Titel: Voller's Quadrant-Elektrometer für hohe Spannungen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1888, Band 269 (S. 250–254)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj269/ar269059

Voller's Quadrant-Elektrometer für hohe Spannungen.

Mit Abbildungen auf Tafel 12.

Auf Grund von Erfahrungen, welche A. Voller bei den im physikalischen Staatslaboratorium angestellten Messungen hoher Potentiale mit dem Quadrant-Elektrometer gemacht hat, hat derselbe in der Werkstelle von H. Schwenke in Hamburg das nach dem Centralblatte für Elektrotechnik, 1888 * S. 295, nachfolgend beschriebene Elektrometer anfertigen lassen, dessen innere Einrichtung Fig. 8 und 9 Taf. 12 erläutern.

Seine Cylinderquadranten q haben, ähnlich wie in dem Edelmann'schen Instrumente, die beträchtliche Länge von 13cm bei einem inneren Durchmesser von 6cm,2 und einem äuſseren Durchmesser von 7cm. Die Quadranten gehören zu einem aus weichem Messingbleche gebogenen und zur Beseitigung aller inneren Spannungen im Kohlenfeuer vorsichtig ausgeglühten, aufs Sorgfältigste ausgedrehten, polirten und vergoldeten Cylinder; sie sind an ihrem unteren Ende mit Flanschen auf einer Hartgummiplatte a befestigt und werden ebenso oben durch einen sie innen und auſsen umfassenden Hartgummiring b in vollkommen cylindrischer Lage erhalten. Alle Ränder der Quadranten wurden vor dem |251| Vergolden mit dem Polirstahle sorgfältig abgerundet und geglättet, um die Zerstreuung der Ladungen möglichst zu erschweren; in derselben Absicht wurden zur Befestigung der Quadranten auf der Hartgummiunterlage versenkte Schrauben verwendet, die von der Unterseite der Platte her eingeschraubt wurden, ohne die dem Inneren des Instrumentes zugewendete Fläche der Flanschen zu durchbohren. Die Schrauben wurden nach dem Festschrauben mit Chatterton-Masse vergossen und sorgfältig abgeglättet. Der Abstand je zweier benachbarter Quadranten von einander beträgt 0cm,5. Die Quadranten sind ihrerseits in einem Abstande von nur 0cm,2 von der cylindrischen Glaswand g des Elektrometers umgeben; diese letztere ist vermittels einer sie auſsen umschlieſsenden Messingfassung auf der Hartgummibasis der Quadranten festgeschraubt und wird oberhalb durch eine mit einer centralen Oeffnung versehene Messingplatte in ähnlicher Weise geschlossen. Die Zuführung der Ladungen erfolgt vermittels zweier in den oberen Rand der Quadranten eingeschraubten, den Hartgummiring durchsetzenden Kupferdrähte von 2cm Länge, welche ihrerseits die Messingdeckplatte in zwei Durchbohrungen durchsetzen; zum Abschlusse des Innenraumes und Isolirung der Kupferdrähte von der Deckplatte dienen zwei genau passende durchbohrte Hartgummistöpsel, welche von oben her über die freien Enden der Kupferdrähte übergeschoben werden. In diese freien Enden der Kupferdrähte sind Schraubengewinde eingeschnitten, welche zum Aufschrauben schmaler cylindrischer Hartgumminäpfchen K mit kupfernem Boden dienen; diese Näpfchen werden mit Quecksilber gefüllt, in welches die isolirten Zuleitungsdrähte, die am Ende auf einer kleinen Strecke von der Umhüllung befreit und amalgamirt sind, eingesenkt werden. Auf diese Weise sind alle Klemmschrauben bei der Zuleitung der Ladung mit ihren die Zerstreuung so sehr befördernden scharfen Kanten und Gewindegängen vollständig vermieden; die äuſsere Luft tritt nur an der schmalen Quecksilberoberfläche mit den zu ladenden Theilen des Instrumentes in Berührung. – Die Verbindung je zweier Quadranten unter einander wird im Inneren des Instrumentes durch leicht abnehmbare, dünne, isolirte Kupferdrahtspiralen bewirkt, dieselben werden durch feine Schräubchen mit abgerundeten Köpfen, welche den die Quadranten umfassenden Hartgummiring durchsetzen und in den oberen Rand derselben eingeschraubt sind, gehalten.

