stattfinden soll.
Die elektrischeEnergie wird gemessen durch das
Produkt aus
Strom und
Spannung. Da jedoch bei den heutigen Verteilungssystemen
eine konstante
Spannung zu
Grunde gelegt ist, so können wir den Energieverbrauch, wenigstens bei Gleichstrombetrieb, schon
allein aus der
Größe der Elektrizitätsmenge erkennen, welche jeweilig durch die Hauptleitungen geht. Diese
Art von
Zählern, welche die passierende Elektrizitätsmenge aufschreiben, nennt man
Coulombzähler
(Coulomb,
Einheit der Elektrizitätsmenge).
Bei Wechselstrombetrieb muß man jedoch, wenngleich auch hier die
Spannung immer die gleiche bleibt, das
Produkt aus
Strom und
Spannung zählen, um ein genaues
Bild des Energieverbrauchs zu erhalten, da bei Wechselstrom die
Phasen von
Strom und
Spannung ganz verschiedenartig gegeneinander verschoben sein können, so daß nur das
Produkt aus der gleichzeitig
herrschenden
Größe von
Spannung und
Strom dem thatsächlichen Energieverbrauch gleich ist, nicht aber das
Produkt der mittlern
Größe von
Spannung und
Strom.
Hat z. B. in einem bestimmten
Augenblick die
Spannung ihren größten Wert,
während der
Strom gerade dann gleich
Null ist, so ist der wirkliche Energieverbrauch gleich
Null, während das
Produkt aus der
mittlern
Größe von
Strom und
Spannung ein ganz andres
Resultat ergäbe.
Zähler, welche das
Produkt aus der gleichzeitig herrschenden
Größe von
Strom und
Spannung zahlen, nennt man
Wattzähler
(Watt, praktische
Einheit der elektrischen
Energie).
Die verbreitetsten Elektrizitätszähler
[* 2] sind augenblicklich noch jene von
Aron. Der
Coulombzähler von
Aron (s. Figur) besteht in einer Pendeluhr,
deren
Pendel
[* 3] einen über der vom Hauptstrom durchflossenen
Spule schwingenden Stahlmagnet trägt. Auf das
Pendel wirkt also
bei der
Bewegung nicht nur die
Schwerkraft, sondern auch noch die magnetische
Anziehung zwischen
Spule und
Magnet, und wenn letztere im
Verhältnis zur erstern klein ist, so ist die
Beschleunigung der
Uhr
[* 4] proportional dem durch die
Spule fließenden
Strome.
Die Voreilung dieses
Pendels gegen ein zweites, welches nur der
Schwerkraft ausgesetzt ist, gibt daher ein
Maß für den Stromverbrauch.
Eine jedem
Instrument beigegebene
Tabelle gibt an, wieviel Lampenbrennstunden einer
Minute Voreilung entsprechen.
In jüngster Zeit sind die beiden Uhrwerke derart miteinander verbunden worden, daß das
Zählwerk
[* 5] unmittelbar die
Größe
der Voreilung anzeigt. Der
Wattzähler von
Aron ist analog konstruiert wie der
Coulombzähler, nur tritt an
Stelle des Stahlmagnets
eine
Spule mit vielen Windungen dünnen
Drahtes, welche einen Zweigstrom (Spannungsstrom) führt. Auf diese
Weise wird durch die
Wirkung der gleichzeitig herrschenden
Größe von
Spannung und
Strom (in den beiden
Spulen) ein
Maß des Energieverbrauchs
erhalten.
Neuerdings ist ein Elektrizitätszähler von
Werner v.
Siemens konstruiert worden, welcher an Genauigkeit den AronschenZähler
noch übertrifft und den Vorteil hat, daß ein und dasselbe
Instrument sowohl für Wechselstrom wie für Gleichstrom Verwendung
finden kann. Er besteht im wesentlichen aus einem nach Art der
Elektrodynamometer konstruierten Energiemesser, dessen Zeigerausschläge
in bestimmten Zeitzwischenräumen (jede
Minute) durch eine Zählvorrichtung ihrem Wert nach auf ein
Zählwerkübertragen werden
und hier sofort die Zahl der Lampenbrennstunden angeben.
