Zusammenfassung
Durch Radio und Kino, Telegraph und Telephon, Beleuchtung und Kraftwerke verleiht die Elektrizität der modernen Zivilisation das charakteristische Gepräge. Nicht mit Unrecht wird unser Zeitalter das der Elektrizität genannt. Dennoch ist die Kenntnis der elektrischen Erscheinungen wesentlich jünger als die der anderen physikalischen Phänomene, und erst im 19. Jahrhundert hat die eigentliche Entwicklung der Elektrizitätslehre begonnen.
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Notes
Elektron ist das griechische Wort für Bernstein.
Galvani fand 1790, daß frisch präparierte Froschschenkel zuckten, wenn er mit einer Messerspitze ihre Nerven berührte, und fand auch weiter, daß die Zuckungen stärker wurden, wenn aus einer in der Nähe befindlichen Elektrisiermaschine Funken sprangen. Daraus erkannte Galvani den elektrischen Charakter der Erscheinung. Um nun den Einfluß von Gewittern zu untersuchen, hängte er die Froschschenkel mit einem Eisendrahte an dem Eisengeländer seines Balkons auf. Er fand, daß Zuckungen stets eintraten, wenn er einen Froschschenkel mit dem Eisen des Geländers in Berührung brachte, daß aber die Zuckungen besonders lebhaft wurden, wenn die Froschschenkel an dem eisernen Geländer mittels eines Kupferdrahtes angebracht waren. Erst Volta erkannte die Hauptursache der komplizierten Froschschenkel-Phänomene darin, daß zwei Metalle, die durch einen feuchten Leiter (also beispielsweise durch den feuchten Froschschenkel) in Verbindung gebracht werden, entgegengesetzt elektrisch werden. So löste Volta die Erforschung der Metallelektrizität von dem verworrenen Studium der tierischen Elektrizität.
Diese Erkenntnis geht auf den englischen Forscher des 13. Jahrhunderts Petrus Peregrinus zurück.
Das Auftreten der Zahl 2 π erklärt sich aus dem Grundgesetz der elektromagnetischen Wirkung. Es handelt sich also um einen Kreis vom Umfange von 4π2cm (π = 3,14159).
Das Ampere wird auch elektrolytisch definiert als die Stärke eines Stroms, der in einer. Sekunde 1,1180 Milligramm Silber abscheidet; vgl. Abschnitt 56. Wo unter Ampere die Stromstärke verstanden wird, läßt man ans dem Namen des französischen Physikers üblicherweise den „Accent grave“ fort.
Weber und Kohlrausch maßen zunächst die gesamte Elektrizitätsmenge, die einer Leidener Flasche anhaftete, entluden dann die Flasche und sandten den Entladungsstrom durch ein Galvanometer. Sie fanden für die Zahl der in der Sekunde pro Stromstärkeneinheit transportierten elektrostatischen Einheiten 3,1 • 1010. Nach ihrer Idee wurden die Messungen unter ständiger Vervollkommnung später von verschiedenen Forschern wiederholt und lieferten als bisher genauesten Wert 2,99710 • 1010, während, wie wir früher sahen, für die Lichtgeschwindigkeit die besten optischen Messungen den Wert 2,99796 • 1010 ergaben. Die Übereinstimmung muß wohl als innerhalb der Fehlergrenzen vollkommen angesehen werden.
Die geringfügige Abweichung der Lichtgeschwindigkeit von der runden Zahl 3,00000 • 1010 wird dabei vernachlässigt.
Wegen des Begriffs des Ergs vgl. Abschnitt 7.
Eine andere Definition des Volt (und zwar die gesetzliche) beruht darauf, daß die Spannung des Kadmium-Normalelementes gleich 1,0187 Volt gesetzt wird; vgl. Abschnitt 20.
Es ist wohl zu beachten, daß das Watt eine Einheit der Leistung, hingegen die Wattstunde oder das Tausendfache hiervon eine Einheit der Arbeit ist, und daß Leistung Arbeit pro Zeiteinheit bedeutet.
