Die elektrischen Telegraphen.

W=c lq=18 000 · 0,01200 · 150= 0,006SE= 0,056O.

Die Zinkvitriolschichte beim einfachsten Meidingerelement bei einer Länge (Höhe) von 10cmund einem Becherdurchmesser von 10cmhat einen Widerstand von ca.

W=220 000 · 0,150 · 50 · 3,14= 2,8SE= 2,64O.

Telegraphendraht von 4mmDurchmesser hat für jedes Kilometer ca. 8 Ohm, der menschliche Körper von Hand zu Hand ca. 1000 Ohm Widerstand.

96.Welchen elektrischen Widerstand hat ein Draht von 5qmmQuerschnitt und 6,4kmLänge?

97.Wie groß ist der Widerstand einer Schwefelsäureschichte zwischen zwei Platten von 84cmLänge und 62cmBreite bei einem Abstand von 1,2cm, wenn der sp. Widerstand 184 000 ist?

Die von einem Elemente hervorgebrachte Stromstärke hängt ab von der elektromotorischen Kraft und vom Widerstande, und zwar:die Stromstärke ist direkt proportional der elektromotorischen Kraft und umgekehrt proportional dem Widerstande.(Ohm’sches Gesetz.)

Als Einheit der elektromotorischen Kraft oder der durch die elektromotorische Kraft hervorgebrachten Potenzialdifferenznimmt man das Volt(abgekürzt aus Volta), das ist eine elektromotorische Kraft, die um ca. 5% geringer ist, als die eines Daniell-Elementes.Die Stromeinheit ist 1 Ampère, d. h. derjenige Strom, den die Einheit der elektromotorischen Kraft, also 1 Volt liefert, wenn der Widerstand auch eine Einheit also 1 Ohm beträgt, kurz:

1 Volt liefert in 1 Ohm 1 Ampère.Dabei beträgt diejenige Elektrizitätsmenge, welche bei 1Amp.in 1 Sekunde durch den Stromquerschnitt fließt, gerade 1Coulomb. Bezeichnet man die Stromstärke mitJ, die elektromotorische Kraft mitE, den Widerstand mitW, so ist:J=EWoderAmp.=VoltOhm. Unter Widerstand ist der gesamte Widerstand zu verstehen, also nicht bloß deräußereWiderstandavon Pol zu Pol, sondern auch derinnereWiderstandi, welchen die Flüssigkeitsschichte zwischen den beiden Polplatten bietet.

Von den gebräuchlichsten Elementen haben:

Um starke Ströme zu bekommen, muß man beide Widerstände klein machen, den innern dadurch, daß man die Platten groß macht, nahe an einander bringt, tief eintaucht und Flüssigkeiten von geringem sp. Widerstand anwendet, den äußeren dadurch, daß man kurzen und dicken Schließungsdraht anwendet. Ist der äußere Widerstand von selbst schon groß, etwa 1000 Ohm, also ein langer dünner Draht, den man nicht verkürzen kann, so ist der Strom schwach und es macht dann wenig Unterschied, ob der innere Widerstand klein (0,1) oder verhältnismäßig groß ist (1 oder 4).

StromkreisFig. 151.

Fig. 151.

Wenn man von den Polklemmen Zweigdrähte zu einem Galvanometer leitet, dessen Widerstand vielmal größer ist, als der äußere Widerstand des Stromkreises, so fließt durch das Galvanometer ein Zweigstrom von geringer Stärke; seine Stärke ist bloß abhängig von der an den Polen vorhandenen Potenzialdifferenz; deshalb kann letztere durch den Ausschlag der Galvanometernadel erkannt werden. Die Kreisteilung gibt dabei meist die Potenzialdifferenz direkt in Volts:Voltmeter. Gerade diese Potenzialdifferenz wird in der praktischen Anwendung ausgenützt und alsPolspannungoderKlemmspannungbezeichnet.

Schaltet man irgendwo in den äußeren Stromkreis ein Galvanometer ein mit so geringem Widerstand, daß dadurch der Gesamtwiderstand des Stromkreises nur unmerklich verändert wird, so kann daran die im Stromkreis vorhandene Stromstärke erkannt werden:Ampèremeter.

a) Berechne die Stromstärke eines Daniell-Elementes, dessen elektrom. Kraft = 1,05V, innerer Widerstand = 2O, und dessen äußerer Widerstand gebildet wird: 1. durch einen Kupferdraht von 5mLänge und 1,4mmDurchmesser, oder 2. durch einen Eisendraht von 800mLänge und 0,8mmDurchmesser.

