Über das Wesen der Naturgesetze [Reprint 2020 ed.] 9783112337141, 9783112337134

Citation preview

ÜBER DAS WESEN DER

NATURGESETZE.

VON

G. C. ZIMMER.

GIESSEN,

J. R I C K E R ' S C H E BUCHHANDLUNG. 1893.

Alle Rechte vorbehalten.

Vorwort. Die Theorie, welche in der vorliegenden Schrift entwickelt ist, widerspricht zwar der gegenwärtigen Anschauungsweise, sie steht aber in allen Punkten in voller Uebereinstimmung mit den durch das physikalische Experiment festgestellten Thatsachen. Diese Theorie ist eine durchaus einheitliche; sie gestattet im Gegensatz zu den bestehenden alle Erscheinungen auf den verschiedenen Gebieten von Wärme, Elektricität, Licht und Magnetismus von einem einheitlichen Gesichtspunkt aus zu betrachten. Durch diese Theorie wird es möglich, die physikalischen Gesetze nicht nur als bestehende Thatsachen aufzufassen, sondern auch die Ursachen derselben zu erkennen und die verschiedenartigen Erscheinungen auf gemeinsame Grundgesetze zurückzuführen. Möge der in dieser Richtung gemachte Versuch eine wohlwollende Aufnahme und eine vorurteilsfreie Prüfung finden.

Von der Wärme. Die Ursache der Wärme ist der Wärme-Aether. Der Wärme-Aether besteht aus Aether-Molekülen, welche sich in kleinerer oder gröfserer Entfernung von einander befinden und deshalb einen Zustand von gröfserer oder kleinerer Dichtigkeit haben können. Iii jedem einfachen erwärmten Körper wird jedes Körper-Atom von Aether-Molekülen eingeschlossen, welche sich an das Körper-Atom anlagern; die AetherMoleküle bilden auf diese Weise eine Aether-Kugel, in deren Mitte sich das Körper-Atom befindet. Wenn einem einfachen festen Körper Wärme zugeführt wird, so wächst die Anzahl der Aether-Moleküle, welche das Körper-Atom einschliefsen; da aber in diesem Fall das Volumen der Aether-Kugel unverändert bleibt, so wächst in demselben Verhältnifs wie die Anzahl, so auch die Dichtigkeit dieser Aether-Moleküle; mit zunehmender Erwärmung erfahren demnach die Aether-Moleküle, welche in der Aether-Kugel des Körper-Atoms vereinigt sind, eine Verdichtung. Wir unterscheiden demnach zwischen Menge der Aether-Moleküle und ihrem Dichtigkeitszustand, oder mit anderen Worten zwischen der Anzahl der Aether-Moleküle und ihrer gegenseitigen Entfernung von einander. Das zuletzt genannte Verhältnifs, nämlich die Dichtigkeit der Aether-Moleküle, ist gleichbedeutend mit Temperatur, die Anzahl der Aether-Moleküle dagegen ist gleichbedeutend mit der gesammten Wärmemenge des betreffenden Körpers. Zwei Körper, die sich berühren, nehmen die gleiche Temperatur an. In zwei sich berührenden Aether-Kugeln Z i m m e r , Naturgesetze.

I

2

V O N DER

WÄRME.

haben also die Aether-Moleküle das Bestreben, den gleichen Zustand der Dichtigkeit einzunehmen; die Wärme geht durch Leitung von einem Körper auf den anderen über. Indem durch die Erwärmung die Dichtigkeit der Aether-Moleküle, welche das Körper-Atom einschliefsen, zunimmt, wächst in demselben Verhältnifs die abstossende Kraft, welche die Aether-Kugel des einen Körper-Atoms auf die Aether-Kugel des nächsten Körper-Atoms ausübt. In Folge dieser Vermehrung der abstossenden Kräfte entfernen sich die Körper-Atome von einander, der Körper dehnt sich aus. Wird bei Erhitzung eines festen Körpers die Temperatur bis zum Schmelzpunkt gesteigert, so haben die Aether-Kugeln, welche die Körper-Atome einschliessen, durch Vermehrung der Dichtigkeit ihrer Aether-Moleküle diejenige abstossende Kraft erreicht, welche ihre bisherige starre Gleichgewichtslage überwindet. Wie beim Schmelzen der festen, so wird auch beim Verdampfen der flüssigen Körper die Veränderung des AggregatZustandes dadurch herbeigeführt, dass die abstofsende Kraft der Aether-Kugeln durch Vermehrung der Dichtigkeit ihrer Aether-Moleküle eine gewisse Grenze überschreitet. Sowohl beim Eintritt des Schmelzpunktes wie des Siedepunktes treten die Aether-Kugeln, welche die KörperAtome einschliefsen, plötzlich in eine gröfsere Entfernung von einander, als diejenige war, welche sie vorher inne hatten. In demselben Mafse aber wie die Aether-Kugeln, welche die Körper-Atome einschliefsen, sich von einander entfernen und gröfsere Zwischenräume bilden, müssen diese Aether-Kugeln auch in den entstandenen Zwischenräumen sich ausbreiten, indem ihre Aether-Moleküle aus dem bisherigen Volumen der Aether-Kugel heraustretend nun eine Aether-Kugel von gröfserem Rauminhalt bilden.

^ ^ VON^DER^ Wärme.

3

Der eben genannte Vorgang führt uns auf ein Gesetz von grofser Wichtigkeit. Da jeder erhitzte Körper nur dadurch in einen höheren Aggregat-Zustand übergehen kann, dafs er im Moment dieses Uebergangs eine Vermehrung im Rauminhalt seiner Aether-Kugeln erfährt, so folgt hieraus, dafs ihm zur Erlangung dieses höheren Aggregat-Zustandes von aufsen durch Erwärmung diejenige Anzahl von Aether-Molekülen zugeführt werden mufs, welche nöthig ist, um bei gleichbleibender Dichtigkeit der Aether-Moleküle den Rauminhalt ihrer AetherKugel um dasjenige Mafs zu vergröfsern, welches der höhere Aggregat-Zustand erfordert. Die Wärmemenge, welche für den Uebergang in den höheren AggregatZustand erforderlich ist, vermehrt also nur die Anzahl, nicht aber die Dichtigkeit der Aether-Moleküle, welche in der Aether-Kugel eingeschlossen sind. Da nun aber, wie wir vorhin gezeigt haben, durch das Thermometer nicht die Menge der Aether-Moleküle, sondern nur ihre Dichtigkeit nachgewiesen werden kann, so folgt hieraus, dafs diejenige Wärmemenge, welche für die Bildung des höheren Aggregat-Zustandes erforderlich ist, durch das Thermometer nicht wahrgenommen werden kann. Dieser Antheil der Wärme wird deshalb mit latenter Wärme bezeichnet. Das Volumen der das Körper-Atom einschliefsenden Aether-Kugel wird bei gleichbleibender Temperatur nicht allein durch den Aggregat-Zustand, sondern auch durch den äufseren Druck verändert. Wenn Wasserdampf von ioo° C. in einem geschlossenen Cylinder eine Verminderung des Drucks erfährt, indem durch Verschiebung eines Kolbens der eingeschlossene Raum sich vergröfsert, so dehnt der Dampf sich aus, die einzelnen Moleküle des Wasserdampfs treten in eine gröfsere Entfernung zu einander. In dem Mafs aber, wie die Körper-Moleküle sich von einander entfernen und gröfsere Zwischenräume bilden, müssen, wie wir vorhin gesehen haben, auch die

4

V O N DER W Ä R M E .

Aether-Kugeln, welche die Körper-Moleküle einschliefsen, in den entstandenen Zwischenräumen sich ausdehnen, indem die in jeder Aether-Kugel vereinigten AetherMolektile sich von einander entfernen und hierdurch in einen Zustand von geringerer Dichtigkeit eintreten. Nun ist aber, wie wir gesehen haben, eine Verminderung in der Dichtigkeit der Aether-Molektlle gleichbedeutend mit Abnahme der Temperatur. Wenn also Wasserdampf von ioo° C. eine Vermehrung in seinem Volumen erfahren und zugleich in seiner Temperatur nicht abnehmen soll, so mufs ihm, damit die Dichtigkeit der AetherMoleküle die gleiche bleibe, von aufsen Wärme in dem Mafs zugeführt werden, in welchem sein Volumen zunimmt. Es enthält mit anderen Worten Dampf von 100 0 C. eine um so gröfsere Wärmemenge, je mehr sein Volumen sich vergröfsert. Damit Wasserdampf in seinem dampfförmigen Aggregat-Zustand erhalten bleibe, ist es erforderlich, dafs: 1) die abstofsende Kraft der die Dampf-Moleküle einschliefsenden Aether-Kugeln nicht unter eine gewisse Grenze sinke; diese abstofsende Kraft der Aether-Kugeln ist abhängig von der Dichtigkeit ihrer Aether-Moleküle oder von der Temperatur, 2) die Entfernung der einzelnen Dampf-Moleküle von einander nicht kleiner werde, wie die zwischen ihnen wirksame abstofsende Kraft. Wenn Wasserdampf sich in diesem Zustand befindet, in welchem jede Verminderung der Temperatur oder jede Vermehrung seiner Dichtigkeit die Bildung von Wasser zur Folge hat, so heifst er gesättigt. Wasserdampf wird deshalb aus einem gesättigten zu einem ungesättigten, wenn bei gleichbleibendem Volumen durch Erhöhung der Temperatur die zwischen den DampfMolekülen wirksame abstofsende Kraft vermehrt wird, oder auch wenn bei gleichbleibender Temperatur die

Vorder W ä r m e ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 5 Dichtigkeit der Dampf-Moleküle durch Vergröfserung ihres Volumens vermindert wird. Umgekehrt wird ungesättigter Wasserdampf zu einem gesättigten, wenn entweder bei gleichem Volumen die abstofsende Kraft der Dampf-Moleküle durch Temperatur-Erniedrigung vermindert wird, oder auch, wenn bei gleichbleibender Temperatur die Dichtigkeit der Dampf-Moleküle eine Zunahme erfährt. Diese Zunahme in der Dichtigkeit der Dampf-Moleküle kann auf zweierlei Weise herbeigeführt werden, nämlich entweder durch Verminderung des Volumens, welches sie einnehmen, oder auch bei gleichbleibendem Volumen durch Vermehrung der DampfMoleküle , welche dem vorhandenen Dampf-Volumen durch Wasserverdampfung zugeführt werden. Zur Dampfbildung ist es wie erwähnt erforderlich, dafs die Dampf-Moleküle durch ihre abstofsende Kraft in eine gröfsere Entfernung zu einander treten, als diejenige war, die sie als Wasser-Moleküle hatten. Nun können aber die Dampf-Moleküle nur dann in die gröfsere Entfernung, welche ihr Aggregat-Zustand verlangt, zu einander treten, wenn sie hieran nicht durch den äufseren auf ihnen lastenden Druck verhindert werden; die Dampfbildung mufs also bei einer um so niedrigeren Temperatur stattfinden, je mehr durch Verminderung des Drucks den Wasser-Molekülen die Möglichkeit gegeben ist, ihrer abstofsenden Kraft folgend, in denjenigen Zustand von geringerer Dichtigkeit einzutreten, welcher für die Dampfbildung erforderlich ist. Mit der Verminderung des äufseren Drucks wächst die Entfernung der entstehenden Dampf-Moleküle von einander, in demselben Mafse wächst aber auch, wie wir gesehen haben, der Rauminhalt der Aether-Kugel, welche das DampfMolekül einschliefst. Da nun die Aether-Moleküle, welche zur Bildung dieser gröfseren Aether-Kugeln erforderlich sind, der verdampfenden Flüssigkeit entnommen werden, so mufs jede bei sehr niederem Druck stattfindende

6

^VON MRJATärme^

Dampfbildung die Temperatur der Flüssigkeit erniedrigen. Die Spannkraft des Wasserdampfes ist nicht nur von seiner Temperatur abhängig, sondern auch von seiner Dichtigkeit; je kleiner bei derselben Temperatur die zwischen den einzelnen Dampf-Molekülen befindliche Entfernung wird, um so gröfser wird die zwischen ihnen wirksame abstofsende Kraft oder ihre Spannkraft. Da nun für eine bestimmte Temperatur im gesättigten Wasserdampf die Dampf-Moleküle die gröfste Dichtigkeit besitzen, so folgt daraus, dafs bei derselben Temperatur Wasserdampf die gröfste Spannkraft hat, wenn er gesättigt ist. Aus dem Gesagten läfst sich nun entnehmen, welche Beziehung bestehen mufs zwischen der Spannkraft der Wasserdämpfe und ihrer latenten Wärme. Wenn Wasser in den dampfförmigen Zustand übergeht, so treten die Moleküle desselben in eine gröfsere Entfernung zu einander; in dem Mafs, in welchem die Entfernung der Dampf-Moleküle von einander zunimmt, wächst aber auch der Rauminhalt der Aether-Kugel, welche das Dampf-Molekül einschliefst. Nun wird, wie wir gesehen haben, diejenige Menge der Aether-Moleküle, welche nur zur Vergröfserung des Rauminhaltes der Aether-Kugel, nicht aber zur Vermehrung ihrer Dichtigkeit verbraucht wird, mit latenter Wärme bezeichnet; hieraus folgt aber, dafs die latente Wärme der Dämpfe um so grösser werden mufs, je mehr die gegenseitige Enfernung der Dampf-Moleküle zunimmt. Nun haben wir vorhin gesehen, dafs auch die Spannkraft des Dampfes von seiner Dichtigkeit abhängig ist. Eine Zunahme in der Dichtigkeit der Dampf-Moleküle bewirkt also auf der einen Seite eine Vermehrung ihrer Spannkraft, auf der anderen Seite eine Abnahme ihrer latenten Wärme; die gesättigtenWasserdämpfe erfahren demnach mit zunehmender Spannkraft eine Verminderung ihrer latenten Wärme.

V O N DER

WÄRME.

Diese Schlufsfolgerung wird durch die Erfahrung vollständig bestätigt. Es enthält z. B. i Kilogramm gesättigter Wasserdampf bei einer Spannung von 170,91 mm und bei einer Gesammtwärme von 625,5 die latente Wärme von 562,5, während dagegen die gleiche Menge gesättigten Wasserdampfes bei einer Spannung von 10354,84 mm und bei einer so viel gröfseren Gesammtwärme von 66o,o eine latente Wärme von nur 471,2 besitzt. Nicht nur Wasserdämpfe, die in ihrer verschiedenen Spannung mit einander verglichen werden, sondern auch die Dämpfe von manchen anderen Flüssigkeiten zeigen in ihrer Vergleichung mit Wasserdampf die Erscheinung, dafs ihre latente Wärme im umgekehrten Verhältnifs zu ihrer Dichtigkeit steht. S o ist z. B. die Dichtigkeit des Alkohol-Dampfes 2,58 mal so grofs als die des Wasserdampfes, die latente Wärme des Alkohol-Dampfes ist dagegen nur r ^ m a l so grofs wie die des Wasserdampfes. Auch bei den Gasen ist der gasförmige Aggregat-Zustand abhängig einerseits von der abstofsenden Kraft ihrer Gas-Atome, andererseits von ihrer durch den Druck bedingten Dichtigkeit. Wird ein Gas comprimirt, so treten die einzelnen Gas-Atome in kleinere Entfernung zu einander, die Aether-Kugel, welche jedes Gas-Atom einschliefst, wird kleiner und die in der AetherKugel vereinigten Aether-Molekvlle erlangen hierdurch eine gröfsere Dichtigkeit; es wird mit anderen Worten durch Compression eines Gases seine Temperatur erhöht. W i r d nun gleichzeitig durch Abkühlung dem comprimirten Gas W ä r m e entzogen, so vermindert sich fortwährend sowohl der Rauminhalt der Aether-Kugel, wie auch die Dichtigkeit der Aether-Moleküle innerhalb dieser Aether-Kugel. Hierdurch wird einerseits die Dichtigkeit der Gas-Atome vermehrt, andererseits die zwischen ihnen wirksame abstofsende Kraft vermindert, so dafs unter Umständen ihr Uebergang in den flüssigen Aggregat-Zustand erfolgen kann.

8

™

Der umgekehrte Vorgang wiederholt sich, wenn flüssig gemachte Gase einem verminderten Druck ausgesetzt werden. Die zwischen den einzelnen Gas-Atomen thätige abstofsende Kraft bewirkt nun, da der äufsere Druck kein Hindernifs mehr bietet, dafs sich dieselben von einander entfernen und in den gasförmigen Zustand übergehen; in demselben Mafs, in welchem die GasAtome sich von einander entfernen, wächst auch der Raum-Inhalt ihrer Aether-Kugeln. Indem aber dieAetherMoleküle, welche zur Vermehrung des Rauminhaltes der Aether-Kugeln verbraucht werden, der verdampfenden Flüssigkeit entnommen werden, mufs zugleich die Temperatur der letzteren eine Erniedrigung erfahren. Ebenso wie durch die Veränderung des AggregatZustandes, so mufs auch durch die Veränderung im Dichtigkeitszustand der Gase Wärme entweder entstehen oder verschwinden. In beiden Fällen ist die Veränderung im Volumen der das Körper-Atom einschliefsenden Aether-Kugel die Ursache, dafs Wärme entweder gebunden oder in Freiheit gesetzt wird; wir werden hierauf zurückkommen, wenn wir die Erscheinungen betrachten, welche zur Aufstellung der mechanischen Wärmetheorie Veranlassung gegeben haben. Specifische Wärme. Damit in einem Körper die Dichtigkeit der AetherMoleküle in der Aether-Kugel um ein bestimmtes Mafs erhöht werde, ist es nothwendig, dafs der Aether-Kugel des Körper-Atoms eine bestimmte Menge von AetherMolekülen durch Erwärmung zugeführt wird. Nun erfordern aber die Gewichtseinheiten verschiedenartiger Körper zur gleichen Temperatur-Erhöhung ganz verschiedene Wärmemengen. Die specifische Wärme eines Körpers giebt Aufschlufs darüber, wie grofs die Menge der Aether-Moleküle ist, welche der Gewichtseinheit dieses Körpers zugeführt werden müssen, damit die

Dichtigkeit der Aether-Moleküle in ihrer Aether-Kugel um eine bestimmte Temperatur-Differenz wachse; die specifische Wärme drückt zugleich aus, um wieviel mal gröfser diese Wärmemenge ist, wie diejenige, welche die Gewichtseinheit Wasser zu der gleichen TemperaturErhöhung erfordert. Wir haben angenommen, dafs, wenn ein einfacher fester Körper erwärmt wird, sich der Rauminhalt der Aether-Kugel, welche das Körper-Atom einschliefst, durch die Erwärmung nicht ändert, vorausgesetzt, dafs der Aggregat-Zustand hierbei keine Aenderung erfährt. Aus der Unveränderlichkeit des Volumens einer jeden AetherKugel ergiebt sich nun, dafs die Anzahl der AetherMoleküle, welche erforderlich ist, um die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in der Aether-Kugel um eine bestimmte Temperatur-Differenz zu erhöhen, von dem Rauminhalt der Aether-Kugel des Atoms abhängig ist. Wenn wir nun annehmen, was aber allerdings nur annähernd richtig ist, dafs die Atome aller einfachen festen" Elemente eine Aether-Kugel von gleichem Rauminhalt besitzen, so würde hieraus folgen, dafs die gleiche Menge von AetherMolekülen erforderlich ist, um die Dichtigkeit derselben in der Aether-Kugel verschiedenartiger Atome um die gleiche Temperatur-Differenz zu erhöhen, dafs also mit anderen Worten die Atomwärme für alle festen Elemente die gleiche ist. Dieser Satz, welcher mit der Erfahrung annähernd übereinstimmt, läfst sich auch in anderer Weise ausdrücken. Die Anzahl der Atome, welche in der Gewichtseinheit der verschiedenartigen festen Elemente enthalten ist, verhält sich umgekehrt wie das Atomgewicht derselben. Da nun die Atome aller einfachen festen Körper die gleiche Atomwärme besitzen, so mufs auch die in der Gewichtseinheit dieser Elemente enthaltene specifische Wärme dem Atomgewicht derselben umgekehrt proportional sein.

10

V O N DER

WÄRME.

Von diesem Gesetz scheinen einige starre Elemente, nämlich Bor, Kohlenstoff und Silicium eine Ausnahme zu machen, welche eine viel kleinere als die mittlere Atomwärme besitzen. Da die Atom wärme eines jeden Atoms von dem Rauminhalt seiner Aether-Kugel abhängig ist, so wären wir zur Erklärung der genannten Erscheinung zu der Annahme gezwungen, dafs für die genannten drei Elemente auch die Aether-Kugel, welche das Atom einschliefst, das kleinste Volumen besitzt. Die Richtigkeit dieser Annahme aber scheint daraus hervorzugehen, dafs von allen starren Elementen Bor, Kohlenstoff und Silicium das kleinste Atomgewicht haben. Die gleiche Beziehung läfst sich nachweisen, wenn wir die Modificationen eines und desselben Elementes mit einander vergleichen. So hat z. B. von den Modificationen des Kohlenstoffs der Diamant die niedrigste Atom-Wärme, die Aether-Kugel, welche das Kohlenstoff-Atom einschliefst, hat also in diesem Falle das kleinste Volumen. Hieraus folgt aber, dafs die Kohlenstoff-Atome in dieser Modification auch die gröfste Dichtigkeit besitzen müssen, was mit der Erfahrung übereinstimmt. Zur Erklärung der specifischen Wärme der chemisch zusammengesetzten Körper müssen wir vorher den inneren Vorgang der chemischen Verbindung betrachten. Die chemische Verbindung von Atomen verschiedener Elemente besteht ihrem Wesen nach darin, dafs die Aether-Kugeln dieser Atome, welche vorher getrennt waren, sich zu einem Ganzen vereinigen, indem sie eine gemeinsame Aether-Kugel bilden, welche alle chemisch verbundenen Atome in sich einschliefst. Diese AetherKugel, welche die verbundenen Atome einschliefst, besitzt aber, wie wir später beweisen werden, ein kleineres Volumen, als die Aether-Kugeln der getrennten Atome zusammengenommen; bei gleicher Temperatur sind also in der Aether-Kugel der Verbindung weniger Aether-

SPECIFISCHE W Ä R M E .

11

Moleküle enthalten, wie vorher in den Aether-Kugeln der getrennten Atome zusammengenommen. Wenn wir nun annehmen wollten, dafs, wie bei den einfachen, so auch bei den zusammengesetzten Körpern die Atomwärme abhängig sei von dem constanten Volumen ihrer Aether-Kugel, so würde hieraus folgen, dafs ein chemisch zusammengesetzter Körper wegen des kleineren Volumens seiner Aether-Kugel auch eine niedrigere specifische Wärme besitzen müsse, als die einzelnen Atome der Verbindung zusammengenommen. Im Widerspruch hiermit lehrt uns aber die Erfahrung, dafs die specifische Wärme der Verbindung im allgemeinen nicht niedriger ist, als die Summe der Atom-Wärmen ihrer Bestandtheile. Wir sind demnach zu der Annahme genöthigt, dafs für zusammengesetzte Körper die das Molekül einschliefsende Aether-Kugel kein constantes Volumen besitzt, dafs sie vielmehr bei Erhöhung der Temperatur an Volumen zunimmt, und bei ihrer Erkaltung sich zusammenzieht. Aus dieser Veränderlichkeit des Volumens der Aether-Kugel zusammengesetzter Körper in Folge der Erwärmung ergiebt sich, dafs die Anzahl der Aether-Moleküle, welche durch eine bestimmte Temperatur-Erniedrigung abgegeben werden, in dem Mafs sich vergröfsern mufs, wie das Volumen der Aether-Kugel durch diese Temperatur-Erniedrigung abnimmt. Die Aether-Kugel der zusammengesetzten Verbindung enthält also bei gleicher Temperatur zwar weniger Aether-Moleküle, als die Aether-Kugeln ihrer Körper-Atome zusammen; durch die gleiche Temperatur-Erniedrigung werden aber dennoch von derselben die gleiche Menge von Aether-Molekülen abgegeben, wie durch ihre Körper-Atome zusammengenommen. Da der Rauminhalt der Aether-Kugel eines chemisch zusammengesetzten Körpers kleiner ist, als der Rauminhalt der Aether-Kugeln der einzelnen Atome zusammen-

12

yü^^Ib

genommen, so folgt hieraus, dafs die Körper-Atome, indem sie sich chemisch verbinden, eine Verdichtung erfahren müssen; es ist demnach mit anderen Worten das Aequivalent -Volumen einer chemischen Verbindung kleiner, als die Summe der Aequivalent-Volumina ihrer Atome. S p e c i f i s c h e W ä r m e der Gase. Die Atomwärme der einfachen Gase ist im Allgemeinen niedriger als die der starren Elemente; hieraus müssen wir den Schlufs ziehen, dafs auch die das GasAtom einschliefsende Aether-Kugel einen kleineren Rauminhalt besitzt. Dieser Umstand deutet darauf hin, dafs das Gas-Atom selbst kleiner ist, wie das Atom eines starren Elementes und dafs die Aether-Kugeln der GasAtome durch gröfsere Zwischenräume von einander getrennt sind, wie die Aether-Kugeln der starren Elemente. Ebenso wie die Atome aller starren Elemente, so besitzen auch die Atome aller einfachen vollkommenen Gase eine Aether-Kugel von annähernd gleichem Rauminhalte; hieraus folgt aber, dafs auch die Atomwärme aller einfachen Gase die gleiche sein mufs. Wie bei den festen, so ist auch bei den gasförmigen Körpern die Aether-Kugel, welche das Gas-Atom einschliefst, die Ursache der abstofsenden Kraft desselben. Während aber bei festen Elementen die abstofsende Kraft der Atome durch das Mafs der Ausdehnungsfähigkeit des Körpers begrenzt ist, besteht diese Grenze bei gasförmigen Körpern nicht; der Raum, welchen die Gase einnehmen, entspricht also genau der abstofsenden Kraft ihrer Aether-Kugeln, welche an ihrer Entfernung von einander nicht gehindert sind. Da nun die AetherKugel eines jeden einfachen Gas-Atoms das gleiche Volumen besitzt, so folgt hieraus, dafs bei gleicher Temperatur in dem gleichen Gas-Volumen auch die gleiche Anzahl von Aether-Kugeln enthalten ist, welche die

Spec^SCMJWÄ^E^ER^&ASE.

