LVIII. Ueber den Einfluß der atmosphärischen Elektricität auf die Drähte der elektrischen Telegraphen; von Prof. Joseph Henry. Aus dem Philosophical Magazine, März 1847, S. 186. Henry, über den Einfluß der atmos. Elektricität auf die Drähte der elektr. Telegraphen. Die Einwirkung der atmosphärischen Elektricität auf die Drähte elektrischer Telegraphen ist zu jetziger Zeit ein Gegenstand von hoher Wichtigkeit, sowohl in praktischer Hinsicht, als wegen der vielen rein wissenschaftlichen Fragen, welche sich daran knüpfen. Ich habe eine Reihe darauf bezüglicher Thatsachen gesammelt; es sind theils Beobachtungen mehrerer Personen auf den vorzüglichsten (amerikanischen) Telegraphenlinien, theils von mir selbst während eines Gewittersturms am 19. Junius 1846 gemachte, wo ich mich durch einen glücklichen Zufall gerade im Telegraphen-Bureau zu Philadelphia befand, während eine Reihe sehr interessanter elektrischer Erscheinungen sich darbot. Ich werde bei Gelegenheit des Vortrags derselben mich öfters auf die Resultate meiner frühern Untersuchungen über dynamische Elektricität berufen müssen. Nach allem was man über die Einwirkung der atmosphärischen Elektricität auf Telegraphendrähte weiß, können auf verschiedene Weise Wirkungen stattfinden: 1) Die Drähte des Telegraphen können von einer directen Entladung des Blitzes aus den Wolken getroffen werden; mehrere Fälle dieser Art wurden während der gegenwärtigen Jahreszeit aufgezeichnet. Am 20 Mai (1846) schlug der Blitz in den oberen Theil des Drahts, welcher von einem hohen Mastbaum auf dem Platze, wo der Telegraph über den Hackinsackfluß geht, getragen wird. Das Fluidum lief längs des Drahts von dem Punkte an, wo die Entladung stattfand, sieben (englische) Meilen weit und schlug dabei in unregelmäßigen Zwischenräumen in die Tragpfähle hinab. Ueberall, wo eine Entladung in einen Pfahl stattfand, wurde eine Anzahl scharfer aufeinander folgender Explosionen gehört, ähnlich dem schnellen Knall mehrerer Büchsen. Bei einem andern Sturm wurde der Draht an zwei Stellen auf der Straße zwischen Philadelphia und New-York getroffen; an einer dieser beiden Stellen wurden zwölf Pfähle, an der andern acht Pfähle getroffen. Im letztern Fall wurde die merkwürdige Thatsache beobachtet, daß je ein zweiter Pfahl der Entladung entging; dieselbe Erscheinung wurde, obwohl in minderer Schärfe, beim Hackinsackfluß beobachtet. In einigen Fällen sah man den Blitz längs des Drahts als einen Lichtstrom laufen; in einem andern Fall wird er als von dem Drahte aus an gewissen Punkten explodirend beschrieben, obwohl keine Körper in der Nähe waren, die ihn von dem Conductor anziehen konnten. Bei Erörterung dieser und anderer später zu erwähnenden Thatsachen halten wir es für das Zweckmäßigste, die Grundsätze und Sprache jener Theorie anzunehmen, welche die Erscheinungen der Elektricität der Wirkung eines Fluidums zuschreibt, dessen Theilchen einander zurückstoßen und von den Theilchen anderer Materien angezogen werden. Wenn auch nicht behauptet werden kann, daß diese Theorie der Ursache der Erscheinungen, wie sie die Natur hervorbringt, wirklich gemäß ist, so ist doch so viel gewiß, daß sie ein dem jetzigen Stand der Wissenschaft angemessener genauer Ausdruck für die Gesetze der elektrischen Wirkung ist, soweit dieselben ermittelt wurden; und daß, obwohl es eine Anzahl von Erscheinungen gibt, welche mit dieser Theorie noch nicht in Einklang gebracht wurden, doch auch keine direct mit ihr in Widerspruch steht. Daß die Telegraphendrähte häufig von einer directen Entladung des Blitzes getroffen werden, ist nicht zu verwundern, wenn wir die große Länge des Conductors und folglich auch die vielen Punkte längs der Erdoberfläche betrachten, welche er mit seiner besonderen Neigung, die Entladung des