Inhalt. (continued 2)

Soviel sprach Rudi etwa über die theoretischen Dinge und ging dann dazu über, den Zuhörern die verschiedenen Arten von Stromquellen, bei denen chemische Energie zur Erzeugung der Elektrizität verwendet wird, vorzuführen.

Herstellung verschiedener Elemente.

Da es nicht nur von theoretischem, sondern auch von praktischem Interesse ist, wie man mit einfachen Mitteln starke, ausgiebige Stromquellen, sogenannte Elemente, sich herstellen kann, so sei an dieser Stelle die Anfertigung einer größeren Anzahl der verschiedensten Elemente beschrieben.

Das einfachste Element ist schon in der Abb. 38 dargestellt; es gibt 1,1 bis 1,2 Volt; es ist ziemlich konstant, jedoch für Demonstrationszwecke nur bei kurzer Benützung geeignet, da der sich an der Zinkelektrode bildende Wasserstoff mit der Zeit lästig auf die Atmungsorgane wirkt.

Abb. 39. Leclanché-Elemente.

Das Leclanché-Element.

Ein sehr einfaches und leicht herzustellendes Element ist das von Leclanché. Wir können uns die Bestandteile dazu kaufen. Abb. 39 zeigt zwei verschiedene Formen: Bei A dient ein Hohlzylinder aus Retortenkohle mit Braunstein gefüllt als positive Elektrode, bei B steht dagegen ein Kohlenstab, in ein Gemisch von Kohle und Braunstein eingebettet, in einem porösen Tonzylinder. Die einzelnen Bestandteile der Elemente sind bei beiden: erstens ein Glasgefäß (gl). Hierzu können gewöhnliche Einmachgläser verwendet werden; auch kann man von hinreichend weiten Flaschen den oberen Teil samt dem Hals absprengen. Dazu wird die Flasche vorsichtig über einer Flamme so stark als möglich erwärmt (jedoch bei weitem nicht bis zum Glühen!) und dann entlang der Stelle, an welcher der Sprung entstehen soll, mit einem nassen Bindfaden umgeben, worauf der Hals abfällt. Um die dabei entstehenden außerordentlich scharfen Ränder des Glases unschädlich zu machen, versieht man sie mit einem Wulst von Siegellack, der aber sehr heiß auf das vorgewärmte Glas aufgetragen werden muß, da er sonst schlecht hält. Wir können uns auch vier- oder mehrkantige Gläser nach der auf Seite 78 u. ff. beschriebenen Weise herstellen. Zweitens ein Zinkzylinder (z). Diesen biegen wir aus mindestens 1,5 mm starkem Zinkblech und versehen ihn mit drei Ansätzen, die auf dem Glasrande aufliegend ihn tragen; außerdem wird an einem der Ansätze ein 30 cm langer, 1 bis 2 mm starker, unisolierter, zur Spirale gewundener Kupferdraht angelötet und die Lotstelle mit Asphaltlack bestrichen. Drittens bei A aus einem hohlen Kohlenzylinder (K), der mit feingekörntem Braunstein (B) gefüllt und unten mit einem Kork verschlossen ist; oben in dem Kohlenzylinder ist eine Klemmschraube (Kl) befestigt. Bei Abb. B haben wir einen porösen Tonzylinder (T) in dem, wie schon erwähnt, ein in einem gleichteiligen Gemisch von feingekörntem Braunstein und feingekörnter Retortenkohle (Reststücke von Bogenlampenkohlen) oder Koks (Bk) eingebettet ein Kohlenstab (K) steht, der um einige Zentimeter den Tonzylinder überragt. An dem freien Ende wird eine Klemme (Kl) angebracht. Die Braunsteinkohlefüllung darf den Zylinder nicht ganz ausfüllen, sondern es sollen oben 2 bis 3 cm freibleiben, welcher Raum dann mit Kolophonium (Ko) ausgegossen wird. Beide Elemente werden bis einige Zentimeter vom oberen Rande mit gesättigter Salmiaklösung gefüllt. Alle Kohlen und auch die Tonzylinder müssen an ihren oberen Enden, soweit diese aus der Flüssigkeit herausragen sollen, einige Minuten in kochendes Paraffin getaucht werden. Ein mit entsprechenden Ausschnitten versehener Deckel aus einem Stück in Paraffin gekochter, nicht zu schwacher Pappe verhindert das zu rasche Verdunsten der Flüssigkeit.

Abb. 40. Holzstab für Anfertigung von Gipszylindern.

Anfertigung von Gipszylindern.

Da wir bei den nachher zu beschreibenden Daniellschen und Bunsenschen Elementen ebenfalls poröse Zylinder brauchen, so sei an dieser Stelle die Herstellung solcher aus Gips beschrieben.

An Hand der folgenden fünf Abbildungen 40 bis 44 ist das Verfahren leicht zu erklären. Wir richten uns einen etwa 30 cm langen, 3 bis 4 cm dicken, runden Holzstab (ein Stück Besenstiel) her und umwinden ihn mit einer dünnen Schnur oder einem starken Leinenfaden, wie dies aus Abb. 40 bei dem unten freien Ende des Holzstabes zu sehen ist. Um diesen herum wickeln wir nun mehrere Lagen eines starken Papieres, bis der Stab so dick geworden ist, als der Hohlraum des Zylinders weit sein soll. Das Abrollen der Papierumhüllung verhindern wir durch Umwinden mit einem dünnen gewöhnlichen Nähfaden. Abb. 40 zeigt diesen ersten Bestandteil der Gußform. Nun brauchen wir zwei Gummiringe, die so stark sein müssen, als die Wandungen des Zylinders dick werden sollen. Diese Ringe können wir aus einem Gummischlauche herstellen, indem wir Stücke von passender Länge über eine Kordel ziehen und die Enden mit Gummilösung zusammenkleben. An einem Ringe werden, wie Abb. 41 zeigt, an zwei Stellen Bindfäden befestigt. Bevor die Ringe auf den Stab geschoben werden, wird dessen Papierbelag mit Fett (Schweineschmalz) eingerieben. Die obere Fläche soll möglichst eben sein, etwa vorhandene Spalten zwischen den einzelnen Papierlagen müssen mit Fett angestrichen werden. Nun wird der eine Ring mit den Fäden auf das obere Ende des Stabes geschoben; der andere von unten her so weit von diesem entfernt, als die Tiefe des Zylinders betragen soll. Aus der Abb. 42 ist diese Anordnung deutlich zu erkennen.

Abb. 41. Gummiring.

Abb. 42. Holzstab nach Befestigen der Gummiringe.

Des weiteren richten wir uns aus starkem Papier einen ziemlich langen Streifen, der etwa 5 cm breiter ist, als der Abstand der beiden Gummiringe beträgt. Dieser Papierstreifen soll, wie aus dem Längsschnitt der Abb. 43 zu ersehen ist, über den Stab, durch die Gummiringe von ihm getrennt, aufgerollt werden und zwar so, daß der entsprechende Rand der Papierhülle 1 cm (oder mehr, je nachdem die Stärke des Bodens gewünscht wird) über das obere Ende des Stabes hinausragt. Die Innenseite der Papierhülle muß ebenfalls stark eingefettet sein, und man bestreicht deshalb am besten vor dem Aufwickeln ein entsprechend breites Stück mit Fett. Das selbsttätige Aufrollen der Hülle verhindert man wiederum durch Umwinden mit Bindfaden.

Abb. 43. Aufrollen des Papierstreifens.

Abb. 44. Die fertige Form zur Herstellung von Gipszylindern.

Der Hohlraum, der in Abb. 43 mit h bezeichnet ist, wird nun mit ziemlich dickflüssigem Gipsbrei unter Benützung eines Messers ausgestrichen, und außerdem wird die Stelle auch außen noch mit einem Wulst von Gips (l) umgeben. Ebenso wird an dem oberen Ende ein Gipskranz m angebracht.

Sind die Gipswülste, die zur Erhöhung der Festigkeit der Form dienen, genügend getrocknet, so wird der obere Gummiring mit Hilfe der beiden Fäden herausgezogen, und nun ist die Form fertig. Abb. 44 zeigt, wie man sie in einem mit Erde gefüllten Blumentopfe bequem senkrecht aufstellen kann.

Im Gusse darf nur ganz reiner, guter Gips verwendet werden. Wir gehen am sichersten, wenn wir uns an einem bereits erhärteten Stückchen Gips davon überzeugen, ob es, in verdünnte Schwefelsäure geworfen, seine Festigkeit nicht verliert. Der Gipsbrei darf nicht zu wässerig sein, er soll gerade noch gut fließen, wenn er in die Form gegossen wird. Etwa mitgerissene Luftblasen werden durch vorsichtiges Erschüttern der Form zum Steigen gebracht und an der Oberfläche dann abgestrichen. Um dem Boden eine Wölbung nach innen zu geben, wird irgend ein nicht zu stark gewölbter Gegenstand (z. B. ein Schaumlöffel oder irgend ein passender Deckel) eingefettet und auf die Form gedrückt, so daß noch etwas Gips auf den Seiten herausquillt.

Ist der Guß — man kann dies an dem oben herausgequollenen Gips erkennen — hinreichend erhärtet, so wird die Form aus dem Blumentopf herausgenommen und umgedreht und der um den Holzstab gewundene Faden wird an dem freien Ende herausgezogen. Dadurch wird der Stab frei und kann auch herausgenommen werden. Nun rollt man den inneren Papierstreifen nach innen zusammen und nimmt ihn ebenfalls heraus. Die äußere Hülle springt nach Entfernung der Gipswülste und der Schnur von selbst los. Runden wir noch die meist zu scharfen Kanten mit einem Messer ab, so ist der Zylinder fertig.

Indem wir den Holzstab mit verschieden starken und langen Papierbelägen umwickeln, können wir den Zylindern die verschiedensten Formen geben. Die einzelnen Bestandteile der Form lassen sich wieder zusammensetzen und von neuem gebrauchen.

Abb. 45. Kohlenelektrode.

Abb. 46. Trockenelement (Durchschnitt).

Kohlenelektroden.

Für Leclanché-Elemente sind die sog. Kohlebeutelelektroden der Verwendung von Tonzellen vorzuziehen, schon deshalb, weil sie viel einfacher herzustellen sind. Die Ansicht einer solchen Elektrode zeigt Abb. 45, der Durchschnitt ist in Abb. 46 dargestellt. Wir besorgen uns eine gewöhnliche Bogenlampenkohle, deren Dicke sich nach der Größe des Elementes richten muß. Für ein Element mittlerer Größe soll sie etwa 1,5 bis 2,0 cm dick und 15 bis 20 cm lang sein. Der Kohlestab muß zu ¾ bis 4⁄5 seiner Länge in einem mit einem Braunsteinkohlegemisch gefüllten Tuchbeutel stecken. Wir feilen nahe dem unteren Ende der Kohle eine nur wenig tiefe Ringnut ein und ebenso an der Stelle, bis zu welcher der Beutel reichen soll. Ein beiderseits offenes Säckchen aus starkem Leinenstoff wird einerseits in die untere Nut eingebunden und mit einem gleichteiligen Gemisch aus ziemlich fein gekörntem Braunstein und Koks (oder Retortenkohle) gefüllt. Damit der Beutel eine regelmäßige Form erhält, umgeben wir ihn mit einem Zylinder aus Pappdeckel, den wir mit einer Schnur umwinden, damit er einigen Druck aushält. Jetzt wird die Füllung unter Zugabe von Wasser mit einem Holzstab so fest als möglich in das Säckchen hineingepreßt und festgestampft; dann wird der obere Rand des Säckchens in die obere Ringnut der Kohle eingebunden. Nach Entfernung des Pappzylinders wird der Beutel noch mit Schnur befestigt, wie dies aus der Abb. 45 zu ersehen ist. Der aus dem Beutel herausragende Teil der Kohle wird in kochendes Paraffin getaucht und dann wird am oberen Ende die Rundung mit der Feile etwas abgeflacht, damit eine Klemmschraube bequem angesetzt werden kann.

Abb. 47. Zinkzylinder.

Das Trockenelement.

Auch die in neuerer Zeit so sehr beliebt gewordenen Trockenelemente kann man sich leicht selbst herstellen; sie sind ebenfalls nach dem System von Leclanché konstruiert. An Hand der Abb. 46 sei ihre Anfertigung erklärt: Als Behälter (a in Abb. 46) für das Trockenelement wählen wir ein Glasgefäß von passender Größe; den Zinkmantel (siehe unten) selbst als Gefäß zu benutzen, ist nicht empfehlenswert. Ferner fertigen wir uns aus starkem Zinkblech einen zylindrischen Mantel mit einem Fortsatzstreifen an. Wie aus einem Stück Blech zwei solcher Mäntel ohne Materialverlust geschnitten werden, zeigt Abb. 47. Der Zinkmantel (b in Abb. 46) soll mit 2 bis 3 mm Spielraum in das Glasgefäß hineinpassen. Endlich stellen wir uns eine Kohlebeutelelektrode (c) her, deren Durchmesser je nach der Größe des Elementes 2 bis 5 cm kleiner ist, als der des Zinkzylinders. Die Füllung (d) besteht aus feinem, reinem Sägemehl von weichem Holz, das 1 bis 2 Stunden in einer gesättigten Salmiaklösung gelegen hat. Kurz vor Gebrauch wird das Sägemehl in einen Leinenbeutel gefüllt und durch leichtes Pressen von der überschüssigen Flüssigkeit befreit. Dann gibt man in das Glasgefäß erst eine etwa 5 mm dicke Schicht davon auf den Boden; hierauf werden der Zinkzylinder und die Kohlenelektrode, die vorher in Salmiaklösung stand, eingesetzt und der freie Raum zwischen diesen sowie zwischen Zink und Glas mit der genannten Füllmasse ausgefüllt. Mit einem geeigneten Holzstab muß die Masse recht fest zusammengestampft werden. Die dabei an die Oberfläche tretende Flüssigkeit gießt man erst ab, wenn die Füllung beendet ist; letztere soll die obere Fläche des Kohlebeutels noch etwa 5 mm hoch bedecken. Ist die überschüssige Flüssigkeit abgegossen, so ebnet man die Oberfläche der Füllung, steckt zwei kleine Gummischläuchlein (Ventilschlauch) (e, e) etwa 5 mm tief hinein und gießt nicht zu heißes Paraffin auf die Füllung direkt auf, eine 2 bis 3 mm dicke Schicht (f). Jetzt wird der noch freie Glasrand innen mit einem Wattebausch sehr sorgfältig getrocknet. Die nächste Deckschicht (g) besteht aus Kolophonium-Wachskitt, dem außer ziemlich viel Leinöl auch etwas Spiritus (etwa 5 Volumenprozent) zugesetzt ist; der Kitt muß auch nach dem Erkalten noch eine zähe, fadenziehende Masse bilden. Hiervon wird eine 5 bis 10 mm dicke Lage eingegossen, wobei der Kitt sehr heiß sein soll. Für die oberste Schicht (h) verwenden wir wieder Paraffin oder Asphalt.

