CIXCX. Ueber eine neue elektromagnetische Maschine und über die Beurtheilung des Nutzeffectes und der Betriebskosten solcher Maschinen im Allgemeinen; von Prof. Dr. A. v. Waltenhofen v. Waltenhofen, über eine neue elektromagnetische Maschine und über die Beurtheilung des Nutzeffectes und der Betriebskosten solcher Maschinen. Bei der dießjährigen Pariser Industrie-Ausstellung wird eine vom Mechaniker Hrn. Johann Kravogl in Innsbruck erfundene und construirte elektromagnetische Maschine (Motor) ausgestellt seyn, welche hinsichtlich des Nutzeffectes die besten bisher construirten Maschinen dieser Art so weit übertrifft, daß es mir angezeigt scheint in diesem Journal darauf aufmerksam zu machen, damit jene Besucher der Industrie-Ausstellung, welche sich für neue Erfindungen in dieser Richtung interessiren, die Gelegenheit nicht verabsäumen, das Modell von J. Kravogl zu besichtigen, – zumal dasselbe auch wegen der sinnreichen Einfachheit seiner ganz originellen Construction sehenswerth ist. In die Beschreibung der Construction einzugehen, muß ich mir noch vorbehalten, weil der Erfinder dieselbe jetzt noch nicht veröffentlicht wissen will. Nichtsdestoweniger dürfte die Mittheilung der Resultate von Interesse seyn, welche ich bei der Untersuchung der mechanischen Leistungsfähigkeit des mir zur Prüfung übergebenen Modelles erhalten habe. Die Arbeitskraft der Maschine wurde mittelst eines Prony'schen Baumes (Bremsdynamometer) gemessen und mit dem theoretischen Effecte verglichen, welcher aus der gleichzeitig beobachteten Stromstärke mit Rücksicht auf die elektromotorische Kraft und Anzahl der Batterie-Elemente in der späterhin angegebenen Weise berechnet wurde. Die auf solche Art ermittelten Nutzeffecte – ich meine die Quotienten der wirklichen Effecte durch die betreffenden theoretischen Effecte – wurden sodann mit den bei anderen elektromagnetischen Maschinen bisher erreichten Nutzeffecten verglichen. Die Anhaltspunkte, welche ich zu diesen Vergleichungen benutzte, waren einerseits die Angaben von William Petrie (On the application of electricity and heat as moving powers) über die Nutzeffecte der besten elektromagnetischen Maschinen, wie er sie theils aus eigenen Untersuchungen, theils nach den Angaben Anderer berechnet hatte, – und andererseits die Resultate, welche sich aus Müller's Versuchen mit einer Stöhrer'schen Maschine nach meinen Berechnungen ergeben haben. – Vergleichungen mit der Maschine von d'Heureuse und Dub (Glockenmagnet) und mit jener von Grüel (oscillirender Anker) waren nicht ausführbar, weil von ersterer keine Kraftmessungen vorliegen, während die vorliegenden Angaben über die Leistungen der letzteren, wie ich nachweisen werde, offenbar auf einem Irrthum beruhen müssen. – Hinsichtlich der Maschine von Page fehlt es bekanntlich auch an den zur Beurtheilung ihres Nutzeffectes erforderlichen Daten. Uebrigens ist mit Rücksicht auf die Construction aus theoretischen Gründen von vornherein einleuchtend, daß sie der Maschine von Kravogl jedenfalls weit nachstehen müsse, wovon man sich, sobald die Construction der letzteren veröffentlicht seyn wird, leicht überzeugen wird. Bevor ich auf die Besprechung der neuen elektromagnetischen Maschine und ihre Vergleichung mit anderen näher eingehe, will ich eine kurze und einfache Darlegung der Principien vorausgehen lassen, nach welchen überhaupt die Nutzeffecte solcher Maschinen zu beurtheilen sind. Ich glaube damit insbesondere jenen Lesern, welche nicht Physiker von Fach sind, dienlich zu seyn, nachdem jene Grundsätze noch nirgends mit einer einigermaßen gemeinfaßlichen Klarheit und Uebersichtlichkeit dargestellt worden sind. – Es wird daraus zugleich ersichtlich werden, daß die meisten Berichte über die Leistungen elektromagnetischer Maschinen so mangelhaft abgefaßt sind, daß sie keine Beurtheilung des Nutzeffectes gestatten, – und auf welche Versuche und Angaben es vielmehr ankommt, wenn man die Berechnung des Nutzeffectes ermöglichen will und somit auch ein Urtheil über den Werth einer Maschine dieser Art. Wenn in einem Schließungskreise vom Widerstande w ein elektrischer Strom von der Stärke s circulirt, so repräsentirt derselbe eine Arbeitskraft a, welche bekanntlich desto größer ist, je größer einerseits der Widerstand und je größer andererseits das Quadrat der Stromstärke ist. Hieraus geht die Formel hervor: a = k . s²w, worin k ein constanter Factor ist, dessen Zahlenwerth von den Einheiten abhängt, nach welchen man die Größen a, s und w messen will.Der Factor k kann also nach Umständen auch = 1 seyn. Dieß ist z.B. der Fall, wenn man als Einheit der Arbeit die Hebung der mit der Acceleration eines Millimeters gravitirenden Masse eines Milligrammes auf die Höhe eines Millimeters per Secunde annimmt, während man für die übrigen Größen die Weber'schen elektromagnetischen Einheiten benutzt. Hieraus