Bei dem von Bellati und Giltay angegebenen Elektrodynamometer ist ein Bündel weicher Eisendrähte
an zwei
Fäden (bifilar) so aufgehängt, daß seine
Achse senkrecht zum magnetischen
Meridian steht, und ist umgeben von einem
Multiplikatorrahmen, dessen Windungsebene mit dem magnetischen
Meridian und sonach auch mit dem Eisenbündel
einen
Winkel
[* 6] von 45° bildet.
GehenWechselströme durch die Drahtwindungen, so magnetisieren sie das Eisenbündel mit wechselnden
Polen und lenken dasselbe daher stets nach derselben
Richtung ab. Die Ablenkung, welche, falls sie nur klein bleibt, dem
Quadrat
der Stromstärke proportional ist, wird mit
Spiegel
[* 7] und Skalenfernrohr (vgl.
Magnetometer,
[* 8] Bd. 11) gemessen.
Das
Instrument ist so empfindlich, daß die schwachen
Ströme eines
Telephons schon starke Ablenkungen hervorbringen.
Abstoßung.Wird vor dem einen
Pol eines
Elektromagnets ein
Ring oder eine
Scheibe aus
Kupfer
[* 9] oder einem
andern nichtmagnetischen
Metall leicht beweglich aufgehängt und der
Magnet durch Schließen des
Stromes
in der den Eisenkern umgebenden Drahtspule plötzlich erregt, so wird der Kupferring von dem
Pol abgestoßen. Die in der
Spule
und im Eisenkern plötzlich entstehenden primären
Ströme induzieren nämlich in dem
Ring entgegengesetzt gerichtete sekundäre
Ströme (s.
Induktion,
[* 10] Bd. 8, und
Magnetelektrizität,
[* 11] Bd. 11), welche
von jenen gemäß den Prinzipien der
Elektrodynamik
[* 12] (s. d., Bd.
5) abgestoßen werden. Wird jetzt der
Elektromagnet durch Öffnen des
Stromes wieder entmagnetisiert, so sind die im
Ring induzierten
Ströme mit den verschwindenden primären
Strömen¶
mehr
gleichgerichtet, und es tritt Anziehung ein. Werden die Stromunterbrechungen in der Spule in rascher Aufeinanderfolge bewirkt,
oder schickt man durch dieselbe Wechselströme, die von einem Induktionsapparat oder einer Wechselstrom-Dynamomaschine geliefert
werden, so müßte der Ring, da er rasch hintereinander in gleichen Zeitintervallen schwache Anziehungen und Abstoßungen erfährt,
in Ruhe bleiben. Dies könnte aber nur dann der Fall sein, wenn die sekundären Ströme genau gleichzeitig
mit den primären verlaufen, wenn z. B. in demselben Zeitintervall, in welchem der primäre
Strom von Null bis zu seiner Maximalstärke ansteigt, der entgegengesetzt gerichtete sekundäre Strom von seinem Maximum bis
Null herabsinkt. Dieser genaue Synchronismus der induzierten Ströme mit den induzierenden findet aber thatsächlich
nicht statt, weil in dem Ring Selbstinduktion auftritt, indem die in seiner Masse entstehenden Extraströme (s. Induktion, Bd.
8) das Anwachsen des Induktionsstroms auf seinen Maximalwert und ebenso seine Abnahme auf Null verzögern.