Himmels in sich aufzunehmen, passiren muß. Auch muß in Folge der großen Länge des Conductors, die repulsive Wirkung der freien Elektricität der Wolke die natürliche Elektricität des Conductors um so leichter gegen das Ende der Linie hintreiben, und dadurch den negativen Zustand des näher liegenden Theils des Drahts intensiver machen und folglich die Anziehung des Metalls für die freie Elektricität der Wolke vergrößern. Es ist jedoch nicht wahrscheinlich, daß die Anziehung einer so kleinen Quantität von Materie, wie die des Telegraphendrahts ist, an und für sich (so intensiv sie auch seyn mag) eine elektrische Entladung vom Himmel verursachen könne; doch kann, wenn die Entladung von einer andern Ursache ausgeht, z.B. wenn sie durch die Anziehung einer großen Masse eines leitenden Körpers in der Nähe veranlaßt wird, die Anziehung des Drahts hinreichen, um die Richtung des herabfahrenden Blitzstrahls zu verändern und ihn theilweise oder ganz an den Draht zu ziehen. Man darf auch nicht vergessen, daß vermöge der vollkommenen Leitung eine Entladung an irgend einem Theile des Drahts auf jeden andern Theil der damit in Verbindung stehenden Linie Einfluß haben muß, wenn diese auch Hunderte von Meilen lang ist. Daß der Draht sich auf eine Anzahl aufeinanderfolgender Pfähle entladen werde, ist eine Thatsache, die ich nach meinen frühern Untersuchungen über die seitliche Entladung eines einen Strom freier Elektricität fortleitenden Conductors erwartet hatte. In einer der brittischen Gesellschaft im J. 1837 eingereichten Abhandlung über diesen Gegenstand zeigte ich, daß wenn Elektricität unter Explosion in einen Conductor schlägt, dieser gern Funken an alle ihm nahestehenden Körper abgibt, wenn er auch noch so gut mit der Erde in Verbindung gesetzt ist. Bei einem Versuche, wo man von einer kleinen Maschine Funken an die Spitze eines Blitzableiters überschlagen ließ, welcher in Uebereinstimmung mit der vom französischen Institute gegebenen Vorschrift errichtet worden war, konnten aus jedem Theil der Stange, sogar zunächst dem Boden, entsprechende Funken gezogen werden. In einer derselben Gesellschaft seitdem gemachten Mittheilung gelang es mir diese Erscheinung auf die Thatsache zurückzuführen, daß während der Fortpflanzung einer Quantität Elektricität durch einen Blitzableiter die Oberfläche des Conductors successive, gleichsam mit einer Welle der Flüssigkeit beschickt wird, welche, wenn sie einem gewissen Punkt gegenüber angelangt ist, einen Funken an einen benachbarten Körper abzugeben strebt, aus demselben Grund wie der geladene Conductor einer Maschine unter gleichen Umständen ebenfalls einen Funken abgibt. Man könnte auf den ersten Blick vermuthen, daß die überschüssige Elektricität des Conductors sich beim Abgeben des ersten Funkens erschöpfen müßte und eine zweite Entladung nicht stattfinden kann; allein es muß bemerkt werden, daß die Welle freier Elektricität auf ihrem Weg von jenem Antheil des noch nicht geladenen Conductors, welcher ihrem jeweiligen Aufenthalt unmittelbar vorausgeht, beständig angezogen wird, und daher rührt es, daß nur ein Theil des ganzen Ueberschusses von Elektricität an einer Stelle abgegeben wird, indem die Schnelligkeit der Transmission der Welle beim Vorüberkommen an dem benachbarten Körper und ihre Anziehung zum Draht, eine gänzliche Entladung an irgend einer einzelnen Stelle verhindern. Die Intensität der successiven Explosionen erklärt sich durch den Umstand, daß die Entladung aus den Wolken in der Regel nicht aus einer einzelnen Elektricitäts-Welle besteht, sondern aus einer Anzahl von Entladungen, welche längs derselben Richtung schnell aufeinanderfolgen, oder aus einer continuirlichen Entladung von meßbarer Dauer; und daher kömmt es, daß der Telegraphendraht im Stande ist