läßt sich dann auch k für beliebige andere Einheiten berechnen. (Siehe Holtzmann in Poggendorff's Annalen Bd. XCI S. 260). Wir wollen uns also zunächst über die Wahl dieser Einheiten verständigen und als Einheit der Arbeitskräfte das Kilogrammmeter per Secunde, d. i. diejenige Arbeitskraft annehmen, welche in jeder Secunde ein Kilogramm einen Meter hoch zu heben vermag. – Als Einheit der Stromstärken soll die Jacobi'sche gelten, nämlich ein Strom, der, wenn er Wasser zersetzt, in jeder Minute einen Kubikcentimeter Knallgas entwickelt; – die Widerstände endlich wollen wir nach Siemens-Einheiten, entsprechend dem Widerstande eines Quecksilberprismas von 1 Quadratmillimeter Querschnitt und 1 Meter Länge, messen. – Unter Voraussetzung dieser Einheiten fand ich k = 0,0008784. Die Formel a = k . s²w kann, mit Rücksicht auf die Ohm'sche Formel s = e/w, wobei e die elektromotorische Kraft der Stromquelle bezeichnet, auch in der Gestalt a = k . e²/w geschrieben werden, oder endlich, wegen e = sw, in der Gestalt a = k . se. Wir wollen bei dieser letzten Formel stehen bleiben und uns gegenwärtig halten, daß nach Maaßgabe der bereits gewählten Einheiten die Einheit für die elektromotorischen Kräfte sich von selbst ergibt, nämlich als diejenige, welche, wenn w = 1 wäre, eine Stromstärke s = 1 liefern würde. Wir wollen uns ferner vorstellen – was in der Regel der Fall seyn wird – unsere Stromquelle von der elektromotorischen Kraft e sey eine Batterie, welche aus n Elementen von der elektromotorischen Kraft η zusammengesetzt ist. Unter dieser Voraussetzung ist e = nη, wobei es offenbar gleichgültig ist, ob die n Elemente einzelne Zellen sind, oder aus mehreren, mit den gleichnamigen Platten verbundenen Zellen bestehen. Demnach geht die Formel a = k . se über in a = k . snη oder a = kη . ns. Diese Formel dient zur Berechnung des theoretischen Effectes eines eine elektromagnetische Maschine bewegenden Stromes, wobei η die elektromotorische Kraft, n die Zahl der Batterie-Elemente und s die während des Ganges der Maschine gemessene Stromstärke bedeutet. Zur Messung der Stromstärken dient am besten eine Weber'sche oder Gaugain'sche Tangentenbussole. – Durch vorläufige Versuche. (wobei man einen Strom durch die Tangentenbussole und gleichzeitig durch einen Wasserzersetzungsapparat gehen läßt) kann man leicht den Reductionsfactor ρ ausfindig machenEine nähere Erläuterung dieses Verfahrens findet man in Müller's Lehrbuch der Physik, 6te Auflage, Bd. II S. 223., mit welchem man jedesmal die Tangente des Ablenkungswinkels ρ multipliciren muß, um die Stromstärke nach Jacobi'schen Einheiten zu erfahren. Man hat dann, wegen s = ρ tg ω a = kη . nρ tg ω Der Werth von η ist (wie ich in diesem Bande des polytechn. Journals S. 209 nachgewiesen habe) für die Daniell'sche Kette = 12, für die Platinzink- und Kohlenzinkketten aber = 20; man hat daher für kη im ersten Falle den Werth 0,01054, im zweiten Falle den Werth 0,01757 in Rechnung zu bringen. Wenn wir jetzt auf die Berechnung der theoretischen Effecte aus Müller's Versuchen mit der Stöhrer'schen Maschine übergehen, so erreichen wir den doppelten Zweck, einerseits das bisher Gesagte durch Beispiele zu erläutern und andererseits Daten zu ermitteln, die wir späterhin zur Berechnung der Nutzeffecte dieser Maschine benöthigen werden. Müller hat die besagten Versuche im zweiten Bande seines Lehrbuches (6te Auflage, Seite 366) mitgetheilt. Mit Uebergehung des ersten Versuches, wobei die Maschine ohne Belastung war, finden wir beim zweiten, dritten und vierten die Ablenkungswinkel an der Tangentenbussole beziehungsweise = 22° 30' 27° 30' und 29° 45'. Der Reductionsfactor dieser Tangentenbussole ist = 70 angegeben. Die Stromstärken waren demnach: 70 × tg 22° 30' = 28,99 70 × tg 27° 30' = 36,44 70 × tg 29° 45' = 40,01. Als Stromquelle diente eine Batterie von drei doppelten Kohlenzinkelementen. Es war daher η = 20, somit kη = 0,01757 und n = 3. Sonach ergibt sich für die drei angeführten Versuche a = 0,01757 × 3 × 28,99 = 1,5280,01757 × 3 × 36,44 = 1,9200,01757 × 3 × 40,01 = 2,108 Kilogrammeter. für die theoretischen Effecte der zum Betriebe der Maschine verwendeten Ströme. Um nun zu erfahren, wie viele Procente von der aufgewendeten Betriebskraft die elektromagnetische Maschine (als „Nutzeffect“) wiedergibt und wie viele Procente verloren gehen (durch Erwärmung einzelner Theile des Schließungskreises und durch Ueberwindung von Bewegungshindernissen in der Maschine), muß die wirkliche Arbeitskraft der Maschine ausgemittelt werden. Bei den bezüglichen Versuchen von Müller wurde die Zeit gemessen, binnen welcher die Maschine ein bestimmtes Gewicht auf eine bestimmte Höhe hob. Bei den oben angeführten drei Versuchen wurden die Belastungen 0,9, 2,9 und 3,9 Pfund beziehungsweise binnen 24, 50 und 162 Secunden auf eine Höhe von 6 Fuß gehoben. Rechnet