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Beitrag zur Kenntniss der electrischen Oscillationen von sehr kurzer Schwingungsdauer.

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X. B e i t r a g x u r K e n n t n i s s d e r electrischen
O s c i l l a t i o n e n v o n sehr kurxer S c h w i n g u n g s d a u e r ;
von, A. T o e p Z e r .
(Aus den Sitzungsber. der konigl. preuss. Acad. d. Wiss. zu Berlin,
mitgetheilt vorn Hrn. Verf.)
Bei einer theilweisen Wiederholung der H e r tz’schen Versuche iiber Ausbreitung electrischer Schwingungen im Raume
wandte ich anstatt des fur diesen Zweck bisher als unentbehrlich geltenden R u h m k o r f f - Funkens den Entladungsstrom
der kleinen zwanzigscheibigen Influenzmaschine an, welche ich
Tor etwa zehn Jahren zum Experimentiren mit grossen Leydener Batterien empfohlen habe. l) Es zeigte sich, dass mit
dieser Maschine sehr rasche Schwingungen (bis etwa 700.10Gin
der Secunde) erzielt werden konnen, wie sie in gleicher Starke
bis jetzt wohl kaum beobachtet sind. Dies erreichte ich einestheils, indem ich den Primarleitern (Erregern) den Strom durch
schlecht leitende Fliissigkeitsfaden zuleitete, welche die storende
Mitwirkung der metallenen Maschinentheile ausschalten , anderntheils, indem ich sowohl bei den Primar- wie Secundarleitern giinstige Formen anwandte. Die Primarleiter bestanden
selbst bei den langsamen Schwingungen im wesentlichen aus
j e zwei nur durch die Funkenstrecke getrennten, cjlindrischen
Hohlstaben ron 4 bis 15 cm Durchmesser; ihre giinstige Wirkung beruht wohl nur darauf, dass fast die ganze Electricitatsbewegung in der Richtung der fortgepflanzten Schwingung
verlauft. Bei den Secundarleitern wurde eberifalls die giinstige
geradlinige Forin gewahlt ; dieselben sind so einzurichten, dass
die beiden getrennten metallischen Halften, jede fur sich, mit
der Grundschwingung des Primarleiters in Resoiianz stehen.
Als Beispiel der erzielten Wirkungen mag erwahnt sein,
dass ich mit zwei kleinen Primarstaben von je 14cm Lange
Secundarfunken in der grossten mir zu Gebote stehenden Ent1) T o e p l e r , Sitzungsber. vom 11. December 1879. p. 970. Vgl. auch
G . W i e d e m a n n , Lehre von der ElectricitSit, Bd. 11. p. 226. 1883, sowie
M u 11e r - P o u i l l e t - P f a u n dler’s Lehrbuch der Physik. 3. 1888-1890.
307
Electrische Oscillationen.
fernung (8 m) direct, d. h. ohne Hertz’schen Hohlspiegel beobachtete, wahrend H e r t z selbst’) mit Scaben ungefahr derselben
Lange (13 cm) unter giinstigen Umstanden Secundarfunken nur
in 1,5 m bis 2 m Entfernung erhielt. Zuweilen traten bei den
kurzeren Wellenlangen so intensive Schwingungen auf, dass
zwischen den zugewandteii Endm der Secundarstabe anstatt
der Funken ein scheinbar continuirliches , selbst bei hellem
Tage sichtbares, diffuses Licht, nach Art des Leuchtens der
C-eissler-Rohren zu Stande kam. An dieser Erscheinung ist
ohne Zweifel die rasche Folge der Influenzmascliinenfunken
betheiligt, deren bei dem betreffenden Experimente etwa 300
in der Secunde darch den Schlagraum gingen. Eine vergleichsweise benutzte Ruhmkorff-Spirale von 50 cni Lange mit
Quecksilberunterbrechung zeigte die Erscheinung nicht ; sie
iibertraf zwar in Verbindung mit griisseren Primarleitern, aber
auch nur mit diesen, die Influeiizmaschine hinsichtlich der
Lange der Secundarfunken, hinsichtlich ihrer Haufigkeit uberwog die Influenzmaschine. Nach Allem zweifle ich nicht, dass
mit den von mir benutzten Hiilfsmitteln unter giinstigeu Urnstanden in Entfernungen von 5 0 m bis G0m Hertz’sche Secundarfunken beobachtet werden konnen.