eine ungeheure Menge des so auf eine lange Strecke des Conductors vertheilten Fluidums fortzuleiten. Die merkwürdigen Thatsachen, daß die Elektricität in die Luft explodirt und in die Pfähle in ununterbrochener Aufeinanderfolge einschlägt, finden eine wahrscheinliche Erklärung in einem andern elektrischen Gesetz, welches ich entdeckte, daß nämlich allemal, wenn das Gleichgewicht der Gesammt-Elektricität, welche wir als im ganzen Erdenraum existirend annehmen müssen, gestört wird, der Zustand der Ruhe durch eine Reihe abnehmender Oscillationen wieder erreicht wird. So zeigte ich, daß bei Entladung einer Leidener Flasche die auftretenden Erscheinungen sich nicht durch bloße Annahme des Uebergangs einer gewissen Menge des Fluidums von der Innen- zur Außenseite der Flasche erklären lassen, sondern daß außerdem noch das Vorhandenseyn mehrerer Wellen hinten und vorne, bis das Gleichgewicht erreicht ist, angenommen werden muß. Im Falle der Entladung aus einer Wolke wird eine Welle der natürlichen Elektricität des Metalls von dem Punkte aus, auf welchen die Entladung fällt, gegen beide Enden des Drahts zurückgestoßen, dann zurückgeworfen und begegnet auf ihrem Rückweg successive den verschiedenen Wellen, welche die Entladung der Wolke ausmachen. Diese Wellen stoßen daher an gewissen Punkten längs des Drahts aufeinander, erzeugen hier für einen Augenblick Wellen von der doppelten Größe und erhöhen das Streben des Fluidums auf diesen Punkten aus dem Conductor zu entweichen. Ich will nicht behaupten, daß die beobachteten Wirkungen in der That auf diese Art veranlaßt wurden, sondern nur dem Gedanken Eingang verschaffen, daß bekannte Gesetze der elektrischen Thätigkeit uns unter gewissen Umständen solche Resultate erwarten lassen. 2) Der Zustand des Drahts kann durch die Leitung eines elektrischen Stroms von einer Strecke zu einer andern, ohne Vorhandenseyn einer Gewitterwolke eine Störung erfahren, und dieser Fall kann bei einer langen Linie eintreten, wenn der elektrische Zustand der den Draht an einer Stelle umgebenden Atmosphäre verschieden ist von demjenigen an einer andern Stelle. Nun ist bekannt, daß eine bloße Verschiedenheit in der Höhe von einem Wechsel in dem elektrischen Zustand der Atmosphäre begleitet ist. Ein mittelst eines Papierdrachen in die Höhe gebrachter Conductor gibt an einem vollkommen heitern Tag positiv elektrische Funken; wenn daher eine Telegraphenlinie über einen hohen Bergrücken geht, so wird auch bei heiterm Wetter beständig ein Strom von den höhern zu den tiefern Punkten des Conductors stattfinden. Auch auf einer langen wagrechten Linie kann ein Strom erzeugt werden durch die Niederschlagung von Dünsten in Form von Nebel an dem einen Ende, während die Luft am andern Ende hell bleibt; oder durch das Eintreten eines Regen- oder Schneesturms auf einem Punkt der Linie, während die anderen Theile des Drahts diesem Einfluß nicht ausgesetzt sind. Es wurden Ströme beobachtet, die von hinreichender Kraft waren, um die zeichengebende Maschinerie des Telegraphen in Bewegung zu setzen, und welche durch eine dieser Ursachen veranlaßt worden seyn mußten. In einem Falle begann die Maschinerie von freien Stücken zu arbeiten ohne Beihülfe der Batterie, während an einem Ende der Linie Schnee fiel und am andern heiteres Wetter war. Ein anderesmal beobachtete man, daß ein elektrischer Strom zwischen zwei Punkten, da wo der Draht gebrochen war, überging; er glich einem beinahe erlöschenden Gaslicht. Eine constante Wirkung dieser Art ist ein Zeichen eines beständigen Zuflusses von Elektricität an einem Theile des Drahts und einer beständigen Entladung am andern Theile. 