Schaltung von LampenFig. 206.
Fig. 206.
Ein großer Vorteil beider Arten elektrischen Lichtes besteht darin, daß sienicht feuergefährlichsind. Zwar ist der elektrische Lichtbogen ungemein heiß, aber die ganze Lampe kann miteiner Glaskugel umgeben werden, die fast luftdicht schließt und das Hineinfallen brennbarer Körper hindert; die Glaskugel erwärmt sich dabei nur unmerklich. Das Glühlicht ist vollständig im Glas verschlossen, und das Glas erwärmt sich auch so wenig, daß nicht einmal Schießbaumwolle daran sich entzündet.
Ein wichtiger Vorzug ist der, daß die elektrischen Lampen die Luft nicht verunreinigen und erhitzen wie Gas- und Öllampen. Sie liefern keine, die Bogenlampen nur unbedeutende Verbrennungsprodukte, und die Wärme beträgt für je 100 NK. in der Stunde bei Bogenlampen ca. 100, bei Glühlichtern ca. 400 Kalorien, während Gas bei derselben Lichtstärke 1500 bis 12 000, Petroleum 3400 bis 7000 Kalorien erzeugt.
MotorFig. 207.
Fig. 207.
Bald nach Erfindung des Elektromagnetes versuchte man, dessen große Kraft zur Hervorrufung von Bewegung zu verwenden, nannte solche Maschinenelektromagnetische Kraftmaschinen oder elektrische Motorenund konstruierte mehrere Arten.
Bald nach Erfindung des Elektromagnetes versuchte man, dessen große Kraft zur Hervorrufung von Bewegung zu verwenden, nannte solche Maschinenelektromagnetische Kraftmaschinen oder elektrische Motorenund konstruierte mehrere Arten.
MotorFig. 208.
Fig. 208.
Bei den einfachsten befindet sich vor den Polen des Elektromagnetes ein Anker von weichem Eisen, der beweglich aufgestellt ist, vom Elektromagnete angezogen wird, und diese Bewegung einem Schwungrade mitteilt. Hat der Anker die Pole erreicht, so wird der Strom unterbrochen, und das Schwungrad zieht den Anker wieder von den unmagnetischen Polen weg. Nun wird der Strom wieder geschlossen, und es beginnt dasselbe Spiel.Oder man nahm einen kräftigen Hufeisenmagnet, stellte ihn vertikal, und brachte zwischen die Pole einen stabförmigen ElektromagnetE, der um eine vertikale Achse leicht drehbar aufgestelltwurde. Der Strom wird so eingeleitet, daß die Pole des Elektromagnetes gleichnamig sind den Polen des Stahlmagnetes; deshalb werden sie abgestoßen, der Elektromagnet dreht sich und wird nun von den anderen Polen angezogen; sobald die Pole des Elektromagnetes an die ungleichnamigen Pole des Stahlmagnetes gekommen sind, bewirkt ein einfacher KommutatorK(Halbscheiben mit Kontaktfedern, wie beim Siemens-Induktor), daß der Strom nun in entgegengesetzter Richtung den Elektromagnet durchfließt, also seine Pole umkehrt; er wird deshalb von den Polen des Stahlmagnetes wieder abgestoßen, macht die zweite halbe Drehung, und so geht es fort.Man ersetzte den Stahlmagnet durch einen kräftigen Elektromagnet und erzielte noch kräftigere Wirkungen. Man brachte anstatt zweier Elektromagnetpole deren mehrere in einem Kreise an, und brachte ebenso auf der Achse eine gleiche Anzahl von Elektromagnetpolen an, sorgte ebenso dafür, daß die Pole sich abstoßen und die Ströme zur rechten Zeit gewechselt wurden.Den Strom nahm man aus einer Batterie, konnte leicht eine umdrehende Bewegung hervorbringen und damit eine Arbeitsmaschine treiben. So war Jakobi in Petersburg (1849) imstande, mittels seines elektrischen Motors ein Boot auf der Newa zu bewegen. Man hoffte, durch praktische Einrichtung der Motoren es dahin zu bringen, daß die erzeugte Arbeit billiger würde als die der Dampfmaschinen. Doch war das nicht zu erreichen; denn die galvanischen Batterien verbrauchen ein viel zu teures Material (Zink, Schwefelsäure u. s. w.), so daß sie, wenn man auch die elektrische Kraft sehr gut ausnützt, doch nur weniger Arbeit liefern als für dasselbe Geld die Dampfmaschine, trotzdem sie ihr Brennmaterial sehr schlecht ausnützt (Liebig).
Bei den einfachsten befindet sich vor den Polen des Elektromagnetes ein Anker von weichem Eisen, der beweglich aufgestellt ist, vom Elektromagnete angezogen wird, und diese Bewegung einem Schwungrade mitteilt. Hat der Anker die Pole erreicht, so wird der Strom unterbrochen, und das Schwungrad zieht den Anker wieder von den unmagnetischen Polen weg. Nun wird der Strom wieder geschlossen, und es beginnt dasselbe Spiel.
Oder man nahm einen kräftigen Hufeisenmagnet, stellte ihn vertikal, und brachte zwischen die Pole einen stabförmigen ElektromagnetE, der um eine vertikale Achse leicht drehbar aufgestelltwurde. Der Strom wird so eingeleitet, daß die Pole des Elektromagnetes gleichnamig sind den Polen des Stahlmagnetes; deshalb werden sie abgestoßen, der Elektromagnet dreht sich und wird nun von den anderen Polen angezogen; sobald die Pole des Elektromagnetes an die ungleichnamigen Pole des Stahlmagnetes gekommen sind, bewirkt ein einfacher KommutatorK(Halbscheiben mit Kontaktfedern, wie beim Siemens-Induktor), daß der Strom nun in entgegengesetzter Richtung den Elektromagnet durchfließt, also seine Pole umkehrt; er wird deshalb von den Polen des Stahlmagnetes wieder abgestoßen, macht die zweite halbe Drehung, und so geht es fort.
Man ersetzte den Stahlmagnet durch einen kräftigen Elektromagnet und erzielte noch kräftigere Wirkungen. Man brachte anstatt zweier Elektromagnetpole deren mehrere in einem Kreise an, und brachte ebenso auf der Achse eine gleiche Anzahl von Elektromagnetpolen an, sorgte ebenso dafür, daß die Pole sich abstoßen und die Ströme zur rechten Zeit gewechselt wurden.
Den Strom nahm man aus einer Batterie, konnte leicht eine umdrehende Bewegung hervorbringen und damit eine Arbeitsmaschine treiben. So war Jakobi in Petersburg (1849) imstande, mittels seines elektrischen Motors ein Boot auf der Newa zu bewegen. Man hoffte, durch praktische Einrichtung der Motoren es dahin zu bringen, daß die erzeugte Arbeit billiger würde als die der Dampfmaschinen. Doch war das nicht zu erreichen; denn die galvanischen Batterien verbrauchen ein viel zu teures Material (Zink, Schwefelsäure u. s. w.), so daß sie, wenn man auch die elektrische Kraft sehr gut ausnützt, doch nur weniger Arbeit liefern als für dasselbe Geld die Dampfmaschine, trotzdem sie ihr Brennmaterial sehr schlecht ausnützt (Liebig).
