Inhalt. (continued 4)

Zum Gebrauch eines Wehneltschen Unterbrechers wird der Unterbrecher des Induktors kurz geschlossen; dann verbinden wir den positiven Pol der Akkumulatorenbatterie mit der Platinspitze und die Bleiplatte mit der einen Klemme des Induktionsapparates, dessen andere Klemme wir mit dem negativen Pol der Batterie verbinden. Der Kondensator ist hierbei am besten auszuschalten.

Die Wirkungsweise dieses Apparates ist ungefähr folgende. Beim Durchgang des Stromes durch die Schwefelsäure entstehen durch Elektrolyse an den Elektroden Gase, und zwar tritt an der Platinspitze Sauerstoff, an der Bleiplatte Wasserstoff auf. Da nun aber der starke Strom die feine Platinspitze sehr stark erhitzt, so entwickelt sich um diese herum Wasserdampf, der durch die große Hitze in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Diese Gase nehmen ein so großes Volumen um die Spitze herum ein, daß diese ganz von der Flüssigkeit getrennt wird. Damit ist der Strom unterbrochen, die Gasblase steigt auf, und der Vorgang beginnt von neuem.

Die an der Spitze auftretende Wärme ist so groß, daß die sich bildenden Gase bis zum Glühen erhitzt werden, was zur Folge hat, daß auch die Flüssigkeit eine hohe Temperatur annimmt, so daß man nach kurzer Zeit die Arbeit mit dem elektrolytischen Unterbrecher einstellen muß.

Nachdem Rudi die verschiedenen Konstruktionen der Induktoren erläutert hatte, ging er dazu über, diejenigen Eigenschaften der Wechselströme zu besprechen, durch welche sie sich besonders von den Gleichströmen unterscheiden.

Wechselströme.

Die Ströme, die wir in unseren Induktoren erhalten, sind, wie wir gesehen haben, auch Wechselströme, das heißt Ströme, die fortwährend ihre Richtung ändern. Solche Ströme haben wir im vorigen Kapitel kennen gelernt. Die zweipolige magnetelektrische Maschine (Seite 138 u. f.) liefert uns einen einfachen Wechselstrom, dessen Verlauf in Abb. 157 graphisch dargestellt ist. Stehen die Induktionsrollen des Ankers gerade vor den Magnetpolen, wenn wir beginnen, die Maschine in Rotation zu setzen, so steigt die elektromotorische Kraft und damit, wenn der Ankerdrahtkreis geschlossen ist, auch die Stromstärke von dem Wert 0 bei a bis zu ihrem höchsten Wert bei α, den sie nach einer Ankerdrehung von 90° erreicht hat; jetzt fällt die Spannung wieder, bis sie bei b nach einer Ankerdrehung von 180° wieder den Wert 0 erreicht hat. In diesem Augenblick ändert der Strom seine Richtung, was in der Figur daran zu sehen ist, daß die Kurve nicht mehr oberhalb der Linie ax verläuft, sondern unterhalb. Hier wiederholt sich der gleiche Vorgang bei umgekehrter Stromrichtung. Hat der Anker eine volle Drehung (360°) gemacht, so ist die Spannung im Punkte c wieder gleich 0, der Strom steigt und fällt wieder wie zu Anfang und so fort.

Abb. 157. Kurve eines einfachen Wechselstromes.

Abb. 158. Kurve eines Induktorstromes.

Betrachten wir nun die Wechselströme, die in einem einfachen Induktionsapparat entstehen, während der Unterbrecher in Tätigkeit ist. Der Verlauf eines solchen Stromes ist in Abb. 158 versinnlicht: Wird der primäre Strom geschlossen, so erhalten wir im sekundären Draht einen Stromimpuls, der rasch ansteigt bis zu einem gewissen Maximalwert, der mit von der Geschwindigkeit, mit der der Strom geschlossen wird, abhängt, um sogleich wieder auf 0 herabzusinken (a in Abb. 158). Der Unterbrecher mag nun noch so rasch funktionieren, der Stromimpuls war so kurz, daß eine gewisse Zeit verstreicht, bevor der Strom wieder geöffnet wird. Diese Zeit ist in der Figur durch die Strecke xy dargestellt. Bei y tritt dann der Stromwechsel ein, und wir erhalten den anders gerichteten Öffnungsstrom (b), der noch viel rapider verläuft und einen höheren Maximalwert erreicht als der Schließungsstrom. Dann vergeht wieder eine gewisse Zeit (x_₁, y_₁), bis der Strom geschlossen wird und so fort.

Es fragt sich nun: Wie können wir Spannungen und Stromstärken von Wechselströmen messen? Wie wir im vorigen Kapitel schon sahen (Seite 148), reagiert z. B. unser Vertikalgalvanoskop aus den dort erwähnten Gründen nicht auf Wechselströme. Dagegen ließe sich denken, daß die Volt- und Amperemeter, bei denen weiche Eisenteile durch die magnetische Kraft einer Spule bewegt werden, auch auf Wechselströme reagieren, da ja, wenn der Elektromagnet seine Pole ändert, sich auch ebenso rasch die Pole des weichen Eisens ändern, dieses somit auf jeden Fall angezogen wird. Diese Überlegung ist wohl ganz richtig, doch wir würden zu sehr schlechten Resultaten kommen, wenn wir mit unseren Instrumenten Wechselströme messen wollten; denn erstens dürfen die verwendeten Eisenmassen nur sehr klein, zweitens muß das Eisen absolut weich sein, was eigentlich nur bei chemisch reinem Eisen der Fall ist, und drittens müssen die Instrumente für Wechselströme, und zwar für solche mit ganz bestimmten Perioden, geeicht sein.

Rudi hatte sich zur Demonstration in seinem Vortrag zwei Meßinstrumente für Wechselstrom gefertigt, deren Konstruktion am Schlusse dieses Kapitels beschrieben ist. Das eine, ein sogenanntes Hitzdrahtinstrument, benutzt die Stärke der Ausdehnung, die ein vom Strome durchflossener kurzer dünner Draht infolge der Erwärmung erfährt, als Maßstab für die Stromstärke. Das zweite ist ein Elektrodynamometer, ein Instrument, das sich nur dadurch von unserem Vertikalgalvanoskop unterscheidet, daß statt des Stahlmagneten eine Drahtrolle ohne Eisenkern verwendet wird. Wenn ein solches Instrument von einem Wechselstrom durchflossen wird, so ändert sich die Stromrichtung gleichzeitig in der äußeren und in der inneren Spule, weshalb die Ablenkung der letzteren immer nach der gleichen Seite erfolgt. Auch das im Anhang beschriebene Universalinstrument ist zur Messung von Wechselströmen geeignet.

Eine zweite Frage, die von vornherein nicht so begründet erscheinen mag, wie die erste, ist die, ob auch für Wechselströme das Ohmsche Gesetz (Seite 84 u. f.) gilt. Diese Frage ist nur bedingungsweise zu bejahen, nämlich dann, wenn der vom Strome durchflossene Leiter völlig frei ist von Selbstinduktion (Seite 158); ist dies nicht der Fall, so erhält das Ohmsche Gesetz Modifikationen, die von einer großen Anzahl einzelner Umstände abhängig sind.

Abb. 159. Wheatstonesche Brücke.

Impedanz.

Schicken wir z. B. durch eine Drahtspule mit einem Eisenkern, also durch einen Leiter mit sehr großem Selbstpotential, einen Wechselstrom, so bietet diesem die Spule einen größeren Widerstand, als sie einem Gleichstrom bieten würde, da die Spannung des Extrastromes der des Wechselstromes entgegenwirkt. Diese Tatsache läßt sich durch ein sehr einfaches Experiment beweisen: Auf Seite 109 u. f. haben wir die Wheatstonesche Brücke und ihre Benützung zur Messung von Widerständen kennen gelernt. Wir schalten nun, wie aus Abb. 159 hervorgeht, in den Stromkreis einer solchen Brücke eine mit einem Eisenkern versehene Drahtspule S, an Stelle des Vergleichswiderstandes bringen wir einen möglichst induktionsfreien Leiter, etwa einen Graphitstab, dessen Widerstand wir — nur der Bequemlichkeit wegen — annähernd gleich dem der Spule S wählen, und stellen dann den Schlitten der Brücke so, daß das Galvanoskop stromlos ist. Jetzt wissen wir, daß sich der Widerstand von S zu dem von W verhält wie die Strecke ad zur Strecke db; dabei ist es völlig einerlei, wie stark die elektromotorische Kraft in E und wie groß der Widerstand von g ist. Wir können deshalb statt des Elementes E eine magnetelektrische Maschine, die uns Wechselstrom liefert, und statt des Galvanometers ein Telephon einschalten. Das Telephon ist nämlich eines der geeignetsten Instrumente, um das Vorhandensein selbst sehr schwacher Wechselströme noch zu erkennen, indem es diese durch Ertönen anzeigt. Die Einrichtung des Telephons selbst ist am Schlusse dieses Kapitels Seite 200 beschrieben. Wenn aber eine Drahtspule einem Wechselstrom einen größeren Widerstand entgegensetzt als ein induktionsfreier Leiter vom selben Widerstand, so ist klar, daß jetzt in unserem Wheatstoneschen Systeme die Verhältnisse gestört sein müssen, was wir daran erkennen, daß der Stromzweig cd nicht stromlos ist, wie vorhin, sondern von einem Teil des Wechselstromes durchflossen wird und das Telephon zum Ertönen bringt. Daß diese Veränderung tatsächlich auf eine Vergrößerung des Widerstandes für Wechselströme in S hinausläuft, erkennen wir daran, daß wir, um das Telephon zum Schweigen zu bringen, also um es stromlos zu machen, den Schlitten d der Brücke nach b zu verschieben müssen.

Man bezeichnet den Widerstand, den die Einschaltung einer solchen Spule den Wechselströmen bietet, zum Unterschied von dem gewöhnlichen, in Ohm gemessenen Widerstand, als die Impedanz der Spule; sie ist um so größer, je höher das Selbstpotential der Spule ist, und je rascher die Richtungsänderungen des Wechselstromes aufeinander folgen. Die Impedanz führt bei Wechselströmen hoher Frequenz zu sehr eigentümlichen Erscheinungen, die wir im sechsten Vortrage genau kennen lernen werden.

Abb. 160. Schema zum Versuch mit dem zweiphasigen Wechselstrome.

Abb. 161. Eisenring mit Magnetnadel.

Mehrphasenströme.

Nach diesen Versuchen ging Rudi dazu über, die Anwendungen der Wechselströme in der Praxis zu besprechen. Zur Erklärung des zweiphasigen Wechselstromes und des Begriffes der Phasen überhaupt hatte er sich seinen Elektromotor (Seite 124), der zwei Feldmagnet- und vier Ankerpole hatte, besonders hergerichtet: Er brachte auf der Achse vier Schleifringe an, je zwei verband er mit den Drahtenden eines Rollenpaares, wie aus der schematischen Zeichnung in Abb. 160 hervorgeht. In dieser Figur sind N und S die Pole des Feldmagneten, A, A ist das eine, B, B das andere Rollenpaar, xy ist die Achse mit den vier Schleifringen α, β, γ, δ. Ferner fertigte er sich einen Ring aus Eisendraht, ähnlich dem Grammeschen Ringe (Seite 127). Auf diesen wickelte er vier Drahtspulen und verband je zwei einander gegenüberliegende so, wie aus dem Schema Abb. 160 zu erkennen ist; die vier freien Drahtenden verband er mit den vier Schleiffedern. Der Ring hatte einen mittleren Durchmesser von 6½ cm und einen Querschnitt von 1 qcm. Jede Spule bestand aus etwa 40 bis 50 Windungen eines 0,5 mm starken isolierten Drahtes. Die in dem Ring verlaufenden Verbindungsstücke führte er nicht, wie in der Abb. 160 angegeben ist, durch die Mitte, sondern der inneren Ringseite entlang. In die Mitte des Ringes stellte er eine in einen Kork gesteckte Nadel, auf welcher eine Magnetnadel balancierte (Abb. 161). Die Feldmagnete erregte Rudi mit einem starken Akkumulatorenstrom und setzte dann mit Hilfe eines großen Übersetzungsrades den Anker in rasche Rotation. Sofort begann auch die Magnetnadel sich zu drehen. Wodurch mag nun diese Drehung verursacht werden?