Früher wurde der Widerstand eines solchen Quecksilberfadens auch als Einheit des Widerstandes benutzt; in der Tat beträgt ja die Abweichung von einem Ohm nur wenige Prozent.
Dadurch wird die Temperatur des Bleirings auf etwa 4° über dem absoluten Nullpunkt dauernd erhalten.
Auch Legierungen erwiesen sich als supraleitend, und zwar überraschenderweise auch Legierungen von Metallen, die selbst nicht als supraleitend bekannt sind.
Vgl. Abschnitt 39.
Die Hauptbestandteile des Weston-Elementes bilden Quecksilber, Cadmium-Amalgam und eine Lösung von Cadmiumsulfat.
Als sekundär wird ein solches Element deshalb bezeichnet, weil erst die vorherige Durchsendung eines primären Stroms die spätere Stromlieferung ermöglicht, und zwar durch Ausnutzung von chemischen Veränderungen, die eine Folge des primären Stroms sind.
Eine Vorrichtung der hier skizzierten Art wird als Spannungsteiler oder Potentiometer bezeichnet.
Dies muß natürlich vorsichtig unter Vermeidung einer Berührung der geladenen Metallplatten geschehen; auch ist vorausgesetzt, daß die eingeführte Scheibe ebenso dick wie der Zwischenraum ist.
Auch der Luft als solcher muß man eine Dielektrizitätskonstante gegenüber dem leeren Räume zuschreiben, die allerdings von Eins kaum verschieden ist; sie beträgt 1,00059.
Je näher die beiden Platten zueinander sind, um so größer ist die Erhöhung der Kapazität (daher der Name Kondensator).
Die Ladung einer Kugel wirkt nämlich nach außen so, als ob sie in dem Kugelmittelpunkt vereinigt wäre. Das Potential entspricht aber der Arbeit, die erforderlich ist, um gegen diese Kraft eine elektrostatische Ladungseinheit aus dem Unendlichen bis in diejenige Entfernung vom Mittelpunkt zu bringen, die dem Radius gleich ist. Daraus folgt durch eine einfache Rechnung (sogenannte Integration) die angegebene Beziehung.
Es ist nämlich ein Coulomb gleich 3 • 109 elektrostatischen Einheiten und ein Volt gleich 1/300 der elektrostatischen Spannungseinheit. Dividiert man 3 • 109 durch 1/300, so erhält man 9 • 1011 als Wert des Farad in Zentimetern. Daher entsprechen einem Mikrofarad als dem millionsten Teil 9 • 105 cm.
Aus der Definition des Potentials folgt nämlich, daß (wie man in der Sprache der Mathematik sagt) der negative Differentialquotient des Potentials nach der Entfernung der auf die Ladungseinheit wirkenden Kraft gleich sein muß.
Man denke vor allem an die Elektronen!
Die Entdecker der elektrischen Influenz waren Wilke und Aepinus.
Wegen der Definition der Polstärke Eins sei an Abschnitt 18 erinnert.
Wegen des „Dyn“ vgl. Abschnitt 17.
Dies gelang um 1930 Kapitza und seinen Mitarbeitern.
Dies folgt daraus, daß Kraftlinien weder konvergieren noch divergieren.
Vgl. Abschnitt 18.
Vgl. das in dem späteren Abschnitt 58 über die Kathodenstrahlen Gesagte.
Da der Nordpol der Kompaßnadel (also der nach Norden weisende) von Südpolen angezogen wird, stellt der auf der nördlichen Erdhälfte liegende magnetische Pol der Erde eigentlich einen Südpol dar.
Unter dem magnetischen Meridian versteht man die Vertikalebene, in die sich die Kompaßnadel einstellt.
Man muß sich die totale Feldstärke in eine horizontale und vertikale Teilkraft zerlegt denken.
Ferrum ist das lateinische Wort für Eisen.
