Titel: Hipp, über den Wirkungs-Unterschied der Inductionsströme beim Oeffnen und Schließen der Kette.
Autor: Hipp, Matthias
Fundstelle: 1859, Band 154, Nr. LX. (S. 269–275)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj154/ar154060

LX. Ueber den Wirkungs-Unterschied der Inductionsströme beim Oeffnen und Schließen der Kette; von M. Hipp, Vorsteher der eidgenössischen Telegraphen-Werkstatt in Bern.

Vorgetragen in der Versammlung der Schweizer Gesellschaft der Naturwissenschaften zu Bern am 4. August 1858. – Aus der Zeitschrift des deutsch-österreichischen Telegraphen-Vereins, Jahrgang 1859 S. 155.

Die Elektricität bietet in ihren verschiedenen Aeußerungen so außerordentliche Erscheinungen dar, und ihr Studium nimmt in solchem Maaße die allgemeine Aufmerksamkeit in Anspruch, daß ich glaube, der geehrten |270| Versammlung einige Resultate directer Beobachtungen vorlegen zu dürfen, welche mir praktischen Werth für die Telegraphie zu haben scheinen.

Es ist bekannt, daß in einem Leiter ein Inductionsstrom, oder Strom zweiter Ordnung von sehr kurzer Dauer erregt wird, wenn man in seiner Nähe den Kreis eines ähnlichen Leiters, in welchen eine galvanische Batterie eingeschaltet ist, öffnet oder schließt. Ebenso ist es bekannt, daß die Ströme zweiter Ordnung Ströme dritter Ordnung induciren können, die der dritten Ordnung solche vierter Ordnung u.s.f.

Ich habe mir die Aufgabe gestellt, zu untersuchen welchen Nutzen die Telegraphie von den Strömen zweiter Ordnung ziehen kann, und welcher Unterschied namentlich in Bezug auf die Anwendung zwischen den durch Schließung und den durch Oeffnung der primären Kette erzeugten Inductionsströmen besteht. Ich habe mir daher nacheinander die folgenden vier Fragen gestellt:

1) Welches ist die Entwickelungsdauer des Inductionsstromes bei der Schließung?

2) Welches ist die Entwickelungsdauer des Inductionsstromes bei der Oeffnung?

3) Welche für die Telegraphie verwendbare Kraft kann man durch den Schließungsstrom erzielen?

4) Welche entsprechende Kraft liefert der Oeffnungsstrom?

Ich bemerke im Voraus, daß es nicht meine Absicht gewesen ist, den Einfluß zu studiren, welchen die verschiedenen Constructionen der Apparate auf das Resultat haben können, dieß würde mich viel zu weit geführt haben. Ich beschränke mich darauf, Ihnen die Ergebnisse mitzutheilen, welche ich mit den hier vorgezeigten Apparaten erhalten habe.

Zur Beantwortung der ersten Frage habe ich mich eines mit gleichförmiger Geschwindigkeit (von 10 Umgängen in der Minute) rotirenden Metallcylinders bedient, der in der Richtung seiner Länge eine keilförmige Erhabenheit besaß. Eine Feder, welche im Sinne der Achse des Cylinders verschoben werden konnte, drückte gegen diesen vorspringenden Theil. Mittelst dieser Vorrichtung konnte ich die Kette einer Batterie während einer mehr oder weniger langen Zeitdauer schließen. Durch allmähliches Verschieben der Feder ließ sich nun der Punkt ermitteln, wo der Inductionsstrom bei der Schließung genau dieselbe Wirkung hervorbrachte, wie bei unbegränzter Dauer der Schließung. Die Dauer des Contactes der Feder mit dem erhabenen Theile fand sich alsdann = 0,0113 Secunden. Ich nehme hier an, daß der Schließungsstrom vollkommen gleichzeitig mit dem primären Strome beginnt, und letzteren ließ ich aufhören, nachdem die Induction das Maximum seiner Stärke erreicht hatte. Die angegebene |271| Zeit betrachte ich demnach als die Gesammtdauer oder wenigstens als die nutzbare Dauer des bei der Schließung entstandenen Inductionsstromes.