Abb. 162. Magnetisches Drehfeld.

Betrachten wir Abb. 162. Hier soll jeweils der mit A, A bezeichnete Draht mit den Spulen A, A (in Abb. 160), der Draht B, B mit den Spulen B, B verbunden sein. Wir wollen nun sehen, wie sich die Stromverhältnisse in einzelnen, herausgegriffenen Augenblicken während der Ankerdrehung verhalten. Bei der in Abb. 160 gezeichneten Stellung der Spulen wird der in A, A induzierte Strom gerade seinen höchsten Wert erreicht haben, und in B, B wird er sich gerade umdrehen, also im Augenblick gleich 0 sein. Um dies anzudeuten, ist in Abb. 162 I der Draht A, A dick und der Draht B, B punktiert gezeichnet. Bei der durch Pfeilspitzen angedeuteten Stromrichtung müssen also bei N und S die entsprechenden magnetischen Pole entstehen, nach denen sich die Magnetnadel — in der Figur ein Pfeil — einstellt. Dreht sich nun der Anker weiter, bis A und B beide gleichweit von N und S (Abb. 160) entfernt sind, so sind in beiden Drähten die Stromimpulse gleich stark und so gerichtet, wie aus Abb. 162 II zu erkennen ist; jetzt haben sich also die Pole des Ringes um 45° verschoben, und die Magnetnadel ist ihnen gefolgt. Abb. 162 III zeigt die Stromverhältnisse in dem Augenblick, da A, A gerade die Pole des Feldmagneten passiert und deshalb stromlos ist, während durch B, B der Strom mit voller Stärke fließt; die Pole des Ringes entstehen dann so, wie sie angedeutet sind. Dies geht so fort, bis der Anker eine ganze Drehung gemacht hat (Abb. 162, IV–VI); dann wiederholt sich der gleiche Vorgang.

Setzen wir nun auf die Spitze statt der Magnetnadel eine nicht magnetische Nadel aus weichem Eisen auf, so wird diese sich ebenfalls drehen, da in ihr die Pole induziert werden. Wir können auch eine runde Weißblechscheibe in der Mitte mit einer Vertiefung versehen und auf die Spitze legen; wird der Ring von den beiden Wechselströmen durchflossen, so dreht sich die Scheibe.

Den Raum, das Feld in einem solchen Eisenring, das von zwei (oder mehr) Wechselströmen in oben beschriebener Weise umflossen wird, nennt man ein magnetisches Drehfeld. Von Wechselströmen, die sich wie die Genannten verhalten, sagt man, sie hätten verschiedene Phasen, oder es bestünde zwischen ihnen eine Phasendifferenz. Die Phasendifferenz kann je nach der Anzahl der Wechselströme, die wir von einem Anker abnehmen, verschieden sein. In unserem Falle haben wir eine Phasendifferenz von 90°, das heißt während der Strom aus dem einen Spulenpaar, z. B. B, B, seinen geringsten Wert (= 0) hat, hat der Strom aus dem anderen Spulenpaar A, A, das um 90° gegen das erste verschoben ist, seinen höchsten Wert. Man spricht in diesem Falle von einem zweiphasigen Wechselstrome. Würden wir von einem Anker mit drei Spulenpaaren drei Wechselströme abnehmen, so wäre zwischen diesen ein Phasenunterschied von je 60°. Solche Ströme nennt man Dreiphasenströme.

Wir wollen nun sehen, was geschieht, wenn wir zwei Wechselströme, zwischen denen eine Phasendifferenz besteht, durch einen Drahtkreis fließen lassen. Zeichnen wir wieder wie vorhin den Verlauf eines einfachen, sogenannten einphasigen Wechselstromes graphisch auf, so erhalten wir eine Linie wie A in Abb. 163; dies sei der Strom, den die Rollenpaare A, A (Abb. 160) liefern. Den Strom von B, B zeichnen wir dann ebenfalls auf und erhalten die Linie B; die an derjenigen Stelle den höchsten Wert hat, an welcher A gleich 0 ist. Addieren wir nun die Spannungen beider Ströme da, wo sie gleichgerichtet sind, und subtrahieren wir sie, wo sie verschiedene Richtungen haben, so erhalten wir die Linie C, welche die Resultante der beiden Wechselströme in dem einen Leiter darstellt.

Abb. 163. Kurve der aus zwei Wechselströmen mit verschiedener Phase entstehenden Resultante.

Abb. 164. Dreiphasiger Wechselstrom.

Auch einen dreiphasigen Wechselstrom mit einer Phasendifferenz von 60° konnte Rudi erzeugen. Er hatte sich dafür einen besonderen mit drei Spulenpaaren, also mit sechs Spulen versehenen Anker hergestellt, indem er in eine runde, 2 bis 3 mm starke Eisenplatte sechs zylindrische Stäbe einnietete, die den Rollen als Kerne dienten; diese Rollenpaare sind in Abb. 164 mit Ia, Ib, IIa, IIb und IIIa, IIIb bezeichnet und werden so miteinander verbunden, wie das aus der Figur zu erkennen ist. Der Eisenring muß natürlich auch entsprechend drei Spulenpaare tragen. Aus der Figur erkennen wir ferner den Vorteil des dreiphasigen Wechselstromes: wir brauchen nämlich nicht, wie man anfangs meinen könnte, sechs Leitungen, sondern nur drei, die dann in der angedeuteten Weise mit den Spulen verbunden werden. Die Ankerspulenpaare können auf zweierlei Weise geschaltet werden: entweder, wie Abb. 165 zeigt, in Sternschaltung oder wie in Abb. 166 als Dreieckschaltung. Die drei Leitungen werden durch die Verbrauchsstellen W_₁, W_₂, W_₃, die aus Glühlampen, Heizapparaten, Motoren u. s. w. bestehen können, miteinander verbunden. In W_₁, in W_₂ und in W_₃ fließt dann je ein einphasiger Wechselstrom, der sich, ähnlich wie in Abb. 163, aus zwei Wechselströmen, die eine Phasendifferenz von 60° haben, zusammensetzt. Die drei Resultanten haben dann wieder einen Phasenunterschied von 60°.

Abb. 165. Die drei Spulenpaare in Sternform geschaltet.

Abb. 166. Die drei Spulenpaare im Dreieck geschaltet.

Die mehrphasigen Wechselströme — in der Praxis aber eigentlich nur die dreiphasigen — bezeichnet man auch als Drehströme, da man mit ihnen ein magnetisches Drehfeld erzeugen kann.

Um seinen Hörern die Verhältnisse von Stromstärken und Stromrichtungen in den drei Leitungen eines Drehstromes möglichst klar und anschaulich zu machen, fertigte sich Rudi einen einfachen Apparat. Er schnitt sich zwei 60 bis 70 cm große runde Pappendeckelscheiben und befestigte in der Mitte der einen, um ein paar Zentimeter kleineren, einen etwa fingerdicken Holzstab als Achse, in die andere schnitt er in die Mitte ein Loch und drei 1 bis 2 cm breite Schlitze, wie aus Abb. 167 zu erkennen ist. Auf die Scheibe mit der Holzachse malte er, wie ebenfalls die Abbildung zeigt, zwei Kreise, deren Durchmesser gleich der Länge der Schlitze in der anderen Scheibe waren. Die eine Kreisfläche malte er blau, die andere rot, den übrigen Pappendeckel schwarz und die Scheibe mit den Schlitzen weiß an. Letztere stellte er zur Demonstration mit der Kante auf dem Tisch auf und hielt sie senkrecht fest, während Käthe die Holzachse der farbigen Scheibe von hinten in das Loch der weißen hineinsteckte und sie dann langsam drehte. Dabei sah man von vorn, wie die drei Schlitze abwechselnd rot und blau wurden. Aber sie änderten ihre Farbe nicht plötzlich, sondern wenn der eine anfangs in seiner ganzen Länge die rote Farbe zeigte, so wurde der scheinbare Strich immer kürzer, bis man gar kein Rot mehr sah, dann kam Blau und wurde immer länger und nahm dann wieder ab u. s. w. Bei diesem Versuch stellen die drei Schlitze die drei Leitungen, Rot die eine, Blau die andere Stromrichtung und die Länge der in den Schlitzen erscheinenden Farbenstriche die Stromstärke vor.

Abb. 167. Apparat zur Veranschaulichung eines Drehstromes.

Transformatoren.

Daß man mit einem solchen Drehstrom sehr einfache Elektromotoren bauen kann, leuchtet nach den angestellten Experimenten mit dem Drehfeld (Abb. 162) ein. Ein weiterer noch viel wichtigerer Vorteil, den auch die einphasigen Wechselströme mit den Drehströmen teilen, ist die Fähigkeit, sich durch einfache Apparate auf andere Spannungen transformieren zu lassen. Solche Apparate sind im wesentlichen unseren Induktoren gleich, nur daß diese für Gleichströme, die durch eine besondere Vorrichtung periodisch unterbrochen werden müssen, eingerichtet sind, während jene einfach aus zwei getrennten, auf einen Eisenkern aufgewickelten Spulen bestehen, bei denen die Unterbrechung durch die periodische Richtungsänderung ersetzt wird.

Was für einen Vorteil hat es aber im Großbetriebe, die Spannung eines Stromes transformieren zu können? Wir wissen, daß bei gegebener Drahtdicke der Widerstand einer Leitung um so größer wird, je länger wir sie machen. Wenn z. B. für die Beleuchtung einer Stadt die Wasserkräfte in einem weit entlegenen Gebirgstal ausgenützt werden sollen, so würde ein Strom mit normaler Spannung (110 Volt) entweder in der langen Leitung sehr große Verluste erleiden, oder man müßte, um das zu vermeiden, die Leitung aus ungeheuer dicken Drähten herstellen. Im ersten Falle tritt also ein Energieverlust ein, im zweiten würden die Kosten für die Leitung allein so groß werden, daß sich eine derartige Anlage niemals lohnen könnte. Nun geht aber aus dem Ohmschen Gesetz (Seite 84 u. f.) hervor, daß ein Strom mit einer gewissen Anzahl von Watt, sagen wir 1000, mit viel geringeren Verlusten durch eine Leitung fließt, wenn er hohe Spannung und geringe Stromstärke hat, als wenn die gleichen 1000 Watt mit geringer Spannung und großer Stromstärke durch dieselbe Leitung fließen müssen. Also ein Strom mit 1000 Volt und 1 Ampere (gleich 1000 Watt) ist leichter in die Ferne zu leiten, als ein solcher mit nur 100 Volt und 10 Ampere (ebenfalls gleich 1000 Watt). Da sich nun aber Ströme mit sehr hohen Spannungen für den Betrieb von Lampen, Motoren u. s. w. schlecht eignen und außerdem für die mit den Leitungen in Berührung kommenden Personen lebensgefährlich sein können, so werden sie vor den Verbrauchsstellen auf niedere Spannung umgeformt, transformiert. In solchen Transformatoren bestehen die primären Wickelungen aus vielen Windungen eines dünnen Drahtes, die sekundären aus wenig Windungen eines dicken Drahtes. Von dem Verhältnis der primären zur sekundären Spannung hängt auch das Verhältnis der Drahtmaße der Bewickelung ab.

