Ferdinand BRAUN : 
"Ueber ein Verfahren zur Demonstration 
und zum Studium des zeitlichen Verlaufes variabler Ströme", 

Annalen der Physik und Chemie, 
Leipzig, Band 60, Heft 1, 1897.



Notice en préparation

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MAUVIARD, F. et FRICK, G., Ferdinand Braun. Itinéraire d'un Nobel cathodique, Livret de l'exposition, Association pour les Musées des Sciences de Strasbourg, Strasbourg, 1997.


 

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    1. Die im Folgeniden beschriebene Methode benutzt die . Ablenkarbeit der Kathodenstrahlen durch magnetische Kräfte. Diese Strahlen  wurden in Röhren erzeugt, von deren einer ich die Maasse angebe, da mir diese die im allgemeinen günstigsten zu sein scheinen (Fig. 1). K ist die Kathode aus Aluminiumblech, A Anode, C ein Aluminiumdiaphragma: Oeffnung des Loches = 2 mm. D ein mit phosphorescirender Farbe überzogener Glimmerschirm. Die Glaswand E muss möglichst  gleichmässig und ohne Knoten, der phosphorescirende Schirm so angebracht sein, dass man durch das Glas und den Glimmer hindurch den von den Kathodenstrahlen hervorgebrachten Fluorescenzfleck sellen kann. - Für manche Versuche ist es zweckmässig, den Glimmerschirm unter 45° gegen die Rohraxe zu stellen. - Es empfiehlt sich, um das Rohr in der Nähe des Diaphragmas Stanniol zu wickeln, welches zur Erde geleitet ist (besser noch würde voraussichtlich directe Ableitung des Diaphragmas wirken)1).

    Die Röhren hatte Hr. Franz Müller (Dr. Geissler's Nachfolger) in Bonn die Freundlichkeit in bekannter vorzüglicher  Weise herzustellen und können solche von ihm bezogen werden.

    Die Kathodenstrahlen wurden erzeugt meist mit einer 20plattigen Töpler'schen Influenzmaschine; für viele Versuche genügt  auch ein rasch spielender Inductionsapparat. Eine in den Kreis geschaltete variable Funkenstrecke gestattet die je günstigste Entladungsart aufzusuchen.

    Schiebt man an das Rohr in der Nähe des Diaphragmas eine kleine Magnetisirungsspule, welche Indicatorspule genannt werden soll, ihre Axe etwa senkrecht zur Robraxe gestellt und lässt dieselbe von Strom durchfliessen, so wird der Lichtfleck, wie bekannt abgelenkt. Ein Wechselstrom versetzt ihn in Schwingungen.

    Man wird bei diesem Verfabren sicher frei von Eigennschwingungen des anzeigenden Apparates unid voraussichtlich auch  von Trägheit. Wenigstens ist, bis zum Beweis des Gegentheiles - welches nachzuweisen sehr interessant wäre - anzunehmen, dass letztere sich höchstens in Zeiträumen geltend  machen könne, die sich bemessen aus Lichtgeschwindigkeit und lineareni Dimensionen des Rohres. Ein sehr grosser Vortheil ist ausserdem die gleichmässige Beweglichkeit des Kathodenstrahles nach allen Richtungen einer Ebene. Ein Nachtheil liegt in der Intermittenz der Kathodenstrahlen. Dieser letztere haftet den von Fröhlich 2) (Telephonmembranen) und Puluj 3) (elastische Stäbe) angegebenen Methoden nicht an; aber das Vertrauen, welches man ohne weitere Discussion von Fehlerquellen zu den Angaben des hier vorgeschlagenen Verfahrens haben kann, ist für manche wisssenschaftliche Zwecke doch von grosem Vortheil.

    Ich beschreibe einige Versuche.

    Schwingungsform von Strömen.

    Die Curven sind nach dem Aussehen im rotirenden König'schen Spiegel gezeichnet.

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    Fig. 2a giebt die Schwingungsform des Wechselstromes der Strassburger Centrale (50 ganze Schwingungen pro Secunde). Der Strom wurde nach Abschwächung auf ein halbes Ampère (mittels vorgeschalteter Glühlampe) durch eine Spirale von 50 mm Länge, 22 mm äusserem, 10 mm innerem Durchmesser mit eingeschobenem Eisenkern geleitet. Die Spule liegt horizontal; ihre Axe, senkrecht zur Rohraxe, schneidet das phragma. Amplitude der Curven 2-4 cm; nach Belieben auch darüber.

    Die Curve ist überraschend sinusartig; Fig. 2 b von einer Stimmgabel geschriebene, entsprechend   vergrösserte Curve. Sie ist als punktirte noch in 2a fortgesetzt.

    Fig. 3 und 4 beziehen sich auf einen ebenso gestellten kleinen Inductionsapparat mit Platinunterbrecher (Länge der Spule 75 mm).

    Fig. 3 a giebt die Schwingungsform des primären Kreises (secundärer Kreis offen).

