Titel: Jacobi, über die Anwendung secundärer oder Polarisations-Batterien auf elektromagnetische Motoren.
Autor: Jacobi, M.
Fundstelle: 1873, Band 210, Nr. LVI. (S. 348–355)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj210/ar210056

LVI. Vorläufige Notiz über die Anwendung secundärer oder Polarisations-Batterien auf elektromagnetische Motoren; von M. Jacobi.

Aus den Mélanges physiques et chimiques tirés du Bulletin de l'Académie impêriale de St.-Pétersbourg, tome VIII p. 425.

Ich erlaube mir der Akademie mitzutheilen, daß ich seit etwa 1 1/2 Jahren meine Aufmerksamkeit von Neuem auf die Anordnung der elektromagnetischen Motoren gewendet habe. Die allgemeinen Bedingungen, welchen diese Motoren unterworfen und die Gesichtspunkte die bei ihnen maaßgebend sind, hatte ich in meinem vor etwa 20 Jahren |349| publicirten Mémoire sur la théorie des machines electromagnétiques festgestellt. Als eines der wichtigsten damals gewonnenen theoretischen Resultate kann bezeichnet werden, daß, wenn bei diesen Motoren Widerstand und Geschwindigkeit der Production einer Maximal-Arbeit gemäß angeordnet sind, diese letztere nicht abhängig ist von den aufgewendeten Draht- und Eisenmassen und der speciellen mechanischen Anordnung des Motors, sondern proportional der chemischen Action in der Batterie – also für gewöhnlich der Zinkconsumtion – multiplicirt mit der elektromotorischen Kraft der Elemente. Die Anwendung größerer oder geringerer Metallmassen hatte hier nur die Bedeutung der in der Mechanik gebräuchlichen Organe zur Umwandlung des Verhältnisses der beiden Factoren, Kraft und Geschwindigkeit, bei denen das Product im Wesentlichen nicht afficirt wird. Insofern nun einerseits von einer mehr oder weniger sinnreichen mechanischen Combination bei diesen Motoren wenig oder nichts zu erwarten war, und andererseits wegen der Kostspieligkeit des in den galvanischen Batterien aufgewendeten Materiales, deren ökonomischer Nutzeffect sich als unverhältnißmäßig gering herausstellte, war wohl meinerseits ein vorläufiges Aufgeben der Beschäftigung mit diesen Motoren, der es übrigens an Aufmunterung keineswegs gefehlt hätte, vollkommen gerechtfertigt.

Was mich zur Wiederaufnahme dieser Arbeiten bewog, sind neue Gesichtspunkte, die ich seitdem gewonnen habe, von denen ich keineswegs behaupten will, daß sie das Problem entschieden lösen, die aber dennoch verdienen, einer näheren Prüfung und Erörterung unterworfen zu werden.

Bei meinen früheren Arbeiten hatte ich häufig den, ich weiß nicht ob irgendwo von mir erwähnten Versuch gemacht, einen solchen Elektro-Motor in der Ebene des magnetischen Meridians zu orientiren, um durch Drehung des Apparates auf mechanischem Wege einen magneto-elektrischen Strom zu erzeugen. Auch hatte ich öfters den galvanischen Strom nur durch die Elektromagnete des einen Systemes, des beweglichen oder des festen, geführt, um in den Spiralen des anderen Systemes einen magneto-elektrischen Strom zu erzeugen. Ich hatte um so weniger Veranlassung, diese Versuche zu verfolgen, als deren Resultat mir nichts Neues darbot und überhaupt die bei den elektromagnetischen Motoren auftretenden Gegenströme, wenn sie auch nicht den ökonomischen Effect geradezu beeinträchtigten, dennoch der vollkommenen Ausnutzung der Batterie hinderlich waren. Selbstverständlich mußte ich mehr dafür eingenommen seyn, diese Ströme zu beseitigen, als deren Energie zu fördern.

