eines
Elektromagneten darstellt. Wie der Versuch zeigt und auch aus theoretischen Betrachtungen sich ergiebt, ist der
Magnetismus,
[* 2] den eine gegebene Eisenmasse annehmen kann, durchaus begrenzt; es kann also die
Steigerung derselben durch
Steigern der erregenden,
magneto-motorischen Kraft
[* 3] keineswegs, wie man anfangs annahm und noch die Formel von Lenz und Jacobi
(1839) es ausspricht, proportional der letztern sein, das Verhältnis beider muß vielmehr mit zunehmendem
Magnetismus immer
mehr abnehmen, dieser letztere einem Maximum sich nähern, also die
Kurve eine
Asymptote parallel der Abscissenachse haben.
Die Formel von
Müller (in «Poggendorfs
Annalen», 79 [1850], S. 340) nimmt hierauf Rücksicht.
Sie nähert das Gesetz durch eine Arcustangenskurve an, und dieselbe
Kurve ergeben auch die ähnlichen
Formeln von Dub,
Breguet u. a. und auch die neuerdings viel angewendete von Kapp. Sehr viel bequemer ist
die das Gesetz durch eine gleichseitige
Hyperbel
[* 4] annähernde Formel von Frölich (1881), nach welcher der
Magnetismus ^[img]
ist, worin i die
Stromstärke,
a und b dagegen Konstanten bedeuten, von denen die erstere a = c.1/s, der
Zahl s der Windungen umgekehrt proportional, nur von dieser, die letztere b dagegen nur von den Dimensionen und den magnetischen
Eigenschaften des als
Kern dienenden Gestelles abhängig ist. 1/a bedeutet dann die
Tangente an die
Kurve
im Punkte i = 0,
d. i. die
Geschwindigkeit des Ansteigens im Anfang, 1/b das bei dem betreffenden Gestell überhaupt erreichbare
Maximum des
Magnetismus. Multipliziert man oben und unten mit
s und bezeichnet die Zahl der
Ampèrewindungen: s.i mit σ, so
erhält man die vielleicht noch etwas bequemere Form: ^[img]
Keine der angegebenen Formeln stellt aber die
Kurve ihrem ganzen Verlauf nach dar; sie gelten
nur für ein gewisses Intervall.
Ein vollständiges
Bild derselben giebt nur die graphische
Darstellung wirklicher Versuchsergebnisse. (Vgl.
Kittler, Handbuch
der Elektrotechnik, Bd. 1, 2. Aufl.,
Stuttg. 1892, S. 32.) Bei der Dynamomaschine wird das Feld durch
Elektromagnete erzeugt, deren
Magnetismus
in einer Abhängigkeit von der ihn erregenden
Stromstärke oder der Ampèrewindungszahl durch die
Kurve gegeben ist; und da
andererseits bei unveränderlicher Umdrehungszahl die elektromotorische Kraft der
Maschine
[* 5] der Feldstärke, also dem
Magnetismus,
proportional ist, so übersieht man sofort die Wichtigkeit der Magnetisierungskurve für die
Theorie der Dynamomaschine,
da ihre Ordinaten, in entsprechendem Maßstabe gemessen, hiernach auch die elektromotorische Kraft dieser für eine bestimmte
Umdrehungszahl als eine Funktion der
Stromstärke, also die Charakteristik (s. d.) der
Maschine, darstellen.
Freilich hängt bei der Dynamomaschine die Feldstärke nicht nur von der
Stärke
[* 6] der Feldmagnete ab, sondern auch von
dem durch den
Strom im
Anker
[* 7] erregten
Magnetismus, der eine Verschiebung der
Pole, eine Verzerrung des Kraftlinienstroms zur
Folge hat. (S. auch
Polschuhe, Rückwirkung.)
Rein wird die durch die Magnetisierungskurve dargestellte Änderung der Stromspannung mit der
Stärke
desselben nur bei offenem äußern
Kreise,
[* 8] also ohne
Strom im
Anker, sich beobachten lassen, was wiederum
für die eigentliche oder
Hauptstrom-Dynamo die Anwendung von Fremdstrom zur Erregung des Feldes voraussetzt.
Ist aber, wie dies bei allen bessern Dynamomaschinen mit ihren kurzen, massigen
Magneten und viel
Eisen
[* 9] im
Anker, also einem
Magnetkreise von geringer Länge und großem Querschnitt und gleichzeitig nur wenig Windungen auf dem
Anker in der That der Fall ist, der
Magnetismus infolge des
Stroms im
Anker sehr klein im Verhältnis zum
Magnetismus der
Magnete
selbst, so ist die Charakteristik auch für den Fall, daß die
Maschine mit
Strom im
Anker läuft, durch die Frölichsche Formel
darstellbar.
Beispiele von Charakteristiken mit und ohne
Strom und ihre
Annäherung durch die obige Formel
giebt ein
Aufsatz von Baumgardt in der
«Elektrotechnischen Zeitschrift», 1890, S. 670.