b) Berechne die Stromstärke eines Chromsäure-Elementes, dessen elektrom. Kraft = 2,2V, dessen innerer Widerstand 0,25Ound dessen äußerer Widerstand gebildet wird 1. durch einen 12mlangen Kupferdraht von 1qmmQuerschnitt und einen 20mlangen Kupferdraht von1⁄2qmmQuerschnitt, oder 2. durch einen 1200mlangen Kupferdraht von 0,1qmmQuerschnitt. Berechne ferner, wie viele Meter eines 1mmdicken Kupferdrahtes als äußerer Schließungskreis genommen werden müssen, damit die Stromstärke gerade 1Aoder gerade 2Aist.

c) Berechne die Stromstärke eines Meidingerelements, dessen elektrom. Kraft = 0,8V, dessen innerer Widerstand 10Ound dessen äußerer Widerstand 1. 1Ooder 2. 10O, oder 3. 100Oist.

Genügt ein Element nicht, um eine gewünschte Stromstärke herzustellen, so nimmt man deren mehrere und verbindet sie zu einer Batterie, was auf dreierlei Arten geschehen kann.

BatterieFig. 152.

Fig. 152.

1.Serienschaltung:Verbindung auf elektromotorische Kraft,Verbindung der ungleichnamigen Pole, Verbindung auf Intensität oder Spannung. Man läßt den + Pol des ersten Elementes frei und verbindet seinen - Pol mit dem + Pol des zweiten, den - Pol des zweiten mit dem + Pol des dritten u. s. f., bis der - Pol des letzten frei bleibt. Die freien Pole der äußersten Elemente sind die Pole der Batterie. Auch hiefür gilt das Ohmsche GesetzJ=EW, jedoch ist unterEdieSumme aller elektromotorischen Kräfte dereinzelnen Elementezu verstehen; wenn man alsongleiche Elemente von der elektromotorischen Kraftenimmt, so istE=n e; unter dem Widerstande ist zu verstehender äußere Widerstandaund die Summe sämtlicher inneren Widerstände; ist der innere Widerstand eines Elementes =i, so ist beingleichen ElementenW=a+n i.

Die Stromstärke einer Batterie vonngleichen Elementen ist alsoJ=n ea+n i.

Serienschaltung nützt bei großem äußeren Widerstande. Die Stromstärke ist, wenn der innere Widerstand sehr klein ist im Verhältnis zum äußeren, nahezu proportional der Anzahl der Elemente oder der elektromotorischen Kraft. Die Verbindung geschieht nach dem Schema vonFig. 152.

ParallelschaltungFig. 153.

Fig. 153.

2)Parallelschaltung:Verbindung auf Widerstandsverminderung, Verbindung gleichnamiger Pole, Schaltung auf Quantität: Man verbindet sowohl alle + Pole als auch alle - Pole durch je einen Draht; diese beiden Drähte sind dann die Pole der Batterie. Verbindet man sie, so ist der Strom geschlossen. Es schaut dann so aus, als wären alle Zinkplatten zu einer einzigen Platte verbunden und ebenso alle Kupfer (oder +) Platten. Es gilt das Ohm’sche Gesetz; dabei ist dieelektromotorische Kraft dieselbe, wie bei einem Elemente, aber derinnere Widerstand ist kleiner; denn während er beieinemElement aus dem Widerstandeider zwischen beiden Platten liegenden Flüssigkeitsschichte besteht, ist beinElementen diese Flüssigkeitsschichtenmal breiter, der Querschnitt der Flüssigkeitsschichtenmal größer, der Widerstandnmal kleiner, alsoin; demnach die Stromstärke

J=ea+in.

Diese Zusammenstellung ist von Nutzen, wenn der innere Widerstand groß ist im Verhältnis zum äußeren.

3)Gemischte Schaltung.Man teilt die vorhandenen Elemente, z. B. 12, in Gruppen von je gleich viel Elementen, z. B. je 3, also 4 Gruppen, schaltet die Elemente jeder Gruppe untersich auf Quantität, so stellt jede Gruppe gleichsam ein Element vor, und verbindet die Gruppen nun auf elektromotorische Kraft.

gemischte SchaltungFig. 154.

Fig. 154.

Das Ohmsche Gesetz hat dieselbe Form, also ist beinGruppenàmElementen die Stromstärke

J=n ea+n im=4ea+4i3.