Die käuflichen Trockenelemente sind meist nach Verfahren hergestellt, die Fabrikgeheimnisse sind. Die Leistung sehr vieler dieser Fabrikate ist sehr gut, insbesondere kommen für die kleinen Taschenlämpchen sehr gute, kleine Batterien (meist 3 Elemente) in den Handel. Da Rudi gerade diese kleinen Taschenlämpchen viel gebrauchte, sei hier einiges über sie gesagt.

Die Trockenbatterien zu 3 Elementen, meist zusammen in einer Papierhülle, leisten 4 Volt und bringen ein kleines Lämpchen zum hellen Leuchten; besonders erfreut war Rudi, als auch diese 4-Volt-Lämpchen mit Metallfaden, statt Kohlenfaden ausgerüstet wurden, wodurch bei gleichem Stromverbrauch mehr als die dreifache Helligkeit erzielt wurde. Ein Brechen des feinen Metallfadens ist nicht zu befürchten, da er zu kurz ist; sie sind also weit weniger empfindlich als die großen Metallfadenlampen, die gegen Erschütterungen sehr empfindlich sind.

Wer einen möglichst konstanten, starken Strom gebraucht, muß sich schon eine Batterie von Bunsen- oder Daniellelementen herstellen; auch Chromsäurebatterien sind recht geeignet. Wer gute Gelegenheit zum Akkumulatorenladen hat, beschafft sich natürlich eine Akkumulatorenbatterie. Wo solche Gelegenheit fehlt und größere Kosten nicht gescheut werden, sind die Kupronelemente entschieden am meisten zu empfehlen.

Das Bunsenelement.

Das Bunsenelement besteht aus einem Glasgefäß, in dem ein dicker Zinkzylinder steht; in dem Gefäß befindet sich verdünnte Schwefelsäure (auf 10 Teile Wasser 1 Teil Schwefelsäure) und ein poröser Tonzylinder, in dem in konzentrierter, gewöhnlicher Salpetersäure ein starker Kohlenstab steht. Dies Element gibt 1,9 Volt.

Abb. 48. Das verbesserte Bunsenelement.

Das Daniellsche Element.

Das Daniellsche Element besteht ebenfalls aus einem Glasgefäß mit einem porösen Tonzylinder. In ersterem steht ein Kupferzylinder in gesättigter Kupfervitriollösung, in letzterem ein starker Zinkstab oder Zinkmantel in verdünnter Schwefelsäure oder auch Zinksulfatlösung. Die erzeugte elektromotorische Kraft beträgt hier etwa 1,1 Volt.

Verbessertes Bunsenelement.

Die beiden obigen Elemente haben in der beschriebenen Form für uns eigentlich mehr theoretisches als praktisches Interesse. Rudi hatte sich eine stattliche Batterie aus abgeänderten Bunsenelementen hergestellt, die ihm einen starken und konstanten Strom, mit dem er auch Akkumulatoren laden konnte, lieferte. Abb. 48 zeigt ein solches Element. Die Kohlenelektrode stellen wir aus vier flachen Kohlenplatten her, die, ungefähr ein Viereck bildend, um die Tonzelle aufgestellt sein sollen. Es handelt sich nun darum, die vier Kohlenplatten gut und fest miteinander zu verbinden. Können wir Platten verwenden, deren obere Enden, wie in Abb. 49, mit Klemmschrauben versehen sind, so stellen wir uns aus dickem, geglühtem Kupferdraht einen Ring her, wie ihn Abb. 51 zeigt. Durch die vier an den breitgeschlagenen Stellen eingebohrten Löcher werden die Schraubenenden der Kohlen gesteckt und mittels Muttern festgeschraubt.

Abb. 49. Kohlenplatte mit eingebrannter Polschraube.

Abb. 50. Kohlenplatte mit Klemmschrauben.

a Klemme zur Befestigung des Metallstreifens (für jedes Element drei erforderlich). b Klemme für denselben Zweck, jedoch gleichzeitig zum Anschrauben des Poldrahtes (für jedes Element eine erforderlich).

Stehen uns nur einfache Kohlenplatten zur Verfügung, so versehen wir sie an ihrem oberen Ende mit einem Loch, durch das wir Metallschrauben mit Muttern hindurchstecken können (Abb. 50). Durch einen entsprechend gebogenen und mit vier Löchern versehenen Kupferblechstreifen werden die Kohlen miteinander verbunden, wie dies in Abb. 48 deutlich zu erkennen ist. Die oberen Enden der Kohlen müssen in kochendes Paraffin getaucht, die Metallteile mit Asphaltlack bestrichen werden. Auf den Boden der Tonzelle gießt man etwas Quecksilber (dies ist zwar nicht unbedingt nötig und verhindert nur rascheres Auflösen des Zinks) und stellt einen gut amalgamierten starken Zinkstab hinein. Nun wäre das Element noch zu füllen: Wir stellen den Tonzylinder in das Standglas und geben zuerst eine als Depolarisator wirkende Masse auf den Boden des Gefäßes, einige Zentimeter hoch. Die Masse besteht aus 6 Teilen pulverisiertem, doppeltchromsauren Kali, die mit 60 Teilen Kalialaun in einem Glas- oder Porzellangefäß unter Zugießen von 10 Teilen konzentrierter Schwefelsäure mit einem Glasstab zusammengerührt werden. Die dabei entstehende Masse ist teigartig und kann längere Zeit offen aufbewahrt werden.

Abb. 51. Breitgeschlagener Kupfer- oder Messingdraht.

Nun wird zuerst der Tonzylinder mit verdünnter Schwefelsäure (1 : 10) und dann das Glasgefäß mit verdünnter Chromsäure (1 : 9) angefüllt. Hier sind Volumteile gemeint. Diese Elemente eignen sich besonders zum Laden von Akkumulatoren.

Das Chromsäureelement.

Wir wollen nun noch die Chromsäureelemente, die nur in Form von sogenannten Tauchbatterien verwendet werden, kurz besprechen. Unser Rudi war zwar ein persönlicher Feind dieser Elemente, denn er hatte schlechte Erfahrungen damit gemacht. In der Tat erfordert eine Chromsäurebatterie zu ihrer guten Instandhaltung mehr Arbeit und Sorgfalt, als sie eigentlich wert ist. Jedoch ist ihre Herstellung ziemlich einfach und billig.

Abb. 52. Holzgestell für Chromsäurebatterie.

Die positive Elektrode des Elements besteht aus zwei Kohlenplatten, zwischen denen eine starke Zinkplatte steht und die negative Elektrode bildet. Die Chromsäurelösung wird aus 1 Gewichtsteil doppeltchromsaurem Kali, 12 Gewichtsteilen Wasser und 2 Gewichtsteilen Schwefelsäure hergestellt. Die Schwefelsäure gieße man, wie schon erwähnt, unter ständigem Umrühren langsam zu. Die Elektroden müssen so aufgehängt werden, daß sie mit einem einfachen Handgriff in die Gläser eingetaucht und herausgezogen werden können. Wir können uns hierfür verschieden konstruierte Holzgestelle herrichten. Abb. 52 zeigt ein solches, bei dem Kohle und Zink aus der Flüssigkeit gehoben werden. Diese Art von Batterien ist den vielfach noch gebräuchlichen Chromsäureflaschenelementen, wie Abb. 53 ein solches zeigt, entschieden vorzuziehen; diese seien nur der Vollständigkeit wegen erwähnt.

Abb. 53. Chromsäureflaschenelement.

Jede Batterie, die nicht in kürzester Zeit schlecht werden soll, bedarf sorgfältiger und reinlicher Wartung. Man stelle sie deshalb nicht an unzugänglichen Orten auf. Größere Batterien von solchen Elementen, die Wasserstoff entwickeln (fast alle, bei denen Zink in Schwefelsäure steht), sollen nicht in einem bewohnten Zimmer sein. Bei den Salmiakelementen wird regelmäßig das verdunstete Wasser der Lösung durch frisches ersetzt; die Gläser sollten stets mit Deckeln versehen sein. Sobald sich innerhalb oder außerhalb an den Elementen Salze gebildet haben, sind Gefäß und Elektrode gründlich davon zu befreien, zu reinigen, einige Stunden, die Elektroden aber getrennt, in verdünnte Salzsäure zu stellen, dann mit Wasser gründlich abzuspülen und schließlich neu zu füllen. Die aus der Flüssigkeit herausragenden Teile der Kohle müssen immer mit einem guten Paraffinüberzug versehen sein; freie Teile der Zinkelektroden werden am vorteilhaftesten mit Asphaltlack bestrichen. Verbindende Drähte sind entweder zu verlöten oder mittels guter Klemmschrauben fest anzuschließen; mangelhafte Verbindungsstellen bilden große Widerstände.

Der Akkumulator.

Als das beste und brauchbarste Element, das wir kennen, ist jedenfalls der Bleiakkumulator zu bezeichnen. Eine günstige Gelegenheit, den Akkumulator selbst zu laden oder laden zu lassen, darf wohl bei den meisten jungen Lesern vorausgesetzt werden; für geringere Ansprüche genügt auch eine der oben beschriebenen Batterien zum Laden der Akkumulatoren.

Abb. 54. Einteilung des Werkbleistreifens in Platten.

Die Selbstanfertigung eines guten Akkumulators ist nicht so schwierig, als wohl manchem scheinen möchte. Ein wenig Geduld müssen wir haben; denn ein großer Teil der Arbeit, das Ausstanzen der Löcher, ist nicht gerade sehr unterhaltend.

Zuerst müssen wir uns klar darüber werden, wie viel Zellen mit wie viel und wie großen Platten wir herstellen wollen. Wir nehmen einmal an, es sollten zwei Zellen, jede zu fünf Platten angefertigt werden und jede Platte 10 cm lang und 5 cm breit sein, also 50 qcm Fläche haben. In diesem Falle genügt ein 1,5 mm dickes Bleiblech, da wir jede Platte aus zwei Lagen bestehen lassen werden; bei mehr als 50 qcm muß das Blei 2 mm stark sein. Wir haben also zwei Zellen, jede zu fünf Platten, die je aus zwei Lagen zusammengesetzt sind, deren jede 50 qcm Fläche hat. Wir brauchen also 2 · 5 · 2 · 50 qcm = 1000 qcm; dabei haben wir aber die Fortsätze noch nicht in Rechnung gezogen, die an den Platten sein müssen. Diese machen nochmals 200 qcm aus, so daß im ganzen 1200 qcm erforderlich sind. Um das Material möglichst auszunützen, kaufen wir uns einen 1 m langen, 12 cm breiten und 1,5 mm starken Streifen von gewöhnlichem Werkblei. Dieser wird nach dem in Abb. 54 angegebenen Muster in Doppelplatten eingeteilt, die alle mit langen Fortsätzen versehen sind. Die beiden Hälften einer Doppelplatte hängen bei Nr. II bis IX so zusammen, wie es Abb. 55 zeigt. Nur bei X haben wir die langen Seiten gemeinsam und bei Nr. I gar keine. Nachdem wir die Einteilung auf den Bleistreifen aufgezeichnet haben, schneiden wir die Doppelplatten heraus (Abb. 55).

Abb. 55. Eine Doppelplatte.

Abb. 56. Maschine zum Ausstanzen der Löcher.

Um die wirksame Fläche der Platten zu vergrößern, müssen wir sie mit einer großen Anzahl von Löchern versehen; wir wollen auf jeden Quadratzentimeter Fläche ein 4 mm weites Loch annehmen. Wir ritzen gitterartig Linien auf den Doppelplatten (Abb. 55) ein, deren erste 5 mm vom Rande entfernt ist, während jede folgende 1 cm von der vorhergehenden absteht, somit fünf Linien parallel zu den langen, 20 parallel zu den kurzen Seiten. In den 100 Schnittpunkten beider Liniensysteme sind die Löcher auszustanzen, wozu wir uns eine einfache Maschine anfertigen, die Abb. 56 im Schnitt zeigt. Auf ein 2 cm starkes quadratisches Brett wird eine Eisenplatte genagelt oder besser in das Brett eingelassen; sie enthält in ihrer Mitte ein Loch, das 4 mm weit sein und möglichst scharfe Kanten haben soll. Außerdem verschaffen wir uns eine genau in das Loch passende, also auch 4 mm starke Eisenstange (f), die 7 bis 8 cm lang und auf einem Ende möglichst eben und scharfkantig abgefeilt sein muß. An zwei gegenüberliegenden Stellen am Rande des Brettes a werden zwei 2 bis 3 cm dicke Holzklötzchen (c und d) und über diese eine 3 cm starke und etwa 5 cm breite Leiste (e) aufgenagelt. In letztere wird genau über dem Loch in der Eisenplatte eine Durchbohrung angebracht, die so weit ist, daß die Eisenstange f leicht, doch ohne zu viel Spielraum zu haben, hindurchgeschoben werden kann. Ebenso erhält das Brett a eine sich nach unten erweiternde Fortsetzung (b) des Loches in der Eisenplatte. Die Stange f muß, durch die Bohrung in e gesteckt, genau auf das Loch in der Platte stoßen. Wir legen nun die Bleiplatte so auf diesen Apparat, daß eine der durch die Schnittpunkte der eingeritzten Linien bezeichneten Stellen genau unter den etwas in die Höhe gehobenen Stab f zu liegen kommt, auf den nun mit dem Hammer ein kräftiger Schlag ausgeübt wird; ein kleines Bleischeibchen fällt dann zu dem Loche b heraus. Wir verschieben nun die Bleiplatte bis zum nächsten Schnittpunkt und wiederholen die gleiche Manipulation, und so fort, bis alle 1000 Löcher durchgestanzt sind. Wer etwas Mühe sparen will, kann vier Doppelplatten, die dann beim Montieren die beiden äußersten Platten in jeder Zelle bilden, ungelocht lassen.

Abb. 57. Eine zusammengebogene Doppelplatte.