[* 2] die Eigenschaft der
Magnete (s. d.),
Eisen oder eisenhaltige
Massen, in schwächerm
Maße auch andere Metalle
(s. unten) anzuziehen und festzuhalten. An dem als Mineral vorkommenden
Magneteisenstein (s. d.) kannte
man schon im
Altertum die Eigenschaft, kleinere
StückeEisen anzuziehen. Später entdeckte man, daß sich diese Eigenschaft
auch einem Stahlstabe durch
Bestreichen mit einem Magnetstein dauernd mitteilen ließ. Eine genauere Untersuchung lehrt nun,
daß die von einem solchen
Magneten auf das
Eisen ausgeübte
Anziehung an zwei Punkten desselben besonders
stark ist, man bezeichnet dieselben als
Pole.
Hängt man einen
Magnet an einem
Faden
[* 11] derart auf, daß die
magnetische Achse,
d. i. die Verbindungslinie der beiden
Pole, horizontal
liegt, so kommt der
Magnet, welcher sich um eine vertikale
Achse dreht, nur in einer bestimmten
Lage zur
Ruhe, so nämlich, daß die
magnetische Achse die
Richtung von Norden
[* 12] nach
Süden einnimmt. Den bei dieser
Stellung des
Magneten
nach Norden liegenden
Pol nennt man Nordpol, den nach
Süden gelegenen den
Südpol. Hängt man einen
Magnet auf die zuvor angegebene
Weise an einem
Faden auf, oder stellt man ihn auf einer
Spitze drehbar
auf und nähert die
Pole eines zweiten
Magneten den
Polen des ersten langsam aus der Ferne, so erkennt man, daß die beiden Nordpole einander abstoßen und ebenso
die beiden
Südpole, während der Nordpol des einen
Magneten den
Südpol des andern und ebenso umgekehrt anzieht,
so daß man das hierauf bezügliche Gesetz kurz so aussprechen kann: gleichnamige
Pole stoßen sich ab, ungleichnamige
Pole
ziehen sich an. Denkt man sich die Erde als einen großen
Magneten, so läßt sich die
Richtung, die eine beweglich aufgehangene
Magnetnadel nimmt, als eine Folge der magnetischen Wirkung der Erde auffassen (s.
unten). Ein in die Nähe des Pols eines
Magneten gebrachtes
StückEisen wird, wie
Äpinus um 1759 fand, ebenfalls magnetisch.
(S. Induktion,
[* 13] magnetische.)
Örsted gelang es 1820, durch elektrische
Ströme magnetische Wirkungen hervorzubringen (s. Elektromagnetismus). Wenn man
ein magnetisches Stahlstäbchen genauer untersucht, so findet man, daß die magnetische Kraft von den
Polen aus gegen die Mitte zu abnimmt, in der Mitte selbst
Null ist
(Indifferenzgürtel). Die ganze zum Nordpol
¶
mehr
gehörige Hälfte zeigt sich nordpolarisch, die ganze andere Hälfte südpolarisch. Zerbricht man jedoch einen solchen Stab
[* 15] in der Mitte, so stellt jede Hälfte sofort wieder einen vollständigen Magneten dar, der an dem einen Ende einen Nord-, an
dem andern einen Südpol und in der Mitte einen Indifferenzgürtel besitzt. In wie kleine Stücke man einen
Magneten auch zerbrechen mag, immer zeigt sich dieselbe Erscheinung. Coulomb nahm (1789) zur Erklärung der magnetischen
Erscheinungen zwei unwägbare (s. Imponderabilien) magnetische Flüssigkeiten (eine nördliche und eine südliche) an, die
im Eisen und Stahl, solange sie nicht magnetisch, in jedem Teilchen in gleicher Menge miteinander verbunden
wären.
Beim Magnetisieren derselben sollten dann diese beiden Flüssigkeiten in jedem Teilchen so geschieden werden, daß die
nordmagnetischen Flüssigkeiten in allen Teilchen nach der einen, die südmagnetischen aber nach der entgegengesetzten Richtung
gewandt wären; ein Übergang dieser Flüssigkeiten ans einem Eisen- oder Stahlteilchen in die andern benachbarten darf, wie
der erwähnte Versuch über das Zerbrechen eines Magnetstabes zeigt, nicht angenommen werden und die
magnetischen Flüssigkeiten verhalten sich also wie die elektrischen Flüssigkeiten in Nichtleitern der Elektricität.
Nur durch das Zusammenwirten aller nach einer Seite wirkenden nordmagnetischen Flüssigkeiten erhält das an dieser Seite
gelegene Ende des Stabes einen Nordpol und dnrch das Zusammenwirken aller nach der entgegengesetzten Seite
gerichteten südmagnetischen Flüssigkeiten dieses letztere Ende einen Südpol. Im weichen Eisen steht dieser Scheidung der
beiden Flüssigkeiten kein Hindernis entgegen, aber auch ebenso wenig ihrer Vereinigung, wenn sie geschieden waren.
