Rudi legte seine große Magnetnadel auf die Spitze des Gestelles, das er sich für das elektrische Flugrad ([Seite 17]) gemacht hatte, und versah deren nach Norden zeigende Spitze mit einem roten, die nach Süden zeigende mit einem weißen Papierchen, um die Bewegungen der Nadel deutlicher sichtbar zu machen. Er zeigte mit einem gewöhnlichen Stabmagnet die Anziehung und Abstoßung der ungleichnamigen und gleichnamigen Pole. Dann leitete er durch einen einfachen, zur Spirale gewundenen Draht einen starken Akkumulatorenstrom — dabei durfte er die Einschaltung eines Widerstandes (siehe [Anhang]) nicht vergessen, da es sonst einen Kurzschluß ([Seite 153]) gegeben hätte — und zeigte, daß diese Spirale die gleichen Eigenschaften aufwies, wie der Magnet. Nun ließ er von seiner Schwester den Strom ausschalten und zog die Spirale auseinander, so daß er einen gestreckten Draht in den Händen hatte, welchen er parallel über die wieder zur Ruhe gekommene Nadel hielt. Als Käthe den Strom wieder einschaltete, wurde die Nadel von ihrer Nord-Südrichtung abgelenkt. Die gleichen Versuche machte Rudi mit einigen aus vielen Windungen bestehenden Drahtspulen, wies auf die nun erhöhte Wirkung hin und erklärte, daß die Wirkung einer solchen Spule umso größer ist, je größer das Produkt aus der Zahl der Amperes und der Zahl der Windungen (Amperewindungen) ist.
Die Kraftlinien.
Um den Begriff der Kraftlinien zu erläutern, legte Rudi einen starken Stabmagneten unter einen weißen Karton, den er mit feinen Eisenfeilspänen bestreute und durch Klopfen mit dem Finger leicht erschütterte; dabei ordneten sich die Eisenspäne nach den Kraftlinien des Magneten. Solche Kraftlinienbilder hatte sich Rudi schon vor dem Vortrag mehrere hergestellt und sie durch sehr reichliches Bestäuben mit Fixativ fixiert; diese gab er nun seinen Hörern, da die Linien des anderen beim Herumgeben zu bald zerstört worden wären. Um zu zeigen, daß sich um jeden Strom, auch wenn er geradlinig verläuft, ein kreisförmiges magnetisches Feld ausbreite, steckte Rudi durch das Loch einer dünnen Messingscheibe, die er mit Eisenfeile bestreute, einen 3 mm starken Kupferdraht, mit dem er seine Akkumulatorenbatterie nur einige Sekunden kurz schloß, während er gleichzeitig die Blechscheibe etwas erschütterte; dabei ordneten sich die Feilspäne in konzentrischen Ringen um den Draht herum. (Man sei bei diesem Versuche vorsichtig, da der Draht durch den Kurzschluß bis zum Glühen oder gar Schmelzen erhitzt werden kann!) Wie sich nun diese Kraftlinien bei einer Spule so vereinigen, daß sie eine ähnliche Anordnung wie beim Magneten erhalten, erläuterte Rudi an einer Tafel, auf der das in [Abb. 83] wiedergegebene Bild aufgezeichnet war. Bei dieser Gelegenheit wies er auch darauf hin, daß die Größe der magnetischen Kraft mit der Zahl der Kraftlinien, die z. B. durch 1 qcm gehen, also mit der Dichte der Linien wächst.
Abb. 83. Verlauf der Kraftlinien in einer vom elektrischen Strome durchflossenen Drahtspirale.
Der Elektromagnet.
