Abb. 159. Wheatstonesche Brücke.
Impedanz.
Schicken wir z. B. durch eine Drahtspule mit einem Eisenkern, also durch einen Leiter mit sehr großem Selbstpotential, einen Wechselstrom, so bietet diesem die Spule einen größeren Widerstand, als sie einem Gleichstrom bieten würde, da die Spannung des Extrastromes der des Wechselstromes entgegenwirkt. Diese Tatsache läßt sich durch ein sehr einfaches Experiment beweisen: Auf [Seite 109 u. f.] haben wir die Wheatstonesche Brücke und ihre Benützung zur Messung von Widerständen kennen gelernt. Wir schalten nun, wie aus [Abb. 159] hervorgeht, in den Stromkreis einer solchen Brücke eine mit einem Eisenkern versehene Drahtspule S, an Stelle des Vergleichswiderstandes bringen wir einen möglichst induktionsfreien Leiter, etwa einen Graphitstab, dessen Widerstand wir — nur der Bequemlichkeit wegen — annähernd gleich dem der Spule S wählen, und stellen dann den Schlitten der Brücke so, daß das Galvanoskop stromlos ist. Jetzt wissen wir, daß sich der Widerstand von S zu dem von W verhält wie die Strecke ad zur Strecke db; dabei ist es völlig einerlei, wie stark die elektromotorische Kraft in E und wie groß der Widerstand von g ist. Wir können deshalb statt des Elementes E eine magnetelektrische Maschine, die uns Wechselstrom liefert, und statt des Galvanometers ein Telephon einschalten. Das Telephon ist nämlich eines der geeignetsten Instrumente, um das Vorhandensein selbst sehr schwacher Wechselströme noch zu erkennen, indem es diese durch Ertönen anzeigt. Die Einrichtung des Telephons selbst ist am Schlusse dieses Kapitels [Seite 200] beschrieben. Wenn aber eine Drahtspule einem Wechselstrom einen größeren Widerstand entgegensetzt als ein induktionsfreier Leiter vom selben Widerstand, so ist klar, daß jetzt in unserem Wheatstoneschen Systeme die Verhältnisse gestört sein müssen, was wir daran erkennen, daß der Stromzweig cd nicht stromlos ist, wie vorhin, sondern von einem Teil des Wechselstromes durchflossen wird und das Telephon zum Ertönen bringt. Daß diese Veränderung tatsächlich auf eine Vergrößerung des Widerstandes für Wechselströme in S hinausläuft, erkennen wir daran, daß wir, um das Telephon zum Schweigen zu bringen, also um es stromlos zu machen, den Schlitten d der Brücke nach b zu verschieben müssen.
Man bezeichnet den Widerstand, den die Einschaltung einer solchen Spule den Wechselströmen bietet, zum Unterschied von dem gewöhnlichen, in Ohm gemessenen Widerstand, als die Impedanz der Spule; sie ist um so größer, je höher das Selbstpotential der Spule ist, und je rascher die Richtungsänderungen des Wechselstromes aufeinander folgen. Die Impedanz führt bei Wechselströmen hoher Frequenz zu sehr eigentümlichen Erscheinungen, die wir im sechsten Vortrage genau kennen lernen werden.
Abb. 160. Schema zum Versuch mit dem zweiphasigen Wechselstrome.
Abb. 161. Eisenring mit Magnetnadel.
Mehrphasenströme.
Nach diesen Versuchen ging Rudi dazu über, die Anwendungen der Wechselströme in der Praxis zu besprechen. Zur Erklärung des zweiphasigen Wechselstromes und des Begriffes der Phasen überhaupt hatte er sich seinen Elektromotor ([Seite 124]), der zwei Feldmagnet- und vier Ankerpole hatte, besonders hergerichtet: Er brachte auf der Achse vier Schleifringe an, je zwei verband er mit den Drahtenden eines Rollenpaares, wie aus der schematischen Zeichnung in [Abb. 160] hervorgeht. In dieser Figur sind N und S die Pole des Feldmagneten, A, A ist das eine, B, B das andere Rollenpaar, xy ist die Achse mit den vier Schleifringen α, β, γ, δ. Ferner fertigte er sich einen Ring aus Eisendraht, ähnlich dem Grammeschen Ringe ([Seite 127]). Auf diesen wickelte er vier Drahtspulen und verband je zwei einander gegenüberliegende so, wie aus dem Schema [Abb. 160] zu erkennen ist; die vier freien Drahtenden verband er mit den vier Schleiffedern. Der Ring hatte einen mittleren Durchmesser von 6½ cm und einen Querschnitt von 1 qcm. Jede Spule bestand aus etwa 40 bis 50 Windungen eines 0,5 mm starken isolierten Drahtes. Die in dem Ring verlaufenden Verbindungsstücke führte er nicht, wie in der Abb. 160 angegeben ist, durch die Mitte, sondern der inneren Ringseite entlang. In die Mitte des Ringes stellte er eine in einen Kork gesteckte Nadel, auf welcher eine Magnetnadel balancierte ([Abb. 161]). Die Feldmagnete erregte Rudi mit einem starken Akkumulatorenstrom und setzte dann mit Hilfe eines großen Übersetzungsrades den Anker in rasche Rotation. Sofort begann auch die Magnetnadel sich zu drehen. Wodurch mag nun diese Drehung verursacht werden?