Nun wird jede Doppelplatte II bis IX so zusammengebogen, daß die beim Ausstanzen oberen Seiten nach innen kommen, jedoch ohne einander zu berühren (Abb. 57); die Platte X läßt sich entsprechend längs der mittleren Langseite biegen. Die beiden Platten I muß man unter Zwischenlegen von Glasröhren einstweilen zusammenbinden. In ein genügend weites und tiefes Glasgefäß stellen wir fünf der zusammengebogenen Doppelplatten, durch Glasröhren voneinander getrennt, so ein, daß die erste, dritte und fünfte ihre Fortsätze nach links haben, die zweite und vierte nach rechts; ebenso in einem zweiten Glas die übrigen fünf Platten. Beide betten wir in eine mit Sägemehl angefüllte Kiste und verbinden nun die sechs Fortsätze der einen Seite untereinander mit einem Kupferdraht, ebenso die vier Fortsätze der anderen Seite. Die beiden Drahtenden führen wir zu zwei Klemmschrauben, die wir an der Kiste angebracht haben, und bezeichnen das Drahtende, das von den sechs Fortsätzen kommt, mit - (minus), das andere mit + (plus). Nun werden die beiden Gefäße mit verdünnter Schwefelsäure — 1 Teil Schwefelsäure auf 9 Teile Wasser — soweit angefüllt, daß die Platten, von den Fortsätzen abgesehen, vollständig in der Flüssigkeit stehen. Um die Platten zur weiteren Behandlung geeigneter zu machen, werden sie geladen und zwar zuerst in umgekehrter Richtung, das heißt der positive Pol des Ladestromes wird mit dem negativen des Akkumulators, und der negative mit dem positiven verbunden. So läßt man 2 Stunden lang einen 1½ Ampere starken Strom bei mindestens 5 Volt hindurchgehen. Dann dreht man den Strom um und verbindet die positiven Pole miteinander und ebenso die negativen und ladet nun 5 Stunden. Wir können nun den gleichen Vorgang wiederholen, das heißt wieder 2 Stunden verkehrt und 5 richtig laden, doch ist dies nicht unbedingt nötig. Nach dem Laden sehen die vier positiven Platten schwarzbraun, die sechs negativen grau aus. Sie werden nun alle aus den Gefäßen herausgenommen und an einem Platze, wo die verdünnte Schwefelsäure nichts schaden kann, zum Abtropfen aufgestellt. Unterdessen rühren wir in einem irdenen oder porzellanenen Schälchen etwa 150 g Mennige und in einem anderen ebensoviel Bleiglätte mit verdünnter Schwefelsäure (1 : 10) zu einem dicken, jedoch noch gut plastischen, nicht zu trockenen Brei an. Dann nehmen wir eine der positiven (braunen) Doppelplatten heraus, biegen sie auseinander, legen sie auf eine ebene Unterlage, streichen die Löcher gut mit dem Mennigebrei aus und bedecken die Platte außerdem noch 1 mm hoch damit. Ist dies geschehen, so wird die Bleiplatte wieder zusammengebogen, diesmal aber, ohne einen Zwischenraum darin zu lassen; dann legt man sie zwischen zwei Bretter und beschwert diese mit ein paar Kilogramm. Genau so wird mit den übrigen braunen Platten verfahren und auch mit den grauen, nur daß letztere mit der gelben Bleiglätte behandelt werden. Wer eine zarte Haut, oder gar wunde Stellen an den Fingern hat, unterlasse es ja, das Auftragen des mit verdünnter Schwefelsäure angerührten Breies mit den Fingern zu besorgen, obwohl diese die besten Instrumente für solche Arbeit sind. Man schnitze sich ein flaches Stäbchen und besorge es damit. Wer dennoch die Hände dazu gebrauchen will, stelle eine Schüssel mit Wasser, in das er soviel Ammoniak (Salmiakgeist) gegeben hat, daß es stark danach riecht, neben sich und halte die Hände alle 2 bis 3 Minuten einige Sekunden hinein, oder ziehe Gummihandschuhe an. Sind Kleidungsstücke mit Schwefelsäure bespritzt worden, so betupfe man sie an der betreffenden Stelle reichlich mit Salmiakgeist. Nun wird jede Platte für sich in saubere (alte) Leinwand — man kann sich zu diesem Zweck auch billigen Schirting kaufen, der aber vor dem Gebrauch gewaschen werden muß — eingehüllt und so einen Augenblick in verdünnte Schwefelsäure getaucht; dann werden je fünf Platten aufeinander und die beiden Stöße nebeneinander gelegt und mit etwa 50 kg beschwert. So bleiben sie über eine Nacht; dann werden sie wieder ausgepackt und 24 Stunden in verdünnte Schwefelsäure gestellt. Endlich werden sie wieder herausgenommen und an einem geschützten, aber nicht etwa geheizten Orte zum Trocknen aufgestellt.

Abb. 58. Das Vernieten der Platten.

(Es sind hier sechs Lochreihen statt fünf angenommen.)

Um die beiden Hälften der einzelnen Platten fest zusammen zu halten, werden sie miteinander vernietet. Man bohrt an den in der Abb. 58 mit Sternchen bezeichneten Stellen Löcher und steckt kurze Stückchen Bleidraht von entsprechender Dicke hindurch, so daß sie auf jeder Seite 1 mm herausragen mögen. Da das Blei sehr weich ist, so fällt es nicht schwer, die Drahtstückchen durch einfaches Klopfen mit dem Hammer so zu vernieten, daß sie nicht mehr über die Platte herausragen.

Damit sind die Hauptbestandteile des Akkumulators, die Platten, fertig, und wir können zu ihrem Einbau in die Glasgefäße schreiten. Da die Bleiplatten nicht unmittelbar auf dem Boden aufstehen dürfen, weil sonst etwa abbröckelnde Stückchen von Bleioxyd einen Kurzschluß verursachen könnten, so stellen wir sie auf zwei 1 cm starke Glasröhren, die wir auf dem Boden jedes Gefäßes mit ein paar Tropfen Siegellack befestigen. Jetzt können die Platten eingesetzt werden, wieder wie vorher, die Fortsätze der negativen auf der einen, die der positiven auf der anderen Seite. Jede Platte ist dabei von der folgenden durch je zwei 3 bis 4 mm dicke Glasröhren zu trennen. Statt der Glasröhren kann man auch starkwandigen, entsprechend dicken Gummischlauch verwenden. Der Rand des Glasgefäßes soll 2 bis 3 cm höher als der obere Rand der Platten sein, da die Schwefelsäure mindestens einen halben Zentimeter hoch über den Platten stehen soll und außerdem noch ein gut schließender Deckel angebracht werden muß. Wir füllen das Glas bis 1,5 cm vom oberen Rande mit Wasser und achten dabei besonders darauf, daß die Bleifortsätze und der Teil der inneren Glaswand, der nicht unter Wasser ist, völlig trocken bleiben, da sonst die abschließende Vergußmasse nicht genügend fest haften bleibt. Nun wird in der einen Ecke des Behälters mit etwas Wachs ein 3 bis 4 mm weites Glasröhrchen angebracht, das oben mit dem Gefäßrand abschneidet und unten gerade noch unter den Wasserspiegel taucht. In der Mitte stellen wir auf die Platten ein 1 cm weites, 2 bis 3 cm langes Glasröhrchen. Dann wird in einem kleinen Pfännchen oder in einem Blechlöffel Paraffin geschmolzen und in möglichst heißem Zustand auf das Wasser gegossen, wo es sich dann rasch verbreitet und erstarrt. Es soll überall an den Glaswänden und den Bleistreifen gut anliegen; nötigenfalls gießt man noch etwas nach. Die Paraffinschicht braucht nicht stärker als etwa 2 mm zu sein; denn der eigentliche Verschluß wird genau so hergestellt, wie dies oben beim Trockenelement schon beschrieben wurde. Ist der Guß völlig erkaltet, so gießen wir das Wasser aus.

Es sind nun noch die Bleifortsätze zusammenzulöten. Wir biegen die vier Bleistreifen der negativen Platten nach der Mitte zusammen, umwinden sie mit einem Draht, so daß sie fest aneinander liegen, und schmelzen die Oberfläche der vier Enden mit einem bis zur Rotglut erhitzten und reichlich mit Salmiak gereinigten Lötkolben zusammen; Lötwasser darf dabei nicht verwendet werden. Ebenso werden die Streifen der positiven Platten miteinander vereinigt. Gleichzeitig können wir sowohl an den negativen wie an den positiven Fortsätzen je einen 10 bis 20 cm langen starken Bleidraht anschmelzen.

Jetzt haben wir den Akkumulator nur noch zu füllen: wir gießen in 9 Volumteile destilliertes Wasser 1 Volumteil konzentrierte reine Schwefelsäure (unter Beobachtung der bereits erwähnten Vorsichtsmaßregeln). Nachdem sich die Flüssigkeit abgekühlt hat, wird die Akkumulatorenzelle damit angefüllt und das in den Verschluß eingegossene Glasrohr in der Mitte mit einem Gummistöpsel verschlossen, während das kleine in der Ecke offen bleibt.

Abb. 59. Fertige Akkumulatorzelle.

Die nun fertige Zelle wird in einem geeigneten Holzkasten in Sägemehl eingebettet. An dem Holzkasten bringen wir zwei Klemmschrauben an, zu denen die Bleidrähte geführt werden. Mit roter Ölfarbe wird unter jede Klemme das ihr zukommende Vorzeichen gesetzt. Abb. 59 zeigt den fertigen Akkumulator. Über das Laden und den Gebrauch der Akkumulatoren wird weiter unten (S. 80/81) noch ausführlich gesprochen werden; jetzt wollen wir noch sehen, wie wir uns auf einfache Weise selbst gute Gefäße für Akkumulatoren herstellen können.

Abb. 60. Der Boden des Holzgestelles.

Herstellung von Glasbehältern.

Wir verwenden gewöhnliche Glasplatten, etwa alte photographische Platten, von denen die Schicht abzuwaschen ist, und schneiden uns für jede Zelle fünf Scheibchen — vier Seiten und eine Bodenfläche — in passender Größe. Dann fertigen wir uns aus Zigarrenkistenholz ein Gestell, in welches die zugeschnittenen Gläser gerade hineinpassen, und dessen Herstellungsweise aus den beiden Abb. 60 und 61 hervorgeht. Die etwa 1 cm breiten Holzleistchen müssen, wenn sie geschnitten sind, mit Glaspapier schön geglättet und dann einige Minuten in Paraffin gekocht werden. Hierauf läßt man sie abkühlen, schabt das oberflächlich anhaftende Paraffin mit einem Messer ab und setzt die Leistchen, wie Abb. 61 zeigt, zu dem Gestell zusammen. Nun bereiten wir uns wieder den bekannten Kolophonium-Wachskitt, nehmen aber diesmal etwas mehr Leinöl, etwa 3 bis 3,5 g auf 10 g Kolophonium. Mit dieser kleberigen, fadenziehenden Masse bestreichen wir zuerst die Ränder des Scheibchens, das den Boden bilden soll, und legen es an seinen Platz im Gestell; ebenso verfahren wir dann mit den für die Seitenwände bestimmten Glasplatten, die darauf zwar alle schon fest zusammenhalten, aber noch nicht genügend dicht schließen.

Abb. 61. Das Holzgestell.

Einen an Leinöl ärmeren Kitt (0,5 bis 1 g : 10 g), dem wir etwas gewöhnlichen Asphalt (3 g) zusetzen, erhitzen wir unter tüchtigem Umrühren bis zum Sieden[3] und gießen damit die inneren Kanten des Gefäßes aus. War der Guß genügend heiß, so wird er sich überall gut an das Glas angeschlossen haben, was man daran erkennt, daß die Masse in den Kanten hohl liegt, wie dies in Abb. 62 a angedeutet ist. Ist sie dagegen nicht in dieser Weise auf die Glasplatten übergeflossen, sondern zusammengeballt geblieben, wie in Abb. 62 b, so muß man sie an Ort und Stelle mit einem dicken, glühenden Nagel nochmals zum Schmelzen bringen, wobei sie sich dann richtig an das Glas anschmiegt. Ein anderer für solche Zwecke ebenfalls sehr geeigneter Kitt wird dadurch hergestellt, daß man erst 50 Teile Kolophonium schmilzt, dann 50 Teile rohes Bienenwachs zugibt und in der siedenden Masse 10 bis 20 Teile Guttapercha auflöst. Endlich können wir die Kittfugen noch mit in Alkohol gelöstem roten Siegellack überstreichen, der aber vollkommen trocken sein muß, bevor die Gläser gefüllt werden.

Abb. 62. Ausgießen der Kanten des Gefäßes.

Die Rahmen für solche Gefäße können wir uns auch aus Blechstreifen zusammenlöten, doch ist gerade bei Akkumulatoren paraffiniertes Holz vorzuziehen, da Metall von der Säure sehr stark angegriffen wird. Die Glasplatten halten auch ganz ohne Rahmen sehr fest zusammen, doch sind sie in solchen vor dem Zerbrechen mehr geschützt und können bequemer getragen werden. Sollen sie dennoch ohne Gestell gefertigt werden, so ist es zu empfehlen, die zusammenzukittenden Ränder der Glasscheiben vorher mit Flußsäure rauh zu machen. (Über die Handhabung der Flußsäure siehe Seite 12.) Auf alle Fälle müssen sie unbedingt rein sein, weshalb sich ein vorheriges Abwaschen mit Natronlauge empfiehlt. Die so gereinigten Stellen sollen mit den Fingern nicht mehr berührt werden.

Für die Bedienung und Instandhaltung der Akkumulatoren beachte man folgendes: Jede geladene Akkumulatorenzelle hat eine Spannung von 2,2 (max.) Volt. Beim Zusammenschalten mehrerer Zellen gilt genau das gleiche, was auf den folgenden Seiten allgemein von Elementen gesagt ist. Der Ladestrom für eine Akkumulatorenbatterie muß immer eine etwas höhere Spannung haben, als die geladene Batterie. Die Stromstärke richtet man mit Hilfe eines Regulier- oder Lampenwiderstandes (siehe Anhang) so ein, daß beim Beginn der Ladung gerade eben eine leichte Gasentwicklung zu bemerken ist; es sollen nur vereinzelte kleine Gasbläschen von den Platten aufsteigen. Die Ladung soll dann bei gleichbleibendem Strom so lange fortgesetzt werden, bis die Gasentwicklung anfängt stürmisch zu werden. Man kann im allgemeinen rechnen, daß der Ladestrom pro Quadratdezimeter Oberfläche der positiven Platten während 8 bis 10 Stunden mit 0,5 Ampere wirken soll. Stärker darf auch der Entladestrom nicht sein; nur ganz kurze Augenblicke (5 bis höchstens 10 Sekunden) kann man etwa die vierfache Stromstärke dem Akkumulator entnehmen, ohne ihn zu schädigen.

Der obere Plattenrand soll immer von der Säure bedeckt sein; ist sie durch Verdunsten weniger geworden, so wird destilliertes Wasser nachgegossen. Sollen mehrere Zellen dauernd zu einer Batterie vereinigt werden, so dürfen die Verbindungen nur aus Blei (Draht oder Blechstreifen) bestehen und müssen in der oben angegebenen Weise verschmolzen werden. Man sehe immer von Zeit zu Zeit zwischen den Platten durch, ob sich nichts dazwischen gesteckt hat, denn es kommt leicht vor, daß losgelöste Mennige zwischen den Platten Kurzschluß bildet; solche Teilchen sind zu entfernen. Akkumulatoren, die zum Laden nicht aus dem Haus getragen werden müssen, werden vorteilhaft nicht mit einem festen Verguß, sondern nur mit einem lose aufsitzenden Deckel verschlossen. Werden die Akkumulatorenzellen in Holzkästen eingebaut, so sollten diese stets seitliche Öffnungen haben, durch die man zwischen die Akkumulatorenplatten sehen kann. Sind Platten infolge langen Gebrauches schlecht geworden oder haben sie sich verbogen, so werden sie herausgenommen und getrocknet; dann entfernt man durch leichtes Klopfen alles lose sitzende Bleisuperoxyd und streicht in die mit verdünnter Schwefelsäure angefeuchtete Platte wie oben neuen Mennigebrei ein. Darauf werden die Platten zwischen feuchten Leinenlappen ein paar Stunden gepreßt und endlich wieder eingesetzt.

Kupronelement.

Endlich sei noch das Kupronelement (Kupferoxydelement) erwähnt, das wohl von allen primären Elementen — so nennt man alle obengenannten Elemente zum Unterschied vom Akkumulator, den man auch sekundäres Element nennt — das beste ist; es liefert bei 0,9 Volt einen sehr konstanten Strom und erfordert fast keine besondere Bedienung. Es hatte aber für Rudi einen sehr großen Nachteil: die guten Fabrikate sind sehr teuer und die billigeren älteren Konstruktionen nicht empfehlenswert.