Die ausseren Merkniale der oscillatorischeii Fupken sind
bis jetzt nicht fur alle Falle richtig nngegeben worden. Die
in hohem Grade wirksamen Funken, m-elche meine Influenzmaschine liefert, sind weder laut knallend noch hell glanzend,
ihr Licht ist sogar auffallend schwitch und rothlich blau. Mit
dem Ruhmkorff-Funken haben sie das gemein, dass sie gewissen storenden Einfliissen ebenso zuganglich oder fast noch
zuganglicher sind, als dieser. Schwache Strome trockener Luft,
durch den Primarschlagraum gesandt, beeintrachtigen die oscillatorische Thatigkeit des Iiifluenzmaschinenfunkens merklich;
ein Strom yon hochstens 45 m Geschwindigkeit bringt sie fast
zum Erloschen, indem der Funken ein weissm, starker knallendes Fadchen wird. Derselbe Strom scliadigte den R u h m korff-Funken wenig, jedoch gelang es, auch ihm die Oscilla1) H e r t z , Ueber Strahien electrischer Krnft. Wed. Ann. 36.
p. 771. Ich muss erglnzend bemerken, class Hrn. Hertz’s Angabe sich
auf einen kleinen Kreisresonator bezieht, der dann bekanntlich bei jener
Untersuchung diirch einen wirksameren, yrrldlinigen Tieiter ersetzt murde.
20 .*
305
A. lbepler.
tionen zu nehmen, als ein machtiger Strom trockeiieii Kohleiisauregases mit etwa 60 Atmospharen Druck durch den
Schlagraum getrieben wurde. Die Primarfunken blieben , die
Secundarfunken verkiirzten sich bis zur Unsichtbarkeit. Blosse
Anfiillung des Schlagraumes mit wenig bewegter Kohlensaure
schadete nicht merklich. Bei sehr boch gestiinmteii (kleinen)
Erregern genugt das vorherige Anhauchen der kalten Electrodenflachen, um den nachher zwischen ihnen spielendeli Funkenstrom der Maschine minutenlang oscillationslos zu machen. Anch
der Funken meiner Inductionsspirale wird durch Anhauchen
geschadigt. Der Einfluss der Reinheit der Electrodenflachen
ist bekannt. Eine sehr bemerkenswerthe Eigenschaft des Influenzmaschinenfunkens ist die Thatsache, dass die Ausbildung
cler Oscillationen ron der Drehgeschwindigkeit der Maschine
abhiingt, deren Scheiben gewohnlich etwa 20 Rotationen in
der Secunde vollfuhren. Als ich die Drehung so verlangsamte,
dass der Strom etwa demjenigen einer einfacheii H o l t z’schen
Maschine entsprach, waren die Funken nicht mehr oscillatorisch, obwohl fur das blosse Auge eine T’eranderung ihres
hussehens nicht zu bemerlren war. Die Thatsache wiirde ganz
unverstandlich sein, wenn nicht beachtet wird, dass meine Maschine bei voller Thatigkeit in der Secuiide etwa 30qm stark
geladener Glasfache an den Spitzenkanimen voruberfuhrt.
Die vorher nur lrurz erwahnten Eigenschaften der oscillatwischen Funken gedenke ich an anderer Stelle (Wied. Ann.)
im Zusanimenhange init Spiegelbeobachtungen zu beschreiben.
Hauptzweck der vorliegenden Mittheilung ist es, zu zeigen,
dass man auch oscillatorische Funken erzielen kann , welche
yon den genannten storenden Eingriffen nicht merklich beeinflusst werden. Die Experimeiite , welche diese Moglichkeit
darthaten , diirften auch insofern von Iiiteresse sein , als sie
eine Stiitze fur die Snsicht bilden, dass die Secundarwirkungen
durch Resonanz zu Stande kommen.