Bemerkenswert ist, daß Eisen, Nickel und Kobalt bei bestimmten Temperaturen (dem sogenannten Curie-Punkt) den Ferromagnetismus verlieren, Nickel z. B. bei 375° C, Eisen bei 750° C.
Auf Englisch heißt Alloy Legierung, während Perm die Abkürzung für Permeabilität sein soll, nämlich diejenige physikalische Eigenschaft, die als Maß des Ferromagnetismus dient.
Je nachdem, ob die Induktion durch einen anderen Strom oder einen Magneten erfolgt, unterschied man „Volta-Induktion“ und „Magnet-Induktion“; doch hat diese Gegenüberstellung heute wohl nur noch historische Bedeutung.
Natürlich kann man sich die Fläche auch in Quadratmillimeter zerlegt und durch jeden Quadratmillimeter soviel Kraftlinien gezogen denken, als die Feldstärke in je hundert Gauss beträgt.
Ist die Spule nicht leer, sondern mit irgendeinem Stoffe (z. B. Eisen) gefüllt, so ist überdies noch mit einer für diesen Stoff charakteristischen (der Dielektrizitätskonstanten analogen) Zahl, der sogenannten magnetischen Permeabilität zu multiplizieren; sie ist nur für ferromagnetische Stoffe wesentlich von Eins verschieden und beträgt z. B. für weiches Eisen etwa 2000.
Vgl. Abschnitt 19.
Von oben gesehen kann in einer Spule der Strom sowohl in der Richtung des Uhrzeigers als auch ihm entgegengesetzt fließen!
Man kann z. B. auch die Änderung auf eine tausendstel Sekunde beziehen und dann mit 1000 multiplizieren.
Die älteste stromerzeugende Maschine wurde 1832 von Pixii erfunden.
Ein Vorläufer des von Hefner-Alteneck erfundenen „Trommelankers“ war der schon 1860 erfundene „Pacinottische Ring“, den 1870 Gramme zur Konstruktion der ersten praktisch brauchbaren Dynamomaschine benutzte.
Wegen der Lücken zwischen den Schienen muß die Leitung noch durch Kupferstreifen ergänzt werden.
Siehe Abschnitt 50.
Die „Osramlampen“ sind Wolframlampen; Osram ist nur eine Fabriksbezeichnung!
Wie wir in Abschnitt 20 sahen, ist ja der Widerstand eines Leiters seiner Länge direkt und seinem Querschnitt umgekehrt proportional.
Für die Hefner-Lampe sind selbstverständlich genaue Abmessungen und eine bestimmte Herstellungsart vorgeschrieben.
Aus dem Ohmschen Gesetz folgt somit, daß der Widerstand ungefähr 400 Ohm betragen muß; dadurch ergibt sich bei gegebenem Durchmesser des Fadens die erforderliche Länge.
Die Ableitung der Wärme durch das Gas verringert man durch die schon erwähnte Spiralform des Fadens.
Bei den schwächeren Lampen konnte man durch die Gasfüllung eine wesentliche Herabsetzung des Stromverbrauches nicht erzielen, wohl aber größere Reinheit des Lichtes.
Die Bezeichnung als Lichtbogen erklärt sich daraus, daß das Licht nicht gerade ist, sondern Sichelgestalt aufweist.
Nach Anlegung der Spannung genügt bei einer derartigen evakuierten Quecksilbersäule deren Kippen zur Herstellung („Zündung“) des Bogens.
Das Wort Uviol ist durch Zusammenziehen aus dem Worte Ultraviolett gebildet worden.
Wegen der Neon-Lampe vgl. Abschnitt 68.
7/10 ist angenähert gleich der Hälfte von \(\sqrt{2}\), nämlich 0,7071. Daher ist auch angenähert das Quadrat der auf die vorhin angegebene Art definierten Stromstärke gleich dem Mittelwerte des Quadrats der jeweiligen Stromstärke.
Natürlich können solche Hitzdrahtmeßinstrumente auch für Gleichstrom verwendet werden.
