[Abbildung: Fig. 199.]
^Gramme^ ersetzte die Siemens’sche Spule durch einen ^ringförmigen
Induktionsapparat^, den #Gramme’schen Ring#. Dieser besteht ^aus einem^
#Ring# von weichem Eisen, der die Gestalt eines hohlen Cylinders hat; er
ist mit isoliertem #Kupferdrahte# bewickelt, und zwar geht der Draht an
der äußeren Fläche des Ringes längs einer Cylinderkante, kehrt auf der
zugehörigen inneren Kante zurück, geht dann wieder längs der äußeren
Kante, dann längs der inneren Kante zurück u. s. f. bis der ganze Ring
bewickelt ist. Die Drahtwindungen sind in #Gruppen# abgeteilt, etwa 12
wie in der Figur, und das Ende jeder Gruppe ist mit dem Anfange der
nächsten verbunden. Von jeder Verbindungsstelle führt ein ^Drahtstück^
in der Richtung des Radius gegen die Achse des Ringes zum #Kollektor#;
dieser besteht aus Kupferstäben, die auf einem cylindrischen Holzstück
parallel zu dessen Achse isoliert eingelassen sind. Auf diesen
Kupferstreifen schleifen zwei #Kupferdrahtbürsten#, durch Federn
angedrückt, die eine oben, die andere unten. Rechts und links vom Ringe
stehen #die Pole eines kräftigen Elektromagnetes#, der durch den Strom
des Ringes selbst gespeist wird; dann erregt sich auch diese Maschine
selbst durch den remanenten Magnetismus und wirkt nach dem dynamischen
Prinzip.
Die Induktionsströme kommen auf folgende Weise zustande. Die Kraftlinien
gehen vom Nordpol in den nächstliegenden Teil des Ringes, durchlaufen
den Eisenkörper des Rings, ^ohne ihn unterwegs zu verlassen^, und
treten auf der gegenüberliegenden Seite in den Südpol über. Diejenigen
Gruppen, welche eben dem Südpol zugekehrt sind, stellen eine Drahtspule
vor, die nur am oberen und unteren Ende mit den Schleiffedern in
Verbindung steht. In jeder Windung wird also ein Strom von gleicher
Richtung induziert, und zwar immer nur auf der äußeren Seite des Ringes,
da nur dort Kraftlinien durchschnitten werden; der auf der Innenseite
des Ringes laufende Teil jeder Drahtwindung ist inaktiv. Die Gesamtheit
der Windungen dieser Ringhälfte liefert also einen Strom, der seine +
~E~ etwa nach der oberen, seine - ~E~ nach der unteren Schleiffeder
schickt. In den Windungen der anderen Ringhälfte entsteht ein Strom von
entgegengesetzter Richtung, da die Kraftlinien von der entgegengesetzten
Seite her durchschnitten werden. Da aber die Windungen dieser Seite auch
nach entgegengesetzter Richtung laufen (was sich auf der einen Seite
nach aufwärts windet, windet sich auf der andern Seite nach abwärts), so
liefert auch diese Seite + ~E~ zur oberen, - ~E~ zur unteren
Schleiffeder.
[Abbildung: Fig. 200.]
^Beide Hälften sind anzusehen als zwei Elemente, deren positive Pole zur
oberen, deren negative Pole zur unteren Schleiffeder führen, die also
auf Quantität verbunden sind^.
Da bei der Drehung die gegenseitige Stellung der Windungen stets
dieselbe bleibt, indem für jede Windung, die aus ihrer Stellung rückt,
die folgende nachrückt, und für jede Gruppe, die von der rechten Seite
oben auf die linke übertritt, auch unten eine Gruppe von der linken auf
die rechte Seite tritt, ^so ist der Strom fast gleichmäßig, nie
unterbrochen und verändert seine Stärke nicht^, wenn man gleich rasch
weiter dreht.
Wenn der Gramme’sche Ring rasch gedreht wird, so müssen seine
Eisenteile, wenn sie an den Elektromagnetpolen vorübergehen, rasch
Magnetismus annehmen und wieder verlieren; es ist aber dazu doch einige
Zeit erforderlich; deshalb hat der sich drehende Ring seine Pole nicht
gerade den Magnetpolen gegenüber, sondern im Sinne der Drehung erst
etwas später, also links etwas weiter unten, rechts etwas weiter oben.
Damit verschieben sich auch die Stellen, in denen die Induktionsströme
ihre Richtung wechseln, etwas im Sinne der Drehung. Diese Stellen nennt
man auch die neutralen Punkte. Es werden deshalb die Schleiffedern im
Sinne der Drehung etwas verschoben, möglichst genau an die neutralen
Punkte. Daß wirklich Kraft verwendet werden muß, um die Maschine zu
treiben, erkennt man leicht an dem folgenden Versuche. Verbindet man die
Pole der Maschine nicht miteinander, so geht das Umdrehen der Maschine
^verhältnismäßig leicht^; denn weil der Strom nicht geschlossen ist,
erregt sich die Maschine nicht, die Elektromagnete bleiben schwach
magnetisch, und es ist beim Umdrehen nur die ^Reibung^ zu überwinden.
Sobald man aber die Pole verbindet, fühlt man, daß nun ^viel mehr Kraft^
nötig ist; denn nun erregt sich die Maschine, #es wird ein elektrischer
Strom produziert, und gerade dazu wird die Kraft verwendet#.