Die Nadel n des Elektrometers hat die Gestalt der bekannten Edelmann'schen, ist jedoch aus einem vergoldeten Messingbügel von 12cm,2 Länge, 5cm,6 Durchmesser und 1cm,2 Breite hergestellt. Dieselbe hängt an einem den Spiegel tragenden Schildplattstäbchen s, welches seinerseits an einem Bündel von Coconfäden hängt, welches im Torsionskopfe in gewöhnlicher Weise befestigt wird. Die Centrirung des das Fadenbündel enthaltenden Glasrohres durch drei Stellschrauben erfolgt jedoch nicht in der gewöhnlichen Weise im Torsionskopfe, sondern am unteren |252| Ende der Röhre bei c, wo dieselbe auf der centralen Oeffnung des Spiegelgehäuses der Deckplatte aufsitzt, nicht aber, wie gewöhnlich, auf- oder eingeschraubt ist. Diese Abänderung gestattet eine sehr sichere centrale Befestigung der Torsionsröhre. – Der untere Querstab der rahmenförmigen Elektrometernadel trägt in der bekannten Weise einen Platinstab, der am unteren Ende vier senkrecht zu einander stehende Platinflügel d trägt, welche in ein von unten her an die Bodenplatte anzuschraubendes cylindrisches Schwefelsäuregefäſs e eintauchen und so die Nadelschwingungen dämpfen; die Schwefelsäure hält zugleich das Innere des Elektrometers, welches somit nach auſsen hin völlig abgeschlossen ist, trocken. Die Verbindung der Nadel mit der Erde, welche bei den Arbeiten mit dem Instrumente niemals unterbrochen wird, erfolgt durch Vermittlung eines an der Innenwand des Schwefelsäuregefäſses bis zur Fassung desselben laufenden Platinstreifchens f und einer auſsen an der Fassung befindlichen Klemmschraube, in welche die Erdleitung eingeschaltet wird. – Das ganze Instrument steht auf einer conisch abgedrehten Messingplatte, welche behufs bequemer Einstellung in einem mit drei Schraubenfüſsen versehenen entsprechend gedrehten Alhidadentische drehbar ist; das Eigengewicht des Instrumentes erhält dasselbe ohne weitere Klemmung in seiner jedesmaligen Lage.

Die magnetische Armirung des Elektrometers ist aus den Figuren zu erkennen. Die Längsseiten des Nadelrahmens tragen auf der Innenseite je einen Magnetstab von 11cm,5 Länge, 1cm,2 Breite und 0cm,05 Dicke, denen im Falle des Bedürfnisses noch bis zu je sechs Hilfsmagnete von 0cm,03 Dicke hinzugefügt werden können. Das Gewicht der Nadel beträgt einschlieſslich der beiden Magnete 90g,68.

Die Nadelmagnete werden durch kleine Stellschrauben in senkrechter Lage gehalten; sie stehen so, daſs sie einander ihre entgegengesetzten Pole zuwenden. Auſserhalb des das Elektrometer einschlieſsenden Glascylinders trägt die Messingplatte, vermittels deren das Instrument in seinem kreisförmigen Träger drehbar ruht, an zwei diametral einander gegenüber stehenden Stellen, und zwar symmetrisch zu den Quadranten, zwei in geschlitzten Schraublöchern tangential etwas verstellbare prismatische Schlittenführungen h. In diesen Führungen sind die Bodenplatten i der Träger zweier äuſserer Magnete radial verschiebbar; diese Magnete sind, behufs Erreichung eines hohen und gleichförmig vertheilten Magnetismus, aus 24 einzelnen Lamellen von 2cm Breite, 11cm,5 Länge und 0cm,1 Dicke hergestellt. Die Magnete sind zum Zwecke einer scharfen Einstellung der Nadel in die symmetrische Ruhelage auch noch um eine wagerechte Achse drehbar, stehen jedoch im Allgemeinen den inneren Nadelmagneten parallel senkrecht, so zwar, daſs sie dem nächststehenden derselben mit entgegengesetztem Pole gegenüber stehen, einander selbst also auch entgegengesetzte |253| Pole zuwenden. Bei dieser Anordnung erreicht die Directionskraft ihren gröſsten Werth, der nun durch Fortschieben der Magnete in ihren Führungen von der Glascylinderwand ab sehr bedeutend herabgemindert werden kann. Eine weitere Schwächung kann noch durch Auflegen von passenden Platten aus weichem Eisen von 1 bis 4mm Dicke erreicht werden.