Ich wurde zu den Versuchen durch die Erwagung gefiihrt,
dass es gelingeii miisse , die electrischen Eigenscliwingungen
des Primarleiters aiizuregen , indem man zwischen seineii
zugewandten Enclen die starken Funken eines Condensators iiberspringen lasst. Hierbei miissen sich die rascheren
Schwingungeii des Primarleiters den langsameren des Conden-
Electrisehe Oscillationen.
309
sators superponiren. Dass dies moglich sei, kann nach den
Beobachtungen von Oettingen') nicht bezweifelt werden. Nach
Analogie der akustischen Resonanz ist weiter zu schliessen,
dass ein auf den Erreger abgestimmter Secundarleiter von
den beiden Schwingungen hnuptsachlich nur die raschere aufnehmen w i d . Es schien mir auch moglich, die metallische
Verbindung mit dem Condensator so einzurichten, dass sic
die Grundschwingung des Primarleiters nicht stort. Wie dieser
Grundgedanke bei Experimenten mit mittlerer Wellenlange
verwirklicht wurde, ist aus der nebenstehenden schematischen
Figur zu ersehen, bei deren Beschreibung ich zugleich die
Dimensionen fur einen bestimmten Fall angebe.
1
I'
Der Strom der Influenzmaschine wird durch
metallische Zuleiter I und
I' auf die Collectorplatten
eines kleinen Doppelcondensators geleitet.
Die
kreisfdrmigen Metallplatten des letzteren haben
18 cm Durchmesser ; sie
sind durch eine mit PaF
raffin iiberzogene Glasplatte (von nur 1,smm
A
?
J
Collectorscheiben
Dicke) getrennt. 2,c undDie
c'
tragen an kurzen verstellbaren Ansatzen Entladerkugeln , welche die Funkenstrecke F'
einschliessen. Die gegenuberstehenden Condensatorscheiben C
und C sind durch Zwischenleiter a b und a'b' aus dickem Draht
oder Messingrohr mit den Staben 5 F und PA' des Erregers
dicht neben dessen Funkenstrecke F verbunden. Die hohlen
Erregerstabe sind 53 cm lang und 4 crn dick. Denselben gegenuber steht der aus zwei dunneren Hohlstaben (6 mm) gebildete
Secundgrleiter s s' , auf welchem zwei grossflachige Stanniol1) 0 e t t i n g e n , Ueber Interferenz oscillatorischer electrischer Entladungen. Wied. Ann. 34. p. 570. 1888.
2) Seit Jahren schon lasse ich auch die Glasflachen der Influenzinaschinen mit Paraffin uberziehen, was sich vorzuglich bewtihrt hat.
310
A. Toepler.
fahnen M und M (40 cm im Quadrat) mit gut leitender Verbindung verschoben werden konnen. Der Secnndarleiter ist auf
die Schwingung des Erregers gut abgestimmt, wenn der durch
die Funkenstrecke f halbirte Abstand m m' der halben Wellenk n g e entspricht, in unserem Falle also etwas mehr als die
Lange LL', namlich etwa 120cm betr%gt.*)
Werde nun der Vorrichtung iiber 1 E' continuirlich Electricitat zugefuhrt und sei der Schlagraum der Funken bei P'
(Condensatorfunken) erheblich grosser (8 mm bis 12 mm) als
der Schlagraum bei P ( 1 mm bis 2 mm), so ladet sich zuniichst
der Doppelcondensator, indeln die Influenzelectricitaten zweiter
Art im letzteren Schlagraume eine Reihe schwacher , weisser
Funken, ahnlich denen der Maassflasche, hervorrufen. Bei geniigender Potentialdifferenz auf c c' erfolgt eine Gesammtentladung, erkenntlich an zwei gleichzeitig bei P' und P auftretenden, sehr lichtstarken Funken , worauf der Process von
neuem beginnt. Bei dieser Entladung erhalt der Erreger durch
die plotzlich von C c' abfliessenden Influenzelectricitaten erster
Art einen Ladungsstoss, welcher die obengemeinte, der Beobachtung im Secundarleiter leicht zugangliche Schwingung auslost. Der starke Funken bei P ist der in betracht kommende
Primarfunken. Die vorhergegangenen, schwachen Funken sind
nicht merklich oscillatorisch. Man kann die Funkenfolge bei
sehr langsamem Gange meiner Maschine bequem verfolgeri ;
bei normaler Rotationsgeschwindigkeit erfolgten freilich der
oscillatorischen Entladungeii wohl etwa 100 in der Secunde.