Häufig benützt man nicht den ganzen Strom zur Erregung der
Elektromagnete, sondern nur einen Zweig desselben. Von der einen
Polklemme führt ein Draht zu den Windungen des Elektromagnetes und dann
zur anderen Polklemme; das ist der eine, innere Zweig, welcher den
Elektromagnet erregt. Von der einen Polklemme führt ein zweiter Draht
dorthin, wo man den Strom benützen will, und von da zurück zur anderen
Polklemme; das ist der äußere Zweig. Diese Verzweigung hat den Vorteil,
daß auch dann, wenn der äußere Kreis nicht geschlossen ist, oder wenn im
äußeren Kreise ein großer Widerstand vorhanden ist, doch der innere
Kreis geschlossen bleibt, und deshalb die Elektromagnete stets erregt
sind.
Einem umfangreichen Gramme’schen Ring kann man auch mehr Magnetpole
gegenüberstellen, muß dann auch entsprechend mehr Schleiffedern
anbringen und hat dann eine #mehrpolige# Maschine.
Man kann diese Maschine leicht den verschiedensten Zwecken anpassen.
Soll sie Ströme von hoher Spannung liefern, so bringt man im
Induktionsring viele Windungen an; da der Draht dabei ziemlich dünn
genommen werden muß, so erhöht sich der innere Widerstand. Will man
Ströme von niedriger Spannung, so genügen wenige Windungen im
Induktionsring; diese kann man dann aus dicken Drähten, dicken Stäben
anfertigen, so daß der innere Widerstand gering ist; ist dabei auch der
äußere Widerstand gering, so hat man große Stromstärke von niedriger
Spannung.
#Man mißt die Leistung einer Dynamomaschine nach Ampère-Volt.# Liefert
eine Maschine einen Strom von 1 Amp. Stärke, und ist dabei die
Potenzialdifferenz an den Polklemmen 1 Volt, so sagt man, sie liefert
ein #Ampère-Volt#, 1 ~A V~; sie ist imstande, die ganze
Elektrizitätsmenge, welche bei 1 ~A~ Stromstärke durch die eine
Polklemme hereinfließt, bei der andern Polklemme mit einer um 1 ~V~
höheren Spannung hinauszuliefern. Gibt eine andere Maschine einen Strom
von 5 ~A~ auch bei 1 ~V~, so ist, da sie eine 5 mal so große
Elektrizitätsmenge in ihrer Spannung erhöht, ihre Leistung 5 mal so
groß; ihre Leistung ist 5 ~A V~. Liefert eine 3. Maschine einen Strom
von 5 ~A~ bei 6 ~V~, so ist, da sie die Elektrizitätsmenge auf eine 6
mal so hohe Spannung bringt, oder 6 mal nacheinander die Spannung um 1
~V~ erhöht, ihre Leistung 6 mal so groß wie die der zweiten Maschine;
ihre Leistung ist demnach = 5 · 6 = 30 ~A V.~ Dies gibt den Satz: #Die
Leistung einer elektrischen Maschine wird gemessen durch das Produkt aus
Stromstärke (~A~) mal Potenzialdifferenz (~V~):#
#Leistung = Amp. Volt#.
Da bei einer Stromstärke von 1 ~Amp.~ in einer Sekunde eine
Elektrizitätsmenge von 1 ~Coulomb~ durchfließt und diese Menge in der
Spannung um 1 ~Volt~ erhöht wird, so ist die dazu erforderliche Arbeit 1
~Amp. Volt = 1 Watt~ = ¹/₉,₈₁ _kgm_. Umgekehrt muß auf eine elektrische
Maschine, welche Strom liefern soll, für jedes ~Amp. Volt~ pro Sekunde
eine Arbeit von 1 ~Watt~ = ¹/₉,₈₁ _kgm_ verwendet werden. Demgemäß
sollte eine elektrische Maschine für jede Pferdekraft einen Strom von
735 ~A V~ geben; in Wirklichkeit liefert sie ca. 600 ~A V~, die besten
liefern bis 700 ~A V~. Bedarf demnach eine Maschine 10 Pferdekräfte, so
liefert sie einen Strom von 10 · 600 = 6000 ~A V~; je nach ihrer
Einrichtung liefert sie einen Strom von niedriger Spannung (etwa 3 ~V~),
der aber dann eine große Stromstärke hat (2000 ~A~) #Quantitätsstrom#;
oder sie liefert einen Strom von hoher Spannung (100 ~V~, 500 ~V~), der
aber dann nur eine mäßige oder geringe Stromstärke besitzt (60 ~A~ bezw.
12 ~A~), #Spannungsstrom#.
Man hat an diesen Maschinen noch manche abgeänderte Konstruktionen
versucht, von denen die ^Siemens’sche Trommelmaschine^ und die
^Schuckert’sche Flachringmaschine^ genannt sein mögen, weil bei ihnen
die inaktiven Teile der Drahtwindungen möglichst vermieden sind. Man
konstruiert jetzt Dynamos von jeder gewünschten Stärke.
Aufgaben:
#107.# Eine Dynamomaschine gibt einen Strom von 60 ~Amp.~ ~à~ 80 ~V~.
Wie viel Pferdekräfte beansprucht sie, wenn 8% für innere Arbeit
verloren gehen?
#108.# Wie viel ~Amp.~ ~à~ 88 ~V~ kann eine Dynamomaschine liefern, wenn
sie 12 Pferdestärken verbraucht und 12% verloren gehen?