13

Gas-Atome einschliefsen; es müssen also auch die gleichen Volumina der einfachen G a s e bei derselben Temperatur und demselben Druck die gleiche specifische W ä r m e besitzen. W i r haben gesehen, dafs bei einfachen Gasen in dem gleichen Volumen auch die gleiche Anzahl von AetherKugeln enthalten ist, von denen jede ein Gas-Atom einschliefst, dafs sich also die Dichten der einfachen G a s e wie ihre Atom-Gewichte verhalten. Dieses Gesetz gilt aber auch für zusammengesetzte Verbindungen der Gase. W e n n sich 3 Gas-Atome miteinander chemisch verbinden, so vereinigen sich 3 AetherKugeln zu einer einzigen Aether-Kugel, welche die aus 3 Gas-Atomen bestehende Verbindung in sich einschliefst. Von diesen neugebildeten Aether-Kugeln, von denen jede die aus 3 Gas-Atomen bestehende Verbindung einschliefst, sind aber in dem gleichen Volumen die gleiche Anzahl enthalten, wie vorher von denjenigen Aether-Kugeln, welche nur 1 Gas-Atom einschliefsen. E s folgt hieraus dafs auch für die zusammengesetzten Verbindungen der G a s e die Dichten den Molekulargewichten proportional sein müssen. A u s diesem Gesetz geht hervor, dafs die AetherKugeln der Gas-Atome, indem sie sich unter Bildung einer neuen Aether-Kugel chemisch verbinden, eine viel gröfsere Abnahme in ihrem Volumen erfahren, wie diejenige Abnahme des Volumens ist, welche durch die chemische Verbindung der Atome fester Körper herbeigeführt wird. Darin aber, dafs das Volumen der AetherKugel der Gas-Verbindung viel kleiner ist, wie die Summe der Volumina ihrer Bestandtheile, liegt zugleich die Ursache, dafs das Volumen der Verbindung eine kleinere specifische W ä r m e besitzen mufs, wie die Summe der Volumina der einfachen G a s e , aus denen die Verbindung besteht. S o ist z. B. auf gleiches Volumen bezogen die specifische W ä r m e v o n :

14

^

Vor^J^RjWÄRME^

Wasserstoff H = 0,2359 Stickstoff N = 0,2370 Wenn sich nun 3 Volumina H mit x Volumen N zu 1 Volumen Ammoniak H S N chemisch verbinden, so beträgt die specifische Wärme des entstandenen 1 Volumen Ammoniak nicht: 3. 0,2359 = 0,7077 1. 0,2370 = 0,2370

o.9447

sondern nur 0,3134. Wir betrachten nun den Einflufs des Drucks auf den Wärmegehalt der Luft. Wenn in einem hohlen Cylinder, der mit einem beweglichen Kolben versehen ist, eine bestimmte Luftmenge von o° C. auf eine gewisse Temperatur erhitzt wird, so wächst die abstofsende Kraft der die Luft-Atome einschliefsenden Aether-Kugeln, indem die Dichtigkeit ihrer Aether-Molektlle zunimmt. Wenn deshalb der Druck oder die Spannkraft der eingeschlossenen Luftmenge unverändert bleiben soll, so müssen die einzelnen Aether. Kugeln in gröfsere Entfernung zu einander treten, d. hdie Luft mufs sich durch die Verschiebung des Kolbens im Cylinder ausdehnen. Dadurch aber, dafs die AetherKugeln sich von einander entfernen, müssen sie zugleich in ihrem Volumen wachsen. Wenn deshalb die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in der Aether-Kugel nicht abnehmen soll, so mufs einer jeden Aether-Kugel noch eine bestimmte Menge von Aether-Molekülen durch Erwärmung zugeführt werden. Während bei constantem Volumen die Dichtigkeit der Luft-Atome und deshalb auch das Volumen ihrer Aether-Kugeln unverä ndert bleibt, erfährt demnach bei constantem Druck das Volumen der einzelnen Aether-Kugeln wegen ihrer gröfseren Entfernung von einander eine Zunahme. Hieraus folgt, dafs eine bestimmte Gewichtsmenge Luft bei gleichem Druck eine gröfsere Wärmemenge

S M ^ f k c h e ^ W Ä R M ^ J ^ R S^Sib

15

nöthig hat, als bei gleichem Volumen, damit in beiden Fällen die gleiche Temperatur-Erhöhung hervorgebracht werde. Die hierzu erforderliche Wärmemenge beträgt bei gleichem Druck = 1,4 mal so viel, als bei gleichem Volumen. Nun befindet sich in diesem hohlen Cylinder unter dem luftdichten Kolben von 1 Quadratmeter Querschnitt 1 Kubikmeter oder 1,293 Kilogramm Luft von o° C. und gewöhnlichem atmosphärischem Druck. Wenn nun diese Luftmenge auf 2730 C. erhitzt wird und der Druck hierbei unverändert bleiben soll, so mufs sich die Luft um das Doppelte ihres Volumens ausdehnen und der Kolben demnach um 1 Meter in die Höhe geschoben werden. Die gesammte Wärmemenge der Luft bei constantem Druck beträgt also: 1,293.273.0,2377 = 83 Wärmeeinheiten. Um nun den Wärme-Gehalt derselben Luftmenge bei der gleichen Temperatur von 273 0 C., aber bei constantem Volumen zu bestimmen, wird durch Feststellung des Kolbens die Luft an ihrer Ausdehnung verhindert, wodurch ihre Spannkraft auf 2 Atmosphären steigt; ihre gesammte Wärmemenge beträgt nun bei constantem Volumen: 1,293.273.0,1686 = 59 Wärmeeinheiten. Die Differenz von 83 — 59 = 24 Wärmeeinheiten, welche bei gleicher Temperatur die Luftmenge bei constantem Druck mehr enthält, als bei constantem Volumen, läfst sich nun noch in einer anderen Weise ausdrücken. Durch die Ausdehnug der Luft erfahren, wie wir gesehen haben, die Aether-Kugeln, welche die LuftAtome einschliefsen, eine Vergröfserung ihres Volumens. Diese Vergröfserung im Volumen ihrer Aether-Kugeln ist also abhängig von der Vergröfserung des Raumes, welchen die Luft-Atome einnehmen. Da nun diese Vergröfserung des Raumes ein Cubikmeter beträgt, so kann die Vergröfserung im Volumen der Aether-Kugeln auch durch 1 Cubikmeter ausgedrückt werden. Nun ist aber die gesammte Wärmemenge der Luft abhängig

16

^^yONJDJ^JWÄRME,

nicht allein von dem Volumen der das Körper-Atom einschliefsenden Aether-Kugel, sondern auch von der Dichtigkeit, welche die Aether-Moleküle in dieser AetherKugel besitzen. Die Dichtigkeit der Aether-Moleküle läfst sich auf folgendem Wege bestimmen. Die Messung der Temperatur durch das Quecksilber-Thermometer beruht auf dem Gesetz, dafs die Aether-Kugeln, welche das Körper-Atom einschliefsen, in demselben Verhältnifs eine Zunahme ihrer abstofsenden Kraft erfahren, wie die Dichtigkeit ihrer Aether-Moleküle zunimmt. Kennen wir also die abstofsende Kraft der Aether-Kugeln, welche die Luft-Atome einschliefsen, so haben wir hierin zugleich das Mafs für die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in ihrer Aether-Kugel. Nun ist aber die abstofsende Kraft dieser Aether-Kugeln in dem um i Cubikmeter vergröfserten Raum ebenso grofs, wie der auf dem Kolben lastende Luftdruck, welcher dieser abstofsenden Kraft das Gleichgewicht hält, nämlich 10333 Kilogramm. Die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in ihren Aether-Kugeln läfst sich demnach auch ausdrücken durch 10333 Kilogramm. Durch die Ausdehnung der Luft erfährt also das Volumen der Aether-Kugeln eine Zunahme, welche durch 1 Cubikmeter ausgedrückt wird; die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in diesen Aether-Kugeln findet aber ihren Ausdruck durch 10333 Kilogramm. Hieraus folgt nun, dafs die gesammte Wärmemenge, welche der vorhandenen Gewichtsmenge Luft zugeführt werden mufs, damit sie bei gleichbleibender Temperatur um 1 Cubikmeter sich ausdehne, auch ausgedrückt werden kann durch 10333 Kilogrammmeter. Für den gleichen Wärme-Zuwachs dieser Luftmenge hatten wir vorher 24 Wärmeeinheiten gefunden, es sind demnach 24 Wärmeeinheiten = 10333 Meterkilogramm oder 1 Wärmeeinheit = 430 Meterkilogramm.

W Ä R M E - E N T W I C K L U N G DURCH REIBUNG.

17

Indem nun die erwärmte Luft sich in dem geschlossenen Cylinder ausdehnt und hierbei den Kolben in die Höhe schiebt, kann unter Umständen auch eine mechanische Arbeit geleistet werden; man hat deshalb im Sinne der mechanischen Wärmetheorie angenommen, dafs die für das Thermometer verschwundene Wärme in Arbeit umgesetzt worden sei. Gegen diese Auffassung spricht zunächst der Umstand, dafs überhaupt die Umwandlung der vibrirenden Bewegung in eine fortschreitende nicht möglich ist. Die Wärmemenge, welche nöthig ist, um bei gleichbleibender Temperatur die Luft auf das Doppelte ihres Volumens auszudehnen, wird keineswegs durch Leistung einer Arbeit vernichtet, sondern sie ist in dem vergröfserten Volumen noch vorhanden. Dafs dieser Wärmezuwachs durch das Thermometer nicht nachgewiesen werden kann, beruht darauf, dafs die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in den Aether-Kugeln keine Aenderung erfährt. Die mit der Luft-Ausdehnung nothwendig verbundene Wärme-Absorption ist eben nur die Folge der VolumenVergröfserung und nicht die Folge einer geleisteten Arbeit. Dafs die Volumen-Vergröfserung der Luft unter gewissen Umständen auch zu einer Arbeitsleistung benutzt werden kann, ist für die Erklärung der WärmeAbsorption ganz bedeutungslos. Wärme-Entwicklung durch Reibung. Zwei Körper mit rauhen Oberflächen, welche auf einander gerieben werden, berühren sich nicht gleichmäfsig an allen Punkten der reibenden Flächen, weil je 2 AetherKugeln, welche die Körper-Atome einschliefsen, periodisch in die kleinste Entfernung zu einander treten und sich sodann durch die Bewegung der Reibung wieder von einander entfernen. Die Aether-Kugeln der Atome haben in beiden reibenden Körpern die gleiche Entfernung von einander; nur an denjenigen Punkten, in welchen die Zim'mer,

Naturgesetze.

2

18

V O N DER

WÄRME.

beiden Aether-Kugeln in Folge der Reibung auf einander stofsen, ist ihre gegenseitige Entfernung kleiner, wie an allen anderen Punkten. Wenn wir nun zwei sich reibende Aether-Kugeln im Moment ihrer kleinsten Entfernung betrachten, so ergiebt sich, dafs von allen Aether-Molekülen, welche der Aether-Kugel angehören, diejenigen, welche sich am Berührungspunkt der beiden Aether-Kugeln befinden, in der kleinsten Entfernung aufeinander einwirken; es müssen also auch die Aether-Moleküle auf derjenigen Seite der beiden Aether-Kugeln, auf welcher die Berührung stattfindet, mit gröfserer Kraft abgestofsen werden, wie auf der gegenüberliegenden Seite. Die abstofsenden Kräfte, welche auf die Aether-Moleküle einer und derselben Aether-Kugel einwirken, sind demnach verschieden • im Moment der Berührung der beiden Aether-Kugeln wird der eine Theil der darin enthaltenen Aether-Moleküle mit gröfserer Kraft abgestofsen, wie der andere Theil. Weil nun aus diesem Grunde das Gleichgewicht der abstofsenden Kräfte zwischen den Aether-Molekülen einer und derselben Aether-Kugel aufgehoben ist, so können die Aether-Moleküle in dem Verband ihrer AetherKugel nicht mehr zusammengehalten werden. Die AetherKugeln müssen also, der Stärke der Reibung entsprechend, in ihre einzelnen Aether-Moleküle auseinander fallen, welche von den nächstliegenden Aether-Kugeln aufgenommen werden und hierdurch in denselben die Temperatur erhöhen. In dem Moment nun, in welchem sich die beiden Körper-Atome in Folge der Reibung wieder von einander entfernen, müssen auch die Aether-Kugeln derselben wieder hergestellt werden. Die hierfür erforderlichen Aether-Moleküle werden aber nicht von den nächstliegenden Aether-Kugeln durch Wärme-Leitung abgegeben, sondern sie werden als freie Aether-Moleküle oder als Wärmestrahlen aus der Entfernung der sich bildenden Aether-Kugel zugeführt. Wir sehen hieraus, dafs die

VERBINDUNGSWÄRME.

19

Aether-Moleküle, welche der Verbindung einer AetherKugel bereits angehören, von derselben mit einer gewissen Beharrlichkeit zurückgehalten werden und einer momentanen Ableitung nicht fähig sind, während die freien Aether-Moleküle, die von entfernten Körpern ausstrahlen, von der sich bildenden Aether-Kugel sofort absorbirt werden. Verbindungswärme. Wenn sich 2 Körper-Atome chemisch verbinden, so vereinigen sich, wie wir gesehen haben, die beiden AetherKugeln der Atome zu einer einzigen Aether-Kugel, welche nunmehr die verbundenen Atome einschliefst. Bei der Betrachtung der specifischen Wärme zusammengesetzter Körper sind wir von der Annahme ausgegangen, dafs die Aether-Kugel, welche die chemische Verbindung einschliefst, einen kleineren Raum-Inhalt besitzt, wie die Aether-Kugeln ihrer einzelnen Atome zusammengenommen. Hieraus folgt nun, da die Anzahl der Aether-Moleküle in ihren Aether-Kugeln durch die chemische Verbindung nicht geändert wird, dafs die Aether-Moleküle in der Aether-Kugel der Verbindung eine gröfsere Dichtigkeit besitzen müssen, als sie vorher hatten; durch die chemische Verbindung wird also die Temperatur erhöht, weil die Aether-Moleküle in dem Mafse sich verdichten, wie das Volumen ihrer Aether-Kugel kleiner wird. Es ergiebt sich hieraus, dafs die durch die chemische Verbindung erzeugte Wärmemenge der Differenz in der Anzahl der Aether-Moleküle entsprechen mufs, welche bei gleicher Temperatur in der Aether-Kugel der Verbindung weniger enthalten sind, wie in den AetherKugeln der einzelnen Bestandtheile zusammengenommen. Die verschiedenen Modificationen, unter welchen ein bestimmtes Element auftreten kann, unterscheiden sich von einander, wie wir gesehen haben, durchvdas Volumen der Aether-Kugel, welche das Körper-Atom einschliefst.

20

V O N DER

WÄRME.

Wenn nun die Verbrennungsprodukte für alle Modificationen des Elementes die gleichen sind, so wird die AetherKugel des kleinsten Volumens, weil diese die geringste Anzahl von Aether-Molekülen enthält, auch durch ihre Verbindung die geringste Anzahl von Aether-Molekülen an die Aether-Kugel der Verbindung abgeben. Hieraus folgt, dafs diejenige Modification, deren Körper-Atome die kleinste Aether-Kugel und deshalb die gröfste Dichtigkeit besitzen, auch die kleinste Verbindungswärme ergeben mufs. So hat z. B. von den Modificationen des Kohlenstoffs der Diamant die gröfste Dichtigkeit und deshalb auch die kleinste Verbrennungswärme. Die gleiche Beziehung gilt auch für die Verbrennungswärme der polymeren Körper, welche bei gleicher chemischer Zusammensetzung eine verschiedene Anzahl von Atomen im Molekül enthalten. Je gröfser bei polymeren Verbindungen die Anzahl der Atome ist, welche zur Vereinigung in der gemeinsamen Aether-Kugel zusammentreten, um so gröfser wird auch der Verlust an AetherMolekülen, welche die Aether-Kugel eines jeden Atoms durch ihren Eintritt in die Aether-Kugel der Verbindung erleidet. Es enthält also z. B. die gleiche Gewichtsmenge der Verbindung C20H40 in der Summe der AetherKugeln eine geringere Anzahl von Aether-Molekülen, wie unter den gleichen Umständen die Verbindung C 1 0 H 2 0 ; es mufs demnach, auf die gleiche Gewichtsmenge bezogen, die Verbindung C 2 0 H 4 0 auch eine kleinere Verbrennungswärme ergeben, wie die Verbindung C I O H 2 0 . Wir betrachten nun noch die Verbrennungswärme der chemischen Verbindung im Vergleich mit der Summe der Verbrennungswärmen ihrer Bestandteile. Da, wie wir gesehen haben, bei gleicher Temperatur die AetherKugel einer Verbindung eine kleinere Anzahl von AetherMolekülen enthält, wie die Aether-Kugeln ihrer einzelnen Atome zusammengenommen, so folgt hieraus nach dem Vorhergehenden, dafs durch die Aether-Kugel der Ver-

VERBINDUNGSWÄRME.

21

bindung in Folge der Verbrennung eine kleinere Anzahl von Aether-Molekülen in Freiheit gesetzt wird, wie durch die Verbrennung aller einzelnen, getrennten Bestandtheile der Verbindung zusammengenommen, vorausgesetzt, dafs in beiden Fällen die Endprodukte der Verbrennung die gleichen sind. Wie früher erwähnt, erfahren die gasförmigen Atome durch ihre chemische Verbindung eine viel gröfsere Verdichtung. wie die festen Körper-Atome; in dem gleichen Gas-Volumen ist stets die gleiche Anzahl von AetherKugeln enthalten, mögen diese Aether-Kugeln nun das einzelne Gas-Atom, oder die Verbindung vieler Gasatome einschliefsen. Das Volumen der Aether-Kugel der gasförmigen Verbindung ist deshalb sehr viel kleiner, wie die Volumina der Aether-Kugeln der einzelnen Gasatome zusammengenommen. Aus diesem Grunde mufs die specifische Wärme des Volumens der gasförmigen Verbindung viel kleiner sein, wie die Summe der specifischen Wärmen der Volumina ihrer einzelnen Bestandtheile. Dafs aber in Wirklichkeit durch den Eintritt von verschiedenartigen gasförmigen Atomen in eine gemeinsame Aether-Kugel eine gröfsere Menge von Aether-Molekülen in Freiheit gesetzt wird, als bei festen Körpern, wird dadurch bewiesen, dafs die Verbindungswärme der gasförmigen Atome eine gröfsere ist, als die der festen Körperatome. Die chemische Anziehung beruht auf der anziehenden Kraft, welche die Aether-Kugeln von ungleichartigen Atomen auf einander ausüben. Die anziehende sowohl, wie die abstofsende Kraft der Aether-Kugel wächst mit der Dichtigkeit ihrer Aether-Moleküle. Ebenso wie bei gleichartigen Atomen diese abstofsende Kraft mit der Dichtigkeit der Aether-Moleküle wächst, so wird auch bei ungleichartigen Atomen die anziehende Kraft oder die chemische Anziehungskraft durch Erhöhung der Temperatur vermehrt.

22

V O N DER

WÄRME.

Das Körper-Atom, welches in Folge einer chemischen Zersetzung aus der Aether-Kugel des Moleküls ausscheidet, besitzt im Moment dieses Austritts noch keine Aether-Kugel; es hat deshalb das Bestreben, eine solche für sich zu bilden oder in eine vorhandene einzutreten. In diesem Bestreben aber wird das Körper-Atom sehr leicht von vorhandenen Aether-Kugeln aufgenommen; im status nascens besitzt aus diesem Grunde das Körperatom in erhöhtem Mafse die Fähigkeit, in chemische Verbindungen einzutreten.

Von der Elektricität. Das Aether-Molekül, welches den Wärme-Aether bildet, besteht aus zwei Aether-Atomen von entgegengesetzter Natur, welche sich zu einem Aether-Molekül verbunden haben. Dieses Aether-Molekül hat deshalb die Fähigkeit, sich sowohl in zwei getrennte AetherAtome zu spalten, als auch aus der Vereinigung dieser Aetheratome wieder zu entstehen. Das eine dieser gepaarten Aetheratome bildet in seiner Gesammtheit die positive Elektricität, das andere die negative Elektricität. Wie wir im vorhergehenden Abschnitt nachgewiesen haben, bilden die Aether-Moleküle eine Aether-Kugel, welche das Körper-Molekül einschliefst. So lange nun das Aether-Molekül sich im Verbände dieser AetherKugel befindet, ist eine Spaltung desselben in die getrennten Aetheratome auf dem gewöhnlichen Wege nicht möglich. Dagegen hat das Aether-Molekül, wenn es aus dem Verband seiner Aether-Kugel austritt, die Fähigkeit, sich unter gewissen Umständen in die Aetheratome der -f- E und der — E zu spalten. Im vorhergehenden Abschnitt haben wir nachgewiesen, dafs durch die Reibung zweier Körper die Aether-Moleküle, welche in derselben Aether-Kugel vereinigt sind, gezwungen werden, aus dem Verband ihrer Aether-Kugel herauszutreten. Der Vorgang, der hierbei stattfindet, wurde bei der Erklärung der Wärme durch Reibung bereits ausführlich behandelt; wir wollen also an dieser Stelle nur wiederholen, dafs durch die Reibung zweier Körper Aether-Moleküle durch Auflösung ihrer Aether-

24

Kugel in Freiheit gesetzt werden. Wenn nun der eine der beiden reibenden Körper zu den Aether-Atomen der + E, der andere zu den Aether-Atomen der — E die gröfsere Anziehungskraft besitzt, so mufs sich das AetherMolekül im Moment seines Austritts aus der AetherKugel in seine Aetheratome spalten, indem hierbei jeder der reibenden Körper diejenige Art der Aetheratome aufnimmt, zu der er die gröfsere Anziehungskraft' besitzt. Auf diese Weise wird durch die Elektrisirmaschine die Glasscheibe positiv, das Reibzeug negativ elektrisch. Während also die durch Reibung aus der Aether-Kugel ausgeschiedenen Aether-Moleküle im einen Falle die Temperatur erhöhen, werden sie im anderen Falle sich in die getrennten Aether-Atome spalten, so dafs als Wirkung der Reibung nicht Wärme, sondern Elektricität auftritt. Die gleichnamigen elektrischen Aetheratome stofsen sich ab, die ungleichnamigen aber ziehen sich an, indem sie das Bestreben haben, durch ihre Vereinigung das Aether-Molekill wieder herzustellen, aus welchem sie entstanden sind. Die anziehenden Kräfte zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen verhalten sich umgekehrt wie das Quadrat ihrer Entfernung. Die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen ist aufserdem von dem Zustand ihrer Dichtigkeit abhängig. Wenn zwei vollkommen gleiche Kugeln mit gleichen Mengen von ungleichnamigen elektrischen Atomen geladen werden, so vermindert sich ihre Anziehung um £ und wenn auf einer der beiden Kugeln die elektrische Dichtigkeit, oder die Anzahl der elektrischen Atome auf £ und 3- vermindert wird. Wird dagegen auf einer jeden der beiden Kugeln die elektrische Dichtigkeit auf £ und £ vermindert, so beträgt ihre gegenseitige Anziehung nur noch -J und Die anziehenden Kräfte^zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen verhalten sich also wie die Quadrate ihrer Dichtigkeiten,

V O N DER E L E K T R I C I T Ä T .

25

vorausgesetzt, dafs das Verhältnifs zwischen den Dichtigkeiten der positiv elektrischen und der negativ elektrischen Atome das gleiche bleibt. Die anziehende Kraft, welche zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen thätig ist, hat die Wirkung, dafs sich dieselben zu Aether-Molekülen vereinigen. Wenn also die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen in einem bestimmten Verhältnifs wächst, so mufs in demselben Verhältnifs auch die Anzahl der Aether-Moleküle wachsen, welche durch die Vereinigung der ungleichnamigen elektrischen Atome gebildet werden; es ist mit anderen Worten die erzeugte Wärmemenge der anziehenden Kraft proportional, welche die ungleichnamigen elektrischen Atome auf einander ausüben. Dieses wichtige Gesetz macht es möglich, aus der anziehenden Kraft der ungleichnamigen elektrischen Atome die Wärmemenge zu berechnen, welche durch die Vereinigung derselben gebildet wird. Diese Wärmemenge läfst sich auf dem Wege des Versuchs in folgender Weise bestimmen. Eine oder mehrere Leydener Flaschen werden mit einer bestimmten Menge von ungleichnamigen elektrischen Atomen geladen ; der Entladungsschlag geht durch eine Spirale aus Platindraht, welche sich in der Kugel eines Luftthermometers befindet. Wenn nun bei Anwendung der gleichen Flasche die Ladung von + E und von — E auf das 2 fache und 3fache vermehrt wird, so wächst in demselben Verhältnifs auch die Dichtigkeit der elektrischen Atome auf den Belegungen der Flasche. Werden nun die beiden Belegungen mit einander verbunden, so haben die ungleichnamigen elektrischen Atome, welche den Platindraht in entgegengesetzter Richtung durchströmen, in diesem Draht die gleiche Dichtigkeit, wie auf den Be» legungen. Die ungleichnamigen elektrischen Atome von

26

V O N DER

ELEKTRICITÄT.