Man kann nach Belieben mehr oder weniger Gruppen bilden, doch liefert in jedem besonderen Falle gerade diejenige Schaltung denstärksten Strom, bei welcher der innere Widerstand gleich dem äußeren ist.

a) Wie groß ist die Stromstärke bei einem Meidingerelement von der elektromotorischen Kraft 0,9V, wenn der innere Widerstand 7O, der äußere 1Oist? Wie groß wird die Stromstärke, wenn man 6 solche Elemente in Serie schaltet?

b) Wie groß ist die Stromstärke bei einemLeclanché-Element, dessen elektromotorische Kraft = 1,4V, innerer Widerstand = 3O, äußerer Widerstand = 50O. Wie groß ist die Stromstärke, wenn man 10 solche Elemente in Serie schaltet?

c) Welche Stromstärke liefert ein Bunsen-Element von 2,5Vund 0,1Oinnerem Widerstand, wenn der äußere 0,01Oist? Wie groß ist die Stromstärke, wenn man 5 solche Elemente parallel schaltet?

d) Welche Stromstärke liefert ein Daniell-Element von 1,05Vund 0,5Oinnerem Widerstand, wenn der äußere 1Oist? Wie groß wird die Stromstärke, wenn man 4 solche Elemente parallel, oder wenn man sie in Serie schaltet?

e) Von 18 Daniell-Elementen, deren elektromotorische Kraft = 1,05Vund deren innerer Widerstand je 3Oist, macht man bei einem äußeren Widerstand von 2O1. Serienschaltung, 2. Parallelschaltung,3. gemischte Schaltung von 6 Gruppenà3 Elementen, 4. gemischte Schaltung von 3 Gruppenà6 Elementen. Wie groß ist in jedem Falle die Stromstärke?

98.Ein Element hat bei 0,30Ohmäußerem Widerstand eine Stromstärke von 3Amp., bei 10Oäußerem Widerstand aber nur 11⁄4A. Wie groß ist seine elektromotorische Kraft und der innere Widerstand?

99.Welche Stromstärke erhält man, wenn man 4 galvanische Elemente von je 1,8Vhintereinander schaltet, wenn der innere Widerstand bei jedem 0,3Ound der äußere 2Obeträgt? Wie groß muß man den äußeren Widerstand nehmen, um eine Stromstärke von 3Azu erhalten?

100.Wie vieleLeclanché-Elemente von 1,5VSpannung und 2Oinnerem Widerstand muß man hintereinander schalten, um bei einem äußeren Widerstand von 40Oeine Stromstärke von 0,2Azu erhalten?

101.Welche Stromstärke erhält man, wenn man 3 Bunsen-Elemente von 1,8Vund 0,3Oparallel schaltet, bei einem äußeren Widerstand von 1O?

Der Entdecker der galvanischen Elektrizität, Galvani, fand (1789), daß ein frisch abgeschnittener Froschschenkel Zuckungen macht, wenn man den Funken einer Leydener Flasche durchgehen läßt und daß eben solche Zuckungen zum Vorschein kamen, als der Froschschenkel mit einem kupfernen Haken an einem eisernen Gitter hing und durch den Wind an die Stäbe des Gitters anschlug. Indem er die Bedingungen dieses „Froschexperimentes“ untersuchte, wurde er der Entdecker der nach ihm benannten Elektrizität. Er deutete die Erscheinung jedoch nicht richtig, und erst Volta behauptete 1794, daß durch Berührung zweier verschiedener Metalle Elektrizität erzeugt werde. Wenn man nämlich eine Zink- und eine Kupferplatte mit isolierenden Handgriffen (aus Glas) versieht, aneinander drückt und wieder voneinander entfernt, so zeigen beide Platten am Kondensationselektroskop Elektrizität. Volta behauptete, die Elektrizität sei nur durch die Berührung der zwei verschiedenen Metalle entstanden, und nannte sie deshalb auchBerührungs- oder Kontaktelektrizität. Dieser Versuch war der Fundamentalversuch der galvanischen Elektrizität (1800). Das Zucken des Froschschenkels kommt, meinte Volta, davon her, daß die getrennten Elektrizitäten sich durch den Froschschenkel ausgleichen. Dieser Erklärung schloß sich Galvani nicht an, da sich fand, daß die Zuckungen auch eintreten, wenn nureinMetall, ja wenn nur ein feuchter Leiter vorhanden war; deshalb blieb Galvani bei seiner Ansicht stehen, daß hier tierische Elektrizität vorhanden sei, wovon die eine Art Elektrizität in den Nerven, die andere in den Muskeln sei, und daß der Leiter, der beide berührt, bloß den Ausgleich beider Elektrizitäten ermöglicht, und so die Zuckung verursacht. In der Tat gibt es einetierischeElektrizität, die auf ähnliche Weise im tierischen Organismus vorhanden ist, und Galvani wurde so zugleich der Entdecker der tierischen Elektrizität.

