Titel: Thomson, über die Elektricitäts-Leitungsfähigkeit von käuflichen Kupferdrähten aus verschiedenen Bezugsquellen.
Autor: Thomson, W.
Fundstelle: 1858, Band 149, Nr. CIV. (S. 364–369)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj149/ar149104

CIV. Ueber die Elektricitäts-Leitungsfähigkeit von käuflichen Kupferdrähten aus verschiedenen Bezugsquellen; von Professor W. Thomson.

Aus dem Philosophical Magazine, Juni 1858, S. 472, durch die Zeitschrift des deutsch-österreichischen Telegraphenvereins, 1858 S. 137.

Bei der Messung des Widerstandes verschiedener für submarine Leitungen bestimmten Kupferdrähte fand ich zu meinem Erstaunen Unterschiede von solchem Belange, daß sie auf die praktische Leistungsfähigkeit der verschiedenen Drähte für den beabsichtigten Zweck erheblichen Einfluß haben mußten. Anfangs schien es, daß die Erklärung dieser Unterschiede in den Processen des Verspinnens zu einem Drahtseile und der Bekleidung mit Gutta-percha zu suchen sey, denen mehrere der Proben unterlegen hatten. Eine sorgfältige Untersuchung einer Anzahl von Kupferdrahtlitzen, deren einige überzogen, andere nicht überzogen, andere mit Kautschuk gefirnißt und noch andere durch starkes Ausglühen mit einer Oxydhaut bekleidet waren, lehrte indeß, daß keiner dieser Umstände einen merklichen Einfluß auf den Leitungswiderstand hat; man fand, daß das für die atlantische Kabel angefertigte Drahtseil (entsprechend Nr. 14 der Drahtlehre, aus 7 Drähten Nr. 22 zusammengewunden, und pro Fuß im Ganzen durchschnittlich 109 bis 125 Grains wiegend) durchschnittlich ungefähr eben so gut leitete, wie massiver Draht von demselben Querschnitt. Aber bei der größeren Anzahl von Drahtproben, die bei dieser Gelegenheit zur Untersuchung gelangten, traten noch weit beträchtlichere Unterschiede im Leitungsvermögen hervor, als früher beobachtet worden. Da hiernach sicher erschien, daß diese Unterschiede von der Beschaffenheit des Kupferdrahtes selbst herrührten, so wurde es von Wichtigkeit zu ermitteln, von wo Draht der besten Qualität zu beziehen sey. Es wurden demnach Proben von einfachem Draht Nr. 22 und von daraus gesponnenen Seilen, die aus verschiedenen Fabriken herrührten, der Untersuchung unterworfen, welche für die einfachen Drähte Nr. 22 aus vier verschiedenen Fabriken folgende Resultate lieferten:

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Textabbildung Bd. 149, S. 365

Die aus den Drähten dieser vier Fabriken gesponnenen Seile zeigten nahe dasselbe Verhältniß mit einer einzigen Ausnahme, wo das Verhältniß der Fabriken B und D gerade das Umgekehrte war, und welche vermuthlich in einer zufälligen Vertauschung der Bezeichnung der Proben ihren Grund hatte.

Je zwei andere Proben, welche etwa 10 Tage später ohne Auswahl aus großen von den gedachten vier Fabriken gelieferten Drahtbeständen entnommen worden, wurden mit anderen Instrumenten untersucht, ergaben aber, so genau als die Schätzung möglich war, dieselben relativen Werthe. Es scheint somit, daß die Beschaffenheit des von ein und derselben Fabrik gelieferten Drahtes sich ziemlich gleich bleibt, während die Erzeugnisse einzelner Fabriken denen anderer an Qualität weit überlegen sind. Es braucht nur hervorgehoben zu werden:

daß eine submarine Leitung aus Draht der Qualität wie ihn die Fabrik A liefert, bei nur 1/21 Zoll Durchmesser und bis zu 1/4 Zoll Durchmesser mit Gutta-percha bekleidet, unter Benutzung derselben Stromquelle mehr leisten würde als eine andere, welche aus Draht der Qualität der Fabrik D 1/16 Zoll dick angefertigt und bis zu einem Durchmesser von 1/3 Zoll mit Gutta-percha bekleidet worden,

um zu zeigen, wie wichtig es für Unternehmer von submarinen Telegraphen-Anlagen ist, nur den besten Kupferdraht zu diesem Zweck zu verwenden. Die Beschaffung desselben in großen Massen in gleichförmiger, tadelfreier Beschaffenheit wird durch die Thatsache ermöglicht, daß Drähte aus derselben Fabrik stets nahe gleicher Güte sind, indem bei den obigen Messungen |366| zwei von den Fabriken, deren Erzeugnisse bis jetzt einer Prüfung unterworfen worden, Draht von bester oder nahezu bester Qualität lieferten, die Beschaffenheit der Drähte aus den beiden anderen Fabriken aber geringer war, und zwar in nahe constantem Verhältniß.