Daher nimmt das Eisen in der Nähe eines Magneten sogleich einen starken an, verliert ihn aber augenblicklich
wieder, sobald es von ihm entfernt wird. Im Stahl dagegen tritt dieser Scheidung und ebenso der Wiedervereinigung der beiden
Flüssigkeiten ein um so größeres Hindernis entgegen, je härter derselbe ist; man nennt diesen Widerstand des Eisens und
Stahls gegen das Magnetischwerden und Entmagnetisieren Koercitivkraft oder Retentionskraft (nach
Lamont). Je kohlenfreier und weicher das Eisen, desto kleiner ist die Koercitivkraft; je härter der Stahl, desto größer
ist seine Koercitivkraft. Um einen harten Stahlstab zu magnetisieren, bedarf man daher der Einwirkung eines starken Magneten;
aber auch nach der Entfernung des letztern bleibt der Stahlstab magnetisch.
Später ersetzten die Gegner unwägbarer Materien oder Fluida diese Hypothese durch die Annahme, jeder
Magnet entstehe aus fertigen, wirr durcheinander liegenden Elementchen, die alle durch das Magnetisieren mit ihren gleichnamigen
Polen nach derselben Richtung gedreht werden, und zwar um so leichter, je kleiner die Koercitivkraft der Materie ist. Als durch
Örsted 1820 ein Zusammenhang zwischen der magnetischen und elektrischen Kraft nachgewiesen war, ging
schon im folgenden Jahre Ampere noch einen Schritt weiter und zeigte, daß alle magnetischen Erscheinungen sich erklären
lassen, wenn man elektrische Ströme annimmt, die jedes Teilchen senkrecht zur Längsachse des Magneten umkreisen. (S. Elektromagnetismus
und Elektrodynamik.)
[* 16] Die unter dem Namen Magnetismus zusammengefaßten Wirkungen übt
ein Magnet nicht nur auf Eisen
und Stahl, sondern auch auf einige andere Metalle, wie Nickel, Kobalt, Mangan u. s. w., aus; man nennt daher diese Metalle,
die von einem Magneten zufolge des in ihnen hervorgerufenen Magnetismus angezogen werden, magnetische Metalle (Paramagnete).
Magnetismus der Erde, Erdmagnetismus, die magnetische Kraft der Erde. Wird an einem beliebigen Punkt der Erdoberfläche eine
Magnetnadel frei aufgehängt, so nimmt sie stets eine ganz bestimmte Richtung an und kehrt, wenn sie aus
dieser Richtung abgelenkt wurde, mit mehr oder weniger intensiven Schwingungen allmählich in dieselbe zurück. Es kann nur
die Erde selbst sein, die der sich überlassenen Magnetnadel mit einer gewissen Kraft oder Intensität die Richtung
anweist.
Die Erde erscheint hiernach als ein gewaltiger Magnet. Da nun die ungleichnamigen Magnetpole sich anziehen, während die gleichnamigen
sich abstoßen, und da der Nordpol jeder Magnetnadel immer nach Norden weist, so ist der magnetische Südpol der Erde in nördl.
Gegenden derselben, der magnetische Nordpol in südlichen zu suchen. Doch bezeichnet der Sprachgebrauch
längst den magnetischen Pol der nördl. Halbkugel als den nördlichen und umgekehrt. Die Richtung einer um eine Vertikalachse
drehbaren Magnetnadel fällt im allgemeinen nicht mit der des astron.
Meridians des Beobachtungspunktes zusammen, sie bildet vielmehr mit ihr einen Winkel,
[* 20] der Abweichung, Deklination oder auch
Variation der Magnetnadel genannt wird. Werden die Punkte, wo die Deklination denselben Winkelwert besitzt,
durch Kurven miteinander verbunden, so überzieht sich die Erdoberfläche mit einem System sog. isogonischer Linien oder Isogonen
und zerfällt in Gebiete östl. und westl. Deklination, je nachdem
die Deklination nach Ost oder West vom astron. Meridian abweicht. Die Grenzlinien dieser Gebiete, wo die
Deklination den Wert Null annimmt, heißen Agonen oder Nullisogonen. - Eine durch die Längsachse der ruhenden Magnetnadel gelegte
Vertikalebene schneidet auf der Erdoberfläche die Linie des magnetischen Meridians aus.
Indem man wie üblich den Äquator in 360 Grade teilt und von jedem Teilpunkte mit der Magnetnadel polwärts
rückt, erhält man das System der magnetischen Meridiankurven. Läßt man endlich die Magnetnadel in der Meridianebene um
eine horizontale Achse pendeln, so neigt sie sich in der Ruhelage um einen bestimmten Winkel polwärts unter die Horizontallinie;
dieser Winkel heißt die magnetische Inklination oder Neigung. Die Verbindungslinien aller Punkte der
Erde mit gleicher Inklination heißen isoklinische Linien oder Isoklinen. Die Linie, längs der die nördl.
Inklination in die südliche übergeht, also den Wert
¶