Versuche mit Lichtmaschinen und Lampen. Versuche mit Lichtmaschinen und Lampen. Die von der Jury (Allard, F. Leblanc, Joubert, Potier und H. Tresca) der Elektricitäts-Ausstellung in Paris 1881 vorgenommenen Versuche mit den elektrischen Lichtmaschinen sind die ersten in gröſserem Umfange von unparteiischer und sachkundiger Seite angestellten Prüfungen mit Maschinen der bekanntesten Constructionen und ermöglichen eine Vergleichung der verschiedenen Systeme. Die Versuchsergebnisse sind hier nach dem Berichte der Lumière électrique, 1882 S. 484 kurz wiedergegeben. 1) Maschinen und Lampen für Gleichstrom. Die mittleren Nutzeffekte bei den in 3 Klassen geordneten Maschinen waren: 1 Lampe 2 bis 5Lampen 10 bis 40Lampen Mittel Gesammter mechanischer Nutzeffekt 0,89 0,86 0,84 0,87 Mechanischer Nutzeffekt der Lichtbögen 0,47 0,59 0,71 0,59 Elektrischer Nutzeffekt der Lichtbögen 0,53 0,70 0,84 0,69 Carcel für 1 mechanische Pferdestärke 55 60 50 54 Carcel für 1 elektrische Pferdestärke 61 72 59 63 Carcel für 1e in den Lichtbögen 113 102 71 93 Carcel einer Lampe für 1 Ampère 8,1 6,6 3,8 6,0 Hierin bedeutet: „eine elektrische Pferdestärke“ und im Besonderen „eine Pferdestärke im Lichtbogen“ eine elektrische Arbeit von 75mk in der Sekunde, welche berechnet ist aus der Stromstärke, den Widerständen und den elektromotorischen Kräften; „gesammter mechanischer Nutzeffekt“ das Verhältniſs von der gesammten elektrischen Arbeit zur aufgewendeten mechanischen Arbeit; „mechanischer Nutzeffekt der Lichtbögen“ das Verhältniſs von der in den Lichtbögen wirklich gemessenen Arbeit zu der aufgewendeten mechanischen Arbeit und „elektrischer Nutzeffekt der Lichtbögen“ das Verhältniſs der in den Lichtbögen gemessenen elektrischen Arbeit zur gesammten elektrischen Arbeit. – Die Lichtstärken sind horizontal und unter verschiedenen Neigungen gegen die Horizontale gemessen; aus diesen Messungen ist dann die „mittlere sphärische Lichtstärke“ berechnet, welche zur Bestimmung der Lichtstärke für die mechanische Pferdestärke, elektrische Pferdestärke und Pferdestärke im Lichtbogen benutzt ist. Die Jury hebt aus den Versuchsergebnissen folgendes hervor: Der gesammte mechanische Nutzeffekt besitzt einen auſserordentlich hohen Werth, was beweist, daſs die entwickelten Ströme in allen vorhandenen Maschinen sehr gut gesammelt werden; die kleinen hierbei festgestellten Arbeitsverluste erklären sich leicht durch die passiven Widerstände. Es ist deshalb zweifellos, daſs die dem Anker wirklich übermittelte Arbeit praktisch durch die gesammte verfügbare Arbeit der elektrischen Ströme selbst dargestellt ist, mit Ausnahme derjenigen, welche durch die Foucault'schen Ströme verloren geht. Diese Arbeit ist ebenfalls vollständig dargestellt durch die Arbeit in den Lichtbögen und den Widerständen; erstere allein ist in den Forschen Bögen verwerthet in der Form von Licht und Wärme; letztere ist immer verloren und zwar als Wärme, welche sich auf die einzelnen Theile des gesammten vom Strom durchlaufenen Weges vertheilt. Der mechanische Nutzeffekt der Lichtbögen scheint bei den Maschinen mit hohem Widerstände, d.h. bei solchen, welche eine groſse Zahl Theilungslichter betreiben, etwas vortheilhafter zu