Aus den Momenten P und Q kann man das resultierende Moment des Eisenringes und die Lage der Axe desselben berechnen. Zur Berechnung der Arbeit kommen indes nur die Momente M und P in Betracht, da das durch den Strom in dem Ringe erzeugte Moment auf die Bewegung der Umwicklung keinen Einfluss hat. Der Widerstand, welchen die von dem Strome i durchflossenen Spiralen in ihrer Bewegung durch den Magnetismus des festen Magnetes finden, ist dem Magnetismus M und der magnetisierenden Kraft resp. dem magnetischen Moment N der durchströmten Spiralen proportional. Wir können demnach die bei einer Umdrehung zu leistende Arbeit gleich - hNM setzen, worin wir das negative Vorzeichen schreiben, um anzudeuten, dafs die Arbeit durch eine äufsere Kraft geleistet werden muss. Bei einer Umdrehungszahl demnach die zu leistende Arbeit

ist

Ganz ebenso ist die infolge des magnetischen Moments P zu leistende Arbeit gleich

Setzen wir für P seinen Wert ein, wobei wir gleichzeitig um die Formeln, welche ja doch nur Näherungsformeln sind, nicht zu sehr zu komplizieren, im Nenner für P anstatt 1+yM einsetzen 1 + ßi, wo ß eine neue Konstante ist, so wird

Dieser Wert für T und E ist entwickelt unter der Voraussetzung, der Eisenring nehme nicht an der Rotation teil, es wurde aber vorhin schon erwähnt, dafs das Mitrotieren des Eisenringes die Verhältnisse in soweit nicht ändert. Dagegen hat die Bewegung des Eisens einen besonders bei grofser Umlaufszahl v hervortretenden doppelten sekundären Einflufs. Zunächst wird durch die Trägheit, welche das Eisen in Bezug auf die Änderung seines magnetischen Zustandes hat, die Lage der magnetischen Axe im Eisenringe etwas gegen die Lage der Axe im festen Magnete im Sinne der Rotation gedreht. Es tritt hierdurch nicht nur eine Anderung der Lage der Indifferenzzone ein, der man durch eine Änderung der Stellung der Kommutatorbürsten Rechnung tragen kann, sondern es tritt auch eine Vermehrung der Arbeit und eine Verminderung der erzeugten elektromotorischen Kraft ein. Ferner aber entstehen, besonders in massiven Eisenkernen durch die Rotation zwischen den Polen des festen Magnets die in §. 148 betrachteten Induktionsströme in körperlichen Leitern, die man jetzt Foucaultsche Ströme nennt. Auch diese bewirken eine Vermehrung der Arbeit und eine Verminderung der elektromotorischen Kraft; sie werden indes sehr geschwächt, wenn man anstatt eines massiven

Eisenringes einen aus Eisendrahtbündeln hergestellten Ring wählt. Beide Umstände haben eine Erhitzung des Ankers zur Folge, indem die ganze durch diese Umstände bewirkte Arbeit im Anker in Wärme umgesetzt wird. Ohne die Entwicklungen von Clausius in Betreff dieser Wirkungen zu verfolgen, geben wir nur das Resultat derselben. Ist n eine sich auf die Foucaultschen Ströme, & eine auf die Lagenänderung der magnetischen Axe beziehende Konstante, so wird schliesslich

Ist R der Widerstand im Stromkreise, welcher von dem von der Maschine gelieferten Strome durchlaufen werden soll, so können wir ERi schreiben; beachten wir gleichzeitig, dafs

so sieht man, dafs die letztere Gleichung eine Beziehung liefert zwischen der Stromstärke i, der Umlaufszahl v, dem Widerstande Rim Stromkreise und einer Anzahl der Maschine angehörigen Konstanten, welche theoretisch nicht bestimmbar sind. Die erstere Gleichung liefert die zur Erzeugung des Stromes erforderliche Arbeit.

Wir unterlassen die Ausführung dieser Rechnungen und verweisen wegen derselben auf die Abhandlung von Clausius. Eine detaillierte Behandlung der Maschine, auf etwas vereinfachter theoretischer Grundlage giebt Frölich in dem vorhin schon erwähnten Werke.

Nur sei kurz erwähnt, dafs ebenso wie wir in den Dynamomaschinen Arbeit in Strom umsetzen, ebenso auch umgekehrt Strom in mechanische Arbeit umgesetzt werden kann. Wird in den Stromkreis der Maschine der Strom i eingeleitet, so liefert die Maschine als elektromagnetischer Motor gebraucht, die Arbeit T1). In dieser Weise werden die Dynamomaschinen zur elektrischen Kraftübertragung verwandt. Wegen des Nähern verweisen wir auf die Werke über Elektrotechnik 2).

1) Man sehe Clausius, Wiedem. Ann. Bd. XXI.

