Sechster Vortrag

Sechster Vortrag

„Werte Zuhörer!

I

In meinem letzten Vortrage haben Sie von den rätselhaften Vorgängen gehört, die sich beim Durchgang der Elektrizität durch verdünnte Gase abspielen. Heute will ich Ihnen einige Erscheinungen vorführen, die auf den Laien gewöhnlich einen noch wunderbareren Eindruck machen, für die der Physiker aber verhältnismäßig leicht ungezwungene Erklärungen gefunden hat. Es handelt sich heute umelektrische Schwingungen.

Lassen Sie mich jedoch zuerst einige Worte über das verlieren, was man in der Physik unter Erklärung versteht!

Hebe ich einen Stein in die Höhe und lasse ihn dann los, so fällt er zu Boden. Den meisten Menschen ist dies etwas völlig Selbstverständliches, und sie fragen gar nicht danach,warumder Stein fällt. Selbst Galilei, der die Fallgesetze entdeckt hat, der sich jahrelang mit fallenden Steinen experimentell beschäftigt hat, dachte nicht daran zu fragen,warumdie Steine fallen.

Erst der große Newton kam, als er — so erzählt man — einen Apfel vom Baume fallen sah, auf die bedeutungsvolle Frage:Warum?, eine Frage, die in der Philosophie schon vor Jahrtausenden von den Gelehrten der alten Kulturvölker aufgeworfen, die aber für naturwissenschaftliche Ereignisse im engeren Sinne vor noch nicht 250 Jahren zum ersten Male gestellt wurde.

Wenn Newton auch keine Antwort auf dieses ‚Warum?‘ fand, so ward ihm doch klar, daß diese geheimnisvolle Tatsache des fallenden Steinesselbstdie Antwort sei auf die Frage nach der Ursache von tausend anderen Naturereignissen. Ja, nach dem jetzigen Stande der Wissenschaften will es sogar den Anschein haben, daß wir überhauptalle Naturerscheinungen mit diesem Gesetz derSchwere, demGravitationsgesetz, dem in erster Linie der fallende Stein unterliegt, erklären können. Ich sagealleNaturerscheinungen, nicht nur etwa die mechanischen, nein, auch die akustischen, die optischen, die elektrischen, die chemischen, die Erscheinungen des organischen und sogar desgeistigenLebens[7].

Man sagt kurz, alle Naturereignisse können mit dem Gesetz der Schwereerklärtwerden. Wenn ich also z. B. frage: Warum dreht sich die Erde um die Sonne, und ich behaupte, weil ihre Masse dem Gravitationsgesetz unterliegt, kurz, weil sie schwer ist — genauere Ausführungen hierüber würden zu weit führen —, so habe ich nurscheinbareine Erklärung der Bewegung abgegeben, weil das Mittel, mit dem ich erklärt habe, selbst noch ein Rätsel ist. Und so, wie es bei diesem Beispiel ist, ist es mit allen Dingen unseres Erkennens; wir mögen forschen und suchen, so lange wir wollen, wir mögen noch so viel entdecken, zuletzt bleibt immer ein großes Fragezeichen stehen.

Aber wenn man nichts erklären kann, was bedeutet denn dann das Worterklären? Es bedeutet so viel wievergleichen. Ich vergleiche die Gesetze, nach denen der Stein fällt, mit denen, nach welchen die Himmelskörper sich bewegen, und finde, daß sie ähnlich oder gleich sind, oder daß sie in bestimmten Beziehungen zueinander stehen.

Wenn ich jetzt die Erscheinungen der elektrischen Schwingungen zuerklärenversuche, so vergleiche ich die Vorgänge mit Erscheinungen, die uns aus dem alltäglichen Leben geläufig sind. So habe ich früher schon z. B. den elektrischen Strom im Drahte mit dem Wasserstrom in einer Leitung verglichen[7].

Doch nun zur Sache!

Sie wissen, daß man einen elektrischen Strom transformieren kann, das heißt, daß man einen starken Strom mit geringer Spannung in einen schwachen Strom mit hoher Spannung umwandeln kann. Die Konstruktion und Wirkungsweise der Transformatoren, der Induktionsapparatehaben Sie in meinem vorletzten Vortrage kennen gelernt.

Es wird Ihnen noch erinnerlich sein, daß wir von den Funkeninduktoren eine umso größere Wirkung erhoffen durften, je plötzlicher wir den induzierenden Strom unterbrachen. Ich habe seinerzeit als den wirksamsten Unterbrecher den von Wehnelt, der bis zu 2000 Unterbrechungen in der Sekunde macht, erwähnt. Tatsächlich haben wir aber in einem Ihnen wohl vom ersten Vortrag her noch bekannten Apparat, in der Leidener Flasche ein Mittel, das uns erlaubt, durch den Induktionsapparat einen Strom zu senden, der in der Sekunde seine Richtung einige Millionenmal wechselt.

Um diese Erscheinung zu erklären, muß ich auf die Natur der elektrischen Funkenentladungen im allgemeinen näher eingehen.“

So weit vorläufig sei Rudis Vortrag wörtlich angeführt. Im folgenden wollen wir den Inhalt seiner Erklärungen und Experimente rein sachlich wiedergeben.

