DE75194C - Normalelement - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Normalelement.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 5. Januar 1892 ab.

Vorliegende Erfindung hat ein galvanisches Element zum Gegenstand, dessen Temperaturcoefficient sehr klein und nahe unveränderlich ist, mit anderen Worten ein galvanisches Element, welches mit keinem Temperaturfehler behaftet ist, oder bei welchem die elektromotorische Kraft nicht von der Temperatur des Elementes abhängt.

Ein derartiges Element kann zu verschiedenen Zwecken benutzt werden, es wird aber hauptsächlich und mit gröfstem Vortheil bei Messungen elektromotorischer Kräfte als Normalelement angewendet. Gegenwärtig hat man kein verläfsliches praktisches Mafs für die Einheit der elektromotorischen Kraft (das Volt). Es werden aber zahlreiche Elemente Normalelemente genannt, mit welchen Messungen und Vergleiche vorgenommen werden. Bei allen diesen Elementen bewirkt eine Aenderung der Temperatur eine Aenderung der elektromotorischen Kraft.

Bei dem verbesserten Clark'sehen Normalelement z. B., welches einen amalgamirten Platindraht und einen Stab aus reinem Zink als Leiter erster Ordnung enthält, die in einen Brei von reinem Mercurosulfat und reiner gesättigter Zinksulfatlösung tauchen, bewirkt die Aenderung der Temperatur eine Aenderung des Werthes der elektromotorischen Kraft um beiläufig 0,077 auf i° C. Man sieht wohl, dafs ein solches Element nicht Normalelement genannt werden kann, da dessen Angaben erstens von der beständig wechselnden Temperatur abhängen, und zweitens von der Erkenntnifs dieser Aenderungen durch irgend welche andere Vorrichtung, beispielsweise ein Thermometer, welches dann wieder seinerseits das Urmafs darstellt.

Bei Elementen, welche Zinksulfatlösung enthalten, hängt die Dichte der Lösung von der Temperatur des Lösungsmittels (Wasser) ab, in welchem das Zinksalz gelöst ist, und mit jeder Aenderung der Dichte findet eine entsprechende Aenderung der elektromotorischen Kraft statt, indem diese letztere bis zu einer bestimmten Grenze steigt, wie die Dichte sich verringert.

Aufserdem findet bei allen sogen. Normalelementen auf dem Zink eine Ablagerung eines Stoffes statt, der ähnlich wie das Kupfer beim Daniell-Element das Zink nicht schützt, sondern in Localwirkung mit demselben eintritt. Hierdurch wird die wechselseitige Beziehung der Elektroden beeinflufst. Man ersieht deshalb, dafs, um die Entdeckung des Erfinders für ein Normalelement nutzbar zu machen, nicht nur ein Element angegeben werden mufs, in welchem der Werth der elektromotorischen Kraft sich mit Temperaturänderungen nicht ändert, sondern auch "ein Element, welches solche Stoffe enthält, die eine die elektromotorische Kraft beeinflussende Localwirkung nicht äufsern.

Der Erfinder hat die Beobachtung gemacht, dafs die elektromotorische Kraft aller Cadmiumsalze sehr nahe unabhängig ist von Temperaturänderungen. Dies scheint davon herzurühren, dafs diese Salze im kalten und im warmen Wasser gleich gut löslich sind. Die Dichte der Lösung bleibt im wesentlichen dieselbe,