Wenn ich auch in dem erwähnten Mémoire (Art. 20) die Gründe auseinandergesetzt habe, warum ich damals wenig oder keine messenden |350| Versuche angestellt, so zeigte mir doch schon das oberflächlichste Apperçu, daß die sogenannte Coercitivkraft oder vielmehr der remanente Magnetismus der Eisenmassen einen wesentlichen Einfluß auf den Nutzeffect dieser Motoren ausübt, indem der schnelle Wechsel der Polaritäten dadurch verzögert wird; zugleich auch, daß dieser remanente Magnetismus nicht nur mit der Masse des Eisens unverhältnißmäßig wächst, sondern auch durch ihre geometrische Form bedingt ist. So konnte z.B. die von Hrn. Joule in Manchester vorgeschlagene sinnreiche Form der Elektromagnete bei meinen Untersuchungen nicht in Betracht gezogen werden, wegen des ausnehmend großen remanenten Magnetismus, welchen diese Elektromagnete besitzen, obgleich ihre Anwendung manche Vereinfachung in der Construction der Motoren möglich machen und viele Bequemlichkeit darbieten würde. Es war bei mir, schon in der letzten Zeit meiner früheren Untersuchungen, zum Grundsatz geworden, den Elektromagneten nur die einfachsten Formen zu geben und alle solche Theile zu vermeiden, welche der unmittelbarsten Einwirkung der magnetisirenden Spiralen sich entziehen und die nur von den magnetisirten Eisenkernen selbst einen inducirenden Einfluß erfahren. Eine Abweichung von dieser Regel ist da gestattet, wo keine dynamischen Effecte in Anspruch genommen werden, sondern wo es sich darum handelt, Elektromagnete von großer Tragkraft zu construiren, wo allerdings die Anwendung von unbeschäftigten Eisenmassen und von besonderen Formen sich als nützlich erweist.

Wenn ich nun in meinem Mémoire (Art. 5) erwähne, daß jede elektromagnetische Maschine zugleich eine magneto-elektrische ist, und dasselbe auch umgekehrt stattfindet, so müssen auch bei der Construction der zur Erzeugung magneto-elektrischer Ströme construirten Apparate obige Regeln sich geltend machen. Es ist also vollkommen gerechtfertigt, die zuerst von Hrn. Wilde in Manchester, später von den HHrn. Wheatstone, Ladd und Siemens, oft in kolossalem Maaßstabe construirten magneto-elektrischen Apparate, von denen ich öfters Gelegenheit hatte, die Akademie zu unterhalten, als Apparate zu betrachten, die gewissermaßen gegen alle Regeln construirt sind, und die nur sehr unzulängliche Effecte hervorbringen würden, wenn man sie mit Hülfe galvanischer Batterien als Motoren anwenden wollte. Es war gleich bei der ersten Bekanntwerdung dieser Erfindungen evident, daß bei ihnen ein möglichst starker remanenter Magnetismus unabweisliche Bedingung ist, und so war es nicht zu verwundern, daß elektromagnetische Motoren, durch mechanische Mittel in Bewegung gesetzt, je rationeller construirt, um so weniger solche sich immerfort steigernde magneto-elektrische Ströme lieferten, wie die oben erwähnten Apparate. Wenn man nun aber in der |351| That im Stande ist, durch diese Apparate die wundervollsten Effecte hervorzubringen und Ströme zu erzeugen, die an Stärke Alles überbieten, was, soviel ich weiß, bis jetzt durch galvanische Batterien geleistet worden ist, so sey es erlaubt, darauf aufmerksam zu machen, daß solche Erfolge nur möglich geworden sind durch einen unverhältnißmäßigen Aufwand der zur Activirung solcher Apparate angewendeten mechanischen Arbeit. Erörtert man nun die Frage, ob diese Arbeit, abgesehen von der Reibung und anderen mechanischen Hindernissen, allein auf die Production solcher Ströme verwendet wird, so muß diese verneint und auf die große Wärmeentwickelung hingewiesen werden, welche in diesen Apparaten stattfindet, welche leicht bis zur Verbrennung der zur Isolirung der Drahtspiralen angewandten Substanzen geht, welche eine Desorganisation und Klemmung der reibenden Theile herbeiführt und der Anwendung dieser Apparate ein wesentliches Hinderniß darbietet.