Wächst z. B. die Stärke
[* 14] des induzierenden Stromes von Null bis zu ihrem Maximum, so fällt das Maximum des
induzierten Stromes mit jenem Nullwert nicht zusammen, sondern tritt etwas später ein und rückt daher dem Maximum des primären
Stromes zeitlich näher. Hierdurch wird die Zeitdauer, während welcher die Ströme entgegengesetzt gerichtet sind und sich
daher abstoßen, verlängert auf Kosten derjenigen, während welcher die gleiche Richtung der StrömeAnziehung
zu bewirken strebt; zugleich wird das Übergewicht der abstoßenden Wirkung noch dadurch begünstigt, daß während der Periode
der Abstoßung beide Ströme ihre Maximalwerte erreichen, wogegen sie in der Periode der Anziehung nur geringere Werte besitzen.
Da sonach abwechselnd während längerer Zeitabschnitte Abstoßung stattfindet, bewirkt durch stärkere
entgegengesetzte Ströme, innerhalb kürzerer Zeitintervalle aber Anziehung infolge schwächerer gleichgerichteter Ströme,
so muß die resultierende Wirkung Abstoßung sein.
Diese e. A. hat Elihu Thomson durch eine Reihe bemerkenswerter Versuche veranschaulicht. Legt man einen Kupferring auf den aus
einem Bündel weicher Eisendrähte bestehenden Kern eines aufrecht stehenden Elektromagnets und erregt
letztern durch einen starken Wechselstrom, so springt der Ring nach oben von seiner Unterlage ab. Hängt man eine Kupferplatte,
an einem Wagebalken ins Gleichgewicht
[* 15] gebracht, horizontal über dem Magnetpol auf, so steigt dieselbe bei Erregung durch
Wechselstrom beträchtlich in die Höhe.
Diese Abstoßung ist so kräftig, daß ein Kupferring, der durch Fäden in vier Punkten an die Tischplatte
geheftet ist, entgegen der Wirkung der Schwerkraft frei schwebend in der Luft erhalten wird. Zwei oder mehrere geschlossene
Stromkreise, der Einwirkung des wechselnden Magnetpols ausgesetzt, ziehen sich gegenseitig an, weil die in ihnen induzierten
Ströme die gleiche Richtung haben, und werden gemeinsam von dem Magnetpol zurückgestoßen. Eines der schönsten
Experimente von Elektro-induktive Thomson ist das folgende: Eine elektrische Glühlampe ist an die Enden einer horizontalen Drahtspule angeschlossen,
und Lampe
[* 16] und Spule schweben in einem mit Wasser gefüllten Glasgefäß über dem Kern des Elektromagnets.
Wird dieser durch Wechselströme kräftig erregt, so bringen die in der Spule induzierten Ströme die Lampe
zum Glühen, während gleichzeitig die abstoßende elektrodynamische Wirkung sich durch Emporsteigen der Lampe samt Spule
offenbart.
Die induzierende und elektrodynamische Wirkung geht durch das Glas
[* 17] und das Wasser ungehindert hindurch. Bringt man aber eine
Kupferplatte zwischen den Magnetpol und die mit der Lampe verbundene Spule, so erlischt die Lampe; die Kupferplatte
(und ebenso überhaupt jeder Leiter der Elektrizität)
[* 18] wirkt nämlich wie ein Schirm, welcher die Spulevor der induzierenden
Wirkung des Poles schützt, indem er dieselbe zu seiner eignen Induktion gleichsam absorbiert.
Bringt man ferner eine Kupferplatte über den einen Pol des von Wechselströmen erregten Elektromagnets
und nähert eine zweite, um eine Achse drehbare Kupferplatte, so gerät diese in rasche Drehung. Die feststehende Platte schützt
nämlich einen Teil der drehbaren Plattevor der Induktionswirkung; die in jener induzierten Ströme ziehen die in der drehbaren
Scheibe unsymmetrisch verteilten induzierten Ströme an und erzeugen eine Kraft,
[* 19] welche nicht durch die
Drehungsachse geht und daher Drehung bewirkt. Zwei drehbare Scheiben, von welchen jede einen Teil des Poles überdeckt, ziehen
einander an und rotieren in entgegengesetzten Richtungen.