Die Elektrizität als Wärmequelle

»Wat dem einen sin Uhl, ist dem anderen sin Nachtigall«.

Ein und dieselbe Naturerscheinung bereitet dem einen Kummer und Schmerz, den anderen erfreut sie als hochwillkommene Gabe. Das eine Mal spricht dann der Ingenieur ingrimmig von ›Verlusten‹, das andere Mal rühmt er die wunderbaren Kräfte. Verluste gibt es aber in der Natur im vollen Sinne des Wortes gar nicht, es geht nichts, gar nichts verloren; was wir Verluste nennen, sind nur uns unsympathische Änderungen. Ein besonders schönes Beispiel für willkommene und unwillkommene, an sich jedoch völlig gleichartige Erscheinungen bietet der elektrische Strom.

Um ihn fortzuleiten, bedient man sich bekanntlich metallener Drähte, am liebsten solcher aus Kupfer. Dieser hoch geschätzte Stoff benimmt sich am freundlichsten, er lässt den elektrischen Strom mit besonders hoher Bereitwilligkeit hindurch. Allerdings nicht ganz umsonst. Für jede Wegstrecke, die er durch den Kupferdraht zurücklegt, hat er seine Steuern zu zahlen; einen gewissen Teil Elektrizität muss er beim Durchfließen zurücklassen. Aber der Kupferdraht ist nicht fürs Sparen, er behält die Elektrizität nicht, sondern verwandelt sie in Wärme und gibt diese nach Bedarf in großmütiger Weise an die Umgebung ab. Je stärker der Strom im Verhältnis zum Querschnitt des Drahtes auftritt, desto höher ist die Steuerquote, für die stärkere Belastung muss der Strom entsprechend mehr bluten.

Will man elektrischen Strom von der Stelle seiner Erzeugung nach seinem Verbrauchsort fortleiten, so sind derartige ›Wegsteuern‹ natürlich höchst unangenehm. Am liebsten würde man einen recht dünnen, d. h. billigen Draht spannen und möglichst viel Strom durch ihn fortleiten: Aber das geht leider nicht, weil dann eben zu viel Strom verloren geht, d. h. beim Durchfließen des Drahtes in Wärme umgewandelt wird. Je stärker die Ströme sind, die ich leiten will, desto stärker muss ich auch meine Drähte wählen, und schließlich komme ich an eine Grenze, wo die Drähte zu Stangen werden und die ganze Sache so teuer, dass von vornherein jede Rentabilität ausgeschlossen ist.

Aber da verfiel man plötzlich auf einen vorzüglichen Ausweg. Gleich wie man ein Gefäß mit Wasser in einer bestimmten Zeit entweder dadurch füllen kann, dass man einen starken Strahl langsam, oder auch, dass man einen dünnen Strahl schnell hereinlaufen lässt, so kann man auch eine gewisse Menge Elektrizität innerhalb bestimmter Zeit entweder dadurch befördern, dass man einen starken Strom mit ›niedriger Spannung‹ durch den Draht treibt oder einen schwachen Strom unter ›hoher Spannung‹. Je höher die Spannung, desto schwächer kann der Strom sein, und es wird doch dasselbe geleistet.

Dem Draht ist die Spannung, d. h. die Schnelligkeit, mit der der Strom durchfließt, im Allgemeinen höchst gleichgültig, seinen Tribut erhebt er nur nach Maßgabe der Stärke des durchfließenden Stromes. Man kann also die ›Verluste‹ in den Drahtleitungen dadurch vermindern, dass man geringe Stromstärken mit hoher Spannung fortleitet. Praktisch hat das allerdings seine Grenze, denn wenn die höhere Spannung auch davor schützt, dass sich allzu viel Strom unterwegs in Wärme verwandelt, so begünstigt sie auf der anderen Seite sein ›Ausreißen‹. Er zeigt alsdann große Neigung bei irgendeiner sich darbietenden Gelegenheit den Draht zu verlassen und richtet dabei unter Umständen noch gewaltigen Unfug an. Aber auf dieses schwierige, zum Teil noch nicht völlig durchforschte Gebiet wollen wir uns nicht herüber­begeben. Genug, es gibt gewisse obere Grenzen, die man aus Gründen der Sicherheit der Fortleitung und der Sicherheit der den Leitungen zu nahe kommenden Menschen nicht überschreitet.