Soviel etwa sprach Rudi über die Transformatoren; ein besonderes Experiment führte er dabei nicht vor, obgleich es nicht schwer gewesen wäre, sich einen kleinen Transformator herzustellen. Wie eine Maschine, die Drehstrom liefert, herzustellen ist, haben wir auf Seite 194 gesehen. Speziell für diesen Versuch ist es von Vorteil, wenn die Bewickelung der sechs Ankerspulen aus recht dünnem Draht besteht (etwa 0,3 mm stark). Den Transformator können wir als sogenannten Ringtransformator auf folgende Weise konstruieren. Wir stellen aus etwa 0,5 bis 0,6 mm starkem Eisendraht, den wir in einer Bunsenflamme — nicht etwa im Kohlenfeuer — tüchtig durchgeglüht haben, einen Ring her, ähnlich dem, den wir für das magnetische Drehfeld anfertigten, und teilen ihn auf seinem Umfange in drei gleiche Teile ein, die wir durch drei um den Ring gebundene Bindfäden bezeichnen. Jetzt wickeln wir um jedes Drittel vier Lagen eines 0,3 mm starken, isolierten Kupferdrahtes; das sind also drei einzelne Wickelungen, zwischen denen etwa 5 mm frei bleiben sollen. Die sechs Drahtenden werden mit Seidenfäden festgebunden, das Ganze mit Schellacklösung überstrichen und mit einem in Schellack getränkten Papierstreifen umgeben. Darauf werden auf jede dieser Wickelungen zwei Lagen eines 1 mm starken Kupferdrahtes aufgewickelt. Dieser Ring, der sechs dicke und sechs dünne Drahtenden hat, wird auf einem Brett befestigt, und die Drähte werden zu Klemmen geführt.

Wir haben jetzt einen Drehstromgenerator und einen Drehstromtransformator, es fehlt uns nur noch der Drehstrommotor. Letzterer ist ebenfalls sehr einfach herzustellen. Wir versehen einen Eisendrahtring wie den des Transformators mit drei Spulenpaaren. Der Ring soll einen inneren Durchmesser von 4 cm, einen äußeren von 5 cm haben. Jede Spule soll aus drei Lagen mit je 10 Windungen eines 0,5 mm starken Drahtes bestehen. Die Verbindungsdrähte der einzelnen Spulen dürfen nicht durch die Mitte des Ringes gehen, sondern müssen auf dessen Außenseite verlaufen.

Der Anker dieses Motors ist ebenfalls sehr einfach herzustellen. Wir biegen aus einem 1 bis 2 mm dicken und 1 cm breiten Eisenblechstreifen einen Ring, der mit 3 mm Spielraum in den bewickelten Drahtring hineinpaßt. Die zusammenstoßenden Enden des Blechstreifens werden verlötet, und der ganze Blechring wird mit einem nicht isolierten, 1 mm starken Kupferdraht so umwunden, wie aus Abb. 168 hervorgeht. Zwischen je zwei Windungen sei ein Zwischenraum von 3 bis 4 mm. Die Enden des Drahtes werden zusammen- und die Windungen an den Blechring angelötet Dieser Reif ist in Abb. 168 dargestellt. Wir schieben ihn auf ein Holzscheibchen, das gerade so hineinpaßt, daß er fest sitzt. In der Holzscheibe wird eine Achse befestigt.

Abb. 168. Kurzschlußanker.

Abb. 169. Schaltungsschema eines Transformators.

Der Ring, der das magnetische Drehfeld erzeugt, wird senkrecht auf einem Brettchen montiert; rechts und links werden die Lagerträger, die wir aus Messingblech verfertigen, angebracht. Der Anker muß sich spielend leicht und ohne zu streifen in dem Magnetringe drehen lassen, dessen sechs Drahtenden wir zu drei Klemmen führen, wie aus dem Schema Abb. 169 zu erkennen ist.

Einen Anker, wie den eben beschriebenen, nennt man einen Kurzschlußanker, weil seine Wickelung kurz geschlossen (siehe Seite 153 u. f.) ist. Die mit dem Eisen des Ankerringes überall in leitender Verbindung stehenden Kupferwindungen haben den Zweck, die durch Induktion entstehenden Wirbelströme einen bestimmten Weg zu führen. Sie folgen also zum größten Teile dem besser leitenden Kupfer und verstärken dadurch noch den induzierten Magnetismus des Eisens. (Siehe auch, was darauf bezüglich bei der Erklärung des magnetischen Drehfeldes Seite 192 gesagt ist.) Weil der Magnetismus in solchen Ankern induziert ist, werden sie auch als Induktionsanker bezeichnet.

Wie der Generator, das ist die stromerzeugende Maschine, der Transformator und der Motor miteinander zu verbinden sind, geht aus dem Schema in Abb. 169 hervor. Setzen wir den Generator in Gang, so wird sich auch der Motor drehen; je rascher wir den Anker des Generators rotieren lassen, desto rascher wird auch der Motor laufen. —

Abb. 170. Schema des ersten Telephons.

Das Telephon.

Zum Schlusse dieses Vortrages erklärte Rudi noch die Einrichtung des Telephons, das eine der bedeutendsten Nutzanwendungen der Induktionsströme darstellt.

Das erste Telephon war auffallend einfach: Ein Stahlmagnet war an dem einen Pol mit einer Drahtspule versehen und in einem Gehäuse von Holz untergebracht, in dem, kaum einen Millimeter vom Magnetpol entfernt, eine dünne Eisenmembran befestigt war. Verband man nun die Spulen zweier solcher Telephone, wie aus Abb. 170 hervorgeht, so konnte man die Worte, die gegen die Membran I gesprochen wurden, bei II hören und umgekehrt. Wodurch wird nun die Fernleitung des Schalles in den beiden Drähten bewirkt?

Wir wissen, daß ein Stück Eisen, wenn es in die Nähe eines Magneten gebracht wird, selbst magnetisch wird, somit selbst auch Kraftlinien aussendet und die des Magneten aus ihrer ursprünglichen Richtung ablenkt. Bei jeder Bewegung der Eisenmembran in unserem Telephon werden sich deshalb die Kraftlinien des Stahlmagneten etwas verändern und dadurch in der Drahtspule Induktionsströme erzeugen. Wird z. B. die Membran I gegen den Pol hinbewegt, so wird ein Induktionsstrom erzeugt, der so gerichtet ist, daß er den Magneten bei II verstärkt; dadurch wird auch die Membran II stärker angezogen, macht also auch eine Bewegung gegen den Pol hin. Entfernt sich die Membran I von ihrem Magnete, so entsteht der Induktionsstrom in umgekehrter Richtung, schwächt also in II den Magnet, und deshalb bewegt sich auch Membran II von ihrem Pol weg. Kurz, die Membran der einen Station macht ganz genau die Bewegung nach, in die wir die Membran der anderen bringen. Sprechen wir also gegen die Membran I, so wird diese von den auftreffenden Luftwellen (Schallwellen) in ganz bestimmter Weise in Schwingung gebracht. Da die Membran II aber die Bewegungen der Membran I genau mitmacht, so muß II ebenso schwingen wie I; dadurch werden der Luft in der Nähe von II dieselben Schwingungen mitgeteilt, die der Membran I die Bewegung erteilt haben; wir hören also bei II die gleichen Laute, die gegen I gesprochen werden.

Eine derartig einfache Einrichtung hat aber den Nachteil, daß die Tonstärke sehr gemindert wird; denn ein großer Teil der Energie des Schalles wird dazu verbraucht, die Trägheit der ersten Membran zu überwinden und sie in Schwingung zu versetzen, und dann geht wieder ein Teil bei der Umsetzung der mechanischen Bewegungsenergie in elektrische Energie verloren. Wie wir wissen, wird in dem Widerstand eines Leiters die Energie eines elektrischen Stromes geschwächt; da sie aber nach dem Gesetz der Erhaltung der Energie nicht verloren gehen, nicht einfach verschwinden kann, so muß sie sich in eine andere Energieform verwandelt haben. Elektrische Energie wird in Widerständen zum Teil in Wärme umgesetzt, wie wir schon an den auf Seite 51 und 57 beschriebenen Experimenten gesehen haben. Man nennt diese durch elektrische Ströme in Leitern hervorgerufene Wärme Joulesche Wärme. Dieser Vorgang spielt sich zum Teil, je nach dem Widerstand (Länge) der Leitung auch hier ab. Bei der zweiten Station finden in umgekehrter Reihenfolge dieselben Verluste noch einmal statt.

Abb. 171. Schema des Mikrophones.

Das Mikrophon.

Ein solches Telephon hatte eigentlich nur theoretisches Interesse; zum praktischen Gebrauch war es kaum anzuwenden, da die Töne an der Empfangsstation zu schwach wiedergegeben wurden. Dieser Mißstand wurde durch die Erfindung des Mikrophones durch Hughes beseitigt. Hughes befestigte auf einem Resonanzkästchen parallel nebeneinander zwei Kohlestäbchen und legte auf diese ein drittes. Dann verband er die eine der befestigten Kohlen mit einem Pol, die andere durch ein Bellesches Telephon T — so genannt nach Graham Bell, dem Erfinder des vorher beschriebenen Telephones — mit dem anderen Pol eines Elementes E (Abb. 171). Wird bei dieser Einrichtung durch irgend eine Erschütterung der Deckel des Resonanzkästchens (R) rasch nach unten bewegt und mit ihm die beiden Kohlen a und b, so wird das nur leicht aufliegende Stäbchen c infolge seiner Trägheit nicht so rasch folgen können, es wird in dem Augenblick nicht so fest auf a und b aufliegen als vorher; dadurch aber, daß der Kontakt geringer wird, wird der Widerstand für den Strom größer, der Strom selbst also schwächer. Wird umgekehrt der Resonanzboden gegen c hinbewegt, so wird der Kontakt inniger und der Strom stärker. Die Stromstärke gerät demnach in Schwankungen, die den Schwingungen des Resonanzbodens analog sind. In genau derselben Weise schwankt dann die Stärke des vom Strome umflossenen Stahlmagneten, so daß schließlich die Membran des Telephons die Schwingungen des Resonanzbodens genau mitmacht. Einen derartigen Kohlenkontakt auf einem Resonanzboden nennt man Mikrophon.

Abb. 172. Schema einer Telephonanlage.

Jedoch auch diese Vorrichtung genügte nicht, wenn man auf sehr große Entfernungen sprechen wollte; der Strom des Elementes wurde in einer langen Leitung zu sehr geschwächt. Aber gerade der Umstand, daß der durch das Mikrophon gehende Strom durch die Schallwellen in Schwankungen gerät, ermöglicht es uns, ihn zu transformieren, auf eine andere Spannung zu bringen, genau so, wie wir die Wechselströme in den Transformatoren transformiert haben. Die sich dadurch ergebende Schaltungsweise ist aus Abb. 172 zu erkennen: I und II bezeichnen die beiden Fernsprechstationen. Wird nun in I gesprochen, so macht der Strom folgenden Weg: er fließt von Element E_₁ durch das Mikrophon M_₁ und durch die um einen Eisenkern K gewundene primäre (dicke) Wickelung p der Induktionsrolle J_₁ zum Element E_₁ zurück. Beim Durchgang durch das Mikrophon, gegen welches gesprochen wird, wird er bald stärker, bald schwächer, gerät also in Schwankungen. Dieser unstete Strom wird beim Durchgang durch pp in J_₁ in der sekundären Wickelung ss auf hohe Spannung und geringe Stromstärke transformiert, so daß er jetzt ohne erhebliche Verluste in die Ferne geleitet werden kann. Er geht von J_₁ zuerst durch das Telephon T_₁, durch den einen Ferndraht zu dem Telephon T_₂, durch J_₂ und durch den anderen Ferndraht nach J_₁ zurück. Da er in den Telephonen deren Stahlmagnete umkreist, teilt er ihrem Magnetismus seine eigenen Schwankungen mit, dadurch gerät die Eisenmembran in Schwingung, so daß man die gegen M_₁ gesprochenen Worte in T_₂ hören kann. In der gleichen Weise kann man von Station II nach Station I sprechen.