Skin ist das englische Wort für Haut.
Wesentlich komplizierter ist der Betrieb von Elektromotoren mit einphasigem Wechselstrom.
Vgl. Abschnitt 20.
Vgl. Abschnitt 53.
Das erste Beispiel einer Kraftübertragung wurde bereits im Jahre 1891 auf der elektrotechnischen Ausstellung in Frankfurt geliefert. Die Wasserkraft einer Turbine von 300 Pferdestärken wurde damals von dem Orte Lauffen nach der Ausstellung über eine Entfernung von 175 Kilometern bei einer Spannung von 27000 Volt übertragen.
Auch unter Gewässern werden solche Kabel gelegt.
1 Kilowatt ist 1,36 Pferdestärken.
Einen älteren Typus stellen die „Motor-Generatoren“ oder Umformer dar, bei denen ein Wechselstrommotor einen Gleichstromgenerator antreibt und dadurch Wechsel-in Gleichstrom umformt.
Vgl. Abschnitt 5.
Siehe Abschnitt 18.
Daß im Gegensatz zu dem Quecksilberlichtbogen ein zwischen Kohlen-elektfoden brennender Lichtbogen auch mit Wechselstrom betrieben werden kann, erklärt sich daraus, daß Kohle bei dem jedesmaligen Stromwechsel nicht so augenblicklich wie Metall „erkaltet“.
Die Technik ist bestrebt, die Gleichrichter so zu vervollkommnen, daß die Gleichstromgeneratoren, bei denen man über eine bestimmte Spannung nicht hinausgelangt, durch Kombinationen von Wechselstromgeneratoren und Gleichrichtern ersetzt werden können.
Sie sind nach Art des später zu besprechenden Kristalldetektors auf Kontaktwirkungen beruhende elektrische Ventile.
Der besseren Übersichtlichkeit halber wurde in Abb. 41 auf die Spiralen-form keine Rücksicht genommen.
Man verbindet dazu das Gitter mit dem negativen Pol einer Batterie, während der positive Pol mit dem Glühdraht verbunden wird.
Dabei würde aber der zwischen Gitter und Glühkathode angelegten Batterie kein Strom entnommen werden!
Im vorhergehenden konnte natürlich nur ein besonders einfaches Schema der Stromverstärkung skizziert werden. In Wirklichkeit kommen noch mannigfache, hier nicht näher zu erörternde Kunstgriffe hinzu.
Vgl. Abschnitt 21.
Als automatische Unterbrecher benutzt man entweder den Neefschen Hammer, bei dem durch die Anziehung eines Elektromagneten eine Feder in schwingende Bewegung versetzt wird, oder den von Wehnelt erfundenen elektrolytischen Unterbrecher. Er besteht aus einer Bleiplatte und einer Platinspitze, die in verdünnter Schwefelsäure der Zu-und Ableitung des Gleichstroms dienen. Der Draht gerät ins Glühen, und es bildet sich um ihn eine Gashaut, die periodisch zerreißt und dadurch periodisch, einige tausendmal in der Sekunde, den Strom unterbricht. Auch sogenannte „Turbinen-Unterbrecher“ werden in der Praxis viel benutzt.
Denn die induzierte elektromotorische Kraft ist bei dem Öffnen und Schließen entgegengesetzt gerichtet.
Die größte mit einem Induktor erzielbare Funkenlänge wird als die Schlagweite des Induktors bezeichnet. Jedem Zentimeter Schlagweite entsprechen ungefähr 8000–18000 Volt (je nach der Elektrodenform).
Vgl. Abschnitt 56.
Siehe Abschnitt 27.
Wichtig ist allerdings bei den Teslaschen Versuchen, daß primärer und sekundärer Kreis miteinander in Resonanz sind (vgl. Abschnitt 37). Selbstverständlich muß auch für genügende Isolierung Sorge getragen werden.
Vgl. Abschnitt 18.