2facher und 3facher Dichtigkeit wirken aber im Platindraht nach dem vorhin genannten Gesetz mit der 4 fachen und 9fachen anziehenden Kraft aufeinander ein; in demselben Verhältnifs, nämlich im Quadrat der elektrischen Dichtigkeit, wächst also auch die in der Platinspirale erzeugte Wärmemenge. Wenn die gleiche Elektricitätsmenge, mit der vorher nur eine einzige Leydener Flasche geladen war, auf 2 oder 3 Leydener Flaschen vertheilt wird, so vermindert sich in einer jeden einzelnen dieser Flaschen die Dichtigkeit der elektrischen Atome auf J und Die Wärmemenge, die eine jede einzelne dieser Flaschen in der Platinspirale erzeugen würde, könnte also jetzt nur noch \ und | betragen. Nun ist es aber nicht 1 Leydener Flasche, die hier in Betracht kommt, sondern 2 und 3 Flaschen. Die Anzahl der Aether-Moleküle, welche bei Anwendung einer einzelnen Flasche gebildet worden wäre, wächst demnach um das 2 fache und 3 fache. Die gesammte in der Platinspirale erzeugte Wärmemenge beträgt also für die 2fache Flaschenzahl = £ und für die 3fache Flaschenzahl 3 . ^ = Es verhält sich mit anderen Worten bei gleicher Ladung die entwickelte Wärmemenge umgekehrt wie die Gröfse der Oberfläche, auf welcher die elektrischen Atome vertheilt sind. Die durch den Entladungsschlag in der Platinspirale erzeugte Wärmemenge ist schliefslich noch von dem Durchmesser des Platindrahtes abhängig. W e n n der Durchmesser des Platindrahtes um das 2 fache und 3 fache zunimmt, so wächst in dem gleichen Verhältnifs auch der Umfang des Drahtes, auf welchem die elektrischen Atome geleitet werden. Hieraus folgt nun, dafs die elektrischen Atome, weil sie nur auf der Oberfläche des Drahtes geleitet werden, bei Anwendung eines Drahtes von 2 fächern und 3 fächern Durchmesser auch nur £ und £ von ihrer früheren Dichtigkeit besitzen können, dafs also die anziehende Kraft, welche die ungleichnamigen

^^JjA^AMSMUS.

27

elektrischen Aetheratome in der Platinspirale auf einander ausüben, jetzt nur noch \ und y beträgt. Die erzeugte Wärmemenge verhält sich demnach umgekehrt wie das Quadrat des Drahtdurchmessers. Galvanismus. Wenn zwei Scheiben von verschiedenartigen Metallen auf einander gelegt werden, so üben auf ihrer Oberfläche die Aether-Kugeln des einen Metalls auf die Aether-Kugeln des anderen Metalls eine abstofsende Wirkung aus. Wenn nun die abstofsende Kraft der Aether-Kugeln der einen Metallscheibe ebenso grofs ist, wie die abstofsende Kraft der Aether-Kugeln der anderen Metallscheibe, so heben sich diese Wirkungen auf. Wenn dagegen die abstofsenden Kräfte für die Aether-Kugeln beider Metalle ungleich sind, so werden von demjenigen Metall, dessen Aether-Kugeln die gröfsere Abstofsung erleiden, Aether-Moleküle in Freiheit gesetzt. Diese spalten sich unter der Einwirkung der beiden Metallscheiben in die Aether-Atome der + E und — E, indem die elektrischen Atome der gleichen Art von demjenigen der beiden Metalle gebunden werden, welches die gröfsere Anziehungskraft auf sie ausübt. Dafs die auf diese Weise ausgeschiedenen Aether-Moleküle durch Absorption von Wärmestrahlen wieder ersetzt werden, ist schon früher ausgeführt worden. Die Bedingung, welche für die Spaltung der freigewordenen Aether-Moleküle erforderlich ist, besteht darin, dafs die elektrischen Aether-Atome der gleichen Art von demjenigen der beiden Metalle, auf welches sie übergehen, mit gröfserer Kraft angezogen werden, wie von den ungleichnamigen elektrischen Atomen, welche von dem anderen Metall gebunden worden sind. Die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen ist, wie wir gesehen haben, von ihrer Dichtigkeit abhängig. Wenn demnach die Dichtig-

28

V O N DER ELEKTRICITÄT.

keit der elektrischen Atome auf den Metallscheiben eine gewisse Grenze erreicht hat, so mufs die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen gröfser werden, wie die anziehende Kraft, welche jede Metallscheibe auf die von ihr gebundenen elektrischen Atome ausübt. Zwei in Contact befindliche Metallscheiben können eine bestimmte Grenze ihrer elektrischen Dichtigkeit nicht überschreiten, denn eine jede Zunahme der elektrischen Dichtigkeit über diese Grenze hinaus würde die Wiedervereinigung der getrennten elektrischen Atome zur Folge haben. Die Grenze der Dichtigkeit, welche die elektrischen Atome auf einem Plattenpaar einnehmen können, ist also abhängig von der anziehenden Kraft, mit welcher die elektrischen Atome von den betreffenden Metallen gebunden werden. Diese anziehende Kraft ist nicht nur abhängig von der Natur des betreffenden Metalles, sondern auch von der Natur desjenigen Metalles, mit welchem die Contact-Wirkung sich vollzieht; es vermag selbstverständlich das positive Metall die elektrischen Atome nur in dem Mafse zu binden, wie die ungleichnamigen elektrischen Atome von dem negativen Metall gebunden werden. So wird z. B. die Dichtigkeit der positiv elektrischen Atome auf einer Zinkplatte eine gröfsere sein, wenn sich diese Zinkplatte mit einer Platinplatte in Contact befindet, als wenn sie sich unter gleichen Umständen mit Kupfer in Contact befinden würde. In dieser W e i s e erreicht jedes Plattenpaar durch Contact eine bestimmte elektrische Dichtigkeit; ist diese Grenze der elektrischen Dichtigkeit erreicht, so hört bei isolirten Plattenpaaren jede weitere ElektricitätsEntwicklung auf; in diesem Fall entspricht die elektrische Dichtigkeit der anziehenden Kraft, welche jedes der beiden Metalle auf die elektrischen Atome ausübt. Dagegen kann über diese Grenze hinaus die Elektricitäts-Entwicklung durch Contact fortdauern, wenn der

GALVANISMUS.

29

Ueberschufs an elektrischen Atomen von dem Plattenpaar durch solche Metalle abgeleitet wird, welche eine gröfsere anziehende Kraft auf die elektrischen Atome ausüben. So hat bei dem Contact von Platin-Kupfer-Zink die Kupferscheibe in Contact mit Platin eine Grenze der Dichtigkeit von positiv elektrischen Atomen erlangt; über diese Grenze hinaus geht der Ueberschufs von positiv elektrischen Atomen, welche von Kupfer nicht mehr gebunden werden, auf die Zinkscheibe über, da diese eine gröfsere anziehende Kraft auf die positiv elektrischen Atome ausübt als die Kupferscheibe. Nun treten aber die positiv elektrischen Atome vom Kupfer auf die Zinkscheibe in derselben Dichtigkeit über, die sie auf der Kupferscheibe besessen haben. Durch den Contact zwischen Kupfer und Zink findet eine weitere Elektricitäts-Entwicklung statt. Bezeichnen wir mit elektrischer Dichtigkeit die Anzahl der elektrischen Atome, welche auf gleichen Metalloberflächen gebunden sind, so kommt also zu der Dichtigkeit der elektrischen Atome, welche durch den Contact Kupfer-Zink entstanden sind, noch weiter hinzu die Dichtigkeit der elektrischen Atome, welche durch den Contact von Platin-Kupfer erzeugt und nach der Zinkscheibe hinübergeleitet worden sind. Die Dichtigkeit der positiv elektrischen Atome auf der Zinkscheibe ist also jetzt ebenso grofs, wie die Summe der Dichtigkeiten der positiv elektrischen Atome, welche durch den Contact von Platin-Kupfer und von Kupfer-Zink entstanden sind. Durch Berührung mit der Platinscheibe erhält die Zinkplatte eine gröfsere elektrische Dichtigkeit als die Kupferplatte. Dieser Unterschied in der elektrischen Dichtigkeit mufs aber entsprechen dem Unterschied, um welchen die positiv elektrischen Atome von der Zinkscheibe mehr angezogen werden als von der Kupferscheibe. Die Menge der elektrischen Atome, welche durch Berührung von Zink-Platin mehr erzeugt werden

30

V O N DER E L E K T R I C I T Ä T .

als durch Berührung von Kupfer-Platin, entspricht dem Unterschied, mit welchem die positiv elektrischen Atome von der Zinkscheibe mehr angezogen werden als von der Kupferscheibe. Wenn demnach eine Anzahl verschiedenartiger Metallplatten nach ihrer elektromotorischen Spannungsreihe auf einander gelegt wird, so ist der Unterschied der anziehenden Kräfte, welche die beiden Polplatten auf die elektrischen Atome ausüben, ebenso grofs, wie die Summe der Unterschiede in den anziehenden Kräften aller dazwischen liegenden Plattenpaare; es mufs also auch die elektrische Dichtigkeit an den äufsersten Gliedern der Spannungsreihe ebenso grofs sein, wie die Summe der elektrischen Dichtigkeiten aller dazwischen liegenden Combinationen. Eine Vermehrung der elektrischen Dichtigkeit kann demnach nicht stattfinden, wenn eine Anzahl von Plattenpaaren, die alle aus den gleichen Metallen, z. B. aus Zink-Kupfer bestehen, zu einer Säule verbunden werden. Denn die elektrische Dichtigkeit eines jeden Plattenpaares entspricht der anziehenden Kraft, welche die Metalle dieses Plattenpaares auf die elektrischen Atome ausüben. Da nun für jedes Plattenpaar die Metalle die gleichen sind, so kann auch die Dichtigkeit der elektrischen Atome, welche von diesen Plattenpaaren gebunden werden, durch Vermehrung der Anzahl der Plattenpaare keinen Zuwachs erfahren. Dieses Verhältnifs ändert sich aber, wenn zwischen jedes dieser aus Kupfer-Zink bestehenden Plattenpaare eine feuchte Scheibe eingeschaltet wird. Die feuchte Scheibe wirkt hier zunächst als Leiter sowohl für die Atome der + E wie für die der — E. Die feuchte Scheibe nimmt von der Zinkplatte die positiv elektrischen Atome auf, welche nach der nächstfolgenden Zinkscheibe weiter geleitet werden; ebenso werden die negativ elektrischen Atome von der Kupferscheibe durch die feuchte Scheibe hindurch nach der nächstfolgenden Kupferscheibe geleitet.

GALVANISMUS.

31

Auf diese Weise wird die Säule von entgegengesetzt gerichteten Strömen der ungleichnamigen elektrischen Atome durchlaufen; an dem einen Ende der Säule sammeln sich die Atome der -f- E, an dem entgegengesetzten Ende die der — E. Nach demjenigen Ende der Säule hin, welches mit der Zinkplatte schliefst, nimmt die Dichtigkeit der positiv elektrischen Atome in demselben Verhältnifs zu, wie die Dichtigkeit der negativ elektrischen Atome sich vermindert; an diesem Ende der Säule steht also den positiv elektrischen Atomen nicht mehr die gleiche Menge von negativ elektrischen Atomen entgegen, welche sich mit diesen vereinigen würden. Aus diesem Grunde können also auch an diesem Ende der Säule die positiv elektrischen Atome eine gröfsere Dichtigkeit erlangen, als es bei rein metallischem Contact der Fall sein würde. Nach Einschaltung der feuchten Scheibe entsteht an jedem Ende der Säule ein nicht gebundener Ueberschufs von elektrischen Atomen, welcher der Anzahl der Plattenpaare proportional ist. Es mufs demnach ein elektrischer Strom entstehen, wenn die beiden Pole der Säule durch einen Metalldraht verbunden werden. Ebenso wie durch die Berührung zweier verschiedenartiger Metalle, so werden auch durch die Berührung eines Metalls mit einer Flüssigkeit elektrische Atome in Folge der Contact-Wirkung in Freiheit gesetzt. In der Volta'schen Säule, deren Plattenpaare durch feuchte Scheiben getrennt sind, werden demnach nicht nur durch den Contact der Metalle, sondern auch durch den Contact von Metall und Flüssigkeit elektrische Atome erzeugt. Diese Wirkung des Contacts von Metall und Flüssigkeit betrachten wir an folgendem Beispiel. Eine Anzahl von Becher ist mit gesäuertem Wasser gefüllt; jeder Becher enthält eine Zink- und eine KupferPlatte, die sich nicht berühren und von denen die ZinkPlatte mit der Kupfer-Platte des folgenden Glases durch einen Kupferstreifen verbunden ist. Zwischen der Zink-

32

V O N DER

ELEKTRICITÄT.

platte und der sie berührenden verdünnten Schwefelsäure vollzieht sich nun die bereits genannte Einwirkung. Die Aether-Kugel des Säure-Moleküls übt auf die AetherKugel des Zink-Atoms eine abstofsende Wirkung aus; die Aether-Kugel des Zink-Atoms wird hierdurch in ihre Aether-Moleküle aufgelöst, welche sich in die elektrischen Atome spalten. Von diesen treten die Atome der — E auf die Zinkplatte und werden von derselben weiter geleitet ; die Atome der + E dagegen treten an die AetherKugel des Säure-Moleküls. Der Vorgang, welcher hierbei stattfindet, kann erst später besprochen werden; wir bemerken hier nur, dafs die durch Spaltung erzeugten Aether-Atome der-j-E an das Wasserstoff-Atom gebunden und von demselben durch die Flüssigkeit nach der Kupferplatte übergeführt werden. Der ähnliche Vorgang wie an der Zinkplatte wiederholt sich an der Kupferplatte; nur sind hier die Sauerstoff-Atome die Träger des negativen Stromes, welcher dem positiven Strom entgegen nach der Zinkplatte wandert. Wie in der Volta'schen Säule, so laufen also auch hier die Ströme der ungleichnamigen elektrischen Atome einander entgegen. Durch die Einwirkung des Säure-Moleküls auf das Zink-Atom wird die Aether-Kugel des letzteren in ihre Aether-Moleküle aufgelöst. Das Zink-Atom, welches hierdurch seiner Aether-Kugel beraubt ist, hat nun das Bestreben als Ersatz eine andere Aether-Kugel anzunehmen und wird, wie wir beim status nascens nachgewiesen haben, in diesem Zustand einer gesteigerten chemischen Anziehung auch von solchen Flüssigkeiten aufgenommen, welche auf das Zink-Atom im gewöhnlichen Zustand ohne Einwirkung geblieben wären. Bei Anwendung einer amalgamirten Zinkplatte, welche bei ungeschlossenem Element von verdünnter Schwefelsäure oder von neutraler Zinkvitriollösung nicht angegriffen wird, können demnach nur solche Zink-Atome zur Auflösung kommen, deren Aether-Kugeln vorher in ihre

33

GALVANISMUS.

Aether-Molektlle aufgelöst worden sind. Da nun diese Aether-Moleküle, welche vorher der Aether-Kugel des Zink-Atoms angehört hatten, sich in ihre elektrischen Atome spalten, so mufs auch die Menge der gelösten Zink-Atome der erzeugten Elektricitäts-Menge proportional sein. Wir betrachten nun den elektrischen Strom, welcher entsteht, wenn die beiden Pole einer aus Volta'schen Bechern bestehenden Batterie durch den Schliefsungsbogen verbunden werden. Die Elektricitäts-Entwicklung in jedem einzelnen Becher ist eine continuirliche; es müfste also auch die Dichtigkeit der elektrischen Atome innerhalb des geschlossenen Stromkreises continuirlich wachsen, wenn nicht zugleich ein Consum derselben stattfinden würde. Dieser Consum erfolgt dadurch, dafs sich die ungleichnamigen elektrischen Atome zu Aether-Molekülen, aus denen sie entstanden sind, wieder vereinigen. Bei constanter Stromstärke ist die Production an elektrischen Atomen ebenso grofs, wie ihr Consum. Dieser Verbrauch von elektrischen Atomen vollzieht sich sowohl innerhalb der einzelnen Becher, als auch im Schliefsungsbogen. Während aber in den Bechern der Consum an elektrischen Atomen durch die Production derselben wieder ersetzt wird, besteht im Schliefsungsbogen ausschliefslich ein Verbrauch. Hierdurch mufs die Dichtigkeit der elektrischen Atome auf ihrem Weg durch den Schliefsungsbogen eine Abnahme erfahren. Da nun die elektrischen Atome das Bestreben haben, in allen Theilen ihres Stromkreises die gleiche Dichtigkeit einzunehmen, so mufs ein continuirlicher Abflufs der elektrischen Atome stattfinden von der Stelle ihrer gröfseren zu der Stelle ihrer kleineren Dichtigkeit, oder mit andern Worten von den Polen nach dem Schliefsungsbogen; die elektrischen Atome müssen demnach von den beiden Z i m m e r , Naturgesetze.

3

34

V O N DER ELEKTRICITÄT.

Polen aus Ströme bilden, welche in entgegengesetzter Richtung den Schliefsungsbogen durchlaufen. Die Atome der + E , welche an der Schrauben-Klemme in den Schliefsungsbogen eintreten, werden demnach auf ihrem Weg durch diesen Schliefsungsbogen durch den entgegenkommenden Strom von Atomen der — E zum Theil neutralisirt, indem sich durch die Vereinigung der ungleichnamigen elektrischen Atome Aether-Moleküle bilden. Es folgt hieraus, dafs die Dichtigkeit der Atome der + E bei ihrem Eintritt in den Schliefsungsbogen am gröfsten ist, dafs diese Dichtigkeit im Schliefsungsbogen continuirlich abnimmt und dafs sie am Ende desselben am kleinsten sein mufs. Das gleiche gilt natürlich für den negativen Strom. Eine solche Vertheilung der elektrischen Atome scheint allerdings im Widerspruch zu stehen mit der Thatsache, dafs an allen Stellen des Stromkreises die Stromstärke die gleiche Wirkung ausübt. Dieser scheinbare Widerspruch erklärt sich in folgender Weise. Die Methoden zur Bestimmung der Stromstärke gründen sich entweder auf die magnetische oder auf die chemische Wirkung des Stromes. Auf die Erklärung dieser Methoden können wir erst später zurückkommen und werden hierbei nachweisen, dafs bei Messung der Stromstärke, mag dieselbe nun auf die chemische oder auf die magnetische Wirkung des Stromes sich gründen, in allen Fällen die Summe der beiden Wirkungen in Betracht kommt, welche gemeinschaftlich sowohl von dem Strom der + E , wie von dem Strom der — E ausgeübt wird. Nun ist zwar die elektrische Dichtigkeit eines jeden der beiden Ströme an jeder Stelle des Schliefsungsbogens eine andere, es fällt aber, wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, das Dichtigkeits-Maximum des einen Stromes mit dem Dichtigkeits-Minimum des anderen Stromes an jeder Stelle zusammen. Die Summe der ungleichnamigen elektrischen Atome, welche den Schliefsungsbogen durch-

GALVANISMUS.

35

strömen, mufs also in jedem Querschnitt desselben die gleiche sein; hieraus folgt aber, dafs auch die Summe der Wirkungen beider Ströme an allen Stellen des Schliefsungsbogens die gleiche sein mufs. Die Entstehung des elektrischen Stromes hat, wie wir gesehen haben, ihren Grund in der Differenz der Dichtigkeit der elektrischen Atome an dem Anfangspunkt und an dem Endpunkt des Schliefsungsbogens. Die gleichnamigen elektrischen Atome haben das Bestreben, sich in gleichmäfsiger Dichtigkeit über den elektrischen Leiter zu verbreiten; j e gröfser also der Unterschied in der Dichtigkeit der elektrischen Atome im Schliefsungsbogen ist, um so gröfser ist auch die Menge der elektrischen Atome, welche zur Ausgleichung dieses Unterschiedes durch den Schliefsungsbogen abgeleitet werden. Nun mufs aber dieser Unterschied in der elektrischen Dichtigkeit unter sonst gleichen Verhältnissen wachsen, wenn an dem Pol der Batterie, an welchem der Strom beginnt, die Dichtigkeit der elektrischen Atome vermehrt wird. Bezeichnen wir demnach die Dichtigkeit der elektrischen Atome an diesem Pol mit E, so mufs proportional dem Werth von E auch die Menge der elektrischen Atome wachsen, welche durch den Schliefsungsbogen abgeleitet werden; es ist also die Stromstärke S dem Werth von E proportional. Auf die Stromstärke wirkt aber noch ein anderer Factor ein. Dem Strom der Atome von -J-E kommt im Schliefsungsbogen der Strom von Atomen der — E entgegen. Um die Wirkung, welche hieraus erfolgt, zu erklären, betrachten wir ein Atom von - f - E auf seinem W e g durch den Schliefsungsbogen; das hierbei gefundene Resultat ist selbstverständlich auch für den Strom der — E mafsgebend. Wenn ein Atom von + E mit einem ihm entgegenströmenden Atom von — E in die kleinste Entfernung getreten ist, so wird selbstverständlich zwischen diesen beiden ungleichnamigen elektrischen Atomen die 3*

36

V O N DER ELEKTRICITÄT.

anziehende Kraft zur Wirkung kommen. Diese anziehende Kraft mufs aber, für sich allein betrachtet, verhindern, dafs das Atom der + E seinen W e g in der bisherigen Stromrichtung fortsetzt; das Atom der + E würde also von dem Atom der — E gebunden und in seinem Stromlauf zurückgehalten werden, wenn nicht zugleich durch die Kraft E das positiv elektrische Aether-Atom genöthigt würde, in der bisherigen Richtung den Leitungsdraht zu durchströmen. Von den beiden Kräften, welche auf die elektrischen Atome imSchliefsungsbogen einwirken, werden durch die Kraft E die gleichnamigen elektrischen Atome auf ihrem W e g durch den Schliefsungsbogen vorwärts getrieben, sie werden aber gleichzeitig durch die Kraft L oder durch die anziehende Kraft der mit ihnen ungleichnamigen elektrischen Atome auf diesem Wege zurückgehalten. Die Stromstärke S ist demnach proportional der Kraft E, aber umgekehrt proportional der Kraft L. Durch die Stromstärke S wird ausgedrückt, um wieviel mal die Kraft E gröfser ist, als die ihr entgegenwirkende Kraft L ; es ist also

Der Leitungswiderstand L im Schliefsungsbogen ist nun zunächst abhängig von dem Durchmesser des Drahtes. Der Kreisumfang des Drahtes ist proportional seinem Durchmesser; bei einem Draht von zweifachem und dreifachem Durchmesser wächst also der Umfang um das zweifache und dreifache. Da nun die elektrischen Atome nur auf der Oberfläche des Drahtes geleitet werden, so beträgt ihre Dichtigkeit auf einem Draht von 2 fächern und 3 fächern Durchmesser nur £ und Die anziehende Kraft der ungleichnamigen elektrischen Atome, welche nach dem früher genannten Gesetz wie das Quadrat ihrer Dichtigkeit wächst, beträgt demnach bei 2fachem Drahtdurchmesser nur { und bei 3 fächern Drahtdurchmesser

GACVANISMUS.

37

nur Die anziehende Kraft der ungleichnamigen elektrischen Atome im Schliefsungsbogen, oder der Leitungswiderstand desselben ist also dem Quadrat des Drahtdurchmessers umgekehrt proportional. Z u dem gleichen Resultat kommen wir noch auf einem anderen W e g . Da in einem Draht von 2 fächern und 3 fächern Durchmesser die auf seiner Oberfläche geleiteten elektrischen Atome nur | und | ihrer früheren Dichtigkeit besitzen, so hat sich in diesem Fall die gegenseitige Entfernung von 2 Atomen der ungleichnamigen E auf das 2 fache und das 3 fache vergröfsert. Nun verhält sich aber die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen umgekehrt wie das Quadrat ihrer Entfernung; sie beträgt demnach im genannten Fall ^ und ì , wie bereits auf dem vorher genannten W e g gefunden. Der Leitungswiderstand im Schliefsungsbogen ist ferner von der Länge des Drahtes abhängig. Mit der Länge des Drahtes wächst auch die Anzahl der elektrischen Atome, welche ihn durchströmen. Jedes Atom von + E wird auf seinem W e g vom Pol durch den Schliefsungsbogen von den Atomen der — E, welche in Berührung mit demselben treten, zurückgehalten. Je gröfser die Anzahl von Atomen der — E ist, welche auf das Atom von + E bei seinem Durchgang durch den Schliefsungsbogen eine anziehende Wirkung ausüben, um so gröfser ist der Leitungswiderstand, den das Atom von + E im Schliefsungsbogen zu überwinden hat. Nun ist aber die Anzahl der Atome von — E , welche den Schliefsungsbogen durchströmen, der Länge des Drahtes proportional, es mufs also auch der Leitungswiderstand, welchen die positiv elektrischen Atome im Schliefsungsbogen zu überwinden haben, der Länge des Drahtes proportional sein. W e n n an Stelle des einen Drahtes, welcher die beiden Pole der Volta'schen Kette verbindet, 2 oder 3 solcher

38

V O N DER E L E K T R I C I T Ä T .

Drähte unter sonst gleichen Verhältnissen zur Anwendung kommen , so vermindert sich die Dichtigkeit der elektrischen Atome in jedem einzelnen dieser Drähte auf £ und vorausgesetzt, dafs die Gesammtmenge der elektrischen Atome, welche den Schliefsungsbogen durchströmen, die gleiche bleibt. Die anziehende Kraft der ungleichnamigen elektrischen Atome, oder der Leitungswiderstand in einem einzelnen Draht, beträgt also nur noch £ und . Da nun aber 2 oder 3 solcher Drähte vorhanden sind, so beträgt der gesammte Leitungswiderstand, welcher durch diese Drähte verursacht wird, bei 2 Drähten 2. \ = £ und bei 3 Drähten 3 . £ = £; der Leitungswiderstand verhält sich demnach umgekehrt wie die Anzahl der angewandten Drähte. Der Leitungswiderstand ist schliefslich noch von der Substanz des Drahtes abhängig. W i r haben bereits früher nachgewiesen, dafs bei der Berührung zweier Metallscheiben die elektrischen Atome sowohl von dem Metall, an welches sie gebunden sind, als auch von den ungleichnamigen elektrischen Atomen des anderen Metalls angezogen werden. Je gröfser nun die anziehende Kraft ist, welche jedes der beiden Metalle auf die elektrischen Atome ausübt, um so weniger kann die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen in Wirksamkeit treten. Die anziehende Kraft zwischen Metall und elektrischen Atomen ist aber das Mafs für die Dichtigkeit, welche die elektrischen Atome auf dem betreffenden Metall einnehmen können, ohne sich mit den ungleichnamigen elektrischen Atomen des anderen Metalls zu vereinigen. Da nun die elektrische Dichtigkeit eines Metalls auch durch seine Leitungsfähigkeit, die anziehende Kraft der ungleichnamigen elektrischen Atome aber durch seinen Leitungswiderstand ausgedrückt werden kann, so folgt hieraus, dafs der Leitungswiderstand verschiedenartiger Metalldrähte ihrer Leitungsfähigkeit umgekehrt proportional sein mufs.