Aber auch Volta blieb, nachdem durch den Fundamentalversuch der Nachweis der Elektrizität gelungen war, bei seiner Meinung stehen und bekräftigte sie durch weitere Versuche. Er behauptete, stets bei der Berührung zweier verschiedener Leiter werde Elektrizität erregt, und unterschied zwei Klassen von Elektromotoren, die festen (metallischen) und die flüssigen, wovon die der ersten Klasse weitaus die wirksamsten sind. Wenn man also eine Zink- und eine Kupferplatte in Schwefelsäure taucht und oben verbindet, so wirkt die Berührung vonZnundCuelektromotorisch; allerdings wirkt auch die Berührung jedes Metalles mit der Flüssigkeit elektromotorisch, jedoch sehr schwach, so daß es die elektromotorische Kraft vonZnCuwenig schwächt; der flüssige Leiter ermöglicht also das Zustandekommen eines Stromes.Diese Theorie, der zufolge dieBerührungzweier verschiedener Metalle elektromotorisch wirkt, wird dieKontakttheoriegenannt; sie wurde von Volta und seinen Anhängern weiter ausgebildet und auf einen hohen Stand der Vollkommenheit gebracht, so daß sämtliche Erscheinungen und Gesetze des Stromes durch dieselbe erklärt werden konnten.Dieser Theorie gegenüber steht die „chemische Theorie“, wie wir sie bisher entwickelt haben. Ihr zufolge entsteht die Elektrizität durch Berührung heterogener (stofflich verschiedener) Körper infolge chemischer Einwirkung der beiden Körper aufeinander und als Ersatz für die Wärme, welche beim chemischen Prozeß zum Vorschein kommen sollte, aber nicht zum Vorschein kommt.

Diese Theorie, der zufolge dieBerührungzweier verschiedener Metalle elektromotorisch wirkt, wird dieKontakttheoriegenannt; sie wurde von Volta und seinen Anhängern weiter ausgebildet und auf einen hohen Stand der Vollkommenheit gebracht, so daß sämtliche Erscheinungen und Gesetze des Stromes durch dieselbe erklärt werden konnten.

Dieser Theorie gegenüber steht die „chemische Theorie“, wie wir sie bisher entwickelt haben. Ihr zufolge entsteht die Elektrizität durch Berührung heterogener (stofflich verschiedener) Körper infolge chemischer Einwirkung der beiden Körper aufeinander und als Ersatz für die Wärme, welche beim chemischen Prozeß zum Vorschein kommen sollte, aber nicht zum Vorschein kommt.

Voltaische SaeuleFig. 155.

Fig. 155.

Im Verfolg seiner Untersuchungen kam Volta zur Konstruktion der berühmtenVolta’schen Säule1800. Nimmt man eine Zink- und eine Kupferscheibe (etwa talergroß) und legt zwischen beide eine Tuch- oder eine Filzscheibe, die mit Salzwasser oder verdünnter Schwefelsäure getränkt ist, so stellt diese Zusammenstellung ähnlich wie bei der Zambonischen Säule ein Element dar. Schlichtet man nun mehrere solche Elemente übereinander auf, so daß jede Kupferplatte eines vorhergehenden Elementes von der Zinkplatte des folgenden berührt wird (ähnlich wie bei der trockenen Säule), so hat man die Voltasche Säule.Fig. 155.Die Säule stellt eine auf elektromotorische Kraft geschaltete Batterie von vielen Elementen dar. Mit ihr wurden die ersten Untersuchungen über galvanische Elektrizität angestellt und wesentliche Eigenschaften und Wirkungen des galvanischen Stromes entdeckt. Der Aufbau der Säule ist aber mühselig, da die Metallscheiben stets blank geputzt werden müssen; zudem ist der Strom nur kurze Zeit nach dem Aufbaue kräftig, nimmt rasch ab, wenn die geringe Menge Flüssigkeit in den Filzscheiben verbraucht ist und hört bald ganz auf; zur praktischen Verwendung ist sie ganz untauglich. Sie ist deshalb bald verdrängt worden durch die galvanischen Elemente und Batterien, und schon Volta stellte einen Becher oder Tassenapparat zusammen, die ursprünglichste Form unserer heutigen galvanischen Batterien.

Die Säule stellt eine auf elektromotorische Kraft geschaltete Batterie von vielen Elementen dar. Mit ihr wurden die ersten Untersuchungen über galvanische Elektrizität angestellt und wesentliche Eigenschaften und Wirkungen des galvanischen Stromes entdeckt. Der Aufbau der Säule ist aber mühselig, da die Metallscheiben stets blank geputzt werden müssen; zudem ist der Strom nur kurze Zeit nach dem Aufbaue kräftig, nimmt rasch ab, wenn die geringe Menge Flüssigkeit in den Filzscheiben verbraucht ist und hört bald ganz auf; zur praktischen Verwendung ist sie ganz untauglich. Sie ist deshalb bald verdrängt worden durch die galvanischen Elemente und Batterien, und schon Volta stellte einen Becher oder Tassenapparat zusammen, die ursprünglichste Form unserer heutigen galvanischen Batterien.