Die elektrische Kraftübertragung beruht auf folgenden Vorgängen. Leitet man einen elektrischen Strom in eine Dynamomaschine,so wird dadurch der Anker(Siemensspule oder Grammescher Ring)in Umdrehung versetzt; denn durch den Strom wird zunächst der Elektromagnet magnetisch; aber auch der Eisenkern des Grammeschen Ringes wird magnetisch und zwar, wenn etwa die Schleiffedern oben und unten sich befinden (Fig. 209B), kann man sich den Kern in 2 Hälften, rechts und links, zerlegt denken, und an der Art der Bewickelung derselben erkennt man, daß beide oben Südpol und unten Nordpol haben. Beide Pole werden von den Elektromagnetpolen abgestoßen resp. angezogen, deshalb kommt der Ring in Drehung und kann eine Arbeitsmaschine treiben. Es wird also die Energie des elektrischen Stromes zu mechanischer Arbeit verwendet. Man nennt diejenige Maschine, durch deren Umdrehen man den Strom erzeugt,welche also die aufgewandte Arbeit in Elektrizität verwandelt, einedynamoelektrischeMaschine(Fig. 209A), und nennt die Maschine, welche durch den elektrischen Strom in Umdrehung versetzt wird,mittels welcher also der elektrische Strom wieder in Arbeit verwandelt wird, eineelektrodynamischeMaschineoder einenelektrischen Motor(Fig. 209B). In der Konstruktion ist kein Unterschied zwischen beiden,jede dynamoelektrische oder magnetelektrische Gleichstrommaschine kann auch als elektrodynamische verwendet werden.
Sind zwei Maschinen wie inFig. 209verbunden, so daß beide vom Strome der MaschineAin derselben Richtung durchflossen werden, so dreht sichBin entgegengesetzter Richtung, wieAgedreht wird.
Dynamo und MotorFig. 209.
Fig. 209.
Es wird wirklich ein Teil der elektrischen Energie dazu verbraucht, um die mechanische Kraft zu liefern. Denn wenn die elektrodynamische Maschine gesperrt, d. h. am Umdrehen gehindert ist, so werden wohl die Eisenkerne magnetisch, der Strom verläuft wie in freier Leitung, das Gefälle verteilt sich nach den Ohmschen Gesetzen auf die Drähte der Bewickelungen und der Leitung, und die ganze Energie des Stromes wird bloß zu Wärmeerzeugung in diesen Drähten verbraucht. Läßt man aber die elektrodynamische Maschine gehen,so wird ein Teil des Gefälles verbraucht, um die umdrehende Kraft zu liefern. Über die Größe der erzeugten Arbeit gilt derselbe Satz wie früher.Eine dynamoelektrische Maschine liefert für jede Pferdekraft einen Strom von735A V(etwas weniger);jede elektrodynamische Maschine liefert für je735A Veine Pferdekraft(etwas weniger). Z. B. ein elektrischer Motor wird von einem Strom von 40Agespeist, welcher an seinen Polklemmen noch 110VSpannungsdifferenz zeigt; er verbraucht demnach40 · 110A V= 4400A Vund sollte dafür fast 6 Pferdekräfte liefern. Er liefert bei guter Konstruktion deren 5.
Wenn die MaschineAvon einer Dampfmaschine oder einer Wasserkraft getrieben und die dadurch erzeugte Elektrizität nachBzu der elektrodynamischen Maschine geleitet wird, so sagt man,die Kraft ist elektrisch vonAnachBübertragen worden. Es geht naturgemäß von der inAaufgewendeten Arbeit ein Teil verloren; denn zum Fließen vonAnachB(und wieder zurück) braucht die Elektrizität ein Gefälle, dessen Betrag der durchAerzeugten Potenzialdifferenz entnommen, in den Leitungsdrähten in Wärme verwandelt wird und so verloren geht; der übrig bleibende Betrag der Potenzialdifferenz wird inBin Arbeit verwandelt. Bei großen Entfernungen sinkt also der Nutzeffekt.
Elektrische Eisenbahnen: An einem Waggon befindet sich die elektrodynamische Maschine, welche ihre Bewegung dem Rade des Wagens überträgt und diesen dadurch fortbewegt. Der Strom wird erzeugt durch eine dynamoelektrische Maschine, die sich auf der Station befindet; er wird dann in einen Draht geleitet, der wie ein Telegraphendraht neben der Bahn herläuft, von diesem abgenommen durch eine kleine Schleiffeder und kommt so in die Maschine. Die Rückleitung geschieht durch die Schienen. Solche elektrische Eisenbahnen werden mit Vorteil zu Straßenbahnen, für Tunnels, unterirdische Eisenbahnen und Bergwerke, wohl auch für Vollbahnen verwendet.
Schaltet man in den Strom einer Batterie ein Meidingerelement ein mit ungleichen Polen wie bei Serienschaltung, so gehtZnin Lösung,Cuaus Lösung; seine elektromotorische Kraft wirkt in demselben Sinne wie die der Batterie, verstärkt sie also. Wenn man aber das Meidingerelement umgekehrt einschaltet, so istCuAnode, geht also in Lösung,Znist Kathode, an ihm wird Zink niedergeschlagen:Es tritt jetzt der umgekehrte chemische Prozeß ein. Dazu ist aber Arbeit erforderlich, und diese wird genommen von der elektrischen Arbeit des Batteriestromes, indem von der durch die Batterie erzeugten Potenzialdifferenz so viel genommen, also verbraucht wird, als zur Durchführung des chemischen Vorganges erforderlich ist. War hiebei das Meidingerelement schon verbraucht, also schon fast allesSO4Cuverbraucht, so wird wiederSO4Cugebildet undZnwird metallisch ausgeschieden;das Element wird wieder leistungsfähig. Wenn man dann die Batterie entfernt und das Meidingerelement in sich schließt, so liefert es wieder einen Strom. Ein GrammZn, das vorher ausgeschieden wurde, hat dazu eine gewisse QuantitätElektrizitätverbraucht; genau dieselbe Quantität Elektrizität liefert es nun wieder, wenn es in Lösung geht; zum Ausscheiden desZnmußte von der elektrischenPotenzialdifferenzder Batterie ein gewisser Betrag weggenommen werden; genau dieselbe Potenzialdifferenz liefert diesZnwieder, wenn es nun in Lösung geht.Von der elektrischen Energie der Batterie ist durch das Element ein Teil weggenommen und in Form der chemischen Energie des freien Zinkes aufgespeichert worden.Man nennt deshalb ein solches Element einenAufspeicherer,Akkumulator der Elektrizitätoder einsekundäres Element.
