Clark-Normalelement

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Schnittdarstellung eines Clark-Normalelementes
Normalelement nach Clark, gefertigt nach den Vorgaben der Physikalisch-Technischen-Reichsanstalt; Otto Wolff, Berlin; 1897
Normalelement nach Clark, gefertigt nach den Vorgaben der Physikalisch-Technischen-Reichsanstalt; Otto Wolff, Berlin; 1897

Das Clark-Normalelement ist eine spezielle galvanische Zelle, welche eine stabile Gleichspannung liefert. Sie diente in der Frühzeit der Elektrotechnik, insbesondere in der Zeit von 1893 bis 1908, als Referenzspannungsquelle.[1] Sie war vom britischen Ingenieur Josiah Latimer Clark erfunden worden, der sie nach vierjähriger Entwicklungszeit im Jahr 1872 bekanntgemacht hat.[2]

Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Clark-Normalelement besteht die Anode aus einem Amalgam von Zink und Quecksilber, dem sogenannten Zink-Amalgam. In der rechts gezeigten Abbildung ist der Zinkamalgamstab auf der linken Seite der Zelle angebracht und mit der Klemme K1 verbunden. Am Boden der Zelle ist die Kathode aus flüssigem Quecksilber, welche durch den Elektrolyt mit einem isolierenden Glasstab zur Klemme K2 verbunden ist. Der Elektrolyt besteht aus einer wässrigen und gesättigten Zinksulfatlösung. Als Depolarisator dient Quecksilber(I)-sulfat (Hg2SO4).

Der Zellaufbau der ursprünglichen Clark-Zelle kann mit dem Zellschema[1]

(−)Zn(s) | ZnSO4·7 H2O(c) | ZnSO4(sat. aq) | ZnSO4 · 7H2O(c) | Hg2SO4(s) | Hg(l)(+)

beschrieben werden, mit s=fest, c=kristallin, l=flüssig und sat.aq=gesättigte wässrige Lösung. Verkürzt wird das geschrieben als[1]

Zn|ZnSO4|Hg2SO4|Hg.

Die Amalgamierung des Zinks wurde 1884 von Lord Rayleigh und H. Sidgwick vorgeschlagen; sie verbesserte die Zelle beträchtlich.[1]

Eigenschaften und Nutzung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Clark-Normalelement besitzt bei einer Temperatur von 15 °C eine Leerlaufspannung von 1,4328 V. Der entnommene elektrische Strom soll möglichst klein sein.

Das Clark-Normalelement weist einige Nachteile wie einen vergleichsweise großen Temperaturkoeffizienten von −1,15 mV/°C und Korrosionsprobleme im Bereich der Anschlussdrähte mit dem Zink-Amalgam auf. Das Clark-Normalelement wurde in der Folge von dem temperaturstabileren Weston-Normalelement abgelöst. Auf der internationalen Konferenz über elektrische Einheiten und Normale in London im Oktober 1908 wurde bei der Festlegung des Normalelements die Clark-Zelle offiziell durch das Weston-Element ersetzt.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • W. E. Ayrton und T. Mather: Practical Electricity. Cassell and Company, London 1911, S. 198 bis 203.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d Walter J. Hamer: Standard Cells. Their Construction, Maintenance, and Characteristics (= US National Bureau of Standards [Hrsg.]: National Bureau of Standards Monograph. Nr. 84). 15. Januar 1965, 3. Early Standard Cells, 4, The Clark Cell, S. 11–15 (englisch, online auf der Seite des National Institute of Standards and Technology (NIST) [PDF; 3,9 MB; abgerufen am 19. Oktober 2016]): “The Clark cell has three advantages... it ... supplies its own buffering action ... the emf ... is less dependent... on the composition of the amalgam...”
  2. Josiah Latimer Clark: On a Voltaic Standard of Electromotive Force. Communicated by Prof. Sir William Thomson. In: Royal Society (Hrsg.): Proceedings of the Royal Society of London. Band 20, 30. Mai 1872, S. 444–448, JSTOR 113174 (englisch, online im Internet Archive [abgerufen am 19. Oktober 2016]).