Wenn nun auch durch künstliche Mittel, wie die Uebertragung der entwickelten Wärme auf andere Körper, z.B. auf immer sich erneuernde Wassermassen, diese Hindernisse zum Theil beseitigt werden könnten, so ist es einleuchtend, daß hierdurch für den eigentlichen Zweck nichts gewonnen wird. Getreu den unabänderlichen Gesetzen der Erhaltung der lebendigen Kräfte, ist die verwendete Arbeit genau gleich der Summe der mechanischen Aequivalente der producirten Wärme und der producirten Stromeseinheiten. Je größer die erstere, desto geringer die letztere und so umgekehrt. Da nun bei den elektromagnetischen Motoren die galvanische Arbeit eine ähnliche äquivalente Spaltung in Wärme und mechanische Arbeit erfährt, so ist für beide Kategorien von Apparaten die Richtung streng bezeichnet, die einzuhalten ist, wenn von irgend welchen Verbesserungen bei diesen Apparaten die Rede seyn soll. In beiden Fällen muß auf Verminderung des producirten Wärmeäquivalentes hingearbeitet werden, um dort das Aequivalent der Ströme, hier das der mechanischen Arbeit zu vergrößern.

Der nächste Eindruck, den man auf diesem Erscheinungsgebiete erfährt, ist wohl der, daß, wie bekannt, durch Störungen im magnetischen Gleichgewichte idiomagnetischer Massen, elektro-dynamische Ströme hervorgerufen werden können; daß diese Ströme eine gewisse mechanische Arbeit consumiren und ein entsprechendes Wärmeäquivalent entwickeln, welche beide nicht nur abhängig sind von der specifischen magnetischen Coërcitivkraft der erwähnten Massen, sondern auch von ihrer geometrischen Form: daß endlich der nach den magnetischen Störungen beobachtete remanente Magnetismus, einigermaßen einen Ausdruck abgibt für die zu diesen Störungen |352| erforderliche größere oder geringere mechanische Arbeit und des hierbei entwickelten größeren oder geringeren Wärmeäquivalentes. Hier liegt ein weites und wichtiges, aber schwieriges Feld von Untersuchungen vor, für welche als Material bis jetzt nur wenige Vorarbeiten vorhanden sind.

Als praktisches Resultat dieser Betrachtungen ergibt sich, daß von solchen elektromagnetischen Motoren ein relativ größerer Nutzeffect zu erwarten sey, bei denen eine größere Beschränkung der zu den einzelnen Elektromagneten verwendeten Eisenmassen stattfindet. Einen solchen Apparat habe ich schon im vorigen Jahre construiren lassen, der aus Eisenstäben besteht, die nur 9 Millimet. im Durchmesser und 54 Millimet. Länge haben und die mit Drähten von 0,45 Millimet. Dicke bewickelt sind, in der Art, daß zum Durchmesser der Spiralen der doppelte Durchmesser der Eisenkerne genommen ist. Die durch diesen Apparat producirte Arbeit zu messen, bin ich bis jetzt noch nicht im Stande gewesen; oberflächlich durch Hebung irgend eines Gewichtes mochte ich es nicht, und eben so wenig durch ein zu diesem Zweck construirtes Prony'sches Dynamometer, dessen Unzulänglichkeit zur Messung kleinerer mechanischer Arbeiten ich bei meinen früheren Versuchen erfahren hatte. Ich beabsichtige aber, wenn anderweitige Vorbereitungen werden beendigt seyn, solche Messungen vorzunehmen durch einen thermodynamischen Apparat, der zu diesem Zwecke bereits entworfen ist, und bei welchem die Totalität der während einer bestimmten Zeit geleisteten Arbeit durch Reibung consumirt und zur Erwärmung einer umgebenden Flüssigkeit verwendet wird. Ich habe ein um so größeres Vertrauen zum Erfolg dieser Meßmethode, als die dazu erforderlichen Apparate lange vorher entworfen waren, ehe der berühmte Schöpfer der neueren mechanischen Wärmetheorie dieselbe Idee den im vorigen Jahre in Innsbruck versammelten Naturforschern vorgelegt hatte.