Der älteren Theorie, die das Licht auf elastische Schwingungen eines geheimnisvollen „Lichtäthers“ zurückgeführt hatte, war die Transversalität der Lichtschwingungen aus verschiedenen, hier nicht näher zu erörternden Gründen ein unlösbares Rätsel gewesen.
Vgl. die Abschnitte 10 und 21.
Bei nichtgasförmigen Stoffen ist die Maxwellsche Relation für sichtbares Licht allerdings wegen der Dispersion nicht gut erfüllt; wohl aber zeigt sie sich durchwegs im ferneren Ultrarot genau gültig.
Vgl. Abschnitt 32.
Der Lichtdruck ist experimentell zuerst von Lebedew 1901 nachgewiesen worden.
Wesentlich ist für den Baudot-Apparat, daß bei ihm — im Gegensatze zu den Apparaten mit Morse-Zeichen — die Gebung jedes Buchstabens die gleiche Dauer (nämlich 5 Zeiteinheiten im telegraphischen Sinne) erfordert.
Diese Gleichzeitigkeit ist zu unterscheiden von der Wechselzeitigkeit der Multiplextelegraphie, bei der die Apparate nicht gleichzeitig, sondern in raschem Turnus abwechselnd an die Leitung geschaltet werden.
Frequenzsiebe sind Vorrichtungen, die nur solche Wechselströme durchlassen, deren Frequenzen innerhalb bestimmter Grenzen liegen; mittels ihrer können also Wechselströme eines bestimmten Frequenzintervalls aus einem Gemisch „ausgesiebt“ werden.
Die Unterlagerungstelegraphie beruht auf der Tatsache, daß die Gleichstromzeichen der Telegraphie und die Wechselströme der Telephonie auf ähnliche Weise voneinander getrennt werden können wie die Wechselströme verschiedener Frequenz bei der vorhin erwähnten Wechselstromtelegraphie.
Natürlich ist dafür gesorgt, daß auch von verschiedenen Firmen konstruierte Apparate miteinander arbeiten können.
Sie müssen noch auf Ströme von einigen hundertstel Milliampere reagieren.
Vgl. Abschnitt 23.
In mancher Hinsicht ist allerdings Philipp Reis (1860) als Vorläufer anzusehen. Er konnte jedoch nur Töne und nicht auch die menschliche Sprache übertragen.
Man hört z. B. laut das Kriechen einer Fliege über das Mikrophon.
Übrigens waren schon 1877 in Deutschland gegen 20 Anstalten zur telephonischen Übermittlung von Depeschen errichtet worden.
Hierzu war allerdings eine wesentliche Änderung des Schaltungssystems notwendig.
Luft hat nämlich nur die Dielektrizitätskonstante 1, während Guttapercha eine solche im Werte 3 aufweist.
Der zwischenstaatliche Telephonverkehr kam um das Jahr 1890 auf.
Man bezeichnet symbolisch einen Kondensator von regulierbarer Kapazität, also z. B. einen Drehkondensator, durch zwei parallele, von einem schiefen Pfeil durchschnittene Striche.
Vgl. Abschnitt 25.
Man denke an einen Transformator!
„Fading“ ist das englische Wort für „hinschwindend“, „verblassend“.
Das „Hertz“ ist also die Einheit für die auf die Sekunde bezogene Frequenz.
Umgekehrt hat der Quarz die Eigentümlichkeit, durch Druck entgegengesetzte elektrische Ladungen an gegenüberliegenden Kristallflächen anzunehmen. Diese als Piezoelektrizität bezeichnete Erscheinung wurde schon um 1780 entdeckt.
Indem man die sogenannten Oberschwingungen des 1 mm dicken Kristalls benutzt, kann man ihn auch für kürzere elektrische Wellen als solche von 100 m benutzen.
Vgl. Abschnitt 30. Die Ventilwirkung des Kristalldetektors beruht im wesentlichen auf thermoelektrischen Erscheinungen.
Vgl. Abschnitt 31.
Vgl. das in Abschnitt 36 über den Röhrengenerator Gesagte!
