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Die Dmpfung elektrischer Schwingungen durch eine Funkenstrecke.

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1044
8 . o d e Dampfung eEektrCscher Sckwhgwagen
durch eline Ftmkzenstrecke; voa E. Sdrnons.
8 1. I n der Telegraphie vermittelst elektrischer Wellen
ist einer der grobten Fortschritte seiner Zeit durch Einfuhrung
des moglichst ungedampften elektrischen Schwingungskreises
durch B r a u n gemacht worden. Der geschlossene Kreis dient
als Energiereservoir fur die Strahlung des Luftleiters, der gedampft sein mu8, sollen Fernwirkungen erzielt werden. Verluste durch 0 hmschen Widerstand, Strahlung und dielektrische
Hysteresis sind auch in dem geschlossenen Kreise nicht ganz
zu vermeiden, vor allem liegt aber auch in der erregendeii
Funkenstrecke eine nicht zu umgehende Dampfung. Bisher
liegen nur vereinzelte Angaben uber die Gri5Be dieser Diimpfung
vor. S o gibt Bj erknes’) nach Resonanzversuchen den einer
Funkenstrecke entsprechenden Widerstand auf 11 Ohm an,
wahrend B r a u n ihn auf einige Zehntel Ohm schatzt, wie
W i e n z ) mitteilt. Es ist jn aber selbstverstandlich, da8 sich
nicht fur alle Funkenstrecken der gleiche Widerstand ergibt,
jene Angaben sollen nur zur Bezeichnung der GrGBenordnung
dienen. Der Widerstand wird von der Funkenlange und der
Stromdichte abhangig sein. Letztere ist aber, abgesehen von
dem aufladenden Induktorium, eine Funktion der Eapazitiit
und des im Kreise vorhandenen Ohmschen Widerstandes, zugleich auch der Funkenlange selbst, da diese das Potential,
zu dem die Kapazitat a4ufgeladen wird, bestimmt. Einen
weiteren EinfluB wird die Beschaffenheit der Lnft und vielleicht
auch das Elektrodenmaterial haben.
9 2. Im folgenden sol1 nun nicht eine allgemeine Formel
f i r den Widerstand einer Funkenstrecke gesucht werden,
sondern nur eine Methode nebst einigen danach angestellten
Messungen wiedergegeben werden, durch die eine Funkenstrecke
direkt durch den Ohm schen Widerstand substituiert wird. Es
werde ein Schwingungskreis aus Selbstinduktion und Kapazitlt
1) V. Bjerknes, Wied. Ann. 55. p. 120. 1895.
2) M. W i e n , Ann. d. Phys. 8. p. 686. 1902.
Dampfuny ezektrischer Schwingungen etc.
1045
gebildet und in ihrn zwei Funkenstreckeo angeordnet. Von
diesen dient die eine zur E r r q p n g der Schwingungen, wir
wollen sie a1s Entlade-E'unkenstrecke (E.-F.-Y.) bezeichnen, die
zweite nur zur Dampfung, sie heiBe die
(D.-F.-S.).
DLmpfungs-Funkenstrecke (D.-F.-S.).
Dies wird durch die nebenstehende
Schsltung erreicht (vgl. Fig. 1).
EntkykRS.
~&np%ngsFS.
Beide Seiten der D.-F.-S.
D.-F.-S. werden L.--oo
”.,
durch Drosselspulen von dem einen
Pol des Induktoriums aufgeladen,
so da8 bis zur eintretenden Entladung
keine Spannungsdifferenz an ihr
herrscht. Oder zieht man dieE.-F.3.
Fig. 1.
so weit auseinander, da8 eine Entladung nicht mehr stattfindet, so treten auch an der D.-F.-S.
unter keinen Umstanden Funken auf. Im Momente der Entladung aber suchen uich die raschen Schwingungen durch die
D.-E'.-S. ihren Weg, die Wellenlange ist nur durch die Kapazitat und Selbstinduktion des Kreises gegeben, da die Welle,
die auch durch die Drosselspule bestimmt ist, von sehr groBer
Lange und sehr geringer Intensit% ist. Wir erhalten so eine
variable Funkenstrecke, die auf das Entladungspotential ohne
EinfluB ist und direkt durch Ohmschen Widerstand ersetzt
werden kann.