Die Aufklärung des Grundes dieser Verschiedenheit im Elektricitäts-Leitungsvermögen würde für die Praxis wie für die Wissenschaft von größter Wichtigkeit und hohem Interesse seyn. Sollte in der chemischen Zusammensetzung der Grund zu suchen seyn, so müßten schon sehr geringe Verunreinigungen große Aenderungen im Leitungsvermögen des Kupfers herbeiführen; nach einer Analyse der HHrn. Mattley und Johnson hatte ein Kupfer, dessen Leitungsfähigkeit ich sehr gering gefunden hatte, folgende Zusammensetzung:

Kupfer 99,75
Blei 0,21
Eisen 0,03
Zinn oder Antimon 0,01
––––––
100,00

Die gesammten Drahtvorräthe, von denen die gedachten Proben entnommen worden, waren von den verschiedenen Fabrikanten als besonders rein bezeichnet worden, und da sie in mechanischer Beziehung allen Anforderungen genügten, so hatte man eine Ungleichförmigkeit ihres Werthes zu telegraphischen Zwecken in keiner Weise geargwohnt, bis ich zuerst die Verschiedenheit ihres Leitungsvermögens entdeckte.

Daß selbst die schlechtesten derselben manchen im Handel vorkommenden Kupfersorten, wenn auch nicht allen käuflichen Kupferdrähten an Leitungsfähigkeit überlegen sind, geht aus der nachfolgenden Reihe von Versuchen hervor, bei welchen ich Enden des Kupferdrahtes Nr. 22 aus der Fabrik A, von dem der laufende Fuß 17,3 Grains wog, mit gewöhnlichem, in Glasgow gekauften Kupferdraht, feinem Kupferblech, wie es beim Calicodruck gebraucht wird, und gewöhnlichem Kupferblech verglich.

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Textabbildung Bd. 149, S. 367

Um zu entscheiden, ob die mechanische Beschaffenheit des Metalls, Härte oder Weichheit, einen Einfluß auf seine Elektricitäts-Leitungsfähigkeit hat, wurde folgender Versuch angestellt: von einem weichen Kupferdraht Nr. 18, der pro Fuß ein Gewicht von 57,5 Grains hatte, wurde ein Ende abgeschnitten und durch angehängte Gewichte bis zum endlichen Zerreißen gestreckt; der dadurch gehärtete Draht wog jetzt nur 44,8 Grains pro Fuß. Diesem Gewicht gemäß mußten, wenn die Leitungsfähigkeit unverändert geblieben, 24 Zoll des so gehärteten Drahtes gleichen Widerstand bieten, wie 30,8 Zoll des weichen; und genau dieß Resultat ergab auch der Versuch.

Dieß Ergebniß zeigt, daß der höchste Grad von Härte, der durch Spannung hervorgebracht wird, die Leitungsfähigkeit noch nicht um 1/2 Procent ändert; ein ähnlicher Versuch zeigte, daß auch beim Flachhämmern eines Drahtes keine merklichere Aenderung des Leitungsvermögens eintritt. Leichte Aenderungen der Leitungsfähigkeit sind bei jeder Anspannung und auch nach Aufhörung der spannenden Kräfte ohne Zweifel vorhanden92); und ich habe bereits eine theilweise Untersuchung dieser Wirkungen bei Kupfer-, Eisen- und Platindrähten angestellt, fand sie aber in allen Fällen so außerordentlich gering, daß obiges Resultat für Kupferdraht nicht anders zu erwarten war.

Es wäre wohl von Interesse zu ermitteln, ob die spiralförmige Windung, welche die einzelnen Drähte beim Verspinnen zu einem Seile erhalten, |368| überhaupt irgend einen erheblichen Verlust an Leitungsvermögen herbeiführt, oder nicht, indem man den Widerstand einfacher gerader Drähte sehr sorgfältig mit dem Widerstande von Seilen vergleicht, die aus Draht von derselben Rolle gesponnen sind. Hiezu habe ich noch keine Gelegenheit gehabt; aber aus den folgenden Versuchen erhellt, daß die Abnahme an Leitungsfähigkeit, welche der Strang bei sorgfältiger Vergleichung mit geraden massiven Drähten etwa zeigen möchte, gar nicht in Betracht kommt neben den Unterschieden, welche eine Anzahl ohne Auswahl aus einem Vorrath von massiven Drähten und Seilen in verschiedenen Stadien der Fabrication entnommene Proben darbieten.