Um über die ganze Erde telegraphieren zu können, genügt natürlich eine Reichweite in der Länge des halben Äquators.
In den nächsten Jahren trat infolge der Wirtschaftslage ein Rückgang ein.
Vgl. Abschnitt 21.
Die Kapazität hängt ja von dem Plattenabstand ab; vgl. Abschnitt 21.
Auch nach dem Kondensator-Prinzip wurden Lautsprecher (z. B. der Reiß-Lautsprecher) gebaut; doch sind sie heute von den elektrodynamischen Lautsprechern bereits überholt.
Bei Niederfrequenz ist die „Gitter-Anoden-Kapazität“ nicht so störend.
Aus der Kombination zweier Frequenzen resultiert durch sogenannte „Schwebungen“ (wie sie auch aus der Musik bekannt sind) eine neue Frequenz, die dem Unterschiede der kombinierten Frequenzen gleich ist.
Die verschiedenen gleichzeitig zu verstellenden Kondensatoren und Induktivitäten werden entsprechend mechanisch gekoppelt.
Die größte Schwierigkeit bereitete die Heizung der Glühkathode mit der verhältnismäßig großen Spannung von 110 oder 220 Volt.
Das ganze europäische Telephonkabelnetz enthält auch bereits schon besondere Adern und Verstärkereinrichtungen, die nur dem Programmaustausch zwischen verschiedenen Sendegesellschaften dienen. Nur die außer-ordentliche Übertragungsqualität und Störungsfreiheit dieser Kabel erklären es, daß der Programmaustausch nicht drahtlos über die Sender selbst erfolgt.
Die Erfindung von Engel, Masolle und Vogt wurde unter dem Namen „Tri-Ergon“, d. h. Werk der Drei, herausgebracht. Bemerkenswert ist, daß der tatsächlich erste Tonfilm bereits 1889 von Edison unter Benutzung eines Grammophons vorgeführt wurde. Der Film zeigte einen Bekannten Edisons, der den Hut abnahm und dazu die Worte sprach: „Guten Morgen, Mr. Edison, wie gefällt Ihnen der Kinematograph?“.
Im Gegensatz zu dem hier beschriebenen Lichttonverfahren bediente sich das heute überholte Nadeltonverfahren eines Grammophons in Verbindung mit einer elektromagnetischen Schalldose. Dabei waren aber besondere Vorrichtungen zum „Synchronerhalten“ von Bild und Ton notwendig.
Das Transversalverfahren wird auch als Amplituden-oder Schwarz-Weiß-Verfahren bezeichnet.
Es erscheint natürlich auch möglich, mittels der Mikrophonströme unmittelbar die Intensität einer Lichtquelle zu steuern; in der Praxis hat sich aber diese Methode nicht bewährt.
Vgl. Abschnitt 13.
Dabei bedient man sich einer zusätzlichen Gleichstrom-„Vorspannung“, damit die Schwankungen um einen bestimmten Mittelwert erfolgen.
Vgl. Abschnitt 16.
Selen tritt in zwei Modifikationen auf, einer roten nichtmetallischen und einer grauen metallischen.
Vgl. Abschnitt 6.
Durch Füllung mit Edelgas wird der Effekt wesentlich erhöht. Bei den Photozellen ist die Verwendung einer zusätzlichen Stromquelle nicht unbedingt erforderlich, jedoch zweckmäßig und üblich; nur bei einer besonderen Art von Zellen, den sogenannten Halbleiterzellen, unterläßt man die Einschaltung einer Stromquelle.
In Wirklichkeit wird der gleichmäßige Lichtstrahl zur Abtastung der Bildtrommel (aus technischen Gründen der Fernleitung und Verstärkung) durch eine Lochscheibe „zerhackt“ und in Lichtstöße verwandelt, deren Stärke durch das Bild moduliert wird.
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Haas, A. (1933). Die Elektrizität. In: Physik für Jedermann. Verständliche Wissenschaft, vol 20. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-99425-8_2
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