Abb. 63. Luftthermometer zum Nachweis des Peltiereffektes.

Thermoelemente.

Zum Schluß seien auch noch die Thermoelemente erwähnt, die für unsere Zwecke nur theoretisches Interesse haben, da sie als Stromquellen nicht in Betracht kommen. Rudi führte in seinem Vortrage ungefähr folgendes aus: Wir haben gesehen, daß bei der Berührung von zwei verschiedenen Metallen auf diesen eine Spannungsdifferenz auftritt, die unter Zwischenschaltung von Elektrolyten recht groß werden kann. Es zeigen sich überhaupt immer eigentümliche Erscheinungen und nicht nur solche elektrischer Natur bei der Berührung verschiedener Stoffe. So hat man (Peltier) z. B. gefunden, daß die Temperatur der Lötstelle zweier verschiedener Metalle sich beim Stromdurchgang verändert, und zwar je nach den Metallen und der Stromrichtung positiv oder negativ. Zum Nachweis dieser Temperaturveränderung baute sich Rudi folgenden Apparat, der im wesentlichen zwei hintereinander geschaltete Luftthermometer darstellt. Die Anordnung erkennen wir aus der etwas schematisierten Abb. 63. Die Thermometergefäße bestehen aus zwei kurzen Stücken eines weiten Glasrohres a, a_₁ (in der Abbildung im Schnitt gezeichnet), die beiderseits durch Korke verschlossen sind; die Korke b und b_₁ erhalten je eine, c und c_₁ je zwei Bohrungen. Einen etwa 3 mm starken Eisendraht d hämmert man an seinen Enden e, e breit und schneidet gerade ab; an die dadurch entstandenen Schneiden lötet man die ebenso hergerichteten Enden je eines 3 mm starken Kupferdrahtes f und f_₁; die freien Enden werden mit Klemmschrauben g und g_₁ versehen. Dieser Streifen f, d, f_₁ wird mittels der Korke b und c so zwischen den beiden Glasrohrstücken festgehalten, wie dies aus der Figur erhellt. Durch die zweite Bohrung der beiden Korke c und c_₁ sind die oben rechtwinkelig umgebogenen Glasröhren h und h_₁ eingelassen, deren untere Enden durch den Gummischlauch i miteinander verbunden sind. h und h_₁ sind etwa zur Hälfte mit irgend einer farbigen Flüssigkeit gefüllt. Die Korke werden mit Siegellack oder Kolophonium-Wachskitt abgedichtet. Der ganze Apparat ist auf einem Grundbrett k aufmontiert, auf dessen Unterseite die Leiste l angeschraubt wird, die so hoch sein muß, daß k mit der Tischebene einen Winkel von etwa 10° bildet. Leitet man von einem oder mehreren Elementen (bei Akkumulatoren muß, weil sonst durch Kurzschluß Schaden entstehen könnte, ein Widerstand vorgeschaltet werden) einen Strom z. B. von g nach g_₁, so sieht man, daß in h die Flüssigkeit steigt und in h_₁ entsprechend fällt; d. h. so viel, als daß sich die Luft in a zusammenzieht, also abgekühlt wird, in a_₁ sich ausdehnt, also erwärmt wird. Wird die Stromrichtung umgekehrt, so dreht sich auch die Temperaturerscheinung um. Indem man diesen Versuch auch mit anderen Metallen als mit Eisen und Kupfer ausführt, ergibt sich wie bei der Voltaschen Säule eine Spannungsreihe, in der die Metalle so angeordnet sind, daß, wenn der Strom von einem vorstehenden zu einem nachstehenden fließt, die Lötstelle immer abgekühlt wird und daß der Grad der Abkühlung umso stärker ist, je weiter die beiden Stoffe in der Reihe auseinanderstehen. Die wichtigsten Stoffe der Reihe sind: Wismut, Quecksilber, Platin, Gold, Kupfer, Zinn, Blei, Zink, Silber, Eisen, Antimon.

Wenn man nun den Apparat so abändert, daß man den in Abb. 63 mit d bezeichneten Eisendraht länger (etwa 20 cm) macht und ihn nicht in ein Luftthermometer einschließt, sondern die eine Lötstelle in eine Kältemischung (Salz-Eis), die andere in siedendes Wasser bringt, also die eine abkühlt und die andere erwärmt, und die Klemmen g und g_₁ mit einem Galvanoskop verbindet, so zeigt dieses das Vorhandensein eines Stromes an, der um so stärker ist, je größer die Temperaturdifferenz an den beiden Lötstellen ist. Untersucht man auch hier verschiedene Metalle, so ergibt sich die gleiche Spannungsreihe wie oben, bei welcher Anordnung der positive Strom an der wärmeren Lötstelle von einem in der Reihe früher zu einem in der Reihe später stehenden Metall fließt.

Die in solchen Thermoelementen erzeugten Ströme, die thermoelektrischen Ströme, sind aber so schwach, daß sie in der Praxis nur für eine ganz spezielle Verwendung Bedeutung haben, nämlich zu Temperaturmessungen. Da man auch die schwächsten elektrischen Ströme noch mit großer Genauigkeit messen kann und da bei einem Thermoelement sich die allergeringste Temperaturänderung in einer, wenn auch geringen, so doch meßbaren Änderung des Thermostromes äußert, so benutzt man das Thermoelement, verbunden mit einem feinen Galvanometer, direkt zur Messung kleinster Temperaturdifferenzen.

Nachdem wir die Herstellung der verschiedensten Elemente kennen gelernt haben, wollen wir hören, was Rudi über die Gesetze des galvanischen Stromes vorgetragen und welche erklärenden Versuche er dabei ausgeführt hat.

Die Gesetze des galvanischen Stromes.

Was wir unter elektromotorischer Kraft verstehen, haben wir schon gehört, wie auch, daß sie abhängig ist von der Größe der Spannung, die infolge der chemischen Einflüsse auf den beiden Elektroden auftritt. Noch nicht erwähnt haben wir, wie Rudi an einem sehr einfachen Experimente zeigte, von welcher Bedeutung für die elektromotorische Kraft eines Elementes sowohl die Natur der beiden Elektroden als auch die der Flüssigkeit sei: In ein Standglas mit Wasser stellte er eine Eisen- und eine Zinkplatte, die je mit einem längeren Draht versehen waren, und wies mit einem Multiplikator, dessen Herstellung später beschrieben wird (Seite 92 bis 96), das Vorhandensein eines sehr schwachen Stromes nach. Dann schaltete er den Multiplikator aus und eine 1,5 Volt-Glühlampe in den Stromkreis ein, die nicht glühte; aber als er etwas Schwefelsäure unter das Wasser mischte, begann der Kohlenfaden schwach rot zu werden, leuchtete aber erst dann hell auf, als die Eisenplatte durch eine solche von Kupfer ersetzt wurde.

Ein zweiter Versuch sollte zeigen, daß je nach den Verhältnissen ein Strom bei gleichbleibender elektromotorischer Kraft verschieden stark sein kann: In den Stromkreis eines Leclanchéelementes schaltete Rudi mit zwei kurzen Drähten eine 1,5 Volt-Glühlampe ein, die hell glühte. Dann ersetzte er den einen der kurzen Drähte durch einen sehr langen und sehr dünnen Kupferdraht, worauf das Lämpchen nur noch mit halber Kraft glühte. Darauf vertauschte er den Kupferdraht mit einem kurzen Nickelindraht, und die Lampe wurde noch etwas dunkler. An Hand dieser Versuche wies er darauf hin, daß die Stärke eines Stromes nicht nur von der ihn treibenden Kraft abhängt, sondern auch von der Natur der ihn leitenden Stoffe und von der Länge und Dicke seines Weges. In dem langen Draht ist der Strom schwächer als in dem kurzen; bei gleichlangen Drähten verliert er in Nickelin mehr von seiner Kraft als in Kupfer, in einem dünnen Draht mehr als in einem dicken. Es scheinen also die Metalle zwar den Strom zu leiten, aber nicht, ohne ihm einen gewissen Widerstand entgegenzusetzen; denn sonst würde der Strom nicht in einem langen Leiter mehr geschwächt werden als in einem kurzen, in einem dünnen nicht mehr als in einem dicken. Auch leiten verschiedene Metalle verschieden gut. Haben wir nun recht aufgepaßt, so konnte uns nicht entgehen, daß wir es hier mit drei Größen zu tun haben: 1. mit der elektromotorischen Kraft, unmittelbar abhängig von der Spannung, die auf den Elektroden entsteht, und deren Maßeinheit das Volt ist; 2. mit der Stromstärke, denn je heller die Lampe glühte, desto stärker mußte der sie durchfließende Strom sein; die Einheit für die Stärke oder die Intensität des Stromes ist 1 Ampere; 3. mit dem Widerstand, den wir in Ohm messen. (Die elektromotorische Kraft sei fernerhin immer mit E, die Intensität des Stromes mit J und der Widerstand mit W bezeichnet; man setzt oft auch die Anfangsbuchstaben der drei Einheiten: V, A, O.) Durch genaue Messungen hat man nun ein sehr einfaches Gesetz gefunden, das zwischen diesen Größen besteht: es ist das Ohmsche Gesetz und sagt aus, daß J umso größer ist, je größer E und je kleiner W ist, oder in eine Formel gefaßt: J proportional EW. Man hat zur Vereinfachung die drei Einheiten so gewählt, daß sogar J = EW ist. Daraus ergibt sich E = J · W, oder in Worten: E ist umso größer, je größer J und je größer W ist; ferner ergibt sich, daß W umso größer ist, je größer E und je kleiner J ist: W = EJ.

Des weiteren schaltete Rudi in den Stromkreis eines Leclanchéelementes eine 2 Volt-Glühlampe[4], die nur schwach glühte; dann schaltete er zwei Elemente hintereinander, das heißt so, daß er den Kohlepol des einen mit dem Zinkpol des anderen verband; als er nun die Lampe einschaltete, glühte sie hell. Diesen Vorgang erklärte er wie folgt: Wie schon erwähnt, besteht auf den Elektroden eines Elementes eine Spannungsdifferenz; hier beträgt sie etwa 1 Volt; das Zink hat eine Ladung negativer Elektrizität von ½ Volt, das Kupfer eine solche positiver Elektrizität von ½ Volt. Bringe ich nun das Zink mit der Erde in leitende Verbindung, so sinkt sein Potential (= Spannung) auf den Wert 0; da aber die Spannungsdifferenz des Elementes immer gleich 1 ist, so muß nun das Potential des Kupfers auf 1 Volt steigen. Bringe ich das Zink in Verbindung mit dem Konduktor einer Elektrisiermaschine, so steigt seine Spannung auf 100000 Volt und folglich die des Kupfers auf 100001 Volt. Daraus ergibt sich nun folgende praktisch sehr wichtige Tatsache: Schalte ich eine größere Anzahl von Elementen, sagen wir zehn, so, daß jeweils die negative Elektrode des einen mit der positiven des nächsten verbunden wird, so wirkt in der dadurch entstandenen Reihe (Kette) eine zehnmal größere elektromotorische Kraft als in einem Element; denn nehmen wir die Spannung auf dem Kupfer des ersten Elementes als 1 Volt an, so werden alle mit ihm verbundenen aber sonst isolierten Leiter dieselbe Spannung annehmen. In unserem Fall wird das Zink des zweiten Elementes ebenfalls die Spannung von 1 Volt erhalten, damit steigt aber das Potential des Kupfers im zweiten Element auf 2 Volt; da mit dieser Kupferplatte aber die dritte Zinkelektrode ebenfalls eine Spannung von 2 Volt erhält, so steigt diese beim dritten Kupferpol auf 3 Volt und so fort, bis wir bei der zehnten und letzten positiven Elektrode eine Spannung von 10 Volt haben. Bei dem Zink des ersten Elementes haben wir das Potential 0 angenommen und so ergibt sich eine Spannungsdifferenz von 10 Volt; es ist also auch die elektromotorische Kraft dieser Kette zehnmal größer als die eines einzelnen Elementes. Wir können nun aber auch alle gleichnamigen Elektroden miteinander verbinden, also die Zinkplatten aller Elemente zusammen und die Kupferplatten zusammen; dadurch gewinnen wir an elektromotorischer Kraft nichts. Die Vorteile dieser Schaltungsweise werden wir nachher kennen lernen.

Wir können nun mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes einige einfache Berechnungen machen. Nehmen wir an, wir hätten eine Anzahl von Elementen und einen Stromkreis von einem bestimmten Widerstand gegeben. Wir wollen nun berechnen, wie wir die Elemente schalten müssen, ob hintereinander oder nebeneinander, um einen möglichst starken Strom zu erhalten. Nehmen wir ein Bunsenelement und verbinden wir seine Pole mit irgend einem Widerstand (z. B. einer Glühlampe), so ist nach dem Ohmschen Gesetz die Intensität des Stromes gleich der elektromotorischen Kraft des Bunsenelementes dividiert durch den gesamten Widerstand; dabei ist nicht zu vergessen, daß der Strom auch die Flüssigkeit des Elementes zu passieren hat und in ihr einen Widerstand findet, der umso kleiner ist, je größer und einander näher die Elektroden sind; man nennt ihn den inneren Widerstand des Elementes.

Vereinige ich nun etwa zehn Elemente so, daß ich jeweils den Kupferpol des einen mit dem Zinkpol des nächsten verbinde, also hintereinander oder, wie man auch zu sagen pflegt, in Serie, so tritt in dieser Anordnung von Elementen die zehnfache elektromotorische Kraft eines einzigen Elementes auf. Aber auch der innere Widerstand ist nun zehnmal so groß, so daß sich für die gesamte Stromstärke ergibt: zehnfache elektromotorische Kraft eines Bunsenelementes geteilt durch den äußeren Widerstand plus dem zehnfachen inneren eines Elementes; oder in einer Formel geschrieben: 10 EO + 10 W. Dabei sei mit O der äußere, mit W der innere Widerstand bezeichnet. Ist nun der äußere Widerstand so klein im Verhältnis zum inneren, daß wir ihn, ohne einen allzu großen Fehler zu begehen, vernachlässigen können, so haben wir J = 10 E10 W oder J = EW. In diesem Falle ist es also ziemlich gleich, ob man ein oder zehn hintereinander geschaltete Elemente benützt.

Ist dagegen der äußere Widerstand sehr groß, so daß man ihm gegenüber den inneren vernachlässigen kann, so ist annähernd: J = 10 EO. Diesmal haben wir also beinahe die zehnfache elektromotorische Kraft, als wenn wir nur ein Element benützten.

Nun kann man aber auch die zehn Elemente so zusammenschalten, daß man einerseits alle Zink-, anderseits alle Kohlenelektroden miteinander verbindet, das heißt, wie schon erwähnt, daß man sie alle nebeneinander schaltet. Dadurch gewinnen wir zwar nichts an elektromotorischer Kraft, dafür haben wir aber nur 1⁄10 des inneren Widerstandes eines einfachen Elementes. Die Stromstärke berechnet sich hier also folgendermaßen: J = EO + 1⁄10 W.

