Elektromagnete, welche auf der Innenseite eines trommelartigen Gehäuses ebenfalls in sternförmiger
Anordnung befestigt sind.
Bei dieser
Maschine
[* 2] werden die
Wechselströme in den feststehenden
Spulen erzeugt, was den Vorzug hat, daß zu ihrer
Ableitung
weder Kontaktringe noch schleifende
Bürsten erforderlich sind. Ähnlich konstruiert sind die Wechselstrommaschinen von
Weston
und
Möhring. Auch
Siemens und
Gramme, die Erfinder der ersten dynamoelektrischen
Maschinen zur Erzeugung
gleichgerichteter
Ströme, haben Wechselstrommaschinen gebaut;
Gramme unter Benutzung seines zu einem Hohlcylinder ausgebildeten
Ringes, den er feststellt, und innerhalb dessen er einen dem Lontinschen nachgebildeten
Kranz von
Elektromagneten mit abwechselnder
Polarität sich drehen läßt.
Die Zuleitung des
Stroms geschieht mittels zweier auf die
Achse isoliert aufgesetzter Ringscheiben. Als
Erreger für die
Elektromagnete dient entweder eine selbständige
Gleichstrommaschine oder ein auf der
Achse der
Maschine befestigter
Ringinduktor.
Siemens u.
Halske haben ihre Wechselstrommaschinen nach dem Allianceprinzip konstruiert; doch verwenden auch
sie statt der permanenten
MagneteElektromagnete, welche in zweiKränzen trommelartig einander gegenüberstehen;
zwischen den
Polen, die sowohl neben- als gegeneinander abwechseln, dreht sich eine
Scheibe mit den Ankerspulen, deren Wickelung
ebenfalls in der
Richtung wechselt.
Die
Spulen zeichnen sich durch die völlige
Abwesenheit der Eisenkerne aus, wodurch bei der gewählten
Anordnung der
Pole ein
gewisser Kraftverlust, der aus dem häufigen
Wechsel derPolarität in den Eisenkernen entspringen würde,
ohne große Einbuße am
Effekt vermieden wird. Die beiden zuletzt erwähnten Wechselstrommaschinen sind in den
Figuren 15 und 16 (Tafel
II) abgebildet; in letzterer ist die
Siemens u. Halskesche Wechselstrommaschine in
Verbindung mit einer kleinen Erregermaschine
für Gleichstrom dargestellt.
Ganz ähnlich konstruiert wie die Siemenssche ist die Wechselstrommaschine von Ferranti-Thomson. Die
Erzeugung des magnetischen
Feldes geschieht hier ebenso wie dort durch zwei
Kränze fester
Elektromagnete, welche so angeordnet
sind, daß jedem
Nordpol ein
Südpol zur Seite und gegenübersteht; dagegen besteht die
Armatur aus zickzackförmig gebogenen
Kupferstreifen. Zu erwähnen bleibt schließlich noch die Wechselstrommaschine von
Gordon, welche wegen
ihrer riesigen Größenverhältnisse und der damit zusammenhängenden gewaltigen Leistungsfähigkeit Aufsehen erregt hat.
In derselben werden, wie bei Lontin, die induzierenden
Elektromagnete bewegt, während die Armaturspulen feststehen; die Anzahl
der
Spulen ist doppelt so groß als diejenige der bewegten
Elektromagnete.
Sämtliche
Wirkungen eines
Magnets lassen sich aus der
Annahme erklären, daß der
Magnet unaufhörlich
von elektrischen
Strömen umflossen sei, welche, vom
Südpol S
[* 1]
(Fig. 1) aus gesehen, in der
Richtung des Uhrzeigers kreisen
(AmpèresTheorie des
Magnetismus, s.
Elektrodynamik).
[* 8] Da der
Magnet hiernach einer vom
Strom durchflossenen Drahtspule
gleich zu achten ist, so muß er in einem geschlossenen
Leitungsdraht, wenn er in der
Nähe desselben bewegt wird, elektrische
Ströme hervorrufen (induzieren), welche denselben
Gesetzen unterworfen sind wie die von wirklichen Stromleitern erzeugten
Induktionsströme (s.
Induktion).
[* 9]
Man nennt diesen Vorgang
Magnetinduktion. Schiebt man z. B. in die hohle Drahtspule A
[* 1]
(Fig.