Elektrische Oszillation.

Wenn wir eine Leidener Flasche durch einen Funken entladen, so gleichen sich nicht etwa die entgegengesetzten Elektrizitäten der beiden Beläge einfach aus, sondern die Entladung geht recht umständlich vor sich. Während der Strom im ersten Augenblicke vom inneren zum äußeren Belege fließt, geht er im zweiten Augenblick in umgekehrter Richtung, im dritten wieder in der ursprünglichen und so fort, etwa 10- bis 20mal während der Dauer eines ungefähr ¹∕₈₀₀₀₀ Sekunde andauernden Funkens, eine Entdeckung, die man dem Physiker Feddersen zu Leipzig verdankt.

Abb. 192.U-Röhre zur Versinnlichung elektrischer Oszillation.

Abb. 192.U-Röhre zur Versinnlichung elektrischer Oszillation.

Dieses Hin- und Hergehen der Ladungen kann man durch ein einfaches Experiment leicht versinnlichen. Man füllt die beiden Schenkel einer 1 bis 2cmweiten,U-förmig gebogenen Glasröhre bis zur Hälfte mit irgend einer farbigen Flüssigkeit (Abb. 192). Darauf stellt man die Röhre schief, so daß sich der eine Schenkel ganz füllt,während der andere leer wird, verschließt den gefüllten Schenkel mit dem Daumen und richtet dann dieU-Röhre wieder auf. Nun soll der von der Flüssigkeit ausgefüllte Schenkel — es sei der rechte — die positive Ladung des einen Belages einer Leidener Flasche darstellen, der leere die negative Ladung des anderen Belages. Läßt man dann den Daumen los, so fließt die Flüssigkeit nicht etwa langsam zurück, bis sie auf beiden Seiten gleich hoch steht, wie bei dem Beispiel auf Seite 49, sondern sie schießt in dem linken Schenkelbeinaheebenso hoch in die Höhe, als sie zuerst im rechten war. Dann geht sie wieder zurück und so fort, bis sie erst nach einiger Zeit zur Ruhe kommt. In ähnlicher Weise, nur in viel kürzerer Zeit, schwanken die Ladungen der beiden Beläge einer Leidener Flasche hin und her.

Der Drehspiegel.

Rudi führte auch vor, wie man diese Tatsache nachgewiesen hat. Er hatte sich einen sogenannten Drehspiegel hergestellt; das ist eine Kombination von drei oder vier Spiegeln, die zu einem Prisma zusammengestellt und so montiert sind, daß sie sehr rasch um ihre Längsachse gedreht werden können.

Abb. 193. Der Drehspiegel.

Abb. 193. Der Drehspiegel.

Rudi stellte sich diesen Drehspiegel folgendermaßen her: Er ließ sich von einem Glaser drei belegte Spiegelscheiben schneiden, jede 15cmlang und 9cmbreit. Diese Scheiben klebte er mit Kolophonium-Wachskitt (Seite 79) auf ein aus Brettchen gefertigtes dreiseitiges Prisma so auf, daß dielangenSeiten der Spiegel die Längskanten des Prismas bildeten. Das Aufkitten mußte sorgfältig geschehen und es durfte mit dem Kolophonium dabei nicht zu sparsam umgegangen werden, da die Scheiben, um nicht von der Zentrifugalkraft abgeschleudert zu werden, sehr fest sitzen müssen. Oben und unten wickelte Rudi über sie je einige Lagen Schnur und überstrich diese mit Tischlerleim. Die übrige Anordnung und die Vorrichtung zum Drehen geht wohl hinreichend deutlich aus derAbb. 193hervor. Es sei nur noch erwähnt, daß die Achse des Spiegelprismas nicht zu schwach (mindestens 8mmstark) gemacht werden durfte undganz genau zentralsein mußte. Zum Antriebe verwendete Rudi das Übersetzungsrad der inAbb. 134(Seite 160) dargestellten Maschine. Die stets gut zu ölenden Lager wurden in der üblichen Weise (Seite 22) hergestellt.

Den Versuch führte Rudi folgendermaßen aus: Er stellte so, wie das aus der Abbildung zu erkennen ist, eine Leidener Flasche (Seite 46 u. f.) dem Spiegel gegenüber auf. Um den äußeren Belag der Flasche legte er einen Blechstreifen, an dem ein 2mmstarker Kupferdraht angelötet war; letzterer endete in eine kleine Messingkugel, die der durch eine Messingstange mit dem inneren Belag verbundenen gegenüber stand. Die Flasche wurde im mäßig verdunkelten Raum mit einem Funkeninduktor geladen, so daß ein kontinuierlicher Funkenstrom zwischen den Kugeln übersprang. Während nun Käthe den Funkeninduktor bediente, drehte Rudi den Spiegel und wies seine Hörer darauf hin, das Spiegelbild des Funkens zu betrachten. Dieses sah nicht, wie die meisten erwarteten, ebenso aus, wie der Funke selbst, sondern bei der Entladung sah man in dem Spiegel einen Lichtstreifen, der aber nicht zusammenhängend, sondern unterbrochen war; der Funke erschien im Spiegel als eine Reihe heller Punkte. Bevor Rudi diese Erscheinung näher erklärte, stellte er an Stelle der Leidener Flasche eine brennende Kerze auf, deren Spiegelbild beim Rotieren des Apparates zu einem kontinuierlichen Lichtband ausgezogen wurde.

