apparat, dessen Diaphragma aus Schwefelblumen oder Sand bestand und 100 nt/li, Durchmcsser hatte bei einer Dicke von 40 mm. Die Elektroden waren aus Platindraht gehäckelt und von dem Diaphragma durch Seidenzeug getrennt.
Er arbeitete mit Berliner Wasserleitungswasser, #Es zeigten sich nun bei einem Drucke von 21/2 Atm. und einem stündlichen Verbrauch von 5 Kubikfuss Wasser nur schwache elektrische Ströme, so dass an eine praktische Anwendung derselben gar nicht zu denken ist. Die Polarisation brachte dabei die Ablenkung des Multiplikators bald auf 0". (Poggendorfs Annalen, cX 1860, Seite 63.)
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dass die elektromotorische Kraft unabhängig von der Länge und dem Querschnitt der Röhren und proportional dem Druck ist und mit dem Widerstand des Wassers wächst. Helmholtz (ibid.
Bd. 7, Seite 336) gab, ohne selbst zu experimentieren, eine Erklärung, über die Entstehung und das Wesen dieser Erscheinung, indem er seine Theorie von der elektrischen Doppelschicht auf sie anwandte. Er bestätigte rechnerisch aus dieser Theorie, die durch die Versuche gefundenen Gesetze und folgerte schliesslich aus dem bekannten Versuchsmaterial, dass die elektromotorische Kraft proportional dem spezifischen Widerstand der Schicht sein müsste, d. h. also, dass mit wachsender Leitfähigkeit (bewirkt durch Zusatz von Elektrolyten) die elektromotorische Kraft sinken müsste.
Es wurde nun gefunden, dass dieser Satz in seiner Allgemeinheit nicht richtig ist, sondern nur dann zutrifft, wenn die Erhöhung der Leitfähigkeit durch ungeeignete Elektrolyte eintritt ; wird die Leitfähigkeit durch geeigneteelektrolyte erhöht, so findet im Gegensatz zu dem Bekannten eine Steigerung der elektromotorischen Kraft statt.
Die Versuche wurden folgendermassen angestellt :
Flüssigkeiten wurden durch grössere, dünne Platten oder Schichten elektrisch aktiver Körper hindurchgepresst und die dabei entstehende elektromotorische Kraft mit einem Voltmeter von hohem inneren Widerstand (23000 Ohm), die Stromstärke mit einem Milliamperemeter mit Nebenschlüssen und ausserdem der innere Widerstand gemessen und zwar war die
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bin durch ein aufgeschraubtes Filterelement abgeschlossen. Dies besteht aus einer mit feinen Löchern versehenen Messingplatte, über welche ein Drahtnetz gespannt ist. Auf diesem. befindet sich, das eigentliche Filter bildend, ein Stück dichter Seide. Darüber ist ein sehr feines Drahtnetz gespannt, welches als der eine Pol dient.
Auf diesen Pol wird die Schicht aus osmotisch wirksamer Substanz aufgebracht und auf die Schicht wiederum wird der andere Pol, bestehend aus einem, in dem Eisenring eingepassten Metallring, der einerseits mit einem straffgespannten Drahtnetz bezogen ist, so aufgelegt, dass das Drahtnetz die Schicht überall berührt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die entstehende Stromstärke ohne Verlust abgenommen wird. Die durchgepumpte Flüssigkeit kann stets von Neuem benutzt werden.
Es zeigte sich nun folgendes : Verschiedene Substanzen, die in dem Apparat gebracht wurden, ergaben bei demselben Druck verschiedene Potentiale, aber auch bei derselben Substanz wurden unter Umständen bei gleichen Drucken verschiedene Potentiale erhalten, die abhängig waren von der Vorbehandlung der Substanz und der Zusammensetzung der Flüssigkeit. Einzelne Substanzen (elektronegative) senden den positiven Strom in der Richtung des Wassers, hiezu gehören z. B. Kieselsäureanhydrid. gebrannter Ton, Schwefel, blaues Ultramarin und nicht leitende Kohle, andere Substanzen (elektropositive) senden ihn gegen die Richtung des Wassers, das tun z. B. rotes Ultramarin und Anthrazit.
Ferner wurde gefunden, dass die Stromstärke sieh unter allen Umständen dem Ohm'sehen Gesetz entsprechend einstellt ; das heisst, sie ist proportional der elektromotorischen Kraft und umgekehrt proportional dem inneren Widerstand der Schicht, der abhängig ist von der elektischen Leitfähigkeit der Schicht (Substanz-Flüssigkeit) der Schichtdicke und der Grösse der Fläche.
Wie bereits erwähnt, kann man die Leitfähigkeit der Schicht (und damit der Stromstärke) mit Hilfe geeigneter Elektrolyte erhöhen, ohne dass die elektromotorische Kraft sinkt, diese steigt im Gegenteil bei hohem inneren Widerstand. Erhöht man die Leitfähigkeit durch ungeeignete Elektrolvte, so sinken sowohl Spannung wie Stromstärke und können unter Umständen vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Geeignete Elektrolyte für elektronegativ Körper sind Basen, für elektropositive Säuren. Dabei ist zu bemerken, dass es nicht nur auf die saure oder alkalische Reaktion der Elektrolyte ankommt, sondern dass der Grad ihrer Wirkung von der Natur des betreffenden Elektrolyten abhängig ist.