2), deren Drahtenden durch das
Galvanometer
[* 10] M geschlossen sind, den Magnetstab NS ein, so zeigt die Ablenkung der
Magnetnadel
des
Galvanometers sofort einen die Drahtwindungen durchfließenden
Strom an, welcher die entgegengesetzte
Richtung hat wie die
Ströme, von welchen wir annehmen, daß
sie denMagnet umkreisen. Dieser »induzierte«
Strom dauert aber nur
so lange, als der
Magnet in
Bewegung ist; bleibt derselbe ruhig innerhalb der
Spule, so kehrt die
Nadel nach einigen
Schwingungen
in ihre Ruhelage zurück.
Zieht man jetzt den
Magnet wieder aus der
Spule heraus, so entsteht in letzterer ein ebenfalls nur ganz kurz dauernder
Strom,
welcher mit den den
Magnet umkreisenden
Strömen gleichgerichtet ist und daher die
Magnetnadel nach der
entgegengesetzten Seite wie vorhin ablenkt. Der beim Annähern des
Magnets induzierte
Strom wirkt nach den
Gesetzen der
Elektrodynamik
(s. d.) abstoßend auf den
Magnet, der beim Entfernen induzierte dagegen anziehend; der Induktionsstrom setzt also der jeweiligen
Bewegung des
Magnets einen
Widerstand entgegen, zu dessen Überwindung eine gewisse Arbeitsmenge aufgewendet
werden muß, welcher die
Energie des erzeugten Induktionsstroms entspricht.
Nicht nur in geschlossenen Drahtwindungen, sondern auch in jedem massiven
Leiter, gegen welchen ein naher
Magnet seine
Lage
irgendwie ändert, werden stets
Ströme von solcher
Richtung induziert, daß die elektrodynamische
Wirkung
zwischen ihnen und dem
Magnet eine der wirklichen entgegengesetzte
Bewegung hervorzubringen strebt. Läßt man z. B. einen
wagerecht aufgehängten Magnetstab innerhalb einer feststehenden kupfernen
Hülse
[* 11] schwingen, so wirken die in der
Hülse von
ihm hervorgerufenen
Ströme hemmend auf seine
Bewegung ein, und er kommt weit eher zur
Ruhe,
als wenn man ihn frei schwingen ließe; von diesem Mittel zur Dämpfung der Schwingungen eines Magnetstabs wird bei GalvanometernGebrauch gemacht. Ebenso wirkt ein feststehender Magnet, in dessen Nähe ein Leiter bewegt wird, auf die Bewegung des letztern
hemmend ein. Führt man z. B. ein Messingblech zwischen den Polen eines starken Elektromagnets hindurch,
so fühlt man einen Widerstand, als wenn man durch eine zähe Substanz, wie Käse, hindurchschnitte. Die Bewegungsenergie, welche
der bewegte Leiter durch diesen »magnetischen Reibungswiderstand« verliert, wird
wie bei der gewöhnlichen Reibung
[* 13] in Wärme
[* 14] verwandelt: der bewegte Leiter erwärmt sich.
Die Rückwirkung der in einem bewegten Leiter durch einen Magnet induzierten Ströme vermag sogar den letztern
in Bewegung zu setzen, was durch folgenden Versuch nachgewiesen wird. Über einer wagerechten Kupferscheibe, welche durch eine
Zentrifugalmaschine in rasche Umdrehung versetzt werden kann, hängt eine in wagerechter Ebene drehbare Magnetnadel. Wird nun
die Kupferscheibe in hinreichend rasche Drehung versetzt, so dreht sich auch die Magnetnadel in demselben
Sinn wie die Scheibe. Arago bezeichnete diese Erscheinung mit dem NamenRotationsmagnetismus. Auch der Erdmagnetismus vermag in
einem bewegten LeiterStröme zu induzieren. Als Erdinduktionsapparat
[* 12]
(Fig. 3) kann ein kreisförmiger Rahmen MN mit möglichst
großem Durchmesser dienen, auf dessen Umfang zahlreiche Windungen übersponnenen Kupferdrahts gewickelt
sind, und welcher um eine wagerechte Achse drehbar ist. Steht diese Achse senkrecht zum magnetischen Meridian und die Ebene des
Rahmens senkrecht zur Inklinationsrichtung (s. Magnetismus, S. 87), und läßt man die Achse rasch eine halbe Umdrehung machen,
so beobachtet man an einem eingeschalteten Galvanometer einen Induktionsstrom, dessen Stärke
[* 15] der des Erdmagnetismus
proportional ist.