Bei einer praktischen Fernsprechanlage muß natürlich noch ein Anrufwecker (Klingel) und eine Vorrichtung vorhanden sein, die es gestattet, wenn nicht gesprochen wird, den Batteriestrom auszuschalten, damit die Elemente nicht erschöpft werden. (Siehe auch Herstellung einer Telephonanlage im Anhang.) —

An dieser Stelle sei noch die Beschreibung der Herstellung der beiden vorerwähnten Meßinstrumente für Wechselstrom, dessen theoretische Betrachtungen auf Seite 187 nicht unterbrochen werden sollten, nachgeholt.

Das Hitzdrahtinstrument.

Ein genau arbeitendes Hitzdrahtinstrument können wir uns nicht selbst herstellen, wenigstens nicht für geringe Stromstärken, da es ohne korrigierende Vorrichtungen auch auf die Schwankungen der Lufttemperatur reagiert. Da es aber theoretisches Interesse darbietet, auch zur Demonstration sehr geeignet und, wenn keine Ansprüche an Genauigkeit und Präzision gestellt werden, sehr leicht anzufertigen ist, so sei seine Herstellung hier beschrieben.

Abb. 173. Das Hitzdrahtinstrument.

Abb. 174. Lager für den Zeiger des Hitzdrahtinstrumentes (Vertikalschnitt).

Abb. 175. Dasselbe (Horizontalschnitt).

Auf ein langes, schmales Grundbrett a (Abb. 173), das mit Stollen zu versehen ist, wird ein rechteckiges Brett b aufgeschraubt. In der linken oberen Ecke wird die Lagervorrichtung c für den Zeiger befestigt. Letztere ist in Abb. 174 und 175 besonders dargestellt. Auf ein längliches, etwa 1 mm starkes Messingplättchen d wird der zweimal rechtwinkelig gebogene Bügel e aufgelötet, der aus einem 1 bis 1,5 mm starken Messingblechstreifen gefertigt ist. Dieser Bügel erhält auf der Innenseite bei f einen ziemlich tiefen mit einem Körner eingeschlagenen Punkt und bei g, genau dem Körnerpunkt gegenüber, ein Loch, in das ein Muttergewinde geschnitten wird, damit darin die Schraube h eingedreht werden kann. Letztere erhält bei i ebenfalls einen Körnerpunkt. Ein etwa 2 mm starkes, rundes Eisenstiftchen k wird auf beiden Seiten zugespitzt und muß zwischen f und i eingespannt werden können. An dieses Stiftchen wird ein 2 mm starker Eisendraht angelötet und an dem kurzen auch noch etwas über k hinaussehenden Ende zum Häkchen m gebogen. Soll das Instrument für Ströme mit mehreren Amperes bestimmt sein, so muß der Zeiger, um stärker belastet werden zu können, aus einem Blechstreifen hergestellt werden, etwa so, wie Abb. 176 zeigt.

Abb. 176. Zeiger für das Hitzdrahtinstrument.

Das Stiftchen wird nun eingesetzt und die Schraube h soweit angezogen, daß k nicht herausfallen, sich aber noch leicht drehen kann. Dann wird ein Draht aus Nickelin (es kann auch Eisen, Platin, sogar Kupfer verwendet werden), dessen Dicke sich nach den zu messenden Stromstärken richten muß, an einem Ende mit einer Schleife versehen, hiermit in das Häkchen m eingehängt und, von vorn gesehen, einmal links herum um k gewunden und dann an der Klemme β befestigt. Der Draht muß so gespannt werden, daß der Zeiger l horizontal liegt. Die Klemme α wird noch durch einen Kupferdraht mit c verbunden, wonach eine Skala, wie in Abb. 173 zu sehen ist, auf b angebracht wird. Der Zeiger wird durch das Scheibchen n aus Messing- oder Bleiblech so weit beschwert, daß der Draht straff gespannt ist. Die Drahtdicke muß sich, wie schon erwähnt, nach der Stromstärke richten. Für die Wechselströme, die die auf Seite 138 u. f. beschriebenen magnetelektrischen Maschinen liefern, wird ein 12 bis 15 cm langer (Strecke β bis c Abb. 173), 0,1 bis 0,2 mm starker Nickelindraht richtig sein. Ist der Draht aus einem besser leitenden Metall, so muß er dünner und nötigenfalls auch länger sein.

Die Wirkungsweise des Instrumentes ist sehr einfach. Fließt durch den Draht ein Strom, so entwickelt sich infolge seines großen Widerstandes Joulesche Wärme (von der wir auf Seite 202 sprachen); der Draht wird deshalb länger und läßt den Zeiger sinken.

Das Elektrodynamometer.

Das Elektrodynamometer können wir bei sorgfältiger Ausführung weit empfindlicher und genauer arbeitend herstellen als das Hitzdrahtinstrument. Es besteht aus einer festen und einer beweglichen Drahtspule. Da beide Spulen gleichzeitig vom Strome durchflossen werden, so wird die bewegliche immer nach der gleichen Seite hin abgelenkt, auch wenn sich die Stromrichtung umkehrt.

Abb. 177. Das Elektrodynamometer.

Abb. 177 zeigt ein Elektrodynamometer von oben gesehen. Wir stellen aus Messingblech einen Rahmen a her, etwa 10 cm lang, 2,5 cm hoch und 1,5 cm breit. Dieser Rahmen wird mit etwa 20 m eines 0,7 bis 0,8 mm starken, isolierten Kupferdrahtes bewickelt. Je schwächer der zu messende Strom ist, desto dünner und länger muß der Draht sein. Ein zweiter Rahmen b, der in den ersten hineinpaßt, wird mit etwa 15 m Draht bewickelt. In die Mitten der Langseiten werden bei beiden Rahmen 2 mm weite Löcher gebohrt; auf diese Löcher werden bei dem größeren Rahmen (a) außen kurze Stückchen eines 3 mm weiten Messingrohres aufgelötet, damit das Loch nicht von der Bewickelung verdeckt wird; bei dem kleineren Rahmen (b) wird durch die beiden ein 2 mm starkes Messingstäbchen als Achse gesteckt; letzteres soll ziemlich fest sitzen, aber in den Bohrungen von a sich leicht drehen können. Das eine Ende der Bewickelung von b wird an der Achse angelötet; das andere Ende wird zu einem runden Blechscheibchen c geführt, das mit Schellackkitt (Seite 5) auf b befestigt wird. Auf diesem Scheibchen liegt das eine Ende der Bewickelung von a auf. Jetzt wird der größere Rahmen, wie aus der Abbildung zu sehen ist, auf ein senkrecht stehendes Brett d mit Schellackkitt aufgekittet. Die Klemme α wird mit dem noch freien Drahtende von a, die Klemme β mit einem an dem Rahmen von a angelöteten Draht verbunden. Sollte der Rahmen b sich im indifferenten Gleichgewicht befinden, so muß er so beschwert werden, daß seine Längsachse in der Ruhelage lotrecht steht.

Wird das Instrument von einem Strome, sei es ein Gleich- oder ein Wechselstrom, durchflossen, so wird der Rahmen b aus seiner lotrechten Lage abgelenkt. Wir können an dem beweglichen Rahmen einen Zeiger und auf d eine Skala anbringen und das Instrument durch Vergleich mit einem anderen eichen; dabei müssen natürlich das zu eichende und das Vergleichsinstrument hintereinander geschaltet werden (siehe auch Seite 98).

Das im Anhang beschriebene Universalinstrument ist ebenfalls für Wechselströme verwendbar. Wir können uns, wenn uns der oben beschriebene Apparat zu einfach und das Universalinstrument zu umständlich ist, etwa in der Mitte zwischen beiden halten.

So können wir z. B. das oben beschriebene Instrument dadurch wesentlich verfeinern, daß wir die Lager der beweglichen Spule sorgfältiger herstellen, indem wir folgendermaßen verfahren: In die Mitten der Längsseiten der äußeren Spule wird, wie auch schon oben beschrieben, je ein Messingröhrchen eingesetzt. Nun darf aber die Achse der beweglichen Spule nicht in diesen Röhrchen gelagert sein, sondern muß freien Spielraum in ihnen haben und besonders gelagert werden. Zu diesem Zweck wird das Brett d so durchbohrt, daß das Loch eine Fortsetzung zu den durch die Messingröhrchen gebildeten Öffnungen in der äußeren Spule darstellt. Die Lagerung der Achse kann dann in der auf Seite 205 beim Hitzdrahtinstrument beschriebenen Weise hergestellt werden; die Stromzuführung geschieht in dem Fall entweder durch zwei auf der Achse sitzende Schleifringe oder nach der im Anhange beim Universalinstrument beschriebenen Methode. Auch ist es besser, die innere Spule so zu gestalten, daß ihre Längsachse die größere Ausdehnung hat.

Um anschauliche Experimente über den Durchgang der Elektrizität durch verdünnte, das heißt unter geringem Druck stehende Gase vorzuführen, brauchen wir vor allem eine hinreichend starke Quelle für hochgespannte Elektrizität. Für geringe Ansprüche genügen schon Funkeninduktoren von 1 bis 2 mm Funkenlänge. Je größer und leistungsfähiger unser Apparat ist, desto glänzender und vielseitiger können wir unsere Versuche gestalten. Für sehr viele hierher gehörende Experimente ist die Influenzelektrisiermaschine dem Funkeninduktor vorzuziehen, da bei ihr, wenn man keine Kondensatoren einschaltet, die Lichterscheinungen ruhiger sind. Sie hat freilich den Nachteil, daß wir zu ihrer Bedienung eine zweite Person brauchen, und ferner, daß sie bei feuchtem Wetter nie sicher arbeitet.

Da sich für die Verwendung von Leidener Flaschen beim Gebrauch der Influenzmaschine für die einzelnen Fälle keine genauen Angaben machen lassen, so sei hier ein für allemal gesagt, daß man sämtliche Experimente mit verschiedenen Kapazitäten anstellen soll; es ist auch hier der im Anhang beschriebene variable Kondensator recht brauchbar; es ist dann leicht zu erkennen, in welchem Falle man die bessere Wirkung erzielt. Der Kondensator verstärkt meist die Wirkung, die Lichterscheinungen werden aber unruhig und zuckend.

Rudi bediente sich seiner selbstgefertigten Influenzmaschine (Seite 19 u. f.), die wir noch vom ersten Vortrage her kennen. Er hatte ja eine unermüdliche Assistentin, seine Schwester Käthe, die ihm bei allen Versuchen die Maschine drehte. Außerdem hatte er sich eine Trockenvorrichtung hergestellt, so daß er auch von dem Feuchtigkeitsgrade der Luft nur noch wenig abhängig war.

Der Trockenapparat.

Diese Trockenvorrichtung bestand aus einem Eisenblech, das etwa 30 cm länger und breiter war als das Grundbrett der Maschine und an dessen vier Ecken je eine lange Eisenstange eingenietet war, so daß das Eisenblech auf den vier Füßen hoch genug stand, um die Influenzmaschine unter sich aufzunehmen. Rechts und links von der Maschine stellte Rudi dann zwei Argandbrenner[6] mit Asbestzylinder so auf, daß der obere Zylinderrand sich etwa 6 cm unter dem Eisenblech befand. Etwa zehn Minuten vor Gebrauch der Maschine zündete er die Lampen an; solange er die Maschine benützte, stellte er sie aber beiseite und ließ nur noch das heiße Eisenblech über ihr (Abb. 178).

Abb 178. Trockenapparat für die Influenzmaschine.