3) Die natürliche Elektricität des Telegraphendrahts kann durch die gewöhnliche elektrische Induction einer entfernten Wolke gestört werden. Man denke sich, eine Gewitterwolke werde vom Winde so getrieben, daß sie quer über das eine Ende der Telegraphenlinie in der Höhe von etwa einer Meile dahin fährt; während der ganzen Zeit der Annäherung der Wolke an den Punkt, wo sie gerade über den Draht zieht, würde die Abstoßung der überschüssigen Elektricität, mit welcher sie geladen ist, immer mehr von der natürlichen Elektricität des Drahts gegen das vordere Ende der Linie hintreiben und dadurch einen Strom erzeugen. Wenn die Wolke an dem Punkt zunächst dem Drahte an langt, würde der Strom für einen Augenblick aufhören; und da die Abstoßung durch das Weiterziehen der Wolke allmählich geringer würde, so käme die natürliche Elektricität des Drahts auch allmählich wieder auf ihren normalen Zustand zurück, wodurch ein Strom in entgegen gesetzter Richtung entstünde. Würde die Wolke von dem Wind parallel mit der Telegraphenlinie getrieben, so würde ein Strom nach jedem Ende des Drahts erzeugt werden, und diese Ströme würden mit den verschiedenen Stellungen der Wolke ihre Intensität beständig verändern. Wenn auf diese Weise erzeugte Ströme auch zu schwach wären, den zeichengebenden Apparat in Gang zu setzen, so können sie doch stark genug seyn, um auf den Strom der Batterie so einzuwirken, daß der Gang der Maschinerie gestört wird. 4) Mächtige elektrische Ströme werden in den Telegraphendrähten durch die Einwirkung dynamischer Induction von jedem Blitzstrahl er zeugt, welcher im Umkreis von vielen Meilen der Linie stattfindet; diese Einwirkung unterscheidet sich von der zuletzt beschriebenen dadurch, daß sie das Resultat des Einflusses in Bewegung befindlicher Elektricität auf die natürliche ElektricitätElektrictät des Conductors ist. Die Wirkung dieser Induction, die fruchtbarste Quelle von Störungen, zeigen am deutlichsten einige von mir selbst angestellte, der amerikanischen Gesellschaft der Wissenschaften im J. 1843 mitgeteilte Versuche. Ein Kupferdraht wurde mittelst seidener Schnüre an der Decke eines Zimmers im oberen Stockwerk so aufgehangen, daß er ein Parallelogramm von 60 Fuß Länge auf 30 Fuß Breite bildete; im Keller desselben Hauses, gerade darunter, wurde ebenfalls ein Parallelogramm von denselben Dimensionen angebracht. Als man nun den Funken einer Elektrisirmaschine durch das obere Parallelogramm leitete, entstand in dem untern ein inducirter Strom, der stark genug war um Nadeln zu magnetisiren, obwohl zwei Geschosse dazwischen und die Conductoren 30 Fuß weit von einander entfernt waren. Bei diesem Versuch ging keine Elektricität durch die Stockwerke von einem Conductor zum andern über, sondern die Wirkung war ganz Folge der repulsiven Einwirkung der in dem obern Draht in Bewegung befindlichen Elektricität auf die natürliche Elektricität des untern. Bei einem andern Versuch wurden zwei etwa 400 Fuß lange Drähte zwischen zwei Gebäuden parallel gespannt; ein durch den einen Draht geleiteter elektrischer Funke erzeugte in dem andern einen Strom, obwohl sich beide 300 Fuß auseinander befanden; aus allen Versuchen ergab sich, daß der Abstand ins Unbestimmte vergrößert werden darf, wenn nur den Drähten eine entsprechende Länge gegeben wird. Daß dieselbe Wirkung durch die Repulsivkraft der elektrischen Entladung am Himmel hervorgebracht wird, beweist folgende Abänderung obiger Anordnung. Einer der Drähte wurde entfernt und der andere an dem einen Ende so verlängert, daß er in meine Studirstube und von da durch ein Kellerfenster in einen nahen Brunnen hinabreichte. Bei jedem Blitzstrahl, der sich innerhalb eines Umkreises von wenigstens 20 (engl.) Meilen von Princeton am Himmel zeigte, wurden durch den im Draht entstandenen inducirten Strom Nadeln magnetisirt. Dieselbe Wirkung wurde hervorgebracht durch Anlöthen eines Drahts an das metallene