so dafs eine Störung der elektromotorischen Kräfte infolge von Aenderungen der Dichte ausgeschlossen ist. Die chemischen Affinitäten im Element sind innerhalb beträchtlicher Grenzen im wesentlichen dieselben, unabhängig von der Temperatur des Elementes, und es wird die sehr bemerkenswerthe Bedingung erfüllt, dafs die Wirkung der chemischen Affinitäten durch die Wärme nicht merklich unterstützt wird. Man kann irgend ein Cadmiumsalz benutzen, dessen Säure eine unlösliche Verbindung mit Quecksilber bildet, wenn das Salz sich im Zustande einer gesättigten Lösung in Wasser oder in einer Lösung des benutzten Cadmiumsalzes befindet. Derartige Salze sind beispielsweise das Sulfat, Chlorid, Bromid, Jodid. Man kann ein einfaches Salz oder die Verbindung dieser verschiedenen Salze mit irgend einem unlöslichen Salz, und Quecksilber benutzen. Die ausgewählten Stoffe hängen von der Anwendung des Elementes ab. Wenn man es beispielsweise als Urmafs benutzen will, so mufs es so hergestellt sein, dafs es unbedingt unveränderlich bleibt, und in dieser Form kann es dem Markt als fertige Handelswaare geliefert werden. Die Elemente können aber auch erst beim Gebrauch zusammengestellt werden, wo sie dann blos für den Gebrauch während einer oder zweier Stunden dienen sollen. In diesem Falle ist es unwesentlich, ob die Bestandtheile am Schlufs dieser Zeit Schaden gelitten haben oder nicht, da sie beseitigt und bei der nächsten Gelegenheit durch andere ersetzt werden können.

Man kann das Element nach irgend einer der drei folgenden Weisen einrichten:

i. Man kann einen aus einer gesättigten Lösung eines Cadmiumsalzes bestehenden Elektrolyten mit Elektroden aus anderen Bestandtheilen benutzen. 2. Man kann eine cadmiumhaltige Elektrode gegenüber einer Quecksilberelektrode in Verbindung mit einem Elektrolyten aus anderem Material als Cadmiumsalz benutzen. 3. Man kann als Elektrolyt eine gesättigte Lösung eines Cadmiumsalzes in Wasser benutzen und als Elektroden Cadmiumamalgam gegenüber Quecksilber und Mercurosulfat. Dies ist die beste Anordnung für ein absolutes Normalelement, welche dem Erfinder gegenwärtig bekannt ist.

So kann man im ersten Fall eine Lösung von Cadmiumsulfat an Stelle von Mercurosulfat und einer reinen gesättigten Zinksulfatlösung, die beim C lark'sehen Element benutzt werden, setzen; die Elektroden sind dabei Zink und amalgamirtes Platin. In diesem Falle wird das Element im Anfang eine weit geringere Schwankung der elektromotorischen Kraft mit Temperaturänderungen zeigen als das C larksehe Element. Aber im Laufe der Zeit nähern sich ihre Fehler jenen des Clark'sehen Elementes, weil durch die Reduction der Quecksilbersalze die Lösung der Zinksulfatlösung im' Clark'schen Elemente immer näher kommt.

Im zweiten Fall kann man Elektroden benutzen, wie die im dritten Fall angegebenen, und zwar mit einer gesättigten Lösung von Zinksulfat. Hier werden zwar die Aenderungen der elektromotorischen Kraft infolge von Temperaturänderungen geringer sein, als bei Normalelementen gewöhnlich der Fall ist, aber doch sind die besten Bedingungen für ein gutes Element nicht erfüllt.

Die dritte Einrichtung ist, wie bereits bemerkt, das beste dem Erfinder bisher bekannte Mittel, um die Erfindung praktisch auszuführen, und zwar sowohl im Allgemeinen als auch für den besonderen Fall eines Normalelementes. Es ist bereits bemerkt worden, dafs ein solches Element nicht nur von Temperaturänderungen und Localwirkungen, sondern auch von solchen Wirkungen unabhängig sein mufs, welche durch Verschiedenheiten in den Bedingungen der Umgebung der Elektroden veranlafst werden. Zur näheren Erläuterung des zuletzt Gesagten diene Folgendes:

Wenn ein Element aus zwei Zinkelektroden besteht, die beide in eine Zinksulfatlösung tauchen, und eine Elektrode wird mehr erhitzt als die andere, so entsteht ein Strom und das Gleichgewicht wird gestört; oder aber wenn zwei chemisch reine Zinkelektroden in getrennte Zinksulfatlösungen tauchen, von denen eine dichter oder concentrirter ist als die andere, so wird das Gleichgewicht abermals gestört, und es bildet sich eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Klemmen des Elementes. Bei einem Element von der vorstehend angegebenen Zusammensetzung, d. h. welches aus Elektroden aus Cadmiumamalgam und reinem Quecksilber und Quecksilbersulfat nebst einer gesättigten Lösung eines Cadmiumsalzes als Elektrolyt besteht, treten erstens keine Aenderungen der elektromotorischen Kraft infolge von Temperaturänderungen ein, zweitens treten keine störenden Ströme infolge von Localwirkungen ein, drittens treten keine Potentialdifferenzen infolge gröfserer oder geringerer Dichte der Lösung bei der einen oder der anderen Elektrode oder infolge von Temperaturunterschieden der beiden Elektroden auf.