NachGaston Planté, dem Erfinder der Akkumulatoren, nimmt man2 Bleiplatten, welche mitBleioxydüberzogen sind, stellt sie in verdünnte Schwefelsäure, verbindet sie mit den Polen einer Batterie (oder einer Dynamomaschine) und ladet sie so: es entsteht zunächst eine Wasserzersetzung, an der mit dem - Pol verbundenen Platte, der Kathode, entstehtH2,desoxydiertdas Bleioxyd und reduziert es zu metallischem Blei; an der Anode wirdOfrei und verbindet sich mit dem Bleioxyd zuBleisuperoxyd. Entfernt man nun die primäre Batterie, und verbindet die Pole der Bleiplatten, so liefern sie einen Strom; hiebei gibt das Bleisuperoxyd den überschüssigen Sauerstoff ab, welcher durch die Flüssigkeit wandert und sich mit dem Blei der andern Platte zu Bleioxyd verbindet. Die Platte, die beim Laden Kathode war, wird beim Entladen der - Pol, oder, bei der Platte, bei welcher die -Ehineinkam, kommt sie auch wieder heraus. Der entstandene Strom ist ein Polarisationsstrom.
Die Bleiplatten nehmen beim ersten Laden nur sehr wenig Sauerstoff auf. Wenn man aber das Laden und Entladen oftmal wiederholt, dabei einigemale die Pole umkehrt, und die Elemente auch einige Zeit geladen stehen läßt, so können die Platten immer mehr Sauerstoff aufnehmen. Die Platten werden dadurch gleichsam aufgelockert und eine immer dicker werdende Schichte nimmt am chemischen Prozeß teil, die Platten werden „formiert“.
In der Anwendung werden die Sekundärelemente zu Batterien zusammengestellt und durch Dynamomaschinen geladen. Ihren Entladungsstrom verwendet man dann zum Speisen elektrischer Lampen oder elektrischer Motoren.
Bei größeren elektrischen Beleuchtungsanlagen sind solche Akkumulatoren fast unentbehrlich, da sie ermöglichen, die Maschinen stets in gleicher Stärke gehen zu lassen; sie nehmen dann bei geringem Lichtbedarf den überschüssigen elektrischen Strom auf und geben ihn bei erhöhtem Lichtbedarf (abends) ohne großen Verlust wieder her (Pufferbatterie).
Die erste magnetelektrische Maschine stellte Pixii 1832 her; bei ihr rotierte der Magnet vor den Induktionsspulen. Saxton änderte dies dahin ab, daß er die leichteren Induktionsspulen vor den Polen des festen Magnetes rotieren ließ und einen Kommutator anbrachte. Stöhrer verstärkte die Wirkung, indem er mehrere Magnetpole (6) im Kreise anbrachte, und vor denselben eine Scheibe rotieren ließ, welche ebensoviele Induktionsspulen trug. Nollet vergrößerte diese Maschinen durch Anbringung von noch mehr Magnetpolen (64 und 96) und entsprechender Anzahl von Induktionsspulen; sie wurden von der Gesellschaft l’Alliance gebaut, heißen Alliance-Maschinen, und wurden bald zur Erzeugung von elektrischem Bogenlicht auf Leuchttürmen verwendet.Dr.Werner Siemens erfand 1857 den Cylinder-Induktor, Pacinotti in Florenz erfand 1860 den Ring-Induktor; doch wurde derselbe wenig bekannt.Wilde in Manchester verbesserte 1866 die magnetelektrischen Maschinen auf folgende Weise: er stellte die elektrische Maschine aus zweien zusammen; die eine war eine magnetelektrische, bei der ein Siemens’scher Cylinder-Induktor zwischen permanenten Magneten rotierte; die andere war größer und ähnlich eingerichtet, nur waren die permanenten Magnete ersetzt durch einen mächtigen Elektromagnet, zwischen dessen Polen ebenfalls ein Siemens’scher Cylinder-Induktor rotierte; die durch die erste Maschine erhaltenen gleichgerichteten Ströme verwandte er, um den Elektromagnet der zweiten Maschine zu erregen; da derselbe dadurch sehr stark magnetisch wurde, so lieferte sein Induktor mächtige Ströme.Das Prinzip der dynamoelektrischen Maschine, demgemäß der durch Rotation des Induktors erhaltene Strom selbst dazu verwendet wird, um die Elektromagnete zu erregen, wurde von Werner Siemens 1866 entdeckt, und gleichzeitig von Wheatstone. Beide veröffentlichten ihre Entdeckung in derselben Sitzung der „Royal Society“ in London am 14. Februar 1867.Gramme erfand 1871, ohne von Pacinotti’s Erfindung Kenntnis zu haben, nochmals den Ringinduktor mit verbessertem Kollektor, und seit dem stellt man unter Benützung des dynamischen Prinzips viele Maschinen von verschiedener Größe und für verschiedene Zwecke her.
Die erste magnetelektrische Maschine stellte Pixii 1832 her; bei ihr rotierte der Magnet vor den Induktionsspulen. Saxton änderte dies dahin ab, daß er die leichteren Induktionsspulen vor den Polen des festen Magnetes rotieren ließ und einen Kommutator anbrachte. Stöhrer verstärkte die Wirkung, indem er mehrere Magnetpole (6) im Kreise anbrachte, und vor denselben eine Scheibe rotieren ließ, welche ebensoviele Induktionsspulen trug. Nollet vergrößerte diese Maschinen durch Anbringung von noch mehr Magnetpolen (64 und 96) und entsprechender Anzahl von Induktionsspulen; sie wurden von der Gesellschaft l’Alliance gebaut, heißen Alliance-Maschinen, und wurden bald zur Erzeugung von elektrischem Bogenlicht auf Leuchttürmen verwendet.
Dr.Werner Siemens erfand 1857 den Cylinder-Induktor, Pacinotti in Florenz erfand 1860 den Ring-Induktor; doch wurde derselbe wenig bekannt.
Wilde in Manchester verbesserte 1866 die magnetelektrischen Maschinen auf folgende Weise: er stellte die elektrische Maschine aus zweien zusammen; die eine war eine magnetelektrische, bei der ein Siemens’scher Cylinder-Induktor zwischen permanenten Magneten rotierte; die andere war größer und ähnlich eingerichtet, nur waren die permanenten Magnete ersetzt durch einen mächtigen Elektromagnet, zwischen dessen Polen ebenfalls ein Siemens’scher Cylinder-Induktor rotierte; die durch die erste Maschine erhaltenen gleichgerichteten Ströme verwandte er, um den Elektromagnet der zweiten Maschine zu erregen; da derselbe dadurch sehr stark magnetisch wurde, so lieferte sein Induktor mächtige Ströme.