Die entstehenden Schwingungen wurden nun durch einen
Wellenmesser der Gesellschaft far Funkentelegraphie beobachtet. Es ist dies ein mijglichst ungedampfter Schwingungskreis mit variabler Kapazitat, der mit dem zu untersuchenden
System lose gekoppelt wird. Eine Windung in ihm aus kraftigem Hupfer induziert Strijme in einem weiteren Kreise, bestehend aus wenigen Windungen und 0 hm schen Widerstand.
Die Erwarmung dieses Widerstandes, zu der nur ein sehr geringer Energieaufwand im Vergleich zu der Energie des Hauptschwingungskreises erforderlich ist, wird d u d ein Luftthermometer gemessen. Der Ausschlag des Thermometers gibt ein
MaB fur die Amplitude der Welle an, welche der konstanten
Selbstinduktion und der gerade eingestellten Kapazitat des
Wellenmessers entspricht. Wegen genauerer Angaben und
Theorie des Wellenmessers mu8 auf die besonderen Veraffent-
K. S'zmons.
1046
lichungen iiber ihn hingewiesen werden. 1) Zunachst wurde
mittels dieses Apparates die Welle bei kurzgeschlossener D.-F.-S
gemessen , alsdann diejenigen bei verschiedener Lange der
D.-F.-S. , wahrend alles ubrige E.-F.-S., Induktoriumstrom,
Kuppelung des Wellenmessers konstant gehalten wurde. ScblieBlich wurde noch die Welle bestimmt bei Ersetzung der D.-P.-S.
durch passende W iderstiinde ohne Selbstinduktion. Aus den
Kurven der Wellen geht direkt hervor, ob die Forderung vernachlassigbarer Selbstinduktion durch die gewahlten Widerstande erfullt wurde.
5 3. Als Widerstandsmaterial wurde Graphit bez. Bogenlampenkohle gewahlt, die den zu stellenden Bedingungen wohl
genugen. Die Erwarmung konnte in eolchen Grenzen gehalten
werden, da3 eine groBere Veranderung durch die steigende
Ternperatur ausgeschlossen schien, auBerdem wurde der Widerstand direkt nach der Messung bestirnmt. Da3 dieser Widerstand praktisch derselbe sei fur rasche Schwingungen wie fiir
den Gleichstrom der Wheatstonebritcke, geht aus folgendem
hervor. Lord R a y l e i g h I) entwickelt den Widerstand eines
geraden zylindrischen Leiters, urn den es sich handelt, allgemein in der Form:
- -180
.1p 4 p 4 ~ ' + , . .
Hierin bedeutet R den Widerstand fur rasche Schwingungen,
R den Ohmschen, p die Anzahl der ganzen Schwingungen
pro Sekunde, p den Permeabilitatskoeffizienten , cc die LeitSahigkeit. Nun war der spezifische Widerstand des benutzten
Graphits gleich 34 600 000 (C.G.S.) gegenuber 1650 bei Kupfer,
so daB fur die erste der spater wiedergegebenen Messungen
sich folgendes ergibt:
.).
1
36 10"
A'=R. I + .
= R I+-A
1 &
. . ..
(
12
12.1Ol4
)
(
40000
WiderstLnde aus Graphit und Bogenlampenkohle wurden
also an Stelle der Darnpfungsfunkenstrecke eingesetzt und aus
den Kurven der so erhaltenen Wellen mit verschiedener
1) J. DBnitz, Elektrotechn. Zeitschr. 24. p. 920. 1903.
1) Lord R a y l e i g h , Phil. Mag. (5) 21. p. 351. 1886.
Biimpfung elektrischer Schwingungen etc.
1047
Dampfung eine neue Kurve gezeichnet, welche die maximalen
Thermometerausschkge als Funktion des zugeschalteten Widerstandes darstellt. Bus den Kurven der durch die Funkenstrecke gedampften Wellen wurden schlie6lich ebenfalls die
Fig. 2.
maximalen Werte herausgegriffen und der ihnen entsprechende
0 hmsche Widerstand aus jener Kurve abgelesen.
9 4. Dies sei an verschiedenen Beispielen erlhtert. Es
wurde ein Olkondensator von 0,0015 Mikrof. Kapazitit gewahlt
1048
K. Simons.
und mit einer Selbstinduktion zu einem Kreise vereinigt, so
daS sich Am=, = 508 m als Wellentinge ergab. Die Entladefunkenstrecke betrug 21/2, die D.-F.-S. bis 2 mm. Die Funken
waren bliulichwei6 und knallend. Die erhaltenen Hurven fur
Fig. 3.
kurageschlossene Funkenstrecke und 1 und 1*/%mm gibt Fig. 2;
bei 2 mm Funkenstrecke wurden die Thermometerausschlfge
unruhig, hervorgerufen durch zeitweises Aussetzen der Funken.