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    Der aufsteigende Ast ab wird so rasch   zurückgelegt, dass er wegen zu geringer Lichtstärke schwer erkennbar ist.   bg ist offenbar der Theil des Oeffnungstromes, während dessen der Oeffnungsfunken noch Contact giebt.Die horizontale, hellste Strecke entspricht der  Stromlosigkeit.

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    Fig. 3 b zeigt die Schwingungsform, wenn der secundäre Kreis metallisch geschlossen ist, der dann gleichzeitig Kathodenstrahl wirkt. Die Amplitude wird etwa 2 1/2 mal kleiner, die Schwingungsform sinusartiger.

    Fig. 3 c   erläutert die electrischen Vorgänge, wenn der secundäre Kreis durch einen Paraffinpapiercondensator (wie in  grôsseren Inductionsapparaten sich befindet) geschlossen ist. Seine Capacität habe ich nicht bestimint. Ein Urtheil dieselbe ergiebt sich daraus, dass beim Laden mit dem (120 voltigen) Wechselstrom der Centrale eine eingeschaltete Glühlampe auf dunkle Rothgluth sich erhitzt.

    Die Figuren zeigen die relative Lagerung der Curven. Es ergiebt sich aus ihr: Bei ungeschlossenem secundärem Kreise wird der Eisenkern des Inductionsapparates nach jeder Unterbrechung wieder unmagnetisch; metallische Schliessung des secundären Kreises bewirkt, dass der Kern dauernd magnetisch bleibt; Einschalten des Condensators, dass derselbe durch den Entladungsstrom des letzteren ummagnetisirt wird.

    3. Lissajous'sche Curven. - Der Wechselstrom geht durch eine vertical über das Diaphragma gestellte Spule; unterbalb der Röhre wird ein kleiner Magnetstab (100 mm lang, 14 min 6 mm dick) in einer Horizontalebene in Rotation versetzt. Mit wachsender Rotationsgeschwindigkeit beschreibt der leuchtende Punkt die verschiedensten Lissajou'sschen Curven; doch sind nur einige derselben hinreichend ruhig, um bezufriedigend zu erscheinen (z. B. 2 : 1). Auf unisono konnte ich die Rotationsgeschwindigkeit des Magneten mit meiner Vorrichtung nicht bringen.

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    4. Erläuterung von Phasenverschiedung des Stromes gegen die electromotorische Kraft infolge von Induction und Condensatorwirkung.

    Der Wechselstrom der Centrale durchläuft 1-6 parallel geschaltete Glühlampen, um seine Stärke zwischen 0,5 und 8 Amp variiren zu können. Er fliesst ferner durch eine Indicatorspule welche den Kathodenstrahl horizontal schwingen lässt (Richtung 1 der Fig. 5) und endlich durch den primären Kreis des erwähnten kleinen Ruhmkorff, dessen Unterbrecher festgestelIt ist. Der secundäre Kreis des Apparates versorgt eine feindrähtige Spule (70 mm lang, 30 mm Dirchmesser) mit eingelegtem Eisendrahtbündel, die als zweite Indicatorspuls dient und den Lichtzeiger in verticaler Richtung oscilliren (vgl. die ähniliche Anordnuing Fig. 6 d); er geht dann zu einem Umschalter, welcher gestattet entweder die Spule eines Helmholtz'schen Schlittenapparates oder einen grossen inductionsfreien Widerstand einzuschalteln. (Die Versuchsbedingungen würden besser so gewählt sein, dass an Indicatorspulen zwei gleiche und von zwei gleichen secundären  Spulen gleichphasig gespeiste Rollen benutzt würden.)

    Fig. 5 a zeigt die Phasenverschiebung des secundären Kreises gegen den primären Wechselstrom. Eingeschaltet ist ausser den unumgänglichen zwei Spulen ein inductionsfreier   Widerstanid von 353 W.

    Fig. 5 b giebt die Phasenänderung, wenn derinductionslose  Widerstand durch einen inductiven von gleichem Ohm'schen  Widerstand ersetzt ist. Die Constanten desselben waren

    Ohm'scher Widerstand = 353 W.,
    Selbstinductionscoefficient = 0,83. 10² cm,
    Schwingungszahl des Stromes = 50 sec¯¹,
    daher die Inductanz = 258
W
    und der scheinbare Widerstand (Impedanz) = 437 W..

   Wird in den inductiven Widerstand ein EisendrahtBündel eingeschoben, so entsteht die Curve 5 c; Fig. 5 d, wenn nun noch dem inductiven Widerstand der früher erwähnte Condensator parallel geschaltet wird; Fig. 5 e, wenn die Spule entfernt ist und nur der Condensator sich im Kreis befindet. Sie zeigt ausser der Phasenverschiebung die Ueberlagerung einer etwa dreimal schnelleren Condensatorschwingung.

    5. -Phasenverschiebung durch Polarisation. (4) Der auf 0,5 Amp. reducirte Wechselstrom gabelt sich in zwei gleiche Indicatorsulen der sub 1 angegebennen Maasse. Sie sind senkrecht gegeneinannder gestellt.

    Man schiebt die Spulen nach Einschalten von gleichen  Ballastwiderständen in beiden Zweige so, dass die Lissajous'sche Figur in eine gerade Linie unter 45° Neigung gegen den Horizont übergeht.