Der galvanische Strom bringt mannigfache Wirkungen hervor, die im folgenden besprochen werden. Diese Wirkungen sind höchsteigentümlicher Art, und es fehlt uns bei den meisten die Kenntnis, wie sie hervorgebracht werden. Eine wesentliche Eigenschaft haben aber alle gemeinsam: Wenn wir bei Betrachtung der Ohmschen Gesetze den Stromkreis gleichsam in zwei Teile geteilt haben, den Teil, in welchem die positive Elektrizität fließt, und den, in welchem die negative fließt, so können wir nun diese Abteilung wieder fallen lassen; dennbeide Teile unterscheiden sich in ihren Wirkungen nicht voneinander. Es ist ganz gleichgültig, ob die positive Elektrizität von rechts oder die negative von links durch den Draht läuft; teilt man dem Elemente mitsamt dem ganzen Stromkreise etwa durch die Elektrisiermaschine eine gewisse Menge positiver Elektrizität mit, so ist im ganzen Stromkreise keine negative Elektrizität vorhanden, sondern nurungleich verteiltepositive Elektrizität; dieStromstärke und Stromwirkung bleibt genau dieselbe. Nicht das Vorhandensein der freien Elektrizität verursacht die Stromwirkung, sonderndas durch die ungleichmäßige Verteilung, das Gefälle, hervorgebrachte Fließen der Elektrizität bringt die Wirkung hervor.

leicht beweglichen LeiterFig. 156.

Fig. 156.

Man betrachtet den ganzen Stromkreis als einen einzigen Strom und versteht unter„Richtung des Stromes“ diejenige Richtung, in welcher die positive Elektrizitätfließt.

Auch dieAusgleichstelleist durchkeinerlei besondere Wirkungausgezeichnet.

Ampères Gesetze:Zwei parallele und gleich gerichtete Ströme ziehen sich an, zwei parallele und entgegengesetzt gerichtete Ströme stoßen sich ab, zwei gekreuzte Ströme suchen sich so zu drehen, daß sie parallel und gleichgerichtet sind.

Zum Beweise bedient man sich desAmpèreschenGestelles,Fig. 156, bei welchem der Strom einen leicht beweglichen Leiter durchfließt.

LeiterkreuzFig. 157.

Fig. 157.

Strom und StromteilFig. 158.

Fig. 158.

Betrachtet man bei gekreuzten Strömen die Stromteile bis zum Kreuzungspunkte,Fig. 157, so ziehen sichBAundDAan, ebensoAEundAC, während die StromteileABundAEsich abstoßen, ebensoDAundAC. Man kann also auch sagen: Zwei sich kreuzende Stromteile ziehen sich an, wenn sie beide zum Kreuzungspunkte hin- oder beide von ihm weglaufen; zwei solche Ströme stoßen sich ab, wenn der eine zum Kreuzungspunkte hin- der andere davon wegläuft.

Daraus ergibt sich eine wichtige Folgerung: es seiBAC(Fig. 158) ein Strom undDEein Stromteil, der so auf ihn zufließt, daß er ihn inAkreuzen würde, so ziehen sichBAundDEan mit einer Kraft, deren Größe und Richtung inPgezeichnet ist, aberACundDEstoßen sich ab mit einer KraftP′.PundP′geben nach dem Satze vom Kräfteparallelogramm eine ResultierendeR, welche den LeiterDEzu bewegen sucht in einer Richtung, die der StromrichtungBACentgegengesetzt ist. Ist also etwaDEumDdrehbar, so muß sichE(unserer Zeichnung gemäß) nach links drehen.

Man hat Apparate konstruiert, in denen ein Stromteil durch einen kreuzenden Strom in kontinuierliche Drehung versetzt wird; doch fehlt ihnen praktische Anwendung.

Die anziehende und abstoßende Wirkung zweier Stromteile nimmt mit der Entfernung ab, wie das Quadrat der Entfernung zunimmt.

Ist das Rechteck auf dem Ampèreschen Gestelle aufgestellt und von einem Strome durchflossen, sodreht es sich, bis der Stromin der unteren Seite von Ost nach Westläuft, genauer, in einer Richtung, welche zur Richtung der Magnetnadel senkrecht steht. Man schließt:in der Erde fließt ein Strom in der Richtung von Ost nach West, senkrecht zur Richtung der Magnetnadel: Erdstrom.

bewegliches RechteckFig. 159.

Fig. 159.