sein; deshalb ist auch die elektrische Arbeit besser ausgenutzt, so daſs der elektrische Nutzeffekt bis auf das doppelte und noch höher steigen kann. Die Anzahl der Carcel für die elektrische Pferdestärke in den Lichtbögen aber nimmt regelmäſsig ab, je mehr die Lichtstärke der einzelnen Flammen sinkt. Der gesammte mechanische Nutzeffekt endlich hängt nur von gewissen örtlichen Bedingungen ab und hat in keiner Weise etwas mit der Art der Verwerthung der erzeugten Elektricität zu thun, ob diese ein starkes Einzellicht oder viele schwache Theilungslichter erzeugt. Nach den Prüfungsergebnissen darf ferner die Lichtstärke viel eher der Stromstärke proportional gesetzt werden als dem Quadrate derselben. Die Proportionalität der Lichtstärke mit der Stromstärke gibt einen besseren Anhalt für die Lichtstärke der Lampen als die unter verschiedenen Verhältnissen und Voraussetzungen gewonnenen Angaben der Fabrikanten. Wird die Stromstärke anstatt der Lichtstärke angegeben, so kann man sich daraus auch einen viel zutreffenderen Begriff von der Leuchtkraft der betreffenden Lampen machen. In den Tabellen des Berichtes fällt weiter auch die Constanz der Anzahl der Carcel für die mechanische Pferdestärke auf; es wird also immer mit derselben aufgewendeten mechanischen Arbeit ungefähr dieselbe Lichtmenge erzeugt, unabhängig vom Grade der Theilung. Anscheinende Abweichungen davon erklären sich bei Berücksichtigung der Widerstände der Leitung. Die Constanz dieses Werthes gibt ebenfalls einen bestimmteren Anhalt über die Lichtstärke elektrischer Lampen, wenn man angibt, wie viel Pferdestärken jede der betreffenden Lampen erfordert. Man wird sich auch nach dieser Angabe ein viel deutlicheres Bild von der Leuchtkraft machen, als wenn eine Zahl über die Lichtstärke genannt wird, ohne daſs hinzugefügt wird, wie diese gemessen ist. Sodann treten die Werthe der Potentialdifferenz an den Polen der Lampen durch ihre Constanz besonders hervor; während die Stromstärke von 109 bis auf 9,5 Ampère herabgeht, sinkt die Potentialdifferenz nur von 53 auf 44,3 Volt; man wird sich deshalb bei überschläglichen Rechnungen immer der Zahl 50 Volt bedienen können. Beispielsweise liege die Frage vor, wie müſsten Edison-A-Lampen geschaltet werden, wenn diese von einer Lichtmaschine betrieben werden sollten, welche jetzt 4 Bogenlampen betreibt? Die Maschine gibt nach der Tabelle eine Spannung von 4 × 50 = 200 Volt, die Edison-A-Lampen, welche 100 Volt erfordern, müſsten demnach in 2 Gruppen hinter einander geschaltet und in diesen parallel angeordnet sein. Durch die Constanz der Potentialdifferenz E, oder, wie man auch kürzer sagt, der Spannung in der Lampe, erklärt sich auch die Proportionalität der Stromstärke J und Lichtstärke. Licht ist eine Form von Arbeit; die Arbeit, welche in der Lampe zum Vorschein kommt, ist aber gegeben durch E × J; ist E constant, so muſs die Arbeit, also das Licht proportional J sein. Man kann den elektrischen Lichtbogen lediglich als einen Widerstand auffassen, da die elektromotorische Gegenkraft, welche er in sich birgt, nur eine geringe ist. Es mag auf den ersten Blick befremdend erscheinen, daſs der Lichtbogen bei starkem Strome einen geringeren, bei schwachem