Das Prinzip der dynamoelektrischen Maschine, demgemäß der durch Rotation des Induktors erhaltene Strom selbst dazu verwendet wird, um die Elektromagnete zu erregen, wurde von Werner Siemens 1866 entdeckt, und gleichzeitig von Wheatstone. Beide veröffentlichten ihre Entdeckung in derselben Sitzung der „Royal Society“ in London am 14. Februar 1867.
Gramme erfand 1871, ohne von Pacinotti’s Erfindung Kenntnis zu haben, nochmals den Ringinduktor mit verbessertem Kollektor, und seit dem stellt man unter Benützung des dynamischen Prinzips viele Maschinen von verschiedener Größe und für verschiedene Zwecke her.
TelephonFig. 210.
Fig. 210.
DasTelephonoder der Fernsprecher dient dazu, die menschliche Sprache auf große Entfernungen zu übertragen. Das erste Telephon wurde von dem Lehrer Ph. Reiß (1861) erfunden, fand aber wenig Beachtung und deshalb keine Verbesserung. Das von Graham Bell (1876) erfundeneMagnettelephonhat folgende Einrichtung: Ein starker, stabförmigerStahlmagnetist an seinem oberen Ende durch eineInduktionsspulevon sehr vielen Windungen eines feinen, isolierten Kupferdrahtes gesteckt. Die Enden des Drahtes führen zu zwei Klemmschrauben. Vor diesem Pole des Magnets ist ein dünnesEisenblechso angebracht, daß es an seinen Rändern festgeklemmt und mit seiner Mitte nur wenig vom Pole entfernt ist. Der zum Festklemmen des Bleches benützte und angeschraubte Deckel hat in der Mitte eine Öffnung, durch welche man gegen das Blech sprechen kann.
DiesSprechtelephonist mit einem ganz gleich konstruiertenHörtelephonverbunden durch isolierte (Telegraphen-)Leitungen, von denen eine durch die Erde ersetzt werden kann. Spricht nun die eine Person gegen die Öffnung des Telephons, so geschieht folgendes:
Die menschliche Sprache besteht aus Schwingungen der Luft, die nach Geschwindigkeit und Art verschieden sind. Diese Luftschwingungen treffen auf das Blech und versetzen es in eben solche Schwingungen; dadurch kommt das Blech dem Magnetpol bald näher, bald ferner. Jede Annäherung hat aber Verstärkung des Magnets, jede Entfernung Schwächung desselben zur Folge. Verstärken und Schwächen des Magnetes bringt aber in den Drahtwindungen der Spule Induktionsströme hervor, Wechselströme, die nach Anzahl und Stärke den Luftschwingungen entsprechen. Dies geschieht im Sprechtelephon.
Diese Ströme kommen nun durch die Leitung zum Hörtelephon, durchlaufen die Spule und machen dadurch den Magnet bald stärker, bald schwächer magnetisch, da sie ja Wechselströme sind; deshalb zieht der Magnet das Eisenblech bald stärker, bald schwächer an, das Eisenblech macht deshalb Schwingungen, die nach Anzahl und Art denen des Sprechtelephons entsprechen. Diese Schwingungen teilen sich der Luft mit und erzeugen den Ton, den man aus dem Telephon hören kann.
Das Telephon überträgt die Töne zwar sehr deutlich, aber sehr schwach. Man versuchte die Telephone zu verbessern durch Anwendung größerer Bleche, Anbringung zweier Magnetpole und hat dadurch wirklich kräftigeren Laut erlangt; doch wurde an Deutlichkeit verloren.
MikrophonFig. 211.
Fig. 211.
DasMikrophon, erfunden von Hughes, hat folgende Einrichtung: von einemResonanzkästchengeht ein Brettchen nach aufwärts; auf ihm sind zweiKohlenblöckefestgeschraubt und mit Klemmschrauben versehen; beide Kohlenblöcke haben kleine Vertiefungen. Zwischen ihnen befindet sich einKohlenstift, beiderseits zugespitzt, unten in der Vertiefung des unteren Blockes stehend, oben in die Vertiefung des oberen hineinragend, so daß er sich leicht an ihn anlehnt. Man leitet den Strom von einem Elemente zum unteren Kohlenblocke; dann geht er durch den Kohlenstift in den oberen Block; von dort leitet man ihn zu einem Telephon und von da zumElemente zurück; dadurch ist der Strom geschlossen, verläuft in stets gleicher Stärke und verursacht kein Geräusch im Telephon.
Wenn man aber am Mikrophon ein kleines Geräusch oder einen schwachen Ton erzeugt, so kommt auch das Brettchen und damit der obere Kohlenblock in Schwingungen. Dieser drückt deshalb gegen den berührenden Kohlenstift bald stärker, bald schwächer, dadurch wird derWiderstand an der Berührungsstelle bald schwächer, bald stärker, und dadurch derStrom des Elementes bald stärker, bald schwächer, entsprechend den Schwingungen des erzeugten Geräusches. Das Stärker- und Schwächerwerden des Stromes erzeugt aber im Telephone einen Ton, der ebenfalls dem ursprünglichen Geräusch entspricht, und laut genug ist, so daß man ihn deutlich hören kann. Der Apparat heißt Mikrophon, weil man damit einen schwachen Ton noch hören kann.
MikrophontransmitterFig. 212.
Fig. 212.
Eine Abänderung des Mikrophons wird in Verbindung mit einem Telephone benützt zum Telephonieren (Fernsprechen) und zwar als Zeichengeber und heißtTransmitter oderMikrophontransmitter. Er hat im wesentlichen folgende Einrichtung: Der Deckel eines Kästchens besteht aus einer dünnen elastischen Holzplatte (M), vor ihr ist eine harte PlattePangebracht; diese hat in der Mitte ein Loch mit einem Schalltrichter, der den Ton auffängt und gegen die elastische Membran leitet. Auf der hinteren Seite der Membran ist in deren Mitte ein KohlenblockAbefestigt. Dieser wird berührt von einem GraphitblockH, der in einer Messingfassung drehbar so aufgehängt ist, daß er sich nur schwach an den Kohlenblock anlehnt.
Diese beiden, oderKohlenstifte in Kohlenblöckenwie beim Mikrophon, ersetzen das Mikrophon, wenn man durch die KlemmschraubeBeinen Strom einleitet.
Ist aber dabei das Hörtelephon weit entfernt, also die Leitung lang, und der Widerstand groß, so bewirken die Änderungen des Berührungswiderstandes nur sehr geringe Änderungen der Stromstärke, so daß der im Telephon erzeugte Ton ungemein schwach wird.
Man leitet deshalb den Strom des Elements nicht durch die „Linie“ ins Telephon, sondern nur durch die primäre Rolle eineskleinenInduktionsapparatesJim Innern des Mikrophonkästchens. Da der Strom des Elementes geringen Widerstand hat, so ändern die Änderungen des Berührungswiderstandes die Stromstärke wesentlich. Dies erzeugt in der InduktionsspuleJentsprechende Induktionsströme, welche wegen der großen Anzahl der Windungen eine hohe elektromotorische Kraft haben und damit bedeutenden Widerstand überwinden können. Diese Induktionsströme leitet man beiLundL′heraus, führt sie dann durch die „Linie“ zum weit entfernten Telephon und kann dort die Töne hören.