Dach des Hauses und Herunterleiten desselben in den Brunnen; bei jedem Blitzstrahl wurde eine Reihe von Strömen in abwechselnden Richtungen in dem Drahte hervorgebracht. Diese Resultate führten mich auch zu der Folgerung, daß über eine Eisenbahnlinie inducirte Ströme gehen müssen, und ich fand, daß dieß wirklich der Fall ist. Da wo die Schienen zusammenstoßen, wurden bei jedem Blitze einer entfernten Gewitterwolke Funken wahrgenommen. Aehnliche Wirkungen, aber in höherem Grade, müssen im Draht eines Telegraphen bei jeder Entladung am Himmel eintreten, und die am 19. Junius im Telegraphen-Bureau zu Philadelphia beobachteten Erscheinungen waren, wie ich überzeugt bin, dieser Art. Während der Mittheilung der Congreß-Nachrichten von Washington nach Philadelphia und von da nach New-York begann der Apparat unregelmäßig zu gehen. Der Operator an jedem Ende der Linie zeigte zu derselben Zeit einen Sturm zu Washington und einen bei der Stadt Jersey an. Der Theil der Kette des Telegraphen, welcher in das Haus hineinging und mit dem einen Pol der galvanischen Batterie in Verbindung stand, war zufällig weniger als einen Zoll von dem Draht entfernt, welcher dazu diente die Verbindung des andern Pols mit der Erde herzustellen. Ueber diesen Raum sah man in Zwischenräumen von je einigen Minuten eine Reihe Funken in rascher Aufeinanderfolge überspringen; und als eines dieser Gewitter Philadelphia so nahe kam, daß der Blitz gesehen werden konnte, wurde jede Reihe von Funken zu gleicher Zeit mit einem Blitz am Himmel wahrgenommen. Nun kann durchaus nicht angenommen werden, daß es wirklich zu gleicher Zeit in den Draht schlug, so oft ein Blitz stattfand; und in der That wurde beobachtet, daß Funken erzeugt wurden, als Wolke und Blitzstrahl mehrere Meilen östlich von der Drahtlinie entfernt waren. Daraus muß man nothwendig folgern, daß die während jenes Nachmittags wahrgenommenen elektrischen Phänomene lediglich die Wirkung der Induction, oder bloß die Störung der natürlichen Elektricität des Drahts waren, ohne einen Uebergang des Fluidums aus der Wolke in den Apparat. Die Entladung zwischen den zwei Theilen des Drahts hatte über eine Stunde gedauert, als die Wirkung so stark wurde, daß der Oberaufseher, für die Sicherheit des Hauses besorgt, den langen Draht mit den städtischen Gasröhren in Verbindung setzte und so den Strom ruhig in den Boden leitete. Ich war erstaunt über die Stärke des Stroms; es ist bekannt daß, um einen gewöhnlichen Galvanometer durch die gemeine Elektricität zu afficiren, eine große Batterie entladen werden muß; der in obigem Falle inducirte Strom war aber so bedeutend, daß die Nadel eines gewöhnlichen verticalen Galvanometers mit einem kurzen Draht von geringer Empfindlichkeit um mehrere Grade in Bewegung gesetzt wurde. Auch das von den Funken erregte stechende Schmerzgefühl war natürlich sehr groß. Wenn man die Kette unterbrach und die Theile dann mit dem Zeigefinger und Daumen vereinigte, so wurde die Entladung durch die Hand den ganzen Arm hinauf bis zur Schulter schmerzlich empfunden. Der Oberaufseher sagte mir, daß bei einer andern Gelegenheit ein Funke über die Drahtspirale der Schenkel des Hufeisenmagnets ging und an Intensität und Quantität so stark war, daß alle Drähte, über welche er hinfuhr, an Punkten, die in derselben geraden Linie waren, geschmolzen wurden, als wären sie mittelst eines scharfen Messers entzweigeschnitten worden. Die Wirkungen der mächtigen Entladungen der Wolken können großentheils verhütet werden, indem man in Zwischenräumen längs der Eisenbahn an der Seite der Tragpfähle einen Metalldraht spannt, welcher am untern Ende mit der Erde in Verbindung gesetzt wird und den man oben einen halben Zoll vom Telegraphendraht entfernt enden läßt. Durch diese Vorrichtung