Hinsichtlich der siiperponirten Bewegungen lasst sich aus den
Dimensionen schatzungsweise folgern, dass, falls die Zwischenleiter a b aus 1 mni dicken (umhiillten) Drahten von 120 cni
Lange bestehen, auf eine Schwingung des Condensators deren
mehr als 10 des Erregers stattfinden.
Man ziehe nun die Erregerstabe soweit auseinander, da:s
bei P keine Funken springen konnen; dann erscheinen nur
-1) Ein ghnlicher Secundhleiter kommt schon bei J o u b e r t und X e r v i l l e vor, (vgl. Electlotech. Zeitschr. Jahrg. lSS9. p. 489), von einer
Beziehung zur Wellenlhge ist clabei abcr nicht gesprochen, vielmehr
wird die als ,,rechtwinkliger Resonator" bezeichnete Vorrichtung unter
Znhilfenahme der GrGsse der angehiingtcn Zinnatreifen :ibgestimmt. Jene
Beziehung hat selbstverstiindlich keine sti enge Geltung.
Electrisehe Oscillationen.
31 1
bei P zahlreiche aber schwachere Funken, da jetzt der Condensator nicht geladen wird. Stellt man bei dieser Anordnung
den Secundarleiter zunachst in einer Entfernung von 1,5 m
auf, betrachtet mit einer etwa zwolfmal vergrossernden, bei f
angebrachten Lupe den mikrometrisch verstellbaren Zwischenraum der mit abgerundeten Enden einander ohne weiteres
gegenuberstehenden Secundarleiterst,abe , so sieht man jetzt
schon glanzende Funkchen, aber von sehr geringer Lange.
Diese entsprechen offenbar den Bewegungen, welche durch die
stossweisen electrostatischen Veranderungen auf den isolirten
Systemtheilen C bis 1; und C' bis L' veranlasst werden. Die
Funkchen verschwinden bei grosseren Abstanden des Secundarleiters , konnen iiberhaupt nicht zu Irrthumern fiihren, weil
der eben besprochene Process, der sie veranlasst, nicht mehr
besteht, sobald bei P und F' gleichzeitig Entlaaung stattfindet.
Ganz anders gestaltet sich nun die Sache, wenn dieser
Fall eintritt, wenn man also die Erregerstabe einander so weit
nahert, dass der Doppelfunken bei F u n d P regelmassig iibergeht. Sofort erscheinen im Schlagraume f bei vie1 grosserem
Electrodenabstande (in unserem Falle bis zu 0,5 mm) die richtigen Secundarfunken, welche schon durch ihr Aussehen einen
vollig reranderten Charakter verrathen und den mit der Influenzmaschine direct erxeugten durchaus ahnlich sind. Bei
grosserem Schlagraume f ist die Funkenfolge freilich bei beiden
Anregungsweisen unregelmassig. Die langeren Funken siud
meistens sehr lichtschwach, nur mit glanzenden Endpunkten
versehen. E s empfiehlt sich daher, die Seobachtung bei gedampftem Lichte anzustellen. Bei Verkleinerung des Schlagraumes f i s t die Funkenfolge fast ganz regelmassig. Ich habe
sie bequem bis auf 8 m Abstand des Secundarleiters vom Erreger beobachten konnen.
