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Galvanisches Element
gegenüber liegt, indem jene von letzterer in einem durch Holzstückchen h bestimmten Abstände umgeben ist. In dieser Weise erhält man mit einer Zinkplatte gleichsam ein doppeltes Element, indem erfahrungsgemäß fast nur jene Fläche des Zinks an der Stromerzeugung sich beteiligt, die der zweiten Metallplatte gegenübersteht. Diese Elemente waren an einem Holzrahmen zu einer galvanischen Batterie derart verbunden, daß sich alle auf einmal in die verdünnte Schwefelsäure einsenken und ebenso aus derselben heben ließen, womit diese galvanische Batterie das Vorbild der mannigfach veränderten, stets bequemen und vorteilhaften "Tauchbatterien" wurden.
^[Fig. 1.]
Die inkonstanten Elemente wirken anfänglich viel kräftiger als später, weil der Sauerstoff der in ihrer Flüssigkeit absorbierten und an der negativen Elektrode adhärierenden atmosphärischen Luft mit dem durch den elektrischen Strom ausgeschiedenen Wasserstoff sich verbindet und so das Element depolarisiert. Sobald jedoch jener Sauerstoff verbraucht ist, tritt die Ansammlung des bei der Elektrolyse im Element nunmehr frei werdenden Wasserstoffs an der negativen Elektrode (Kupferplatte) auf, wodurch eine immer mehr anwachsende Schwächung, des Elements bewirkt wird. Diese kann verzögert werden durch Vergrößerung der negativen Elektrode, weil an einer größern Platte mehr Luft, mithin mehr Sauerstoff durch Adhäsion haftet als an einer kleinern; ferner durch eine porösere Kathode, weil eine solche mehr Luft absorbiert, dann auch durch Lüftung der Kathode und der Flüssigkeit, indem man erstere öfter und längere Zeit in der freien Luft läßt, letztere aber mittels wiederholter Umfüllung, Zu- und Abfließens, Umrührens, Einblasens u. dgl. m. mit neuer Luft, also auch mit frischem Sauerstoff versieht. Bezüglich der Zinkplatten ist für jede Art der galvanischen Batterien zu bemerken, daß sie aus dem gewöhnlich käuflichen, also chemisch unreinen Zink angefertigt werden. Da sich solches sehr ungleichmäßig und rasch in der verdünnten Schwefelsäure auflöst, so muß man, um die Stromerregung gleichförmig und ökonomisch zu gestalten, die Oberfläche der Zinkplatten amalgamieren. Weil das Zink sich im geschlossenen Element auflöst, nennt man die Zinkplatte auch Auflösungselektrode. Daniell nennt sie die stromerzeugende Elektrode; die Gegenplatte des Zinks bezeichnet man nach ihm als Ableitungselektrode, weil sie sich nur stromableitend verhält. Um die Flächen der Metallplatten ohne Raumverlust zu vergrößern, biegt man letztere nicht selten zu hohlen Zylindern, die man ineinander stellt, oder man erteilt den Platten eine gewellte oder S-förmige Oberfläche. Die Schwefelsäure wird gewöhnlich so verdünnt, daß auf 1 l derselben 12 l, für stärkere Elemente 4 l Wasser kommen; man gießt die Säure zum Wasser, um eine zu große Wärmeentwicklung zu vermeiden. Bis zu einer gewissen Grenze wirkt jedes Element um so stärker, je weniger man die Schwefelsäure verdünnt.
Die konstanten Elemente datieren seit Daniell (1836). Das noch gegenwärtig sehr gut brauchbare Daniellsche Element (s. Fig. 2) besteht aus einer cylindrisch gebogenen Zinkplatte Z, die in verdünnter Schwefelsäure steht, dann folgt eine poröse Thonzelle D als Diaphragma und in dieser eine Lösung von Kupfervitriol (Kupfersulfat) nebst einem Hohlcylinder C aus Kupferblech; das Ganze befindet sich in einem Glasgefäße V. Schließt man ein solches Element, so zerlegt der elektrische Strom das Kupfersulfat (CuSO4 = Cu + SO4); während SO4 den Wasserstoff, der von der Zersetzung der verdünnten Schwefelsäure herrührt, aufnimmt und wieder Schwefelsäure bildet, wird Cu (Kupfer) an der Kupferplatte ausgeschieden, und es entsteht ZnSO4 an der Zinkplatte. Da die Kupferplatte wieder mit reinem Kupfer beschlagen wird, so sieht man, daß ein solches Element lange ungeschwächt wirken kann, nur muß die Kupfersulfatlösung immer gesättigt bleiben. Um dies zu bewirken, hängt man einige Krystalle von Kupfersulfat zur Nachsättigung in die Lösung des Kupfersulfats. Das Diaphragma verhütet eine Mischung der beiden Flüssigkeiten und läßt dennoch, vermöge der in seinen Poren enthaltenen Flüssigkeiten, den elektrischen Strom durch. Dieses Element hat sehr viele Änderungen und Verbesserungen erfahren, entweder mit Beibehaltung des Diaphragmas (Elemente von Siemens-Halske, Barley, Minotto, Trouvé, Buff u. a. m.) oder auch unter Weglassung desselben. In letzter Beziehung ist besonders zu erwähnen das vielverbreitete Element von Meidinger (1859), das im obern Teile Zink in einer wässerigen Lösung von Bittersalz (Magnesiumsulfat) und tiefer unten Kupfer oder Blei in Kupfervitriollösung enthält. Da letztere dichter als jene Bittersalzlösung ist und nur sehr langsam nach oben diffundiert, so genügt dies, die beiden Flüssigkeiten ohne poröse Zelle (Diaphragma) getrennt zu halten. Die Kupfersulfatlösung wird durch Kupfervitriolstücke, die aus einem trichter- oder ballonförmigen, unten etwas offenen Glasgefäße langsam zu ihr herabsinken, gesättigt erhalten. Die Depolarisation des Elements erfolgt wie oben und so, daß das Element lange Zeit automatisch funktioniert, weshalb es in der Telegraphie häufig angewendet wird. (Vgl. Elektrische Telegraphen [Bd. 5, S. 1004 b] und Tafel: Elektrische Telegraphen III, Fig. 4.) Dem Daniellschen Element analog gebaut sind diejenigen, bei denen das Kupfer durch ein anderes Metall (z. B. Eisen) und das Kupfersulfat durch das Sulfat jenes Metalls (z. B. Eisensulfat) ersetzt sind. Hier ist besonders zu nennen das Davysche Element (benannt nach Marie Davy), bei dem Quecksilbersulfat statt des Kupfersulfats verwendet wird; als zugehörige Elektrode sollte Quecksilber kommen, das jedoch als unpraktisch durch Kohle ersetzt wird, auf der sich durch die Depolarisation Quecksilber ablagert. Das Daniellsche Element und einige seiner Abarten (Element von Buff, Latimer Clark) dienen als Normal- oder Etalonelement bei der Messung der elektromotorischen Kraft der Elemente. (S. Elektrische Einheiten.)