wird die Isolirung des Conductors nicht gestört, während der größte Theil der Ladung abgeleitet wird. Ich halte diese Vorsichtsmaaßregel für Stellen, wo die Linie über einen Fluß geht und von hohen Pfählen getragen wird, von großer Wichtigkeit; ebenso auch in der Nähe des Telegraphenbureau's, wo eine in den Draht nahe bei der Station fallende Entladung einen Strom in das Haus leiten kann, der stark genug wäre um ernste Unglücksfälle zu veranlassen. Vergesse man ja nicht das Schicksal des Prof. Richman zu St. Petersburg, welcher vermittelst eines dünnen Drahts, der von einem hohen Pfahle aus in sein Haus ging, vom Blitz getödtet wurde, als er Versuche über atmosphärische Elektricität anstellte. Die Gefahr jedoch, welche man von der Elektricität befürchtete, die den Draht verläßt und sich auf eine auf der Straße befindliche Person entladet, ist nach meinem Dafürhalten sehr klein; Elektricität von hinreichender Intensität, um eine Person in einem Abstand von 8 bis 10 Fuß vom Draht zu treffen, würde eher den nächsten Pfahl hinuntergeleitet werden. Doch gebietet die Klugheit, sich, wenn ein Gewitter in der Nähe ist, in einer gewissen Entfernung vom Drahte zu halten. Als ein von zwei Seiten mir mitgetheiltes interessantes Factum erwähne ich, daß man eine Menge kleiner Vögel mit ihren Krallen an den Telegraphen-Drähten hängend sah. Höchst wahrscheinlich wurden sie entweder durch eine unmittelbare Entladung, oder durch einen von einer entfernten Wolke inducirten Strom, während sie auf dem Drahte saßen, augenblicklich getödtet. Obwohl Unglücksfälle durch directe Entladung für das Personal der Telegraphen auf oben erwähnte Weise verhütet werden können, so kann doch die Wirkung auf die Maschinerie nicht ganz vermieden werden. Der rückständige Strom, welcher der Entladung längs der senkrechten Drähte entgeht, muß auf einen Augenblick den Strom der Batterie neutralisiren und Unregelmäßigkeit in der Wirkung des Apparats veranlassen. Die directe Entladung der Wolke in den Draht tritt verhältnißmäßig nicht oft ein, während der dynamische inductive Einfluß in der Jahreszeit der Gewitterstürme eine Quelle beständiger Störung seyn muß; es fällt mir gerade kein anderes Mittel bei, um dieser Wirkung zu begegnen, als die Batterie größer zu machen und die Empfindlichkeit des Magnets zu vermindern, so daß wenigstens die kleinern inducirten Ströme von der Maschinerie nicht gefühlt werden. Man muß sich erinnern, daß der inductive Einfluß in einem gewissen Abstand durch alle Körper, Leiter und Nichtleiter, hindurch stattfindet; daher kann auch kein Ueberzug, welchen man dem Draht gibt, die Entstehung inducirter Ströme verhindern. Ich halte es nicht für unwahrscheinlich daß, da man jetzt die Erde als Rückleiter des galvanischen Stroms benutzt, auch Mittel werden entdeckt werden, um den einfachen Draht unter der Erdoberfläche zu isoliren; es ist dieß durchaus nicht so schwierig, als die Isolirung zweier Drähte und die Verhinderung, daß der Strom von einem in den andern fahre. Ein in die Erde eingegrabener Draht würde in den meisten Fällen vor der Wirkung einer directen Entladung geschützt seyn; der inductive Einfluß aber würde sich, wenn auch in geringerm Grade, noch immer äußern. Die Telegraphendrähte sind zu dünn und von zu geringer Anzahl um, wie einige vermutheten, auf den elektrischen Zustand der Atmosphäre, durch Ausgleichung der Quantität des Fluidums an verschiedenen Orten und folglich Erzeugung eines minder veränderlichen Zustands des Wetters, von Einfluß zu seyn. Doch können die schwachen elektrischen Ströme welche beständig längs der Drähte einer langen Eisenbahn hinziehen, ein Mittel an die Hand geben, um viele interessante Thatsachen hinsichtlich des elektrischen Zustandes der Luft in verschiedenen Höhen zu entdecken.