man das (badische) Pfund zu 0,5 Kilogramm und den (badischen) Fuß zu 0,3 Meter, so ergeben sich hieraus per Secunde die Arbeiten (0,9 × 0,5 × 6 × 0,3)/24(2,9 × 0,5 × 6 × 0,3)/50(3,9 × 0,5 × 6 × 0,3)/162 = 0,03375= 0,05220= 0,02165 Kilogrammmeter Vergleicht man diese Leistungen der Stöhrer'schen Maschine mit den oben berechneten theoretischen Effecten, so ergeben sich die Nutzeffecte 0,03375/1,528 = 1/45,3 oder 2,21 Procent, 0,05220/1,920 = 1/97,3 oder 2,72 Procent, 0,02165/2,108 = 1/97,3 oder 1,03 Procent. Nimmt man aus diesen Zahlen das günstigste Resultat, welches zwischen 1/36 und 1/37 des theoretischen Effectes liegt, so stimmt dasselbe sehr gut mit der Angabe von William Petrie (polytechn. Journal Bd. LXIX S. 424), daß die besten elektromagnetischen Maschinen 1/38 bis 1/32 des theoretischen Effectes leisten, also im günstigsten Falle circa 3 Procent Nutzeffect liefern. – Nach Petrie's Angaben, auf deren Begründung ich später zurückkommen werde, gehört also die Stöhrer'sche Maschine immerhin zu den besten dieser Art. – Aus Stöhrer's eigenen Angaben über die Leistungen seiner Maschine ließe sich dieß nicht beurtheilen, weil sie zur Bestimmung des Nutzeffectes nicht ausreichen. Er gibt nämlich nur an, daß die Maschine bei Anwendung von 1 Kohlenzinkelement 1 3/4 Pfund in 4 Secunden, 2 „ 3 „ in 3 „ 3 „ 5 „ in 2 1/2 „ 4 „ 6 „ in 2 „ 5 „ 5 3/4 „ in 1 1/2 „ einen Fuß hoch gehoben habe. – Mit solchen Angaben ist aber nicht gedient, denn eine Maschine, welche bei der angeführten Anzahl von Batterie-Elementen die angeführten Leistungen vollbringt, kann sehr gut, kann aber auch sehr schlecht seyn. Es kommt eben auch auf die Stromstärke an, welche jene Elemente liefern müssen, während die Maschine diese Arbeiten verrichtet. Diese StromstärkenNatürlich die Stromstärken während des Ganges der Maschine. sollten daher immer angegeben werden und zwar nach einer absoluten allgemein gangbaren Einheit (z.B. nach der oben erwähnten Jacobi'schen Einheit), weil bloß relative Messungen nach irgend einer willkürlichen Einheit oder nach Graden der Ablenkung ebenfalls unbrauchbar sind, wenn die zur Umrechnung auf absolute Einheiten erforderlichen Daten fehlen. Hat man den Nutzeffect einer elektromagnetischen Maschine in der angegebenen Weise ermittelt, so ergibt sich daraus auch der zu ihrem Betriebe erforderliche Materialverbrauch in der Batterie. Auch dieser Punkt wird häufig unklar oder unrichtig aufgefaßt, weßhalb mir eine kurze Erläuterung desselben um so mehr zweckdienlich scheint, als die bezüglichen Grundsätze in den nachfolgenden Erörterungen zur Anwendung kommen und auch den Angaben von Petrie, von welchen theils schon die Rede war, theils späterhin noch die Rede seyn wird, zu Grunde liegen. In der obigen Formel a = kη . ns bedeutet s die Anzahl der Kubikcentimeter Knallgas, welche der gemessene Strom durch Wasserzersetzung per Minute zu liefern vermag. Dieser Strom wird also nothwendig in jedem der n Batterie-Elemente eine jener Knallgasmenge äquivalente Zinkmenge per Minute consumiren (d. i. der Oxydation zuführen). Um diese zu berechnen, erwäge man, daß für jeden Kubikcentimeter Knallgas 1/1870 Gramm Wasser erforderlich ist und daß die Atomgewichte von Zink und Wasser bezugsweise 32,53 und 9 sind. Es kommt daher auf jeden Kubikcentimeter Knallgas die Zinkmenge 1/1870 × 32,53/9 = 0,001933 Gramm. Sonach beträgt die Zinkconsumtion bei der Stromstärke s in allen n Elementen 0,001933 × s × n Gramme. Da nun dieser Strom, wie gesagt, eine Arbeitskraft von a = kη. ns Kilogrammmet. besitzt, so erfordert die Arbeitskraft eines Kilogrammmeters die Zinkmenge (0,001933 × ns)/(kη. ns) = 0,001933/kη = 2,2006/η Gramme in jeder Minute. Hiernach ist es leicht, den Zinkbedarf Z per Pferdekraft (= 75 Kilogrammmeter) und Stunde zu berechnen. Er beträgt offenbar Z = (2,2006 × 75 × 60)/η Gramme, das ist Z = 9903/η Hieraus ergibt sich zunächst die wichtige Folgerung, daß die einer bestimmten Arbeitskraft entsprechende Zinkconsumtion von der Beschaffenheit der Batterie-Elemente abhängig und zwar der elektromotorischen Kraft derselben verkehrt proportional ist. Bei Anwendung einer Daniell'schen Batterie ist η = 12, folglich die stündliche Zinkconsumtion per Pferdekraft 9903/12 = 825 Gramme. Dagegen ist bei Anwendung einer Grove'schen oder einer Kohlenzinkbatterie η = 20, somit jener Zinkverbrauch nur 9903/20 = 495 Gramme. Es entsprechen daher einem und demselben Quantum Zink sehr ungleiche Arbeits-Aequivalente, je nachdem es in dieser oder jener Batterie consumirt wird. Wir haben bisher nur das theoretische Verhältniß zwischen Arbeit und Zinkconsumtion im Auge gehabt. Um die wirkliche Zinkconsumtion beim Betriebe einer elektromagnetischen Maschine zu bestimmen, muß deren Nutzeffect in Rechnung gebracht werden. Beträgt derselbe p Procente, so hat man den theoretischen Zinkbedarf Z mit 100/p zu multipliciren, um den wirklichen Zinkbedarf Z¹ zu finden, also Z¹ = 100/p . 