Strome einen gröſseren Werth haben soll, um so mehr, als die normale Bogenlänge bei starkem Strome viel gröſser ist als bei schwachem Strome; wenn man aber bedenkt, daſs der Krater in der positiven Kohle bei hohem Strome ein gröſserer ist als bei niederem (gibt doch Maxim an, wie man aus der Gröſse des Kraters die Lichtstärke berechnen kann), so erkennt man, daſs die zwischen den beiden Kohlenspitzen befindliche Säule – woraus man sie sich auch bestehend denkt, sei es aus kleinen, losgerissenen Kohlentheilchen, sei es aus gasförmigem Kohlenstoff – je nach der Stromstärke einen verschieden groſsen Querschnitt hat und mithin ihr Widerstand bei starkem Strome geringer sein muſs als bei schwachem. 2) Maschinen und Lampen für Wechselströme. Ueber die Anwendung von Wechselströmen liegen nur 3 verschiedene sehr wenig unter einander vergleichbare Versuche vor (De Méritens' Maschine mit 1 Leuchtthurmlampe bezieh. mit 5 Berjot-Lampen, ferner Siemens' Maschine mit 12 Lampen in 3 Stromkreisen; vgl. auch Comptes rendus, 1882 Bd. 95 S. 807), von denen der erste sogar durch keine elektrischen Werthe näher charakterisirt ist. Für die beiden anderen sind die Nutzeffekte (gesammter mechanischer Nutzeffekt 0,85 bezieh. 0,93, mechanischer Nutzeffekt der Lichtbögen 0,68 bezieh. 0,69, elektrischer Nutzeffekt der Lichtbögen 0,80 bezieh. 0,74) fast die nämlichen, obgleich die Lichtstärken für die mechanische Pferdestärke – bezieh. (79,6), 59,7 und 33,3 – selbst sehr verschieden sind; aber diese Verschiedenheit erklärt sich dadurch, daſs das Licht in Flammen von sehr verschiedenen Helligkeiten vertheilt ist. Die Anzahl der Carcel für die mechanische Pferdestärke nimmt ab mit sinkender Helligkeit der Flammen. 3) Elektrische Kerzen. Die Jury hat Versuche angestellt, mit den bekannten Jablochkoff-Kerzen, mit Debrun-Kerzen (2 parallele Kohlenstäbe ohne Zwischenisolation), welche aufrecht stehend und auch, umgekehrt, nach unten hängend gebrannt werden können, und schlieſslich mit Jamin-Kerzen. Letztere bestehen bekanntlich aus 2 parallelen Kohlenstäben, welche noch von einem Drahtbündel umgeben sind, das die Entzündung der Kerzen zu besorgen hat. Diese Kerzen verbrennen immer von ihrem unteren Ende an aufwärts, weshalb sie mehr Licht nach unten werfen als die Jablochkoff-Kerzen. Als Nutzeffekte ergaben sich dabei folgende Zahlen: 1Debrun 2Jabloch-koff mitGramme-Maschine 3Jabloch-koff mitDe Méri-tens-Ma-schine 4Jamin 7 Kerzen 20 Kerzen 25 Kerzen 32 Kerzen 48 Kerzen 60 Kerzen Gesammter mechanischer    Nutzeffekt –     0,87     0,76     0,89     0,96     0,95 Mechanischer Nutzeffekt    der Lichtbögen     0,44     0,68     0,67     0,78     0,88     0,89 Elektrischer Nutzeffekt    der Lichtbögen –     0,78     0,87     0,88     0,92     0,94 Carcel für 1 mechanische    Pferdestärke 13,9 31,3 34,8 19,7 32,0 24,5 Carcel für 1 elektrische    Pferdestärke – 36,2 45,6 22,2 33,4 25,8 Carcel für 1 Pferdestärke    in den Lichtbögen 31,6 46,3 51,6 25,3 36,4 27,3 Carcel einer Kerze für    1 Ampère    2,74     2,69     2,79     2,69     3,41     2,69 Zu Versuchsreihe 1: Die Debrun'sche Maschine ist eine Gramme'sche Maschine für 8 Jablochkoff-Kerzen, mit Erreger auf derselben Achse. Von