Damit soll indessen nicht gesagt sein, dafs die elektromotorische Kraft des Elementes von den genannten Umständen mathematisch genau unabhängig sei, sondern blos, dafs das Element aus den genannten Gründen innerhalb der praktisch erreichbaren Genauigkeitsgrenzen keinerlei Störungen ausgesetzt ist. Der Enfinder hat dies durch die feinsten bekannten Untersuchungsmethoden festgestellt. Er hat z. B. das Element Temperaturen ausgesetzt, welche in den Grenzwerthen um 110⁰C. von einander

verschieden waren, und konnte unter diesen Umständen eine Aenderung der elektromotorischen Kraft von mehr als 0,01 pCt. nicht entdecken.

Um die gegenwärtige Entdeckung bei einem Normalelement praktisch verwendbar zu machen, schlägt der Erfinder die in beiliegender Zeichnung dargestellte Ausführungsform vor. Dabei ist Fig. ι ein senkrechter Schnitt nach der Linie i-i, Fig. 3, Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2, Fig. 3, und Fig. 3 eine Draufsicht.

A ist ein äufseres Gehäuse, am besten aus Messingblech, von elliptischer Form. In dieses Gehäuse ist ein Holzblock B eingeschoben, welcher entsprechend ausgehöhlt· ist, um das Glasgefäfs C C¹ des Elementes aufzunehmen. Dieses Glasgefäfs besteht aus zwei cylindrischen Stutzen, die durch ein Querrohr D mit einander verbunden sind. Die unteren Enden dieser Stutzen sind abgerundet und ihre Mündungen sind erweitert, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist.

In den einen Stutzen C bringt man Cadmiumamalgam, in ■ den anderen ein Gemenge von reinem. Quecksilber und Mercurosulfat. Man bringt dann in jedes Gefäfs oberhalb der Elektrode ein Stück Musselin oder ein anderes Stoffstück E, dessen Ränder aufgebogen sind. In dieses aufgebogene Stoffstück drückt man einen Kork F, der mit Löchern G versehen ist. Diese Anordnung des Korkes und des Musselins dient dazu, die Elektrodenmasse an ihrer Stelle zu halten und zu verhindern, dafs sie sich mit der Lösung vermengen, wenn das Element bewegt wird. Gleichzeitig gestatten die Oeffnungen in den Korken F die freie Berührung zwischen der Lösung und den Elektroden. Man bringt dann in jeden Stutzen CC¹ eine gesättigte Cadmiumsulfatlösung, schliefslich bringt man in die Mündungen der Stutzen geeignete Stöpsel M und kittet sie ein. Die Verbindungsdrähte H gehen durch den Boden der Stutzen CC¹ und stehen in leitender Verbindung mit den Elektroden. Sie sind mit Kupferdrähten / verbunden, welche in geeigneten Klemmen / enthalten sind. Die Klemmen / werden vom Kautschukdeckel K des Gehäuses 4 getragen. Die Klemmen J sind, wie gezeichnet, mit Deckkappen L versehen. Nachdem das Glasgefäfs sich an seiner Stelle befindet, wird der Raum im Gehäuse A oberhalb des Blockes B mit einer Mischung ausgefüllt, die am besten aus Bienenwachs, Harz und Leinöl besteht; der Deckel K wird dann aufgesetzt und das Element bleibend geschlossen. Die elektromotorische Kraft der beschriebenen Elemente ist sehr nahe 1,019 Volt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vο lta'sehe Zelle, bei welcher zwei Elektroden, und zwar eine von Quecksilber (gegebenenfalls gemischt mit schwefelsaurem Quecksilberoxydul) und eine von Cadmium oder Cadmiumamalgam, in eine Cadmiumsalzlösung eingetaucht sind, zum Zweck der Sicherung einer von Temperaturänderungen unabhängigen elektromotorischen Kraft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.