Nehmen wir nun den äußeren Widerstand sehr klein an, so ist J = E1⁄10 W = 10 EW, die Intensität ist also nahezu zehnmal so groß, als wenn wir nur ein Element gebrauchten. Ist umgekehrt dagegen der äußere Widerstand sehr groß, so ist J = EO, also nicht stärker als bei nur einem Element.

Daraus ergibt sich also die Regel:

Will man von einer Anzahl von Elementen einen möglichst starken Strom erhalten, so schalte man sie bei einem sehr großen äußeren Widerstand hintereinander, bei einem sehr kleinen dagegen nebeneinander. Wir können auch die beiden Schaltungsweisen kombinieren, je nachdem es das Verhältnis des äußeren zum inneren Widerstand als günstig erscheinen läßt. Abb. 64 zeigt fünf verschiedene Schaltungsweisen.

Abb. 64. Darstellung fünf verschiedener Schaltungsarten.

Bei all diesen Versuchen hatte Rudi, um die verschiedenen Stromstärken sichtbar zu machen, sich kleiner Glühlampen bedient. Er tat dies, um nicht Apparate verwenden zu müssen, die er erst später beschreiben wollte. Bei manchen Versuchen wäre es trotzdem geeigneter gewesen, wenn er sich des Galvanoskopes oder eines Voltmeters bedient hätte. Da für die nächsten Versuche diese Apparate unumgänglich nötig sind, so seien sie an dieser Stelle beschrieben.

Abb. 65. Galvanoskop.

Einfaches Galvanoskop.

Um einen aus einem Pappestreifen gebogenen Rahmen wickeln wir einige Windungen von isoliertem Kupferdraht auf. In den Rahmen stellen wir einen gewöhnlichen Kompaß und drehen nun ersteren so, daß seine Windungen parallel der Magnetnadel verlaufen. Schicken wir dann einen Strom durch den Draht, so wird die Magnetnadel aus ihrer Nord-Südrichtung abgelenkt und kommt in einer zu den Windungen nahezu senkrechten Stellung wieder zur Ruhe. Rudi hatte sich in dieser Art besonders für Demonstrationszwecke einen ziemlich großen Apparat hergestellt (Abb. 65). Auch die große, 10 cm lange Magnetnadel hatte er sich selbst gefertigt, indem er ein Stück einer alten Uhrfeder zuerst völlig durchglühte, ihm dann durch Beschneiden mit einer Blechschere die doppelte Lanzettform gab und in die Mitte ein Loch bohrte, durch das er, nachdem er die Nadel wieder gehärtet hatte, ein auf einer Seite zugeschmolzenes kurzes Glasröhrchen (etwa 5 mm lang) steckte, um es dann mit etwas Siegellack zu befestigen (besser wäre auch hier unser Kolophonium-Leinölkitt). Durch Streichen mit einem starken Magneten verlieh er nun der Nadel eigenen Magnetismus. Eine durch einen Kork gesteckte Nähnadel bildete die Spitze, auf der die Nadel schwebte. Wie Magnete herzustellen sind, werden wir noch an anderer Stelle des Buches (S. 103) ausführen.

Vertikalgalvanoskop.

Für den Nachweis sehr schwacher Ströme genügt jedoch dieses Instrument nicht; auch ist es, selbst wenn es noch so groß ausgeführt ist, zur Demonstration wenig geeignet, da man es, um Beobachtungen zu machen, von oben betrachten muß. Rudi hatte sich deshalb auch noch ein Vertikalgalvanoskop hergestellt. Abb. 66 zeigt ein solches von ziemlich einfacher Art. Der Rahmen, auf den der isolierte Kupferdraht aufgewunden wird, ist 10 cm lang, 0,5 cm breit, 3 cm tief und ist aus dünnem Zink- oder Messingblech gefertigt. Abb. 67 zeigt das Netz, Abb. 68 den fertigen Rahmen, der auf der Außenseite mit einem dicken Schellacküberzug versehen und dann mit 30 bis 40 m eines 0,5 bis 0,6 mm starken isolierten Kupferdrahtes umwickelt wird.

Abb. 66. Vertikalgalvanoskop.

Abb. 67. Netz für das Vertikalgalvanoskop.

Abb. 68. Rahmen.

Nun biegen wir uns einen 2 bis 3 mm starken Messingdraht so wie den in Abb. 66 mit b bezeichneten und befestigen an ihm den Blechrahmen in der ebenfalls aus der Abbildung hervorgehenden Weise. Auf den beiden oberen Rändern des letzteren werden noch zwei Blechstreifchen (d) angelötet, die als Lager für die Achse dienen und deren Form Abb. 69 d zeigt. Bei einem Mechaniker kaufen wir uns einen flachen, etwa 9 cm langen Stabmagneten (e) — wir können ihn uns auch selbst anfertigen, wie es bei der magnetelektrischen Maschine beschrieben ist —, den wir in der Mitte mit einem Band aus Messingblech (m) versehen. Dabei legen wir die Enden des Bandes nicht übereinander, sondern biegen sie nach oben und löten sie zusammen. Dadurch entsteht eine kleine Lasche, welche wir durchbohren, um das 1,5 cm lange Stück einer Stricknadel (l) hindurchzuschieben und festzulöten. Außerdem wird daran ein etwa 10 cm langer, 1 mm starker Kupferdraht (f) angelötet. An der Unterseite des Bandes wird ein kürzeres Stück Draht angelötet, an welchem wir ein kleines Scheibchen aus Bleiblech (n) befestigen. An dem Draht f bringen wir ein Scheibchen aus Messingblech (k) so an, daß wir es verschieben können, außerdem an seinem oberen Ende eine herzförmige Zeigerspitze (g) aus rotem Papier. Über dem gebogenen Teil des Drahtes b (Abb. 66) befestigen wir eine aus weißem Karton ausgeschnittene Skala (h). Nun sind die beiden Drahtenden der Spule noch zu zwei Klemmen (i, i) auf dem Grundbrette zu führen, und der Apparat ist fertig.

Abb. 69. Stabmagnet.

Obgleich das eben beschriebene Instrument schon recht empfindlich ist — die Empfindlichkeit läßt sich durch Verschieben der Messingscheibe k nach oben vermehren, durch Verschieben nach unten verringern —, so wird es uns nicht für alle Fälle genügen, und wir wollen deshalb sehen, wie wir uns einen Apparat fertigen können, der an Empfindlichkeit für schwache elektrische Ströme nichts zu wünschen übrig läßt.

Der Multiplikator.

Der Multiplikator, wie man ein solches Instrument nennt, ist im Prinzip nicht anders konstruiert, als die beiden obigen Apparate: ein Magnet, der sich senkrecht zu den vom Strome durchflossenen Windungen einer Drahtspule zu stellen sucht.

Abb. 70. Multiplikator im Vertikalschnitt.

Abb. 70 zeigt uns den Multiplikator im Vertikalschnitt: a ist ein kreisrundes Grundbrett, an dessen Rande drei verstellbare Schrauben die Füße bilden. Auf dem Brett liegen mit 3 bis 4 mm Zwischenraum zwei Drahtspulen nebeneinander (b und c), die beide im allgemeinen genau so zu verfertigen sind, wie die des Vertikalgalvanoskopes, nur müssen sie kleiner sein als jene, etwa 7 cm lang, 2 cm breit, und es darf der Spulenrahmen nicht aus Weißblech gemacht werden, wie überhaupt jede Spur von Eisen an dem Apparat zu vermeiden ist. Für die Rahmen verwenden wir dünnes Zink-, Kupfer- oder Messingblech, oder wir kleben sie aus Karton zusammen. Das Bewickeln hat für jede Spule mit 30 bis 34 m 0,4 mm starken Drahtes zu geschehen, und es muß jede Lage von der nächsten durch ein in Schellackfirnis getränktes Papier getrennt werden. Man sehe sich vor, daß die Isolierung des Drahtes nirgends verletzt werde. Die fertigen Spulen klebt man mit Schellack in 3 bis 4 mm Abstand genau in die Mitte des Grundbrettes. Die beiden äußeren Drahtenden werden zu zwei Klemmen auf den Rand des Brettes a geführt, die beiden inneren werden miteinander verbunden. Sind die Spulen richtig gelegt worden, so muß ein elektrischer Strom beide in der gleichen Richtung durchfließen.

Bei diesem Instrument kommt nun nicht nur eine Magnetnadel zur Verwendung, sondern ein System von zweien, ein sogenanntes astatisches Nadelpaar. Dies besteht aus zwei miteinander verbundenen und parallelen Magnetnadeln, die mit den ungleichnamigen Polen übereinanderliegen. Von einer ziemlich dünnen Stricknadel schneiden wir uns zwei Stäbchen ab, das eine 6 cm, das andere 7 cm lang. Die beiden Enden des längeren schleifen wir auf einem Schleifsteine zu feinen Spitzen aus. Die Nadeln werden dann, nachdem sie magnetisiert sind, in einem Abstande, der sich aus der Dicke der Spulen ergibt (5 bis 7 mm), so miteinander verbunden, wie es Abb. 71 darstellt: mit einem geglühten und mit Glaspapier gereinigten, etwa 8 mm starken Kupfer- oder Messingdrahte wird die Mitte zuerst der kürzeren, dann mit dem richtigen Abstande die der längeren Nadel umwunden und schließlich das Ende des Drahtes zu einem Häkchen umgebogen, dessen oberste Stelle genau über der Mitte der beiden Nadeln liegen muß. Um der Befestigung noch mehr Halt zu geben, löten wir die Windungen des Kupferdrahtes zusammen. Dies hat mit einem Lötkolben zu geschehen und muß möglichst rasch ausgeführt werden, damit die Härte des Stahles der Nadeln nicht durch zu große Erhitzung leidet.

Abb. 71. Astatisches Nadelpaar.

Zum Aufhängen des Nadelpaares an einem Seidenfaden dient uns der Drahtbogen e, der aus 3 bis 4 mm starkem Messingdrahte gebogen ist und mindestens 20 cm hoch sein soll. Nachdem wir die beiden Schenkel des Bogens unten in das Grundbrett eingelassen und befestigt haben, sägen wir ihn oben in der Mitte auseinander, um zwischen die dadurch entstandenen Enden ein 4 bis 5 mm weites dünnwandiges Messingröhrchen einzulöten, wie es Abb. 72 a im Schnitt, b in der Ansicht zeigt. Da in diesem Röhrchen der Stift f (Abb. 70), der als Aufhängepunkt für den Seidenfaden dient, verschiebbar sein soll, so müssen die Wandungen des Röhrchens federnd an ihm anliegen, was dadurch erreicht wird, daß wir es von oben und unten mit zwei Sägespalten versehen (siehe Abbildung 72 b) und dann seitlich etwas zusammendrücken. An dem Stift f, der oben mit einem Knopf, unten mit einem Häkchen zu versehen ist, werden einige nicht gedrehte Kokonfäden (g) befestigt, deren unteres Ende in das Ringchen des Nadelpaares eingeknüpft wird. Die für diesen Zweck geeignetsten Kokonfäden sind als Seidenumspinnung an den guten elektrischen Kabelschnüren zu finden. Auch aus loser, nicht zu stark gedrehter Stickseide können wir gute Kokonfäden herausziehen. Der Faden muß so lang sein, daß bei einer mittleren Stellung des Stiftes f die untere Nadel genau in der Mitte des Hohlraumes der beiden Spulen schwebt; die obere Nadel ist so weit von der unteren entfernt, daß sie nun einige Millimeter über der oberen Fläche der Spulen steht, auf welche noch eine mit einer Gradeinteilung versehene runde Kartonscheibe (h) aufgeklebt wird; diese muß in ihrer Mitte einen 7 cm langen, 4 mm breiten Spalt haben, damit man die Nadel herausnehmen kann.

Abb. 72. Messingröhrchen für den Multiplikator.

Damit wäre unser Multiplikator in der Hauptsache fertig, nur müssen wir die überaus leicht bewegliche Nadel vor Luftströmungen schützen können, was wir durch eine über den ganzen Apparat gestülpte Glasglocke erreichen. Wir können uns aber auch selbst eine durchsichtige Schutzhülle herstellen, die uns nicht so teuer zu stehen kommt, indem wir uns aus ebenen Glasplatten einen viereckigen Kasten nach Art der auf Seite 79 beschriebenen Glasbehälter fertigen. Wer gar einen unbrauchbar gewordenen, noch nicht zerschnittenen Rollfilm erhalten kann, der verfahre wie folgt: Sagen wir, die Schutzhülle soll einen Durchmesser von 10 cm und eine Höhe von 20 cm bekommen. Wir schneiden uns von dem Film, der etwa 10 cm breit sein mag, zwei 32 cm lange Stücke ab und befreien sie durch Abwaschen in mäßig warmem Wasser von ihrer Gelatineschicht. Aus starkem Karton kleben wir uns einen 10 cm weiten und 1 cm breiten Ring, den wir mit Essigäther, welcher ein Lösungsmittel für Zelluloid ist, bestreichen, und ziehen dann den Filmstreifen darüber, dessen übereinanderfallende Ränder wir ebenfalls mit Essigäther bestreichen und zusammenkleben. Den zweiten Streifen kleben wir oben an dem ersten an. Dadurch ist ein etwa 20 cm hoher Zylinder entstanden, dessen oberer Rand, wie der untere, noch durch einen Kartonstreifen verstärkt wird. Die eine der Öffnungen des Zylinders wird mit einer kreisrunden Zelluloidscheibe zugeklebt, und die Schutzhülle ist fertig.

Volt- und Amperemeter.

Die oben beschriebenen Apparate dienen, wie der Name schon sagt, mehr dazu, das Vorhandensein galvanischer Ströme gewissermaßen sichtbar (Galvanoskop) zu machen, weniger um ihre Stärke zu messen; dazu gebrauchen wir besondere Meßinstrumente, Voltmeter und Amperemeter (Galvanometer).

Abb. 73. Schema eines Voltmeters.

Abb. 73 zeigt uns das Schema eines Voltmeters. An dem Grundbrette a, das mit Stollen versehen wird, ist die Rückwand b angeschraubt. Auf a befestigt ist die Drahtspule c, deren Bewickelung sich nach der Größe der mit dem Instrument zu messenden Spannungen richten muß. d ist ein Eisenkern aus gut durchgeglühtem weichem Eisen, der mit einer Drahtschlinge an dem Hebel e aufgehängt ist. Abb. 74 zeigt diesen Hebel in etwas größerem Maßstabe: Ein dünnes etwa 1 cm langes Messingröhrchen (m), das glatt über einen 3 bis 4 cm langen Messingstift paßt, dient als Lager im Drehpunkt des Hebels. Der Hebel selbst (h in Abb. 74) wird aus 1 mm starkem Messingblech geschnitten und auf m angelötet. Das Verhältnis der Armlängen geht aus der Figur hervor. Der Zeiger z wird aus Kupferdraht hergestellt und an h angelötet. Der Messingstift f ist in b eingelassen. Die Spiralfeder g ist aus etwa 0,5 mm starkem ungeglühtem Kupferdraht hergestellt und soll einen Durchmesser von 1 bis 1,5 cm haben. Entsprechend den drei Einschnitten im Hebel sind auf dem Brett b drei Häkchen, h_₁, h_₂, h_₃ angebracht; dadurch kann man die Feder an drei verschiedenen Punkten des Hebels angreifen lassen und damit die Empfindlichkeit des Instrumentes regulieren. i ist ein Kartonstreifen, auf den die Skala eingezeichnet wird.