G^jvanjsmus.

39

Aus dem Vorhergehenden läfst sich nun die Wärmemenge bestimmen, welche durch den elektrischen Strom erzeugt wird. Die Ursache des Leitungswiderstandes besteht, wie wir nachgewiesen haben, in der anziehenden Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen; durch die Wirkung dieser anziehenden Kraft vereinigen sich aber die vorher getrennten Aether-Atome von + E und von — E zu Aether-Molektllen. Die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen hat also einerseits die Wirkung des Leitungswiderstandes, andererseits aber die Wirkung der Wärmebildung; hieraus ergiebt sich, dafs die im Stromkreis erzeugte Wärmemenge dem Leitungswiderstand desselben proportional sein mufs. Die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Atomen wächst, wie wir gesehen haben, mit dem Quadrat ihrer Dichtigkeit, vorausgesetzt, dafs das Verhältnifs in der Dichtigkeit der Atome der + E und der — E das gleiche bleibt. Da nun die Dichtigkeit der elektrischen Atome in der Stromstärke ihren Ausdruck findet, so folgt hieraus, dafs die in einem Leitungsdraht erzeugte Wärmemenge dem Quadrat der Stromstärke proportional sein mufs. Im geschlossenen Stromkreis wirken die ungleichnamigen elektrischen Atome nicht nur im Schliefsungsbogen auf einander ein, sondern auch im Rheomotor; die gesammte durch den Strom gebildete Wärmemenge besteht also aus der Summe der Wärmemengen, die im Schliefsungsbogen und in den galvanischen Elementen erzeugt werden. Nun ist aber in der Wärmemenge, welche durch den Strom in den galvanischen Bechern erzeugt wird, auch derjenige Antheil der Wärmemenge enthalten, welcher in Folge der chemischen Verbindung, nämlich durch Auflösung von Zink in Schwefelsäure, entstanden ist. Diese Verbindungswärme von Zink mit

40

V O N DER E L E K T R I C I T Ä T .

Schwefelsäure wird nun zunächst durch directen Versuch festgestellt. Zur Bestimmung der Wärmemenge, welche in dem galvanischen Becher und im Schliefsungsbogen zusammen in Folge des elektrischen Stromes entsteht, wird in ein mit verdünnter Schwefelsäure gefülltes Glasgefäfs eine amalgamirte Zinkplatte und eine Platinplatte eingetaucht; beide Platten berühren sich nicht in der Flüssigkeit, sondern sie sind nur an ihrem oberen Ende durch einen spiralförmigen Draht verbunden, welcher in ein Calorimetergefäfs eingesenkt ist. Durch den Contact der Flüssigkeit mit den beiden Metallplatten entsteht ein elektrischer Strom, indem durch die abstofsende Wirkung, die zwischen den Aether-Kugeln der Flüssigkeit und den Aether-Kugeln der Metallatome stattfindet, AetherMoleküle in Freiheit gesetzt werden, die sich in ihre elektrischen Atomen spalten. Dadurch aber, dafs diese Aether-Molektfle durch ihre Spaltung aus der Flüssigkeit verschwinden, müfste, wenn dieser Vorgang für sich allein betrachtet wird, die Temperatur der Flüssigkeit entsprechend erniedrigt werden. Wie wir aber früher nachgewiesen haben, wird bei constanter Stromstärke die gleiche Menge von elektrischen Atomen, welche in den Bechern producirt wird, auch im gesammten Stromkreis wieder konsumirt, indem sich die ungleichnamigen elektrischen Atome zu Aether-Molekülen vereinigen. Diese Wiedervereinigung erfolgt sowohl in den Bechern, wie im Schliefsungsbogen; es mufs demnach die gleiche Anzahl von Aether-Molekülen, welche in dem galvanischen Becher durch die Stromerzeugung verschwinden, dadurch in dem Becher und im Schliefsungsbogen wieder gebildet werden, dafs sich die ungleichnamigen elektrischen Atome zu Aether-Molekülen vereinigen. Die Wärmemenge, welche in dem galvanischen Becher verschwindet, ist demnach ebenso grofs, wie die Summe der Wärmemengen, welche in dem Becher und im Calorimetergefäfs zu-

GALVANISMUS.

sammengenommen wieder entstehen; die Wärmemengen, welche durch den Strom consumirt und producirt werden, heben sich also auf. Hieraus folgt, dafs für die Vermehrung der gesammten Wärmemenge im galvanischen Becher und im Calorimeter zusammengenommen nur die Verbindungswärme in Betracht kommen kann, welche durch Auflösung des Zinks entsteht. Die Verbindungswärme, welche durch die Auflösung einer bestimmten Zink-Menge in Schwefelsäure entsteht, ist also ebenso grofs, wie die Summen der Wärmemengen, welche durch den elektrischen Strom in dem Becher und im Calorimeter zusammengenommen beim Verbrauch der gleichen Zink-Menge erzeugt werden. Wir betrachten nun den Einflufs, welchen die Vermehrung der Becherzahl auf die Stromstärke ausübt. Damit ein elektrischer Strom entstehen kann, mufs eine Differenz vorhanden sein zwischen den Dichtigkeiten der elektrischen Atome im Schliefsungsbogen. Diese Differenz ist aber klein, wenn der Leitungswiderstand im Schliefsungsbogen ein kleiner ist. Denn in diesem Fall ist der Consum von elektrischen Atomen nur ein geringer; die Dichtigkeit der elektrischen Atome kann also auf ihrem Weg durch den Schliefsungsbogen keine grofse Abnahme erfahren; es ist mit anderen Worten die elektrische Dichtigkeit am Ende des Schliefsungsbogens ebenso grofs, als am Anfang desselben. Hieraus ist ersichtlich, dafs auch durch eine Vermehrung der Becherzahl die Stromstärke nicht zunehmen kann, wenn nicht zugleich der Leitungswiderstand im Schliefsungsbogen gröfser wird. Durch Vermehrung der Becherzahl wird wohl eine gröfsere Anzahl von elektrischen Atomen erzeugt; wenn diese Mehrproduction von elektrischen Atomen aber durch den Schliefsungsbogen abgeleitet werden soll, so mufs die Differenz der elektrischen Dichtigkeit im Schliefsungsbogen eine dieser Mehrproduction entsprechende Zunahme erfahren. Die Vermehrung der Becherzahl erhöht also

42

VW^DER^EI^ktricität.

nur dann die Stromstärke, wenn der Leitungswiderstand im Schliefsungsbogen ein grofser ist. Wenn in einem Volta'schen Becher die Oberfläche der Platten vergröfsert wird, so wächst in dem Verhältnifs der Oberfläche auch die Menge der elektrischen Atome, welche durch Berührung von Platte und Flüssigkeit gebildet werden. Diese Zunahme än elektrischen Atomen vertheilt sich aber auf eine gröfsere Berührungsfläche der Elemente, so dafs an jeder Stelle derselben die Dichtigkeit der elektrischen Atome unverändert bleibt. Durch Vergröfserung der Oberflächen wird also zwar die Anzahl der erzeugten elektrischen Atome vermehrt, aber nicht ihre Dichtigkeit. Wie wir aber früher nachgewiesen haben, müssen die elektrischen Atome, damit sie einen Strom bilden können, bei ihrem Eintritt in den SchliefsungsbogeneineDichtigkeitbesitzen, welche genügt, um im Schliefsungsbogen den Widerstand des entgegengesetzt gerichteten Stromes der ungleichnamigen elektrischen Atome überwinden zu können. Da nun durch Vergröfserung der Oberflächen die Dichtigkeit der elektrischen Atome keine Zunahme erfährt, so kann der Zuwachs an elektrischen Atomen, welcher durch Vergröfserung der Oberflächen verursacht wird, nur in dem Falle eine Vermehrung der Stromstärke bewirken, wenn der Leitungswiderstand im Schliefsungsbogen ein kleiner ist. Die e l e k t r i s c h e Induction. Wenn eine positiv elektrische Glasstange einem isolirten Leiter der Elektricität, also z. B. einem Metalldraht genähert wird, so bewirkt sie in demselben eine Spaltung der Aether-Moleküle, indem die mit dem Glasstab ungleichnamigen elektrischen Atome angezogen, die gleichnamigen aber abgestofsen werden. An dieser influenzirenden Wirkung wird dadurch nichts geändert, dafs nun der Glasstab, ohne den Draht zu berühren,

D I E ELEKTRISCHE INDUCTION.

43

aber in möglichst kleiner Entfernung von demselben, von dem einen nach dem anderen Ende des Drahtes fortbewegt wird; auch in diesem Falle werden die von dem Glasstab angezogenen negativ elektrischen Atome des Drahtes in der gleichen Richtung sich fortbewegen, in welcher der Glasstab bewegt wird; sie werden der Bewegung des Glasstabes folgen, von dem sie angezogen werden, und an demjenigen Ende des Drahtes sich ansammeln, an welchem der Glasstab zum Stillstand kommt. Die von dem Glasstab abgestofsenen positiv elektrischen Atome des Drahtes werden aber nach dem entgegengesetzten Ende desselben getrieben. Die Wirkung der Anziehung, welche die positiv elektrischen Atome des Glasstabes auf die negativ elektrischen Atome des Drahtes ausüben, besteht also darin, dafs die negativ elektrischen Atome sich durch den Draht in der gleichen Richtung fortbewegen müssen, in welcher der Glasstab bewegt wird. Durch die Bewegung des Glasstabes entsteht demnach in dem Metalldraht ein negativ elektrischer Strom, welcher gleiche Richtung hat mit derjenigen, in welcher der Glasstab bewegt wird; es entsteht zugleich in dem Metalldraht ein positiv elektrischer Strom, welcher die entgegengesetzte Richtung hat von derjenigen, in welcher der Glasstab bewegt wird. Wenn der Glasstab sich an dem einen der beiden Enden des Drahtes im Ruhezustand befindet, so bleibt auch die Vertheilung der elektrischen Atome im Draht unverändert; wenn schliefslich der Glasstab ganz entfernt wird, so hört auch die Ursache der elektrischen Vertheilung auf; die an den beiden Drahtenden angehäuften ungleichnamigen elektrischen Atome fliefsen also in entgegengesetzter Stromrichtung wieder zusammen. Ganz dieselbe Wirkung mufs aber stattfinden, wenn durch eine Drahtspirale, welche von einer Inductionsspirale umgeben ist, ein elektrischer Strom geleitet wird. In Bezug auf die Wirkung der elektrischen Vertheilung

Ü

VON DER ELEKTRICITÄT.

ist es ganz einerlei, ob der elektrische Körper selbst, oder ob nur die elektrischen Atome in demselben bewegt werden. Jedes Atom von -f- E, welches die Hauptspirale durchströmt, bewirkt in der sie umgebenden Nebenspirale eine Spaltung des Aether-Molektlls. Die Atome der -|-E in der Hauptspirale üben auf die Atome der — E in der Nebenspirale eine anziehende Kraft aus; die Wirkung dieser Anziehung besteht aber darin, dafs die Atome der — E in der Nebenspirale die gleiche Richtung der Fortbewegung erhalten müssen, wie die Atome der + E in der Hauptspirale; die negativ elektrischen Atome der Nebenspirale bilden deshalb einen Strom, der mit dem positiv elektrischen Strom der Hauptspirale gleiche Richtung hat. Ebenso wie der positive Strom der Hauptspirale wirkt auch der entgegengesetzt gerichtete negative Strom derselben. Jeder elektrische Strom in der Hauptspirale erzeugt also in der Inductionsspirale einen gleichgerichteten Strom der ungleichnamigen Elektricität, oder, was dasselbe ist, einen entgegengesetzt gerichteten Strom der gleichnamigen Elektricität. Diese Wirkung des Hauptstromes auf die Inductionsspirale erfolgt im Moment der Schliefsung des Hauptstromes; sie ist abhängig von der Stärke des Hauptstromes, sowie von seiner Entfernung von der Nebenspirale. So lange diese beiden Bedingungen sich nicht ändern, bleibt die Wirkung des Hauptstromes die gleiche; es bleibt also auch die Vertheilung der elektrischen Atome in der Inductionsspirale unverändert. Wird der Hauptstrom unterbrochen, so kommt auch die Ursache der elektrischen Vertheilung in der Inductionsspirale in Wegfall. Die an den Enden der Inductionsspirale angesammelten ungleichnamigen elektrischen Atome fliefsen wieder zusammen, indem die Atome der + E von dem einen Ende der Inductionsspirale nach dem entgegengesetzten Ende derselben strömen und ebenso umgekehrt. Durch Unterbrechung des Stromes in der

CHEMISCHE WIRKUNGEN DES STROMES.

45

Hauptspirale wird also in der Nebenspirale ein Strom inducirt dessen Richtung dem durch Schliefsung der Kette entstandenen entgegengesetzt ist. Chemische W i r k u n g e n des Stromes. Die Metalle leiten den elektrischen Strom, weil die elektrischen Atome an das einzelne Körper-Atom nicht gebunden bleiben, sondern das Bestreben haben, sich durch Leitung gleichmäfsig über alle Körper-Atome zu verbreiten. Chemisch zusammengesetzte Flüssigkeiten dagegen können den Strom nur dadurch leiten, dafs die elektrischen Atome von den Körper-Atomen der Flüssigkeit gebunden und von diesen durch die Flüssigkeit hindurch nach dem anderen Pole übergeführt werden. Betrachten wir zunächst den Vorgang an der positiven Polplatte und nehmen wir an, dafs die Verbindung, in welche die beiden Polplatten eintauchen, eine zweiatomige sei. Die Atome der - f E , welche an der positiven Polplatte mit der Flüssigkeit in Berührung treten, üben auf die Aether-Moleküle, welche die Aether-Kugeln der Verbindung bilden, eine vertheilende Wirkung aus; diese Aether-Moleküle spalten sich in Folge dessen in Atome der -f- E und der — E. Von diesen werden die Atome der + E von demjenigen der beiden KörperAtome gebunden, welches die + E anzieht, die Atome der — E dagegen verbinden sich mit dem negativ elektrischen Körper-Atom. Die Aether-Kugel, welche vorher die chemisch verbundenen Körper-Atome einschlofs, zerfällt demnach durch die Spaltung ihrer Aether-Moleküle; indem das eine der beiden Körper-Atome die entstehenden positiv elektrischen, das andere Körper-Atom die entstehenden negativ elektrischen Atome bindet, kann die Verbindung der Körper-Atome in derselben Aether-Kugel nicht mehr bestehen; die Verbindung zerfällt also in ihre Bestandtheile. Von diesen beiden Körper-Atomen wird nun das

46

VON^ER^Eixktricität^

negativ elektrische Körper-Atom neutralisirt durch die 4 E des Stromes, welcher an der Polplatte in die Flüssigkeit eintritt; es vereinigen sich hierbei die positiv-elektrischen Atome des Stromes mit den negativ elektrischen Atomen des Körper-Atoms, welches hierdurch im natürlichen Zustand auf der Polplatte niedergeschlagen wird. Das andere Körper-Atom dagegen, welches die Atome der -f- E gebunden hat, wandert als Träger derselben durch die Flüssigkeit hindurch nach der anderen Polplatte, giebt an diese die gebundenen positiv elektrischen Atome ab und scheidet sich zugleich im neutralen Zustande auf dieser Polplatte aus. Der gleiche Vorgang wiederholt sich an der negativen Polplatte; die von den Körper-Atomen gebundenen ungleichnamigen elektrischen Atome laufen also in der Flüssigkeit einander entgegen. Durch die Elektrolyse der zweiatomigen Verbindung werden demnach an der positiven Polplatte zunächst durch die Einwirkung des positiven Stromes die elektronegativen Körper-Atome niedergeschlagen, aufserdem werden aber an der gleichen positiven Polplatte die durch den negativen Strom nach dem positiven Pol übergeführten und mit — E geladenen Körper-Atome ausgeschieden. Wir sehen also, dafs die Menge der an der positiven Polplatte sich ausscheidenden Körper-Atome der Gesammt-Wirkung entspricht, welche aus der Summe der Wirkungen des positiven und des negativen Stromes zusammengesetzt ist. Es ist mit anderen Worten die Menge der an der positiven Polplatte ausgeschiedenen Körper-Atome abhängig von der Summe der ungleichnamigen elektrischen Atome, welche von den beiden Polplatten aus in die Flüssigkeit eintreten. Bei gleicher Stromstärke mufs also auch die gleiche Anzahl von Aether-Molekülen zur Spaltung kommen. Wenn wir nun annehmen, dafs durch den Strom alle Aether-Moleküle, welche einer Aether-Kugel angehören,

CHEMISCHE W I R K U N G E N DES

STROMES.

VI

zur Spaltung gelangen, wenn wir ferner berücksichtigen, dafs jede zweiatomige Verbindung, von der wir zunächst sprechen, in ihrer Aether-Kugel die gleiche Anzahl von Aether-Molekillen enthält, so würde hieraus folgen, dafs durch die gleiche Stromstärke auch die gleiche Anzahl von Aether-Kugeln aufgelöst wird. Es müssen also aus jeder zweiatomigen Verbindung durch die gleiche Stromstärke auch die gleiche Anzahl von Körper-Atomen ausgeschieden werden, oder es müssen mit anderen Worten die Gewichtsmengen der bei gleicher Stromstärke an den Polplatten sich ausscheidenden einfachen Stoffe ihrem Aequivalent-Gewicht proportional sein. Hiermit nun stimmt die Erfahrung überein. Denn wenn derselbe Strom durch 3 hintereinander befindliche Zersetzungszellen geht, welche Chlorsilber, Jodblei und Chlorzinn in geschmolzenem Zustande enthalten, so entsprechen die Gewichtsmengen der einfachen Stoffe, welche sich an den Polplatten ausscheiden, ihrem AequivalentGewicht. Diese Erklärung ist indessen nicht ausreichend, wenn es sich um die Elektrolyse von mehratomigen Verbindungen handelt. Durch die gleiche Stromstärke wird in allen Fällen die gleiche Anzahl von Aether-Molekülen in der Aether-Kugel des Körper-Moleküls zur Spaltung gebracht. Wenn wir nun annehmen wollten, dafs zur Trennung einer chemischen Verbindung die Spaltung aller Aether-Moleküle, welche der Aether-Kugel der Verbindung angehören, erforderlich ist, so würde hieraus folgen, dafs die Anzahl der elektrischen Atome, welche zur Trennung einer chemischen Verbindung erforderlich sind, in demselben Verhältnifs wachsen mufs, wie die Anzahl der Aether-Moleküle, welche in der Aether-Kugel der Verbindung enthalten sind. Die Anzahl der AetherMoleküle in der Aether-Kugel der Verbindung wächst mit einiger Annäherung in dem Verhältnifs, wie die Anzahl der Körper-Atome im Molekül; es mufs also hier-

48

V O N DER ELEKTRICITÄT.

nach die Verbindung Na 2 S0 4 % mal so viel Aether-Moleküle in ihrer Aether-Kugel enthalten, wie die Verbindung H2O. Unter der Voraussetzung nun, dafs bei der Elektrolyse einer verdünnten Lösung von schwefelsaurem Natron, ebenso wie bei der Elektrolyse des Wassers, die sämmtlichen in der Aether-Kugel der Verbindung enthaltenen Aether-Moleküle zur Spaltung gelangen, würden durch die gleiche Stromstärke, welche im einen Fall 1 Molekül H a O zersetzt, im anderen Fall nur f des Moleküls Na 2 S0 4 zur Zersetzung kommen. In Wirklichkeit aber werden durch den gleichen Strom, welcher in einem miteingeschalteten Voltameter 1 Molekül HjO zersetzt, auch 1 Molekül Glaubersalz in seine Bestandtheile zerlegt. Diese Thatsache weist darauf hin, dafs die Verbindung Na 2 S04 in ihre Bestandtheile zerfällt, wenn nur ein Theil der Aether-Moleküle der sie einschliefsenden Aether-Kugel in ihre elektrische Atome gespalten wird, dafs also in diesem Falle nicht die Spaltung der sämmtlichen Aether-Moleküle, welche der Aether-Kugel der Verbindung angehören, zur Trennung dieser Verbindung nothwendig ist. Dieselbe Menge von negativ elektrischen Atomen, welche durch Spaltung der Aether-Moleküle bei der Elektrolyse des Wassers von 1 Atom Sauerstoff gebunden worden ist, wird nunmehr bei der Elektrolyse von Glaubersalz durch 5 Atome S 0 4 gebunden. Auf 1 Atom gerechnet, würde also von der Atomgruppe SO4 nur £ derjenigen Menge von negativ elektrischen Atomen gebunden worden sein, welche von 1 Atom Sauerstoff bei der Elektrolyse des Wassers gebunden wird. Die Trennung der Verbindung Na 2 S0 4 erfolgt demnach schon, wenn die Atomgruppe S 0 4 die gleiche Menge von negativ elektrischen Atomen gebunden hat, welche 1 Atom Sauerstoff binden mufs, um aus seiner chemischen Verbindung herauszutreten. Die Erklärung hierfür liegt in dem Umstand, dafs

Derjthermo-eix^

49

bei der Elektrolyse von zusammengesetzten Verbindungen eine Trennung in die einzelnen Atome der Verbindung nicht erfolgt, sondern nur eine Trennung in 2 Atomgruppen, von denen jede an einer Polplatte zur Ausscheidung kommt. Jede dieser Atomgruppen vertritt hierbei die Stelle des Atoms in einer zweiatomigen Verbindung. Durch die Atomgruppe wird die gleiche Menge von elektrischen Atomen gebunden, wie durch das einzelne Atom einer zweiatomigen Verbindung; die gleiche Menge von elektrischen Atomen des durchgeleiteten Stromes, welche die Atomgruppe neutralisirt, bringt deshalb auch das einzelne Atom einer zweiatomigen Verbindung zur Ausscheidung. Der thermo-elektrische

Strom.

Wenn zwei verschiedenartige Metalle sich berühren, so üben, wie wir gesehen haben, die Aether-Kugeln des einen Metalls auf die Aether-Kugeln des andern Metalls eine abstofsende Wirkung aus. Sind diese abstofsenden Kräfte für beide Metalle gleich, wie dies bei Theilen des gleichen Metalls der Fall ist, so heben sich diese Wirkungen auf. Bei Verschiedenheit der abstofsenden Kräfte dagegen werden aus demjenigen Metall, dessen AetherKugeln die gröfsere Abstofsung erleiden, Aether-Moleküle in Freiheit gesetzt und durch die Wirkung der Metalle in ihre elektrischen Atome gespalten. Diese elektrischen Atome werden von demjenigen Metall gebunden, welches die gröfsere Anziehungskraft auf sie ausübt. Die anziehende Kraft, welche zwischen den Metallen und den elektrischen Atomen besteht, bewirkt also nicht nur die Spaltung der Aether-Moleküle in ihre elektrischen Atome, sondern auch die Bindung der letzteren durch das betreffende Metall. An der Contactstelle zweier verschiedenartiger Metalle entspricht demnach die elektrische Dichtigkeit der anziehenden Kraft, welche die Metalle auf die elektrischen Z i m m e r , Naturgesetze.

4

50

^

^

VONJSEREL^tricität^

Atome ausüben. Es kann auf diese Weise, wie wir früher nachgewiesen haben, die Dichtigkeit der elektrischen Atome an der Contactstelle niemals gröfser werden wie die anziehende Kraft, welche die Metalle auf die elektrischen Atome ausüben; es kann also auch von der Contactstelle kein continuirlicher elektrischer Strom ausgehen. Dieses Verhältnifs ändert sich aber, wenn die eine der Contact-Stellen eine höhere Temperatur hat, als die andere. Durch Erhöhung der Temperatur wächst die Dichtigkeit der Aether-Moleküle in den Aether-Kugeln der im Contact befindlichen Metall-Atome. Da nun hiermit die abstofsende Kraft der Aether-Kugeln wächst, so mufs auch die Menge der Aether - Moleküle, welche an der Contactstelle in Freiheit gesetzt werden, mit der Erwärmung derselben zunehmen. Ein Antimon-Stab und ein Wismuth-Stab werden in der Weise zusammengelöthet, dafs sie einen geschlossenen metallischen Leitungsbogen bilden. An derjenigen der beiden Löthstellen nun, welche erwärmt wird, mufs auch die gröfsere Menge von Aether - Molekülen in Freiheit gesetzt werden; diese spalten sich in die elektrischen Atome, von welchen die positiv elektrischen auf Antimon, die negativ elektrischen auf Wismuth übergehen. Während nun an der erwärmten Löthstelle die Menge der erzeugten elektrischen Atome zunimmt, wächst aber keineswegs auch die anziehende Kraft, durch welche die elektrischen Atome an die Metalle gebunden sind; es wächst mit anderen Worten an der erwärmten Löthstelle zwar die Produktion von elektrischen Atomen, aber nicht ihre Dichtigkeit. An der erwärmten Löthstelle werden mehr elektrische Atome erzeugt, als gebunden werden können; der sich durch diese Temperatur - Differenz an der erwärmten Löthstelle ergebende Ueberschufs von elektrischen Atomen wird nun von den beiden Metallstäben abgeleitet und erzeugt so einen elektrischen Strom, welcher von der heifsen zu der kalten Löthstelle geht. Ein solcher

D E R THERMO-ELEKTRISCHE S T R O M .