Will man auch gegensprechen, so muß jede Station einen Transmitter und ein Telephon besitzen und alle 4 Induktionsspulen dieser Apparate sind zu einer einzigen Leitung verbunden.
Um den Wunsch nach telephonischer Mitteilung an die andere Station durch ein lautes Zeichen zu übermitteln, bedient man sich meist einer elektrischen Klingel, die man in Tätigkeit setzt durch die Ströme des Magnetinduktionsapparates.
In Städten werden in der Zentralstation auf Wunsch die Drähte zweier Abonnenten mit einander verbunden durch einen Zentralumschalter.
Stets wenn zwei verschiedene Metalle an einer Stelle zusammengelötet und an den beiden anderen Enden durch einen Leiter verbunden werden, entsteht ein Strom, wenn man die Lötstelle erwärmt.
ThermoelementFig. 213.
Fig. 213.
Macht man einen rechteckigen Rahmen aus Wismut und Antimon, so daß zwei zusammenstoßende Seiten aus Wismut, die beiden anderen aus Antimon bestehen und an gegenüberliegenden Ecken sich die Lötstellen befinden, und erhitzt man nun eine Lötstelle, so entsteht in dem Rechteck ein Strom, welcher leicht eine Magnetnadel ablenkt.
Die durch Wärme hervorgebrachte Elektrizität heißt Thermoelektrizität, der Strom ein Thermostrom(Seebeck 1821). Die Thermoströme unterscheiden sich von den galvanischen Strömen nur durch die Entstehungsursache; sonst folgen sie denselben Gesetzen und bringen dieselben Wirkungen hervor. Ein Paar an einer Stelle zusammengelöteter Metallstäbe heißt einThermoelement.
ThermoelementFig. 214.
Fig. 214.
Ein Thermostrom kommt nur zu stande, wenn die Lötstelle wärmer ist, als die anderen Teile des Stromkreises, wenn also von der warmen Lötstelle nach beiden Seiten hin die Temperatur abnimmt. Ist dies der Fall, so entsteht eine elektromotorische Kraft, deren Größe abhängig von der Temperaturdifferenz der beiden Lötstellen und derselben nahezu proportional ist.
Die elektromotorische Kraft ist aber auch abhängig von der Natur der verwendeten Metalle. Man kann alle Metalle in eine Reihe ordnen, so daß jedes Metall mit einem der folgenden verbunden negativ elektrisch wird. Diesethermoelektrische Reiheist nach Bequerel- Wismut,Nickel, Platin, Kobalt, Mangan, Silber, Zinn, Blei, Messing, Kupfer, Gold, Zink, Eisen, Antimon +.
Die elektromotorische Kraft der Thermoelemente ist im allgemeinen nicht besonders groß; so kann ein Element aus Wismut und Antimon etwa1⁄10Volt haben. Ein Element aus Kupfer und Eisen hat, wenn es an der kalten Lötstelle 0°, an der warmen 100° hat, nur eine elektromotorische Kraft von 0,0011 Volt.
Der Vorteil der Thermoelemente liegt aber darin, daß sie sehr einfach konstruiert sind und daß ihr innerer Widerstand meist sehr klein ist; z. B. wenn in dem Wismut-Antimonelemente jedes Metall etwa 2cmlang ist und1⁄10qcmQuerschnitt hat, so ist sein innerer Widerstand = 0,0034 Ohm. Ist demnach der äußere Widerstand auch klein, so ist mit solchen Elementen ein verhältnismäßig starker Strom zu erzielen.
ThermoelementeFig. 215.
Fig. 215.
Um mehrere Thermoelemente zu einer Batterie zu vereinigen, verbindet (verlötet) man das freie Antimonende des ersten mit dem freien Wismutende des zweiten Elementes und so fort; man bringt dabei die Stäbe in solche Lage, daß abwechselnd die Lötstellen nach der einen und nach der anderen Seite schauen, so daß die nach der einen Seite gerichteten Lötstellen von einer gemeinsamen Wärmequelle erwärmt, die andern alle zugleich abgekühlt werden können. Die Thermoelemente sind somit auf Intensität zu einer Batterie (Thermosäule, Thermokette) verbunden, ihre elektromotorische Kraft ist gleich der Summe der elektromotorischen Kräfte der einzelnen Elemente.
Die Anwendung der Thermoelektrizität ist beschränkt. Man benützt Thermobatterien zu Schulversuchen anstatt der gewöhnlichen galvanischen Elemente, und sie sind hiezu bequem, weil sie zur Herrichtung nur das Anzünden einer Lampe erfordern.
Thermobatterien dienen zur Messung sehr kleiner Temperaturdifferenzen. Man nimmt eine Thermosäule von etwa 20-40 Elementen, ordnet das eine System der Lötstellen so an, daß sie ein Quadrat erfüllen, und verbindet die Enden mit einem sehr empfindlichen Galvanometer (von geringem Widerstande). So lange beide Flächen, welche die Lötstellen enthalten, gleich warm sind, zeigt das Galvanometer keinen Ausschlag, sobald aber die eine Fläche nur etwas stärker erwärmt wird, entsteht ein Thermostrom, der einen Ausschlag hervorbringt. Man benützt sie, nach Melloni, besonders zu Untersuchungen über strahlende Wärme, indem man auf die eine Fläche die Wärmestrahlen auffallen läßt und die andere Fläche durch ein Gehäuse gegen Wärmestrahlen schützt. Mit solchen Apparaten kann sogar die von Fixsternen ausgestrahlte Wärme nachgewiesen werden.
ZurMessung sehr hoher Temperaturen(als Pyrometer) dient ein Thermoelement aus Platin einerseits und einer Legierung aus Platin und Rhodium (9 : 1) andrerseits. Die Lötstelle wird der Hitze ausgesetzt und der entstandene Thermostrom am Galvanometer gemessen.
Eine eigentümliche Art von Bewegung und Fortpflanzung derselben ist diewellenförmige Bewegung, wie sie etwa im Wasser entsteht, wenn man einen Stein hineinwirft. Im ruhigen Wasser ist die Oberfläche eben und horizontal, und die Wasserteilchen sind imGleichgewichte, weil sie von allen Seitengleich stark gedrückt werden.
Durch Hineinwerfen des Steines wird dasGleichgewicht gestört; denn der Stein schiebt die Wasserteilchen beiseite, so daß sie einen ringförmigen Wall bilden, und an der getroffenen Stelle selbst eine Vertiefung entsteht. Dadurch ist das Gleichgewicht gestört;an der erhöhten Stelle gehen die Wasserteilchen nach abwärts und an der vertieften werden sie durch den Überdruck der höher liegenden Teile nach aufwärts gedrückt.