9903/η. Hieraus folgt zugleich, daß man den Nutzeffect einer elektromagnetischen Maschine auch dadurch ermitteln kann, daß man die Zinkconsumtion Z ¹ ausfindig macht, welche sie bei Anwendung einer bestimmten Batterie per Pferdekraft und Stunde erfordert. Es folgt nämlich aus der obigen Gleichung p = 100/Z ¹ . 9903/η. Hierauf beruhen die bereits erwähnten Angaben von William Petrie (polytechn. Journal, 1851, Bd. CXIX S. 428) über die Nutzeffecte elektromagnetischer Maschinen. Er berechnete nämlich zuerst die theoretische Zinkconsumtion Z per Pferdekraft und Stunde, und fand dafür, unter Voraussetzung einer Daniell'schen Batterie, den Betrag von 1,56 Pfunden.Rechnet man das englische Pfund = 453,6 Gramme, so würde sich dafür nach meiner Formel ein größerer Betrag, nämlich 1,82 Pfunde ergeben. Damit verglich er die theils von ihm selbst, theils von Anderen gemachten Erhebungen über die wirkliche Zinkconsumtion Z¹, welche bei den besten elektromagnetischen Maschinen 50 bis 60 Pfunde (also das 32- bis 38 fache) per Pferdekraft und Stunde betrug. Hieraus ergibt sich eben ein Nutzeffect von 1/38 bis 1/32 des theoretischen Effectes, was auch mit dem oben für die Stöhrer'sche Maschine gefundenen von etwas mehr als 1/37 ganz gut übereinstimmt. Ich wollte damit auch noch die Maschine von Grüel (mit dem oscillirenden Anker) vergleichen, fand jedoch nur eine einzige und unvollständige Angabe darüber vor, und selbst diese stellte sich bei näherer Betrachtung als eine irrthümliche – weil unmögliche – heraus. Grüel (Poggendorff's Annalen, Bd. LXXXIX S. 156) sagt nämlich von seiner Maschine: daß die vorläufig bei der geringen Stromkraft von zwei kleinen Zinkeisenelementen von 14 Quadratzoll wirksamer Oberfläche „taxirte“ Kraftleistung 0,03 Pferdekraft betrug. – Der Umstand, daß die Stromstärke nicht angegeben ist, würde eine Berechnung des Nutzeffectes selbst dann unmöglich machen, wenn gesagt wäre: was für Zinkeisen-Elemente, deren es bekanntlich mehrere von sehr verschiedenen elektromotorischen Kräften gibt, benutzt worden sind. Nimmt man jedoch an, es wäre die wirksamste von allen Zinkeisenketten benutzt worden, nämlich die aus Gußeisen in Salpetersäure und Zink in Schwefelsäure zusammengesetzte, welche nach Buff (Annalen der Chemie und Pharmacie, Bd. CI S. 13) im Vergleiche mit der Daniell'schen Kette die elektromotorische Kraft 1,775, also nach unseren Einheiten die elektromotorische Kraft 12 × 1,775 = 21,3 besitzt, so stellt sich jene Kraftschätzung dennoch als irrthümlich heraus, wenn man die beigefügten Angaben über die im Schließungskreise vorhandenen Drahtmassen in Betracht zieht. Der stromleitende Kupferdraht auf den vier Schenkeln der Elektromagnete war nämlich 1,5 Millimeter dick und 4 3/8 (preußische) Pfunde = 2,163 Kilogramme schwer. Er mußte daher, wenn man das specifische Gewicht des Kupfers = 8,95 annimmt, die Länge von 136,77 Metern und daher den Widerstand eines 136,77/(1,5)² = 60,79 Met. langen und 1 Millimeter dicken Kupferdrahtes, also einen Widerstand von mindestens 2 Siemens-Einheiten gehabt haben. – Die von beiden Elementen entwickelte Stromstärke konnte daher selbst bei stillstehender Maschine und bei gänzlicher Vernachlässigung des Kettenwiderstandes den Grenzwerth (21 3 × 2)/2 = 21,3 nicht überschreiten und ihn noch weniger während des Ganges der Maschine erreichen. Aber selbst wenn die Stromstärke 21,3 gewesen wäre, hätte der theoretische Effect nach der Formel a = k η . ns nur 0,0008784 × 21,3 × 2 × 21,3 = 0,797 Kilogrammmeter, also nur 0,0106 Pferdekraft betragen können. Die obige Schätzung auf 0,03 Pferdekraft, welche sonach den theoretisch möglichen Grenzwerth im nahezu dreifachen Betrage überbietet, stellt sich daher als ein offenbarer Irrthum oder Druckfehler heraus. Hinsichtlich der Maschine von Page (polytechn. Journal Bd. CXXIV S. 18) habe ich bereits erwähnt, daß keine Daten vorliegen, nach denen man ihren Nutzeffect beurtheilen könnte. (Siehe Dub, „Elektromagnetismus“ S. 469.) – Die Behauptung, daß die Maschine in ökonomischer Beziehung mit Dampfmaschinen concurriren könne, läßt sich aber auch ohne die Kenntniß ihres Nutzeffectes leicht widerlegen, und zwar mit Hülfe der in diesem Aufsatze bereits entwickelten Principien und mit Rücksicht auf den Umstand, daß Page als Betriebsquelle eine Grove'sche Batterie voraussetzt, also eine Batterie, bei welcher – abgesehen vom Capitalwerthe des Platins, welches sich allenfalls durch Kohle ersetzen ließe – vornehmlich die Konsumtion an Salpetersäure in Betracht kommt. Ich habe oben nachgewiesen, daß bei Anwendung einer Batterie, deren Elemente – wie es bei dem Grove'schen der Fall ist – die elektromotorische Kraft = 20 haben, der Zinkverbrauch per Stunde und Pferdekraft 495 Gramme betragen würde, wenn eine