Durch ein ähnliches empirisches Verfahren suchte ich die zweite Frage zu lösen. Der Vorsprung des rotirenden Cylinders wurde durch einen Ausschnitt mit divergirenden Seiten ersetzt, und die Stellung der beweglichen Feder ermittelt, bei welcher der Inductionsstrom bei der Oeffnung eine eben so große Intensität zeigte, wie wenn der Strom dauernd offen blieb. Die so bestimmte Zeit betrug 0,0035 Secunden.

Zur Beantwortung der beiden letzten Fragen habe ich folgende Versuche angestellt. Ich führte die Inductionsströme durch die Windungen eines Galvanometers und constatirte, daß der Schließungs- wie der Oeffnungs-Inductionsstrom sehr nahe gleiche Ablenkungen der Nadel hervorbrachten. Sehr genaue Messungen zeigten, daß die Ablenkungen beim Oeffnungsstrom ein klein wenig größer waren. Dieß Resultat läßt sich mit den oben angeführten Ermittelungen der Zeitdauer der Ströme nur durch die Annahme vereinigen, daß der Schließungsstrom mit geringerer Stärkewährend eines größeren Zeitraumes, der Oeffnungsstrom dagegen bei kürzerer Dauer mit größerer Stärke wirksam sey. Das Product aus Stromstärke und Zeit ist in beiden Fällen gleich. Die Stärke des Schließungsstromes würde sich also zu der des Oeffnungsstromes wie 35 : 113 verhalten. Das Vermögen des Oeffnungsstromes Widerstände zu überwinden, steht augenscheinlich im Verhältnisse der Stromstärke, denn unter vollkommen ähnlichen Umständen konnte ich mit dem Schließungsstrome nur auf 20, mit dem Oeffnungsstrome aber auf 120 Lieues Entfernung telegraphiren.

Gestatten Sie mir noch von einer anderen Eigenschaft des Oeffnungs-Inductionsstromes zu sprechen, von seiner Fortpflanzungsgeschwindigkeit.

Man nimmt fast allgemein an, daß die Elektricität in Leitungsdrähten sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit fortpflanzt. Wheatstone hat diese Geschwindigkeit auf 115,000 Lieues in der Secunde geschätzt; andere Gelehrte haben weit geringere Zahlen dafür erhalten.

Ich glaube daß diese Angaben auf einer Illusion beruhen und zwar aus folgenden Gründen. Vor einigen Jahren wollte ich die Messung der Geschwindigkeit der Elektricität nach zwei verschiedenen, bisher noch nicht angewendeten Methoden wiederholen. Ich fand, daß der Strom mehr Zeit braucht um einen kurzen und dünnen Draht zu durchlaufen als um sich durch einen dicken und langen Draht von entsprechendem Widerstande fortzupflanzen. Die Versuche wurden in folgender Weise angestellt: Es wurde ein Eisendraht von 0,16 Millimeter Durchmesser gewählt und davon eine solche |272| Länge genommen, daß sein Widerstand genau gleich dem Widerstande von 200 Lieues unserer Telegraphenlinien war. Dieses Drahtende, welches etwa 1 Lieue lang war, wurde mit Seide besponnen und auf eine Rolle gewickelt. Das Chronoskop zeigte, daß die Fortpflanzung der Elektrität durch den dünnen Draht mehr Zeit erfordert, als durch den 200mal so langen dicken Draht. Andere, mit Wheatstone's elektrischer Brücke (Differential-Widerstandsmesser) angestellte Versuche, bei welchen einerseits die 200 Lieues lange Telegraphenleitung (ohne Benutzung der Erde), anderseits die Rolle mit dem feinen Drahte die einander gegenüber gestellten Widerstände bildeten, führten zu demselben Resultat, d.h. die Nadel des eingeschalteten Galvanometers, welche bei permanentem Strome vollkommen in Ruhe war, wurde bei Beginn des Stromes in entgegengesetztem Sinne abgelenkt, als ich nach der Länge der Drähte erwartet hätte, und bekräftigte somit die Angaben des Chronoskops. Ich erkläre mir diese Erscheinung durch die Verzögerung welche der Extrastrom in dem aufgewickelten und nicht, wie der andere, gerade gespannten Drahte hervorbringen muß. Das nämliche Resultat ergab der Inductionsstrom; auch dieser wurde in dem langen Drahte schneller fortgepflanzt als in dem kurzen.