51

Ueberschufs von elektrischen Atomen kann also nur eintreten, wenn die eine Löthstelle heifser ist als die andere; bei Gleichheit der Temperatur sind die beiden Ströme der gleichnamigen Elektricität, welche, von den beiden Löthstellen ausgehend, auf ein und dasselbe Metall übertreten und sich deshalb einander entgegen laufen, von gleicher Stärke ; hierdurch wird aber die Entstehung eines elektrischen Stromes in einer bestimmten Richtung unmöglich gemacht. Damit also an der Löthstelle ein Strom entstehen kann, ist es erforderlich, dafs an derselben ein Ueberschufs von elektrischen Atomen vorhanden sei, welcher von der betreffenden Metall - Combination nicht gebunden wird, oder mit anderen Worten, dafs bei constant bleibender anziehender Kraft zwischen Metall und Elektricität die Produktion von elektrischen Atomen an der einen Löthstelle gröfser sei wie an der anderen. Dieser Ueberschufs von elektrischen Atomen, welcher an der heifsen Löthstelle von den Metallen nicht gebunden wird, ist für die verschiedenen Metall-Combinationen im Allgemeinen um so gröfser, je kleiner die anziehende Kraft ist, welche die Metalle auf die elektrischen Atome ausüben, oder, mit anderen Worten, je kleiner die elektrische Dichtigkeit ist, welche die betreffende Metall-Combination durch Contact erhält. Nach der Gröfse des an der heifsen Löthstelle entstehenden Ueberschusses von elektrischen Atomen bilden die Metalle eine thermo-elektrische Spannungsreihe; die äufsersten Glieder dieser Kette erzeugen an ihrer heifsen Löthstelle einen Ueberschufs von elektrischen Atomen, welcher ebenso grofs ist, wie derjenige, welcher durch alle dazwischenliegenden Combinationen zusammengenommen bei der gleichen Temperatur Differenz gebildet wird. Es wird also z. B. bei der gleichen Temperaturdifferenz ihrer Löthstellen durch die Combination EisenPlatin der gleiche Ueberschufs von elektrischen Atomen 4*

52

^

_ ^

VON DEI^EI^I^RICI^ät.

und also auch ein Strom von gleicher Stärke an der heifsen Löthstelle entstehen, wie durch die beiden Combinationen Eisen-Kupfer und Kupfer-Platin zusammengenommen. Dafs der thermo-elektrische Strom in Wirklichkeit aus den Aether-Molekülen der erwärmten Löthstelle entsteht, wird dadurch bewiesen, dafs sich in der Marcusschen Thermosäule das Kühlwasser bei geöffneter Kette rascher erwärmt, als bei geschlossener Kette. Es werden hierbei die Aether-Molektlle, welche der Löthstelle durch Erwärmung zugeführt worden sind, bei geöffneter Kette durch Leitung an das Kühlwasser abgegeben, während diese Aether-Moleküle bei geschlossener Kette theilweise in ihre elektrischen Atome gespalten werden und von der heifsen Löthstelle nach dem Schliefsungsbogen abströmen. Für die gleiche Metall-Combination wächst im Allgemeinen die Stromstärke mit der Temperatur-Differenz. Für jede Combination zweier Metalle giebt es indessen eine bestimmte Temperatur-Grenze, bei welcher der an der heifsen Löthstelle entstehende Ueberschufs von elektrischen Atomen, welcher die Ursache des Stromes ist, sein Maximum erreicht. W i r d diese Temperatur-Grenze überschritten, so werden bei zunehmender Dichtigkeit der Aether-Moleküle auch die elektrischen Atome eine Dichtigkeit erlangen, bei welcher ihre Wiedervereinigung erfolgt. Der Ueberschufs der an der heifsen Löthstelle entstehenden elektrischen Atome mufs also abnehmen, je mehr die Temperatur dieser Löthstelle über dieses Maximum hinaus steigt. Die Menge der elektrischen A t o m e , welche an der heifsen Löthstelle in Freiheit gesetzt werden, nähert sich also mit steigender Temperatur einem Maximum, um nach Ueberschreitung desselben wieder gleichmäfsig abzunehmen. Wenn nun von den beiden Löthstellen einer Metall-Combination die eine dieser Löthstellen ebenso viel

über dieser Maximal-Temperatur liegt, wie die andere unterhalb derselben, so mufs an jeder dieser Löthstellen die gleiche Menge von elektrischen Atomen in Freiheit gesetzt werden; an der kälteren Löthstelle ist das Maximum der Elektricitätsentwicklung noch nicht erreicht, bei der wärmeren ist es bereits um ebenso viel überschritten. Wie wir aber vorhin gesehen haben, kann ein Strom überhaupt nur entstehen, wenn an der einen der beiden Löthstellen der Ueberschufs von elektrischen Atomen gröfser ist, als an der anderen Löthstelle; hieraus folgt, dafs ein Strom nicht entstehen kann, wenn die eine der beiden Löthstellen um ebenso viel unter der MaximalTemperatur liegt, wie die andere über derselben. Diese Maximal-Temperatur, bei welcher das Maximum von elektrischen Atomen in Freiheit gesetzt wird, heifst auch Neutraltemperatur. Es kann demnach kein Strom entstehen, wenn das arithmetische Mittel der Temperaturen der Löthstellen dieser Neutraltemperatur gleich ist, denn in diesem Fall würden die Ströme der gleichnamigen elektrischen Atome, welche sich auf dem gleichen Metall einander entgegenlaufen, von gleicher Stärke sein und sich demnach aufheben. So ist die Neutraltemperatur für Kupfer-Eisen = 275 0 . Bei dieser Temperatur von 275 0 also wird für die Löthstelle Kupfer-Eisen das Maximum von elektrischen Atomen erzeugt, weshalb wir diese Temperatur Maximal-Temperatur nennen. Hieraus ist nun ersichtlich, dafs kein Strom entstehen kann, wenn z. B. die Temperatur der heifsen Löthstelle 275 + 25 = 300° und die der kalten 275 - 25 = 250° beträgt. Wir haben nun zu untersuchen, welche Erscheinungen eintreten werden, wenn die Mitteltemperatur der beiden Löthstellen oberhalb oder unterhalb der Maximal-Temperatur liegt.

54

VON DER ELEKTRICITÄT.

Nehmen wir an, dafs die Mitteltemperatur auf 2500 sinkt, so würde bei gleicher Temperatur-Differenz die Temperatur der heifsen Löthstelle 275° und die der kalten 2250 betragen. An der wärmeren Löthstelle war vorher bei 300° das Maximum der Elektricitäts-Entwicklung bereits überschritten, beim Rückgang auf 275 0 tritt also jetzt für die heifsere Löthstelle das Maximum der Elektricitäts-Entwicklung ein. An der kalten Löthstelle dagegen wird durch die Abnahme der Temperatur von 250° auf 225 0 die Entfernung von der Maximal-Temperatur von 2750 noch gröfser werden, es mufs also hier eine Abnahme der Elektricitäts-Entwicklung stattfinden. Sinkt demnach die Mitteltemperatur, so ergiebt sich für die heifse Löthstelle eine Zunahme, für die kalte aber eine Abnahme in der Menge der elektrischen Atome, welche in Freiheit gesetzt werden. Es mufs also jetzt an der heifsen Löthstelle ein Ueberschufs von elektrischen Atomen entstehen, welche nach der kalten Löthstelle abfliefsen. Da nun von den ungleichnamigen elektrischen Atomen, welche an der heifsen Löthstelle in Freiheit gesetzt werden, die + E auf Eisen, die — E auf Kupfer übergeht, so mufs der von hier ausgehende Strom vom Kupfer durch die wärmere Löthstelle zum Eisen gerichtet sein. Eine Umkehrung dieser Stromrichtung wird aber eintreten, wenn die Mitteltemperatur auf 300° steigt; in diesem Falle hat die kältere Löthstelle eine Temperatur von 275 0 , die wärmere eine Temperatur von 325 0 Während also nun an der kalten Löthstelle die Elektricitäts-Entwicklung auf ihr Maximum gestiegen ist, entfernt sich die Temperatur der wärmeren Löthstelle noch weiter von diesem Maximum. Der Ueberschufs von elektrischen Atomen wird also jetzt nicht mehr an der heifsen, sondern an der kalten Löthstelle entstehen und deshalb auch der Anfangspunkt des Stromes nicht mehr an der heifsen, sondern an der kalten Löthstelle liegen.

KÄLTEERZEUGUNG DURCH DEN ELEKTRISCHEN S T R O M .

55

Hieraus folgt aber, dafs nun der positive Strom von der kälteren Löthstelle aus auf Eisen übertreten mufs und deshalb eine Richtung erhält, welche vom Eisen durch die heifse Löthstelle zum Kupfer geht. K ä l t e e r z e u g u n g d u r c h den e l e k t r i s c h e n S t r o m . Wenn der elektrische Strom durch einen Metallstab geleitet wird, der zur Hälfte aus Antimon und zur Hälfte aus Wismuth besteht, so verhält sich die Wärmemenge, welche in demselben durch Vereinigung der ungleichnamigen elektrischen Atome gebildet wird, wie das Quadrat der elektrischen Dichtigkeit, oder wie das Quadrat der Stromstärke. Aufserdem findet aber an der Löthstelle noch eine lokale Erwärmung oder Erkaltung statt, welche von der Richtung des Stromes abhängig ist. Wie durch jeden metallischen Contact, so werden auch durch den Contact von Antimon und Wismuth elektrische Atome erzeugt; die Atome der -f- E werden hierbei von Wismuth, die der — E von Antimon gebunden in Folge der anziehenden Kraft, welche diese Metalle auf die elektrischen Atome ausüben. Diese ungleichnamigen elektrischen Atome können nur dann an die beiden sich berührenden Metalle gebunden bleiben, wenn der anziehenden Kraft zwischen Metallen und elektrischen Atomen nicht eine andere Kraft entgegenwirkt. Antimon und Wismuth liegen in der elektromotorischen Spannungsreihe nebeneinander. Diese Metalle erhalten also durch ihren Contact nur eine geringe elektrische Dichtigkeit, weil der Unterschied der anziehenden Kräfte, welche diese beiden Metalle auf die elektrischen Atome der gleichen Art ausüben, nur ein geringer ist. Die Eigenschaft der genannten Metalle, auf die an ihrer Berührungsstelle gebundenen elektrischen Atome nur eine geringe anziehende Wirkung auszuüben, erklärt nun die Erscheinung, welche eintritt, wenn ein elektrischer Strom durch die Löthstelle geleitet wird.

56

V O N DER E L E K T R I C I T A T .

Wenn der Strom der -f- E von Wismuth auf Antimon übergeht, so werden die elektropositiven Atome des Stromes mit den elektropositiven Atomen zusammentreffen, welche an der Löthstelle von Wismuth gebunden sind. Nun üben aber die positiv elektrischen Atome des Stromes auf die gleichnamigen elektrischen Atome, die von Wismuth gebunden sind, eine abstofsende Wirkung aus. In dem Verhältnifs, in welchem die abstofsende Wirkung des Stromes stärker ist, als die anziehende Kraft, durch welche die positiv elektrischen Atome von Wismuth gebunden sind, mufs auch die abstofsende Wirkung des positiven Stromes auf die gleichnamigen elektrischen Atome der Löthstelle zur Wirkung kommen. Die Folge dieser abstofsenden Wirkung aber ist, dafs die positiv elektrischen Atome von der Löthstelle, wo sie gebunden waren, vertrieben werden, indem sie zusammen mit den positiv elektrischen Atomen des Stromes durch den Metallstab abströmen. Die von der Löthstelle in dieser Weise abgeleiteten positiv elektrischen Atome werden momentan wieder ersetzt, denn die zwischen beiden Metallen thätige elektromotorische Kraft bewirkt, dafs die Dichtigkeit der elektrischen Atome, welche an der Contactstelle der beiden Metalle gebunden werden, stets in gleicher Höhe erhalten werde. Durch die Verminderung in der Dichtigkeit der elektrischen Atome an der Löthstelle mufs demnach die Contact-Wirkung der beiden Metalle in Thätigkeit treten, wodurch Aether-Moleküle zur Ausscheidung und Spaltung kommen. An der Löthstelle vermindert sich also die Anzahl der Aether-Moleküle oder ihre Dichtigkeit. In soweit dieser Verlust nicht durch Wärmeaufnahme von Aufsen wieder ersetzt wird, mufs demnach an der Löthstelle eine Temperatur-Erniedrigung herbeigeführt werden, wie es der Versuch bestätigt. In dem gleichen Sinne wie der positive, wirkt auch der negative Strom, welcher in entgegengesetzter Rieh-

KÄLTEERZEUGUNG DURCH DEN ELEKTRISCHEN STROM.

57

tung, also von Antimon auf Wismuth, übergeht und an der Löthstelle mit den von Antimon gebundenen negativ elektrischen Atomen zusammentrifft. Nun werde in umgekehrter Richtung ein Strom durch die Löthstelle hindurchgesendet, so dafs also jetzt nicht der positive, sondern der negative Strom von Wismuth auf Antimon übergeht. Die positiv elektrischen Atome, welche an der Löthstelle durch Wismuth gebunden sind, werden also jetzt nicht mehr von gleichnamigen, sondern von ungleichnamigen elektrischen Atomen des Stromes getroffen. In dem Verhältnifs nun, in welchem die Stärke dieses negativen Stromes, oder die Dichtigkeit der negativ elektrischen Atome desselben zunimmt, mufs auch die anziehende Kraft wachsen, welche diese negativ elektrischen Atome des Stromes auf die von Wismuth gebundenen positiv elektrischen. Atome ausüben. Durch diese anziehende Wirkung der ungleichnamigen elektrischen Atome wird eine Verbindung derselben zu AetherMolekülen herbeigeführt; an der Löthstelle findet also jetzt eine Temperatur-Erhöhung statt. Die Richtigkeit dieser Erklärung ergiebt sich sofort, wenn wir den ganzen Vorgang in quantitativer Hinsicht betrachten. Wie wir früher dargelegt haben, wächst die Anziehung der ungleichnamigen elektrischen Atome mit dem Quadrat ihrer Dichtigkeit, wenn sich diese Dichtigkeitszunahme sowohl auf die Atome der E, als auch auf die Atome der — E bezieht; sie wächst aber im einfachen Verhältnifs der Dichtigkeit, wenn nur die eine der beiden Elektricitäten in ihrer Dichtigkeit zunimmt, die andere aber in ihrer Dichtigkeit constant bleibt. Nun ist es aber selbstverständlich, dafs die Dichtigkeit der elektrischen Atome, welche durch Contact - Wirkung an der Berührungsstelle der Metalle entstehen, ganz unabhängig ist von der Stärke des durchgeleiteten Stromes oder seiner Richtung; die Dichtigkeit der elektrischen Atome,

58

V O N DER ELEKTRICITÄT.

welche an der Berührungsstelle der beiden Metalle gebunden werden, ist nur von der elektromotorischen Kraft derselben abhängig und bleibt deshalb im vorliegenden Falle constant. Aus diesem Grunde wächst die Erwärmung an der Löthstelle nur im einfachen Verhältnifs der Stromstärke und nicht im Quadrat derselben.

Vom Lichte. Wie die Wärme, so besteht auch das Licht aus Aether-Molekülen. Diese Lichtäther-Moleküle bestehen ihrem Wesen nach aus demselben Aether, wie die Wärmeäther-Moleküle; der Aether kann also als Lichtäther und als Wärmeäther zur Erscheinung kommen. Den Unterschied zwischen diesen beiden Modificationen des Aethers werden wir später untersuchen und betrachten zunächst die Eigenschaften des Lichtäther-Moleküls. Während die Wärmeäther-Moleküle an Körperatome gebunden sind, besteht das Lichtäther-Molekül nur im freien Zustande. Die Lichtäther-Moleküle haben eine in gerader Linie fortschreitende Bewegung; durch ihre gröfsere oder geringere Dichtigkeit wird die Intensität des Lichtes hervorgerufen. Wir gehen also in gleicher Weise wie die Undulations-Theorie von der Voraussetzung eines Aether-Moleküls aus, nehmen hierbei aber an, dafs dieses Aether-Molekül nicht durch seine oscillirende Bewegung, sondern durch seine ruhende Gegenwart zur Erscheinung kommt. Ebenso wie die Aetheratome der + E und der — E, so werden auch die Lichtäther-Moleküle in der Weise reflectirt, dafs der einfallende und der reflectirte Strahl mit dem Einfallslothe gleiche Winkel bilden. Die Lichtäther-Moleküle folgen also in dieser Beziehung dem gleichen Gesetz, wie die elastischen Körper. Durchsichtige Körper üben auf die sie durchdringenden Lichtstrahlen eine anziehende Wirkung aus. Diese anziehende Kraft nun, welche ein durchsichtiger Körper,

60

VOM

LICHTE.

z. B. eine Glasplatte, auf die Lichtäther-Moleküle ausübt, wirkt stets senkrecht auf die Oberfläche des durchsichtigen Körpers, welcher diese anziehende Kraft ausübt; die Lichtäther-Moleküle, welche in eine Glasplatte eintreten, werden also stets in der Richtung des Einfallslothes angezogen. Der Lichtstrahl, welcher in eine Glasplatte eintritt, hat einerseits das Bestreben, seine geradlinige Richtung fortzusetzen, andererseits steht er unter dem Einflufs der anziehenden Kraft, welche rechtwinklig wirkt zur Oberfläche der Glasplatte. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Momente erfährt der Lichtstrahl diejenige Ablenkung, welche wir mit Brechung bezeichnen. Das Verhältnifs vom Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels oder der Brechungsexponent ist constant und nur abhängig von der Substanz des durchsichtigen Körpers oder von der anziehenden Kraft, welche diese Substanz auf die Lichtäther-Moleküle ausübt. Diese anziehende Kraft, welche eine Glasplatte auf die sie durchdringenden Lichtäther-Moleküle ausübt, wirkt nicht nur auf den eintretenden, sondern selbstverständlich auch auf den austretenden Lichtstrahl. Denn nachdem die Lichtäther-Moleküle die Glasplatte bereits verlassen haben, stehen sie immer noch unter der Einwirkung der anziehenden Kraft derselben. Diese Kraft wirkt aber senkrecht auf diejenige Fläche der Glasplatte, durch welche der Austritt erfolgt. Der Lichtstrahl kann also seine frühere Richtung nicht beibehalten; der auf ihn wirkenden anziehenden Kraft folgend erfährt der Lichtstrahl nach derjenigen Richtung zu eine Ablenkung, in welcher er von der Glasplatte angezogen wird, nämlich senkrecht zu ihrer Fläche. Durch diese anziehende Kraft der Glasplatte, welche auf die Lichtäther-Moleküle in einer zu ihren parallelen Flächen senkrechten Richtung einwirkt, wird der eintretende Lichtstrahl um ebenso viel dem Einfallsloth genähert, wie der austretende Strahl

VOM LICHTE.

61

sich vom Einfallsloth entfernt; der eintretende und der austretende Strahl müssen also einander parallel sein. Wenn der Winkel, welchen der austretende Strahl mit dem Einfallsloth bildet, eine gewisse Grenze überschreitet, wenn also die Richtung des austretenden Strahles sich der Fläche der Glasplatte bis zu einer gewissen Grenze nähert, so vermag der gebrochene Strahl überhaupt nicht mehr auszutreten, da er durch die anziehende Kraft der Glasplatte, welche senkrecht zu ihrer Fläche die Lichtäther-Moleküle anzieht, hieran verhindert wird. Der Lichtstrahl erleidet also in diesem Falle eine totale Reflexion. Wenn der Lichtstrahl eine Glasplatte, welche von parallelen Flächen begrenzt ist, rechtwinklig trifft, so kann er nicht abgelenkt werden, da sowohl für den eintretenden, wie für den austretenden Strahl die Richtung des Strahls mit der Richtung der anziehenden Kraft zusammenfällt. Dagegen mufs der Lichtstrahl in jedem Falle eine Brechung erleiden, wenn er ein Prisma durchsetzt, weil bei diesem die beiden brechenden Flächen einen Winkel mit einander bilden. In welcher Weise diese Ablenkung erfolgt, läfst sich aus dem Vorhergehenden leicht bestimmen. Der in das Prisma eintretende Strahl wird in der Richtung des Einfallslothes, in welcher die anziehende Kraft zur Wirkung kommt, abgelenkt. Auf den aus der zweiten Prismenfläche austretenden Strahl übt das Prisma eine anziehende Kraft in derjenigen Richtung aus, welche auf dieser zweiten Prismenfläche rechtwinklig steht. Wenn nun der Richtung dieser anziehenden Kraft entsprechend auf dieser zweiten Prismenfläche verschiedene Senkrechte errichtet werden, so kann nur ein Theil dieser Senkrechten sich mit der Verlängerung der Strahlrichtung schneiden. Es kann also nur allein derjenige Theil der zweiten Prismenfläche, deren Senkrechte die Verlängerung des aus dem Prisma austretenden Strahles

62^

VoM^icHTE.

schneiden, auf die Ablenkung des Strahles einen Einflufs ausüben. Denn der andere Theil dieser Prismenfläche bleibt ohne Einwirkung auf die Ablenkung, weil hier die errichteten Einfallslothe mit der Richtung des Strahles keine Berührung finden. Unter allen Umständen wird der aus dem Prisma austretende Strahl nach demjenigen Theil des Prisma's abgelenkt, dessen auf der Austrittsfläche errichteten Einfallslothe sich mit der Verlängerung der Strahlrichtung schneiden. Wir betrachten nun die Gröfse dieser Ablenkung. Wenn der aus dem Prisma austretende Strahl mit dem Einfallslothe nicht zusammenfällt, sondern mit demselben einen Winkel bildet, so fällt die Richtung, in welcher die anziehende Kraft wirkt, nicht zusammen mit der geradlinigen Verlängerung des austretenden Strahles. Die Wirkung dieser anziehenden Kraft wird aber um so gröfser, je mehr der Winkel wächst, welchen die Richtung der anziehenden Kraft mit der Richtung des austretenden Lichtstrahls bildet. Wenn der Lichtstrahl in einer Richtung aus der Prismenfläche austritt, welche mit der auf dieser Fläche errichteten Senkrechten fast einen rechten Winkel bildet, so wirkt die anziehende Kraft des Prisma's fast rechtwinklig zu der Richtung des Strahles. In diesem Fall mufs also die anziehende Kraft eine viel gröfsere Ablenkung hervorbringen, als wenn die gleiche anziehende Kraft mit der Richtung des Strahles fast zusammenfällt. Die Gröfse der Ablenkung mufs demnach in dem Mafse zunehmen, als sich die Richtung der anziehenden Kraft und die Richtung des Strahles einem rechten Winkel nähern. Aus diesem Grunde wächst die Ablenkung des aus dem Prisma austretenden Strahles in einem rascheren Verhältnifs, wie der Brechungswinkel. Ebenso wie für den austretenden, so wird auch für den einfallenden Lichtstrahl die Ablenkung um so gröfser, je mehr der Winkel wächst, welchen die Richtung des

VOM LICHTE.

63^

Strahles und die Richtung der anziehenden Kraft mit einander bilden. Hieraus läfst sich nun ersehen, dafs beim Durchgang durch das Prisma der Lichtstrahl die kleinste Ablenkung erleiden mufs, wenn er mit den beiden brechenden Flächen gleiche Winkel bildet. Denn wenn der Lichtstrahl in irgend einer anderen Richtung das Prisma durchsetzt, so sind die beiden Winkel, welche der eintretende und der austretende Strahl mit dem Einfallslothe bilden, einander ungleich, und zwar nimmt bei jeder Veränderung in der Richtung des Strahles der eine der genannten Winkel um ebenso viel ab, wie der andere zunimmt. Wie wir aber gesehen haben, wächst die Ablenkung in einem rascheren Verhältnifs wie der Brechungswinkel; für den gröfseren der beiden Winkel ist demnach die Zunahme der Ablenkung gröfser als die Abnahme der Ablenkung für den kleineren Winkel. Die Totalablenkung mufs demnach am kleinsten werden, wenn der Lichtstrahl bei seinem Durchgang durch das Prisma mit den beiden brechenden Flächen gleiche Winkel bildet. Wir haben gesehen, dafs die Wirkung der anziehenden Kraft, welche auf den Lichtstrahl ausgeübt wird, um so gröfser ist, je mehr sich die Richtung dieser anziehenden Kraft und die Richtung des Strahles einem rechten Winkel nähern. Aus diesem Grunde mufs die Totalablenkung eines das Prisma durchsetzenden Strahles, welcher mit dessen beiden brechenden Flächen gleiche Winkel bildet, zunehmen, wenn der Winkel wächst, welchen diese beiden brechenden Flächen mit einander bilden. Das gleiche Gesetz der Brechung gilt ebenso wie für das Prisma, so auch für sphärische Linsen, mag hierbei nun eine biconvexe oder eine planconvexe, eine biconcave oder eine planconcave Linse zur Anwendung kommen. In allen Fällen werden Lichtstrahlen bei ihrem Eintritt in die Linse in derjenigen Richtung abgelenkt, in welcher die an-

64^

^^VOM^L-ICHTE.

ziehende Kraft wirkt, nämlich in der Richtung des Einfallslothes. Ebenso wie auf den eintretenden, so wirkt auch auf den austretenden Strahl die anziehende Kraft von den äufseren Flächen nach dem Inneren der Linse, und zwar in einer zur Oberfläche der Linse senkrechten Richtung. Der austretende Strahl mufs deshalb nach demjenigen Theil der Linse abgelenkt werden, dessen Einfallslothe sich mit der Verlängerung des Strahles schneiden. Durch biconvexe Linsen werden demnach die axenparallelen Strahlen gesammelt, durch biconcave Linsen werden sie zerstreut. Auch bei den sphärischen Linsen wächst die Gröfse der Ablenkung, wenn der Winkel wächst, welchen die Richtung des Strahles und die Richtung der anziehenden Kraft mit einander bilden. Aus diesem Grunde wird die positive oder negative Brennweite der Linse kleiner, wenn der Krümmungshalbmesser derselben abnimmt. Aus dem gleichen Grunde haben von den axenparallelen Strahlen, welche eine biconvexe Linse durchsetzen, die Randstrahlen, deren Richtung senkrecht steht zu der Richtung der auf sie wirkenden anziehenden Kraft, eine kleinere Brennweite wie die centralen Strahlen. Wenn der Lichtstrahl eine biconvexe Linse parallel zur Axe durchsetzt, so sind die anziehenden Kräfte, welche auf den eintretenden und den austretenden Strahl ausgeübt werden, einander gleich. Es ist demnach die anziehende Wirkung der biconvexen Linse auf die Richtung des Strahles doppelt so grofs, wie die der planconvexen Linse. Aus diesem Grunde ist auch die Brennweite der biconvexen Linse nur halb so grofs, wie die der planconvexen Linse vom gleichen Krümmungshalbmesser. Zusammensetzung des weifsen

Lichtes.