elektromagnetische Maschine den ganzen theoretischen Effect, d. i. 100 Proc. Nutzeffect abwerfen könnte, was natürlich niemals auch nur annähernd erreicht werden kann. Nun kommen aber bekanntlich auf 32,53 Gewichtstheile Zink 63 Gewichtstheile Salpetersäure (erstes Hydrat), also auf 495 Gramme Zink 495 × 63/32,53 = 959 Gramme dieser Salpetersäure, wovon die gewöhnliche käufliche Salpetersäure vom specifischen Gewichte 1,33 sehr nahe 50 Proc. enthält. Es beträgt daher das theoretische Erforderniß an ordinärer Salpetersäure das Doppelte, nämlich über 1900 Gramme per Pferdekraft und Stunde. Rechnet man das Kilogramm Salpetersäure zu 6 Silbergroschen, so würde der Kostenaufwand an Salpetersäure allein über 1/3 Thaler per Pferdekraft und Stunde betragen. Dabei ist immer nur vom theoretischen Minimum des Verbrauches die Rede, welches sich bei 100 Proc. Nutzeffect herausstellen würde und daher in Wirklichkeit immer weit überschritten wird. Es kann daher von einer Concurrenz der Page'schen Maschine mit einer Dampfmaschine wohl nicht entfernt die Rede seyn, wenn man erwägt, daß man die Betriebskosten einer Dampfmaschine per Pferdekraft für sechs Stunden oft unter 1/3 Thaler veranschlagt. (Siehe den Aufsatz von Dr. H. Schwarz über die Lenoir'sche Gasmaschine im polytechn. Journal Bd. CLVII S. 326.) Die Kosten der Maschine von Page werden von Dub auf mindestens 24 Thaler per Tag und Pferdekraft geschätzt. Er gelangt zu diesem Resultate durch die Vergleichung der Page'schen Maschine mit der Glockenmagnetmaschine von Dub und d'Heureuse. (Siehe Dub, „Elektromagnetismus“ Seite 640). Mit dieser sind zwar keine Kraftmessungen vorgenommen worden, doch konnte Dub aus Vorversuchen mit dem Glockenmagnet und aus den Dimensionsverhältnissen des Modelles die Leistungsfähigkeit und die Betriebskosten einer im großen Maaßstabe ausgeführten Maschine dieser Art beurtheilen, wobei er zu dem Resultate gelangt: daß diese Maschine – im Vergleiche mit welcher jene von Page „sicherlich nur die halbe Kraft bei gleichem Verbrauche haben konnte“ – per Pferdekraft und Stunde mindestens 4 Pfunde Salpetersäure erfordern würde; das wären, das preußische Pfund zu 468 Grammen gerechnet, 1872 Gramme, also weniger als das oben nachgewiesene theoretische Minimum (1900 Gramme) bei 100 Procent Nutzeffect. Dieser Widerspruch erklärt sich aus dem Umstande, daß Dub, um die Behauptung von Page desto sicherer zu widerlegen, Annahmen gemacht hat, die er selbst als viel zu günstig bezeichnet, – und, daß der zu Grunde gelegte Schluß von der am Modell beobachteten Geschwindigkeit auf die Geschwindigkeit, welche sich bei der Ausführung im Großen herausstellen würde, sehr problematisch ist. Aus dem Gesagten geht hervor, daß weder die Angaben über die Grüel'sche Maschine, noch jene über die Maschine von Page, sowie von d'Heureuse und Dub, über die bei denselben erreichbaren Nutzeffecte Aufschluß geben. Ueber die ökonomischen Verhältnisse anderer elektromagnetischer Maschinen neuerer Art habe ich gar keine bemerkenswerten Notizen gefunden. Ich sehe mich daher bei der beabsichtigten Vergleichung der Maschine von Kravogl auf die oben angeführten Nachweisungen von W. Petrie und auf die damit übereinstimmenden Ergebnisse, welche ich aus Müller's Versuchen mit der Stöhrer'schen Maschine berechnet habe, hingewiesen. Diese Anhaltspunkte lassen sich in dem Ausspruche zusammenfassen, daß die besten bis jetzt construirten elektromagnetischen Maschinen, von deren ökonomischen Verhältnissen überhaupt vergleichbare Angaben vorliegen, circa drei Procente Nutzeffect liefern. Die Arbeitskraft des Kravogl'schen Modelles wurde, wie gesagt, mittelst eines Prony'schen Zaumes gemessen, der an der Welle des Schwungrades angebracht war. Dabei war die Hebelversetzung = 14,86, das auf den Aufhängungspunkt der Waagschale reducirte Gewicht des (hölzernen) Hebels = 10 Gramme, und das Gewicht der kleinen Waagschale selbst = 25 Gramme; wenn sonach die Waagschale mit q Grammen belastet wurde, betrug der tangentiell zur Welle des Schwungrades wirksame Druck (q + 35) × 14,86 Gramme, d. i. (q + 35)/1000 × 14,86 Kilogramme. – Der Umfang der Welle betrug 2π × 14 Millimeter = 0,088 Meter. Bei R Umdrehungen des Schwungrades in der Secunde betrug demnach die Arbeit 1 = q + 35/1000 × 14,86 × 0,088 × R = (q + 35)/1000 × 1,307 × R Kilogrammmeter per Secunde, oder, wenn wir die Gesammtbelastung im Aufhängungspunkte (q + 35)/1000 = Q setzen, 1 = 1,307 QR. – Gleichzeitig wurde die Stromstärke s gemessen, durch Beobachtung des Ablenkungswinkels ω einer Tangentenbussole, deren Reductionsfactor ρ = 4,9 ist, so daß s = 4,9 tg ω zu rechnen war. – Zum Betriebe des Apparates dienten zwölf constante Kohlenzinkelemente, welche zu sechs Doppelelementen verbunden wurden, weil auf diese Art, wie sich aus den vorausgegangenen Widerstandsmessungen ergab, der Widerstand