2) Ebenso verbietet es uns der Raum, an dieser Stelle auf die mannigfachen Anwendungen der dynamoelektrischen Maschinen resp. des Princips der Induktion in der Technik einzugehen. Nur kurz können wir auf das von Bell im Jahre 1877 konstruierte Telephon (Fernsprechapparat) hinweisen, welches seit der kurzen Zeit seines Bestehens eine für das praktische Leben so hohe Bedeutung gewonnen hat. Dasselbe beruht auf Magnetinduktion und ist auch deshalb physikalisch interessant, weil es zeigt, mit welcher Schärfe die Induktion jede auch noch so minimale Schwankung des Magnetismus wiedergiebt. In seiner ursprünglichen Form bestand das Telephon aus einem cylindrischen in einem Holzcylinder mit einer Schraube etwas axial verschiebbar eingesetzten Magnet. An seinem einen Ende ist der Hohlraum des Holzcylinders etwas erweitert, und in dieser Erweiterung befindet sich eine kleine Induktionsrolle aus vielen Windungen feinen Drahtes auf den Magnet aufgeschoben, so dafs das Ende des Magnets soeben über der Rolle hervorragt. Auf dem obern Rande des Holzcylinders ist eine dünne Eisenblechplatte befestigt, so dafs ihre Ebene senkrecht zur Axe des Magnets ist, und die Axe die Mitte der Platte trifft. Die Platte

§. 153.

Elektromagnetische Induktionsapparate.

Induktionsapparate der zweiten Art, elektromagnetische, wurden wohl zuerst von Masson und Breguet1) konstruiert und später vielfach zur Benutzung der physiologischen Wirkungen zu medizinischen Zwecken verwandt. Jetzt werden die Apparate ganz vorzüglich von Stöhrer und besonders von Rühmkorff kestruiert. Den Apparat von Rühmkorff zeigt Fig. 297. Der induzierende

Draht ist auf. eine Rolle von Pappe gewickelt, welche zwischen zwei dicken Spiegelglasplatten, die in ihrer Mitte ein der innern Weite der Röhre gleiches Loch besitzen, befestigt ist. Die Pappröhre ist mit einem Bündel dünner Drähte von weichem Eisen, welche einzeln gefirnifst sind, angefüllt. Das Bündel ragt an der einen Seite ein wenig aus der Röhre hervor

wird an ihren Rändern auf dem Holzcylinder befestigt durch einen Holzring, der in seiner Mitte einen trichterförmigen Aufsatz hat, so dafs die offene Mündung des Trichters gerade gegen die Mitte der Eisenplatte zeigt. Die Enden der Induktionsrolle sind mit den Enden der Induktionsrolle eines ebensolchen Apparates verbunden, der sich in beliebiger Entfernung befindet. Spricht man gegen die Eisenplatte, so nimmt dieselbe gerade wie die Platte des Phonographen alle Schwingungen an; da jede Annäherung der Platte an den Magnet den Magnetismus verstärkt, jede Entfernung den Magnetismus schwächt, so wechselt der Magnetismus genau nach den gleichen Schwingungsperioden seine Stärke Dadurch werden genau nach den gleichen Perioden Induktionsströme in der Induktionsrolle erzeugt, welche ihrerseits die Induktionsrolle des entfernten Apparates durchlaufend den Magnetismus des Magnets dieses Apparates nach der gleichen Periode ändern. Infolge dieser Änderung des Magnetismus gelangt die Platte des entfernten Apparates in dieselben Schwingungen wie jene des ersten Apparates und ein an den Trichter des zweiten Apparates gelegtes Ohr hört deutlich das in den ersten Apparat Hineingesprochene. Über andere Formen des Telephons sehe man Hartlebens elektrotechnische Bibliothek VI. Bd.: Schwartz, das Telephon u. s. w. II. Aufl., Wien 1883; Wietlisbach, die Technik des Fernsprechwesens. Wien 1886. Über die Theorie des Telephons sehe man E. Du Bois-Reymond, Verhandl. der physiolog. Gesellschaft zu Berlin 1877 Nr. 4.: Archiv für Physiologie 1877 S. 562; von Helmholtz, Wiedem. Ann. Bd. V; Fr. Weber, Archives des sciences physiques 3 série T. I.; Aaron, Widem. Ann. DV: Wietlisbach, Wiedem. Ann. Bd. XVI.

Masson und Breguet, Annales de chim. et de phys. III. Sér. T. IV.

Der induzierende Draht hat eine Dicke von 2-2,5 mm und ist in circa 300 Windungen um die Röhre gewickelt.