Wenn es uns nun auch höchst unwillkommen ist, wenn der Strom sich unterwegs in Wärme verwandelt, und die Drähte höchstens zum Vergnügen der Spatzen sich erwärmen, so machen wir andererseits auch von dieser Umwandlungsmöglichkeit praktischen Gebrauch. Wir wickeln zum Beispiel aus Eisendraht oder einem anderen die Elektrizität schlecht leitenden Metall eine Spirale und schicken den Strom hindurch, auf diese Weise schaffen wir uns einen elektrischen Heizkörper. Wir können diese Drahtwindungen auch gleich in Töpfe, Tiegel, Plätt­eisen und dergleichen unterbringen und haben dann die schönste Gelegenheit, ohne Feuer zu kochen, zu braten und zu bügeln. Allgemein verbreitet ist die Anwendung allerdings nicht, teils, weil sie noch verhältnismäßig neu ist, teils wegen der nicht unbedeutenden Kosten; aber schön, reinlich und bequem ist diese Heizung, und wenn der elektrische Strom billig ist, auch durchaus erschwinglich.

Statt Eisendraht können wir natürlich auch andere Körper verwenden, die dem Strom hohen Widerstand leisten, d. h. ihm möglichst viel Wärme abzapfen, so hat man neuerdings für diese Zwecke ein kohlen­ähnliches Pulver zusammengesetzt, das unter dem Namen ›Kryptol‹ im Handel erschienen ist und gleichfalls den Zwecken elektrischer Heizung dient.

Doch wie gesagt, die Verwendung des elektrischen Stromes zu Heizzwecken ist unbedeutend, die Erzeugung geringer Wärmegrade, wie sie eine gesunde rationelle Heizung verlangt, ist wenig ökonomisch. Wenn wir aber viel elektrischen Strom durch besonders dünne Drähte von hohem Widerstand treiben, so steigert sich die Wärmeentwicklung schließlich zur leuchtenden Glut: Wir erhalten die elektrische Glühlampe. Da jeder weißglühende Körper eine große Neigung zum Verbrennen besitzt, machen wir dieses Experiment freilich nicht offen, sondern wir schließen den dünnen Draht oder Faden in eine luft­entleerte Glasbirne ein, wo er keinen Sauerstoff vorfindet, der ihm beim Verbrennen notwendig wäre. Dann muss er sich uns fügen und sich aufs Glühen, d. h. aufs Leuchten beschränken. Statt Draht nahm man in der ersten Zeit, und heute noch vielfach, auch dünne Kohlenfäden, die sich ganz ebenso verhalten, d. h. bei Durchgang von verhältnismäßig wenig Strom in strahlende Weißglut geraten. Später erkannte man, dass es doch vorteilhafter ist, Metalldrähte zu verwenden, freilich nur Metalldrähte, die sehr schwer schmelzbar sind, wozu unter anderen das in den letzten Jahren entdeckte Osmium, das noch jüngere Tantal, und vor allem das Wolfram gehört. Diese letzten beiden Metalle brauchen weniger Strom, um in Weißglut zu geraten, wie die Kohle, die aus ihnen verfertigten Lampen brennen also sparsamer.

Ähnlich verhalten sich auch gewisse Erden, die, wenn man sie erst einmal erwärmt hat, den Strom, wenn auch sehr ungern, leiten, was jedoch durchaus nach unserm Sinn ist, denn dünne, aus ihnen verfertigte Stäbchen geraten dann beim Hindurch­schicken des Stromes sehr bald in Weißglut. Auf dieser Tatsache beruhen die bekannten Nernstlampen.