innerhalb der Batterie dem Widerstande außerhalb der Batterie möglichst gleich gemacht und daher die vortheilhafteste Combination der verfügbaren Zellen erzielt wurde. Da sonach die Batterie aus 6 Elementen von der elektromotorischen Kraft 20 bestand, so betrug der theoretische Effect a bei der Stromstärke s nach der Formel a = kη . ns bei diesen Versuchen a = 0,0008784 × 20 × 6 × 4,9 tg ω oder a = 0,516 tg ω und daher der Nutzeffect N = 1/a = (1,307 QR)/(0,516 tg ω) = 2,53 QR/tg ω, oder, in Procenten, p = 253 QR/tg ω. – Auf diese Art ergaben sich die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Versuchsresultate, wobei ich nur noch bemerken will, daß die Umdrehungszahl R mittelst eines Chronometers in der Art ermittelt wurde, daß die zu einer bestimmten Anzahl – in der Regel 50 – Umdrehungen erforderliche Secundenzahl abgelesen wurde. Die Procente sind nur in ganzen Zahlen angegeben, wobei die Bruchtheile unter 1/2 fortgelassen und jene über 1/2 für eine Einheit gerechnet wurden, was durch eine fette (stärkere) Ziffer ersichtlich gemacht ist. Nr. Umdrehungen R Belastung Q Arbeit l Ablenkung ω Stromstärke s Theoret.Effect a Nutzeffectin Proc. p   1 1,33 0,335 0,582 83°   0' 39,91 4,206   14 Proc.   2 1,66 0,285 0,621 83° 15' 41,40 4,364   14    „   3 2,17 0,275 0,780 82° 15' 36,00 3,740   21    „   4 2,50 0,285 0,931 82°   5' 35,24 3,714   25    „   5 3,57 0,125 0,584 80°   2' 27,91 2,942   20    „   6 3,85 0,100 0,504 79° 35' 26,65 2,809   18    „   7 4,17 0,075 0,409 79° 30' 26,44 2,787   13    „   8 5,00 0,100 0,654 80° 35' 29,55 3,114   21    „   9 5,50 0,185 1,330 82° 30' 37,22 7,846   17    „ 10 6,15 0,050 0,403 79° 20' 26,02 2,742   15    „ Aus diesen Versuchen ist zunächst ersichtlich: die bei allen elektromagnetischen Maschinen mehr oder weniger hervortretende Abhängigkeit der Nutzeffecte von der Geschwindigkeit, eine Abhängigkeit, welche aus theoretischen Gründen immer stattfinden muß, worauf wir hier nicht weiter eingehen wollen. Als die vortheilhafteste Geschwindigkeit erscheint hier jene, bei welcher das Schwungrad 2 1/2 Umdrehungen in der Secunde macht. Bei dieser Geschwindigkeit erreicht der Nutzeffect 25 Proc., also mehr als das Achtfache im Vergleiche mit den besten bisher construirten Maschinen dieser Art. Bei größeren Geschwindigkeiten tritt eine Abnahme bis auf 15 Proc. und bei noch größeren Geschwindigkeiten wieder eine Zunahme bis auf 21 Proc. ein, wobei bemerkenswerth ist, daß dieses zweite Maximum des Nutzeffectes bei einer Geschwindigkeit (5 Umdrehungen) eintritt, welche gerade das Doppelte von derjenigen ist, bei welcher das erste Maximum des Nutzeffectes stattfand. Hierauf nehmen die Nutzeffecte wieder ab, jedoch – soweit die Beobachtungen reichen – nicht unter 15 Proc., was noch immer das Fünffache im Vergleiche mit den bisherigen besten Leistungen elektromagnetischer Maschinen ist. – Nur bei sehr langsamen Bewegungen – unter 2 Umdrehungen per Secunde – stellen sich kleinere Nutzeffecte heraus, welche bei immer langsamerer Bewegung eine rasche Abnahme zeigen, während die Winkelgeschwindigkeit des Schwungrades eine periodisch ungleichförmige wird und daher sichere Messungen mittelst des Prony'schen Baumes nicht mehr gestattet, sondern die (auch beim Stöhrer'schen Apparate angewendete) Methode der directen Belastung durch angehängte Gewichte nothwendig macht. – Die unter so ungünstigen Verhältnissen ausgeführten Versuche glaube ich um so eher übergehen zu können, als die Maschine schon vermöge ihrer inneren Einrichtung auf die Anwendung so geringer Geschwindigkeiten nicht berechnet ist. – Ich beschränke mich daher auf die Bemerkung, daß auch unter den geringsten Nutzeffecten, welche sich dabei herausgestellt haben, kein einziger so klein gewesen ist, wie das von den besten bisherigen elektromagnetischen Maschinen erreichte Maximum von 3 Proc. Das Mittel der Nutzeffecte bei den Geschwindigkeiten innerhalb des großen Intervalles von 2 bis 6 Umdrehungen per Secunde beträgt über 18 Proc., nahezu 19 Proc., also mindestens das Sechsfache im Vergleiche mit den bisherigen besten Maschinen dieser Art. Nachdem durch die Erfindung dieser neuen Maschine ein so bedeutender Fortschritt gemacht worden ist, tritt die vielfach ventilirte Frage nach der Möglichkeit den Elektromagnetismus als bewegende Kraft nutzbar zu machen, neuerdings in den Vordergrund, wobei es sich zunächst darum handelt: wie weit man es überhaupt durch fortgesetzte Vervollkommnung dieser Maschinen in der Steigerung ihres Nutzeffectes wird bringen können. Der Erfinder des in diesem Aufsatze besprochenen Modelles hegt die Hoffnung, durch bereits entworfene Verbesserungen seines Apparates den Nutzeffect desselben auf das Doppelte zu steigern, was also ein Maximum von etwa 50 Proc. in Aussicht stellen würde. – Viel mehr, meine ich, dürfte sich in dieser Richtung überhaupt