    Fig. 6 giebt einige Resultate; l bez. r in Fig. 6 a geben Bewegung des Punktes durch die im linken. bez. rechten Zweig  gelegene Spule (Fig. 6 d); im linken Zweig kann durch eine Wippe entweder ein unpolarisirbarer ZnSO4 -Widerstand oder  der gleich grosse eines SH2O4-Voltameters mit blanken Platinplatten eingeschaltet worden.

    Fig. 6 b zeigt: rechts 2 W; links ZnSO4 von 2 W.

    Fig. 6 c: rechts 2 W, links das Voltameter. Die Ellipse sieht sich beim theilweisen Herausheben der Electroden uter Aenderung  der Axenlage stärker elliptisch aus.

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    Wird das Voltameter durch ein Kohlrausch'sches Widermitstandsgefäss mit platinirten Platinelectroden und verdünnter SH2O4 gefüllt ersetzt, so geht die Curve wieder in eine gerade Linie über, genau wie beim ZnSO4.

    6. Endlich will ich von Versuchen über die Fortpflanzungsgeschwindigkeit magnetischer Erregung durch Eisen hindurch beschrieben.

    Ein Eisenstab von 1,2 m Länge und 9 mm Durchmesser  legt horizontal und senkrecht zur Rohraxe, sein eines Ende dem Diaphragma möglichst nahe. Auf dem Stab lässt sich kleine Magnetisirungsspule verschieben; eine zweite ebenische ist einer Verticalebene gleichfalls senkrecht zum  Rohr angeordnet, so dass unter der gleichzeitigen Einwirkung eines Wechselstroms in belden Spulen der Lichtfleck eine Curve beschreibt, welche wesentlich durch die dem Diaphragma am nächsten befindlichen Pole bedingt ist. Beide Spulen werden. vom gleichen Wechselstrom durchlaufen.

    Verschiebt man auf dem langen Stabe die Spule, so ändert sich Gestalt und Orientirung der Schwinigungsellipse, und wenn, die Spulenmitte etwa 42 cm vom Ende des Stabes ist, zeigt sie eine Phasendifferenz von p/2 an (unabhÄngig von der Stärke des Stromes); aus der Schwingungszahl (50) - des Wechselstroms ergiebt sich damit eine "Fortpflanzungsgechwindigkeit" der magnetischen Erregung von 86 (m/sec), ein Werth, welcher mit dem von Oberbeck (5) unter ähmlichen Versuchsbedingungen gefundenen (88,7 in für 8,7 mnn dicken Eisenstab und die Schwingungszahl 133) gut übereinstimmt.

    Es handelt sich bel diesem Vorgaing, wie bekannt, um complicirte Erscheinungen (6);   - in der That zeigten mir Versuche, dass ein eingehenideres Studium erforderlich sein wird,  um die Einizelheiten der Beobachtungen zu deuten.

    Die magnetische Kraft, welche vom freien Ende des langen Stabes ausgeht, nimmt mit zunehmender Entfernung der Spule ausserordentlich stark ab und zwar viel stärker für  Wechsel-  als für constanten Strom.

    Dies mag durch die folgenden Zahlen erläutert werden

 

 

Ablenkung durch
constanten Strom

Halbe Ablenkung durch Wechselstrom

Spule am Ende des Strabes (7)

 

32 mm

 

31mm

Spule verschoben um

10 cm

26 mm

23 mm

 

20 cm

16 mm

6 mm

 

30 cm

9 mm

4 mm

 

40 cm

6 mm

1 mm

 

    7. Eine Trägheit des Kathodenstrahles ist mir nicht aufgefallen. Jedenfalls folgt er den Schwingungen der Entladung einer einzigen Leydener Flasche. Auch wenn sie sich ohne Funkenstrecke durch die secundäre Spule eines ganz kleinen (als Indicatorspule benutzten) Inductionsapparates entwurde der Lichtfleck bald nach oben, bald nach unten 1 bis 1,5 cm aus der Ruhelage herausgeworfen. Die Methode verlangt, wenigstens bei der bis jetzt benutzten rohen Beobachtungsform ziemlich starke Kräfte, doch darf Zeitintegral warscheinlich recht klein sein.

Strassburg, i. Els., Physikal. Institut.

 

 


(1) Hat sich nicht bewährt.

(2) Fröhlich, Electrotechn. Zeitschr. S. p. 210. 1887; 10. p. 65. 1889.

(3) Puluj, Electrotechn. Zeitschr. 14. p. 686. 1893.

(4) Vgl. F. Kohlrausch, Pogg. Ann. Jubelband p. 290. 1874,  Oberbeek, Wied. Ann. 19. p. 213. 1883, 21. p. 139, 1884

(5) Oberbeek, Wied. Ann. 22. p. 81. 1884.

(6) Vgl. Oberbeek, 1. c. u. Wied. Ann. 21. p. 672. 1884.

(7) Ihr nächstes Ende ist 6 cm vom Diaphragma entfernt.


 

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Histoire de la télévision      © André Lange
Dernière mise à jour : 21 janvier 2006