Das beschriebene Instrument entsprach den gehegten Erwartungen. Der Umfang der zulässigen Messungen wurde bedeutend erweitert, da die gewählte Construction ein starkes, in weiten Grenzen veränderliches und innerhalb der vorkommenden Ablenkungen homogenes magnetisches Feld lieferte. Auch zeigten eine gröſsere Zahl von Versuchsreihen die Anwendbarkeit der entwickelten Formel selbst dann noch, wenn Ablenkungswinkel bis zu 5° benutzt wurden; ebenso für den Fall, daſs statt eines Quadrantenpaares nur ein einziger Quadrant geladen wurde. Die Versuche ergaben im Uebrigen bei dem neuen Instrumente durchgehends einen mit der Stärke des Potentiales wachsenden und für die stärksten zur Verfügung stehenden Ladungen unter Umständen namentlich bei feuchter Luft bis zu 1 bis 3 Proc. anwachsenden Fehler von stets negativem Zeichen, d.h. die von dem Instrumente gemessene Potentialhöhe war um so viel geringer als die aus der Zahl der angewandten Elemente berechnete. Der Grund dieser Abweichung liegt, wie leicht zu erkennen ist, nicht in dem Instrumente als solchem, sondern darin, daſs das Quadrantenpotential in Folge der nicht vollkommenen Isolirung bezieh. der dadurch herbeigeführten Polarisation thatsächlich geringer ist, als nach der Anzahl der Elemente angenommen wird. Von der Empfindlichkeit der zur Ladung benutzten Zink-Wasser-Kupferelemente gegen Polarisationsvorgänge kann man sich leicht überzeugen. Ein nur einen Moment dauernder kurzer Schluſs der Batterie vermag z.B. die elektromotorische Kraft derselben für die nächste Minute um 10, selbst 20 Proc. herabzudrücken. Jede durch nicht vollkommene Isolation der Batteriepole bezieh. der mit ihnen verbundenen Elektrometertheile bewirkte theilweise Entladung der Batterie muſs somit eine der Intensität des entstehenden Stromes entsprechende Polarisation der Elemente zur Folge haben, so daſs also das gemessene Potential thatsächlich kleiner ist als das aus der Elementenzahl unter der Annahme einer wirklich offenen Kette berechnete.

Messungen mit Aenderung der Schwingungsdauer.

Zur Messung des Potentiales von 1200 Elementen bei starkem magnetischem Felde wurden einige Beobachtungen bei schwächerem Felde bezieh. gröſserer Schwingungsdauer benutzt.

a) V = 600 Elem. V 1 = 1200 Elem.
T = 1,983'' t 1 = 0,613''
s = 48,8 s 1 = 18,2.
|254|

Aus

folgt als berechnetes Potential V1 = 1187 Elemente; der scheinbare Fehler beträgt also – 13 Elemente oder – 1,08 Proc.

b) V = 300 Elem. V 1 = 1200 Elem.
t = 2,080'' t 1 = 0,556''
s = 13,6 s 1 = 15,3.
Aus
folgt V1 = 1190 Elemente.

Der scheinbare Fehler beträgt also – 10 Elemente oder – 0,83 Proc.

Die Mittheilung dieser wenigen Messungen, deren auch mit dem neuen Instrumente bereits eine gröſsere Zahl ausgeführt wurde, möge genügen; das Resultat war im Wesentlichen immer das gleiche.

Hinsichtlich des möglichen Umfanges der an dem jetzt ausgeführten Instrumente zulässigen Messungen bemerke ich, daſs bei Benutzung nur eines Quadranten und bei maximaler Wirkung der Magnete diejenige Ladung, welche eine Ablenkung von einem Scalentheile bei 1m,5 Abstand des Spiegels von der Scala bewirkt, etwa 650 Volt beträgt, so daſs bei Benutzung einer Scala von beiderseits 250 Scalentheilen, welche, wie besondere Beobachtungen gezeigt haben, noch durchaus zulässig ist, Potentialdifferenzen bis zu 10000 Volt gemessen werden könnten. In Wirklichkeit jedoch kann das hergestellte Exemplar des Instrumentes seiner kleinen Dimensionen wegen nicht so weit benutzt werden, da die so hohen Potentialen zukommende Funkenschlagweite den Abstand der geladenen Quadranten und ihrer Zuleitungen von den übrigen zur Erde abgeleiteten Elektrometertheilen übersteigt, so daſs zwischen denselben Funkenentladungen auftreten. Die zulässige Potentialgrenze, innerhalb deren das angefertigte erste Instrument Messungen gestattet, beträgt aus diesem Grunde nur etwa 5000 Volt. Für die im Anfange dieser Mittheilungen besprochenen Zwecke reicht dies in manchen Fällen noch nicht aus, so daſs die Herstellung eines für beträchtlich gröſsere Spannungen bestimmten Instrumentes in Angriff genommen wurde, über das ich seiner Zeit nähere Mittheilungen zu machen mir vorbehalte.

Hamburg, physikalisches Staats-Laboratorium, im September 1887.

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