Diese beiden Bewegungen setzen sich aber nicht bloß bis zur natürlichen Gleichgewichtslage fort, sondern noch darüber hinaus wegen des Beharrungsvermögens.
Dadurch, daß die Wasserteilchen an den erhöhten Stellen herabsinken, drücken sie auf die benachbarten und heben diese nach aufwärts; während also der eine Wall nach abwärts sich bewegt und eine Vertiefung bildet, entsteht rings um ihn ein anderer, etwas weiterer, erhöhter Wall. Es hat sich somit das Gleichgewicht noch nicht hergestellt; denn es sind nun andere Wasserteile einerseits oberhalb, andrerseits unterhalb der natürlichen Gleichgewichtslage, daher entsteht derselbe Vorgang wieder; der Wall sinkt nach abwärts, die vertieften Teile werden nach aufwärts gehoben, und rings um den äußeren herabsinkenden Wall entsteht ein neuer Wall und so geht es fort. Wir sehen so, daß der ringförmige Wall sich immer weiter ausdehnt, daß neue ringförmige Erhebungen folgen, daß das einmal gestörte Gleichgewicht sich auf immer andere und andere Stellen überträgt. Bei zunehmender Ausbreitung werden die Wälle immer niedriger, bis sie der Wahrnehmung entgehen.
Die einzelnen Wasserteilchen machen auf- und abgehende Bewegungen oder Schwingungen. Wenn sich also die ringförmigen Wälle nach auswärts weiter bewegen, so geschieht dies nicht dadurch, daß die in den Wellen enthaltene Wassermenge sich nach auswärts bewegt und so gleichsam über den ruhigen Wasserspiegel hingleitet, sondern nur dadurch, daß die Wasserteilchen auf und ab schwingen, weshalb auch kleine auf dem Wasser schwimmende Gegenstände von der Welle nicht nach auswärts fortgeschoben werden, sondern nur an der auf- und abwärts gehenden Bewegung teilnehmen.
Gestalt der Oberfläche der Wasserwelle: derjenige Teil, in welchem die Wasserteilchen über der natürlichen Gleichgewichtslage sich befinden, heißt einWellenberg, derjenige, in welchem sie sich unterhalb befinden, einWellental; ein Berg und ein benachbartes Tal bilden eine Welle und ihre Länge heißt eineWellenlänge.
WelleFig. 216.
Fig. 216.
Die Form einer einfachen Welle ist ausFig. 216ersichtlich.
Wenn sich die Welle in der Richtung vonBnachAfortpflanzt, so sind die PunkteEundDmomentan in Ruhe, die PunkteC,BundAhaben eben ihre größte Geschwindigkeit,AundBnach aufwärts undCnach abwärts; die dazwischen liegenden Punktehaben um so geringere Geschwindigkeiten, je näher sie anEresp.Dliegen, und zwar bewegen sich die Punkte zwischenBundEnach aufwärts, zwischenEundDnach abwärts und zwischenDundAnach aufwärts, und auch die zunächst vorAliegenden Teile werden, wenn sie noch ruhig sind, in die aufwärts gehende Bewegung eingezogen. Macht jedes Teilchen eine dieser Angabe entsprechende kleine Bewegung, so ist die neue Form der WelleB′E′C′D′A′. Es hat sich somit Berg und Tal in der Richtung der Fortpflanzung der Welle etwas vorwärts verschoben.
WellenFig. 217.
Fig. 217.
InFig. 217ist angedeutet, wie sich eine inAankommende Wellenbewegung nach rechts fortsetzt. Während inIAsich zum Gipfel des Berges erhebt, erheben sich nach und nach die vor ihm liegenden Teile bisBund bilden einen halben Berg, die erste Viertelwelle. Während inIIvonBaus dieselbe Bewegung sich nachCfortpflanzt, steigen nach und nach die zwischenAundBliegenden Teile bis zum Kamm des Berges, und sinken dann entsprechend herab, so daß der Kamm vonAnachBfortgerückt ist. Während auf diese Weise inIIIder BergACfortrückt, sinken die Teile zwischenAundBnach abwärts, so daß die erste Talhälfte entsteht, und während inIVdieser Teil sich ebenso fortpflanzt, rückt zwischenAundBder Grund des Tales vonAnachBfort, indem ein Teilchen nach dem andern zum Grund des Tales hinabrückt und dann wieder entsprechend nach aufwärts geht.
Während dieser Zeit hat einerseits der PunktAeine vollständige Schwingung gemacht, andererseits die Welle sich gerade um ihre LängeAEfortgepflanzt:während der Schwingungsdauer eines Teilchens pflanzt sich die Welle um ihre eigene Länge fort.
Wellenbewegung ist eine eigentümliche Art von Fortpflanzung der Bewegung, weil sie nicht ein Fortschreiten einer bewegten Masse, sondern eine sich durch eine Masse fortsetzende schwingende Bewegung einzelner Massenteile ist.
Die wellenförmige Bewegung ist deshalb von besonderer Wichtigkeit, weil sowohl der Schall als auch Licht und Wärme wellenförmige Bewegungen sind, und weil man nur durch das Verständnis der Wellenbewegung einen Einblick in den Verlauf und die Gesetze dieser wichtigen Naturerscheinungen bekommt.
Die Wellenbewegung überträgt eine Arbeit, die an einer Stelle geschieht,an andere Stellen. Wenn wir im Wasser Wellen erzeugen, so ist die hiebei geleistete Arbeit nicht verloren; denn wenn sich die Wellen fortpflanzen und etwa an das Ufer gelangen, so sind sie dort imstande, selbst wieder Arbeit zu leisten; wir sehen ja, wie die Meereswellen die Steine hin- und herrollen, wie sie ein Schiff, ein Floß heben und senken, und wenn wir auf dem Floße eine Stange befestigen, die durch einen Hebel mit einer Pumpe in Verbindung steht, so kann durch die Wellenbewegung die Pumpe getrieben, Wasser gehoben, also Arbeit geleistet werden. Die Arbeit, welche aufgewendet wurde, um die Wellenbewegung hervorzurufen, hat sich durch die Wellenbewegung nach anderen Orten fortgepflanzt und ist dort wieder als Arbeit zum Vorschein gekommen. Die ungeheuere Menge Wärme, die wir von der Sonne erhalten, ist das Resultat einer Wellenbewegung, welche von der Sonne ausgeht, sich bis zur Erde fortpflanzt, dort auf Stoffe trifft, in welchen sie sich nicht fortpflanzen kann, deshalb als Wellenbewegung verschwindet und dadurch die in ihr befindliche Arbeit leistet, welche als Erwärmung des Körpers zum Vorschein kommt.