„Was beweist dieser Versuch?“ begann unser junger Dozent die Erläuterung. „Sie wissen, daß ein Lichtstrahlvon einem Spiegel unter demselben Winkel zurückgeworfen wird, in dem er auffällt; in der gleichen Weise, wie ein Ball, der schief gegen die Wand geworfen wird, eben so schief, aber nach der anderen Seite, zurückprallt. Wenn die Lichtstrahlen der Kerzenflamme denruhendenSpiegel treffen, so wird man ein unverändertes Bild sehen; dreht sich aber der Spiegel, so fallen die Lichtstrahlen in jedem Augenblick in einem anderen Winkel auf die reflektierende Fläche, werden deshalb auch in anderer Richtung zurückgeworfen. Die Folge davon ist, daß wir einen breiten zusammenhängenden Lichtstreifen sehen. Ist nun aber das Lichtband nicht zusammenhängend, sondern unterbrochen, so ist das ein Beweis dafür, daß die Lichtquelle nicht fortdauernd Licht aussendet. Dies Schwanken des Lichtes des elektrischen Funkens können wir mit unseren Augen deshalb nicht unmittelbar erkennen, weil jeder Lichteindruck länger empfunden wird, als er in Wirklichkeit andauert. Deshalb sehen wir auch die hellen Punkte des Lichtbandes gleichzeitig auftreten, während der folgende tatsächlich erst dann erscheint, wenn der vorausgegangene verschwunden ist[8].

Diese Art einer elektrischen Entladung nennt man eineoszillierendeEntladung und den dabei die Leiter durchfließenden Strom einen Wechselstromhoher Frequenz.

Der Physiker Hertz hat nachgewiesen, daß von einem geladenen Leitersystem, das sich durch einen oszillierenden Funken ausgleicht,Wellenausgingen, die selbst zwar unsichtbar waren, aber sich nach denselben Gesetzen fortpflanzen wie die Lichtstrahlen, deren Wellennatur zuerst vonNewtongeahnt, später von Maxwell erkannt und in bestimmte Gesetze formuliert wurde.

Die Versuche, die beweisen, daß sich von einem oszillierenden Funken aus elektrische Wellen in den Raum ausbreiten, will ich nun hier vorführen. Ich muß jedoch vorher noch auf ein von Hertz angestelltes Experiment hinweisen, das ich leider nicht vorführen kann, da es mir trotz vieler Versuche infolge unzureichender Hilfsmittel nie gelang.

Hertz konstruierte einen Apparat, den Sie im Schema auf der Tafel hier aufgezeichnet sehen. (Käthe hängte eine Tafelauf, deren ZeichnungAbb. 194wiedergibt, und zeigte die von Rudi genannten Teile.) MitJist der Funkeninduktor bezeichnet, dessen sekundäre Pole durch eine FunkenstreckeFmiteinander verbunden sind. Von dieser Funkenstrecke sind nach beiden Seiten hin die DrähteLgespannt, die in Kugeln enden. Wurde der Funkeninduktor in Tätigkeit gesetzt, so ging beiF.ein Funkenstrom über und von den mitF.verbundenen Drähten gingen elektrische Wellen aus, die im stande waren, in dem fast zu einem Kreis geschlossenen LeiterAStröme hervorzurufen. Diese äußerten sich durch Entstehen von kleinen Fünkchen beiF′.

Abb. 194. Schema des Hertzschen Wellenversuches.

Abb. 194. Schema des Hertzschen Wellenversuches.

Abb. 195. Der Fritter (Schema).

Abb. 195. Der Fritter (Schema).

Der Fritter.

Aber gerade in der Kleinheit dieser Fünkchen liegt die Schwierigkeit der Versuche. Ich bediene mich deshalb im folgenden eines Apparates, der von Branly erfunden wurde, des sogenanntenFrittersoderKohärers. Sie sehen auf der zweiten Tafel das Schema eines Kohärers aufgezeichnet. (Hier hielt Käthe eine Tafel vor, auf der die inAbb. 195wiedergegebene Zeichnung zu sehen war.) In einer Glasröhre befinden sich zwei Metallkolben, zwischen denen sich feine Metallfeilspäne befinden. Da der Kontakt der losen Feilspäne sehr schlecht ist, so bietet eine derartige Röhre dem Strom eines galvanischen Elementes einen fast unüberwindlichen Widerstand. Wennwir also diese Röhre, den Fritter, mit einem GalvanoskopGin den Stromkreis eines ElementsEschalten, so zeigt das Galvanoskop auf Stromlosigkeit. Wird aber der Fritter von elektrischen Wellen getroffen, so sinkt der Widerstand der Feilspäne sofort bis auf ein ganz geringes Maß, und die Nadel des Galvanoskopes schlägt kräftig aus. Diesen Versuch kann ich Ihnen hier vorführen.“

Abb. 196. Der Fritter.

Abb. 196. Der Fritter.