Bei allen bisher ausgeführten Messungen der Geschwindigkeit der Elektricität hat man, soviel ich weiß, auf Rollen gewickelte oder in geringen Abständen von einander gespannte Drähte angewendet. Auch können die gefundenen Geschwindigkeiten nicht als Ausdruck der Zeit gelten, welche der Strom braucht um den Draht zu durchlaufen.

Ich habe mittelst des Chronographen die Wirkungsdauer des bei Oeffnung der Kette entstehenden Inductionsstromes gemessen, sowohl während derselbe eine 100 Lieues lange Leitung durchlief, als auch wenn er sie nicht durchlief, um aus dem Unterschiede der Zeiten die Geschwindigkeit zu schließen. Ich fand in dieser Weise diese Geschwindigkeit gleich 700,000 Lieues in der Secunde; aber dieselbe muß in Wirklichkeit noch größer seyn, weil die gefundene Zahl noch mit der durch den Widerstand der 100 Lieues Leitung bewirkten Verzögerung behaftet ist.

Die Eigenschaften des bei Oeffnung der Kette erregten Inductionsstromes rücksichtlich seiner Anwendung für die Telegraphie sind somit, kurz zusammengefaßt, folgende:

  • 1) Seine Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist viel größer als die aller anderen bisher benutzten Ströme.
  • 2) Er kann vermöge seiner größeren Intensität größere Widerstände überwinden.
  • 3) Er bedarf weniger Zeit zu seiner Entwickelung.
  • |273| 4) Da die Anziehung und der Rückgang des Ankers unter vollkommen gleichen Umständen erfolgen, braucht man nie den Apparat nach der Stärke des Stromes zu reguliren.
  • 5) Die telegraphischen Zeichen können nicht mehr durch Mangel an Aufmerksamkeit Seitens der Beamten der empfangenden Station verstümmelt werden, wie bei den bisherigen Apparaten.

Beim gegenwärtigen Apparatensystem kann man durchschnittlich 450 Zeichen-Elemente (Punkte) in der Minute geben, d.h. ein solches Zeichen oder eine einmalige Hebelbewegung des Schlüssels fordert eine Zeit von 0,1333 Secunden. Der Oeffnungs-Inductionsstrom gestattet die Dauer einer solchen Schlüsselbewegung auf 0,0035 Secunden zu beschränken. Er könnte demnach 17,142 oder 38mal soviel einfache Zeichen in der Minute geben.

Der Mechanismus, so sorgfältig er auch ausgeführt werden mag, wird den hierzu nöthigen Grad von Vollendung sicherlich nie erreichen, und doch sind die angegebenen Zahlen nicht aus theoretischen Betrachtungen hergeleitet, sondern stützen sich auf directe praktische Ermittelungen. Wenn man auch nur ein Viertel der angegebenen Geschwindigkeit erreichte, würde man die gegenwärtige Schnelligkeit des Telegraphirens verzehnfachen, und dieß wäre sicherlich schon ein sehr großer Gewinn für die Telegraphie. Es ist ganz ohne Zweifel daß dieß durch geeignete Construction der Apparate praktisch erreichbar ist. Ich behalte mir vor, ein Mittel zur Erreichung dieses Zweckes später mitzutheilen.

Anhang.

(Vorgetragen in der Berner Gesellschaft für Naturwissenschaften am 5. Febr. 1859.)

Seit der Zeit, wo ich den vorstehenden Aufsatz vor der Schweizerischen Gesellschaft las, habe ich Gelegenheit gehabt, Versuche auf den Telegraphenlinien Frankreichs und Englands anzustellen; sie bestätigen in praktischer Hinsicht durchaus die von mir ausgesprochenen Ansichten.