Diese Einwirkung des Erdstromes auf das bewegliche Rechteck darf man nicht so erklären, daß der vonOnachWlaufende Erdstrom denStromteilJF(Fig. 159) so dreht, daßJFparallel und gleich gerichtetOWwird; denn der Erdstrom wirkt auch auf die obere Seite des Rechteckes und sucht den StromSNnach entgegengesetzter Richtung zu drehen. Hat der das Rechteck kreuzende Strom nur eine mäßige Entfernung von ihm, so ist die Wirkung des kreuzenden Stromes auf die nähere Seite stärker und das Rechteck dreht sich. Den Erdstrom müssen wir aber weit entfernt annehmen, so daß er vonFJundNSgleichweit entfernt ist; deshalb sind beide Kräfte gleich und heben sich auf.

Aber auf den StromteilNJwirkt der Erdstrom ziehend in der RichtungP(Osten) und auf den StromteilFSwirkt er ziehend in der RichtungP′(Westen); beide suchen also das Rechteck so zu drehen, daß der NordpunktNnach Osten, der SüdpunktSnach Westen geht. Nach dieser Drehung fließt der Strom in der unteren Seite des Rechteckes von Osten nach Westen.

Man muß annehmen, die ganze Erde sei beständig von einem elektrischen Strome, dem Erdstrom, umflossen, dessen Richtung senkrecht zur freischwebenden Magnetnadel steht.

Im Erdstrome ist umgekehrt auch die Ursache des Erdmagnetismus zu suchen. Das heißt, die Erde hat Magnetismus wohl nicht deshalb, weil in ihr große Massen permanenter Magnete vorhanden sind, sondern sie lenkt die Magnetnadel ab, weil sie von einem elektrischen Strome umflossen wird.

Die Ursache des Erdstromes ist uns unbekannt. Er wird hervorgebracht wahrscheinlich nicht von Kräften, welche in der Erde selbst ihren Sitz haben (terrestrische oder tellurische Kräfte), sondern von Kräften, welche von außen, vom Weltraume, etwa von der Sonne her auf die Erde einwirken (kosmische Kräfte).

SolenoidFig. 160.

Fig. 160.

SolenoidFig. 161.

Fig. 161.

Ein in Form eines Kreises laufender Stromteil heißt einKreisstrom. Eine Verbindung mehrerer Kreisströme derart, daß alle ihre Mittelpunkte in einer geraden Linie, der Achse, liegen, alle ihre Ebenen auf der Achse senkrecht stehen, und alle Kreise in derselben Richtung durchlaufen werden, heißt einSolenoid. Ein solches kann man mit großer Annäherung herstellen, wenn man einen Draht in engen Spirallinien um einen Cylinder wickelt. Man versieht die Enden mit Haken und hängt es an einem Ampèreschen Gestelle auf: frei bewegliches Solenoid. Der Erdstrom wirkt auf jeden Kreisstrom des Solenoides drehend in demselben Sinne; das Solenoid dreht sich deshalb, bis die Ströme unten von Ost nachWest laufen, alsodie Achse die Richtung der Magnetnadel hat. Man nennt die Enden des Solenoides auchNordpolundSüdpol; am Nordpol läuft der Stromentgegengesetztdem Zeiger der Uhr, am Südpolgeradesowie der Zeiger der Uhr. Leitet man einen Strom in der Richtung der Achse über ein Solenoid, so dreht es sich wie eine Magnetnadel (der Nordpol weicht links aus), und man erkennt die Ursache darin, daß der Strom und die Kreisströme des Solenoids gekreuzt sind und sich parallel und gleich gerichtet zu stellen suchen. Nähert man zwei Pole zweier Solenoide einander, so stoßen sichgleichnamige Pole ab, ungleichnamige ziehensich an; dies erklärt sich aus der Wirkung paralleler Ströme.

Die Pole eines Magnetes wirken auf die Pole des Solenoides wie auf Magnetpole.Ein magnetischer Nordpol zieht den Südpol des Solenoides an und stößt den Nordpol desselben ab:

SolenoidFig. 162.

Fig. 162.

Ein Solenoid wirkt nach außen wie ein Magnet.

Bringt man einen Stab weiches Eisen in ein Solenoid in der Richtung der Achse,so wird das Eisen selbst magnetisch und erhält dieselben Pole, wie das Solenoid.

Dies erklärt man durch die Annahme, daß jedes Molekül Eisen beständig von einem Kreisstrom umflossen sei, daß im unmagnetischen Eisen die Achsen der Molekularkreisströme nach allen möglichen Richtungen liegen, daß sie aber durch die richtende Wirkung eines darumgelegten Solenoides parallel gerichtet werden, so daß die Molekularkreisströme sich gegenseitig verstärken; deshalb wird das Eisen magnetisch, indem es wirkt wie ein Solenoid.Ein Magnet kann angesehen werden als ein Solenoid, dessen Kreisströme am Nordpol laufen entgegengesetzt dem Zeiger der Uhr.[10]

[10]Die Auffindung all dieser Gesetze, des Erdstroms, des Solenoids, des Elektromagnetes gelang Ampère 1820; von ihm stammt auch die Bezeichnung Solenoid (röhrenförmig).