Abb. 197. Zum Fritter.

Abb. 197. Zum Fritter.

Rudi führte den Versuch hierauf mit einem selbstgefertigten Fritter aus, dessen Konstruktion hier beschrieben sei.

An das Ende eines etwa 7cmlangen und 2mmstarken Kupferdrahtes (ainAbb. 196und197) wird ein etwa 3mmgroßes dünnes Silberplättchenbgelötet, das man aus einem Silberdraht durch Hämmern herstellt. Aus dem Rest des Silberdrahtes, den man sich von einem Juwelier beschafft — es braucht kein reines Silber, sondern kann eine geringere Legierung sein —, biegt man den Ringc, der etwa 4 bis 5mmweit sein soll. Man kann übrigens hierzu statt Silber auchNickel, im Notfall auchZinnverwenden. Andere Metalle, wie Kupfer oder Eisen,sind nur bei den gröbsten Versuchen verwendbar. Jetzt wird ein etwa 5 bis 6mmdicker Kork (k) in der Mitte durchbohrt, und der Drahtawird so hindurchgesteckt, wie dies aus den Abbildungen hervorgeht. Seitlich erhält der Kork eine Rinne zur Aufnahme des Drahtesc. Diese Teile werden so in eine passend weite Glasröhre (Gl) eingesteckt, daßbkonzentrisch incliegt; beide Teile sollen in derselben Höhe auf dem oberen Korkrand aufliegen. Kork und Glas werden noch mit heißem Siegellack abgedichtet. Wie dieser Apparat auf einem Grundbrett angebracht wird, geht aus der Figur hinreichend deutlich hervor. Die Klemmschrauben seien mit zwei übereinanderliegenden, zueinander rechtwinkelig stehenden Bohrungen versehen. Die Feilspäne stellen wir uns durch Befeilen eines Fünfpfennigstückes — Nickel — so her, daß gröbere und feinere Feilspäne entstehen. Je mehr Späne in das Röhrchen eingefüllt werden, um so empfindlicher ist der Apparat. Für die meisten Versuche genügt eine etwa 2mmhohe Lage von Feilspänen.

Zur Vorführung des ersten Experimentes schaltete Rudi den Fritter mit dem Vertikalgalvanoskop (Seite 91 u. f.) in den Stromkreis eines Elementes und ließ dann etwa 50cmvon dem Fritter entfernt aus einem Elektrophordeckel (Seite 5) ein Fünkchen in seinen Finger überspringen. In demselben Augenblick zeigte das Galvanoskop einen starken Strom an.

Die Erklärung für diese Erscheinung lautet folgendermaßen: Wird der Fritter von elektrischen Wellen getroffen, wie sie immer von einem elektrischen Funken ausgehen, so treten zwischen den einzelnen einander nur lose berührenden Feilspänen kleine Fünkchen auf — aus demselben Grunde, weshalb bei dem Hertzschen Versuch beiF′inAbb. 194Fünkchen auftreten —, die die kleinen Metallkörnchen gewissermaßen zusammenschweißen, welcher Umstand dann das Herabsinken des Widerstands zur Folge hat. Diese Erklärung ist einfach und bei oberflächlicher Betrachtung sehr einleuchtend, wird aber aus verschiedenen Gründen, auf die ich hier nicht näher eingehen kann, stark angegriffen.

Wird der leitende Fritter, nachdem er von elektrischen Wellen getroffen wurde, erschüttert, so werden dadurch die verschweißten Feilspäne wieder voneinander getrennt. DasGalvanoskop wird deshalb zurückgehen und wieder Stromlosigkeit anzeigen, sobald man den Fritter z. B. mit einem Holzstäbchen anschlägt.

„Mit diesem Fritter“, erklärte Rudi weiter, „haben wir nun ein empfindliches Reagens auf elektrische Wellen. Mit der Erfindung dieses Apparates war auch der erste Schritt getan zur praktischen Verwendung dieser geheimnisvollen Kraft, zur sogenanntendrahtlosen TelegraphieoderFunkentelegraphie. Letztere Bezeichnung ist die bessere, da man kaum zu anderen Apparaten so vielDrahtbraucht, als gerade zu denen derdrahtlosenTelegraphie.

Bevor ich jedoch die Funkentelegraphie bespreche, möchte ich einige Versuche vorführen, die geeignet sind, Sie über das Wesen der elektrischen Wellen aufzuklären.

Wir können die elektrischen Wellen in vielen ihrer Erscheinungsformen ungezwungen mit entsprechenden Erscheinungen der Luftwellen vergleichen. Man nimmt deshalb auch an, daß es ein Medium gebe, das sich zur Elektrizität ebenso verhält, wie die Luft zum Schall. Der Schall ist eine Wellenbewegung der Luft; wo keine Luft ist, kann auch kein Schall sein. Den Schall erzeuge ich dadurch, daß ich die Luft in rhythmische Schwingungen versetze, etwa durch Anschlagen einer Stimmgabel, einer Saite u. s. w. Das Medium nun, in dem sich die Elektrizität und das Licht fortpflanzt, ist für keinen unserer Sinne wahrnehmbar; man hat ihm den Namen Äther gegeben. Der Äther muß eine ungemein leichte, alle Stoffe durchdringende und den ganzen Weltenraum erfüllende Substanz sein. Wie ähnlich die elektrischen Schwingungen einerseits analogen Erscheinungen beim Licht, anderseits beim Schall sind, will ich Ihnen durch einige Experimente beweisen.“

Bevor wir nun Rudis weitere Erklärungen wiedergeben, wollen wir zuerst wieder die Herstellung der Apparate beschreiben, die Rudi zu seinen Demonstrationen gebrauchte.