Die induzierende Spirale ist von einer Glasröhre oder einer Röhre von hartem Kautschuk umgeben, und auf diese ist die Induktionsspirale gewickelt; dieselbe besteht aus Kupferdraht, dessen Dicke 0,25 mm nicht überschreitet, der sorgfältig mit Seide übersponnen und gefirnifst ist, und welcher in ungefähr 30000 Windungen um die Röhre geführt ist. Die einzelnen Lagen des Drahtes werden noch besonders von einander isoliert, indem jede als Ganzes nochmals gefirnifst oder mit einer Schicht Wachs oder Derartigem überzogen wird, oder indem man zwischen je zwei Lagen des Drahtes noch Wachspapier oder eine dünne Guttaperchaplatte legt. Bei den ältern Rühmkorffschen Apparaten ist das durchaus erforderlich, da dort der Draht von einem Ende der Spirale zum andern und wieder zurück gewickelt ist, so dafs die über einander liegenden Windungen zum Teil sehr weit von einander entfernten Stellen des Drahtes entsprechen. Bei der Erregung der Induktionsströme nimmt aber die elektrische Dichtigkeit in dem Drahte von der Mitte gegen die Enden hin sehr bedeutend zu, so dafs dieselbe in von einander entfernten Stücken des Drahtes sehr verschieden ist Liegen solche Stücke über einander und sind nicht sorgfältig von einander isoliert, so findet deshalb leicht ein direktes Übertreten der Elektricität von einer Lage zur andern statt. Die Enden der Induktionsspirale treten bei K und L hervor und sind mit den auf isolierenden Glasfüfsen befestigten Klemmschrauben K' und L' verbunden.

Um den induzierenden Strom beliebig zu leiten und ihn zu unterbrechen, ist in denselben ein Rühmkorffscher Kommutator und ein Wagnerscher Hammer eingeschaltet. Der Kommutator befindet sich an dem einen Ende der Spirale, in der Zeichnung links; die zu den Polen der Säule führenden Drähte werden in die seitlichen Klemmen des Kommutators, deren eine s in der Figur sichtbar ist, eingeklemmt. Das eine Stück der Axe des Kommutators ist dann mit dem einen Ende des induzierenden Drahtes in Verbindung, das andere Stück der Axe ist durch den Metallstreif 7 mit der Klemme F leitend verbunden, welche mit dem unter dem Hammer des Unterbrechers stehenden Säulchen D in leitender Verbindung steht. Das andere Ende des induzierenden Drahtes ist in der Säule B eingeklemmt, welche den Hammer des Unterbrechers trägt. Wenn der Strom von s in den Kommutator, dann über 77 nach F fliesst, so tritt er über D durch den Hammer in die Induktionsspirale, durchfliefst dieselbe und geht durch den Kommutator zur Säule zurück. Dadurch wird das Drahtbündel in der Spirale magnetisch, zieht den Hammer an, und der Strom wird bei D unterbrochen. Der Hammer fällt dann wieder nieder und der Strom wird wieder geschlossen.

Auch bei der vorsichtigsten Isolation ist man bei dem ältern Rühmkorffschen Apparat genötigt, nur schwache induzierende Ströme anzuwenden, da sonst zu leicht ein Durchbrechen der isolierenden Schichten eintritt; deshalb hat Poggendorff') den Vorschlag gemacht, die Induktionsrolle aus mehreren kleinen Stücken zusammenzusetzen, deren Enden leitend

1) Poggendorff, Poggend. Ann. Bd. XCIV.

verbunden werden. Diesen Vorschlag hat Stöhrer ausgeführt1) und dem Apparate die Form Fig. 298 gegeben. Bei demselben steht die induzierende Rolle A mit dem Drahtbündel vertikal. Auf dieselbe ist die Induktions

rolle in drei einzelnen Teilen geschoben, deren Enden durch die Metallbügel mit einander verbunden sind; das äufsere Ende der letzten Rolle ist mit der isolierten Säule D, das innere der ersten mit der Säule C in leitender Verbindung. Die Enden der induzierenden Spirale sind mit den Klemmen B und B' verbunden. E ist der Unterbrecher; derselbe besteht aus einem Elektromagnete, der auf den Hammer GF wirkt; der um den Elektromagnet gewickelte Draht ist einerseits mit der Klemme B, andererseits mit der metallischen Axe des Hammers GF verbunden, während die Kupferfeder J, auf welche der Stift H drückt, wenn der Hammer nicht angezogen ist, mit der Klemme k in leitender Verbindung steht. Der Stift H ist an seinem untern Ende aus Platin, und unter dem Stifte auf der Feder J ist eine Platinplatte aufgelegt.

1) Stöhrer, Poggend. Ann. Bd. XCVIII, Auch Rühmkorff wickelt, wie er mir mitteilte, seine Induktionsrollen jetzt ähnlich aus einzelnen Stücken, indem er schmale Streifen der Rollen bis zur vollen Dicke windet, und so die ganze Rolle aus derartig schmalen Einzelrollen zusammensetzt. Besonders bei den grofsen Induktionsapparaten, deren Rollen mehr als 0,5 Meter Länge haben, ist eine derartige Wickelung unumgänglich.