Elektrisches Fluidum
Leiden, 1746. Pieter van Musschenbroek lädt Wasser in einer Flasche an einer Elektrisiermaschine auf, fasst Flasche und Draht an — und erhält einen so heftigen Schlag, dass er schreibt, ein zweites Mal täte er das nicht für das ganze Königreich Frankreich. Elektrizität lässt sich also wie eine Flüssigkeit in einem Glas aufspeichern.
Franklin in Philadelphia erklärte das mit einem einzigen Fluidum. Es ist in allen Körpern vorhanden. Ein Körper, der mehr als die Norm enthält, ist positiv geladen, einer mit weniger negativ. Reibung erzeugt das Fluidum nicht, sie schiebt es nur um. Das Fluidum als Stoff verschwand mit der Entdeckung des Elektrons, doch die Vorzeichen Plus und Minus und die Erhaltung der Ladung blieben für immer.
| Zeichen | fluid · electric fire · Maß Fr |
| Wie man es schätzte | an der Länge des Funkens, der Stärke des Schlags, dem Spreizen der Elektroskopblättchen |
| Was angenommen wurde | eine unwägbare Flüssigkeit · Überschuss ist Plus, Mangel ist Minus · bleibt erhalten |
| Eingeführt und verworfen | zwei Fluida bei Du Fay, 1733 · ein Fluidum bei Franklin, 1747 · Thomsons Elektron, 1897 |
| Heutige Schreibweise | Ladung Q, Coulomb · e = 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C exakt |
| Typische Werte | 15 µC — Leidener Flasche · 15 C — Blitz · 1 Fr = 2,08·10⁹ Elektronen |
01 · Definition
Plus ist Überschuss, Minus ist Mangel
Reiben Sie einen Glasstab mit Seide. Nach Franklin ist Fluidum aus der Seide ins Glas geflossen: Das Glas hat einen Überschuss, Plus, die Seide einen Mangel, Minus. Um so viel, wie es im einen Körper zugenommen hat, hat es im anderen abgenommen. Die Summe ändert sich nicht.
Das Vorzeichen wählte Franklin aufs Geratewohl, und er wählte unglücklich: In Drähten laufen in Wirklichkeit Elektronen, und die tragen Minus. Darum fließt der Strom laut Lehrbuch von Plus nach Minus, die Elektronen aber ihm entgegen. Die Hauptregel des Fluidums stimmt dennoch: Die Ladung bleibt in jedem Versuch erhalten.
Wie viel hinübergeflossen ist
Zwei Gefäße, Glas und Seide, die gestrichelte Linie ist der normale Fluidumspiegel. Der Regler zeigt, wie oft die Seide über das Glas gezogen wurde. Blau über der gestrichelten Linie ist Überschuss, Plus. Rot darunter ist Mangel, Minus. Der Balken unten ist die Summe der Ladungen, sie steht immer auf null. Unter den Gefäßen steht, wie man es heute schreibt: Elektronen sind vom Glas zur Seide gewandert.
Die Flasche aufladen und auf den Funken warten
Die Hauptaktion ist die Taste „Maschine drehen“. Links reibt sich eine Glaskugel am Kissen, blaue Tropfen Fluidum laufen über den Draht auf den inneren Belag der Flasche. Je mehr Fluidum, desto höher die Spannung. Rechts sitzt die Funkenstrecke: zwei Messingkügelchen, der Abstand wird mit dem Regler eingestellt. Wenn die Spannung den Durchschlag der Luft erreicht, etwa 3 kV pro Millimeter, springt ein gelber Funke über, und die Flasche leert sich. Der Schirm rechts zeichnet die Spannung über der Zeit auf. Die Zeit ist echt.
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02 · Umrechnung
| {n} | {v} | {note} |
Ein Franklin ist die Ladung, die eine gleiche Ladung im Abstand von 1 cm mit der Kraft von 1 Dyn abstößt. Das sind 3,335 64·10⁻¹⁰ C, etwa zwei Milliarden Elektronen. Die Einheit wurde 1941 nach Franklin benannt.
Eine Amperestunde ist die Ladung, die bei einem Strom von 1 A in einer Stunde fließt: 3600 C. Ein Handyakku mit 4000 mA·h speichert 14 400 C — der Ladung nach fast tausend Blitze, aber bei nur 4 V Spannung.
03 · Größenordnungen
04 · Messgeräte
05 · Schreibregeln
06 · Benachbarte Einheiten
07 · Historischer Teil
Das Fluidum maß man mit dem, was zur Hand war: der Länge des Funkens, der Stärke des Schlags, der Zahl der Flaschen in einer Batterie. Coulomb gab 1785 erstmals ein Kraftgesetz an, und die Ladung wurde zu einer Größe mit Einheit. Im CGS-System wurde das Franklin die Einheit, im SI das Coulomb, über Ampere und Sekunde.
Seit 2019 läuft alles auf den „Fluidumstropfen“ hinaus: Die Elementarladung e ist exakt festgelegt, 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C. Ein Coulomb sind etwa 6 241 509 074 460 762 607,776 Elementarladungen, und die Ziffern lassen sich beliebig weit zählen. Das Fluidum erwies sich als körnig.
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Ein Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.
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