Abb. 74. Hebel.

Für unsere Zwecke wird für die Spule eine Bewickelung von 40 m eines 0,3 bis 0,5 mm starken Kupferdrahtes geeignet sein. Da nun ein Voltmeter, um als solches zu dienen, nicht in den Hauptstromkreis eingeschaltet werden darf, sondern im Nebenschluß liegen muß, so müssen wir einen Draht von geringerem Widerstand als dem der Spule auf der Rückseite des Brettes b anbringen. Wir verwenden dazu einen 1 mm starken, 5 m langen Kupferdraht, dessen Enden wir wie auch die der Spule zu Klemmen führen, die auf dem Grundbrette a angebracht sind. Näheres über die Schaltungsweise werden wir später hören.

Ein Amperemeter unterscheidet sich nur dadurch von einem Voltmeter, daß es in den Hauptstromkreis eingeschaltet wird und deshalb die Windungen der Spule in geringerer Zahl und von dickerem Draht sein müssen. Wir werden also etwa 3 bis 5 m eines 1,5 bis 2 mm starken Kupferdrahtes verwenden. Bei einem Mechaniker lassen wir uns die Instrumente durch Vergleich mit guten Präzisionsapparaten eichen.

Abb. 75 zeigt uns eine andere Konstruktion eines Galvanometers welches dadurch wirkt, daß sich in einer Drahtspule eine feste Eisenplatte und ein bewegliches Eisenplättchen befinden; geht nun ein Strom durch den Draht, so werden beide Eisenteile gleichnamig magnetisch und stoßen einander ab.

Abb. 75. Andere Konstruktion eines Galvanometers.

Abb. 76. Rahmen des Galvanometers.

Wir stellen uns aus dünnem Messingblech einen Rahmen her, dessen Form Abb. 76 zeigt; die vordere Begrenzungsplatte ist in der Abbildung weggelassen; sie soll ziemlich größer sein als die hintere und auch aus etwas stärkerem Blech hergestellt werden. Auf dem Boden des Rahmens befestigen wir eine 2 bis 3 mm starke Eisenplatte. In dem Winkel, den diese Eisenplatte mit der geraden Seitenwand des Rahmens bildet, soll die Drehungsachse für das bewegliche Plättchen liegen. Da die Lagerreibung möglichst gering sein muß, stellen wir uns ein Spitzenlager her: Ein Eisenstäbchen, 2 mm stark und 3 mm länger als der Rahmen, wird an beiden Enden spitz zugefeilt. Nun wird aus dünnem Weißblech ein rechteckiges Plättchen geschnitten, dessen Größe sich aus der Konstruktion ergibt und außerdem aus Abb. 75 zu ersehen ist und das, wie der aus Kupferdraht herzustellende Zeiger, an das Eisenstäbchen anzulöten ist (siehe Abb. 77). Sowohl an der vorderen als auch an der hinteren Begrenzungsplatte werden zwei kleine Arme (e in Abb. 78) so angebracht, daß sie noch in die Öffnung des Rahmens hineinragen. Beide erhalten je an einem ihrer Enden kleine kegelförmige Vertiefungen (mit dem Körner einzuschlagen!), die zur Aufnahme der Spitzen des Eisenstäbchens dienen. Einer dieser Arme darf angelötet sein, während der andere mit zwei Schrauben befestigt wird. Für die Bewickelung gilt bei diesem Instrument das gleiche wie bei dem oben beschriebenen. Bevor wir jedoch den Draht auf den Metallrahmen aufwinden, müssen wir ihn mit in Schellack getränktem Papier umkleben.

Abb. 77. Das Plättchen mit Zeiger.

Abb. 78. Anbringen der Arme zur Aufnahme der Spitzen des Eisenstäbchens.

Ein rechteckiges Brettchen wird auf ein Grundbrett aufgeschraubt und erhält oben eine Öffnung, die so groß ist, daß wir den hinteren Teil des Rahmens durchschieben können, daß sie aber von der vorderen Begrenzungsplatte ganz bedeckt wird; letztere wird mit vier Schrauben an dem Brett befestigt. Jetzt soll der Zeiger nicht senkrecht herunterhängen, sondern unten etwas nach links sehen; das Eisenplättchen soll horizontal liegen, mit dem Zeiger einen Winkel von 100 bis 110° bilden und in einem Abstand von höchstens 2 mm über der Eisenplatte schweben. Ist es so leicht, daß es dem nach links ragenden Zeiger nicht das Gleichgewicht halten kann, so hilft man sich, indem man es mit einigen Tropfen Siegellack beschwert. Die Drahtenden werden zu Klemmen geführt, und schließlich wird die Skala angebracht, wie dies oben beschrieben wurde.

Die Messbrücke.

Zur Bestimmung von Widerständen bedient man sich im allgemeinen der sogenannten Wheatstoneschen Brücke, die sehr einfach und leicht herzustellen ist. Abb. 79 gibt die Ansicht einer solchen von oben, Abb. 80 einen Querschnitt. a ist ein 10 cm breites, 1,10 m langes Brett aus gutem Holz (etwa Nußbaum); darauf aufgeschraubt sind in einem Abstand von 2 cm die beiden Leisten b_₁ und b_₂, zwischen denen der 3 cm lange Schieber c_₁ sich hin und her schieben läßt. Auf diesen Schieber wird ein Messingblech aufgeschraubt, dessen Form aus Abb. 80 II (von oben gesehen) und III (von der Seite gesehen) zu erkennen ist. An den Enden des Brettes werden zwischen den Leisten b_₁ b_₂ quadratische Brettchen aufgeleimt; auf diesen werden je mit einer Klemmschraube die Enden eines 1 mm starken Nickelindrahtes befestigt. Der Draht muß gut angespannt sein und genau in der Mitte zwischen b_₁ und b_₂ verlaufen; außerdem muß er auf der Spitze des Kontaktbleches e fest aufliegen. Auf dem Brettchen b_₂ wird nun noch ein Metermaß, auf dem auch die Millimeter eingezeichnet sind, angebracht und auf dem Schieber eine Noniuseinteilung, deren Nullpunkt genau vor der Spitze des Kontaktbleches e liegen muß.

Abb. 79. Die Wheatstonesche Brücke.

Abb. 80. Querschnitt der Wheatstoneschen Brücke.

Nun brauchen wir noch einen oder mehrere Vergleichswiderstände, das heißt Drähte, deren Widerstände, in Ohm gemessen, uns bekannt sind. In den einschlägigen Geschäften kann man sich geeichte Widerstände kaufen. Außerdem sei erwähnt, daß ein 1 m langer und 0,5 mm starker Nickelindraht einen Widerstand von etwa 2 Ohm, und daß ein 4 m langer und 0,3 mm starker Kupferdraht einen solchen von ungefähr 1 Ohm besitzt.

Abb. 81. Der Kommutator.

Abb. 82. Seitenansicht des Kommutators.

Der Kommutator.

Es fehlt uns nun noch der Kommutator oder Stromwender, das ist eine Einrichtung, um mit einem einfachen Handgriff die Richtung des Stromes in einer Leitung zu ändern. An den beiden Schmalseiten eines Brettchens (B in Abbildung 81) befestigen wir je zwei Klemmschrauben (a, b, c, d). Dann machen wir zwei 5 mm starke und 7 cm lange Messingblechstreifen (e_₁ e_₂) durch kräftiges Hämmern federnd und geben ihnen die aus Abb. 82 (Seitenansicht) zu erkennende Form. Ihre Mitten werden mit einem Hartgummi- oder Beinstäbchen (f), welches mit Nieten befestigt wird, verbunden. Die nicht aufgebogenen Enden der Federstreifen werden durchbohrt und bei α und β so angeschraubt, daß sie sich gerade noch leicht drehen lassen. Die in Abb. 81 mit I, II, III bezeichneten Punkte sind drei flachgewölbte, messingene Ziernägel, die so anzubringen sind, daß jeweils zwei davon unter den Enden der Federn e_₁ und e_₂ liegen. Nun werden die Klemmen a mit α und b mit β durch ein kurzes Stück Kupferdraht, das beiderseits anzulöten ist, verbunden. Ebenso werden I mit c, II mit d und III wieder mit c verbunden. Die einzelnen Verbindungsdrähte dürfen nicht in leitende Verbindung miteinander kommen, die Enden von e_₁ und e_₂ müssen federnd und fest auf den Nagelköpfen aufliegen. Verbinde ich nun den positiven Pol einer Stromquelle mit a, den negativen mit b, so ist bei der in Abb. 81 gezeichneten Stellung der Federn d die positive und c die negative Klemme. Schiebe ich nun die Messingstreifen so, daß sie die Köpfe II und III berühren, so wird c positiv und d negativ.

Nachdem wir nun mit der Beschreibung aller der Apparate, die Rudi im weiteren Verlauf seines Vortrages gebrauchte, zu Ende gekommen sind, wollen wir in nachstehendem hören, welche Versuche er damit anstellte.

Der Einfluss des galvanischen Stromes auf den Magneten.

Rudi legte seine große Magnetnadel auf die Spitze des Gestelles, das er sich für das elektrische Flugrad (Seite 17) gemacht hatte, und versah deren nach Norden zeigende Spitze mit einem roten, die nach Süden zeigende mit einem weißen Papierchen, um die Bewegungen der Nadel deutlicher sichtbar zu machen. Er zeigte mit einem gewöhnlichen Stabmagnet die Anziehung und Abstoßung der ungleichnamigen und gleichnamigen Pole. Dann leitete er durch einen einfachen, zur Spirale gewundenen Draht einen starken Akkumulatorenstrom — dabei durfte er die Einschaltung eines Widerstandes (siehe Anhang) nicht vergessen, da es sonst einen Kurzschluß (Seite 153) gegeben hätte — und zeigte, daß diese Spirale die gleichen Eigenschaften aufwies, wie der Magnet. Nun ließ er von seiner Schwester den Strom ausschalten und zog die Spirale auseinander, so daß er einen gestreckten Draht in den Händen hatte, welchen er parallel über die wieder zur Ruhe gekommene Nadel hielt. Als Käthe den Strom wieder einschaltete, wurde die Nadel von ihrer Nord-Südrichtung abgelenkt. Die gleichen Versuche machte Rudi mit einigen aus vielen Windungen bestehenden Drahtspulen, wies auf die nun erhöhte Wirkung hin und erklärte, daß die Wirkung einer solchen Spule umso größer ist, je größer das Produkt aus der Zahl der Amperes und der Zahl der Windungen (Amperewindungen) ist.

Die Kraftlinien.

Um den Begriff der Kraftlinien zu erläutern, legte Rudi einen starken Stabmagneten unter einen weißen Karton, den er mit feinen Eisenfeilspänen bestreute und durch Klopfen mit dem Finger leicht erschütterte; dabei ordneten sich die Eisenspäne nach den Kraftlinien des Magneten. Solche Kraftlinienbilder hatte sich Rudi schon vor dem Vortrag mehrere hergestellt und sie durch sehr reichliches Bestäuben mit Fixativ fixiert; diese gab er nun seinen Hörern, da die Linien des anderen beim Herumgeben zu bald zerstört worden wären. Um zu zeigen, daß sich um jeden Strom, auch wenn er geradlinig verläuft, ein kreisförmiges magnetisches Feld ausbreite, steckte Rudi durch das Loch einer dünnen Messingscheibe, die er mit Eisenfeile bestreute, einen 3 mm starken Kupferdraht, mit dem er seine Akkumulatorenbatterie nur einige Sekunden kurz schloß, während er gleichzeitig die Blechscheibe etwas erschütterte; dabei ordneten sich die Feilspäne in konzentrischen Ringen um den Draht herum. (Man sei bei diesem Versuche vorsichtig, da der Draht durch den Kurzschluß bis zum Glühen oder gar Schmelzen erhitzt werden kann!) Wie sich nun diese Kraftlinien bei einer Spule so vereinigen, daß sie eine ähnliche Anordnung wie beim Magneten erhalten, erläuterte Rudi an einer Tafel, auf der das in Abb. 83 wiedergegebene Bild aufgezeichnet war. Bei dieser Gelegenheit wies er auch darauf hin, daß die Größe der magnetischen Kraft mit der Zahl der Kraftlinien, die z. B. durch 1 qcm gehen, also mit der Dichte der Linien wächst.

Abb. 83. Verlauf der Kraftlinien in einer vom elektrischen Strome durchflossenen Drahtspirale.

Der Elektromagnet.

Für den nächsten Versuch stellte Rudi eine Spule (mit etwa 300 Windungen) so in der Nähe seiner Magnetnadel auf, daß diese, sobald durch jene ein Strom in Stärke von drei Leclanché-Elementen floß, ein wenig abgelenkt wurde. Ohne den Strom auszuschalten, schob er dann einen Eisenstab in die Spule; dadurch wurde die magnetische Kraft sofort um so viel stärker, daß die Magnetnadel ganz nach der Spule hingezogen wurde. Dabei wies er darauf hin, daß jetzt die Kraftlinien der Windungen nicht mehr allein wirken, sondern auch das Eisen selbst magnetisch machen und dieses nun eigene Kraftlinien erzeugt. Ferner erwähnte er, daß sich nicht alle Sorten von Eisen gleich stark vom elektrischen Strome magnetisieren lassen und daß weiches Eisen sich ganz anders verhalte wie Stahl. Er tauchte ein Stück eines gut durchgeglühten 3 mm starken Eisendrahtes in Eisenfeilspäne, welche nicht angezogen wurden; dann steckte er über den Draht eine kleine vom Strom durchflossene Spule, und nun wurden die Feilspäne angezogen; darauf entfernte er die Drahtrolle, und die Späne fielen herab. Denselben Versuch machte er auch mit einer stählernen Stricknadel; als er aber hierbei die Drahtspule entfernte, fielen die Feilspäne nicht herab, sondern blieben hängen. Die Erklärung dieser Vorgänge führte Rudi etwa folgendermaßen aus: Wir müssen uns die Moleküle des Eisens als mit zwei magnetischen Polen versehen vorstellen. Für gewöhnlich liegen diese kleinsten Teile gänzlich ungeordnet, so daß sie ihre magnetischen Wirkungen gegenseitig aufheben. Durch die Kraftlinien einer magnetischen Drahtspule werden die Moleküle so geordnet, daß nach der einen Richtung alle ihre nordmagnetischen Pole, nach der anderen alle südmagnetischen zeigen; dadurch summieren sich ihre Wirkungen, so daß an den Enden des Stabes der stärkste Magnetismus auftritt, wie dies ja auch beim gewöhnlichen Stahlmagneten der Fall ist. Wird der elektrische Strom unterbrochen, so fallen beim weichen Eisen die Moleküle wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück. Anders dagegen beim Stahl oder auch schon beim gehärteten Eisen. Wir wollen einmal das Stück von weichem Eisendraht, das, wie wir vorhin gesehen haben, nur so lange magnetisch blieb, als es vom Strome umflossen war, härten, indem wir es in glühendem Zustande in kaltes Wasser tauchen, und dann den Versuch wiederholen. Nun verhält es sich, wie vorhin die Stricknadel, es behält seinen Magnetismus; glühen wir es wieder aus, so verliert es ihn wieder. Vollständig verliert dagegen selbst das weichste Eisen den ihm einmal beigebrachten Magnetismus nicht; der zurückbleibende Rest wird remanenter Magnetismus genannt. Darüber werden wir im nächsten Vortrag noch ausführlicher sprechen.