Versuche mit massivem Draht Nr. 16. Untersucht wurden je zwei Proben von 1000 Zoll Länge in verschiedenen Stadien der Fabrication.


Widerstände.93)
Gewicht pro Fuß.
Grains.
Spec. Widerstand auf
absolut. Maaß reducirt.
Unbedeckter Draht E₁ = 0,2036
E₂ = 0,1995
0,2015 74,6 11,850000
einmal überzogen F₁ = 0,2054
F₂ =0,1999
0,2026 77,55 12,410000
zweimal überzogen G₁ = 0,1963
G₂ = 0,1963
0,1963 77,2 11,970000
dreimal überzogen H₁ = 0,1893
H₂ = 0,1916
0,1904 77,73 11,680000
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Mittel 0,1977 76,78 11,980000

Versuche mit Drahtseilen aus 7 Drähten Nr. 22 zur Dicke von Nr. 14 des Drahtmaaßes zusammengesponnen. Untersucht wurden je zwei Proben von 100 Zoll Länge in verschiedenen Stadien der Fabrication.


Widerstände.
Gewicht pro Fuß.
Grains.
Spec. Widerstand auf
absolut. Maaß reducirt.
Unbedeckter Draht K₁ = 0,1595
K₂ = 0,1634
0,1614 115,82 14,750000
einmal überzogen L₁ = 0,1037
L₂ = 0,1043
0,1040 109,37 8,964000
zweimal überzogen M₁ = 0,1426
M₂ = 0,1424
0,1425 111,95 12,590000
dreimal überzogen N₁ = 0,1092
N₂ = 0,1085
0,1088 121,30 10,430000
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Mittel 0,1294 114,61 11,680000
|369|

Die specifischen Widerstände der Kupferdrahtproben aus den Fabriken A, B, C und D, deren relative Werthe oben angegeben worden, habe ich endlich durch Vergleichung mit dem Widerstande F₂, dessen Werth nach absolutem Maaß 0,1999 × 6580000 oder = 1,316000 beträgt, nach absolutem Maaße bestimmt. Die verschiedenen Resultate, reducirt auf Widerstände, der Grain als Einheit der Masse, der engl. Fuß als Einheit der Länge angenommen, sind nebst vier Bestimmungen von Weber nachstehend zusammengestellt:

Bezeichnung der Proben. Specifischer Widerstand.
Kupferdraht Nr. 22 aus der Fabrik A 7,600000
Draht aus galvanoplastisch niedergeschlagenem Kupfer
nach Weber (1)

7,924000
Kupferdraht Nr. 22 aus der Fabrik B 7,940000
Gewöhnlicher Kupferdraht Nr. 18 8,100000
Kupferdraht Nr. 22 aus der Fabrik C 8,400000
Weber's Kupferdraht (Weber 2) 8,778000
Drahtseilprobe, einmal überzogen 8,960000
Kirchhoff's Kupferdraht (Weber 3) 9,225000
Drahtseilprobe, dreimal überzogen 10,400000
Jacobi's Kupferdraht (Weber 4) 10,870000
Kupferdraht Nr. 16, dreimal überzogen 11,700000
„ „ zweimal überzogen 11,970000
„ „ unbedeckt 11,850000
„ „ einmal überzogen 12,410000
Drahtseilprobe, zweimal überzogen 12,590000
Streifen von feinem Kupferblech 13,600000
Kupferdraht Nr. 22 aus der Fabrik D 13,800000
Drahtseilprobe, unbedeckt 14,750000
Streifen von gewöhnlichem Kupferblech 22,300000
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On the Electro-dynamic Qualities of the Metals. Philosophical Transactions for 1856.

|368|

Die Messung des Widerstandes wurde mittelst eines Joule'schen Tangentengalvanometers mit 400 Windungen von feinem Kupferdraht ausgeführt. Als Maaßeinheit |369| diente ein Normalwiderstand von Kupferdraht, den Prof. W. Weber so freundlich gewesen ist für mich nach absolutem Maaß zu bestimmen und zwar auf 20,055000 seiner Einheit, oder auf 6,580000 wenn diele Einheit auf brittisches Maaß (engl. Fuß) reducirt wird. Die Zahlen der letzten Spalte geben die Widerstände der verschiedenen Drähte bei 1 Fuß engl. Länge und 1 Grain Gewicht nach absolutem Maaß in der letztgedachten Einheit an. Die Wichtigkeit und der praktische Werth des Systems der Bestimmungen nach absolutem Maaß, welches W. Weber (siehe dessen Abhandlung „Messungen galvanischer Leitungswiderstände nach einem absoluten Maaße“ in Poggendorffs Annalen, 1851, Bd. LXXXII S. 337) in der Elektricitätslehre eingeführt hat, kann nicht hoch genug geschätzt werden.

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