Wir sind im vorhergehenden Abschnitt von der Annahme eines Lichtäther - Moleküls ausgegangen. Dieses Lichtäther-Molekül nennen wir Lichtäther - Kugel. Die

ZUSAMMENSETZUNG DES WEISSEN LI£HTES.

65

Lichtäther-Kugel, welche das weifse Licht darstellt, ist zusammengesetzt aus einer grofsen Anzahl von Lichtäther-Atomen. Diese Lichtäther-Atome sind in einem nur losen und leicht trennbaren Verbände in der sie gemeinsam einschliefsenden Aether-Kugel des weifsen Lichtes vereinigt; sie sind demnach in ähnlicher Weise in einer und derselben Aether-Kugel mit einander verbunden, wie die Wärmeäther-Moleküle in der Aether-Kugel, welche das Körperatom einschliefst. Diese Lichtäther - Atome, welche in der gleichen Aether-Kugel vereinigt sind, unterscheiden sich aber von einander durch ihre Atomgröfse; die Verschiedenheit in den Eigenschaften der Lichtäther-Atome, welche der gleichen Aether-Kugel angehören, beruht demnach auf der Verschiedenheit ihrer Atomgröfse. Für das Auge erscheint diese Verschiedenheit in der Atomgröfse als Verschiedenheit der Farbe. Aber auch die dem Auge als homogen erscheinenden Lichtäther-Atome sind unter einander in ihrer Atomgröfse verschieden. Hieraus lassen sich nun die Erscheinungen erklären, welche eintreten, wenn ein Strahl von weifsem Licht das Prisma durchsetzt. Das Prisma übt auf die AetherKugel, in welcher die verschiedenen Lichtäther-Atome vereinigt sind, eine anziehende Kraft aus in der Richtung des Einfallslothes. Diese anziehende Kraft wirkt aber verschieden auf die verschiedenen Lichtäther-Atome. Wir müssen annehmen, dafs die anziehende Kraft, welche das Prisma auf die Lichtäther-Atome ausübt, um so gröfser ist, je mehr die Gröfse dieser Aether-Atome zunimmt, dafs demnach die gröfseren Lichtäther-Atome auch mit gröfserer Kraft angezogen werden, als die kleineren Lichtäther-Atome. Diese Verschiedenheit in der anziehenden Kraft, welche das Prisma auf die verschiedenen Lichtäther-Atome der gleichen Aether-Kugel ausübt, ist die Ursache, dafs diese Lichtäther-Atome in dem bisherigen losen Verband ihrer Aether-Kugel nicht Z i m m e r , Naturgesetze.

5

66

VOM

LICHTE.

mehr vereinigt bleiben können. Die Aether-Kugel löst sich also auf in ihre Lichtäther-Atome; die gröfsten Lichtäther-Atome, welche durch das Prisma die gröfste Anziehung erfahren, erleiden auch die gröfste Brechung, während die kleinsten Lichtäther-Atome, welche durch das Prisma am wenigsten angezogen werden, die kleinste Brechung erleiden. Die violetten Lichtstrahlen, welche aus den gröfsten Aether-Atomen bestehen und deshalb die gröfste Brechung erleiden, erscheinen demnach an dem einen Ende, und nach der Reihenfolge ihrer Atomgröfse die rothen Lichtstrahlen am anderen Ende des Spectrums. Zur Uebersicht schicken wir hier voraus, dafs die Lichtäther-Atome aus dem Verband ihrer Aether-Kugel auf dreifache Weise getrennt werden können; nämlich 1) durch die Verschiedenheit der Anziehung, welche die Lichtäther-Atome in dem Prisma erfahren, oder die prismatische Farbenzerstreuung; 2) durch die Verschiedenheit der abstofsenden Kräfte, welche auf die Lichtäther-Atome der gleichen AetherKugel einwirken, oder die Interferenz; 3) durch die Verschiedenheit des Drehungsvermögens der Lichtäther-Atome, oder die chromatische Polarisation. B e u g u n g und I n t e r f e r e n z . Die Aether-Kugeln, aus welchen das weisse Licht besteht, haben die Eigenschaft, sich unter einander abzustofsen. Diese abstofsende Kraft kann aber nicht zur Wirkung kommen für solche Aether-Kugeln, welche gleichmäfsig im Raum verbreitet sind. Denken wir uns in einem gleichmäfsig erhellten Raum irgend eine Lichtäther-Kugel. Wenn dieselbe nach allen Richtungen hin umgeben ist von gleichen Mengen von Lichtäther-Kugeln oder von Lichtäther-Kugeln der gleichen Dichtigkeit, so sind auch die abstofsenden Kräfte gleich, welche diese auf die in ihrer Mitte befindliche Lichtäther-Kugel aus-

67

BEUGUNG UND INTERFERENZ.

üben. Die abstofsenden Kräfte, welche von allen Seiten auf die eine in der Mitte gedachte Lichtäther-Kugel ausgeübt werden, müssen sich demnach aufheben; es kann also auch eine Verschiebung dieser Aether-Kugel aus ihrer geradlinigen Bewegung nicht möglich sein. Dieses Verhältnifs ändert sich aber, wenn ein Bündel Sonnenstrahlen durch eine schmale verticale Spalte in einen dunkeln Raum eintritt. Die Randstrahlen oder die Lichtäther-Kugeln, welche sich am Rande dieses Strahlenbündels befinden, sind nur auf der einen Seite von Lichtäther-Kugeln umgeben; auf der Seite des dunkeln Raumes sind überhaupt keine Lichtäther-Kugeln vorhanden, oder es besitzen vielmehr die vorhandenen nur eine geringere Dichtigkeit. Hieraus folgt nun, dafs eine abstofsende Kraft auf die am Rande befindlichen Lichtäther-Kugeln nur durch diejenigen Aether-Kugeln ausgeübt werden kann, welche an die Randstrahlen angrenzen; die am Rande befindlichen Lichtäther-Kugeln werden also nur von einer Seite aus abgestofsen. Durch diese einseitige Wirkung der abstofsenden Kraft werden aber die Randstrahlen eine seitliche Ablenkung erfahren, ähnlich den Dampftheilchen eines unter Druck ausströmenden Dampfstrahles. Die abstofsende Kraft wirkt demnach auf die Randstrahlen nur von der mittleren Linie des Strahlenbündels aus nach den Rändern zu und hat zur Folge, dafs sich ein Lichtstreifen von bestimmter Breite vom Hauptstrahl ablöst und rechtwinklig zur Strahlrichtung verschoben wird. Dieser Lichtstreifen ist also jetzt vom einfallenden Strahl durch einen dunkeln Zwischenraum getrennt. Die Lichtäther-Kugeln des einfallenden Strahles, welche sich am Rande dieses dunkeln Zwischenraums befinden, werden nun ebenso wie die zuerst genannten Randstrahlen nur von einer Seite aus und zwar von der mittleren Linie des Strahlenbündels aus abgestofsen. Der in den dunkeln Raum eintretende Lichtstrahl theilt sich auf diese Weise in viele Licht5*

68

VOM

LICHTE.

streifen von bestimmter Breite, welche durch dunkle Zwischenräume unterbrochen werden. Nur diejenigen Lichtäther-Kugeln, welche sich in der geradlinigen Verlängerung des einfallenden Strahles befinden, können eine rechtwinklige Verschiebung nicht erfahren, weil in diesem Falle sich zu beiden Seiten der Mittellinie gleiche Mengen von Lichtäther-Kugeln befinden und demnach die abstofsenden Kräfte, welche in der entgegengesetzten Richtung auf die in der Mitte des Strahles befindlichen Aether-Kugeln einwirken, sich das Gleichgewicht halten. Die Breite der in dieser Weise gebildeten Lichtstreifen und ihre Entfernung von der Mitte des Strahles ist von der Breite der Spaltöffnung abhängig. Je mehr die Spalte, durch welche der Lichtstrahl einfällt, an Breite zunimmt, um so gröfser wird die Dichtigkeit der Lichtäther-Kugeln, um so gröfser wird also auch die Wirkung ihrer abstofsenden Kraft auf die am Rande eines jeden Lichtstreifens befindlichen Lichtäther-Kugeln. Durch die Wirkung dieser abstofsenden Kraft entstehen dunkle Streifen, welche den Zusammenhang der LichtätherKugeln unterbrechen; mit der Zunahme der abstofsenden Kraft, welche auf die am Rande eines jeden Lichtstreifens befindlichen Lichtäther-Kugeln ausgeübt wird, wächst also auch die Anzahl der dunkeln Zwischenräume, welche den einfallenden Strahlenbündel durchziehen. Hieraus geht hervor, dafs mit zunehmender Breite der Spalte die Breite der einzelnen Lichtstreifen und also auch ihre Entfernung von einander abnehmen mufs. Ebenso wie die Aether-Kugeln des weifsen Lichtes, so haben auch die Lichtäther-Atome' der gleichen Art oder der gleichen Atom-Gröfse die Eigenschaft, sich unter einander abzustofsen. Vor dem Objectiv des Fernrohres wird eine schmale Spalte angebracht, welche von homogenem Licht beleuchtet ist. Die am Rande der Spalte austretenden Lichtäther-Atome werden von der Mitte des Spaltes aus stärker abgestofsen, wie von

B E U G U N G UND

INTERFERENZ.

69

den Rändern aus. In Folge der Ungleichheit der auf sie wirkenden abstofsenden Kräfte treten die LichtätherAtome auseinander, indem sie Lichtstreifen von bestimmter Breite bilden, welche durch dunkle Zwischenräume unterbrochen werden. Die Breite dieser Lichtstreifen ist, wie wir gesehen haben, abhängig von der Breite der Spalte, aufserdem aber auch von der Art der Lichtäther-Atome. Bei Anwendung von rothem Licht haben die Lichtstreifen die gröfste Breite, bei Anwendung von violettem Licht die geringste Breite. Die gleiche Erscheinung wird hervorgerufen, wenn man durch ein vor dem Objectiv des Fernrohres befestigtes Gitter nach einer von homogenem Licht beleuchteten Spalte hinsieht, welche den Linien des Gitters parallel ist. Das Gitter ist eine Aufeinanderfolge von schmalen parallelen Spalten. Die an den Rändern eines jeden Gitterspaltes austretenden Lichtäther-Atome werden ebenso wie bei Anwendung der einfachen Spalte nur von einer Seite aus abgestofsen. Durch die Wirkung der ungleichen abstofsenden Kräfte aber, welche auf die an den Rändern der Spaltöffnungen austretenden Lichtäther-Atome ausgeübt werden, mufs die vorhin betrachtete Erscheinung von hellen und dunkeln Streifen zur Erscheinung kommen. Bei Anwendung von rothem Licht erscheinen, durch das Fernrohr betrachtet, diese hellen Streifen weiter von einander entfernt, als bei Anwendung von violettem Lichte. Wie wir früher nachgewiesen haben, wird durch Zunahme der Spalten-Breite die abstofsende Kraft, welche auf die Randstrahlen einwirkt, vermehrt und demnach die Breite der einzelnen Lichtstreifen vermindert. Auch das Gitter ist eine Reihenfolge von Spaltöffnungen; das durch die Gitterspalten dringende homogene Licht wird deshalb, in der genannten Weise durch das Fernrohr betrachtet, sich in Lichtstreifen theilen,

70^

YSJLfclSSIE:

deren gegenseitige Entfernung von einander um so kleiner wird, je mehr die Breite der Gitterspalten zunimmt. Nun werde das Gitter anstatt von homogenem, von weifsem Lichte beleuchtet. Die am Rande einer jeden Spaltöffnung austretenden Lichtäther-Kugeln werden, wie wir gesehen haben, nicht von allen Seiten, sondern nur an der inneren Seite der Spaltöffnung von anderen Lichtäther-Kugeln berührt, sie können also auch nur von der Mitte der Spaltöffnung aus eine Abstofsung erfahren. Auf die am Rande der Spaltöffnung austretenden AetherKugeln kann demnach nach ihrem Austritt nur von einer Seite aus eine abstofsende Kraft ausgeübt werden. Hieraus folgt nun, dafs auch die Lichtäther-Atome, welche einer und derselben am Rande austretenden Aether-Kugel angehören, von der Mitte der Spalte aus eine gröfsere Abstofsung erfahren, als von dem Rande aus; die abstofsenden Kräfte, welche auf die Lichtäther-Atome einer und derselben Lichtäther-Kugel einwirken, sind also ungleich; der eine Theil dieser Lichtäther-Atome erfährt eine gröfsere Abstofsung als der andere Theil. Nun haben wir aber bereits bei der Wärmeentwicklung durch Reibung nachgewiesen, dafs die Aether-Kugel auseinanderfallen und aufgelöst werden mufs, wenn auf die in derselben enthaltenen Aether - Moleküle abstofsende Kräfte von verschiedener Stärke einwirken. Dieses Princip gilt auch für die Lichtäther-Kugel. Die Lichtäther-Atome sind in der sie einschliefsenden Aether-Kugel nur lose vereinigt; jede Verschiedenheit der auf sie einwirkenden abstofsenden Kräfte hat deshalb die Wirkung, dafs sie aus dem Verband ihrer Aether-Kugel heraustreten. Da nun die verschiedenen Lichtäther-Atome der gleichen Aether-Kugel durch die Ungleichheit der auf sie wirkenden abstofsenden Kräfte in dem Verband ihrer Aether-Kugel nicht mehr vereinigt bleiben können, so vereinigen sich die Lichtäther-Atome der gleichen Art zu zusammen-

BEUGUNG UND INTERFERENZ.

71

hängenden Lichtstreifen und bilden in der Reihenfolge ihrer Atomgröfse ein continuirliches Spectrum. Diese Spectra, welche von der Mitte aus symmetrisch sich wiederholen, überdecken sich theilweise und bilden deshalb Mischfarben. Nur in der Mitte der Figur erscheint der Spalt, durch welchen das weifse Licht in das Fernrohr einfällt, unverändert, weil an dieser Stelle die Lichtäther-Kugeln von gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Kräften abgestofsen werden. Auf die gleiche Ursachen ist der FRESNEL'sche Spiegelversuch zurückzuführen. Wenn zwei Lichtstrahlen, die von zwei Spiegeln reflectirt werden, sich in % einem ganz spitzen Winkel einander nähern und schliefslich in bestimmten Punkten zusammentreffen, so werden an diesen Punkten des Zusammentreffens die Lichtäther-Kugeln, welche beiden Strahlen angehören, eine gröfsere Dichtigkeit besitzen, wie an allen anderen Punkten, die aufserhalb dieser Berührungslinie liegen. Der Zustand der ungleichen Dichtigkeit der LichtätherKugeln mufs also hier die gleiche Wirkung verursachen, die wir bei den vorher genannten Fällen beobachtet haben. Die Lichtäther-Kugeln, welche beiden Strahlen angehören, werden an denjenigen Punkten, an welchen sie sich berühren, stärker abgestofsen, als von der entgegengesetzten Seite aus. In Folge dieser Verschiedenheit der auf sie einwirkenden abstofsenden Kräfte müssen die Lichtäther-Kugeln am Berührungspunkt der beiden Strahlen eine Abstofsung erleiden, indem sie auf einem aufgestellten Schirm helle und dunkle Streifen bilden, welche farbig gesäumt erscheinen. Auf den gleichen Ursachen beruhen die Erscheinungen des NEWTON'schen Farbenglases; die Lichtstrahlen, welche einerseits von der ebenen Glasplatte, andererseits von der Convexlinse reflectirt werden, schneiden sich unter einem spitzen Winkel und verursachen auf diese Weise die Erscheinung der Interferenz, welche wir bereits

72

VOM

LICHTE.

bei dem FRESNEL'schen Spiegelversuch besprochen haben. Im homogenen Licht zeigt das NEWTON'sche Farbenglas helle und dunkle Ringe; die Breite dieser Lichtstreifen ist ganz in der gleichen Weise wie beim FRESNELschen Spiegel-Versuch abhängig von der Gröfse der abstofsenden Kraft, welche auf die am Rand des Strahlenbündels befindlichen Lichtäther-Atome ausgeübt wird. Wenn nämlich die beiden reflectirten Strahlen fast parallel sind, so können die am Berührungspunkt der beiden Strahlenbündel befindlichen Lichtäther-Atome nur eine geringe Zunahme ihrer Dichtigkeit erfahren. Wenn dagegen der Winkel wächst, unter dem sich beide reflectirte Strahlenbündel schneiden, so berühren sich die Lichtäther-Atome beider Strahlen nicht nur an den Rändern, sondern sie vermischen sich mit einander und erlangen hierdurch eine Zunahme in ihrer Dichtigkeit; die Dichtigkeit der Lichtäther-Atome an dem Berührungspunkt der beiden Strahlenbündel wächst also, wenn der Winkel zunimmt, unter dem sich beide Strahlen einander nähern. Hieraus folgt aber, dafs auch die abstofsende Kraft zunehmen mufs, welche von diesem Maximum der Dichtigkeit der Lichtäther-Atome auf die Randstrahlen ausgeübt wird. Die Wirkung ist also die gleiche, wie diejenige, welche eintritt, wenn die Breite der Spalte zunimmt, durch welche Lichtstrahlen in einen dunkeln Raum eintreten; es wird nämlich die Breite der Lichtstreifen abnehmen, welche durch die Wirkung der abstofsenden Kraft auf die Randstrahlen gebildet werden. Die Lichtstreifen werden demnach um so schmäler, je mehr der Winkel zunimmt, unter dem sich die beiden reflectirten Strahlen des NEWTON'schen Farbenglases schneiden. Wird nun das NEWTON'sche Farbenglas nicht von homogenem, sondern von weifsem Licht beleuchtet, so

werden die Lichtäther-Kugeln, welche den beiden reflectirten Strahlen angehören, von denjenigen Punkten aus, an welchen sie sich berühren, stärker abgestofsen, wie von den Rändern der beiden Strahlen aus. Von den in der gleichen Lichtäther-Kugel eingeschlossenen Lichtäther-Atomen wird also der eine Theil stärker abgestofsen, als der andere Theil. Ein solches Verhältnifs hat aber, wie wir früher gesehen haben, zur Folge, dafs sich die gemeinsame Aether-Kugel in ihre LichtätherAtome auflösen mufs, indem sich die gleichartigen Aether-Atome zu farbigen Streifen vereinigen. Wir betrachten nun das NEWTON'sche Farbenglas im durchgelassenen Lichte. Auch in diesem Falle werden die beiden Strahlenbündel, welche einerseits von der oberen und andererseits von der unteren Glasfläche reflectirt werden, in Interferenz treten. Der eine dieser beiden Strahlenbündel erleidet aber an der oberen Glasfläche eine zweite Reflexion und durchdringt demnach das Farbenglas; der andere Strahl dagegen setzt die Richtung fort, welche er durch einmalige Reflexion erlangt hat. Auf diese Weise wird der eine Theil der Lichtäther-Atome, welche der gleichen Aether-Kugel angehören, reflectirt, der andere Theil dagegen durchgelassen; der durchgehende und der reflectirte Strahl erscheinen demnach in complementären Farben. In den Lichtäther-Kugeln, welche von weifsglühenden Körpern ausgestrahlt werden, sind die sämmtlichen Lichtäther-Atome der verschiedenen Atomgröfsen enthalten. Die Lichtstrahlen dagegen, welche von glühenden Dämpfen ausgehen, bestehen nur aus Lichtäther-Atomen einer bestimmten Atomgröfse. Ein glühender Körper, welcher nur weifses Licht aussendet, erzeugt demnach ein continuirliches Spectrum; der glühende Dampf des Natriums dagegen strahlt nur gelbes Licht einer bestimmten Atomgröfse aus und liefert daher ein Spectrum, welches nur aus einer scharf-

74

VOM LICHTE.

begrenzten schmalen Linie besteht. Wenn nun weifses Licht eine Natrium-Flamme durchdringt, so enthalten die vereinigten Strahlen beider Lichtquellen sowohl die Lichtäther-Kugeln des weissen Lichtes, als auch die Lichtäther-Atome der Natrium-Flamme. Zum Gelingen dieses Versuches ist es allerdings erforderlich, dafs die Lichtäther-Kugeln des weifsen Liches eine gröfsere Dichtigkeit besitzen, wie die Lichtäther-Atome der Natrium-Flamme, da sie sonst die letztere nicht zu durchdringen vermögen. Werden nun die Strahlen beider Lichtquellen durch ein Prisma zerlegt, so müfsten auf derselben gelben Linie des Spectrum's, welches die Natrium-Flamme liefert, auch die gleichen LichtätherAtome zur Erscheinung kommen, welche von der weifsen Lichtquelle ausgesandt wurden. In der gelben NatriumLinie würden demnach die Lichtäther-Atome beider Lichtquellen sich vereinigen und demnach hier eine gröfsere Dichtigkeit erhalten, wie an den angrenzenden Theilen des Spectrums. Es mufs sich ein Maximum in der Dichtigkeit der Lichtäther-Atome bilden, ganz in der gleichen Weise, wie in der schmalen Spalte, durch welche Lichtäther-Atome in einen dunkeln Raum eintreten, oder auch wie an dem Vereinigungspunkt zweier reflectirter Strahlenbündel des NEWTON'schen Farbenglases. Durch diese Verschiedenheit in der Dichtigkeit der Aether-Aome von gleicher Atomgröfse kommt aber, wie wir gesehen haben, die abstofsende Kraft derselben zur Wirkung. Infolge ihrer gegenseitigen Abstofsung werden die Lichtäther-Atome der gleichen Atomgröfse, welche in beiden Licht-Quellen enthalten sind, aus dem Spectrum ausgestofsen, so dafs an ihrer Stelle ein dunkler Zwischenraum entsteht. Absorption des Lichtes. Die in der Lichtäther-Kugel des weifsen Lichtes enthaltenen Lichtäther-Atome unterscheiden sich von

ABSORPTION DES LICHTES.

75

einander durch ihre Atom-Gröfse; Aether-Atome, die kleiner sind, wie die Aether-Atome des rothen Lichtes, oder die gröfser sind, wie die Aether-Atome des violetten Lichtes, werden durch- die Sinne nicht mehr als Lichtstrahlen wahrgenommen,, sondern als Wärmestrahlen. Der Unterschied in der Gröfse der Aether-Atome, welcher die verschiedene Farbe der Lichtäther-Atome hervorruft, ist also auch zugleich die Ursache der Verschiedenheit zwischen Lichtäther und Wärmeäther. Der Unterschied zwischen Lichtäther und Wärmeäther beruht nicht in dem Wesen dieses Aethers, sondern nur in der Form, in welcher er zur Erscheinung kommt oder in der Gröfse der Aether-Atome, aus welchen er besteht. Die Gröfse dieser Aether-Atome ist aber keine absolut constante, sie ist keine unter allen Verhältnissen unveränderliche; wir müssen vielmehr annehmen, dafs die Aether-Atome die Fähigkeit besitzen, unter gewissen Umständen ihre Atomgröfse zu verändern. Durch diese Transformation des Aethers kann die Gröfse seiner Aether-Atome entweder zunehmen oder abnehmen; hierin liegt also auch die Erklärung für die Thatsache, dafs Lichtstrahlen, welche für das Auge verschwinden, als Wärme zur Erscheinung kommen. Die Wärmeäther-Moleküle bilden, wie wir gesehen haben, eine Aether-Kugel, welche das Körper-Atom einschliefst. Während demnach die Wärmeäther-Moleküle an das Körperatom gebunden sind, können die Lichtäther-Kugeln des weissen Lichtes, ebenso wie die Lichtäther-Atome, nur im freien Zustande bestehen und werden unter keinen Umständen an Körper-Atome in der Weise gebunden, wie die Wärmeäther-Moleküle. Indem also Lichtäther-Kugeln absorbirt werden, treten sie ein in den Verband der Aether-Kugel des Körper-Atoms; hierdurch verlieren sie aber die Eigenschaft des Lichtäthers. Diese Absorption der Lichtäther-Kugeln ist nur dadurch möglich, dafs gleichzeitig

76

VOM LICHTE.

eine Transformation stattfindet der Lichtäther-Atome zu Wärmeäther-Molekülen , oder eine Transformation der Aetheratom-Gröfse. Eine Kienrufs-Fläche erscheint demnach schwarz, weil die sämmtlichen in der Lichtäther-Kugel enthaltenen Lichtäther-Atome absorbirt werden; weifs erscheint eine Fläche, wenn die sämmtlichen Lichtäther-Atome reflectirt werden; gefärbt erscheint dieselbe, wenn ein Theil der Lichtäther-Atome im unveränderten Zustand reflectirt, der andere Theil aber absorbirt wird. Wenn wir ein Spectrum des weifsen Lichtes auf einem Schirm entwerfen, so wird durch die rothen Strahlen dieses Spectrums eine Thermometer-Kugel mehr erwärmt, wie durch die violetten Strahlen. Wir müssen hieraus schliefsen, dafs die durch Transformation der rothen Lichtäther-Atome entstandenen WärmeätherMoleküle eine gröfsere Dichtigkeit besitzen, wie diejenigen, welche aus den violetten Lichtäther-Atomen entstanden sind. Wenn wir nun annehmen, dafs die WärmeätherMoleküle der gröfsten Dichtigkeit die kleinste Aetheratom-Gröfse besitzen, so würde hieraus folgen, dafs die kleinsten, nämlich die rothen, Lichtäther-Atome durch ihre Transformation auch die kleinsten WärmeätherMoleküle bilden. Dagegen sind die chemischen Wirkungen am violetten Ende des Spectrum's am gröfsten. Nehmen wir nun auch hier an, dafs aus den gröfsten, nämlich den violetten, Lichtäther-Atomen die gröfsten Wärmeäther-Moleküle gebildet werden, so würde hieraus folgen, dafs die chemische Anziehungskraft eines Körper-Atoms um so gröfser wird, je mehr die Aether-Moleküle, welche dasselbe einschliefsen, an Gröfse zunehmen. Das Spectrum des weifsen Lichtes erstreckt sich über seine beiden sichtbaren Enden hinaus; es enthält also neben den Lichtäther-Atomen noch solche Aether-Atome, welche entweder kleiner sind, wie die

ABSORPTION DES LICHTES.