den 2 Stromkreisen funktionirte nur einer bei dem obigen Versuch, und zwar nicht sehr regelmäſsig, so daſs mehrere der elektrischen Hauptwerthe nicht gemessen werden konnten. Die Potentialdifferenz schwankte zwischen 40 und 60 Volt. Zu 2: Wechselstrommaschine mit 4 Stromkreisen. Sehr gute Indicatordiagramme. Zahlreiche und übereinstimmende Lichtmessungen, von vorn, von der Seite, 45° über und unter der Horizontalen. Zu 3: Die 5 Gramme'schen Ringe der Maschine getrennt, jeder (aus 16 hinter einander geschalteten Spulen bestehend) betrieb 5 Kerzen. Lichtmessungen an einer Kerze unter verschiedenen Winkeln und an 5 Kerzen gleichzeitig. Die elektrischen Messungen zeigten eine groſse Regelmäſsigkeit. Zu 4: Etwas veränderte und mit erhöhter Tourenzahl laufende Gramme'sche Wechselstrommaschine mit eingebautem Erreger. Häufige elektrische Messungen. Lichtmessungen an einer Kerze horizontal. Die obigen Zahlen sind Mittelwerthe aus mehreren Versuchsreihen. Es ist eigenthümlich, daſs die nach den Jablochkoff-Kerzen entstandenen verschiedenen Systeme fast dieselben Resultate gaben, sowohl in Bezug auf die Anzahl der Carcel für die mechanische oder elektrische Pferdestärke, als auch in Bezug auf den Nutzeffekt der Lichtbögen. Die Jamin-Kerze gibt unter den besten Umständen eine gröſsere Lichtmenge, ohne daſs sich dabei der Arbeitsaufwand von der gewöhnlichen Proportionalität entfernt (auſser bei einem Versuche mit 48 Kerzen, der bei Weitem der günstigste ist), was offenbar davon herrührt, daſs die Lichtmaschine mit gröſserer Geschwindigkeit läuft und deshalb mehr Arbeit umsetzt. Diese letzte Bemerkung der Jury ist nicht ganz klar und verständlich; denn es ist weder die Lichtstärke der Jamin-Kerze gröſser, noch ist die Anzahl der Carcel für die Pferdestärke höher als bei den anderen Systemen; im Gegentheile, sie ist kleiner. Es wird deshalb wohl heiſsen müssen, die Jamin-Maschine gibt unter den besten Umständen eine gröſsere Gesammtlichtmenge; denn die Zahlen der 3 Nutzeffekte sind unstreitig höher als bei den anderen zwei Systemen. Hierzu paſst denn auch die Erklärung vollkommen: es liegt dies daran, daſs bei der erhöhten Tourenzahl mehr Arbeit umgesetzt werden kann. Denn wenn die Maschine mehr Arbeit umsetzt als ein anderes Mal bei langsamem Gange, so wird dieser Mehrbetrag im äuſseren Stromkreise abgegeben (unter der Voraussetzung gleichen Stromes in beiden Fällen, was ja auch zutrifft, wenn wir uns z.B. 5 statt 4 Kerzen in jeden Kreis geschaltet denken). Die Arbeit, welche in der Maschine verbraucht wird, ist dieselbe, da der Widerstand und die Stromstärke unverändert sind; es müssen also die Nutzeffekte. steigen. Ob aber diese bei der Jamin-Maschine benutzte hohe Tourenzahl in der Praxis sich gut bewährt, muſs abgewartet werden. 