Dass diese Funken den Scliwingungen auf den Staben 1 ; L
entstammen, ist nicht scliwer zu zeigen. Wurde der Funken P
nach Entfernung der Erregerstabe nur zwischen den Kugeln
eines daselbst aufgestellten Funkenmikrometers ubergefuhrt,
wobei er seinen Charakter als Entladungsfunken des Doppelcondensators natiirlich durchaus nicht andert, so war in der
Secundarfunkenstrecke nichts zu sehen. Wurden nun mit dem
Funkenmikrometer die isolirten Erregerstabe seitlich in Be-
312
A. Ibepler.
riihrung gebracht , so erschien sogleich wieder die volle Wirkung. Aber schon die Thatsache, dass auf die neue Erregungsweise diejenige Abstimmung des Secundkleiters passte, welche
sich fruher aus den Beobachtungen mit der R u h m k o r f f Spirale und der direct wirkenclen Influenzmaschine experimentell ergeben hatte, scheint mir zu beweisen, dass es sicli
thatsachlich um Resonanz auf die Grundschwingung des Erregers handelt. Zur weiteren Bestatigung wurde ein Interferenzversuch im Raume (Tor ebener Metallwand nacli H e r t z )
ausgefuhrt ; zunachst wurden vom Secundarleiter die fur diesen
Zweck storenden Metallfahnen entfernt, sodass er nur aus zwei
Staben bestand, von denen jedoch j e d e r etwa die Lange L E
(die halhe Wellenlange) besitzen musste, um mit der vorherigen
Anordnung die gleiche Abstimmung zu haben. Als eine ebene,
diinne Zinkblechwand (von 2 m im Quadrat) dem Erreger gegenuber in der Entfernung von 4,2m aufgestellt wurde, verschwanden dicht vor der Wand die Secundarfunken , ergaben
5 0 c m bis 70cm vor der Wand ein deutliches Maximum (mit
Schlagweiten bis zu 0,25 mm) und ein Minimum bei etwn
120cm bis 1 4 0 c m Abstand. I n ganz denselben AbsCanden
von der Metallwand war vorher schon ein Maximum und
ein Minimum bei directer Erregung der Primarfunken durch
die Influenzmaschine oder das Inductorium gefunden worden.
E s bleibt also wohl kaum ein Zweifel, dass der Secundarleiter
aus der im Primarfunken vorliegenden Gesanimtbewegung die
dem Erreger L L' eigenthiimliche Grundschwingung durch Resoiianz aussondert.
Der mit der Vorrichtung zu erzielende Erfolg ist von den
Dimensionen der einzelnen Nebenbestandtheile inehr oder
weniger abhangig. Die Mitwirkung der Zuleiter II' und der
metallischen Bestandtheile der Maschine scheint durch die Einschaltung des Condensators in der Hauptsache ausgeschaltet
zu sein. Voii merklichem Einflusse ist, wenn die Entladerkugeln bei P' dicht a n den Collectorplatten sitzen, hauptsachlich nur die Lange der Zwischenleiter a b uiid a' b'. Diese
muss in unserem Falle 100 cni bis 120 cm betragen. Auch
mit etwas grosseren Erregern desselben Durchmessers habe
ich guten Erfolg gehabt, als ich die Zwischenleitung ungefahr
nach der halben Wellenl#nge bemaass. Der Durchmesser der
Electriselie Oscillationen.
313
Leiter muss wesentlich kleiner sein als derjenige der Erregerstabe. Ich habe Drahte von l m m nnd Rohren von 6mm
Durchmesser benutzt.
Als das hervortretende Merkmal der meines Wissens neuen
Erregungsweise ist die Thatsache zu bezeichnen, dass ihre
Wirksamkeit Storungen weit energischer widersteht, als solbst
die Ruhmkorff-Entladung. Ich konnte weder durch Anhauchen, noch durch die starksten Luftstrome den oscillatorischen Charakter der Erregerfunken P ausloschen. Ferner
hat die Erregungsweise den fur manche Falle geradezu entscheidenden Vorzug, dass die Electricitatszufuhr bei 1 und Z'
ohne ganzliches Versagen der H e r t z 'schen Wirkung beliebig
langsam erfolgen kann. Hiermit ist das Haupthinderniss beseitigt , welches der Anstellung so wichtiger Experiments mit
den einfachsten electrostatischen Hulfsmitteln bis jetzt im Wege
stand. Ich habe mit der kleinsten in meinem Besitze befindlichen Influenzmaschine und ebenso gut mit einer gewohnlichen
Winter'schen Electrisirmaschine Hertz'sche Versuche in den1
inir zu Gebote stehenden Raume ausfuhren konnen.