Die Resonanz.

Das erste hierhergehörige Experiment Rudis zeigte die elektrischeResonanz. Zum Vergleich mit den analogen Erscheinungendes Schalles führte er zuerst die akustische Resonanz vor. Er hatte zwei Stimmgabeln, die auf kleinen Resonanzkästchen befestigt waren und von denen die eine durch einen verstellbaren Gleitschuh auf verschiedene Töne abgestimmt werden konnte. Er stellte die beiden Stimmgabeln, die in der Tonhöhe um eine Terz differierten, so auf, daß sich die offenen Seiten der beiden Resonanzkästchen in einem Abstand von etwa 20cmgegenüberstanden. Rudi schlug zuerst beide Gabeln kurz nacheinander mit einem Holzhämmerchen an, so daß man die Tondifferenz hören konnte; dann schlug er eine allein an[9], ließ sie ein paar Sekunden tönen und brachte sie dann durch Umfassen mit der Hand zum Schweigen. Letzteres wiederholte er noch zweimal und forderte seine Zuhörer auf, genau aufzumerken. Dann stimmte er die eine Gabel durch Verstellen des Gleitschuhes genau auf die andere ab und schlug beide nacheinander kurz an, so daß man die Tongleichheit erkennen konnte. Darauf versetzte er wieder eine allein in Schwingung und umfaßte sie nach ein paar Sekunden, wie zuerst mit der Hand; trotzdem hörte man den Ton noch ganz deutlich weiter klingen. Bevor jedoch der Ton von selbst verklungen war, berührte er auch die zweite Gabel, und sofort war nichts mehr zu hören. Auch diesen Versuch wiederholte Rudi noch ein paarmal.

Diese Experimente führte Rudi aus ohne ein Wort dazu zu sprechen, von kurzen Aufforderungen zum Aufmerken abgesehen. Ebenso schweigend verhielt er sich bei dem folgenden Versuch, der die entsprechende elektrische Erscheinung vorführte.

Für diesen Versuch sind zweimöglichst gleicheLeidener Flaschen nötig. Rudi hatte dazu zwei zylindrische Gläser verwendet (sieheSeite 46 u. f.), die 30cmhoch waren und nahe 15cmim Durchmesser hatten. (Je kleiner die Flaschen sind, umso schwerer gelingt der Versuch!) Jede der Flaschen erhielt einen um ihren äußeren Belag gelegtenBlechstreifen (BinAbb. 198und199), an dem bei der einen Flasche (Abb. 198) ein gerader, etwa 2mmstarker und 30cmlanger Draht (D₂) angelötet war; bei der anderen Flasche war ein ebensolcher Draht (D) in der ausAbb. 199ersichtlichen Form gebogen, an seinem Ende mit einer Kugel versehen und durch den TrägerTgestützt, der aus Glas, Hartgummi oder Vulkanfiber hergestellt war, auf dem Flaschenrand aufsaß und mit Schellackkitt (s.S. 5u.79) angekittet war. Dem Knopf der ersten Leidener Flasche gegenüber war, wie Abb. 198 zeigt, ebenfalls ein Metallknopf befestigt, an dem der DrahtD₁angelötet war,D₁stand zuD₂parallel.D₁wurde von dem RähmchenRgehalten, das aus Hartgummi oder Vulkanfiber hergestellt war. Aus 2 bis 3mmdicken Fiber- oder Ebonitplatten sägte er sich dazu zwei gleiche Rähmchen, versah sie an den inAbb. 198mitxbezeichneten Stellen mit Kerben, in denen die StangeSund der DrahtD₁knapp Platz fanden.SundD₁wurden dann in der aus der Abbildung ersichtlichen Weise zwischen den beiden Rähmchen, indem diese mit Schrauben zusammengezogen wurden, eingeklemmt. Ferner wurdenD₁undD₂durch einen verschiebbaren DrahtVmiteinander verbunden.

Abb. 198.Abb. 199.Leidener Flaschen für Resonanzversuche.

Abb. 198.Abb. 199.Leidener Flaschen für Resonanzversuche.

Man kann auchD₁direkt an den Knopf der StangeSanlöten. Dann muß man aber noch eine besondere Funkenstrecke dadurch herstellen, daß man einen Streifen Stanniol so über den Rand der Flasche legt, daß er den inneren Belag berührt, von dem äußeren aber einige Millimeterentfernt bleibt. Die Resonanzentladung geht dann zwischen dem Streifen und dem äußeren Flaschenbelag über.