Die Kurven der Wellen bei eingeschaltetem 0 hmschen Wider-
Dampfung elektrischer Sch wingungen etc.
1049
"aphitstabchen) zeigt Fig. 3. Die Maximalwerte als
stand (GI
(Graphitstabchen)
Funk tion des Widerstandes gibt Fig. 4. Als Wideretand der
Funktion
2
0
4
6
8
1 0 1 2 1 4
Fig. 4.
Funkenstreeke yon 1 m m ergab sich 2,2 32, der l1Iam m Funkenstrecke 3,2 32.
Die Messungen waren:
WellenlLnge
in m
/I
Furikenstrecke
___
Substituierter Widerstand
kurzgeschl. 1 mm
~- ___
-~- _ _
~
400
420
440
460
470
480
4 90
500
508
510
520
530
540
550
560
570
580
1
'I2
1'12
'I.
2
4%
7
12
19' I 2
39
56
52
28
15
9
6
4
3
2
Aonnlen der Pbysik
1
2%
4'1,
8
16
28
34
32
23
11
6' I 2
4'1,
3'1,
2'1,
1' I 2
IV. Folge.
13.
68
K, S'
tmons.
1050
Die Angaben sind gemacht in den willlriirlichen Einheiten
der Thermometerskala.
Die Funkenstrecken bestanden bei diesen Versuchen au8
Zinkzylindern von 10 mm Durchmesser mit aufgesetzten Halbkugeln.
8 5. Es wurde nun bei gleichen Elektroden ein blaulicher Funken untersucht, den man in der Funkentelegraphie
als inaktiv bezeichnen wurde. Im Kreise befand sich eine
Kapazitat von 0,00188 Mikrofarad und zwar eine Leydener
Flasche mit Stanniolbelag und eine Selbstinduktion , welche die
Wellenlange Amax. auf
790m brachte. Der Entladefunken war 3 mm
lang die Dampfungsfunkenstrecke wurde von
1/2-11/z mm variiert. Die
Fig. 5.
Koppelung des Wellenmessers war eine andere, so dab die Thermometerausschlage
nicht mit denen der vorigen MeBreihe verglichen werden konnen.
Es seien nur die maximalen Amplituden angegeben (vgl. Fig, 5):
D.-Funkenstrecke kurzgeschl.,
.,A
11
11
1 ' / 2 11
11
.,,~,
Substituiert.Widerst. = 3,2 fi, A,",,,
11
,, = 5,2&?, I., ,
11
= 790, Thermorneterausschlag = 34
'/* mmlang, I . ~= ~790,
~ .
11
17
Amax. = 7901
11
,,
= 12,3
a, L,,
= 790,
= 790,
11
= 26
11
= 22
71
= 19
>,
= 25
= 790,
17
= 21
= 790,
11
= 12
Durch Interpolation ergibt sich hiernach der Widerstand
der 'I, mm-Funkenstrecke = 2,7 fi1 der 1 mm langen = 4,6 Q,
der ll/z mm langen = 6,5 a. Die Widerstande dieser Funken
liegen also bei weitem hoher als im vorigen Falle.
8 6. Es sei noch der Widerstand einer Funkenstrecke
wiedergegeben, die sich in einem Schwingungskreise befindet,
wie er in der Telegraphie mittels elektrisclier Wellen prltktisch oft zur Anwendung kommt. Der Kreis wurde gebildet
aus sechs Leydener Flaschen mit einer Kapazitat von zu-
Dampfung elektrischer Schwfngungen etc.
1051
sammen 0,0101 Mikr0f.I) und einer solchen Selbstinduktion,
da8 Amax, = 405 m betrug. Die Dampfungsfunkenstrecke wurde
aus Zinkzylindern von 5l/, mm Durchmesser gebildet. Zur
Substitution wurden Bogenlampenliohlen von 1 1 mm
Durchmesser und
95 mm Lange gewiihlt, dereii drei
maximal hintereinander geschaltet 0,36 9 Widerstand warm gemessen ergaben.
Mit einem groBon
Funkeninduktorium und Turbinenunterbrecher
betrieben ging die
Entladung uber
Fig. 6.
beide
Funkenstrecken, von denen die E.-F.-S. stets eine Lange von 151/2mm
hatte, doch nicht mehr ganz gleichmaBig vor sich, das Thermometer schwankte, und es wurden nur Mittelwerte erhalten.