Da an dem Tag des Vortrages die Luft außerordentlich trocken war, hielt es Rudi für überflüssig, den Trockenapparat zu verwenden. Er probierte kurz vor dem Vortrag alle wichtigen Experimente noch einmal durch, und sie gelangen mit seltener Leichtigkeit. Aber während des Vortrages wurde die Wirkung der Maschine immer schlechter, und er mußte schließlich entgegen seinem ursprünglichen Vorhaben den Funkeninduktor verwenden.

Es war Rudi bald klar, daß diese Störung nur daher kommen konnte, daß durch die Anwesenheit der vielen Personen die Luft im Zimmer ständig feuchter wurde. Er ließ deshalb bei dem nächsten Vortrage seine Hörer sich in einem anderen Zimmer versammeln und erst kurz vor Beginn in den Vortragsraum eintreten. Ferner hatte er die Maschine, bis er sie zum ersten Male gebrauchte, im angrenzenden Zimmer unter dem Trockenapparate stehen. Erst zum Beginn der ersten Experimente brachte Käthe die Maschine samt dem heißen Blechdach, aber ohne die Lampen, herein.

Abb. 179. Schnitt durch die Vakuumpumpe.

Die Vakuumpumpe.

Um zu zeigen, wie sich der Ausgleich der Elektrizitäten einer Influenzelektrisiermaschine in einem abgeschlossenen Raum bei zunehmender Verringerung des Luftdruckes verändert, bedürfen wir einer Luftpumpe, einer sogenannten Vakuumpumpe, die man sich in einfacher Form ziemlich leicht selbst herstellen kann.

Abb. 179 zeigt den Schnitt durch eine solche Pumpe, die an jedem Tische befestigt werden kann, und für die wichtigsten Versuche ausreicht. (In der Abbildung ist der Zylinder der Pumpe im Verhältnis zum Teller größer gezeichnet, damit die einzelnen Teile deutlicher sichtbar sind.)

Den Teller a sägen wir aus einem 1 bis 2 cm dicken Brette von Hartholz; er soll einen Durchmesser von 20 bis 25 cm bekommen und muß vollkommen eben und in der Mitte mit einer Bohrung versehen sein. Um einem Verziehen des Holzes vorzubeugen, bestreichen wir ihn mit geschmolzenem Paraffin, das wir ziemlich reichlich auftragen und dann mit einem recht heißen Plätteisen nochmals überfahren, damit es gut in alle Poren des Holzes eindringt.

Solange das Brett noch warm ist, wird auf die Oberseite eine 2 bis 3 mm dicke Schicht unseres bekannten Kolophonium-, Wachs- oder Leinölkittes, der ziemlich hart sein soll (Seite 66), aufgetragen. Darauf wird eine runde, ebenfalls mit einem Loch versehene angewärmte Glasplatte (c) (womöglich Spiegelglas) vorsichtig aufgepreßt (über das Durchbohren von Glas siehe Seite 12 und 13).

Nach dem Erkalten muß die Glasplatte eben, bei Spiegelglas nur leicht matt abgeschliffen werden. Wir befreien eine unbrauchbare photographische Platte in der Größe von 9 × 12 cm von ihrer Gelatineschicht und kitten mit Kolophonium-Wachskitt ein etwa 5 × 8 cm großes und 2 cm dickes Holzklötzchen auf. Jetzt beschaffen wir uns die drei feinsten Nummern Schmirgelpapier, überschwemmen die ganze Glasplatte mit Wasser, streuen reichlich von dem wenigst feinen Schmirgel darauf und schleifen mit der Glasplatte die Platte des Tellers eben, wobei wir den an der Glasplatte befestigten Holzklotz als Griff benutzen. Beide Glasplatten werden matt, aber zuerst nur an einzelnen, an den erhabenen Punkten. Um sich von Zeit zu Zeit von dem Fortgang der Arbeit zu überzeugen, spült man den Glasteller mit Wasser ab und reibt ihn dann mit einem Tuche trocken. Die geebneten Stellen sind dann, da sie matt sind, leicht von den noch unebenen zu unterscheiden. Ist die ganze Platte gleichmäßig matt, was nach etwa einer halben Stunde tüchtigen Schleifens erreicht sein dürfte, dann schleifen wir während der Hälfte der bis jetzt aufgewendeten Zeit mit dem feineren, ebensolange mit dem feinsten Schmirgelpulver und schließlich ohne solches — nur mit Wasser — nach.

Jetzt besorgen wir uns ein rechtwinkelig gebogenes Gasleitungsrohr d; beide Enden werden mit Gewinden versehen. Das Rohr muß sich gerade durch das Loch von a hindurchschieben lassen. An dem kürzeren Schenkel wird der Ring e angelötet, auf welchem a aufliegt. Dann wird ein das Rohr eng umschließender Gummiring f aufgelegt und mit der Schraubenmutter g gegen c gepreßt. Die Schraubenmutter wird schließlich an d angelötet.

Die Verbindungsstelle zwischen Rohr und Teller wird mit der Zeit leicht undicht; man kann deshalb gleich von vornherein alle in Frage kommenden Fugen mit Schellackkitt (Seite 5), auch Siegellack oder Emaillack überziehen, hauptsächlich auf der Seite, von welcher der Luftdruck wirkt, also auf der Außenseite.

Der zweite wichtige Bestandteil unseres Apparates ist der sogenannte Zweiwegehahn. Er ist in der Abb. 179 im Querschnitte gezeichnet. Wir stellen ihn aus einem einfachen Gashahn (Abb. 180) her, den wir am besten neu kaufen. Ein solcher Hahn besteht aus einem kugelförmigen Mittelstück und zwei mit Gewinden versehenen Rohransätzen. In dem Mittelstück kann ein konischer Bolzen, der quer durchbohrt ist, gedreht werden. Steht diese Bohrung senkrecht zur Achse der Rohransätze, so ist der Hahn geschlossen, wird dieser um 90° gedreht, so ist er geöffnet. An den meisten Gashähnen sind in den Bolzen kleine Stifte, die eine Drehung von mehr als 90° verhindern; diese müssen entfernt werden, so daß man den Bolzen vollständig umdrehen kann. Jetzt wird letzterer so gestellt, daß der Hahn geöffnet ist; dann bohren wir durch das Mittelstück und durch die Hälfte des Bolzens ein Loch, wie dies aus den Abbildungen deutlich zu sehen ist (h in Abb. 179).

Abb. 180. Der in einen Zweiwegehahn veränderte Gashahn.

Der dritte Bestandteil ist die Pumpe. Wir kaufen uns ein 2 bis 3 cm weites, etwa 30 cm langes starkwandiges Messingrohr (i). In dem einen Ende dieses Rohres wird der Ring k eingelötet, der mit einem Muttergewinde versehen ist. In letzteres wird der Hahn h eingeschraubt und ebenfalls verlötet.

Wir kommen nun zur Herstellung des Kolbens. Eine 2 bis 3 mm starke Messing- oder Eisenscheibe l, die gerade in das Rohr hineinpaßt, erhält in der Mitte eine Bohrung (ohne Gewinde), durch die man das mit einem Gewinde versehene Ende der Eisenstange m hindurchschieben kann. An dieser Stange ist das Messingscheibchen p angelötet, dessen Halbmesser um etwa 2 mm kleiner ist als der von l. Dann schneiden wir uns von alten Glacéhandschuhen drei bis vier runde Scheibchen, die in der Mitte mit einem Loch versehen sind, und deren Halbmesser etwa um 5 mm größer ist als der von l und legen sie einige Zeit in reines Maschinenöl. Wenn sie vollständig durchtränkt sind, bringen wir sie auf das Messingscheibchen p, wie aus der Abb. 179 zu erkennen ist (o); darauf wird l mit der auf m aufgeschraubten Mutter n fest gegen p angepreßt. Das Blechscheibchen q dient zur Führung der Stange m.

Das Kolbenende der Stange m soll so lang sein, daß es durch den Ansatz des Hahnes bis auf den Stöpsel hindurchgeht; es soll auch möglichst genau in jene Öffnung hineinpassen, damit der sogenannte schädliche Raum s möglichst klein wird. Aus dem gleichen Grunde müssen wir auch noch die leeren Kanten bei r mit Wachs oder Paraffin ausfüllen.

Wir nehmen zu diesem Zweck den Stöpsel aus dem Hahne heraus und machen letzteren etwas warm, dann schieben wir den Kolben so weit in den Zylinder hinein, daß die Öffnung s gerade noch frei bleibt. Jetzt stellen wir die Pumpe so auf, daß der Hahn oben ist, gießen durch letzteren möglichst heißes Paraffin in den Zylinder und drücken dann den Kolben so weit als möglich hinein, wobei natürlich wieder etwas Paraffin herausgetrieben wird. Nach dem Erkalten wird das Loch für den Stöpsel und der äußere Rohransatz vom Paraffin gereinigt. Letzterer wird nun, wie aus Abb. 179 zu erkennen ist, mit dem Rohre d verbunden.

Wir können uns auch noch eine Glasglocke, den Rezipienten, selbst herstellen. Wir beschaffen uns eine starkwandige, möglichst weite Flasche aus weißem Glas, deren Boden wir möglichst glatt entfernen müssen. Wir umkleben sie deshalb da, wo sie gesprengt werden soll, mit zwei mehrmals herumgewundenen Papierstreifen, die einen nur 2 bis 3 mm breiten Raum zwischen sich frei lassen. In dieser Rinne legen wir eine gut gezwirnte, möglichst harte Schnur einmal um die Flasche, befestigen an dem einen Schnurende ein 1 bis 2 kg schweres Gewicht und an dem anderen einen runden Holzstab. Die Flasche lassen wir von einer zweiten Person halten und ziehen nun, die Schnur an dem Holzgriff fassend, das Gewicht auf, lassen es sinken, ziehen es wieder auf u. s. f., bis infolge der Reibung die Hitze so groß wird, daß die Schnur durchbrennt und das Gewicht zu Boden fällt. Jetzt wird das Bodenende der Flasche so rasch als möglich in kaltes Wasser getaucht. Entlang der von der Schnur berührt gewesenen Stelle springt der Boden ab. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man zuerst die Flasche unter ständigem Drehen über einer Flamme auf etwa 250° erhitzt und dann da, wo der Sprung entstehen soll, einen mit Salzwasser benetzten Bindfaden herumschlingt.

Der dadurch entstandene Rand der Flasche ist jetzt noch eben zu schleifen; diese Arbeit nehmen wir auf einer möglichst ebenen Sandsteinplatte mit Wasser und Schmirgel vor.

Abb. 181. Der Rezipient als Entladungsröhre.

Um elektrische Ausgleiche in dem Rezipienten vornehmen zu können, führen wir durch einen durchbohrten Gummistöpsel eine Messingstange ein, die die eine Elektrode bildet; als die andere Elektrode dient uns das durch den Teller führende Metallrohr. Der untere eben geschliffene Rand der Glasglocke wird zur besseren Abdichtung mit Talg eingerieben. Die ganze Anordnung geht aus Abb. 181 hervor: a ist die Glocke, b der Teller, c das Rohr, das zur Pumpe führt, d der Gummistopfen, in dem die Messingstange e steckt. Ein aus Draht gebogener und mit einer Kugel versehener Dreifuß f bildet auf das Rohrende gesetzt die zweite Elektrode.

Wer sich selbst Geißlersche Röhren herstellen will, der muß im Glasblasen einige Übung besitzen. Einfache Röhren sind nicht schwer herzustellen. Wir schmelzen in das eine Ende eines 0,5 bis 1 cm weiten Glasrohres — die Länge richtet sich nach der Leistungsfähigkeit unserer Apparate — einen Platindraht ein; nahe diesem Ende setzen wir ein etwas dünneres Röhrchen nach der Seite an und schmelzen dann auch in das andere Ende einen Platindraht ein. Wie diese Röhre mit dem Rezipienten zu verbinden ist, geht aus Abb. 182 hervor. In den Schlauch a ist, damit er nicht von dem äußeren Luftdruck zusammengequetscht werde, eine eng gewundene Drahtspirale zu stecken.