Bei allseitiger Ausbreitung der Welle wird naturgemäß die Größe oder Stärke der Bewegung der einzelnen Teile immer kleiner. Ist dagegen das Wasser in einem Kanale von stets gleicher Breite eingeschlossen, so behält die Wellenbewegung beim Fortschreiten stets dieselbe Stärke und überträgt die in ihr liegende Arbeit ungeschwächt auf eine große Entfernung, abgesehen von Reibungsverlusten.
ReflexionFig. 218.ReflexionFig. 219.
ReflexionFig. 218.ReflexionFig. 219.
ReflexionFig. 218.
ReflexionFig. 218.
Fig. 218.
ReflexionFig. 219.
ReflexionFig. 219.
Fig. 219.
ReflexionFig. 218.ReflexionFig. 219.
ReflexionFig. 218.
Fig. 218.
ReflexionFig. 219.
Fig. 219.
Wenn die Welle an einen Stoff trifft, der seiner Natur nach die Wellenbewegung nicht machen kann, z. B. wenn die Wasserwelle an das Ufer trifft, so wird die Welle zurückgeworfen oder reflektiert, wenn der begrenzende Stoff glatt ist. Trifft die Wasserwelle an eine gerade Wand, so wird sie regelmäßig zurückgeworfen, und man unterscheidet hiebei leicht zweierlei Fälle: kommt ein System parallelerWellen (Fig. 218) an die Wand, so sind die zurückgeworfenen Wellen auch wieder parallel, in der Fortpflanzungsrichtung aber geändert, so daß der Winkel, unter welchem die Welle die Mauer trifft, gleich ist dem Winkel, unter welchem die Welle die Mauer verläßt. Wenn eine von einem PunkteAausgehende Welle (oder ein Wellensystem),Fig. 219, eine gerade Wand trifft, so wird sie so reflektiert, daß es aussieht, als wäre sie von einem hinter der Wand liegenden PunkteA′hergekommen, der ebensoweit senkrecht hinter der Wand liegt, alsAvor der Wand liegt.
Ein Schall entsteht, wenn ein Körper eine sehr rasche hin- und hergehende Bewegung macht; wenn sich diese Schwingungen durch die Luft bis zu unserem Ohre fortpflanzen, so hören wir den Schall.
Die Fortpflanzung des Schalles in der Luft geschieht durch eine wellenförmige Bewegung der Luft, und gerade dieseWellenbewegung der Luft(oder eines anderen Stoffes)nennen wirSchall oder Ton, während wir den schwingenden Körper den schallgebenden oder tönenden Körper nennen.
Bei den Wasserwellen ist dieSchwerkraftdie Ursache des gestörten Gleichgewichts. Bei einem tönenden Körper, z. B. einer Glocke, schiebt die vorwärtsgehende Glockenwand die Luft vor sich her, bewirkt also eine Verdichtung und damit eineDrucksteigerungder Luft; die zurückgehende Glockenwand hinterläßt einen luftleeren (oder wegen des Nachströmens der Luft nur verdünnten) Raum und bewirkt so eineDruckverminderung. BeideDruckänderungenbedingen eineStörung im Gleichgewichtszustande der Luft, und verursachen die Luftwelle.
Bei den Wasserwellen bewegen sich die Wasserteilchen in vertikaler Richtung, während die Welle sich in horizontaler Richtung ausbreitet; die Teilchen schwingen in einer zur Fortpflanzungsrichtung senkrechten Richtung:transversale Schwingung, Querschwingung. Bei den Luftwellen schwingen die Luftteilchen gerade in der Richtung, in welcher sich die Bewegung fortpflanzt:longitudinale Schwingung, Längsschwingung.
Wenn ein schwingender, tongebender Körper die benachbarten Luftteilchen vorwärts schiebt und ihnen dann wieder Platz macht zum Zurückfließen, so entsteht durch das Vorwärtsschieben ein luftverdichteter Raum mit Drucksteigerung, und die Folge ist, daß diese Luftteilchen auf die benachbarten drücken, auch sie vorwärts schieben und so die Drucksteigerung auf die folgenden Stellen fortpflanzen. Beim Zurückgehen des schwingenden Körpers werden die Luftteilchen in den entstehenden Raum zurückkehren und dadurch eine Luftverdünnung mit Druckverminderung hervorbringen, so daß auch die weiter vorwärts liegenden Luftteilchen in den luftverdünnten Raum zurückkehren, und sich auch die Luftverdünnung nach den folgenden Stellen fortpflanzt.Die Luftteilchen machen eine vor- und rückwärtsgehende Bewegung und pflanzen so die Luftverdichtung und -Verdünnung immer weiter fort.Der Teil, in welchem die Luft verdichtet ist, heißt einWellenbergund der Teil, in welchem sie verdünnt ist, einWellental: ein Berg und ein benachbartes Tal bilden zusammen eineLuftwelle, und ihre Länge heißt dieWellenlänge.
SchallwelleFig. 220.
Fig. 220.
Ist zwischenBundCFig. 220ein Wellental und zwischenCundAein Wellenberg, so ist inEdie Luft am dünnsten, inDam dichtesten, inB,CundAhat sie die normale Dichte und Spannung. InB,CundAhaben die Luftteilchen die größte Geschwindigkeit und zwar stets in der Richtung, daß sie von der Stelle des höheren Druckes auf die Stelle des niedrigeren Druckes hinströmen; inEundDhaben sie eben keine Bewegung, und die dazwischen liegenden Teilchen bewegen sich in dem Sinne, welcher der Druckverteilung entspricht, um so schwächer, je näher sie anEresp.Dliegen. Nachdem jedes Teilchen eine entsprechende kleine Bewegung gemacht hat, hat sich sowohl die StelleDder Luftverdichtung als auch die StelleEder Luftverdünnung um etwas nachrechts verschoben, die Welle hat sich nach rechts fortgepflanzt. Hierauf machen die Teilchen eine der neuen Druckverteilung entsprechende Bewegung und die Welle pflanzt sich dadurch fort.
SchwingungenFig. 221.
Fig. 221.
InFigur 221ist die Lage der Luftteilchen gezeichnet, wenn inAeine Welle (ein Berg) ankommt und sich nach rechts fortpflanzt; durch die verschiedenen Lagen eines und desselben Teilchens ist je eine Linie gezogen. Während der PunktAeine ganze Schwingung macht, hat sich die Welle um ihre eigene LängeSA=A′cfortgepflanzt.
Befindet sich der tönende Körper in freier Luft, so pflanzt sich auch die wellenförmige Bewegung der Luft nach allen Seiten fort. Deshalb wird sich nach einer gewissen Zeit die Bewegung fortgepflanzt haben bis zu allen Punkten einerKugeloberfläche, in deren Mitte der tönende Körper sich befindet, und wird sich auf immer größer werdende Kugelflächen ausbreiten, so daß stets alle Punkte derselben Kugelfläche die Bewegung gleichzeitig beginnen und gleichmäßig vollführen.
Eine vom schwingenden Körper ausgehende Gerade, längs deren die Schwingungen der Luftteilchen geschehen und längs deren sich der Schall fortpflanzt, wird wohl auch einSchallstrahlgenannt.