Welche Art galvanischer Batterien zu den elektromagnetischen Motoren verwendet werden solle, ist für die praktische Bedeutung dieser Motoren eine Lebensfrage. Zunächst muß eine solche Batterie möglichst constant seyn und eine möglichst große elektromotorische Kraft besitzen; dann erfordert es die von uns angewandte Bewickelung mit dünnem Draht, daß die Batterie aus zahlreichen zur Kette verbundenen Elementen bestehen müsse. Wer je mit diesen immer unentbehrlicher werdenden Apparaten zu thun gehabt hat, wird die Schwierigkeiten, eine für unsere Zwecke passende Wahl zu treffen, gewiß nicht unterschätzen. Ich habe, um mich meiner Aufgabe zu erledigen, einen, wie ich glaube eigenthümlichen Weg eingeschlagen und hätte wahrscheinlich die Beschäftigung mit |353| diesen Motoren gar nicht wieder aufgenommen, wenn sich mir nicht von vornherein dieser Weg als zum Ziele führend dargeboten hätte.

Vor etwa 25 Jahren hatte ich der Akademie eine Mittheilung gemacht über die Einführung einer durch Polarisation erzeugten Contrebatterie, für solche telegraphische Leitungen welche entweder zu gut oder zu mangelhaft isolirt sind, zwei extreme Fälle, welche bekanntlich der Uebertragung telegraphischer Zeichen die meisten Schwierigkeiten darbieten. Eine solche secundäre oder Polarisationsbatterie habe ich nun schon bei meinen vorläufigen Versuchen mit Erfolg angewandt. Sie besteht nicht, wie meine frühere Contrebatterie, aus Platin, sondern ich habe dazu nach dem Vorschlage des Hrn. Planté in Paris, in starke Schwefelsäure von 1,3 specif. Gewicht tauchende Bleiplatten gewählt. Diese Polarisationsbatterie, von der ich gegenwärtig 50 Elemente, jedes zu 900 Quadrat-Centimeter wirkender Oberfläche und dennoch sehr wenig Raum einnehmend, construiren lasse, befindet sich in kleinen Guttaperchatrögen von nur 6,5 Centimet. Länge, 6,3 Centimet. Breite und 13,6 Centimet. Höhe. Aus diesen 50 Elementen werden 2 Batterien formirt, jede zu 25 Elementen, und ist die Einrichtung so getroffen, daß wenn die, zu einer Oberfläche von 2 1/4 Quadrat-Meter verbundenen 25 Elemente der einen Batterie geladen werden, die Elemente der anderen zu einer Kette verbunden auf den Motor wirken. Nach einer gewissen durch Erfahrung zu bestimmenden Zeit, geschieht plötzlich der Wechsel; die erste Batterie wird, zur Kette verbunden, in Thätigkeit gesetzt, während die zweite mit ihrer ganzen Oberfläche geladen wird. Die von Hrn. Thomson in Copenhagen vorgeschlagene Methode der abwechselnden Ladung immer nur eines Elementes, habe ich als unzweckmäßig gefunden und lieber eine dem Princip der bekannten Poggendorff'schen Wippe entlehnte Vorrichtung zur Herstellung der verschiedenen Verbindungen gewählt, obgleich es nicht leicht war, bei so vielen Elementen diesen Zweck auf bequeme und sichere Weise zu erreichen. Der Wechsel muß natürlich automatisch geschehen; bei meinen vorläufigen Versuchen wurde er durch eine elektromagnetische Vorrichtung bewirkt, die mich aber wenig befriedigte; bei der jetzt zu construirenden Batterie werde ich eine Art hydraulischen sehr einfachen Mechanismus anbringen, der zugleich eine genaue Regulirung der Perioden des Wechsels zuläßt.