In dem nächsten Versuch erläuterte Rudi die Beziehung zwischen Stromrichtung und Magnetpol. Er stellte einen Elektromagneten so weit von der großen Magnetnadel auf, daß diese gerade noch deutlich sichtbar abgelenkt wurde. In den Stromkreis der Drahtspule hatte er den Kommutator eingeschaltet, mit dessen Hilfe er — nachdem er ihn zuvor kurz beschrieben hatte — die Stromrichtung änderte. Dadurch wurde die vorhin angezogene Nadelhälfte jetzt abgestoßen, und die andere strebte nun dem Elektromagneten zu. Rudi wies darauf hin, daß die Bezeichnung der Pole von der Stromrichtung abhinge und zeigte diese Tatsache auch an dem Vertikalgalvanoskop, dessen Zeiger bei der einen Stromrichtung nach rechts, bei der anderen nach links hin ausschlug. An dieser Stelle erwähnte Rudi auch die Amperesche Schwimmerregel: Denkt man sich in dem Draht der Magnetisierungsspirale in der Richtung des positiven Stromes schwimmend, so daß man mit dem Gesicht dem Magnetstab zugewendet ist, so muß dessen Nordpol zur linken Seite des Schwimmers entstehen.

Über einige praktische Anwendungen des Elektromagneten, wie elektrische Klingel, Telegraph u. s. w. werden wir im nächsten Vortrage hören; jetzt wollen wir noch die Wirkungsweise der einzelnen Meßinstrumente genauer kennen lernen.

Die Wirkungsweise der Messinstrumente.

Das einfache Nadelgalvanoskop ist nichts anderes als eine flache Drahtspule, durch welche, sobald sie ein Strom durchfließt, Kraftlinien laufen, die die Magnetnadel in ihre Richtung zwingen. In der gleichen Weise kommt die Wirkung des Vertikalgalvanoskopes zu stande.

Ebenso verhält sich der Multiplikator; nur daß wir hier eine durch vier Umstände erhöhte Empfindlichkeit haben. Erstens ist die Beeinflussung der Erde auf das Nadelpaar sehr herabgesetzt, da die beiden ungleichnamig übereinanderliegenden Pole nach entgegengesetzten Richtungen streben. Sie spielen trotzdem in die Nord-Südrichtung ein, da der Magnetismus der oberen (längeren) Nadel etwas stärker ist. Zweitens haben wir bei diesem Instrument zwei Drahtspulen, also mehr Amperewindungen und damit mehr Kraftlinien. Drittens wirken die Kraftlinien nicht nur innerhalb der Spule auf das Nadelpaar, sondern auch außerhalb, und zwar auf beide Nadeln in gleicher Weise — obgleich diese mit den ungleichnamigen Polen übereinanderliegen — da die Kraftlinien außerhalb der Windungen in entgegengesetzter Richtung laufen, wie die innerhalb der Windungen. Viertens bietet die Art der Aufhängung am Kokonfaden der Drehung nur einen sehr geringen Widerstand.

Die Wirkungsweisen der beiden auf Seite 96 bis 99 beschriebenen Instrumente ist dort schon hinreichend erklärt worden; wir wollen jetzt nur noch hören, warum das Voltmeter, entgegengesetzt dem Amperemeter, im Nebenschluß liegen muß. Doch bevor wir das verstehen können, müssen wir die Spannungsverhältnisse an den verschiedenen Stellen eines vom Strome durchflossenen Leiters kennen lernen.

Das Spannungsgefälle.

Zu dem Versuch, den wir dabei ausführen, müssen wir schon einen praktischen Gebrauch von dem im Nebenschluß liegenden Voltmeter machen. Wir verbinden die Pole eines Bunsenelementes mit einem etwa 1 m langen, zum Kreise gebogenen Nickelindrahte von 0,5 mm Stärke. Dann führen wir von den beiden Stellen des Drahtkreises, die den Polen des Elementes am nächsten liegen, je einen Kupferdraht zu den Klemmen unseres Voltmeters, das, wenn wir es für diesen Versuch verwenden wollen, mindestens Zehntelvolt anzeigen muß. Ist unser Instrument nicht so empfindlich, so müssen wir statt eines 5 bis 10 Elemente hintereinandergeschaltet oder unser Vertikalgalvanoskop verwenden, das freilich nur die relativen, nicht die absoluten Spannungsgrößen angibt. Verwenden wir das Voltmeter, so müssen wir den auf der Rückwand angebrachten Nebenschlußdraht ausschalten, da der Nickelindraht nun seine Stelle vertritt. (Für die weiteren Betrachtungen nehmen wir an, wir hätten das in Abb. 66 dargestellte Vertikalgalvanoskop verwendet.) Nachdem wir also die genannte Verbindung hergestellt haben, werden wir einen Ausschlag der Nadel nach rechts etwa bis zur Ziffer 6 der Skala bekommen. Rücken wir nun die beiden Drahtenden, die wir um den Nickelindraht herumgebogen haben, von den Polen des Elementes weg und der Mitte des Drahtes zu, so wird der Ausschlag der Nadel immer kleiner und kleiner, bis sie auf 0 zur Ruhe gekommen ist. Jetzt werden die verschobenen Drahtenden noch 10 oder 20 cm voneinander entfernt sein. Wir schalten, ohne im übrigen etwas zu verändern, statt des Galvanoskopes unseren Multiplikator ein, der, da er viel empfindlicher ist, jetzt noch kräftig ausschlägt. Wir schieben nun die Drahtenden noch weiter zusammen, bis auch dieses Instrument keinen Strom mehr anzeigt; sie werden dann nur noch wenige Zentimeter voneinander entfernt sein.

Abb. 84. Schematische Darstellung eines Stromkreislaufes.

Diese Erscheinung erklärte Rudi an zwei Zeichnungen, die er in großem Maßstabe ausgeführt hatte und die in den Abb. 84 und 85 dargestellt sind. Eine Glasröhre sei mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt und einerseits mit einer Kupferplatte K, anderseits mit einer Zinkplatte Z verschlossen, so daß sie ein Voltasches Element bildet; von Z nach K führt ein Draht. Wir haben dann einen geschlossenen Stromkreis K–a–Z–b–K. Bei K haben wir ½ Volt positiver Spannung; wie wir vorhin gesehen haben, sinkt diese, je weiter wir uns der Mitte (a) des Drahtes nähern, bis sie hier auf dem Wert 0 angelangt ist. Gehen wir noch weiter, so sinkt die positive Spannung noch mehr, das heißt sie geht in eine negative Spannung über, bis sie bei Z den Wert −½ Volt erreicht hat. Verfolgen wir nun die Potentiale auch in der Flüssigkeit, so finden wir, daß bei Z ein plötzlicher Wechsel eintritt: von −½ Volt (der Zinkplatte) steigt die Spannung (der Flüssigkeit) auf +½ Volt, um von da ab wieder bis 0 (bei b) zu sinken, bis sie bei K wieder den Wert −½ Volt erreicht hat. Den plötzlichen Wechsel der Potentiale bei K und Z verursacht die elektrische Scheidekraft, die Kraft, der wir das Entstehen der elektromotorischen Kraft verdanken. In Abb. 85 sei KZ ein vom Strome durchflossener Leiter. Bei K hat die Spannung den positiven Wert KA, bei den Punkten a, b, c, d sinkt sie ständig (die Längen der Linien aa_₁, bb_₁, cc_₁, dd_₁ u. s. w.), bei M ist sie gleich 0 und bei Z gleich dem negativen Wert ZB.

Abb. 85. Schema des Spannungsgefälles.

Abb. 86. Schaltungsschema für Volt- und Amperemeter.

Die Voltmeterschaltung.

Jetzt ist auch leicht zu verstehen, warum ein Voltmeter nicht wie das Amperemeter in den Hauptstromkreis eingeschaltet werden darf. Betrachten wir das Schema in Abb. 86: A ist eine Stromquelle, X ein Leitungsnetz, B das in den Hauptstrom eingeschaltete Amperemeter, das, um dem Strom möglichst wenig Widerstand zu bieten, aus wenig Windungen eines dicken Drahtes besteht. Weil der Widerstand des Instrumentes nahezu gleich 0 ist, besteht auch zwischen den Klemmen α und β fast kein Spannungsunterschied. Anders verhält sich dies bei den beiden Punkten γ und δ, an welchen die Zuleitungsdrähte zum Voltmeter C angeschlossen sind: Hier herrscht die Spannungsdifferenz, die die elektromotorische Kraft der Stromquelle bei dem Widerstand des Leitungsnetzes X hervorzurufen im stande ist. Das Voltmeter besteht aus vielen Windungen eines dünnen Drahtes, damit es der Hauptleitung nicht zu viel Strom entziehe; denn durch den großen Widerstand des langen dünnen Drahtes fließt nur ein geringer Bruchteil des Hauptstromes, dem nur der vielmal kleinere Widerstand X entgegensteht. Fehlt ein natürlicher Hauptstromkreis bei einer Stromquelle, deren Spannung gemessen werden soll, so muß er künstlich hergestellt werden (vergleiche Seite 97).

Widerstandsbestimmung.

Wir haben jetzt gesehen, wie wir Stromstärken und Spannungen messen können, und wollen nun noch eine einfache Art der Widerstandsbestimmung kennen lernen.

Abb. 87. Wheatstonesche Brücke.

Lassen wir einen elektrischen Strom durch zwei gleiche Drähte fließen (a, α, b und a, β, b in Abb. 87) und verbinden zwei beliebige Stellen (α und β) dieser Leitungen miteinander, so wird nur dann ein Strom durch diese Verbindung, die auch Brücke genannt wird, fließen, wenn die Spannungen an den beiden Anschlußstellen (α und β) verschieden sind, das heißt, wenn an den Enden des Verbindungsstückes eine Potentialdifferenz besteht. Ist diese nicht vorhanden, so kann in αβ auch kein Strom fließen. Denken wir uns nun das Spannungsgefälle der beiden Drähte a, α, b und a, β, b graphisch dargestellt, so bekommen wir zweimal die Abb. 85. Markieren wir hier auf den beiden Abbildungen zwei Punkte gleicher Spannungen, z. B. e, so ist das Verhältnis Ke : eZ bei der einen Abbildung gleich dem Verhältnis Ke : eZ bei der anderen. Nehmen wir auch an, der Widerstand der beiden Zweigdrähte sei verschieden, so gilt doch das Gleiche. In Abb. 88 sei I der Zweigdraht mit größerem, II der mit geringerem Widerstand; die Spannung ist an den Enden beider gleich KA und ZB, und nur die durch die Länge von KZ ausgedrückten Widerstände sind verschieden. Zeichnen wir nun hier zwei Punkte gleicher Spannungen ein, z. B. in I αx und in II βx, so ist auch hier Kα : αZ = Kβ : βZ. Das Gleiche gilt auch dann, wenn wir annehmen, daß einer der Zweigdrähte aus zwei Teilen mit verschiedenen Widerständen bestehe.

Abb. 88. Spannungsgefälle in zwei verschiedenen Widerständen.

Abb. 89. Wheatstonesche Brücke.

Wir spannen nun einen homogenen, an allen Stellen gleichstarken Draht gerade aus, wie ab in Abb. 89, und betrachten ihn als einen Zweig unserer Doppelleitung, die vom Element E gespeist wird; den anderen Zweig stellen wir zusammen aus einem unbekannten Widerstande X und einem bekannten V (Vergleichswiderstand). In die Brücke αβ schalten wir unseren Multiplikator G. Wenn es nicht der Zufall gerade gewollt hat, so ist jetzt die Spannung bei α nicht gleich der bei β, weshalb uns der Multiplikator einen Strom anzeigen wird. Verschieben wir nun das Drahtende bei β nach rechts oder links, so werden wir leicht die Stelle finden, die mit α auf gleicher Spannung ist, was wir daran erkennen, daß der Multiplikator keinen Strom mehr anzeigt. Daß der ausgespannte Draht ab dem Nickelindraht (a) unserer Meßbrücke (Seite 100) und das Drahtende β dem Schieber (c) gleichkommt, braucht nicht näher erwähnt zu werden. Da auf unserer Meßbrücke ein Maßstab angebracht ist, so können wir leicht das Verhältnis aβ : βb ablesen; wir wissen aber auch, daß dies gleich aα : αb ist. Nehmen wir an, daß der Schieber unserer Brücke, die in 100 Teile (Zentimeter) geteilt ist, bei 75 steht, ferner daß unser bekannter Widerstand 10 Ohm habe, so können wir folgende Proportion aufstellen: 75 : 25 = X : 10; daraus ergibt sich X = 30 Ohm.

Wollen wir genaue Messungen machen, so müssen wir zu den Verbindungen der einzelnen Apparate möglichst kurze und dicke Drähte verwenden, damit wir ihre Widerstände vernachlässigen können, ohne dabei einen merkbaren Fehler zu begehen.

Will man Widerstände bei Anwendung von Wechselströmen (siehe vierter Vortrag) messen, so können zur Bestimmung der Stromlosigkeit der Brücke unsere bisher gebrauchten Apparate nicht verwendet werden. Man bedient sich in diesem Falle des Telephons (siehe Anhang). Wird dieses von einem Wechselstrom durchflossen, so gerät durch den Wechsel der Magnetpole die Membrane in Schwingung und gibt einen Ton von sich; ist es tonlos, so ist es auch stromlos. Hat man kein Telephon zur Verfügung, so genügt es, einen einfachen kleinen Elektromagneten mit möglichst vielen Windungen eines dünnen Drahtes in einem Kästchen einer Membran gegenüber zu bringen, wie das auch bei dem im Anhang beschriebenen Telephon gemacht ist.

Abb. 90. Rudi hält seinen dritten Vortrag.

D en dritten Vortrag bestimmte Rudi wieder für solche Hörer, bei denen er keinerlei Vorkenntnisse, außer solchen, die sie sich in seinem ersten Vortrag erworben hatten, vorauszusetzen brauchte. Er sprach deshalb auch hier nochmals, aber kürzer, über die Entdeckung des galvanischen Stromes und die Beschaffenheit eines Elementes sowie über die Zusammenstellung mehrerer Elemente zu einer Batterie. Dann ging er dazu über, an der Hand der bereits bekannten Experimente den Einfluß des galvanischen Stromes auf den Magneten zu zeigen und die Beschaffenheit und Wirkung eines Elektromagneten zu erklären. Dann kam er auf die Beschreibung der elektrischen Klingel, des Telegraphen und der Elektromotoren zu sprechen. Um auch das Wesen der Dynamomaschine erklären zu können, sprach er eingehender über Magnetinduktion und Induktionsströme, beschrieb die magnetelektrische Maschine und führte schließlich die Dynamomaschine vor. Die verschiedenen Ankerkonstruktionen, wie T-, Ring- und Trommelanker, berührte er nur kurz. Damit hatte er hinreichend über die Erzeugung des galvanischen Stromes gesprochen und erklärte nun die elektrische Straßenbahn, die Bogenlampe, das Glühlicht, elektrisch betriebene Ventilatoren, Heiz- und Kochapparate u. s. w. Dann ging er zur Beschreibung des Akkumulators über und sprach noch kurz über Spannungen, Leitungsnetze, Sicherungen und Kurzschluß, um mit einer an seine Ausführungen über Induktionsströme anschließenden Beschreibung des Telephons den Vortrag zu schließen.

