Spannung und Stromstärke
Der von der Zentrale gelieferte Strom steht (ebenso wie das Wasser in der Wasserleitung und das Leuchtgas in der Gasleitung) unter einem gewissen Druck — man sagt hier »Spannung«. Dem Einheitsmaß der Spannung hat man die Bezeichnung »Volt« gegeben. In vielen Fällen hat der Strom eine Spannung von 110 Volt; sehr häufig findet man auch 220 Volt, manchmal wiederum 65, 120, 150 oder gar 440 Volt.
Für die Leistung des Stromes ist von Belang die Menge der durchströmenden Elektrizität, man sagt »Stromstärke«, und für diese hat man als Einheitsmaß das »Ampère« geschaffen. Bei seinem Durchgange durch lange oder dünne Leitungen oder durch solche aus schlecht leitendem Material findet der elektrische Strom entsprechenden Widerstand, ähnlich wie ein Wasserstrom in engen Rohren. Der Widerstand aber setzt natürlich die Stärke des Stromes herab. Dieser Widerstand wird in »Ohm« gemessen. Spannung, Stromstärke und Widerstand stehen in einer bestimmten, einfachen Beziehung zueinander, welche durch das Ohmsche Gesetz festgesetzt ist. Danach ist die Stromstärke gleich Spannung dividiert durch Widerstand oder anders ausgedrückt: Ampère = Volt/Ohm. Daraus ergibt sich rechnerisch ferner: Ohm = Volt/Ampère.
Die Preisberechnung der Elektrizität, welche mit Hilfe eines Elektrizitätszählers erfolgt, geschieht nach »Watts« oder »Kilowatts« (= 1000 Watt), und zwar ist 1 Watt = 1 Volt × 1 Ampère. Beträgt die Spannung des Stromkreises z. B. 110 Volt, und arbeiten wir mit einer Stromstärke von 10 Ampères, so beläuft sich der Verbrauch, der nach Stunden berechnet wird, auf 110 × 10 = 1100 Watt = 1,1 Kilowatt. Hat man mit einem Netz von 220 Volt zu tun, so verbraucht man bei der gleichen Ampèrezahl 2,2 Kilowatt. Legt man den Düsseldorfer Preis von 40 Pf. für das Kilowatt zugrunde, so hat man stündlich 88 Pf. zu zahlen, gegenüber 44 Pf. in ersterm Falle.
Gleichstrom und Wechselstrom
Man hat noch eines zu beachten. Es gibt zweierlei Arten von Strom, und zwar liefert ihn die Zentrale entweder als »Gleichstrom« oder als »Wechselstrom«. Der Unterschied besteht darin, daß bei ersterm der Strom stets in der gleichen Richtung läuft, während er beim Wechselstrom außerordentlich rasch die Richtung wechselt. Bei Wechselstrom hat man fernerhin zwischen zweiphasigem und mehrphasigem Wechselstrom zu unterscheiden, welch letzterer auch »Drehstrom« genannt wird. Gleichstrom ist für Projektionszwecke viel vorteilhafter als Wechselstrom, indem die Bogenlampe bei ersterm ruhiger brennt und vor allem ein bedeutend besser auszunutzendes Licht liefert.
Bogenlampe und Widerstand
Nun zur Bogenlampe! Läßt man den elektrischen Strom in freier Luft zwischen zwei Kohlenstiften überspringen, so entsteht ein Lichtbogen von großer Helligkeit, und zwar wird die Helligkeit um so größer, je höher die Stromstärke (Ampèrezahl) ist. Diese Erscheinung erfordert eine Spannung von etwa 45 Volt bei Gleichstrom und etwa 30 Volt bei Wechselstrom. Bei geringerer Spannung kommt der Lichtbogen nicht zustande. Liefert die Stadt nun einen Strom von 110 Volt, so haben wir (bei Gleichstrom) 65 Volt zuviel, und dieser Überschuß muß vernichtet werden. Dies geschieht in der Weise, daß man den Strom durch einen langen, dünnen Nickeldraht laufen läßt, welcher den sogenannten »Widerstand« bildet. Wie groß dieser Widerstand sein muß, läßt sich mittels des Ohmschen Gesetzes berechnen. Soll die Bogenlampe z. B. mit einer Stromstärke von 10 Ampères brennen, so brauchen wir nur die zu vernichtende Voltzahl (65) durch 10 zu dividieren, um die Ohmzahl zu erhalten; also Widerstand = 65 Volt/10 Ampères = 6,5 Ohm. Für 20 Ampères ergibt sich ein Widerstand von 3,25 Ohm. Haben wir ein Stromnetz von 220 Volt, so sind 175 Volt zu vernichten, und wir brauchen bei 10 Ampères einen Widerstand von 175/10 = 17,5 Ohm; bei 20 Ampères 8,75 Ohm. Macht man den Widerstand regulierbar, so kann man, je nachdem auf eine größere oder kleinere Ohmzahl eingestellt wird, die Lampe mit verschieden hohen Ampèrezahlen, also mehr oder minder hell brennen lassen, und eine solche Anordnung ist in vielen Fällen sehr praktisch.
Der Widerstand ist eine unangenehme Beigabe des Bogenlichtes; denn er schluckt eine Menge von Strom, die nutzlos in dem Drahtwiderstand in Wärme verwandelt wird. Die Lampe selbst braucht, wenn wir deren Spannung zu 45 Volt annehmen, bei einer Stromstärke von 10 Ampères nur 45 × 10 = 450 Watt, während wir der Leitung, welche 220 Volt liefern mag, 220 × 10 = 2200 Watt entnehmen und bezahlen müssen. Haben wir mit einem Netz von 110 Volt zu tun, so werden wir bei gleicher Stromstärke nur 110 × 10 = 1100 Watt entnehmen, also die Hälfte. Es ist mithin vorteilhaft, wenn die Netzspannung niedrig ist, weil man dann einen kleinern Widerstand braucht und sich der Betrieb infolge geringern Verlustes billiger stellt. Doch sollte die Netzspannung (bei Gleichstrom) mindestens 65 Volt, bei höhern Ampèrezahlen besser etwas mehr, etwa 75 Volt betragen; denn ein kleiner Überschuß an Volts, der durch einen Widerstand vernichtet wird, ist für ein ruhiges Brennen der Lampe stets notwendig, auch wird bei zu niedriger Spannung der Lichtbogen zu kurz und reißt leicht ab. Dies ist besonders zu beachten, wenn man eine Maschine zur Selbstherstellung von Strom oder einen Umformer beschafft.