Wir sehen: Von der Größe des Widerstandes, der sich dem elektrischen Strom entgegensetzt, ist es abhängig, dass und wie stark er sich in Wärme bzw. Glut umsetzt. Mit den höchsten Widerstand bietet ihm aber die Luft, und das ist gut, denn sonst würde er eben nicht in den Drähten bleiben, sondern aus ihnen überall in die Luft entweichen. Wenn wir ihm nun nur eine ganz kleine Schicht von Luft entgegenstellen, vielleicht dass er sich dann bewegen lässt, hindurch­zuwandern und kräftige Hitze zu erzeugen? Es ist gelungen, und die Lampen, die hierauf beruhen, sind unsere Bogenlampen. Zwei Kohlenstäbe leiten den Strom, ihre Enden stehen nur wenige Millimeter voneinander entfernt: Bringt man sie kurz zur Berührung, hat der Strom also erst einmal seinen Weg durch sie hindurch­gefunden, dann fließt er auch weiter, wenn man sie wieder etwas voneinander entfernt. Die hierbei erzeugte Wärme ist ganz enorm, sie geht hoch in die Tausende von Grad herauf und bringt es zuwege, dass die schwarzen Kohlen in glänzende Weißglut geraten. Die hohen, auf diese Weise erzeugten Temperaturen haben dann auch noch anderweitig Verwendung gefunden, z. B. zum Schmelzen von widerspenstigen Stoffen, zum elektrischen Löten und Schweißen. Man hat auf diese Weise Straßenbahnschienen, Maschinenteile u. dgl. zusammengeschweißt. Außerdem wird der elektrische Strom heute mittel- und unmittelbar in umfangreichem Maße zur Stahlbereitung verwendet, jedoch meist in einer Form, die mehr auf das im Anfang Gesagte zurückgeht. Durch sogenannte Transformatoren verwandelt man elektrischen Wechselstrom von sehr hoher Spannung und geringer Stärke in Strom von ganz niedriger Spannung, aber enorm großer Stärke. Und diesen mächtigen starken Strom zwingt man dann, durch das aufzubereitende Roheisen hindurchzugehen, das dann bald flüssig wird, ohne dass es mit irgendeiner Flamme in Berührung kommt. Der Erfinder dieses elektrischen Schmelzofens ist der Schwede Kjellin.

Alles in allem: Der Nutzen, den uns die Wärmewirkung des elektrischen Stromes bietet, ist, wie man sieht, so groß, dass die kleinen Unannehmlichkeiten dagegen verschwinden. Mutter Natur ist eine große Lehrmeisterin der Bescheidenheit: Willst du meine Vorteile, so nimm auch meine Nachteile mit in Kauf, eins nicht ohne das andere. Aber sie belohnt uns durch ein Überwiegen der Vorteile, wenn wir es nur richtig anfangen.

Entnommen aus dem Buch:

• Neuerscheinung •

Siegfried Hartmann

Naturwissenschaftlich-Technische Plaudereien

Naturwissenschaft und Technik bilden die Grundpfeiler unserer Kultur. Alles, was das moderne Leben von früheren Epochen der Menschheit in charakteristischer Weise unterscheidet, beruht in letzter Linie auf den Fortschritten des Naturerkennens und der wachsenden Fähigkeit, Kräfte der Natur in den Dienst der Menschen zu zwingen.
Der Ingenieur und technische Publizist Siegfried Hartmann (1875 – 1935) bewegte die größeren Tageszeitungen dazu, regelmäßig allgemeinverständliche Artikel zu veröffentlichen, die in unterhaltender Form die wichtigsten technischen und naturwissenschaftlichen Erscheinungen dem Verständnis des Lesers näherbringen. Aus diesen Aufsätzen stellte Hartmann für dieses Buch einen repräsentativen Querschnitt zusammen.

  PDF-Leseprobe € 18,90 | 182 Seiten | ISBN: 978-3-695-71317-2

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