Zur Fortpflanzung des Schalles in der Luft ist eine gewisse Zeit nötig.Die Strecke, längs welcher sich der Schall in einer Sekunde fortpflanzt, heißt die Geschwindigkeit des Schalles.Man mißt sie, indem man etwa von einer Kanone sich um eine gemessene Strecke entfernt (5km) und nun die Zeit beobachtet, welche zwischen der Wahrnehmung des Blitzes und des Kanonendonners verfließt (15 Sek.). Dadurch findet man die Geschwindigkeit des Schalles = 333min ruhiger Luft. (Zuerst gemessen von Gassendi†1655.) Wind vergrößert oder verkleinert diese Geschwindigkeit um seine eigene Geschwindigkeit, je nachdem er mit oder gegen den Schall weht.
Jeder Schall und jeder Ton pflanzt sich mit derselben Geschwindigkeit fort.Man hört deshalb eine Musik, Militärmusik, in der Entfernung ebenso, natürlich schwächer, wie in der Nähe. DerDonnerentsteht dadurch, daß in allen Punkten der Blitzbahn zugleich ein Schall (Knall) entsteht, daß dessen einzelne Wellen aber verschieden lange Zeit brauchen, um zu unserm Ohre zu gelangen, das ja von den einzelnen Teilen der Blitzbahn verschieden weit entfernt ist. Da der Schall in den einzelnen Teilen der Blitzbahn auch verschiedene Stärke hat, so erklärt sich hieraus das Rollen des Donners.
Der Schall pflanzt sich nicht bloß in der Luft, sondern in allen elastischen Körpern fort.So pflanzt sich der Schall im Wasser fort; denn man hört eine Glocke, die unter Wasser angeschlagen wird. Ebenso pflanzt sich der Schall in festen Körpern fort; wenn man die Taschenuhr an das eine Ende eines Baumstammes halten läßt, so kann man ihr Ticken am andern Ende deutlich hören, da sich der Schall hiebei vorzugsweise im Baumstamm fortpflanzt. Wenn man sich eine angeschlagene Stimmgabel auf den Kopf stellt, hört man sie, indem die Schwingungen der Gabel direkt durch die Knochen des Kopfes zum Ohre vordringen. Ebenso erklärt sich das Faden- oder Schnurtelephon.
In festen und flüssigen Körpern hat der Schall eine größere Geschwindigkeit als in der Luft.
Der Schall pflanzt sich im luftleeren Raume nicht fort, was leicht durch einen Versuch an der Luftpumpe gezeigt werden kann.
Wenn ein Schall sich in einem festen oder flüssigen Körper ausbreitet, so geschieht dies auch in Form von longitudinalen, nach allen Richtungen sich ausbreitenden Wellen. Als Ursache der Fortpflanzung ist hiebei die Elastizität der Körper anzusehen, da durch die schwingende Bewegung abstoßende und anziehende elastische Kräfte im Körper ausgelöst werden.
Die Schallstärke nimmt mit der Ausbreitung ab.Da wir kein bequemes Mittel besitzen, um Schallstärken zu messen, so müssenwir uns mit folgendem begnügen. Bei allseitiger Ausdehnung hat die Wellenbewegung nach einer gewissen Zeit alle Punkte einer Kugelfläche erreicht; nach zweimal (3 mal etc.) so langer Zeit hat sich die Wellenbewegung auf eine Kugelfläche von 2 mal (3 mal etc.) so großem Radius, also 4 mal (9 mal . . .n2mal) so großer Fläche ausgebreitet, also muß die Intensität der Wellenbewegung nun 4 mal (9 mal . . .n2mal) schwächer sein. Man schließt also:die Schallstärke nimmt bei ungehinderter allseitiger Ausbreitung ab, wie das Quadrat der Entfernung zunimmt. Da wir den Pfiff der Lokomotive in 1mEntfernung noch ertragen, in 10kmEntfernung, wobei seine Intensität 10 0002= 100 000 000 mal schwächer ist, noch hören können, so erkennt man, innerhalb wie großer Grenzen unser Ohr noch empfindlich ist.
Trifft der Schall auf einen festen Körper, so wird er zurückgeworfen, reflektiert, wie jede Wellenbewegung. Der Schall wird unter demselben Winkel reflektiert, unter welchem er auffällt; also nur wenn er senkrecht auffällt, geht er auf demselben Wege zurück.
Darauf beruhtdasEchooder derWiderhall, das Zurückkommen des Schalles, wenn er auf eine Wand trifft. Auch ein Wald gibt ein Echo, wirkt also wie eine feste Wand, obwohl er aus einzelnen Blättern, Zweigen etc. besteht, die nicht in derselben Ebene liegen; ein Teil des Schalles dringt dabei in das Innere des Waldes ein.
Einmehrfaches Echoentsteht, wenn mehrere reflektierende Flächen in verschiedenen Entfernungen sich befinden; die nächstliegende Fläche liefert das erste, stärkste Echo, die ferner liegende gibt den Ton etwas später und schwächer zurück u. s. f. Um das Echo zu hören, muß man so weit von der Wand entfernt sein, daß man den Schall und sein Echo getrennt unterscheiden kann. Für ein einsilbiges Echo oder Händeklatschen beträgt die Entfernung etwa 15m, für ein zweisilbiges mindestens doppelt so viel etc.
Auf der Reflexion des Schalles beruht auch derNachhall in geschlossenen Räumen, Zimmern, Sälen, Kirchen etc. Da der Ton von den Wänden, von der Decke und dem Boden vielfach reflektiert wird, so hört man außer dem direkt zum Ohr gelangenden Tone auch noch Nachklänge, die wegen des größeren Weges etwas später ankommen. Beträgt diese Verspätung nur sehr wenig, so hört man Ton und Nachklang fast zu derselben Zeit; der Nachklang verstärkt dann den direkten Ton. Deshalb kann man sich in Zimmern und geschlossenen Räumen leichter verständlich machen als im Freien, und die Schallstärke nimmt nicht ab, wie das Quadrat der Entfernung zunimmt, sondern in viel kleinerem Verhältnisse.
Wenn aber der Nachklang infolge mehrmaliger Reflexion auch noch zumerklich späterer Zeitkommt, so vermischt er sich mit dem folgenden Worte, mit den folgenden Tönen der Musik, so daß beides nur undeutlich, unklar und verschwommen gehört wird. Bringt ein Raum nur einen kurzen Nachhall hervor, der die direkten Wellen verstärkt, so nennt man den Raumgut akustisch, sagt, er hat einegute Akustik; ist der Nachhall aber lange dauernd, so daß man eine Rede nicht gut verstehen und die Musik nicht rein und klar vernehmen kann, so daß aufeinanderfolgende Töne sich zu einem Tongewirr vermischen, so nennt man den Raumschlecht akustisch.