Während des Auspumpens der Röhre läßt man den elektrischen Strom hindurchgehen; ist dann die Lichterscheinung so, wie man sie wünscht — man kann sie natürlich nur im verdunkelten Zimmer gut sehen —, so pumpt man noch etwas weiter und schmilzt dann die Röhre ab.

Abb. 182. Verbindung der Geißlerröhre mit dem Rezipienten zum Auspumpen.

Um die Verdünnungen in Röhren noch weiter treiben zu können, müssen wir die Geißlersche Röhre samt dem Schlauch a (Abb. 182) und der Glasröhre, die durch den Gummistöpsel geht, mit Quecksilber anfüllen. Nachdem wir uns überzeugt haben, daß nirgendmehr Luftblasen haften, stecken wir den Gummistöpsel auf den Rezipienten und pumpen denselben aus, bis alles Quecksilber aus der Röhre zurückgesunken ist, aber nicht weiter, als bis zu der in Abb. 182 mit b bezeichneten Stelle, da in dem Schlauch a meistens Luftbläschen haften bleiben. In der Mitte zwischen b und der Ansatzstelle wird das Röhrchen dann abgeschmolzen.

Wie weit wir mit diesen Apparaten die Verdünnung in einer Röhre bringen können, hängt natürlich von ihrer Ausführung und Handhabung ab. Die für gewöhnliche Geißlersche Röhren nötige Verdünnung ist leicht zu erreichen; viel schwieriger ist es schon, Röhren für Kathodenstrahlen herzustellen. In Röntgenröhren schließlich ist die Verdünnung der Luft so stark, daß wir den Versuch, uns solche selbst herzustellen, von vornherein aufgeben müssen. —

Abb. 183. Einfache Röhre auf dem Rezipienten.

Abb. 184. Geißlersche Röhren, ungefüllt.

Experimente mit der Luftpumpe.

Wir setzen auf den Rezipienten, wie aus Abb. 183 hervorgeht, eine einfache Röhre mit eingeschmolzenen Platinelektroden, deren Abstand größer als die Schlagweite unseres Funkeninduktors oder unserer Influenzmaschine sein muß, und verbinden sie mit der Stromquelle. Wir wählen Platin, weil es zum Einschmelzen in Glas das geeignetste Metall ist, da es fast denselben Ausdehnungskoeffizienten hat wie Glas. Für einfachere Instrumente, wie das oben erwähnte, genügt auch Aluminiumdraht, der den Vorteil hat, wesentlich billiger zu sein; wenn wir dann die Einschmelzstelle, solange sie noch warm ist, mit gutem roten Siegellack überziehen, so hält sie sicher dicht. Im verdunkelten Raum sieht man dann an den Elektroden nur sehr schwaches Glimmlicht. Fängt man dann an, die Pumpe in Tätigkeit zu setzen, so wird der Lichtbüschel an der Kathode (negative Elektrode) heller, größer und schärfer abgegrenzt, und an der Anode (positive Elektrode) zeigt sich ein kleines helles Lichtpünktchen. Pumpt man weiter, so beginnt schließlich der ganze Raum zwischen den Elektroden schwach zu leuchten: ein violettes Lichtband zieht sich durch die Röhre, ohne aber ihre Breite ganz zu erfüllen. Bei weiterer Verdünnung wird der violette Streifen breiter, und man kann sehen, daß das Licht nicht einheitlich, sondern geschichtet ist; die Röhre scheint erfüllt von einzelnen hellen Scheibchen mit dunkeln Zwischenräumen. Dieses geschichtete Lichtband beginnt unmittelbar an der Anode, geht aber nicht ganz bis zur Kathode hin; hier bleibt ein dunkler Raum, der bei noch weiter gesteigerter Verdünnung immer größer wird. Das positive Licht wird immer kürzer und seine Schichtung immer undeutlicher.

Abb. 185. Geißlersche Röhren. Zu füllen mit fluoreszierenden Flüssigkeiten.

Abb. 186. Hittorfsche (Crookessche) Röhre.

Hier hörte die Leistungsfähigkeit der Pumpe, die sich Rudi selbst gefertigt hatte, auf. Er hatte sich deshalb zur Demonstration der Kathodenstrahlen eine sogenannte Crookessche Röhre (Abb. 186) gekauft. Auch Geißlersche Röhren in verschiedenen Stufen der Evakuation und in sehr mannigfaltigen Formen kommen in den Handel (Abb. 184 und Abb. 185).

Die Kathodenstrahlen.

Wird die Verdünnung in der Röhre noch weiter getrieben, so verschwindet das positive Licht schließlich ganz, aber eine andere merkwürdige Erscheinung tritt dafür ein. Es gehen nämlich von der Kathode Strahlen aus, die man nicht sehen, sondern nur daran erkennen kann, daß sie die Glaswand der Röhre da, wo sie sie treffen, zum Fluoreszieren bringen. Bei unserer Röhre, in welche Drähte eingeschmolzen sind, wird das Glas um die Anode herum grün leuchten. Besteht die Kathode aus einem runden Blechscheibchen, so wird die dem Scheibchen gegenüberliegende Stelle zum Fluoreszieren gebracht. Ist zwischen die negative Elektrode und die gegenüberliegende Glaswand ein Gegenstand aus Metall gebracht, z. B. ein Kreuz b wie in Abb. 187, so zeichnet dieser einen deutlichen Schlagschatten d auf das Glas. Alle diese Erscheinungen weisen darauf hin, daß die Kathodenstrahlen sich senkrecht zu der Fläche des Punktes fortpflanzen, von dem sie ausgehen. Dabei ist es ganz einerlei, an welcher Stelle sich die Anode befindet.

Abb. 187. Crookessche Röhre.

Eine weitere eigentümliche Eigenschaft dieser Strahlen ist die, daß sie alle nicht metallischen Körper, die sie treffen, zur Phosphoreszenz bringen. Man hat Röhren hergestellt, in denen verschiedene Mineralien den Kathodenstrahlen ausgesetzt werden können; die Stoffe leuchten dann je nach ihrer Natur in verschiedenen Farben auf.

Ferner kann man bemerken, daß das Glas einer Crookesschen Röhre, da, wo es von den Kathodenstrahlen getroffen wird, also an der grün fluoreszierenden Stelle, sich mit der Zeit stark erhitzt. Diese Erwärmung kann so weit gehen, daß das Glas weich wird und dem äußeren Luftdruck nachgibt. Von diesen Strahlen getroffene Metallteile können bis zur Weißglut, ja bis zum Schmelzen gebracht werden.

Crookes entdeckte auch, daß die Kathodenstrahlen mechanische Wirkungen ausüben können. Um das nachzuweisen, hat man in der Röhre ein leichtes Flügelrädchen so angebracht, daß die obere Hälfte desselben sich gerade zwischen den Elektroden befand. Wurde ein Strom durchgeleitet, so drehte sich das Rädchen so, als ob von der Kathode ein Wind ausginge, der, die oberen Flügelchen treffend, es zur Rotation brachte.

Bringen wir einen Magneten in die Nähe der Röhre, so sehen wir, daß er die Kathodenstrahlen ablenkt. Wir können mit ihm den grünen Fluoreszenzfleck von seiner ursprünglichen Stelle wegziehen; er folgt genau den Bewegungen des Magneten. Rudi machte diesen Versuch und verwendete dazu einen starken Elektromagneten, den er mit dem Akkumulatorenstrom erregte.

Alle diese merkwürdigen Erscheinungen spielen sich ausschließlich in der Röhre ab. Keine Spur von diesen geheimnisvollen Strahlen scheint die Glaswand durchdringen zu können. Über die eigentliche Natur dieser Strahlen, überhaupt über diese Entladungsvorgänge weiß man noch so gut wie gar nichts.

Nur das eine steht ziemlich sicher fest, daß die Kathodenstrahlen aus sehr kleinen Stoffteilen bestehen, die sich mit einer enormen Geschwindigkeit durch den fast leeren Raum der Röhre bewegen. Mit dieser Annahme lassen sich leicht für die oben erwähnten Eigenschaften der Kathodenstrahlen Erklärungen geben, deren nähere Behandlung aber hier zu weit führen würde.

Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, die Kathodenstrahlen aus der Röhre herauszuführen in die normale Atmosphäre, aber man ist bis jetzt nicht weiter damit gekommen, als daß man eben nachweisen konnte, daß die Strahlen auch außerhalb der Röhre bestehen können.

Die Röntgenstrahlen.

Lange boten die Kathodenstrahlen nur theoretisches Interesse, bis Professor Röntgen im Jahre 1895 in Würzburg die Entdeckung machte, daß von der von den Strahlen getroffenen Stelle der Crookesschen Röhre andere Strahlen ausgehen, die sich wesentlich von den Kathodenstrahlen unterscheiden. Röntgen selbst nannte sie X-Strahlen, während sie sonst nach ihrem Entdecker Röntgenstrahlen genannt werden.

Diese geheimnisvollen Strahlen sind selbst unsichtbar und geben sich nur durch verschiedene Wirkungen zu erkennen: Photographische Platten, von ihnen getroffen, werden geschwärzt. Dabei hat sich auch gezeigt, daß eine Papierverpackung oder eine Holzkassette der empfindlichen Bromsilbergelatine keinen Schutz gegen diese Strahlen bietet; sie gehen durch Holz und Papier fast ungeschwächt hindurch; nur dickere Metallschichten können sie nicht durchdringen. Im allgemeinen kann man annehmen, daß je dichter ein Körper ist, er sich desto undurchlässiger für Röntgenstrahlen zeigt. Diese Eigentümlichkeit ist besonders wichtig, und wir kommen später noch einmal darauf zurück.

Eine zweite für die Praxis sehr wertvolle Eigenschaft der Röntgenstrahlen ist ihre Fähigkeit, Fluoreszenz zu erregen. So leuchtet z. B. Baryumplatincyanür, wenn es von den Röntgenstrahlen getroffen wird, hell auf.

Wir haben schon oben gesehen, daß die X-Strahlen da entstehen, wo die Kathodenstrahlen auf die Rohrwand auftreffen. Man hat nun durch Versuche gefunden, daß die Röntgenstrahlen überhaupt überall da entstehen, wo Kathodenstrahlen auf einen Gegenstand auftreffen.

Da es, wie wir späterhin noch sehen werden, für photographische Aufnahmen mit Röntgenstrahlen nicht vorteilhaft ist, wenn die die Strahlen aussendende Fläche groß ist, so hat man die Röhren so konstruiert, daß die Kathodenstrahlen im Innern der Röhre auf ein Platinblech auftreffen. Von diesem Platinbleche gehen sie dann wie von einem Punkt kegelförmig aus.

Abb. 188. Röntgenröhren.

Abb. 188 zeigt eine der gangbarsten Formen der Röntgenröhren. In der Mitte des kugeligen Teiles der Röhre befindet sich das Platinblech, das, von den Kathodenstrahlen getroffen, die Röntgenstrahlen aussendet und als Antikathode bezeichnet wird. Diesem gegenüber (rechts) steht die Kathode, und in dem dritten Ansatz ist die Anode, die durch einen Draht mit der Antikathode verbunden ist.