Diese beiden Flaschen stellte Rudi in einem Abstande von etwa 50cmso auf,daß die Ebenen der beiden Schließungskreise einander parallel waren. Der BügelVwar fast bis an das Ende der DrähteD₁undD₂geschoben. Die Flasche, dieAbb. 199darstellt — sie heiße fernerhinA, die andereB—, ließ er durch Käthe mit seiner Influenzmaschine laden, so daß in kurzen Intervallen beiF′Funken überschlugen. Dann verschob er mit einem Glasstab den BügelVder FlascheBlangsam nach innen; kaum hatteVeinen bestimmten Punkt erreicht, als auch beiFan der FlascheBFunken übersprungen, obgleich diese mit keiner Elektrizitätsquelle verbunden war. Wurde das Laden der FlascheAunterbrochen, so hörten auch die Funken beiBauf. Traten beiAdie Funken wieder auf, so traten sie auch beiBauf, aber nur, wenn der BügelVsich an einer ganz bestimmten Stelle befand; wurde er verschoben, so blieben die Funken aus.

Nachdem Rudi diese Erscheinung einige Male möglichst demonstrativ vorgeführt hatte, begann er die Erklärung:

„Bei dem Versuch mit den Stimmgabeln haben Sie gesehen oder vielmehr gehört, daß, wenn beide Gabeln auf den gleichen Ton abgestimmt waren, auch beide erklangen, selbst wenn nur die eine angeschlagen wurde. Die Gleichheit der Tonhöhe, das heißt der Schwingungszahl in der Sekunde bei beiden Gabeln war dabei notwendig, denn wenn sie auf verschiedene Töne abgestimmt waren, gelang der Versuch nicht.

Ganz ähnlich verhielten sich die Dinge bei den Leidener Flaschen. Was bei der Stimmgabel der Ton ist, ist hier der Funke; dem verstellbaren Gleitschuh dort entspricht hier der Drahtbügel, den ich hin und her schieben kann.

Wenn ich die eine der gleichgestimmten Gabeln anschlage, so geraten ihre elastischen Zinken in Schwingungen; diese Schwingungen erschüttern die Luft, und es entstehen Luftwellen, die sich mit einer gewissen Geschwindigkeit von der Stimmgabel wegbewegen. Wenn man sich von diesemVorgang ein Bild machen will, so denke man an die Wellenkreise, die ein in ein ruhiges Wasser geworfener Stein verbreitet. Diese Luftwellen schlagen nun in einem ganz bestimmten Takt, der eben dem betreffenden Ton eigen ist, an die andere Stimmgabel; da diese aber fähig ist, in dem gleichen Takt zu schwingen — sie ist ja auf die gleiche Tonhöhe abgestimmt —, so muß sie den rhythmisch anschlagenden Luftwellen nachgeben, das heißt sie gerät selbst in Schwingungen.

Ganz ähnlich verhält es sich bei den Leidener Flaschen. Entladet sich eine solche Flasche durch einen Funken, so geraten dabei die leitenden Teile in einen Zustand, den man nicht näher definieren kann, der aber dem Äther in ganz ähnlicher Weise wie die Stimmgabel der Luft rhythmische Stöße erteilt, so daß er von einer Wellenbewegung durchzittert wird. Treffen diese Wellen, die in einem ganz bestimmten Takt aufeinander folgen, an das Leitungssystem der anderen Flasche, so gerät dieses ebenfalls in jenen Zustand — was sich durch das Auftreten von Funken äußert —, wenn es auf die gleiche Schwingungszahl abgestimmt ist (siehe auch die Kritik am Ende des Vortrages). Die Schwingungszahl eines derartigen Systemes hängt ab von Form und Größe der Flaschen und des Drahtkreises, durch den die Entladung vor sich geht.

Abb. 200. Resonanzpendel.

Abb. 200. Resonanzpendel.

Diesen Vorgang bezeichnet man in der Akustik wie in der Elektrizitätslehre alsResonanz; ebenso finden wir in der Optik ähnliche Erscheinungen, und auch in der Mechanik gibt es eine Resonanz, wie ich Ihnen mit diesem Apparat zeigen will.“

Hier stellte Käthe in den Vordergrund des Experimentiertisches einen Apparat, dessen Konstruktion ausAbb. 200und der nun folgenden Beschreibung Rudis für den Leser hinreichend klar hervorgehen wird.

„Hier wird eine Messingstange von den beiden Holzträgern so gehalten, daß sie sich leicht um ihre Längsachse drehen kann. Über diese Messingstange sind zwei Rohrstückchen geschoben, die ebenfalls beweglich sind. An jedem der Röhrchen ist ein dicker Draht angelötet, an dem sich eine runde Scheibe aus Bleiblech herauf- und herunterschieben läßt. Ich habe hier also zwei Pendel, deren Länge ich beliebig verändern kann.