Für den nächsten Versuch stellte Rudi eine Spule (mit etwa 300 Windungen) so in der Nähe seiner Magnetnadel auf, daß diese, sobald durch jene ein Strom in Stärke von drei Leclanché-Elementen floß, ein wenig abgelenkt wurde. Ohne den Strom auszuschalten, schob er dann einen Eisenstab in die Spule; dadurch wurde die magnetische Kraft sofort um so viel stärker, daß die Magnetnadel ganz nach der Spule hingezogen wurde. Dabei wies er darauf hin, daß jetzt die Kraftlinien der Windungen nicht mehr allein wirken, sondern auch das Eisen selbst magnetisch machen und dieses nun eigene Kraftlinien erzeugt. Ferner erwähnte er, daß sich nicht alle Sorten von Eisen gleich stark vom elektrischen Strome magnetisieren lassen und daß weiches Eisen sich ganz anders verhalte wie Stahl. Er tauchte ein Stück eines gut durchgeglühten 3 mm starken Eisendrahtes in Eisenfeilspäne, welche nicht angezogen wurden; dann steckte er über den Draht eine kleine vom Strom durchflossene Spule, und nun wurden die Feilspäne angezogen; darauf entfernte er die Drahtrolle, und die Späne fielen herab. Denselben Versuch machte er auch mit einer stählernen Stricknadel; als er aber hierbei die Drahtspule entfernte, fielen die Feilspäne nicht herab, sondern blieben hängen. Die Erklärung dieser Vorgänge führte Rudi etwa folgendermaßen aus: Wir müssen uns die Moleküle des Eisens als mit zwei magnetischen Polen versehen vorstellen. Für gewöhnlich liegen diese kleinsten Teile gänzlich ungeordnet, so daß sie ihre magnetischen Wirkungen gegenseitig aufheben. Durch die Kraftlinien einer magnetischen Drahtspule werden die Moleküle so geordnet, daß nach der einen Richtung alle ihre nordmagnetischen Pole, nach der anderen alle südmagnetischen zeigen; dadurch summieren sich ihre Wirkungen, so daß an den Enden des Stabes der stärkste Magnetismus auftritt, wie dies ja auch beim gewöhnlichen Stahlmagneten der Fall ist. Wird der elektrische Strom unterbrochen, so fallen beim weichen Eisen die Moleküle wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück. Anders dagegen beim Stahl oder auch schon beim gehärteten Eisen. Wir wollen einmal das Stück von weichem Eisendraht, das, wie wir vorhin gesehen haben, nur so lange magnetisch blieb, als es vom Strome umflossen war, härten, indem wir es in glühendem Zustande in kaltes Wasser tauchen, und dann den Versuch wiederholen. Nun verhält es sich, wie vorhin die Stricknadel, es behält seinen Magnetismus; glühen wir es wieder aus, so verliert es ihn wieder. Vollständig verliert dagegen selbst das weichste Eisen den ihm einmal beigebrachten Magnetismus nicht; der zurückbleibende Rest wird remanenter Magnetismus genannt. Darüber werden wir im nächsten Vortrag noch ausführlicher sprechen.
In dem nächsten Versuch erläuterte Rudi die Beziehung zwischen Stromrichtung und Magnetpol. Er stellte einen Elektromagneten so weit von der großen Magnetnadel auf, daß diese gerade noch deutlich sichtbar abgelenkt wurde. In den Stromkreis der Drahtspule hatte er den Kommutator eingeschaltet, mit dessen Hilfe er — nachdem er ihn zuvor kurz beschrieben hatte — die Stromrichtung änderte. Dadurch wurde die vorhin angezogene Nadelhälfte jetzt abgestoßen, und die andere strebte nun dem Elektromagneten zu. Rudi wies darauf hin, daß die Bezeichnung der Pole von der Stromrichtung abhinge und zeigte diese Tatsache auch an dem Vertikalgalvanoskop, dessen Zeiger bei der einen Stromrichtung nach rechts, bei der anderen nach links hin ausschlug. An dieser Stelle erwähnte Rudi auch die Amperesche Schwimmerregel: Denkt man sich in dem Draht der Magnetisierungsspirale in der Richtung des positiven Stromes schwimmend, so daß man mit dem Gesicht dem Magnetstab zugewendet ist, so muß dessen Nordpol zur linken Seite des Schwimmers entstehen.
Über einige praktische Anwendungen des Elektromagneten, wie elektrische Klingel, Telegraph u. s. w. werden wir im nächsten Vortrage hören; jetzt wollen wir noch die Wirkungsweise der einzelnen Meßinstrumente genauer kennen lernen.
Die Wirkungsweise der Messinstrumente.