Nach diesen theoretischen Ausführungen ging Rudi dazu über, eine größere Anzahl von Experimenten mit der Röntgenröhre vorzuführen. Er bediente sich dabei des Funkeninduktors, da dieser besonders für diese Versuche geeigneter ist. Für solche, die keinen größeren Induktor, aber eine gute Influenzmaschine besitzen, sei gesagt, daß für photographische Aufnahmen die Maschine mit Leidener Flaschen verwendet werden kann. Will man dagegen ein Schattenbild auf dem Fluoreszenzschirm erzeugen, so kann man die Kondensatoren nicht gebrauchen, da das Bild dann derartig flimmert, daß die Augen schmerzen. Die besten Bilder erzielt man, wenn man vor jeder Elektrode der Röhre eine Funkenstrecke einschaltet, deren günstigste Größe man durch Probieren herausfinden muß. Abb. 189 zeigt eine durch Funkenstrecken mit der Influenzelektrisiermaschine verbundene Röntgenröhre. Die viereckigen Rähmchen, zwischen denen sich die Kugeln befinden, müssen natürlich aus einem isolierenden Material, etwa aus Hartgummi bestehen.

Rudi hatte versucht, sich den Fluoreszenzschirm selbst herzustellen, indem er Kreide, Kochsalz und wolframsaures Natron zu gleichen Teilen innig mengte und die Mischung dann in einem Tontiegel drei Stunden lang mit einem Knallgasgebläse durchglühte. Die beim Erkalten zusammengesinterte Masse pulverte er, mengte sie mit einem Bindemittel (Gelatine) und strich sie auf einen Karton.

Obwohl Rudi genau nach Vorschrift verfahren war, war seine Mühe hier von keinem guten Erfolg gekrönt, so daß er sich gezwungen sah, doch noch einen fertigen Fluoreszenzschirm zu kaufen.

Abb. 189. Influenzmaschine und Röntgenröhre nach Bonetti.

Bevor Rudi die Durchleuchtung auf dem Fluoreszenzschirm zeigte, machte er ein photographisches Durchleuchtungsbild der Hand seiner Schwester. Er hatte zu diesem Zweck eine photographische Platte von der Größe 13 × 18 cm in ein lichtdichtes schwarzes Papier so eingehüllt, daß die Schichtseite der Platte nur von einer Papierlage bedeckt war. Die Röhre befestigte er an einem Gestell derart, daß der von der Antikathode ausgehende Strahlenkegel senkrecht nach unten wirkte. Dann legte er die eingewickelte Platte mit der Schichtseite nach oben unter die Röhre in einem Abstand von etwa 30 cm auf den Tisch. Auf die Platte legte dann Käthe ihre ausgestreckte Hand, und Rudi schaltete den Strom ein. Nach kurzer Zeit — je nach der Größe der Röhre beträgt die Dauer etwa drei bis sechs Minuten — stellte er die Bestrahlung ab.

Abb. 190. Hand, von Röntgenstrahlen durchleuchtet.

Während nun Rudi noch einige erklärende Worte sprach, zündete Käthe eine Lampe mit rotem Zylinder an und löschte alle übrigen Lichter aus — näheres über die Raumverdunkelung siehe unten. Alle nötigen Utensilien zum Entwickeln waren schon gerichtet. In wenigen Minuten, in denen Rudi auch noch das Wesentlichste über die photographische Platte und ihre Eigenschaften sagte, hatte die eifrige Assistentin das Bild fertiggestellt, und während er das äußerlich anhaftende Fixiernatron mit Wasser abspülte, machte seine Schwester wieder Licht und reichte dann die Platte herum. Man sah ganz deutlich die einzelnen Knochen der Hand, da an den unter diesen gelegenen Stellen die Bromsilbergelatine nicht geschwärzt, also fast ganz durchsichtig war. Auch die Konturen der Fleischteile waren deutlich zu erkennen, und besonders schön konnte man den Fingerring sehen.

Die Kopie, das heißt das Positiv einer solchen Aufnahme gibt das Bild auf Seite 224 wieder.

Man kann die photographische Platte auch so verpacken, daß man sie in der Verpackung, also bei hellem Licht, entwickelt und fixiert. Man verfährt dabei folgendermaßen: Aus starkem, englischem, dunkelrotem Fließkarton stellt man sich drei flache vierseitige Tüten her, die je auf einer Seite offen und so groß sind, daß in die erste eine Platte 13 × 18 cm eingeschoben werden kann, die zweite Tüte muß sich wiederum über die erste und die dritte schließlich über die zweite stülpen lassen. Hat man beim Einlegen der Platte die Öffnung der Tüte links, so muß die der zweiten rechts und die der dritten wieder links sein. Die Platte wird natürlich in der Dunkelkammer in die Papierhüllen gebracht und dann in eine lichtdichte Schachtel gelegt, der man sie erst kurz vor Gebrauch entnimmt. Nach der Exposition wird sie samt ihren Papierhüllen erst 1 bis 2 Minuten in Wasser gelegt, wobei man durch Streichen und leichtes Drücken die Luft aus den Hüllen zu entfernen sucht. Dann wird die äußerste der drei Hüllen unter Wasser entfernt und die jetzt nur noch von zwei Hüllen umschlossene Platte in einen ziemlich starken Entwickler mit ein wenig Bromkalium gelegt. Nach etwa 5 bis 10 Minuten (je nach Expositionsdauer, Platten- und Entwicklersorte) ist die Entwicklung beendet; dann kommt die Platte, immer noch eingehüllt, 5 Minuten in Wasser und darauf 15 bis 20 Minuten in frisches, starkes Fixierbad. Nunmehr kann sie ihren Hüllen entnommen und bei Tageslicht betrachtet werden.

Zum Schlusse wollte Rudi noch jedem einzelnen seiner Hörer ein Durchleuchtungsbild auf dem Fluoreszenzschirm zeigen. Er stellte deshalb die Röhre so am vorderen Rande des Experimentiertisches auf, daß die Strahlen schief nach oben und vorne fielen. Darauf zeigte er, bevor er den Raum verdunkeln ließ, wie der zu durchleuchtende Gegenstand und der Fluoreszenzschirm zu halten sind, und erklärte dabei die Wirkungsweise des letzteren etwa folgendermaßen: Wie wir vorhin schon gehört haben, ist Baryumplatincyanür ein Stoff, der in hohem Grade die Eigenschaft besitzt, von Röntgenstrahlen zur Fluoreszenz gebracht zu werden, das heißt er leuchtet an den bestrahlten Stellen, je nach der Stärke der Bestrahlung mehr oder weniger hell auf. Dieser Stoff wird auf einem schwarzen Karton gleichmäßig verteilt. Bringt man zwischen die Röntgenröhre und den Schirm, dessen fluoreszierende Seite natürlich von der Röhre ab-, dem Auge zugewandt sein muß, einen Gegenstand, z. B. einen Geldbeutel, oder ein Reißzeug, eine Hand, einen Arm, einen Regenschirm, so wird man jeweils von den dichtesten Teilen, im Beutel also von den Geldstücken, in der Hand von den Knochen usw., die schwarzen Silhouetten sich deutlich von der helleren Umgebung abheben sehen.

Endlich wies Rudi noch auf den für einfache Verhältnisse ziemlich hohen Preis der Röntgenröhren und der Fluoreszenzschirme hin und bat seine Hörer, in dem dunklen Zimmer nicht zu drängen.

Daß diese Bitte nicht unbegründet war, bewies ein kleiner Unfall, der trotz der Mahnung eintrat.

Die meisten Anwesenden hatten schon das Geld in ihrem Beutel, ohne ihn zu öffnen, gezählt, oder ihr Handskelett oft nicht ohne ein heimliches Grausen bewundert, als eben eine Freundin Käthes, die von den Apparaten zurücktrat, dabei an eine hinter ihr stehende Person stieß, ausglitt und mit der unwillkürlich nach einem Halt ausgestreckten Hand gerade die eine Elektrode des Funkeninduktors ergriff. Mehr erschrocken als vor Schmerz fuhr sie, nach Mädchenart laut aufschreiend, zurück und fiel zu Boden; dabei riß sie die Röntgenröhre samt ihrem Träger mit. Weiteres Unheil wurde durch die geistesgegenwärtige und gewandte Handlungsweise Käthes verhindert, die trotz der völligen Finsternis sofort an dem unten beschriebenen Beleuchtungsmechanismus war und Licht machte. Jetzt war die Ordnung gleich wiederhergestellt. Niemand hatte Schaden gelitten, auch die Röhre nicht, da sie an den Drähten hängen geblieben und deshalb nicht zu Boden gestürzt war.

Um nun bei den Personen, die noch nicht an der Reihe waren, einen ähnlichen Fall zu verhindern, stellte Rudi einen kleinen Tisch so vor den Experimentiertisch, daß jeweils nur eine Person an die Apparate herantreten konnte. —

Ich will nun noch anführen, was für einen Beleuchtungsmechanismus Rudi für diesen Vortrag konstruiert hatte. Der Raum mußte nämlich, um die zarten Lichter in den Geißlerschen Röhren möglichst sichtbar zu machen, öfters verdunkelt werden. Da Rudi kein elektrisches Licht zur Verfügung hatte, mußte er das Gaslicht so einrichten, daß er es ohne Umstände öffnen und schließen konnte.

In der Mitte des Zimmers hing ein Kronleuchter mit einem mittleren und vier äußeren Brennern. Den mittleren benutzte er nicht. Es handelte sich also darum, ohne zwischen die unter den Lampen sitzenden Leute treten zu müssen, das Licht anzünden und löschen zu können. Zur Entzündung des Gases verwendete Rudi die bekannten „Selbstzünder“. Sie haben für Auerbrenner die Form von Staubhütchen und bergen in sich Platinschwamm, an dem sich das Gas entzündet. Um einem Versagen dieser Selbstzünder vorzubeugen, hatte er sie vorher über einem Bunsenbrenner vorgeglüht.

Um die vier Gashähne von der Wand aus hinter seinem Tisch öffnen und schließen zu können, befestigte er an jedem einen Hebel aus dickem Draht mit einem kleinen Bleigewicht derart, daß das Gewicht den Hahn zuzog. Ferner befestigte er an jedem Hebel einen Bindfaden, den er durch einen nahe der Decke an der Gasleitung befestigten Porzellanring zog. Die vier Fadenenden verband er mit einer Schnur, die er an der Decke entlangführte, bis an die Wand, wo er sie wieder durch einen Porzellanring steckte und dann gerade herunterhängen ließ. Hing die Schnur lose, so war kein Licht; wurde sie angezogen, so öffneten sich die Hähne, und es wurde hell. Die Schnur konnte mit einer Öse in einen Nagel an der Wand eingehängt werden.

Um bei den Versuchen mit Röntgenstrahlen nicht immer die Nacht abwarten, oder ein Zimmer verdunkeln zu müssen, kann man sich um den fluoreszierenden Karton herum einen Schirm legen, der die leuchtende Fläche und die Augen vor Tageslicht schützt. Abb. 191 zeigt diesen Apparat im Schnitt. a ist der Fluoreszenzschirm, der in die Nute b des Rahmens c eingeschoben werden kann. An diesem Rahmen ist ein Tuchsack d aus schwarzem, möglichst dichtem Tuch angeleimt. Der Sack wird nach oben etwas enger und ist an dem Rahmen e befestigt. An letzterem sind zwei bogenförmig ausgeschnittene Kartonstücke angebracht; f_₁ (ausgezogen) soll sich der Wölbung der Stirne über den Augen anschließen; f_₂ (punktiert) hat einen Ausschnitt für die Nase. Um den Lichtabschluß möglichst vollkommen zu machen, sind diese Kartonstücke mit langhaarigem Samt überzogen. g ist ein Handgriff, und h sind zwei Strebehölzer, die die beiden Holzrahmen auseinanderhalten; sie sind abnehmbar, so daß man den ganzen Apparat auch zusammenlegen kann.

Abb. 191. Schnitt durch den Lichtschutzschirm.

Zum Gebrauche wird der Baryumplatincyanürschirm (a) mit der fluoreszierenden Seite nach innen in den Rahmen eingeschoben. Dann läßt man die Röntgenstrahlen von vorne oder von unten auf die Rückseite des Schirmes, vor die man z. B. seine Hand hält, auffallen und nicht durch die obere Öffnung in den Apparat hinein.