4) Glühlampen. Die Ergebnisse der Versuche, welche mit Glühlampen von Maxim, Edison, Lane-Fox und Swan in ganz derselben Weise wie mit den Bogenlampen vorgenommen worden sind, geben, obschon die Messungen, soweit sie sich auf die mechanische Arbeit beziehen, nicht vollständig sind, doch über die elektrischen und photometrischen Werthe einen Ueberblick, da mit demselben Zweigstrome von den groſsen Edison-Maschinen Lampen von Edison, Lane-Fox und Swan unter verschiedenen Umständen gemessen werden konnten, nachdem mit Maxim-Lampen schon vollständige Messungen angestellt worden waren. Von einer Specialcommission waren andere ausführlichere Versuche mit Glühlampen dieser 4 Systeme angestellt worden.Näheres hierüber vgl. im Journal of the Society of Telegraph Engineers and of Electricians, 1882 S. 172 und 234. Die Lichtstärken waren dabei nicht auf Carcel, sondern auf Spermaceti-Kerzen bezogen, die bei einem Verbrauche von 7g,8 in der Stunde eine Lichtstärke geben, welche sich zu der eines Carcel wie 1 : 9,5 verhalt.Fontaine gibt in Eclairage à l'électricité, 2. Auflage S. 352 als Verhältniſs der Spermaceti-Kerze zu 1 Carcel nicht die obigen Zahlen sondern 1 : 7,4, welches Verhältniſs auch im vorgenannten Journal S. 243 verwendet wird. Die Lampen sind dabei immer um 45° gedreht gestellt worden und horizontal gemessen. In folgender Tabelle sind die von der Jury erhaltenen Resultate mit denen der Specialcommission zusammengestellt, wobei die von der letzteren gewonnenen Lichtstärken auf die sphärischen Lichtstärken und auf Carcel als Einheit umgerechnet sind, unter Benutzung der dafür gefundenen Coëfficienten: Maxim Edison Lane-Fox Swan Jury Com-mis-sion Jury Com-mis-sion Jury Com-mis-sion Jury Commis-sionDie Zahlen dieser Reihe beziehen sich auf einen Versuch, bei welchem die Lichtstärken der um 45° gedrehten Lampe 16 bezieh. 32 Normalkerzen betrugen; in den 3 anderen Reihen war dieselbe 16 Normalkerzen. Ohm 43 41 130 137 28 27 31 33 32 Volt 75 57   91   90 50 44 48 47 54 Ampère   1,74   1,38     0,70     0,65   1,77   1,59   1,55   1,47   1,76 Kilogrammmeter 13,28   7,94     6,50     5,91   8,95   7,09   7,62   7,06   9,67 Mittlere sphärische Licht-    stärke   2,80   1,25     1,57     1,36   1,64   1,16   2,19   1,16   2,32 Carcel für die Pferde-    stärke in den Lampen 15,89 12,42   18,12   15,29 13,74 12,61 21,55 12,92 18,86 Obgleich die beiden Versuchsreihen nach ganz verschiedenen Methoden und zu verschiedenen Zwecken angestellt worden sind, so erkennt man doch eine Uebereinstimmung der Zahlen, welche groſs genug ist, die vier Systeme der untersuchten Glühlampen hinsichtlich ihrer elektrischen Werthe zu charakterisiren. Diese Uebereinstimmung wird noch deutlicher, wenn man beachtet, daſs bei diesen Lampen der Nutzeffekt um so mehr steigt, je höher man die Lichtstärke treibt. Besonders zeigt sich dies in den 3 Reihen der Swan-Lampe, wo, wenn die Lichtstärke wie 1 : 2 steigt, der Nutzeffekt sich von 13 auf 19 erhebt. Allgemein wird man für Glühlampen bei einer mittleren sphärischen Lichtstärke von 1,2 Carcel, welches ein ganz praktischer Werth ist, auf eine effektive Leuchtkraft von 13 Carcel für die elektrische Pferdestärke in den Lampen oder ungefähr auf 10 Carcel für die mechanische Pferdestärke rechnen können. Die elektrischen Kerzen liefern 40 Carcel für die elektrische Pferdestärke in den Lampen, die Regulatoren ungefähr 100 Carcel, so daſs man in überschläglicher Weise sagen kann, die ökonomischen Werthe dieser 3 Systeme verhalten sich ungefähr wie 1 : 3 : 7 und es sind für jedes immer die stärkeren Lichtquellen nach dieser Hinsicht günstiger als die schwächeren.