Nun ist es ein bekanntes Gesetz aus der Mechanik, daß ein Pendel umso rascher schwingt, je kürzer es ist und umgekehrt, wie bei der Stimmgabel. Ich will jetzt das eine Pendel ziemlich lang, das andere möglichst kurz machen — Käthe schob die eine der Bleiplatten ganz nach oben, die andere ganz herunter,hielt die Messingstange in der Mitte festund versetzte beide Pendel in Schwingung —. Sie sehen, das lange Pendel braucht viel mehr Zeit, um einmal hin und her zu gehen, als das kurze. Jetzt sind beide Pendel in Ruhe; ich stoße das kürzere an; es schwingt allein, obgleich die gemeinsame Achse infolge der Reibung dieses Röhrchens sich ebenfalls bewegt und man meinen sollte, daß diese Bewegung auch dem langen Pendel mitgeteilt würde. Jetzt will ich einmal das kurze zur Ruhe bringen und das lange in Schwingungen versetzen: auch das ist nicht im stande, seinem Nachbar seine Bewegung mitzuteilen.

Nun will ich sie aber einmal beidegleichlang machen und das eine anstoßen: Sie sehen, schon nach drei, vier Schwingungen beginnt der Nachbar mitzuschwingen — und jetzt pendeln sogar beide gleich stark.

Näher kann ich hier auf diese mechanischen Erscheinungen nicht eingehen. Das letzte Beispiel möge nur zur Versinnlichung der elektrischen Resonanz dienen.“

Interferenz.

Die zweite hierher gehörige elektrische Erscheinung, die ebenfalls ihr Gegenstück bei der Akustik hat, ist dieInterferenz.

Die Experimente, die die akustische Interferenz nachweisen,sind nicht gut für viele Zuhörer vorzuführen. Rudi beschränkte sich deshalb darauf, die Tatsachen an zwei schematischen Zeichnungen zu erklären.

Abb. 201. Interferenz zweier Wellenzüge.

Abb. 201. Interferenz zweier Wellenzüge.

Denken wir uns einen Schallwellenzug schematisch durch eine wirkliche Wellenlinie aufgezeichnet (AinAbb. 201); gleichzeitig sei ein zweiter Wellenzug dargestellt (B), der um eine halbe Wellenlänge gegen den ersten verschoben ist. Wir sehen, daß die Resultierende aus beiden Linien gleich Null ist, das heißt die beiden Töne müssen einander auch in der Wirklichkeit, wenn sie so zusammenfallen, aufheben, sie müssen verstummen.

Diese Tatsache wird mit demInterferenzrohrnachgewiesen, dessen Einrichtung ausAbb. 202hervorgeht. Wir sehen hier ein Rohrsystem, das beicseinen Eingang hat, sich bei α in den oberen festen GangAund den unteren veränderbarenBteilt, sich bei β wieder vereinigt und beidausläuft.

Abb. 202. Interferenzrohr.

Abb. 202. Interferenzrohr.

Erzeuge ich beiceinen Ton, so entstehen Luftwellen, die sich durchAundBfortpflanzen und beidausströmen; man wird also beidden Ton hören — oder nicht hören, je nachdem sich die Länge des WegesAzu der des WegesBverhält. Höre ich beid, während der Ton beicandauert, und verändere gleichzeitig die Länge des WegesBdurch Zusammenschieben oder Auseinanderziehen der Röhren beix, so werde ich wahrnehmen, daß der Ton bald verstummt, bald wieder ertönt. Das rührt daher, daß bei einem gewissen Verhältnis der WeglängeAzu der WeglängeBdie sich bei β vereinigenden Schallwellen so treffen, wie es inAbb. 201gezeichnet ist: Ein Wellenberg und ein Wellental treffen gerade zusammen und heben einander auf, die Tonstärke ist gleich Null. Dies kann bei verschiedenen Längen vonBder Fall sein; dann ist die Strecke, um die ichBverlängern oder verkürzen muß, um den Ton gerade zweimal zum Verstummen zu bringen, ein unmittelbares Maß für die Gänge der betreffenden Schallwelle.

Eine ganz ähnliche Erscheinung können wir bei den elektrischen Wellen nachweisen. Die Apparate, die zu diesen Versuchen nötig sind, können wir uns leicht selbst herstellen.

Abb. 203. Blechkasten für den Funkeninduktor.

Abb. 203. Blechkasten für den Funkeninduktor.

Zuerst müssen wir uns einen Blechkasten fertigen, in dem der Funkeninduktor samt der ihn treibenden Akkumulatorenbatterie untergebracht werden kann. Der Blechkasten muß einen Deckel haben, dessen Ränder weit übergreifen und fest anliegen. Ferner muß an ihm vor der Stelle, von der die elektrischen Wellen ausgehen, ein offenes AnsatzrohrA(Abb. 203) befestigt sein, das einen quadratischen Querschnitt mit etwa 4cmSeitenlänge und eine Länge von etwa 5cmhat. Vorteilhaft ist es, wenn man die Apparate in dem Deckel zusammenstellt und dann den Kasten umgekehrt darüberstülpt. An dem Blechkasten muß auch außerdem noch eine Öffnung sein, durch die man zu der Kontaktvorrichtung für den primären Strom gelangen kann, um die Tätigkeit des Funkeninduktors hervorrufen oder abstellen zu können. Diese Öffnung muß aber durch eine Schiebeklappe gut verschließbar sein.