Dem Gesagten muss ich noch hinzufugen, dass die Dimensionen, welche ich bei der oben beschriebenen Leiterverbindung
zu Grunde gelegt habe, gerade auf die Anwendung einfacher
electromotorischer Hulfsmittel abzielen. Die Capacitaten sind
namlich so klein dass selbst bei geringer Electricitatszufuhr
noch hinreichend haufige Funken entstehen urn das Experimentiren lohnend zu machen. Hierbei erreicht die Intensitat
der Secundarwirkungen allerdings nicht diejenige Hohe, welche
sich mit der vielplattigen Influenzmaschine oder mit der Inductionsspirale bei directer Verbiiidung mit dem Rrreger erzielen lasst. Es war aber zu erwarten, dass die Condensatormethode auch nach dieser Seite alles Wiinschenswerthe zu
leisten vermag, und dass auch andere wirksame Einschaltungsweisen anwendbar sind. So habe ich z. B., um meine grossten
Primarleiter (fur etwa 3,9 m Wellenlange) iniiglichst kraftig zu
erregen, die Zuleiter 1 und I' zu den beiderseits isolirten Belegungen einer Leydener Batterie gefuhrt und diese zugleich
durch passende parallele Zwischenleiter unmittelbar mit den
Erregerstaben verbunden. Einer der Zwischenleiter enthielt
jedoch eine grosse Fuiikenstrecke als Ersatz fur P' in unserem
314
8. l’oepler. Electrisehe Oscillationen.
friiheren Schema. Auf diese Weise wurden mit meiner kleineren
Influenzmaschine mindestens ebenso grosse Secundarschlagweiten erzm-ungen, als sie unter gleichen Umstanden direct
hochstens mit einer sehr grossen (60 plattigen) Maschine oder
mit hoch beanspruchter Ruhmkorff-Spirale zu erzielen waren.
Man findet ubrigens bei Anwendung der Leydener Batterie,
dass sehr bald eine Grenze erreicht ist, bei welcher die Capacitatsvermehrung keinen Vortheil gewahrt. Zwei Erregerstabe
\-on 80 cm Lange und 15 cm Durchmesser inducirten in einem
6 m entfernten Secnndarleiter Hertz’sche Funken bis zu
0,42 mm Schlagweite, ohne jegliche Verstarkung durch benachbarte Leiterflachen. Die Funkenlange nimmt bei zunehinender
Entfernung nicht init deren Quadrat, sondern langsamer ab.
An den raschesten Schwingungen habe ich die Methode bis
jetzt noch nicht erprobt. Undenkbar ware es nicht, dass die
Erregung durch den Condensatorfunken, obgleich sie in Anwendung auf cylindrische Primarleiter von 1 m bis 2 m Gesammtlange die wirksamste zu sein scheint, bei kleineren oder
grosseren Leitern versagt; bei akustischen Anregungen kommt
j a Aehnliches vor. Da die Ruhmkorff-Spirale bekanntlich
fir Condensatorversuche durchaus nicht das zweckmassigste
Hulfsmittel ist, so kann sie auch fur die in Rede stehende
Anregungsweise wenigstens nicht ohne weiteres empfohlen
werden.
Schliesslich will ich bemerken, dass, obwohl ich in der
Mittheilung durchaus der Hertz’schen Anschauungsweise gefolgt bin, ich doch nicht verkenne, dass einzelne Thatsachen
noch genauer gepruft werden mussen, bevor sich sicher behaupten la&, dass sie im Sinne jener Anschauung erklart
werden konnen.
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