Auf dem Bild Seite 112 sehen wir Rudi, wie er nach dieser Disposition unter Käthes Assistenz die Herstellung der dabei benutzten Apparate und die mit ihnen ausgeführten Experimente beschreibt.

Abb. 91. Die elektrische Klingel.

Die elektrische Klingel.

Eine elektrische Klingel ist sehr einfach herzustellen. Abb. 91 zeigt uns eine solche im Grundriß. a ist ein Grundbrett von beliebigem Holz; b ist ein Elektromagnet, den Abb. 92 im Schnitt zeigt: a ist ein Stück Bandeisen, in das die beiden Magnetschenkel b_₁ und b_₂ eingenietet sind. c, c sind die Drahtspulen. Die Rähmchen für diese drehen wir aus Holz oder kleben sie aus Karton zusammen. Das Bewickeln von Drahtspulen haben wir im zweiten Vortrag Seite 93 behandelt. Für eine Drahtrolle verwenden wir je nach Größe 12 bis 20 m eines 0,4 bis 0,6 mm starken Kupferdrahtes (für geringere Ansprüche genügen auch 8 bis 10 m eines etwas stärkeren Drahtes). Die Endflächen der Magnetpole werden mit Papierscheibchen beklebt, weil sonst der Anker infolge des remanenten Magnetismus ab und zu haften bleiben könnte. c (Abb. 91) ist ein federnder Blechstreifen, den wir aus einer alten Uhrfeder oder aus Messingblech herstellen, das wir durch kräftiges Hämmern auf dem Ambos elastisch machen, daran wird e, der Eisenanker (ein Stück Bandeisen), angenietet oder angelötet. Die Magnetkerne und der Anker müssen gut durchgeglüht werden. d ist ein Holzklotz, an dem das eine Ende der Feder c befestigt ist, das andere Ende wird mit einem Messinghämmerchen oder einer Messingkugel versehen; etwa in der Mitte wird ein Stückchen Platinblech aufgelötet, dem gegenüber die Kontaktspitze f auf einer kleinen Messingsäule ruht. Es ist gut, wenn man f mit einem Muttergewinde versieht, durch das eine Schraube eingedreht werden kann; an dieser lötet man vorn ein kurzes Stückchen Platindraht auf, das die Kontaktspitze bildet. Am Ende des Brettchens a wird die Glockenschale g angebracht. Wie die einzelnen Teile untereinander in leitende Verbindung zu setzen sind, geht aus der Abbildung hervor. Über dem ganzen kann eine Schutzhülle aus Holz oder Pappe angebracht werden; die Glocke selbst muß natürlich frei bleiben.

Abb. 92. Elektromagnetkern mit Spulen (Schnitt).

Abb. 93. Schnitt durch den Kontaktknopf.

Der Kontaktknopf.

Wir können uns auch ohne Drehbank recht hübsche Kontaktknöpfe herstellen: Auf ein rundes Grundbrettchen a (Abb. 93) wird in der Mitte ein Nagel mit einem breiten Messingkopf b (Reißnagel) eingeschlagen. Aus gehämmertem Messingblech schneiden wir einen spiralförmigen Streifen (Abb. 94), den wir so mit dem breiteren Ende neben b anschrauben, daß das etwas in die Höhe gebogene schmälere genau über b zu stehen kommt. Die Kapsel stellen wir uns durch Übereinanderleimen von 3 bis 4 Ringen aus Zigarrenkistenholz her. (Siehe Abb. 93.)

Abb. 94. Feder für den Kontaktknopf.

Abb. 95. Schaltungsschema einer Klingelanlage.

Abb. 96. Der Morseschreiber (Seitenansicht).

Zur Erklärung der Schaltungsweise der elektrischen Hausklingel stellte Rudi eine Tafel auf, deren Zeichnung Abb. 95 zeigt.

Der Morsesche Telegraph.

Der Morsesche Telegraphenapparat ist nicht so schwer herzustellen, wie es vielleicht manchem scheinen möchte. Die ganze Konstruktion ist aus den beiden Abb. 96 (Seitenansicht) und 97 (Grundriß) zu erkennen. a ist das Grundbrett; b_₁ und b_₂ sind die Achsenträger für die Achse (c) des gleicharmigen Hebels d, der aus einem Holzstäbchen mit quadratischem Querschnitte herzustellen ist. Für c nehmen wir ein Messing- oder Eisenstäbchen, eventuell einen starken Nagel. Die Achse soll im Hebel fest sitzen, sich in ihren Lagern in b_₁ und b_₂ aber leicht drehen lassen. In das eine Ende des Hebels wird der Anker, der mindestens 4 mm dick und 1 cm breit sein soll, eingelassen; das andere Ende wird mit einer Drahtöse versehen, in welche die Spiralfeder g eingehängt werden kann; letztere wird aus 0,6 bis 0,7 mm starkem Messingfederdraht durch Aufwickeln auf ein bleistiftstarkes Metallstäbchen hergestellt. Die Spannung regulieren wir erst später durch Verlängern oder Verkürzen des Aufhängehakens p. Statt der Spirale kann auch einfach eine Gummischnur verwendet werden.

Abb. 97. Der Morseschreiber (Aufsicht).

Der zweispulige Elektromagnet f wird ebenso hergestellt wie der der elektrischen Klingel; er muß aber etwas größer und stärker sein. Auf dem Hebel d wird an dem Ankerende ein etwa 1 cm breiter Blechstreifen aus gehämmertem, 0,5 bis 0,7 mm starkem Messingblech angebracht. Dieser Streifen soll nahezu so lang sein wie der Hebel selbst. Das vorderste Ende (1 cm) wird rechtwinkelig aufgebogen und ein kurzes Stückchen Messingrohr mit etwa 5 mm lichter Weite, in das wir später einen weichen Bleistift stecken, wird daselbst festgelötet. In den Lagerträgern i_₁ und i_₂ sind, wie dies in Abb. 98 zu sehen ist, zwei gedrehte Holzwalzen (k_₁ und k_₂) eingelassen, die 1,5 bis 2 cm dick sind. Der eine Lagerfortsatz der Walze k_₂ muß etwas länger sein, damit wir eine Kurbel an ihm befestigen können.

Abb. 98. Rollen zur Bewegung des Papierstreifens (Schnitt).

Da beide Walzen stets fest aufeinanderliegen müssen, so sind die Lager von k_₁ so einzurichten, daß sie vermittels zweier Schrauben niedergedrückt werden können, wie dies aus Abb. 99 zu ersehen ist: Aus dem oberen Ende des Lagerträgers i wird ein rechteckiges Stück (a), das die Bohrung für die Rollenachse enthält, herausgesägt und der dadurch entstandene rechteckige Einschnitt noch etwas vertieft. Damit a nicht nach außen herausfallen kann, werden die Enden der Rollenachsen, nachdem die Stückchen a darübergeschoben sind, mit kleinen Scheibchen (c, Abb. 98) beklebt. Durch Aufschrauben des Leistchens b (Abb. 98 und 99) wird a niedergedrückt, und dadurch werden die beiden Rollen, die wir noch je mit einem Stückchen Gummischlauch überziehen, aufeinandergepreßt. Die Lagerträger i sind so auf a anzuschrauben, daß k_₁ gerade unter das Messingröhrchen, das wir am Ende von h angelötet haben, zu liegen kommt. Die beiden Träger l_₁, l_₂ haben oben offene Einschnitte, so daß wir den runden Holzstab, auf den wir die Papierstreifenrolle aufschieben, bequem einsetzen können. Nun führen wir noch die beiden Drahtenden des Elektromagneten zu zwei Klemmen an einem Ende des Brettchens a.

Abb. 99. Rollen zur Bewegung des Papierstreifens (Seitenansicht).

Wer etwa eine alte Wanduhr, die ihren Zweck als solche nicht mehr erfüllt, besitzt, kann diese zum maschinellen Antrieb für die Rollen k benutzen. Alles für diesen Zweck Unnötige wird von der Uhr entfernt; also Zifferblatt, Zeiger, auch die Zahnradübersetzung 1 : 12 für den Stundenzeiger; ferner wird Pendel, Anker und Ankerrädchen herausgenommen. Das Rädchen, das zum Antrieb für das Ankerrädchen gedient hat, wird durch Anlöten zweier Blechplättchen mit Windflügeln versehen. Die Hauptachse, auf der der Minutenzeiger saß, wird mit der Rolle k_₂ verbunden. Die Uhr selbst wird auch auf dem Grundbrette befestigt. In dem Werke bringen wir einen Hebel so verstellbar an, daß er das Flügelrädchen entweder freigibt oder festhält. Sollte nun die Geschwindigkeit, die die Uhr den Rollen erteilt, zu groß sein, so können wir, falls der Antrieb mit einem Gewicht erfolgt, dieses verkleinern. Bei Federantrieb geht das nicht; wir müssen deshalb das Ankerrädchen wieder einsetzen und an dieses die Flügel anlöten; durch Verbiegen der letzteren können wir die Geschwindigkeit noch weiter regeln. War die Geschwindigkeit zu gering, so müssen wir eben noch ein weiteres Übersetzungsrädchen herausnehmen.

Abb. 100. Morsetaster.

Wir brauchen nun noch den Taster, der in Abb. 100 dargestellt ist. Er besteht aus einem Grundbrett und einem 1 cm breiten und etwa 7 cm langen Streifen aus federndem Messingblech, ist an einem Ende auf dem Grundbrett aufgeschraubt und am anderen, wie die Abbildung zeigt, umgebogen. Unter dem umgebogenen Ende ist ein Nagel mit einem Messingkopf angebracht. Dieser ist mit der einen, die Feder mit der zweiten Klemme in leitender Verbindung; mit der dritten Klemme ist ein Blechstreifen leitend verbunden, der über die Feder reicht und diese, wenn sie nicht niedergedrückt wird, berührt. Es ist gut, wenn die Verbindungsdrähte nicht nur eingeklemmt, sondern festgelötet werden.

Um den telegraphischen Verkehr zwischen zwei Stationen zu erläutern, hatte Rudi sich zwei Apparate gemacht, die er an den beiden Tischenden aufstellte und mit Batterie und Klingel so schaltete, wie die Abb. 101 zeigt. Hier sind die Apparate der beiden Stationen (I und II) folgendermaßen bezeichnet: M = Morseapparat, T = Taster, B = Batterie (3 bis 4 Leclanché-Elemente), g = Glocke und U = Umschalter. Letzterer ist ähnlich konstruiert wie der Kommutator (siehe Seite 101); er erlaubt mit einem Handgriff entweder die Glocke, oder den Morseapparat einzuschalten.

Abb. 101. Schaltungsschema der Morseapparate.

Angenommen, man will von Station I nach Station II telegraphieren, so hat man folgendes zu tun: Der Umschalter ist so zu stellen, daß der Morseapparat statt der Glocke eingeschaltet ist; dann wird der Taster niedergedrückt, wodurch die Glocke bei II ertönt. Dabei macht der Strom folgenden Weg: in T_₁ wird der Kontakt a_₁ geschlossen; von da geht der Strom nach B_₁, b_₁, c_₁, d_₁, M_₁, e_₁, k_₁, l_₁, f, l_₂, und da hier U_₂ noch auf die Glocke geschaltet ist, nach o_₂, durch g_₂ hindurch nach p_₂, n_₂, i, n_₁, m_₁, g_₁ und a_₁. Durch das Glockenzeichen aufmerksam gemacht, wird nun auf II der Umschalter von g_₂ auf den Morseapparat umgeschaltet und zum Zeichen, daß dies geschehen, der Taster ein paarmal niedergedrückt; dies bemerkt man in I an dem Aufschlagen des Ankers auf den Elektromagneten. In II wird nun der Papierstreifen in Bewegung gesetzt und in I der Taster. Drücken wir diesen längere Zeit nieder, etwa 1 Sekunde, so wird in II ebensolang der Anker angezogen und dadurch der Bleistift auf das über die Rollen gleitende Papier gedrückt, wodurch ein Strich aufgezeichnet wird. Drückt man dagegen den Taster nur ganz kurz nieder, so wird dadurch nur ein Punkt entstehen. Aus verschiedenen Zusammenstellungen von Punkten und Strichen hat man ein Alphabet festgesetzt, das hier wiedergegeben werden soll.

Die Zeichen für die Buchstaben sind:

a . –

j . – – –

s . . .

ä . – . –

k – . –

t –

b – . . .

l . – . .

u . . –

c – . – .

m – –

ü . . – –

d – . .

n – .

v . . . –

e .

o – – –

w . – –

f . . – .

ö – – – .

x – . . –

g – – .

p . – – .

y – . – –

h . . . .

q – – . –

z – – . .

i . .

r . – .

ch – – – –

Die Zeichen für die Zahlen sind:

1 . – – – –

4 . . . . –

8 – – – . .

2 . . – – –

5 . . . . .

9 – – – – .

3 . . . – –

6 – . . . .

0 – – – – –

7 – – . . .

Weitere Zeichen sind noch für:

Punkt . . . . .

Komma . – . – . –

Fragezeichen . . – – . .

Ausrufzeichen – – . . – –

Nachdem Rudi seiner Schwester auf diese Weise ein Telegramm über den Tisch hinüber gesandt und Käthe es übersetzt hatte, erwähnte er noch, daß man in der Praxis die eine der beiden Leitungen nicht legt, sondern den Strom durch die Erde leitet. Auch erklärte er, daß man mit dieser einfachen Einrichtung nicht auf sehr große Entfernungen telegraphieren könnte, da in dem großen Widerstand des langen Drahtes der Strom so sehr geschwächt würde, daß er nicht mehr im stande wäre, einen Morseapparat in Tätigkeit zu setzen. Man bediene sich deshalb der sogenannten Relais. Rudi beschrieb nur die Einrichtung und Schaltung des Relais, da er sich keines hergestellt hatte. Er mußte es jedoch später für die drahtlose Telegraphie anfertigen, und es sei deshalb schon hier beschrieben.

Das Relais.

Abb. 102 zeigt das Relais im Grundriß. Im wesentlichen ist es konstruiert wie die elektrische Glocke; nur fehlt die Glockenschale, und die Kontaktspitze befindet sich auf der Seite des Ankers, auf der auch der Elektromagnet ist. Der Anker steht höchstens 0,5 mm von den Magnetpolen entfernt, und die Feder darf nicht sehr stark sein; ihre Spannung kann mit der Stellschraube e reguliert werden. Man darf nicht vergessen, die Polenden mit Papier zu bekleben. Die Kontaktspitze ist so zu stellen, daß sie etwa 0,5 mm von der ihr gegenüberliegenden Verlängerung der Feder absteht. Für normale Ansprüche genügt hier die gleiche Bewickelung, wie bei der Klingel. Nehmen wir mehr und etwas dünneren Draht, so wird das Instrument empfindlicher.