Der zweite Apparat, der ebenfalls noch in dem Kasten Platz finden muß, ist der Sender oder Radiator, von dem die elektrischen Wellen erzeugt werden. Dieser Radiator wird ähnlich hergestellt wie der aufSeite 252beschriebene und inAbb. 207dargestellte[10], nur unter Verwendungvon etwas kleineren Kugeln (etwa 3cmDurchmesser). Wie der Radiator so über dem Funkeninduktor anzubringen ist, daß er möglichst wenig Platz in Anspruch nimmt, überlasse ich der Phantasie des Lesers. Nur darauf sei noch hingewiesen, daß die Wände des Kastens überall von den Klemmen des Funkeninduktors genügenden Abstand haben müssen, da die Entladung sonst statt durch den Radiator durch das Blech vor sich geht.

Wir kommen jetzt zur Herstellung des Interferenzrohres. Wer im Bearbeiten von Blech bewandert ist, verfertigt sich diesen Apparat ganz aus dünnem Weißblech; wer sich das jedoch nicht zutraut, macht ihn aus Pappe, die innen und außen vollkommen mit starkem Stanniol überzogen wird. Das Rohr, dessen SchnittAbb. 204zeigt, hat einen quadratischen Querschnitt mit 4 bis 5cmSeitenlänge. Der TeilBist, wie schon aus der Abbildung erhellt, so eingerichtet, daß er, ähnlich wie eine Posaune, ausgezogen oder eingeschoben werden kann. Dabei müssen die äußeren Rohrwände sich möglichst genau den inneren anlegen. Zur Verminderung der Reibung öle man die in Betracht kommenden Teile ein. Bei α und β setze man gemäßAbb. 204je zwei Spiegel ein, die aus Stanniol mit Unterlage von Pappe angefertigt werden. Sie dienen zur Reflexion der Wellen.

Abb. 204. Interferenzrohr.

Abb. 204. Interferenzrohr.

Nun wollen wir sehen, wie Rudi die Experimente mit diesen Apparaten ausführte.

Auf einer hinreichend hohen Unterlage stellte Rudi den Blechkasten mit den eingeschlossenen Apparaten derart auf, daß das Ansatzrohr nach rechts zeigte; über letzteres schob er den Ansatzcdes Interferenzrohres, dessen feste HälfteAauf dem Boden des Tisches aufstand.Ungefähr 30cmvon der Öffnungdentfernt, aber genau in gleicher Höhe vor derselben, stellte er denoben beschriebenen Fritter auf, in den für diesen Versuch möglichst wenig Feilspäne einzufüllen sind und den er so mit einer elektrischen Glocke zusammengestellt hatte, wie ausAbb. 205hervorgeht. An den Klöppel der Klingel hatte er einen starken Drahtaangelötet, der so gebogen war, daß er, wenn die Glocke in Tätigkeit gesetzt wurde, an den Fuß des Fritters schlagend diesen erschütterte. Das Glockenbrett war durch eine Schraube fest mit dem Fritterbrett verbunden. Wie er zur Vorführung der Experimente die Apparate mit einem Element in leitende Verbindung brachte, erhellt ausAbb. 205.

Abb. 205. Fritter mit Glocke und Schüttelvorrichtung.

Abb. 205. Fritter mit Glocke und Schüttelvorrichtung.

Sobald nun Rudi den Funkeninduktor in Bewegung setzte, begann die Glocke zu ertönen, da der Fritter von elektrischen Wellen getroffen wurde und deshalb dem vom Elemente kommenden Strome keinen Widerstand mehr entgegensetzte. Die Glocke ertönte aber nur so lange, als der Funkeninduktor in Tätigkeit war; denn die Leitungsfähigkeit des Fritters wurde durch das Anschlagen des Drahtesamit jedem Hammerschlage der Glocke aufgehoben, um, so lange als er von elektrischen Wellen getroffen wurde, sofort wieder hergestellt zu werden. Blieben die Wellen aus, so blieb auch die Leitungsfähigkeit des Fritters aus, und die Glocke mußte verstummen.

Diesen Vorgang erläuterte Rudi ziemlich eingehend,da er für die praktische Anwendung der drahtlosen Telegraphie sehr wichtig ist.

Jetzt erst führte Rudi den eigentlichen Interferenzversuch aus. Er setzte den Funkeninduktor in Tätigkeit, so daß die Glocke ertönte; dann zog er den TeilBdes Interferenzrohres langsam aus; der Glockenton wurde schwächer und hörte plötzlich ganz auf, weil jetzt der WegBum eine halbe Wellenlänge länger war als der WegAund deshalb die Wellen bei β in der schon oben angegebenen Weise einander trafen und aufhoben.

Die Stelle des einen Schenkels des Interferenzrohres, die der Rand des Auszugrohres bezeichnete, als die Glocke aufhörte zu klingeln, markierte Rudi durch Ankleben eines gummierten Papierstreifchens. Darauf zog er das Rohr langsam weiter aus; die Glocke begann wieder zu tönen und verstummte wieder. Sobald als die Glocke wieder ruhig geworden war, zog Rudi das Rohr nicht mehr weiter aus, sondern beließ es an der Stelle und maß darauf die Strecke von der Papiermarke bis zum Rand des RohresB. Es zeigte sich, daß die gemessene Strecke etwa 3cmlang war; daraus ergibt sich also eine Wellenlänge von 6cm.

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