nicht erreichen lassen, wenn man den unter allen Umständen sehr bedeutenden Kraftverlust durch Reibung gehörig in Betracht zieht, welchen Page zwar nur auf 15 Procent, Dub aber („Elektromagnetismus“ S. 478) viel eher auf 50 Procent veranschlagt, – und welchen man, um einigermaßen sicher zu gehen, in einem Voranschlage immerhin nicht unter 30 Proc. ansetzen darf. Wenn es also gelingt, was allerdings nicht unwahrscheinlich ist, durch die projectirten Verbesserungen der Maschine von Kravogl die Hälfte des theoretischen Effectes zu erzielen, so dürfte damit auch die Grenze der Leistungsfähigkeit elektromagnetischer Maschinen so ziemlich erreicht seyn, – und alle weiteren Bestrebungen den Elektromagnetismus als bewegende Kraft nutzbar zu machen, müßten fernerhin der ökonomischen Verbesserung der zum Betriebe dienenden galvanischen Batterien zugewendet werden. Um die Gesichtspunkte festzustellen, welche dabei in erster Linie im Auge zu behalten sind, erwäge man Folgendes: Nach den oben entwickelten Formeln ist der Materialverbrauch bei gleicher Arbeitskraft desto kleiner, je größer die elektromotorische Kraft der Batterie-Elemente ist. Dieser Umstand würde den mit Salpetersäure geladenen Ketten, z.B. den Kohlenzinkketten, den Vorzug einräumen, wenn nicht eben die Kostspieligkeit der Salpetersäure, welche – wie oben gezeigt wurde – bei 100 Proc. Nutzeffect auf 1/3, somit bei 50 Proc. Nutzeffect auf 2/3 Thlr. per Pferdekraft und Stunde zu veranschlagen ist, ihre Anwendung im Großen unmöglich machte. Diese Kosten würden bei Anwendung der von mir vorgeschlagenen Ladungsflüssigkeiten (polytechn. Journal Bd. CLXIV S. 427), bei welchen die Salpetersäure zum Theile durch Schwefelsäure ersetzt ist und welche eine bedeutend größere elektromotorische Kraft liefern, allerdings erheblich vermindert werden, aber doch nicht in dem Maaße, um die Anwendung einer solchen Batterie rentabel zu machen. – Die Dering'schen Ladungsflüssigkeiten (stehe meine oben citirte Abhandlung) – Lösungen von Kali- oder Natron-Salpeter in Salzsäure – sind schon aus dem Grunde nicht praktisch, weil die damit geladenen Ketten eine viel zu rasche Abnahme der Wirkung zeigen. Es kommt also erstens darauf an, ein entsprechendes Surrogat der Salpetersäure ausfindig zu machen (welches vor Allem eine sauerstoffreiche, gut leitende und wenig kostspielige Flüssigkeit seyn müßte). Die Zinkconsumtion kommt überall weniger in Anschlag, weil dieselbe durch den als Nebenproduct abfallenden Zinkvitriol wenigstens großentheils gedeckt wird. Andererseits kommt aber die Gesammtfläche der Erreger-Platten und beziehungsweise die Anzahl der Zellen (nicht zu verwechseln mit der Anzahl der Elemente), aus welchen die Batterie zusammengesetzt ist, in Betracht und ist nicht nur für die räumlichen Verhältnisse und Herstellungskosten, sondern ganz besonders für die mehr oder weniger umständliche, zeitraubende und kostspielige Bedienung der Batterie bei ihrer Zerlegung, Reinigung, Zusammenstellung, Füllung, Reparatur u.s.w. maaßgebend. Was nun diese Plattenfläche (beziehungsweise Zellen-Anzahl) der Batterie betrifft, so läßt sich leicht nachweisen, daß dieselbe bei gleicher elektromotorischer Kraft und bei gleicher Arbeitsleistung, folglich auch bei gleichem Materialverbrauch eine sehr verschiedene seyn kann, indem sie auch noch vom Widerstande abhängt, welcher in den Zellen auf einen bestimmten Flächenraum der Plattengröße entfällt. Um diese Abhängigkeit ersichtlich zu machen, nehmen wir an, es handle sich um die zweckmäßige Anfertigung einer zum Betriebe einer elektromagnetischen Maschine, welche eine Pferdekraft Arbeit liefern soll, bestimmten Batterie, unter der Voraussetzung, daß der Widerstand außerhalb der Batterie auf den Betrag w veranschlagt werden könne. – Hinsichtlich der Batterie nehmen wir an, daß mit Rücksicht auf die Wahl der Erregerplatten und Ladungsflüssigkeiten auf eine elektromotorische Kraft η in jeder Zelle zu rechnen sey, während man andererseits durch vorläufige Versuche ausgemittelt habe, daß der auf die Flächeneinheit (Quadratmeter) der Plattengröße entfallende Widerstand in jeder Zelle, mit Rücksicht auf die beabsichtigte Form, Plattendistanz und Diaphragmen derselben, mit dem Betrage u in Voranschlag gebracht werden könne. – Es soll nun die erforderliche Anzahl n und Plattengröße f der anzufertigenden Zellen berechnet werden, die – zu einer Batterie von n Elementen an einander gereiht – den verlangten Effect zu liefern vermögen, wobei wir die bereits erwähnte vortheilhafteste Anordnung der Widerstände voraussetzen wollen, indem wir die Batterie so einrichten, daß der Widerstand innerhalb derselben dem Widerstande außerhalb derselben gleich ausfällt. Da der Widerstand einer Zelle von der Plattengröße f offenbar u/f, also für n Zellen n u/f ist; da wir uns ferner n und f so gewählt denken, daß n u/f = w ist, so wird sich eine Stromstärke s = nη/(2n u/f) = f η/2u ergeben. Andererseits ist nach einer früheren Formel der theoretische Effect a = k η . ns also hier a = kη . nfη/2u = kη ²/2u . nf woraus folgt nf = 2a/kη ² . u, oder, wenn die Maschine p Procent Nutzeffect liefert nf = 100/p . 