ElektromagnetFig. 163.

Fig. 163.

ElektromagnetFig. 164.

Fig. 164.

Ein Elektromagnet ist ein Stück Eisen, das durch die Wirkung eines Solenoids magnetisch geworden ist.Er erhält denNordpolan dem Ende, wo der + Strom läuftentgegengesetzt dem Zeiger der Uhr: kehrt man den Strom um, so vertauschen sich auch die Pole. Oft gibt man dem Elektromagnete eineHufeisenform; er besteht dann aus zwei parallel gestellten Eisenstäben, den Eisenkernen, die unten durch ein eisernes Querstück verbunden sind. Man steckt über die Kerne je eine Holzspule und umwickelt beide mit übersponnenem Kupferdraht, jedoch in entgegengesetzter Richtung, um entgegengesetzte Pole zu erhalten. Bei Stromschluß werden die Eisenkerne magnetisch, beim Öffnen werden sie wieder unmagnetisch.

Elektromagnete werden verhältnismäßig stärker magnetisch als Stahlmagnete, da beim weichen Eisen sich die Moleküle leichter und vollständiger drehen, polarisieren lassen als beim Stahle.Die Stärke des Magnetismus hängt ab von der Masse der Eisenkerne; je größer deren Masse, desto stärker ist der Magnetismus; ferner von der polarisierenden Kraft, alsovon der Stärke des Stromes und der Anzahl der Windungen. Jedoch kann ein Stück Eisen nicht beliebig stark magnetisiert werden; sind alle Moleküle vollständig oder nahezu vollständig polarisiert, so ist der Magnetgesättigt, seine Kraft wird nicht mehr verstärkt, wenn man den Strom oder die Anzahl Windungen vergrößert.

Bei starkem Strome genügen schon wenig Windungen dicken Drahtes, um den Eisenkern genügend zu magnetisieren.

Ist der Strom schwach, etwa weil er schon einen großen äußeren Widerstand überwinden mußte, so nimmt man dünnen Draht und macht sehr viele Windungen; die dadurch erfolgte Vergrößerung des äußeren Widerstandes schadet der Stromstärke nicht mehr viel, während die Vergrößerung der Windungszahl den Magnetismus verstärkt.

Die Eisenkerne müssen aus möglichst weichem Eisen bestehen, damit sie den Magnetismus leicht annehmen und beim Öffnen des Stromes möglichst vollständig wieder verlieren.

Wird der Strom um Stahl geleitet, so wird der Stahl auch magnetisch, wenn auch nicht so gut als weiches Eisen; aber er behältseinen Magnetismus fast vollständig.Man kann so sehr kräftige permanente Stahlmagnete machen, wendet aber doch hiebei meist die Streichmethode an, indem man den zu magnetisierenden Stahl an den Polen eines kräftigen Elektromagnetes streicht.

Die elektrische Klingel hat folgende Einrichtung: vor den Polen einesElektromagnetesbefindet sich ein Stück weiches Eisen, derAnker; er ist befestigt an einemfedernden Stahlblech, welches ihn etwas von den Polen wegzieht. Der Anker trägt an einem Fortsatz einenKlöppel, der an eineGlockeschlägt, wenn der Anker zu den Polen hinbewegt wird. Das am Anker befestigte Stahlblech hat auch einen Fortsatz, welcher eineStellschraubeberührt, wenn der Anker von den Polen entfernt wird, dagegen die Stellschraube nicht mehr berührt, wenn der Anker den Polen genähert wird.

Der Strom durchläuft die Windungen des Elektromagnetes, geht dann in das federnde Stahlblech und durch die berührende Stellschraube zur Batterie zurück. Hält man den Strom geschlossen, so werden die Magnete erregt, ziehen den Anker an und bewirken so einen Glockenschlag. Durch die Bewegung des Ankers hat sich aber auch die Stahlfeder von der Stellschraube entfernt und hat den Strom dadurch unterbrochen (Selbstunterbrechung); die Magnete verlieren dadurch ihre Kraft und lassen den Anker los, der durch die Federkraft sich wieder von den Polen entfernt. Dadurch kommt aber die Stahlfeder wieder in Berührung mit der Stellschraube, stellt also den Strom wieder her, und es beginnt derselbe Vorgang und wiederholt sich, solange man den Strom geschlossen hält; es entstehen also infolge der Selbstunterbrechung in rascher Aufeinanderfolge Schläge an die Glocke, ein Klingeln, dessen Tempo durch die Stellung der Stellschraube etwas reguliert werden kann.