Die Maximalamplituden betrugen wieder (vgl. Fig. 6) :
Rci KurzschlieSung der Funkenstrecke und Lm,,=. = 405:
Thermometerausschlag 72
2 mm Funkenstrecke
11
60
4
6
10
'2
14
11
11
11
11
11
71
11
11
11
11
?l
11
11
11
1)
55
50
48
43
43
Bei Substituierung eines Widerstandes
von 0,061 Ohm
Thermometerausschlag 53
11
11
1)
0112
0124
0136
11
11
46
11
11
19
11
39
34
1) Die Flaschen waren in den Laboratorien der Firma S i e m e n s
& H a l s k e geeicht.
68"
1052
K. S'
amons.
Eine 4 mm lange Funkenstrecke entspricht also hier erst
einem Widerstand von 0,05 Ohm und eine 13 mm lange etwa
0,16 Ohm. Es ergibt sich somit, da8 der von B r a u n angegebene Wert die richtige GroBenordnung fur die heutigen
normalen Verhaltnisse angibt. Im ubrigen scheinen die Messungen zu zeigen
1. dab der Widerstand einer Funkenstrecke urn so geringer ist, je groBer die entladenen Elektrizitatsmengen sind,
d. h. je weiBer und knallender der Funke ist;
2: da6 innerhalb der beobachteten Grenzen der Widerstand der Funkenstrecke ihrer Lange proportional wachst.
Doch milssen genauere Angaben uber diese Punkte, sowie den
EinfluS aller in Q 1 genannten Faktoren weiteren Untersuchungen vorbehalten bleiben.
6 7. Ware der Welleamesser ,tatsachlich ein ungedampftes
System und ware die Koppelung eine ideal lose, d. h. eine
Biickwirkung nicht vorhanden , so miiBten mit abnehmendem
Widerstand im erregenden System zugleich mit dessen Schwingungsamplitude auch die Thermometerausschliige des Wellenmessers bei Resonanz ins Unendliche wachsen, wahrend bei
unendlichem eingeschalteten Widerstand der Ausschlag Null
ware. Man konnte in erster Annaherung die Kurve, welche
die Abhangigkeit der Thermometerausschlage von dem eingeschalteten Widerstand darstellt, als Hyperbel auffassen;
und tatsachlich zeigen die erhaltenen Kurven hyperbolischen
Charakter. Alsdann konnte aus diesen Kurven der Widerstand berechnet werden, der den Verlusten im gegebenen
System entspricht , und der in Wirklichkeit nicht 0h m scher
Widerstand zu sein braucht, der bei einem geschlossenen
Schwingungskreis vielmehr zum grobten Teil in der E.-F.-S.
liegen wird. Man sucht nur zu den als Hyperbeln aufgefa6ten
Kurven (Figg. 4-6) die negative Abszisse, in der die Asymptote
an die Hyperbel zu ziehen ist und in der also der Thermometerausschlag unendlich werden wiirde. Dieser Widerstand
berechnet sich im ersten Beispiel zu rund 3 Ohm, im zweiten
zu 12, im letzten zu 0,34 Ohm. Diese Berechnung ist aber
natiirlich nur eine rohe Annaherung und such aus dem Grunde
nicht zulissig, weil durch Zuschaltung von Widerstand in den
Schwingungskreis auch der Widerstand der Entladefunkenstrecke
Dampfuny elektrischer Schwiitgunyen etc.
1053
sich andert, es ist also die GroBe, die berechnet werden soll,
nicht in allen Messungen als Konstante enthalten. Da aber
ein MaB fur die Dampfung irgend eines Schwingungsgebildes
dringend notwendig ist, so ware eine iiberschliigige Vergleichung
doch vielleicht auf diesem Wege zu erreichen. Denn es last
sich aussagen, daB von zwei Systemen dasjenige das gedkmpftere
ist, bei dem ein Einschalten des gleichen Widerstandes die
maximale Amplitude, die zunachst bei beiden gleich grog anzunehmen ist, weniger herabzudrucken imstande ist.
Zum Schlusse sei es mir gestattet, der Gesellschaft fur
drahtlose Telegraphie, in deren Laboratorien ich diese Messungen ausfiihren konnte, und ihrem Ingenieur Hrn, R. S c h m i d t
fur seine liebenswiirdige Unterstiitzung bei den Messungen
meinen Dank auszusprechen.
C h a r l o t t e n b u r g , Techn. Hochschule, 19. Januar 1904,
(Eingegangen 1. Februar 1904.)
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