77

rothen Lichtäther-Atome, oder gröfser, wie die violetten Lichtäther-Atome und welche deshalb für das Auge nicht mehr als Lichtstrahlen zur Erscheinung kommen. Diese nicht sichtbaren Aether-Atome oder dunkeln Wärmestrahlen kommen als Wärme zur Erscheinung, wenn sie von Körper-Atomen absorbirt werden. Die Wärmeäther-Moleküle von einer bestimmten Aetheratom-Gröfse können also ebenso wie die Lichtäther-Atome im freien Zustande oder als dunkle Wärmestrahlen bestehen; als Wärme werden sie nur dann wahrgenommen, wenn sie in die Aether-Kugel eines Körper-Atoms eintreten und von derselben gebunden werden. Die freien Wärmeäther-Moleküle oder die dunkeln Wärmestrahlen haben verschiedene Aetheratom-Gröfse und deshalb auch verschiedene Brechbarkeit; aus diesem Grunde verhalten sich die dunkeln Wärmestrahlen auch ganz verschieden in Beziehung auf ihre Eigenschaft, von den gleichen Körpern durchgelassen oder absorbirt zu werden. Die Erwärmung eines Körpers durch eine leuchtende Wärmequelle besteht also darin, dafs sowohl LichtätherKugeln, als auch freie Wärmeäther-Moleküle in die Aether-Kugel, welche das Körperatom einschliefst, eintreten. Die Aether-Moleküle, welche von der Aether-Kugel des Körper-Atoms gebunden werden, bestehen einestheils aus leuchtenden, anderntheils aus dunkeln Wärmestrahlen. Hieraus geht hervor, dafs die Absorption oder die Durchlassungsfähigkeit von Wärmestrahlen, welche von einer leuchtenden Wärmequelle ausgehen, nicht allein abhängig ist von der Art der dunkeln Wärmestrahlen, sondern auch von dem Verhältnifs der dunkeln und der leuchtenden Wärmestrahlen. Eine Platte der Substanz, deren Durchlassungsfähigkeit für Wärmestrahlen bestimmt werden soll, wird zwischen die Wärmequelle und die Thermo-Säule eingeschaltet. Ist diese Platte nun eine durchsichtige, so

78

VOM

LICHTE.

werden im Allgemeinen die von einer leuchtenden Wärme-Quelle herrührenden Strahlen in einem gröfseren Verhältnifs durchgelassen, wie die von einer nicht leuchtenden Wärme-Quelle; denn in diesem Falle besteht der eine Theil der wärmebildenden Aetheratome aus Lichtstrahlen, welche unter allen Umständen durchgelassen werden, weil die Platte eine durchsichtige ist. Das Gleiche gilt auch für die Absorption. Wenn verschiedene Kupferscheiben auf der der Thermosäule zugekehrten Seite durch Rufs geschwärzt, auf der der Wärmequelle zugekehrten aber mit einem Anstrich der zu prüfenden Substanz versehen werden, so wird bei Anwendung derselben Wärmemenge eine jede dieser Scheiben die Wärmestrahlen verschiedener Wärmequellen in ganz verschiedener Weise absorbiren. Ist die Kupferscheibe mit Bleiweifs überstrichen, so wird bei Anwendung eines glühenden Platindrahtes der eine Theil der wärmebildenden Aetheratome, nämlich die Lichtstrahlen, an der weifsen Fläche vollständig reflectirt; die Erwärmung der Scheibe ist also in diesem Fall kleiner, als bei Anwendung einer dunkeln Wärmequelle, welche überhaupt keine Lichtstrahlen enthält, von welcher also auch keine Lichtstrahlen reflectirt werden können. Der umgekehrte Fall tritt ein, wenn der zu untersuchende Anstrich aus Tusch besteht. Bei Anwendung eines glühenden Platindrahtes wird jetzt der eine Theil der wärmebildenden Aether-Atome, nämlich die Lichtstrahlen, von der schwarzen Fläche vollständig absorbirt. Die Erwärmung der Scheibe ist also jetzt gröfser als bei Anwendung einer dunkeln Wärmequelle, welche überhaupt keine Lichtstrahlen enthält, von welcher also auch keine durch die schwarze Fläche absorbirt werden können. Wenn Wärmestrahlen, welche von einer leuchtenden Wärmequelle ausgehen, an einer weifsen Fläche

Lichtes. ^ ^ ^

79

diffundirt werden, so sind es, wie wir gesehen haben, vorzugsweise die leuchtenden Wärmestrahlen oder die Lichtstrahlen, welche an dieser weifsen Fläche reflectirt werden, während die dunkeln Wärmestrahlen zum gröfseren Theil absorbirt werden. Nach ihrer Diffusion haben demnach die Wärmestrahlen in dem Verhältnifs ihrer Zusammensetzung eine Zunahme erfahren an leuchtenden Wärmestrahlen und eine Abnahme an dunkelen Wärmestrahlen. Aus diesem Grunde werden die auf diese Weise diffundirten Strahlen von durchsichtigen Platten in einem gröfseren Verhältnifs durchgelassen, als unreflectirte Strahlen. Lichtäther-Atome gehen bei der Absorption durch Transformation ihrer Atom-Gröfse in WärmeätherMoleküle über. In gleicher Weise können aber auch Lichtäther-Atome einer bestimmten Farbe durch Transformation ihrer Atom-Gröfse in Lichtäther-Atome einer anderen Farbe übergehen. Hierauf gründet sich das Verhalten, welches fluorescirende Körper gegen Lichtstrahlen zeigen. Solche Körper haben die Eigenschaft, eine Transformation der sie durchdringenden LichtätherAtome zu bewirken, und sie in Lichtäther-Atome einer anderen Farbe überzuführen. Bei dieser Transformation wird aber stets die Gröfse der Aether-Atome vermindert und nicht vermehrt. So werden z. B. durch Uran-Glas die blauen Lichtäther-Atome in grüne transformirt, aber nicht umgekehrt. Ebenso wie Lichtäther-Atome durch Transformation in Wärmeäther-Moleküle übergehen, indem sie in die Aether-Kugel des Körper-Atoms eintreten, so kann auch der umgekehrte Vorgang stattfinden. Gewisse Körper haben die Eigenschaft, die absorbirten Aether-Moleküle in Lichtäther-Atome zu transformiren, welche aus dem Verband der Aether-Kugel des Körperatoms austreten und hierdurch die Phosphorescenz hervorrufen. Phosphorescirende Körper erlangen diese Eigenschaft durch

80

VOM

LICHTE.

Erwärmung oder durch Absorption von Lichtstrahlen; die Lichtausstrahlung besteht hierbei auch dann noch weiter fort, wenn die Absorption von WärmeätherMolekülen bereits aufgehört hat. Wenn die Temperatur fester Körper bis zur Glühhitze gesteigert worden ist, wenn also die Dichtigkeit der in der Aether-Kugel des Körperatoms eingeschlossenen Wärmeäther-Moleküle eine bestimmte Grenze erreicht hat, so werden diese Wärmeäther-Moleküle zu Lichtäther-Atomen transformirt, indem sie aus dem Verband der Aether-Kugel austreten. Auch durch die Verbrennung vollzieht sich eine solche Transformation. Die chemische Verbindung eines Körpers mit Sauerstoff hat zur Folge, dafs in der entstandenen Aetherkugel der Verbindung die Dichtigkeit der Wärmeäther-Moleküle eine grofse Zunahme erfährt. In diesem Zustand der Dichtigkeit werden aber die Wärmeäther-Moleküle zu Lichtäther-Atomen transformirt, welche aus dem Verband der Aether-Kugel austreten. Der gleiche Nachweis läfst sich für das elektrische Licht führen. Wie alles irdische Licht, so kann auch das Sonnenlicht nur durch Transformation von Wärmeäther-Molekülen entstehen. Die Lichtstrahlen der Sonne werden von der Erde und ihrer Atmosphäre absorbirt und zu Wärmeäther-Molekülen transformirt. Durch Wärmestrahlung kehren diese Wärmeäther-Moleküle wieder nach der Sonne zurück, um in der Sonnen-Atmosphäre von neuem in Lichtäther-Atome transformirt zu werden. In diesem Kreislauf der Aether-Atome liegt denn auch die Möglichkeit dafür, dafs die Sonne unausgesetzt Strahlen aussenden kann, ohne eine Abnahme ihrer Lichtquelle zu erfahren; nur auf diese Weise kann im Haushalt der Natur, in welchem nichts verloren geht, die Harmonie hergestellt und der Bestand der gegenwärtigen Weltordnung erhalten werden.

POLARISATION DES LICHTES.

81

Polarisation des Lichtes. Das gewöhnliche oder das weifse Licht besteht aus Lichtäther-Kugeln, deren gegenseitige Lage zu einander eine unregelmäfsige und zufällige ist. Die LichtätherKugeln des polarisirten Lichtstrahls dagegen befinden sich in keiner zufälligen Stellung zu einander, sondern sie sind nach einem bestimmten System gruppirt, sie bilden nämlich in ihrer Reihenfolge eine gerade Linie. Diese Richtung, nach welcher die Lichtäther-Kugeln des polarisirten Lichtstrahles an einander gereiht sind, nennen wir die Polarisationslinie. Die Polarisationslinie eines jeden Lichtstrahles ist senkrecht zu der Richtung, in welcher er sich fortbewegt, so dafs sich die der gleichen Polarisationslinie angehörenden LichtätherKugeln nicht hinter einander, sondern neben einander befinden. Die Lichtäther-Kugeln, welche der gleichen Polarisationslinie angehören, sind unter einander zu einer gewissen Einheit verbunden und werden aus diesem Verbände auch durch ihre Reflexion nicht getrennt. Aus diesem Grunde können die polarisirten Lichtäther-Kugeln nicht einzeln reflectirt werden, sondern nur in derGesammtheit der Polarisationslinie, welcher sie angehören. Wir betrachten zunächst die Entstehung des polarisirten Lichtes durch Reflexion. Wenn ein gewöhnlicher Lichtstrahl auf den Polarisationsspiegel des PolarisationsApparates fällt, so werden durch diesen Spiegel die Lichtäther - Kugeln nach dem unteren Spiegel reflectirt. Durch diese Reflexion verbinden sich die neben einander liegenden Lichtäther-Kugeln, welche in dem gleichen Zeitmoment den Spiegel verlassen, zu einer bestimmten Polarisationslinie. Diese Polarisationslinie mufs demnach sowohl in der Ebene des Polarisationsspiegels liegen, als auch in der Ebene des unteren Spiegels; hieraus folgt, dafs die Polarisationslinie rechtwinklig stehen mufs zur Reflexionsebene eines durch Reflexion polarisirten Lichtstrahls. Die derselben Polarisationslinie angehörigen LichtZ i m m e r , Naturgesetze.

6

82

^VoM^icHTE.

äther-Kugeln werden nicht einzeln, sondern nur in ihrer Gesammtheit reflectirt. Es wird also eine jede Lichtäther-Kugel des polarisirten Lichtstrahles nur dann reflectirt, wenn zugleich auch alle anderen Lichtäther-Kugeln, welche der gleichen Polarisationslinie angehören, reflectirt werden. Hieraus ergiebt sich nun, dafs vom Zerlegungsspiegel die polarisirten Lichtäther-Kugeln nur dann reflectirt werden können, wenn ihre Polarisationslinie mit der Ebene des Zerlegungsspiegels zusammenfällt. Dieser Fall tritt aber ein, wenn der Zerlegungsspiegel mit dem Polarisationsspiegel entweder parallel steht, oder wenn er aus dieser Stellung um i8o° gedreht wird. Wenn dagegen der Zerlegungsspiegel mit dem Polarisationsspiegel gekreuzt ist, so fallen die der gleichen Polarisationslinie angehörigen Lichtäther - Kugeln nicht mehr in die Ebene des Zerlegungsspiegels, es ist also auch in diesem Fall unmöglich, dafs die Lichtäther-Kugeln der gleichen Polarisationslinie unter Beibehaltung dieser Polarisationslinie in ihrer Gesammtheit von dem Zerlegungsspiegel reflectirt werden können. Die polarisirten Lichtäther-Kugel.n durchdringen deshalb, weil sie weder einzeln noch in der Gesammtheit ihrer Polarisationslinie reflectirt werden können, den Zerlegungsspiegel und werden von dessen geschwärzter Rückseite absorbirt; das Gesichtsfeld erscheint demnach dunkel. Das Glas, aus welchem die Glasspiegel bestehen, bildet in seiner inneren Structur eine homogene Masse. Die Körper-Moleküle der Glasmasse sind also nicht nach einem bestimmten System gruppirt; sie sind vielmehr, wie sie aus dem Schmelzprozefs hervorgehen, in gleichen Entfernungen, aber ohne bestimmte Regelmäfsigkeit zu einander gelagert. Den Gegensatz hierzu bilden die Krystalle. Die Körper-Moleküle der Krystalle sind nach einem bestimmten System geordnet und in ähnlicher Weise geradlinig an einander gereiht, wie polarisirte

POLARISATION DES LICHTES.

83

Lichtäther-Kugeln, welche der gleichen Polarisationslinie angehören. Im Turmalin sind die Körper-Moleküle in derjenigen Richtung an einander gereiht, welche der krystallographischen Hauptaxe dieses Minerals parallel ist. Lichtstrahlen, welche durch eine Turmalin - Platte hindurchgehen, deren Oberfläche der krystallographischen Hauptaxe parallel ist, können aber nur an denjenigen Stellen einen ungehinderten Durchgang finden, an welchen sich keine Krystall-Moleküle befinden. Da nun die KrystallMoleküle geradlinige Reihen bilden, welche der krystallographischen Hauptaxe parallel sind, so müssen die Lichtäther-Kugeln den durch diese Reihen gebildeten Zwischenraum ausfüllen und sich hierdurch verbinden zu einer Polarisationslinie, welche ebenfalls der krystallographischen Hauptaxe dieses Minerals parallel ist. Lichtäther-Kugeln, die bereits nach einer bestimmten Polarisationslinie polarisirt sind, werden aus diesem Grunde von einer Turmalin-Platte nur dann durchgelassen, wenn ihre Polarisationslinie zusammenfällt mit derjenigen Linie, in welcher die Krystall-Moleküle dieses Minerals an einander gereiht sind. Die Polarisationslinie ist rechtwinklig zu der Reflexionsebene; wenn also die krystallographische Hauptaxe der Turmalin-Platte ebenfalls rechtwinklig steht auf der Reflexionsebene, so werden die polarisirten Lichtstrahlen von der als Zerleger dienenden Turmalin-Platte durchgelassen. W i r d die Turmalin-Platte aus dieser Stellung um 90° gedreht, so bildet die Polarisationslinie der Lichtstrahlen mit der Hauptaxe der Turmalin-Platte einen rechten Winkel. Auch in diesem Falle würden aus jeder Polarisationslinie eine Anzahl von LichtätherKugeln zwischen den Reihen der Krystall-Moleküle einen Durchgang finden. A b e r ebenso wie die polarisirten Lichtäther-Kugeln nur in ihrer ganzen Polarisationslinie reflectirt werden, so können auch nicht die einzelnen Lichtäther - Kugeln aus einer Polarisationslinie heraus, 6*

84

VOM^JLichte.

sondern nur die Lichtäther - Kugeln der ganzen Polarisationslinie von der Turmalin-Platte durchgelassen werden. Da nun in der genannten Stellung von der als Zerleger dienenden Turmalin-Platte wohl ein Theil der polarisirten Lichtäther-Kugeln, aber nicht die Lichtäther - Kugeln in der Gesammtheit ihrer Polarisationslinie durchgelassen werden können, so ist überhaupt ein Durchgang der Strahlen durch den Zerleger unmöglich; die LichtätherKugeln werden demnach absorbirt. Im Anschlufs hieran bemerken wir, dafs auch die Interferenz zwischen polarisirten Lichtstrahlen nur dann eintreten kann, wenn nicht nur einzelne Lichtäther-Kugeln, sondern die Lichtäther-Kugeln der ganzen Polarisationslinie unter der Wirkung der abstofsenden Kraft stehen, welche zwischen den Lichtäther-Kugeln der verschiedenen Polarisationslinien besteht. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Polarisationslinien der beiden Strahlen, welche sich unter einem spitzen Winkel nähern, einander parallel sind; eine Interferenz kann also nicht stattfinden zwischen rechtwinklig zu einander polarisirten Strahlen. Gewisse Krystalle haben die Eigenschaft, den einfallenden Lichtstrahl in zwei getrennte Lichtstrahlen zu spalten; diese beiden Strahlen sind nach ihrem Austritt aus dem Krystall polarisirt und zwar nach zwei Polarisationslinien, welche auf einander rechtwinklig stehen. Der Lichtstrahl der einen Polarisationslinie wird hierbei stärker gebrochen, wie der der anderen Polarisationslinie; hieraus müssen wir den Schlufs ziehen, dafs die Wirkung der anziehenden Kraft, welche der Krystall auf die Lichtäther-Kugeln ausübt, von der Polarisationslinie der letzteren abhängig ist. Nun haben wir bereits an dem Beispiel der TurmalinPlatte gezeigt, dafs bei Krystallen im Allgemeinen die Krystall-Moleküle in bestimmten geraden Linien an einander gereiht sind. Nehmen wir nun an, dafs die Richtung des Strahles senkrecht gerichtet sei zu der Richtung,

POLARISATION DES LICHTES.

85

in welcher die Krystall-Moleküle an einander gereiht sind, so mufs die Polarisationslinie der den Krystall durchdringenden Lichtäther-Kugeln der Reihenfolge der Krystall-Moleküle parallel sein. Wenn dagegen die Richtung des einfallenden Strahles zusammenfällt mit der Reihenfolge der Krystall-Moleküle, so mufs die Polarisationslinie der Aether - Kugeln, welche zwischen den Reihen der Krystall-Moleküle hindurchdringen, rechtwinklig stehen auf der Linie, in welcher die Krystall-Moleküle an einander gereiht sind. Wir müssen nun annehmen, dafs die Wirkung der anziehenden Kraft, welche die Krystall-Moleküle auf die Lichtäther-Kugeln ausüben, am gröfsten ist, wenn die Krystall-Moleküle der gleichen Linie und die AetherKugeln der gleichen Polarisationslinie sich berühren, wenn also mit anderen Worten die Reihenfolge der KrystallMoleküle und die Polarisationslinie einander parallel sind. Die Wirkung der anziehenden Kraft, welche die KrystallMoleküle auf die Lichtäther-Kugeln ausüben, mufs demnach abnehmen, wenn der Winkel wächst, welchen die Linie der Krystall-Moleküle und die Polarisationslinie der Lichtäther-Kugeln mit einander bilden; die Wirkung der anziehenden Kraft wird schliefslich am kleinsten, wenn die Linie, in welcher die Krystall-Moleküle auf einander folgen, und die Polarisationslinie der Lichtäther - Kugeln einen rechten Winkel mit einander bilden. Als Beispiel hierfür wählen wir ein Kalkspathprisma und nehmen an, dafs die brechende Kante desselben rechtwinklig steht auf der krystallographischen Hauptaxe. Die beiden Richtungen, nach welchen die Krystall-Moleküle an einander gereiht sind, stehen hier rechtwinklig auf der Richtung der optischen Axe. Wenn nun der Lichtstrahl das Kalkspathprisma in der Richtung der optischen Axe durchdringt, so werden die beiden Polarisationslinien des Strahles zusammenfallen mit den beiden Richtungen, nach welchen die Krystall-Moleküle an ein-

86

VOM^LICHTE.

ander gereiht sind. In diesem Falle werden also alle Lichtäther-Kugeln, welche der gleichen Polarisationslinie angehören, unter der Wirkung der anziehenden Kraft von Krystall-Molekülen stehen, deren Reihenfolge dieser Polarisationslinie parallel ist, sie werden demnach das Maximum der Ablenkung erfahren; da diese Brechung aber für beide Strahlen die gleiche ist, so müssen die beiden Bilder zusammenfallen. Nehmen wir nun an, dafs die brechende Kante des Kalkspathprismas der krystallographischen Hauptaxe parallel ist. W e n n in diesem Falle der Lichtstrahl das Kalkspathprisma rechtwinklig zur Richtung der optischen A x e durchdringt, so kann nur die Polarisationslinie des einen Strahles zusammenfallen mit der Reihenfolge der Krystall - Moleküle; dieser Strahl erfährt also die gleiche Brechung wie im vorher genannten Fall. Die Polarisationslinie des anderen Strahles dagegen liegt in der Richtung der optischen A x e und fällt also nicht zusammen mit der Reihenfolge der Krystall-Moleküle; dieser Strahl erfährt in Folge dessen eine kleinere Ablenkung, wie der gewöhnliche Strahl und heifst aus diesem Grunde der extraordinäre Strahl. Chromatische

Polarisation.

W e n n Lichtäther - Kugeln durch den PolarisationsSpiegel eine bestimmte Polarisationslinie angenommen haben, so behalten sie, wie wir gesehen haben, diese Polarisationslinie, wenn sie von dem unteren Spiegel nach dem Zerlegungsspiegel reflectirt werden. Es giebt indessen bestimmte Körper, welche die Eigenschaft haben, die Polarisationslinie der sie durchdringenden LichtätherKugeln zu verändern oder sie zu drehen. Gewisse Krystall-Blättchen nämlich, welche auf den mittleren Tisch des Polarisations-Apparates gebracht werden, haben das Bestreben, die Polarisationslinie der sie durchdringenden Strahlen in diejenige Lage zu drehen, in welcher die

CjJROWTATISCHE^P^

Lichtäther-Kugeln von dem oberen Zerlegungs - Spiegel durchgelassen werden können. Wir betrachten zu diesem Zweck ein Gypsblättchen, dessen beide optische Axen in der Spaltungsfläche liegen, im polarisirten Lichte. Wenn ein solches Gypsblättchen auf dem mittleren Tisch des Polarisationsapparates von einem Lichtstrahl getroffen wird, der bereits nach einer bestimmten Polarisationslinie polarisirt ist, so werden von diesem Gypsblättchen nur Lichtäther - Kugeln von derjenigen Polarisationslinie durchgelassen, welche mit dem Hauptschnitt desselben zusammenfällt. Nehmen wir nun an, dafs bei parallelen Polarisations-Spiegeln dieser Hauptschnitt des Gypsblättchens zusammenfällt mit der Polarisationslinie der durchgehenden Strahlen, so erscheint bei Anwendung von homogenem Licht das Gypsblättchen hell, weil von demselben in diesem Fall alle Lichtstrahlen durchgelassen werden. Wenn dagegen der Hauptschnitt des Gypsblättchens entweder mit dem unteren oder mit dem oberen Polarisations-Spiegel einen rechten Winkel bildet, so bleibt das Blättchen dunkel; in beiden Fällen werden also die homogenen Lichtäther-Atome absorbirt, im ersten Falle, weil sie in der bestehenden Polarisationsrichtung vom Gypsblättchen nicht durchgelassen werden, im zweiten Fall, weil sie von dem rechtwinklig zu ihrer Polarisationslinie stehenden Zerlegungsspiegel nicht durchgelassen werden. Nehmen wir nun an, dafs der Hauptschnitt des Gypsblättchens einen Winkel von 450 mit den gekreuzten Polarisatoren bildet, so erscheint auch in diesem Fall bei Anwendung von homogenem Licht das Gypsblättchen hell. Hieraus geht hervor, dafs die Polarisationslinie der einfallenden homogenen Lichtäther - Atome durch das Gypsblättchen eine Drehung erlitten haben mufs, weil ohne diese Drehung ihrer Polarisationslinie die LichtätherAtome vom Zerleger nicht durchgelassen worden wären.

88

VOM

LICHTE.

Das Gypsblättchen hat also das Bestreben und die Eigenschaft, die Polarisationslinie der Lichtäther - Atome bei ihrem Durchgang durch seinen Hauptschnitt in diejenige Polarisationslinie zu drehen, in welcher sie von dem Zerleger durchgelassen werden. Diese Eigenschaft des Gypsblättchens, die Polarisationslinie der durchgehenden homogenen LichtätherAtome zu drehen, hat aber eine bestimmte Grenze. Wie wir gesehen haben, ist eine Drehung der Polarisationslinie um einen Winkel von go° durch das Gypsblättchen nicht mehr möglich; dagegen ist das Drehungsvermögen des Gypsblättchens ausreichend zur Drehung der Polarisationslinie um 450. Bei dieser Drehung der Polarisationslinie um 450 mufs die Menge der homogenen Lichtäther-Atome, welche von dem Gypsblättchen bei gekreuzten Polarisatoren durchgelassen werden, ein Maximum erreichen; denn bei jeder anderen Lage des Blättchens würde der Winkel, den sein Hauptschnitt entweder mit dem Polarisationsspiegel oder mit dem rechtwinklig hierauf stehenden Zerleger bildet, gröfser sein als 450. Die Drehung, welche beim Durchgang durch das Gypsblättchen von den polarisirten homogenen Lichtäther-Atomen überwunden werden mufs, damit entweder die Polarisationslinie des eintretenden Strahles mit dem Hauptschnitt des Gypsblättchens, oder damit die Polarisationslinie des austretenden Strahles mit dem Zerleger zusammenfällt, ist also am kleinsten, wenn der Hauptschnitt des Gypsblättchens den Winkel von 90° halbirt, welchen die gekreuzten Polarisatoren mit einander bilden; in diesem Falle ist also auch die Absorption der durchgehenden homogenen Lichtäther-Atome am kleinsten. Das Drehungsvermögen des Gypsblättchens ist abhängig von seiner Dicke. Je länger der W e g ist, welchen die polarisirten Lichtäther - Atome zurücklegen müssen, um durch das Blättchen hindurchzudringen, um so gröfser ist auch die Wirkung, welche während dieses Durchgangs

CHROMATISCHE POLARISATION.