KlingelFig. 165.DrueckerFig. 166.HaustelegraphFig. 167.

KlingelFig. 165.

Fig. 165.

DrueckerFig. 166.HaustelegraphFig. 167.

DrueckerFig. 166.

Fig. 166.

HaustelegraphFig. 167.

Fig. 167.

KlingelFig. 165.DrueckerFig. 166.HaustelegraphFig. 167.

KlingelFig. 165.

Fig. 165.

DrueckerFig. 166.

Fig. 166.

HaustelegraphFig. 167.

Fig. 167.

Um den Strom bequem schließen zu können, bedient man sich einesDrückers, bei dem man mittels eines Porzellan- (Bein-)Knopfes ein etwas in die Höhe gebogenes, elastisches Blechstück auf ein festes Blechstück niederdrückt.

BeimHaustelegraphen, wie er besonders in Gasthäusern vielfach verwendet wird, kann man durch den im Zimmer befindlichen Drücker den Strom schließen und so durch Klingeln ein Zeichen geben. Um aber zu erfahren, in welchem Zimmer gerufen wird, werden die Drähte von den Drückern durch einenNummernkastengeleitet, in welchem für jedes Zimmer einNummernapparat(Fig. 167) sich befindet. Dieser besteht im wesentlichen aus einem kleinen Elektromagnet, der einen Anker anzieht; dieser läßt dabei eine kleine Falltüre los, welche herunterklappt und dadurch die betreffende Zimmernummer sichtbar macht. Die Art der Drahtführung ist ausFig. 168ersichtlich; man reicht für alle Zimmer mit nur einer Batterie von einigen Meidingerelementen aus.

SchaltungFig. 168.

Fig. 168.

SchaltungFig. 169.

Fig. 169.

FeuermelderFig. 170.

Fig. 170.

Das SchemaFig. 169zeigt eine Einrichtung, bei welcher man von einem Orte aus nach verschiedenen Richtungen hin Klingelsignale geben kann; sie wird in Fabriken, größeren Geschäften etc. benützt.

Derelektrische Feuermelder. Er besteht aus einem Thermostreifen (Streifen aus Zink und Eisen), der am einen Ende festgeklemmt ist und bei Temperaturänderungen mit dem anderen Ende kleine Bewegungen macht. Er berührt dann eine Stellschraube und schließt dadurch den Strom, der von der Batterie in den Thermostreifengeleitet und dann von der Stellschraube zur Klingel geführt wird. Durch Drehen der Stellschraube kann bewirkt werden, daß der Strom stets dann geschlossen wird, wenn die Temperatur eine gewisse Höhe (oder Tiefe) erreicht hat. Man verwendet sie so etwa in Warenlagern, damit ein ausbrechender Brand sich durch Erwärmung des Thermostreifens signalisiert, und in Gewächshäusern, um besonders nachts zu hohe und zu niedrige Temperaturen signalisieren zu lassen. (Fig. 170.)

DerEinbruchsmelder, elektrische Sicherung gegen Einbruch. Man bringt an der Türe des Kassaschrankes oder des Zimmers oder Ladens etc. einen Kontakt an, der sich von selbst schließt, sobald die Türe nur ein wenig geöffnet wird. Die geschlossene Tür drückt auf einen Hebel; dieser schnappt beim Öffnen durch eine Feder zurück, berührt mit seinem anderen Ende ein Platinplättchen und schließt dadurch den Strom, der zu einer elektrischen Klingel führt und so das Öffnen der Türe signalisiert. Um unterwegs unnötigen Lärm zu verhindern, kann man etwa durch Ausziehen eines Stöpsels zwischen zwei Backen den Strom unterbrechen.

Der Telegraph (Fernschreiber) ermöglicht, Zeichen, welche die Bedeutung von Buchstaben haben, in sehr kurzer Zeit an einen weit entfernten Ort zu signalisieren.

Schon im Jahre 1809, kurz nachdem Volta seine Säule gebaut hatte, schlug Sömmering vor, mittels Wasserzersetzung zu telegraphieren; doch hat diese Einrichtung niemals praktische Verwendung gefunden. Schilling konstruierte 1832 das Modell eines Telegraphen und Gauß und Weber stellen 1833 die erste größere Telegraphenleitung in Göttingen her. Doch kann deren Einrichtung auch erst später erklärt werden. Steinheil in München verbesserte den Apparat (1838), so daß schon geschriebene Zeichen übermittelt wurden. Morse, ein Amerikaner, konstruierte 1837 ein Modell und etwas später den Schreibtelegraphen, welcher noch gegenwärtig in Verwendung steht.

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