Zur Geschichte der Stromspeichertechnik
Von Tim Schäfer, Envites Energy
(Diesmal nicht zu Li-Ionen-Batterien und Elektromobilität, 4. Advent 2016)
Im Dresdener Zwinger, gibt es das Museum „Mathematisch-Physikalische Salon“ des August des Starken. Der Mathematisch-Physikalische Salon wurde 1728 unter August dem Starken gegründet und ist bis heute eines der weltweit bedeutendsten Museen historischer wissenschaftlicher Instrumente. Darin, fast am Ende, findet sich ein beeindruckendes Exemplar, eine Leidener Flasche, historischer Beweis einer bemerkenswerten Stromspeichertechnik „Großer Kondensator“:
Quelle: Battery University
Für das Jahr 1745 verzeichnet die batteryuniversity Ewald Georg von Kleist mit der Erfindung der Leidener Flasche, doch was ist der Hintergrund und ist eine Leidender Flasche?
Von Kleist war eigentlich Jurist, ein gutes Beispiel dafür, wozu Rechtsfachleute in der Lage sind.
Ewald Georg von Kleist führte nämlich oft naturwissenschaftliche Experimente durch. Er erfand am 11. Oktober 1745 in Cammin die elektrische Verstärkungsflasche. Diese wurde kurz darauf von dem Leidener Professor der Experimentalphysik, Petrus von Musschenbroek, noch einmal erfunden. Dieser erste elektrische Kondensator wurde somit teils als Kleistsche Flasche, vor allem aber nach dem Ort der zweiten Erfindung als Leidener Flasche bekannt.
Die sogenannte Leidener Flasche (auch Kleistsche Flasche, Kondensationsflasche oder Flaschenkondensator) soll die älteste Bauform eines Kondensators (Zylinderkondensator) darstellen. Auf der Innen- und Außenseite eines Glasgefäßes (beispielsweise einer Flasche) sind Metallbeläge angebracht; das Glas isoliert. Leidener Flaschen besitzen eine hohe Spannungsfestigkeit und werden daher vor allem als Hochspannungskondensatoren eingesetzt.
Die Leidener Flasche ist im Prinzip nichts anderes als ein einfacher Kondensator, und Kondensatoren kommen ist fast allen Elektrogeräten zum Einsatz.
Das Prinzip der Leidener Flasche wurde laut Wikipedia unabhängig voneinander 1745 von dem Domdechanten Ewald Georg von Kleist in Cammin (Pommern) und 1746 von dem Physiker Pieter van Musschenbroek in Leiden entdeckt.
Kleist hatte bei Experimenten einen Nagel in eine wassergefüllte Flasche gesteckt und an eine Elektrisiermaschine angeschlossen. Beim späteren Herausziehen des Nagels erhielt er einen kräftigen elektrischen Schlag.
Musschenbroek machte eine ähnliche Erfahrung. Verschiedene Gelehrte wiederholten den Versuch und variierten die Anordnung.
Johann Heinrich Winckler verlegte den Leiter von der Mitte an die Innenwand der Flasche, umgab sie mit einer Ummantelung aus Metall und experimentierte mit verschiedenen Flüssigkeiten wie Wasser, geschmolzener Butter und Wein.
Ihre endgültige Form erhielt die Leidener Flasche 1748 durch die beiden Londoner Ärzte William Watson und John Bevis. Sie verzichteten beide auf die Flüssigkeit und verkleideten die Flaschenwände innen und außen mit Stanniol. Der Danziger Physiker Daniel Gralath verband erstmals mehrere Leidener Flaschen zu einer Reihe und konnte so die Wirkung erhöhen.
Anhand der rechts abgebildeten zerlegbaren Leidener Flasche wurde festgestellt, dass die Ladung nach dem Zerlegen teilweise im Glaskörper gespeichert bleibt – die Einzelteile lassen sich handhaben, nach dem Zusammenbau erscheint die Ladung wieder auf den Elektroden und kann zu einem Funken oder Stromschlag führen. Ebenso kann eine entladene Leidener Flasche einige Zeit danach wieder Ladung aufweisen. Siehe hierzu Dielektrische Absorption.
Michael Faraday machte wohl dann darauf aufmerksam, dass zwischen einem geladenen leitfähigen Teil und einer Leidener Flasche kein prinzipieller Unterschied besteht: Wird ein Metallteil isolierend in der Luft gehalten und beispielsweise positiv geladen, so sammelt sich in der Umgebung, etwa den Wänden eines Zimmers, durch Influenz negative Ladung. Die Zimmerwände bilden dann gewissermaßen die äußere Belegung der Flasche, die zwischenliegende Luft die sehr dicke, isolierende Schicht.
Die Leidener Flasche unterscheidet sich nur durch die größere elektrische Kapazität vom einfachen Leiter. Sie beträgt bei typischen Leidener Flaschen (Glas mit elektrolytisch aufgebrachten Kupferüberzügen) in Demonstrationsexperimenten 10−9 bis 10−8 Farad.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Leidener_Flasche
Vorsicht! Eine Versuchsanleitung:
Man umwickele das Glas von außen mit der Alufolie, wobei der Abstand der Folie zum oberen Rand des Glases etwa einen Zentimeter betragen sollte. Die Innenseite des Glases wird ebenfalls mit Alufolie ausgekleidet, wobei die Folie in diesem Fall nun etwa einen Zentimeter über den Rand hinaussteht. Dann nimmt man das Kabel und entferne an beiden Enden auf etwa einen Zentimeter Länge die Isolierung, indem man sie mit einer Schere mit einer drehenden Bewegung bis zum Draht einschneidet und dann abzieht.
Das eine Ende des so präparierten Kabels klebt man mit Klebeband an die äußere Alufolie, und zwar im oberen Viertel des Glases. Die Leidener Flasche ist nun fertig. Um diese aufzuladen, stellt man den Fernseher an und wischt mit der inneren, über den Glasrand hinausstehenden Alufolie über den Fernsehbildschirm. Diesen Vorgang wiederholt man mehrere Male. Stellt man dabei den Fernseher aus und an, kann man den Ladevorgang beschleunigen.
Da es Fernseher nicht besonders gut vertragen, wenn man sie in sehr kurzer zeitlicher Abfolge an- und ausschaltet, sollte man auf jeden Fall zwischen Aus- und Anschalten ca. 15 bis 20 Sekunden warten. Danach nehme man das Kabel, das an der äußeren Alufolie festgeklebt ist, halte es an die Folie im Inneren des Glases und beobachte den Blitz.
Literatur: Waltet Conrad (Hrsg.): Geschichte der Technik in Schlaglichtern, 1997, Meyers Lexikonverlag, S. 58.