Zuweilen spalten Substanzen z. B. Glas, Porzellan etc. selbst Elektrolyte ab, die geeignet oder ungeeignet für die Substanz sein können. Ist das letztere der Fall, so zeigen derartige Körper ein geringeres Potential als ihrer Natur entspricht, unter Umständen können sie als elektrisch neutral erscheinen. Spaltet der Körper geeignete Elektrolyte ab. so kann die Konzentration desselben so gross sein, dass die, dem Druck entsprechende beste Stromrelation nicht zu Stande kommen kann.
Die Wirkung der Elektrolyte ist so gross, dass es den Anschein bat. dass die Entstehung der Diaphragmenstrfime an die Gegenwart von Ionen geknüpft ist.
Die beiliegende Kurve Fig. l illustriert die Einwirkung eines geeigneten Elektrolyten bei konstantem Druck von 5 Atm. Die Schicht ist gebildet aus fein gepulverter negativer Kohle, die
Schichtstärke beträgt 8 mm und die Grösse der Fläche 2 dM. Der innere Widerstand ist 1500 Ohm, wenn mit destilliertem Wasser gearbeitet wird, das von Kohlensäure befreit ist. Er wurde erniedrigt durch Ammoniak, welcher in allmählich steigender Konzentration zugefügt wurde.
Bei Fig. 1 ist nun der Widerstand der feuchten Schicht in Ohm auf der Abzisse von rechts nach links sinkend aufgetragen, während auf den Ordinaten die Ampères und Volt von unten nach oben steigend aufgetragen sind.
Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf der Ampères an ; bei dem Zusatz von Ammoniak
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200 Ohm ihr Maximum erreicht haben.
Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der Volt an. Auch diese steigen bei sinkendem Ohm, bis sie bei zirka 300 Ohm ihr Maximum erreicht haben. um von da ab wieder zu fallen. Dabei steigt die Stromstärke auf den zirka zehnfachen Betrag und die Spannung auf das doppelte. Die ausgegebene Energiemenge ist mithin bei demselben Druck. árka 20mal so gross, als wenn man ohne Ammoniak arbeitet. Wird der inure Widerstand zu gering, so bleibt die Stromstärke konstant während die Spannung wieder sinkt.
Die Kurve 2 zeigt die Wirkung eines ungeeigneten Elektrolyten, die Schicht ist 2dm2 gross, 4 hum dick und besteht ebenfalls aus einer negativen Kohle ; der Widerstand wurde erniedrigt durch Essigsäure, Dabei zeigen Spannung und Stromstärke den Verlauf, wie ihn die Kurven ) Fig. 2 darstellen, wenn man dieselben von rechts nach links verfolgt ; sowohl Spannung wie Strom- stärke sinken. Die ausgegebene Energie ist demnach bei Erniedrigung des Widerstandes durch einen ungeeigneten Elektrolyten stets kleiner, als wenn man mit grossem inneren Widerstand arbeitet.
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Dieser Verlauf dürfte die Erklärung bilden für das Misslingen des oben erwähnten Quince- schen Versuches.
Die Versuche bestätigten das von Quincke gefundene Gesetz, dass die elektromotorische Kraft proportional dem Druck steigt, sie zeigen ferner, dass die Stromstärke proportional der Spannung ist, wenn der Widerstand der schichtbildenden Substanz und der Eletrolytgehalt des
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bildende Substanz in 6'5 mm starker Schicht mit einer Fläche von 2 dm2 beim Durchpumpen von pyridinhaltigem Wasser folgende Relationen erhalten :
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<tb> Druck <SEP> in <SEP> Atmosphären <SEP> Volt <SEP> Amp. <SEP> Watt <SEP> Ohm
<tb> 10 <SEP> 4, <SEP> 0'0, <SEP> 01 <SEP> 0,04 <SEP> 400
<tb> 20 <SEP> 8,0 <SEP> 0,02 <SEP> 0,16 <SEP> 400
<tb> 40 <SEP> 16,0 <SEP> 0,04 <SEP> 0,64 <SEP> 400
<tb> 80 <SEP> 32, <SEP> 0 <SEP> 0,08 <SEP> 2, <SEP> 56 <SEP> 400
<tb>
Es steigt demnach die Wattrelation mit dem Quadrat des Faktors der Druckzunahme.
Daraus geht hervor, dass man selbst aus kleinen Flächen erhebliche Elektrizitätsmengen erhalten kann, wenn man hohe Drucke anwendet.
Der Nutzeffekt bleibt aber bei verschiedenen Drucken der gleiche ; der Wasserablauf ist bekanntlich dem Druck direkt proportional, es wachsen also Druck, Wasserablauf, Volt und Ampère in demselben Verhältnis.
Es wurde gefunden, dass eine Erhöhung des Nutzeffektes dagegen eintritt, wenn man die Platten feinporiger macht, bezw. wenn man die Substanzen feiner zerkleinert, denn dann wird naturgemäss der Wasserablauf bei demselben Druck geringer, während die Spannung ungeändert bleibt, unter der Voraussetzung, dass sich der Charakter der Substanz, ihre spezifische Leitfähigkeit und der Charakter der durchgepumpten Flüssigkeit nicht verändert. Es wächst also
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kleinerung.
Deshalb ist es von Vorteil, die Zerkleinerung bis an die Grenze der Möglichkeit zu treiben.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Erzeugung elektrischer mittels Hindiirchpressen von Flüssig- keilen durch Platten oder Schichten elektrisch wirksamer Substanzen. dadurch gekennzeichnet, dass man die Leitfähigkeit der Schicht und der Flüssigkeit regelt, und zwar bei elektropositiven Substanzen mittels Säuren und bei elektronegativen mittels Basen, so dass die gewünschte Stromrelation zustande kommen kann.