Zum Schlusse sprach Rudi noch einige Worte über die Verwendung der Röntgenstrahlen in der Medizin. Er sagte: Die erste Verwendung der Röntgenstrahlen in der Medizin lag sehr nahe; mit ihnen war den Chirurgen ein Mittel an die Hand gegeben, vor operativen Eingriffen sich von der Lage eines Fremdkörpers oder der Natur einer Fraktur zu überzeugen. Ferner können Veränderungen im Knochengewebe, wie solche z. B. bei Tuberkulose vorkommen, auf Radiogrammen, das sind Photographien mit Röntgenstrahlen, sehr leicht erkannt werden. Ein ganz neuer Zweig tat sich auf, als man entdeckte, daß die Röntgenstrahlen auch auf das Gewebe des organischen Körpers verändernd einwirken. Wird die Haut des menschlichen Körpers lange intensiv bestrahlt, so tritt Entzündung der betreffenden Stelle ein und es entstehen schwer heilende Wunden. Auch beim Arbeiten mit kleinen und schwachen Röntgenröhren ist einige Vorsicht geboten; man soll sich nie unnötig lang den Strahlen aussetzen und vor allem die Augen mit großen Schutzbrillen aus Bleiglas schonen. Beim Experimentieren blende man mit dünnem Bleiblech oder dicken Stanniolblättern die Röhre so ab, daß die Röntgenstrahlen nur an ihren Bestimmungsort gelangen.

Kritik.

Auch nach diesem Vortrage fehlte die Kritik von Rudis Onkel nicht. „Ich hätte“, meinte der Onkel, „noch etwa folgendes angeführt: Wie bekannt, ist es in letzter Zeit gelungen, aus gewissen Mineralien Stoffe zu isolieren, die die merkwürdige Eigenschaft haben, Strahlen auszusenden, die in ihren Wirkungen denjenigen Strahlen gleich sind, die in der Vakuumröhre beim Durchgang der Elektrizität entstehen. Man hat drei verschiedene Arten der Strahlen unterschieden, die immer alle drei von den aktiven Stoffen — der bekannteste ist das Radium — ausgesandt werden. Die Unterschiede sind bedingt durch die Quantität, das Durchdringungsvermögen und durch die Beeinflussung des Magneten. Man bezeichnet die verschiedenen Arten mit α-, β- und γ-Strahlen. Die α-Strahlen sind die quantitativ vorherrschenden; sie haben ein geringes Durchdringungsvermögen und werden vom Magneten nur wenig beeinflußt. Die β-Strahlen werden stark vom Magneten abgelenkt und dringen tiefer in die Materie ein als die α-Strahlen. Die γ-Strahlen endlich haben die geringste magnetische Ablenkbarkeit und das größte Durchdringungsvermögen. Ganz analoge Unterschiede bestehen zwischen den unter verschiedenen Umständen entstandenen Strahlen der evakuierten Entladungsröhren. Man kann u. a. auch mit radiumhaltigen Stoffen Durchleuchtungsphotographien machen. Erwähnt sei endlich noch, daß in der Umgebung radiumhaltiger Stoffe die Luft leitend wird, so daß z. B. die statischen Ladungen isoliert aufgestellter Körper durch die Luft zur Erde abgeleitet werden.“

„Werte Zuhörer!

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

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

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

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

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

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

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

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

Doch nun zur Sache!

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

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

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

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

Elektrische Oszillation.

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

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

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

Der Drehspiegel.

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

Abb. 193. Der Drehspiegel.

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

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

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

Diese Art einer elektrischen Entladung nennt man eine oszillierende Entladung und den dabei die Leiter durchfließenden Strom einen Wechselstrom hoher Frequenz.

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

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

Hertz konstruierte einen Apparat, den Sie im Schema auf der Tafel hier aufgezeichnet sehen. (Käthe hängte eine Tafel auf, deren Zeichnung Abb. 194 wiedergibt, und zeigte die von Rudi genannten Teile.) Mit J ist der Funkeninduktor bezeichnet, dessen sekundäre Pole durch eine Funkenstrecke F miteinander verbunden sind. Von dieser Funkenstrecke sind nach beiden Seiten hin die Drähte L gespannt, die in Kugeln enden. Wurde der Funkeninduktor in Tätigkeit gesetzt, so ging bei F. ein Funkenstrom über und von den mit F. verbundenen Drähten gingen elektrische Wellen aus, die im stande waren, in dem fast zu einem Kreis geschlossenen Leiter A Ströme hervorzurufen. Diese äußerten sich durch Entstehen von kleinen Fünkchen bei F′.

Abb. 194. Schema des Hertzschen Wellenversuches.

Abb. 195. Der Fritter (Schema).

Der Fritter.

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

Abb. 196. Der Fritter.

Abb. 197. Zum Fritter.

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

An das Ende eines etwa 7 cm langen und 2 mm starken Kupferdrahtes (a in Abb. 196 und 197) wird ein etwa 3 mm großes dünnes Silberplättchen b gelötet, das man aus einem Silberdraht durch Hämmern herstellt. Aus dem Rest des Silberdrahtes, den man sich von einem Juwelier beschafft — es braucht kein reines Silber, sondern kann eine geringere Legierung sein —, biegt man den Ring c, der etwa 4 bis 5 mm weit sein soll. Man kann übrigens hierzu statt Silber auch Nickel, im Notfall auch Zinn verwenden. Andere Metalle, wie Kupfer oder Eisen, sind nur bei den gröbsten Versuchen verwendbar. Jetzt wird ein etwa 5 bis 6 mm dicker Kork (k) in der Mitte durchbohrt, und der Draht a wird so hindurchgesteckt, wie dies aus den Abbildungen hervorgeht. Seitlich erhält der Kork eine Rinne zur Aufnahme des Drahtes c. Diese Teile werden so in eine passend weite Glasröhre (Gl) eingesteckt, daß b konzentrisch in c liegt; beide Teile sollen in derselben Höhe auf dem oberen Korkrand aufliegen. Kork und Glas werden noch mit heißem Siegellack abgedichtet. Wie dieser Apparat auf einem Grundbrett angebracht wird, geht aus der Figur hinreichend deutlich hervor. Die Klemmschrauben seien mit zwei übereinanderliegenden, zueinander rechtwinkelig stehenden Bohrungen versehen. Die Feilspäne stellen wir uns durch Befeilen eines Fünfpfennigstückes — Nickel — so her, daß gröbere und feinere Feilspäne entstehen. Je mehr Späne in das Röhrchen eingefüllt werden, um so empfindlicher ist der Apparat. Für die meisten Versuche genügt eine etwa 2 mm hohe Lage von Feilspänen.

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

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

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

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

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

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

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

Die Resonanz.

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

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

Für diesen Versuch sind zwei möglichst gleiche Leidener Flaschen nötig. Rudi hatte dazu zwei zylindrische Gläser verwendet (siehe Seite 46 u. f.), die 30 cm hoch waren und nahe 15 cm im Durchmesser hatten. (Je kleiner die Flaschen sind, umso schwerer gelingt der Versuch!) Jede der Flaschen erhielt einen um ihren äußeren Belag gelegten Blechstreifen (B in Abb. 198 und 199), an dem bei der einen Flasche (Abb. 198) ein gerader, etwa 2 mm starker und 30 cm langer Draht (D_₂) angelötet war; bei der anderen Flasche war ein ebensolcher Draht (D) in der aus Abb. 199 ersichtlichen Form gebogen, an seinem Ende mit einer Kugel versehen und durch den Träger T gestützt, der aus Glas, Hartgummi oder Vulkanfiber hergestellt war, auf dem Flaschenrand aufsaß und mit Schellackkitt (s. S. 5 u. 79) angekittet war. Dem Knopf der ersten Leidener Flasche gegenüber war, wie Abb. 198 zeigt, ebenfalls ein Metallknopf befestigt, an dem der Draht D_₁ angelötet war, D_₁ stand zu D_₂ parallel. D_₁ wurde von dem Rähmchen R gehalten, das aus Hartgummi oder Vulkanfiber hergestellt war. Aus 2 bis 3 mm dicken Fiber- oder Ebonitplatten sägte er sich dazu zwei gleiche Rähmchen, versah sie an den in Abb. 198 mit x bezeichneten Stellen mit Kerben, in denen die Stange S und der Draht D_₁ knapp Platz fanden. S und D_₁ wurden dann in der aus der Abbildung ersichtlichen Weise zwischen den beiden Rähmchen, indem diese mit Schrauben zusammengezogen wurden, eingeklemmt. Ferner wurden D_₁ und D_₂ durch einen verschiebbaren Draht V miteinander verbunden.

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

Man kann auch D_₁ direkt an den Knopf der Stange S anlöten. Dann muß man aber noch eine besondere Funkenstrecke dadurch herstellen, daß man einen Streifen Stanniol so über den Rand der Flasche legt, daß er den inneren Belag berührt, von dem äußeren aber einige Millimeter entfernt bleibt. Die Resonanzentladung geht dann zwischen dem Streifen und dem äußeren Flaschenbelag über.

Diese beiden Flaschen stellte Rudi in einem Abstande von etwa 50 cm so auf, daß die Ebenen der beiden Schließungskreise einander parallel waren. Der Bügel V war fast bis an das Ende der Drähte D_₁ und D_₂ geschoben. Die Flasche, die Abb. 199 darstellt — sie heiße fernerhin A, die andere B —, ließ er durch Käthe mit seiner Influenzmaschine laden, so daß in kurzen Intervallen bei F′ Funken überschlugen. Dann verschob er mit einem Glasstab den Bügel V der Flasche B langsam nach innen; kaum hatte V einen bestimmten Punkt erreicht, als auch bei F an der Flasche B Funken übersprungen, obgleich diese mit keiner Elektrizitätsquelle verbunden war. Wurde das Laden der Flasche A unterbrochen, so hörten auch die Funken bei B auf. Traten bei A die Funken wieder auf, so traten sie auch bei B auf, aber nur, wenn der Bügel V sich an einer ganz bestimmten Stelle befand; wurde er verschoben, so blieben die Funken aus.

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

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

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

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

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

Abb. 200. Resonanzpendel.

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

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

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

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

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

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

Interferenz.

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

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

Abb. 201. Interferenz zweier Wellenzüge.

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

Diese Tatsache wird mit dem Interferenzrohr nachgewiesen, dessen Einrichtung aus Abb. 202 hervorgeht. Wir sehen hier ein Rohrsystem, das bei c seinen Eingang hat, sich bei α in den oberen festen Gang A und den unteren veränderbaren B teilt, sich bei β wieder vereinigt und bei d ausläuft.

Abb. 202. Interferenzrohr.

Erzeuge ich bei c einen Ton, so entstehen Luftwellen, die sich durch A und B fortpflanzen und bei d ausströmen; man wird also bei d den Ton hören — oder nicht hören, je nachdem sich die Länge des Weges A zu der des Weges B verhält. Höre ich bei d, während der Ton bei c andauert, und verändere gleichzeitig die Länge des Weges B durch Zusammenschieben oder Auseinanderziehen der Röhren bei x, so werde ich wahrnehmen, daß der Ton bald verstummt, bald wieder ertönt. Das rührt daher, daß bei einem gewissen Verhältnis der Weglänge A zu der Weglänge B die sich bei β vereinigenden Schallwellen so treffen, wie es in Abb. 201 gezeichnet ist: Ein Wellenberg und ein Wellental treffen gerade zusammen und heben einander auf, die Tonstärke ist gleich Null. Dies kann bei verschiedenen Längen von B der Fall sein; dann ist die Strecke, um die ich B verlängern oder verkürzen muß, um den Ton gerade zweimal zum Verstummen zu bringen, ein unmittelbares Maß für die Gänge der betreffenden Schallwelle.

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

Abb. 203. Blechkasten für den Funkeninduktor.

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

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

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