Voltasche Säule

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Schematischer Aufbau einer Volta’schen Säule

Die Volta’sche Säule oder auch Voltasäule ist eine von Alessandro Volta 1799/1800 entwickelte und im Jahr 1800 an der Royal Society in London der Öffentlichkeit vorgestellte Anordnung, die als Vorläuferin heutiger Batterien im 19. Jahrhundert eine große Bedeutung als Stromquelle hatte. Sie besteht aus vielen übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplättchen, zwischen denen sich in bestimmter regelmäßiger Folge elektrolytgetränkte Papp- oder Lederstücke befinden. Statt Kupfer wurde auch Silber und statt Zink auch Zinn verwendet.

Ein einzelnes Element der Volta’schen Säule wird Voltaelement genannt. Es besteht beispielsweise aus einer Kupferfolie, einer Elektrolytschicht und einer Zinkfolie. Es liefert nur eine geringe Spannung, weshalb in der Säule viele solcher Elemente übereinander gestapelt sind. Dabei ergibt sich die Stapelfolge Kupfer, Elektrolyt, Zink, Kupfer, Elektrolyt und wieder Zink, d. h., Kupfer und Zink wechseln sich ab und der Elektrolyt befindet sich in diesem Beispiel immer zwischen Kupfer (unten) und Zink (oben).

Bedeutung[Bearbeiten]

Volta’sche Säule

Die Volta’sche Säule kann als eine der bedeutendsten Erfindungen aller Zeiten eingestuft werden, da sie als erste brauchbare kontinuierliche Stromquelle die Erforschung der Elektrizität ermöglichte – lange vor der Erfindung des elektrischen Generators. Damit hat die Volta’sche Säule sowohl der Elektrotechnik als auch der Elektronik und vielen weiteren technischen Bereichen, beispielsweise der Galvanik, den Weg bereitet. Ganz besonders wurden intensive Forschungen hinsichtlich der therapeutischen Anwendung des Gleichstromes (galvanischer Strom, Galvanotherapie) unmittelbar nach Bekanntmachung der Galvani-Volta’schen Säule von zahlreichen Ärzten durchgeführt, wie z. B. John Wesley, England, Bischoff, C.H.E., Jena 1801 (De Usu Galvanisimi in Arte Medica), Grapengiesser, Martens, Berlin 1803, Golding Bird, London 1840, Duchenne, Paris 1855, oder Remak, Berlin 1858. Die Volta’sche Säule war die erste bedeutende Batterie und ermöglichte die Entdeckung der Elektrolyse und damit die erstmalige Darstellung vieler unedler Elemente, insbesondere der Metalle Natrium, Kalium, Barium, Strontium, Calcium und Magnesium durch Humphry Davy in den Jahren 1807 und 1808. Auch die ersten Versuche zur Nachrichtenübermittlung durch die elektrische Telegrafie wurden erst durch die Erfindung Voltas möglich.

Anwendung in der Technik[Bearbeiten]

Mit Hilfe der Volta’schen Säule bzw. Nachfolgern und damit erzeugten Lichtbögen wurde eine elektrische Beleuchtung mit Bogenlampen realisiert. Bogenlampen sind die ältesten elektrischen Lichtquellen. Johann Samuel Halle (1792) und der Brite Humphry Davy (1802) haben den Effekt des Lichtbogens beobachtet und zur Beleuchtung angewendet. Es wurden Messing- bzw. Graphitelektroden eingesetzt, wobei die Graphitelektroden relativ schnell abbrannten.

Eine der ersten Anwendungen in der Schiffstechnik erfolgten durch Moritz Hermann von Jacobi, der 1839 in Sankt Petersburg mit Hilfe einer liegenden Volta’schen Säule und einem von ihm entwickelten und gebauten Elektromotor das erste Elektroboot antrieb. Die Versuche wurden auf St. Petersburger Kanälen und der Newa durchgeführt und von einer staatlichen Kommission abgenommen.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Bei der Volta’schen Säule handelt es sich um eine Folge von in Reihe geschalteten galvanischen Zellen. Am negativen Pol, der hier Anode ist, da hier die Oxidation stattfindet, geht das unedlere Metall in Lösung: Das Zinkplättchen löst sich auf: Jedes Zinkatom, das als Zinkion in Lösung geht, gibt zwei Elektronen ab; in der Zinkelektrode entsteht so ein Elektronenüberschuss, weshalb sie den negativen Pol bildet.

An der positiven Elektrode, der Kathode, da hier die Reduktion stattfindet, sind mehrere Reaktionen möglich. Handelt es sich um Kupferplatten, die nicht poliert wurden, sind sie mit einer Oxidschicht bedeckt. Dann läuft zunächst die Reduktion ab. Diese kann auch erfolgen, wenn das Kupfer aufgrund der Anwesenheit von Luftsauerstoff in Lösung gegangen ist.

Die Volta’sche Säule funktioniert aber auch, wenn poliertes Kupfer oder Silber als Elektroden verwendet werden, wenn also gar keine Kupfer- oder Silberionen vorhanden sind. Dann wird Sauerstoff aus der Luft am Kupfer oder Silber reduziert: Verwendet man an Stelle eines neutralen Elektrolyten (z. B. Salzwasser) einen sauren (z. B. Essig oder verdünnte Schwefelsäure oder Salzsäure), so werden am Kupfer bzw. Silber Wasserstoffionen reduziert. Die Wasserstoffentwicklung erfolgt nicht nur an der Zinkelektrode, weil Wasserstoff an Zink eine deutlich größere Überspannung hat, als an Kupfer oder Silber.

Ein wesentlicher Nachteil der Volta’schen Säule ist durch den vertikalen Aufbau in Form einer Säule bedingt. Durch das Eigengewicht der aufeinander gestapelten Metallplatten werden die zwischen den Metallplatten eingelegten und mit Elektrolyt getränkten weichen Papp- oder Lederstücke zusammengepresst. Dadurch wird der flüssige Elektrolyt, insbesondere im unteren Bereich der Säule, nach außen gepresst und die Batteriekapazität der gesamten Anordnung reduziert. Die technische Weiterentwicklung der Volta’schen Säule aus dem Jahr 1802, die diesen Nachteil vermeidet, stellt die Trog-Batterie von William Cruickshank dar.

Weblinks[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]