89

das Gypsblättchen auf die Drehung der Polarisationslinie ausübt. So kann z. B. bei Anwendung von homogenem Licht zwischen gekreuzten Polarisatoren das Gypsblättchen in der 45°-Lage dunkel erscheinen. In diesem Fall ist also die vorhandene Dicke des Gypsblättchens nicht hinreichend, um die Polarisationslinie der durchgehenden Strahlen in diejenige Lage zu drehen, in welcher sie vom Zerleger durchgelassen werden. Bei wachsender Dicke des Gypsblättchens mufs nun sein Drehungsvermögen um so viel zunehmen, dafs jetzt der Durchgang der polarisirten Strahlen durch das Blättchen erfolgen kann. Das Gypsblättchen erscheint also im homogenen Lichte hell oder dunkel, je nachdem seine Dicke sich ändert. Hieraus folgt nun, dafs ein Gypskeil in der 45°-Lage zwischen gekreuzten Polarisatoren an den Stellen von verschiedener Dicke auch ein verschiedenes Drehungsvermögen auf die Polarisationslinie der homogenen Lichtäther-Atome ausüben mufs. Mit zunehmender Dicke des Gypskeiles wächst die Drehung der Polarisationslinie der den Gypskeil durchdringenden Lichtäther - Atome. Die Polarisationslinien der homogenen Lichtäther-Atome sind also im Gypskeil nicht parallel, sondern schneiden sich unter einem spitzen Winkel, wodurch Interferenz - Erscheinungen hervorgerufen werden. Denn die Interferenz der Lichtäther-Atome beruht, wie wir nachgewiesen haben, auf einem Zustand von ungleicher Dichtigkeit derselben, welcher die Trennung in einzelne Lichtstreifen verursacht. Dieser Zustand von ungleicher Dichtigkeit wird in diesem Fall dadurch hervorgerufen, dafs sich die Polarisationslinien der Lichtäther-Atome unter einem spitzen Winkel schneiden; an diesem Durchschneidungspunkt der Polarisationslinien bilden die Lichtäther - Atome Maxima der Dichtigkeit, welche die Erscheinung von hellen und dunkeln Streifen hervorrufen. Die gröfsere oder kleinere Drehung, welche

die

90

VOM

LICHTE.

Lichtäther-Atome in ihrer Polarisationslinie beim Durchgang durch das Gypsblättchen erfahren, ist nicht nur abhängig von der Dicke dieses Blättchens, sondern auch von der A r t der Lichtäther - Atome. Ebenso wie die gröfsten Lichtäther-Atome durch das Prisma eine gröfsere Anziehung erfahren, als die kleinsten Lichtäther-Atome, so müssen auch die violetten Lichtäther - Atome durch das Gypsblättchen in ihrer Polarisationslinie eine gröfsere Drehung erleiden, als die rothen Lichtäther-Atome. W e n n also an Stelle des rothen Lichtes violettes Licht zur Anwendung kommt, so mufs, damit in dem Gypsblättchen die gleichen Erscheinungen erhalten werden, die Dicke des Blättchens abnehmen. Hieraus lassen sich nun die Erscheinungen erklären, welche ein Gypsblättchen von bestimmter Dicke in der 45°-Lage zwischen den gekreuzten Polarisatoren zeigt, wenn es nicht von homogenem, sondern von weifsem Licht beleuchtet wird. In diesem Fall erfahren die Lichtäther-Kugeln, welche das weifse Licht bilden, eine Drehung ihrer Polarisationslinie. Diese Drehung ist aber, wie wir gesehen haben, für die violetten Lichtäther - Atome eine gröfsere, als für die rothen Lichtäther - Atome. Diese Verschiedenheit in der Drehung der Polarisationslinie, welche die in der gleichen Lichtäther - Kugel eingeschlossenen Lichtäther-Atome erfahren, mufs aber zur Folge haben, dafs diese Lichtäther-Atome aus dem Verband ihrer Aether-Kugel heraustreten und nun verschiedene Polarisationslinien bilden, welche ihrer Drehung entsprechen. Die Lichtäther-Atome der gleichen A r t gruppiren sich in dieser W e i s e zu Polarisationslinien gleicher Richtung. Von den verschiedenartigen Lichtäther-Atomen, welche durch die Auflösung der Lichtäther - Kugel frei werden, können aber nur diejenigen zur Erscheinung kommen, deren Polarisationslinie sich der des Zerlegers bis zu derjenigen Grenze nähert, in welcher der

^JChromatische^POIARISATION^

^

91

Durchgang der Lichtäther - Atome durch den Zerleger erfolgen kann; dagegen werden alle Lichtäther-Atome absorbirt, deren Polarisationslinie eine zu geringe Drehung erfahren hat, und welche deshalb vom Zerleger nicht durchgelassen werden können. A u s diesem Grunde erscheint nun das Blättchen farbig. Welche Farben hierbei zur Erscheinung kommen, ist zunächst abhängig von dem Drehungsvermögen des Gypsblättchens, also von seiner Dicke. Die A r t der Lichtäther-Atome, welche vom Gypsblättchen durchgelassen oder absorbirt werden, ist aber nicht allein abhängig von der Dicke desselben, sondern auch von der Stellung der Polarisatoren zu einander. Bei gekreuzten Polarisatoren können bei der 4 5 o - L a g e eines Gypsblättchens von bestimmter Dicke nur diejenigen Lichtäther-Atome zur Erscheinung kommen, deren Polarisationslinie sich am meisten der Polarisationslinie des Zerlegers nähert. Dieses sind aber im genannten Falle diejenigen Lichtäther-Atome, deren Polarisationslinie die gröfste Drehung erfahren hat. Im umgekehrten Falle müssen bei parallelen Polarisatoren diejenigen LichtätherAtome zur Erscheinung kommen, deren Polarisationslinie die kleinste Drehung erfahren hat. Denn in diesem Falle ist es die Polarisationslinie der kleinsten Drehung, welche mit dem Zerleger den kleinsten Winkel bildet. Bei gekreuzten Polarisatoren werden also die Lichtäther-Atome des gröfsten Drehungsvermögens, bei parallelen Polarisatoren die Lichtäther - Atome des kleinsten Drehungsvermögens vom Zerleger durchgelassen; für beide Fälle erscheint also das Gypsblättchen in complementaren Farben. Hieraus läfst sich nun erkennen, welche Erscheinung eintreten wird, wenn bei Anwendung von weifsem Licht zwei Gypsblättchen, deren Hauptschnitte gekreuzt sind, in der 4 5 o - L a g e zwischen die gekreuzten Polarisatoren

92

VOM

LICHTE.

gebracht werden. Jedes der beiden Gypsblättchen hat das Bestreben, die Polarisationslinie der eintretenden Lichtäther-Kugeln in diejenige Lage zu drehen, welche mit seinem Hauptschnitt zusammenfällt. Haben nun beide Gypsblättchen die gleiche Dicke, so haben sie auch das gleiche Drehungsvermögen; nur ist dieses Drehungsvermögen des einen Blättchens nach rechts, des anderen Blättchens nach links gerichtet. Diese beiden Wirkungen der Gypsblättchen heben sich einander auf, so dafs eine Drehung der Polarisationslinie überhaupt nicht erfolgen kann. Die Blättchen erscheinen demnach bei gekreuzten Polarisatoren dunkel, bei parallelen aber hell. Bei Gypsblättchen von ungleicher Dicke dagegen mufs eine Drehung der Polarisationslinie erfolgen. Diese Drehung entspricht aber der Differenz, um welche das nach rechts gerichtete Drehungsvermögen des einen Blättchens gröfser oder kleiner ist als das nach links gerichtete Drehungsvermögen des anderen Blättchens. Da nun aber das Drehungsvermögen eines jeden Gypsblättchens von seiner Dicke abhängig ist, so folgt hieraus, dafs auch die Drehung der Polarisationslinie der Differenz der Dicke der Blättchen entsprechen mufs. Die Farbenerscheinungen zwischen gekreuzten und parallelen Polarisatoren müssen also die gleichen sein, die ein Gypsblättchen zeigt, welches der Differenz dieser Dicke gleichkommt.

Vom Magnetismus. Die Aetheratome der + E und der — E entstehen durch Spaltung des Aether-Moleküls. Diese elektrischen Aether-Atome, welche in dem Abschnitt von der Elektricität besprochen worden sind, können nun unter gewissen Umständen auch unter anderen Eigenschaften auftreten und sind in diesem Fall die Ursache der Erscheinungen, welche wir mit Magnetismus bezeichnen. Wir nehmen an, dafs die Aether-Atome, welche die magnetischen Erscheinungen verursachen, mit den elektrischen Aetheratomen ihrem Wesen nach identisch sind. Während aber bei elektrischen Erscheinungen die Aetheratome durch Leitung von dem einen auf das andere Metall überzugehen vermögen, bleiben sie als Magnetismus im Zustande der Gebundenheit. Ein Eisenstab wird magnetisch, wenn Aether-Moleküle desselben durch die vertheilende Wirkung eines Magneten sich in die Aetheratome der -f- E und der — E spalten. Diese elektrischen Aetheratome sind aber jetzt nicht mehr, wie die gewöhnlichen, leitungsfähig, sie können von dem Eisen durch Leitung nicht getrennt werden, sondern sie befinden sich in einem gewissen Zustand der Gebundenheit, das Eisen wird magnetisch. Wenn demnach einem Eisenstab ein Magnetpol genähert wird, so werden die mit diesem ungleichnamigen Aetheratome angezogen, die gleichnamigen aber abgestofsen. An dem einen Pol des magnetisirten Eisenstabes befinden sich die Aetheratome der + E, am anderen Pol die der — E im gebundenen Zustand; die Aetheratome

94

V O M MAGNETISMUS.

„,„„

der -f- E sind mit dem Süd-Magnetismus, die Aetheratome der — E sind mit dem Nord-Magnetismus identisch. Diese an den Polen des Magnets gebundenen Aetheratome befinden sich aber nicht im Ruhezustand. Zur Erklärung der magnetischen Erscheinungen müssen wir annehmen, dafs die Aetheratome um einen jeden der beiden Magnetpole in fortwährender Kreisbewegung rotiren; die Richtung dieser Rotation ist für einen jeden dem Beschauer zugekehrten Magnetpol die gleiche, in welcher sich der Zeiger einer Uhr bewegt. Die Erfahrung deutet darauf hin, dafs der Umkreis, in welchem die Aetheratome um den Magnetpol rotiren, gröfser ist als der Durchmesser des letzteren, dafs also aufserhalb des Magnetpols sich noch Aetheratome befinden, welche an der rotirenden Bewegung theilnehmen. In dieser Weise wird der Südpol des Magnets von den Aetheratomen der + E, der Nordpol desselben von den Aetheratomen der — E umkreist; die Richtung der Rotation ist in beiden Fällen die gleiche, in welcher sich der Zeiger einer Uhr bewegt, wenn der Magnetpol dem Beschauer zugekehrt ist. Wenn demnach die ungleichnamigen Magnet-Pole von zwei Magnetstäben sich berühren, so laufen an der Berührungsstelle derselben die Kreisströme der ungleichnamigen elektrischen Atome, welche um einen jeden der beiden Magnetpole rotiren, einander entgegen. Da sich nun die beiden ungleichnamigen magnetischen Pole einander anziehen, so folgt hieraus, dafs Kreisströme von ungleichnamigen elektrischen Atomen, welche gegen einander laufen, sich gegenseitig anziehen müssen. Die gleichnamigen magnetischen Pole stofsen sich von einander ab, weil in diesem Falle nicht die ungleichnamigen, sondern die gleichnamigen elektrischen Kreisströme einander entgegenlaufen. Die beiden Pole eines Magnets werden, wie wir gesehen haben, von elektrischen Kreisströmen umflossen;

VOM MAGNETISMUS.

95

um den magnetischen Südpol rotiren die Aetheratome der -f- E, um den magnetischen Nordpol die Aetheratome der —E in derselben Kreisbewegung, wie der Zeiger einer Uhr. Hieraus folgt nun, dafs eine aus sehr vielen Windungen bestehende stromdurchflossene Drahtspirale im allgemeinen die gleichen Eigenschaften zeigen mufs, wie ein Magnetstab; beiden gemeinsam ist die Wirkung eines elektrischen Kreisstromes; dieser Kreisstrom hat aber in der Spirale nicht nur eine rotirende, sondern auch eine fortschreitende Bewegung. In einer stromdurchflossenen Drahtspirale wird also dasjenige Ende derselben die Eigenschaften eines Südpols erhalten, an welchem, dem Beschauer zugekehrt, die Spirale vom positiven Strom in der gleichen Richtung umkreist erscheint, in welcher sich der Zeiger einer Uhr dreht. Aus der Aehnlichkeit eines Magnetpols mit einer stromdurchflossenen Drahtspirale geht hervor, dafs das Gesetz der Anziehung ungleichnamiger Magnetpole auch dann noch seine Geltung hat, wenn der eine der beiden Magnetpole durch eine stromdurchflossene Spirale ersetzt wird. Eine stromdurchflossene Spirale wird demnach denjenigen Magnetpol anziehen, an welchem der magnetische Kreisstrom dem ungleichnamigen Strom der Spirale entgegenläuft. Dieses Gesetz der Anziehung ungleichnamiger, sich entgegenlaufender Ströme gilt aber nicht nur für Kreisströme, sondern auch für parallele Ströme. Zwei parallele stromdurchflossene Drahtstücke ziehen sich einander an, wenn die sich entgegenlaufenden Ströme aus den ungleichnamigen Aetheratomen bestehen, sie stofsen sich aber ab, wenn die sich entgegenlaufenden elektrischen Ströme gleichnamig sind. Zwischen den ungleichnamigen Aetheratomen der sich entgegenlaufenden Ströme findet demnach eine Anziehung statt; es haben mit anderen Worten zwei Ströme von ungleichnamigen Aetheratomen, weil sie sich einander

96

VOM MAGNETISMUS.

anziehen, das Bestreben, eine solche Lage zu einander anzunehmen, in welcher sie einander entgegenlaufen. Ein Stromleiter, welcher an einem Gestell frei beweglich ist, wird deshalb durch einen genäherten Leitungsdraht in dem genannten Sinne gedreht werden. Dieses Gesetz gilt nicht nur für die Wirkung zweier beweglicher paralleler Ströme, sondern auch für die Wirkung zwischen Strom und Kreisstrom. Wir betrachten als Beispiel hierfür den Einflufs des Stromes auf die Richtung der Magnetnadel. Ein Streifen Kupferblech wird in der Form eines Quadrates gebogen und die Ebene dieses Quadrates in die Ebene des magnetischen Meridians gestellt; an verschiedenen Stellen dieses Kupferstreifens sind Magnetnadeln angebracht, welche eine Ablenkung erfahren, sobald ein Strom durch den Apparat hindurch geht. Die Richtung, nach welcher diese Ablenkung erfolgt, wird dadurch bestimmt, dafs der elektrische Strom dem ungleichnamigen magnetischen Kreisstrom entgegenlaufen mufs. Indessen ist hierbei zu beachten, dafs für die Richtung des Kreisstromes der Magnetnadel nur derjenige Theil dieses Kreisstromes in Betracht kommen kann, welcher dem kupfernen Streifen zugekehrt ist, und nicht die andere entferntere Hälfte dieses Kreisstromes. Nehmen wir z. B. an, dafs auf dem mittleren Theil des oberen horizontalen Kupferstreifens eine Magnetnadel oben aufgesetzt sei und dafs, von der Westseite betrachtet, der positive Strom das Gestell in der Richtung umkreist, in welcher sich der Zeiger einer Uhr bewegt. In diesem Falle kann natürlich nur die untere, dem Kupferstreifen zugewandte Hälfte des Kreisstromes der Magnetnadel in ihrer Einwirkung auf den elektrischen Strom in Betracht kommen. Das Nordende der Nadel mufs also jetzt nach Westen ausschlagen, weil nur in dieser Stellung die Aetheratome der — E , welche den magnetischen Nordpol der Nadel umkreisen, in ihrer unteren

V O M MAGNETISMUS.

97

Hälfte dem durch den Kupferstreifen geleiteten positiven Strom entgegenlaufen. Wird nun die Magnetnadel nicht oberhalb dieses Kupferstreifens, sondern unmittelbar unterhalb desselben angebracht, so kommt nicht die untere, sondern die obere Hälfte des Kreisstromes in ihrer Einwirkung auf den elektrischen Strom in Betracht; das Nordende der Nadel mufs also jetzt nach Osten ausschlagen, damit dem Gesetz entsprechend der negativ elektrische Kreisstrom dem positiv elektrischen Strom des Kupferstreifens entgegen laufen kann. In dieser Weise wird auch an jeder anderen Stelle des Kupferstreifens der Ausschlag der Nadel durch das genannte Gesetz bestimmt. Selbstverständlich mufs in dem gleichen Sinne, wie der Nordpol, so auch der Südpol der Nadel abgelenkt werden. In diesem Falle ist es aber der Strom der — E, welcher dem um den magnetischen Südpol rotirenden positiven Kreisstrom entgegen laufen mufs, und zwar derjenigen Hälfte dieses Kreisstromes, welche dem Stromleiter zugekehrt ist. Wir sehen hieraus, dafs die ablenkende Kraft, welche die Magnetnadel rechtwinklig zu stellen strebt auf den magnetischen Meridian, sich zusammensetzt einestheils aus der Einwirkung des positiven Stromes auf den magnetischen Nordpol, andrerseits aus der Einwirkung des negativen Stromes auf den magnetischen Südpol. Es kommt also auch bei der Messung der Stromstärke auf magnetischem Wege, ebenso wie bei der auf chemischem Wege, die Summe der Wirkungen in Betracht, welche der positive Strom und der negative Strom zusammen auf die beiden Pole der Magnetnadel ausüben. Die Ablenkung, welche die Magnetnadel durch den Strom erfährt, ist demnach proportional der Kraft R, welche die Nadel rechtwinklig zum magnetischen Meridian zu drehen strebt, sie ist aber umgekehrt proportional der Kraft M, welche sie in den magnetischen Meridian Z i m m e r , Naturgesetze.

7

98

VOM

MAGNETISMUS.

zurückzustellen strebt. Bezeichnen wir diese beiden Kräfte durch Linien, welche auf dem magnetischen Meridian resp. rechtwinklig zu demselben aufgetragen werden, so wird das Verhältnifs der ablenkenden Kräfte ausgedrückt durch

oder durch die Tangente des Ablenkungs-

winkels. Die ablenkende Kraft, welche der Kreisstrom eines Magnets auf den elektrischen Strom ausübt, kann auch dem Auge sichtbar gemacht werden. Wenn man zwischen zwei Polspitzen, die in horizontaler Lage einander gegenüberstehen, den Inductionsstrom übergehen läfst, so erfährt der übergehende Inductionsfunken eine Ablenkung, wenn rechtwinklig auf der Verbindungslinie dieser beiden Polspitzen, aber in der gleichen horizontalen Ebene mit denselben die Pole eines Elektromagnets zur Wirkung kommen. Die anziehende Kraft zwischen den ungleichnamigen elektrischen Aetheratomen mufs auch in diesem Falle die Wirkung haben, dafs der Inductionsstrom dem mit ihm ungleichnamigen magnetischen Kreisstrom entgegen läuft. Je nachdem also dem positiven Inductionsstrom sich der Kreisstrom des magnetischen Nordpols von oben oder von unten nähert, mufs der Inductionsstrom entweder nach oben oder nach unten in einer halbkreisförmigen Scheibe abgelenkt werden. Auf der gleichen Ursache beruht die Rotation des elektrischen Flammenbogens in einem evacuirten Ei unter dem Einflufs eines Elektromagneten; dem rotirenden Kreisstrom des Magneten müssen die ungleichnamigen elektrischen Atome des Inductionsstromes entgegen laufen, wodurch die genannte Erscheinung hervorgerufen wird. Aus der Gleichartigkeit des Magnetpols mit einer stromdurchflossenen Drahtspirale ergiebt sich nun, dafs der Magnetpol auf eine genäherte Drahtspirale die gleiche Wirkung ausüben mufs, wie eine stromdurchflossene Drahtspirale. Ebenso wie der elektrische Kreisstrom einer

VoM^ÄiAGNETISMUS.

99

Drahtspirale, so hat auch der magnetische Kreisstrom eines Magnetpols die Eigenschaft, in einer genäherten Drahtspirale einen Inductionsstrom durch Spaltung von Aether-Molekülen hervorzurufen. Der magnetische Südpol, welcher der Drahtspirale genähert wird, übt in dieser Weise auf die in der Spirale durch Spaltung entstandenen negativ elektrischen Atome eine anziehende Wirkung aus. In Folge dieser Anziehung, welche der positiv elektrische Kreisstrom des Südpols auf die Aetheratome der — E in der Spirale ausübt, werden die letzteren genöthigt, der Bewegungsrichtung des Kreisstromes zu folgen und demnach einen Strom von — E zu bilden, welcher gleichgerichtet ist mit dem positiv elektrischen Kreisstrom des Südpols. Diese Wirkung bleibt die gleiche, auch wenn die Richtung des magnetischen Kreisstromes rechtwinklig gerichtet ist auf die Windungen der Spirale; auch in diesem Falle hat der Kreisstrom das Bestreben, die Aetheratome der mit ihm ungleichnamigen E nach dem Ende der Spirale in derjenigen Richtung fortzuschieben, welche er selbst hat. Wie der Magnet durch Induction Ströme erzeugt, so wird umgekehrt ein weicher Eisenstab durch die Einwirkung einer durchströmten Spirale magnetisch. Wenn ein Eisenstab in eine stromdurchflossene Spirale hineingeschoben wird, so werden durch die vertheilende Wirkung dieses Stromes Aether-Moleküle des Eisenstabs in die Aetheratome der -f- E und — E gespalten. Diese durch Spaltung entstandenen Aetheratome laufen nun den ungleichnamigen elektrischen Atomen des Stromes, welcher durch die Spirale geht, entgegen und bilden auf diese Weise Kreisströme. Unter dem Einflufs des elektrischen Stromes wird also der von inducirten Kreisströmen durchflossene Eisenstab selbst zum Magnet. An demjenigen Ende der Spirale, an welchem der negative Strom entgegengesetzt dem Zeiger einer Uhr rotirt, wird der eingeschobene Eisenstab einen Südpol erhalten, weil an diesem Ende des Eisenstabs der dem negativen Strom

100

VOM^MAGNETISMUS.

der Spirale entgegenlaufende positive Kreisstrom in der Richtung des Zeigers einer Uhr rotirt. Während also in einer Drahtspirale der inducirende Magnet einen gleichgerichteten Strom der ungleichnamigen Elektricität erzeugt, wird umgekehrt durch den inducirenden Strom einer Drahtspirale in einem Eisenstab ein Kreisstrom erzeugt, welcher dem ungleichnamigen Strom der Spirale entgegenläuft. W i r betrachten nun die Wirkung, welche der Kreisstrom des Magnets auf einen elektrischen Strom ausübt, dessen Richtung rechtwinklig ist zu der des Kreisstromes. Auf einer Vertical stehenden Metallsäule ist mittels einer Stahlspitze ein kupferner Drahtbügel aufgesetzt, dessen beide verticale Drahtarme in eine Quecksilberrinne eintauchen. In diesen beiden verticalen Armen geht der positive Strom in die Höhe und durch die mittlere Säule wieder zurück; der negative Strom geht den umgekehrten Weg. Zwischen den beiden verticalen Drahtarmen befindet sich der Nordpol eines senkrecht stehenden Stahlmagneten, welcher an der Säule angeschraubt ist. Der negativ elektrische Kreisstrom dieses magnetischen Nordpols übt auf die negativ elektrischen Atome, welche in den beiden verticalen Drahtarmen abwärts strömen, eine abstofsende Wirkung aus. In Folge dieser Wirkung der gleichnamigen elektrischen Atome müssen nun die Drahtarme nach derjenigen Richtung zu eine Abstofsung erfahren, in welcher sie vom gleichnamigen Kreisstrom des Magnets getroffen werden. Nach dieser Richtung, in welcher die Abstofsung erfolgt, müfste also auch der Bügel rotiren, wenn nicht gleichzeitig der negative Kreisstrom des Magnets auf den durch den Bügel aufsteigenden positiven Strom eine anziehende Wirkung ausüben würde. In Folge dieser auf den positiven Strom ausgeübten anziehenden Wirkung müfste der Bügel dem ungleichnamigen Kreisstrom entgegengetrieben werden; der Bügel müfste also in einer Richtung rotiren, welche der Rotation

VOM

MAGNETISMUS.

101

des magnetischen Kreisstromes entgegengesetzt ist. Der positive Strom des Drahtbügels wird demnach durch den Kreisstrom des Magnets im entgegengesetzten Sinne gedreht, wie der negative Strom. Wenn nun in den beiden elektrischen Strömen, welche die Bügel durchlaufen, die Anzahl der positiv elektrischen Aetheratome ebenso grofs wäre, wie die der negativ elektrischen, so würde die anziehende Kraft des Kreisstromes durch die abstofsende Kraft desselben wieder aufgehoben werden, eine Rotation des Bügels könnte also nicht stattfinden. Wie wir aber früher nachgewiesen haben, sind am Anfang des positiv elektrischen Stromes auch die positiv elektrischen Aetheratome, am Anfang des negativ elektrischen Stromes dagegen die negativ elektrischen Aetheratome im Ueberschufs vorhanden. Je nachdem also der elektrische Strom in der einen oder der anderen Richtung den Drahtbügel durchläuft, mufs ein Ueberschufs entweder von + E oder von — E im Drahtbügel entstehen, auf welchen der entgegenlaufende magnetische Kreisstrom entweder anziehend oder abstofsend einwirkt. Die Richtung, in welcher der Bügel rotirt, mufs sich also umkehren sowohl durch den Stromwechsel, wie durch die Umkehrung der magnetischen Polarität.

W . Kcller'sche Druckerei (R. Petermann & L. Preisag), Glessen.