Die Batterie und Elektromagnetismus

Betrachten wir das folgende Experiment: Du hast zwei Metallstücke: Kupfer und Zink, die du mit leitenden Drähten verbindest und dann die Metalle in einem Elektrolyten untertauchst, in diesem Fall Essig. Du wirst beobachten, dass sich Blasen um das Zink, aber nicht um das Kupfer bilden. Die Metalle scheinen sich in dieser Hinsicht zu unterscheiden und wenn du dann die beiden Drähte verbindest, die die Metalle halten, ändert sich etwas. Winzige Blasen beginnen sich um den Kupferanschluss zu bilden. Es scheint, als ob etwas vom Zink durch den Draht gezogen wird, was eine Reaktion auf der Kupferseite ermöglicht und es stellt sich heraus, dass dies ein Fluss elektrischer Ladung ist, da Elektronen vom Zink zum Kupfer durch den leitenden Pfad im Draht gezogen werden. Stell dir diesen Fluss als Ergebnis eines Ladungsungleichgewichts oder elektrischen Drucks zwischen den beiden Metallen im Vergleich zur sofortigen Entladung, die bei Experimenten mit statischer Elektrizität beobachtet wird. Gegen Ende des 18. Jahrhunderts untersuchte Alessandro Volta diesen Effekt. Noch wichtiger war, dass er herausfand, dass das Verketten dieser Zellen diesen Ladungsfluss verstärken würde. Und bis 1800 vereinfachte er die Dinge noch weiter, indem er das Glas, das mehr Elektrolyt lieferte als tatsächlich benötigt, entfernte. Er schreibt: "- Ein paar Dutzend kleine runde Kupferscheiben, [zum Beispiel Münzstücke], und die gleiche Anzahl von Zinkplatten. - Ich bereite kreisförmige Stücke aus schwammigem Material vor, die Wasser aufnehmen können - Ich verbinde weiterhin eine Kupferplatte mit einer Zinkplatte und immer in der gleichen Reihenfolge und lege zwischen jedes dieser Paare eine befeuchtete Scheibe. Dies geht so lange weiter, bis ich eine so hohe Säule habe, wie es ohne Gefahr des Umfallens möglich ist." Dies ist bekannt als die Volta’sche Säule, die erste Batterie in der Geschichte, die einen kontinuierlichen Fluss elektrischer Ladung oder Strom lieferte. Mehr Zellen führten zu einem erhöhten elektrischen Druck an den beiden Enden und elektrischer Druck war ein früher Begriff für das, was wir heute nach Volta als Spannung bezeichnen. Wenn die beiden Leitungen einer Voltaschen Säule in direkten Kontakt gebracht wurden, konnten eine Reihe von Stößen beobachtet werden. Zunächst war der Nutzen von elektrischem Strom als Kommunikationsmittel nicht sofort offensichtlich, abgesehen von schwachen Funken und Blasen. Eine Idee war es, die Anwesenheit von Blasen zum Signalisieren von Buchstaben zu nutzen und der Bubble Telegraph nutzte diese Methode, obwohl er 26 verschiedene Schaltkreise, einen für jeden Buchstaben, involvierte und es basierte auf der Tatsache, dass die Batterie, die den Strom liefert, sich in einem Abstand von den Gläsern befinden kann, in denen die Leitungen die Blasen erzeugen. Ein erfinderisches, wenn auch ungeschicktes System, das nie angenommen wurde. Aber sehr bald änderte sich alles nach einer berühmten Demonstration im Jahr 1819. Es wurde herausgefunden, dass wenn wir einfach einen Draht in der Nähe eines Kompasses vorbeiführen und ihn an eine Batterie anschließen, sobald der Draht Kontakt mit der Batterie aufnimmt, der Zeiger ohne jeglichen physischen Kontakt ausschlägt. Die einzige Erklärung war, dass der stromführende Draht ein temporäres Magnetfeld erzeugt. Dies führte zu einer Reihe von Versuchen, die Richtung dieses Feldes zu bestimmen. Zunächst nahmen wir an, es zeige entlang des Drahtes mit dem Strom oder strahle vielleicht vom Draht aus wie Wärme. Aber schließlich wurde geschlussfolgert, dass es um den Draht in senkrechten Kreisen herumlaufen muss, so dass eine Schleife aus Draht ein Magnetfeld erzeugt, das durch die Mitte der Schleife und um die Außenseite herum zeigt. Dies führte zum Galvanometer, das entworfen wurde, um elektrischen Strom zu detektieren und zu messen, und es war einfach eine Spule aus Draht mit einem Kompass in der Mitte aufgehängt. Wenn elektrischer Strom auf die Spule gelegt wurde, würde ein Magnetfeld durch die Mitte der Spule und um die Außenseite herum stoßen, so dass die Nadel immer senkrecht zur Richtung der Kraft zeigt, die auf beiden Seiten der Nadel ausgeglichen war, und je stärker der Strom, desto stärker die Ablenkung der Nadel. Und 1824 demonstrierte William Sturgeon eine Möglichkeit, die Stärke dieses Feldes noch weiter zu erhöhen, einfach indem er eine Spule aus Draht um ein Stück Eisen, wie einen Nagel, wickelte. Die magnetische Kraft konnte verstärkt werden, da Eisen anscheinend ein besseres Medium für die Bildung von Magnetfeldern ist. Wir nennen dies "Permeabilität" und durch mehrmaliges Wickeln des Drahtes konnte die Stärke des Feldes tausendfach verstärkt werden. Dies ist als "Elektromagnet" bekannt. Plötzlich war es möglich, Magnetfelder zu erzeugen, die Nadeln mit Präzision und Kraft bewegen können, indem man elektrischen Strom aus der Ferne anwendet, mit einer langen Drahtschleife und einer starken Batterie. Zu dieser Zeit stand unser Verständnis von Informationen noch in den Kinderschuhen. Die Menschen dachten über Informationen und eine Nachricht als die Anzahl der Buchstaben in einer Nachricht nach, so war das Ziel intuitiv: Wer konnte den schnellsten Weg finden, um Buchstaben zu übertragen, und wer das schnellste System hatte, würde daher die Kosten pro Nachricht für den Absender, der dieses System benutzt, senken. Und ein Goldgrube wartete auf denjenigen, der als Erster dorthin kam.