In einem einzigen Punkte nur haben sich meine Voraussichten irrig erwiesen. Ich hatte angenommen, daß die Dauer der Inductionsströme sich umgekehrt verhalte wie ihre Intensitäten, und daß folglich die Stromstärke des Oeffnungsstromes 113 sey, während die des Schließungsstromes 35 beträgt. Dieß ist ungenau, wie die folgenden Versuche zeigen.

Der Anker eines Relais, dem man eine möglichst geringe Masse gegeben, wurde in gewöhnlicher Weise durch eine Feder in passender Entfernung vom Elektromagneten gehalten. Ein Waagebalken erlaubte die Feder nach Belieben mit Gewichten zu spannen. Um die Stärke der |274| Inductionsströme zu messen, wurde nun bestimmt, wie viel Gewicht man anwenden müsse, damit eben noch eine Bewegung des Ankers wahrnehmbar sey. Diese Beobachtungsweise ergibt sehr genaue Resultate; ich gewann mittelst derselben die folgenden Zahlen. Die erste Spalte enthält die Zeiten, ausgedrückt in Zehntausendsteln einer Secunde, die zweite gibt die Stärke des Inductionsstromes in Grammen an.

Zeit. Gramme. Zeit. Gramme.
5 35 30 103
10 55 35 108
15 72 40 111
20 82 45 113
25 96 50 113.

Wie man sieht, ist es nicht ganz richtig, daß der Oeffnungs-Inductionsstrom nach 0,0035 Secunden das Maximum seiner Stärke erreicht; dieß tritt kaum erst nach 0,0045 Secunden ein. Gleichwohl ist der Unterschied der diesen beiden Zeiten entsprechenden Stromstärken in praktischer Hinsicht als durchaus unerheblich zu betrachten.

Unter gleichen Umständen zeigte der bei Schließung der Kette entstehende Inductionsstrom eine ebenso unerwartete wie bemerkenswerthe Erscheinung.

Das Maximum der Stärke erhob sich nie über 18 Gramme, welches auch die Anordnung des Apparates seyn mochte. Das Verhältniß zwischen der Stärke des Oeffnungs- und der des Schließungsstromes fand sich stets wie 6 : 1.

––––––––––

Ueber den mehrerwähnten Chronograph, dessen Beschreibung noch nicht veröffentlicht ist, gibt Hr. E. Wartmann in den Archives des sciences physiques et naturelles folgende Notiz:

Der Chronograph, den Hr. Hipp vor einigen Jahren construirt hat, unterscheidet sich von dem Chronoskop darin, daß er die Zeiten nach Tausendsteln der Secunde, welche man bei letzterem aus der Bewegung eines Zeigers über einem Zifferblatt erkennt, mit Punkten auf einem sich bewegenden Papierbande markirt. Das Papierband schreitet in der Secunde 300 Millimeter vor, und ein an dem Apparate angebrachter Meßapparat (Diviseur) gibt Zehntelmillimeter an, so daß man 1/3000 Secunden direct ablesen kann. Die Gleichförmigkeit der Bewegung des Papierbandes wird durch das schon beim Chronoskop angewendete Echappement mit vibrirender Lamelle gesichert. Um eine Idee von der Einrichtung |275| des Apparates zu gewinnen, stelle man sich zwei Elektromagnete vor, deren jeder im Stande ist, ein kleines Loch in das Papierband zu bohren, sobald der Strom geschlossen oder unterbrochen wird. Wenn der den ersten Elektromagneten umkreisende Strom etwas später unterbrochen wird als der, welcher durch die Windungen des zweiten Elektromagnets geht, so sind beide Löcher durch einen kleinen Zwischenraum getrennt, welcher die zwischen beiden Unterbrechungen verflossene Zeit mißt.

Er fügt hinzu, daß Hr. Hipp die Güte gehabt habe, ihm die Apparate, Relais, Schlüssel etc. zu zeigen, die er zur Anwendung von Inductionsströmen in der Telegraphie construirt hat. Mit 12 Elementen von gewöhnlichen Dimensionen hatten dieselben bei einem Leitungswiderstande von 2000 Lieues vollkommen befriedigende Zeichen gegeben.

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