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Die Influenzmaschine

Die Influenzmaschine ist ein Gerät, das durch die Trennung von Ladungen hohe elektrische Spannungen erzeugt. 

Die erste Influenzmaschine wurde von Holz 1865 in Berlin vorgestellt. Praktischer Bedeutung erlangte jedoch erst die von Wimshurst konstruierte Weiterentwicklung:

Zwei Scheiben (z.B. aus Plexiglas oder Hartgummi) stehen sich in geringem Abstand gegenüber und rotieren gegenläufig. Die Scheiben sind an ihrer Außenseite mit Elektrizitätsträgern (z.B. Stanniolstreifen) bestückt. Über die Staniolstreifen jeder Scheibe schleifen zwei gegenüber liegende, durch einen Leiter ("Ausgleichskonduktor") verbundene Metallpinsel.  Die Maschine erregt sich selbst. Wenn einer der beiden Elektrizitätsträger der Scheiben elektrisch geladen ist, dann sammelt sich auf dem gegenüber liegenden Elektrizitätsträger durch Influenz die entgegengesetzte Ladung. Bei weiterer Drehung bleibt diese Ladung beim Verlassen der "Ausgleichskonduktoren"  bestehen. Die positive und die negative Ladung jeder Scheibe wird schließlich durch jeweils ein "Saugbüschel" abgenommen und in "Leidener Flaschen" gespeichert. Bei ausreichender Ladung der "Leidener Flaschen" springt dann ein kräftiger Funke zwischen den Elektrokugeln über.

Zur Influenz

Jeder Körper enthält sowohl positive als auch negative elektrische Ladungen. Ist die positive und die negative Ladung gleich groß, so ist der Körper elektrisch neutral. Elektrische Ladungen üben Kräfte aufeinander aus. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab und ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.

Nähert einen geladenen Gegenstand einem Körper, so verschieben sich die Ladungen in diesem Körper gegeneinander und trennen sich räumlich. Den Vorgang der Ladungstrennung nennt man Influenz. Folgender Versuch veranschaulicht  das Prinzip der Influenz:

Das Elektroskop ist ein Messgerät, das Ladung nachweist, indem es das Abstoßen von gleichnamiger Ladung für die Messung ausnutzt. Dieses Gerät zeigt auch an, ob die Ladung negativ oder positiv ist. Wird Ladung mit einem "Kugel" auf den Metallkopf des Elektroskops gebracht, dann beobachtet man einen Ausschlag. Entfernt man die "Kugel", dann geht der Zeiger wieder in seine Nullstellung zurück. Durch die "Kugel" werden die positiven und die negativen Ladungen getrennt. Im Zeigerbereich entsteht ein positiver - und im Kopfbereich ein negativer Ladungsüberschuss. In Metall sind die negativen Ladungsträger (Elektronen) frei beweglich, und werden entweder angezogen oder abgestoßen. Bei der Annäherung einer positiven Ladung werden negative Ladungen angezogen und die positiven Ladungen bleiben im Zeiger zurück. Entfernt man die positive Ladung, dann vermischen sich im Metall die positiven mit den negativen Ladungen, und der Zeiger schwingt in seine Ausgangsposition zurück.



Der Elektrophor

Der Elektrophor ist die Urform der Influenzmaschine. Er stammt von Johannes Wilcke und wurde 1775 von Alessandro Volta perfektioniert. Diese leicht herstellbare und leicht benutzbare Spannungsquelle für viele elektrische Experimente besteht aus wenigen Teilen:

  1. Eine geerdete Grundplatte

  2. Eine isolierende Platte (dem "Harzkuchen") aus Teflon, Hartgummi, Kunstharz, Plexiglas, Styropor oder ähnlichem. Das Material muss durch Reibung elektrostatisch gut aufgeladen werden können und die Ladung lange halten.

  3. Ein Stück Katzenfell, Wolle oder Seidenstoff zum Reiben

  4. Eine leitende Metallplatte mit isolierendem Handgriff (Glas)

Reibt man den Harzkuchen kräftig mit einem Katzenfell, so bleibt auf ihm eine negative Ladung zurück. In der aufgesetzten Metallplatte M wird durch Influenzwirkung eine Ladungstrennung durchgeführt, so dass nun auf der Oberseite der Metallplatte eine negative Ladung erscheint. Diese kann man als kurzen Stromstoss entfernen, z. B. mit einer Leuchtstofflampe, die einmal kurz aufleuchtet. Hebt man dann die Metallplatte vom Kuchen ab, so kommt es zur räumlichen Trennung der negativen Ladung auf dem Kuchen und der verbliebenen positiven Ladung auf der Platte. Je weiter sich die Ladungen voneinander entfernen, um so höher wird die elektrische Spannung zwischen ihnen. Nun kann man die positive Ladung auf der Platte wiederum als Stromstoss durch die Leuchtstoffröhre abfließen lassen. Setzt man die Platte wieder auf den Kuchen kann man die ganze Sequenz beliebig oft wiederholen. Wenn man die Folge der Stromstösse beschleunigen könnte, hätte man eine mit Wechselstrom betriebene Leuchtstoffröhre realisiert.

Der Göttinger Physikprofessor Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799) baute den größten Elektrophor seiner Zeit. Mit 2,5 m Durchmesser erzeugte er Funken bis zu 40 cm Länge (dies entspricht ca. 1 Million Volt). Auf dem Harzkuchen des Elektrophors beobachtete er, dass feine Staubteilchen an den Einschlagstellen strahlenförmige Figuren bilden (Lichtenberg-Figuren).

Menschen, die vom Blitz getroffen wurden, zeigen oft Verbrennungen, die dieselbe Gestalt wie Lichtenberg-Figuren haben.




Alessandro Graf von Volta

Volta, Alessandro, Graf (1745-1827), italienischer Physiker, wurde bekannt durch seine wegweisenden Arbeiten zur Elektrizität.
Volta wurde in Como geboren und besuchte die dortigen öffentlichen Schulen. 1774 wurde er zum Professor für Physik am Gymnasium in Como ernannt. Im drauffolgenden Jahr erfand er den Elektrophor, mit dem man Ladung von statischer Elektrizität erzeugen konnte.
1776/77 wandte sich Volta der Chemie zu, untersuchte die atmosphärische Elektrizität und dachte  sich Experimente aus, beispielsweise wie man mit einem elektrischen Funken Gase in einem geschlossenen Gefäß entzündet. 1779 wurde er zum Professor für Physik an die Universität Pavia berufen. Den Lehrstuhl behielt er 25 Jahre.
Um 1800 entwickelte er die sogenannte Voltasche Säule, die ein Vorläufer der elektrischen Batterie war. Als Anerkennung für seine Leistung auf dem Gebiet der Elektrizität ernannte ihn Napoleon zum Grafen (1810). Für die elektrische Spannung wurde ihm zu Ehren die Einheit Volt gewählt.