Zur Ladung hatte ich mich früher zweier großplattigen Bunsen'schen Elemente bedient; ich werde diese durch eine gleiche Anzahl Grove'scher Elemente ersetzen oder noch wahrscheinlicher durch 4 großplattige Daniell'sche Elemente, um mich von der lästigen, schwer zu beseitigenden Entwickelung der salpetrigen Dämpfe zu befreien, welche die beiden ersten |354| Arten von Batterien begleiten. Hat man mehrere große Tröge, worin galvanoplastische Kupferreductionen durch den sogenannten einfachen Apparat vorgenommen werden, so können diese die Daniell'schen Batterien insofern vortheilhaft ersetzen, als man hierbei galvanoplastische Abgüsse statt der in den Batterien mehr oder weniger unregelmäßigen Kupferniederschläge erhalten kann. Es ist auch noch der Vorzug zu erwähnen, daß man hierbei nach Umständen mehr als 4 Trog-Elemente zur Kette verbinden könnte, ohne einen ökonomischen Nachtheil durch die größere relative Zinkconsumtion zu erfahren.

Die Polarisation der Bleiplatten ist zumeist der Bildung einer Schicht von Bleihyperoxyd zuzuschreiben, die sich auf der Anode bildet. Die Elemente haben eine höhere elektromotorische Kraft als die eines wohlgeladenen Bunsen'schen oder Grove'schen Elementes. Der innere Widerstand der Bleielemente ist nur gering, wegen der großen Oberfläche welche dieselben besitzen, wegen der guten Leitungsfähigkeit der angewendeten Schwefelsäure von 1,3 specif. Gewicht, und endlich wegen des geringen nur etwa 3 Millimet. betragenden Abstandes der Platten von einander. Die sonst bei secundären Batterien wahrgenommene überaus schnelle Abnahme der elektromotorischen Kraft ist bei den Bleibatterien weniger merkbar, besonders wenn der eingeschaltete außerwesentliche Widerstand nicht gar zu gering ist. Ihre Dauer hängt übrigens von der Dauer der Ladung ab; die Zeit, in welcher diese ihr Maximum erreicht, wird ermittelt werden, lieber dieses Maximum hinaus zu gehen, wäre nachtheilig, weil hierdurch der von der elektromotorischen Kraft abhängige Nutzeffect des Motors beeinträchtigt würde.

Es ist auch hier ein weites Feld der Untersuchungen offen, die weit entfernt sind, abgeschlossen zu seyn. Es handelt sich einmal, das dem Maximum des Effectes entsprechende Verhältniß der primären Batterie zu der secundären zu finden, wobei es sich sehr wohl ereignen kann, daß die fernere Untersuchung eher eine Verminderung als eine Vergrößerung der Oberfläche der secundären Elemente fordern dürfte, was übrigens durch eine geringere Ausfüllung der kleinen Tröge leicht geschehen kann, und dann ist es gar wohl möglich, daß noch andere secundäre Combinationen aufzufinden sind, die, wenn auch keine größere elektromotorische Kraft, doch eine von längerer Dauer darbieten.

Ich will mich übrigens hier sogleich gegen eine etwaige Mißdeutung meiner Ansichten verwahren. Wenn es feststeht, daß bei der Verwandlung der Wärme in mechanische Arbeit, das durch verschiedene Versuche ziemlich sicher ermittelte mechanische Aequivalent der Wärme nicht überschritten werden kann; wenn ich zugebe, daß wahrscheinlich unter allen |355| Umständen ein ähnliches Aequivalent, wenn auch noch nicht streng ermittelt, bei der Umwandlung der chemischen Processe der Batterie in Wärme und mechanische Arbeit sich geltend macht, so kann ich nicht durch Vermittelung einer secundären Batterie einen größeren Nutzeffect erzielen wollen, als die unmittelbare Anwendung der primären Batterie auf den Motor liefern würde. Ich bin von dem praktischen Gesichtspunkte ausgegangen, daß es viel bequemer ist, statt 35 Grove'scher oder Bunsen'scher oder 60 Daniell'scher Elemente nur 2 Elemente der ersteren oder 5 der letzteren Art von großer Oberfläche und dabei 50 secundäre Elemente zu verwenden, die keiner beständig zu erneuernden Ladung und keiner weiteren Sorgfalt bei ihrer Handhabung bedürfen. Es ist immer ein Gewinn, seine Aufmerksamkeit, statt sie auf eine große Anzahl von Gegenständen richten zu müssen, auf eine geringe Anzahl derselben beschränken zu können.

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