2a/kη ² . u Dieses nf bedeutet offenbar die gesammte PlattenflächePlattenfäche der Batterie, – und diese ist daher dem Widerstande u (der Plattenfläche = 1) proportional. Für eine Pferdekraft ist a = 75 anzusetzen; für eine Kohlenzinkkette ist η = 20. Man erhält unter dieser Voraussetzung 2a/kη ² = 427, also nf = 427 . u, – und, wenn die Maschine p Proc. Nutzeffect gibt, nf = 100/p × 427 . u. Nach meinen Erfahrungen geht bei Kohlenzinkketten mit Thonzellen u selten bis auf den Betrag 0,005 herab; nehmen wir also z.B. an u = 0,01 und p = 50 Proc., so erscheint für eine Pferdekraft eine Batteriefläche nf = 2 × 427 × 0,01 = 8,54, also von mehr als 8 1/2 Quadratmetern erforderlich. Aus der obigen Annahme n u/f = w folgt f = nu/w; dieß in der Gleichung nf = 2a/kη ² . u substituirt, gibt n ² u/w = 2a/kη ² . u, also n ² = 2a/kη ² . w, somit n = √(2a/kη ²) . √w und wegen nf = 2a/kη ² . u folgt hieraus f = √(2a/kη ²) . u/√w oder, wenn die elektromagnetische Maschine p Procent Nutzeffect gibt, in welchem Falle auf einen theoretischen Effect 100/p . a angetragen werden muß n = √(100/p) . √(2a/kη²) . √w f = √(100/p) . √(2a/kη²) . u/√w. Hieraus ist ersichtlich, daß auch die erforderliche Plattengröße f der einzelnen Elemente mit jenem Widerstande der Flächeneinheit im geraden Verhältnisse steht. Zieht man es vor, anstatt jedem einzelnen Elemente die Plattengröße f zu geben, jedes dieser Elemente durch mehrere kleinere Plattenpaare, deren gleichnamige Platten miteinander verbunden sind, zu ersetzen, so wird offenbar deren Anzahl r für jedes Element und somit auch deren Gesammtanzahl nr für die ganze Batterie ebenfalls desto größer ausfallen, je größer jener Widerstand der Flächeneinheit ist. In solchen Fällen ist also dieser Widerstand auch für die Anzahl der Zellen in der Batterie maßgebend. Die möglichste Verkleinerung dieses Widerstandes in den Zellen ist also der zweite Zielpunkt, der bei der Verbesserung der zum Betriebe elektromagnetischer Maschinen bestimmten Batterien im Auge behalten werden muß. – Er findet seine Berücksichtigung theils in der Wahl von gut leitenden Ladungsflüssigkeiten, theils in einer zweckmäßigen Form der Zellen, welche – ohne den Rauminhalt für einen hinreichenden Vorrath der Ladungsflüssigkeiten zu beeinträchtigen – doch gestattet, die Erregerplatten einander möglichst nahe zu bringen, und insbesondere in der Beschaffenheit der porösen Diaphragmen. Die Kostspieligkeit und geringe Dauerhaftigkeit der Thonzellen von geringem Widerstande macht es sehr wünschenswerth, daß es gelingen möge, ein anderes Material diesem Zwecke dienstbar zu machen, welches die Herstellung von hinreichend porösen und dauerhaften Diaphragmen mit geringen Kosten gestattet, wie es z.B. im Kleinen bei der Platinkette von Jedlick durch Anwendung von eigens zu diesem Zwecke präparirtem Papier versucht worden ist. Wenn es auch nicht erreichbar ist, die elektromagnetische Maschine im Allgemeinen zu einer Concurrenz mit der Dampfmaschine zu befähigen, so ist doch, nach den neuesten Erfolgen, welche die Herstellung elektromagnetischer Maschinen von 50 Proc. Nutzeffect erwarten lassen, die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, daß es durch die angedeuteten Verbesserungen der galvanischen Batterien (insbesondere entsprechende Surrogate für Salpetersäure und Thonzellen) dahin gebracht werden könne, die elektromagnetische Maschine für manche kleinere Betriebe, wo sie für die Mehrauslagen im Vergleiche mit der Dampfmaschine manche erwünschte Bequemlichkeiten bieten würde, erschwinglich zu machen, – wenn es eben gelingt, die Oekonomie der galvanischen Batterien so einzurichten, daß die dabei abfallenden Nebenproducte eine vortheilhafte Verwendung oder Verwerthung finden können. Das Problem, die galvanischen Batterien wohlfeil zu machen, welches die Lebensfrage des Elektromagnetismus als bewegende Kraft in sich schließt, dürfte auch nur auf diesem Wege seine Lösung finden, nämlich durch eine wesentlich auf die Ausbeute brauchbarer Nebenproducte berechnete Einrichtung und Oekonomie, auf welche daher bei den oben angedeuteten Verbesserungen der galvanischen Batterien zugleich Bedacht zu nehmen wäre. Meine Absicht bei der Verfassung dieses Aufsatzes war zunächst dahin gerichtet, diesem Zweige der physikalischen Technik neuerdings die Aufmerksamkeit von Praktikern zuzuwenden und denjenigen, welche nicht Physiker von Fach sind, die Uebersicht und die Beurtheilung der dabei in Betracht kommenden Erfahrungen und theoretischen Verhältnisse zu erleichtern. Innsbruck, am 24. Februar 1867.