H \'v\' S ⢠quot; W* W^m m* W .TV
. öT â ^ ^ w fö \' J/ ^ ^
^S§®amp; ^.sfesS-gt;M.\'\'.. \'â. .*gt; lt;1. Mmr*!\'.. lt; \' tfc
TIEN VOOBMACHTIN
OVt\'P
ELECTRO TECHNIEK.
Met 30 Figuren.
. t\' kX* âf
Iy â « .
TIEN VOORDRACHTEN
OVEK
ELECTROTECHNIEK
(IE HOUD EX
voDi\' Je lütlfii der Verccnigiug voor Fuliricks- en llanilwerksiiijvcrlieié,
A Ult\'clintï UT RECHT.
DOOR
Dr. .1. IJ. IIOORWTCa,
Lferaar aait Ji\' li. II. II. S. (lt;â Vtrfchl.
jfll IHIHEEK DF»
JC/aoc-
U T K E C H T ,
K !â¢: .M 1 N K amp; Z O O N ,
(over «1«\' Domkerk).
1 895.
v â ⢠â 1 â \'â
Vit\'Viquot; â ⢠- ⢠â â â 1
..........â â â â 1 . .........â \'1 - .\'.v - \'\' \' \' â : V \' \' \' â \'
â ifeW. , . , . ^ ....
...... -r : \'
... â â
⢠â .â â â . â â \' ..... . ⢠â .. â¢Mi.-,. â ..... . . â ..........â â . â â â ...,â
... .. â â :.. â ⢠â ⢠⢠... ⢠, â â â â â¢
....... â .. â . . . â . quot; . , . ...â ,â . .....
.... . . ⢠......... ...
...
...â -, , , , :. , . .,â .â ., .. . . .
iilquot; ⢠, â \' \'
â â . â â ⢠â ^ . . â - â â \' ⢠... â \' \' ⢠⢠. . . . ; , .... : â ,. . . : â . â â \' â - â¢
... \'. r \' \'
\' â ..... \' \'
-â r-i â .....\'
.. ...... ...... ⢠\' â . I, â â â â â \' \' \' \' \'V- â¢
V O O RR K I) E
Op verzoek van eennje helangslellende toehoorders is dit hchiopt overzicht van mijnen populair en Cursus over Ktectro-teehniek samengesteld.
Moye dit werkje ook in ruimeren kring eenig nut verspreiden.
De Schrijver.
..â¢â t : ... â . , â - ... â ;.â â . . . \' \', \' \' 1 â
â : . ⢠/ ..... . ... ........ ... ...
.⢠â Iquot;\';1\' I â â â Â¥-?,â }
... â â â : .
â -Hrf-ï
...... . . ^ . , . , . . ,
â ........ ...... , . ; â .. . . ⢠.
.
.....
. . , ..... . . .. .â ⢠, ...
.... .. ⢠â â \' â . \' â
.-O\',. .â .,.... ... .... . ..-.. . fpii! \'
, ⢠. : â - â â â â â â¢\'â \' \' â â ......
|
.... ... . iSWI ... quot;... V.. . , â . . .. â â . ..... - â , â â â -... . , ⢠, . ⢠.... ,...., ... â ... . : |
: .. ⢠⢠S\'Vn\' â . - â WV\' â |
ie Voer dracht.
Toen ik de vereerentle uitnoodiging van het Bestuur dezer Ver-eeniging aantiam, om voor dc leden eenen Cursus over Electro-techniek te houden, heb ik mij de moeiclijkheden niet ontveinsd, die aim het vervullen van die taak verbonden waren.
De Electroteclunek is een vak, waarin wiskundige besehouwiugen on berekeningen, en lang niet altijd van de eenvoudigste soort, schering en inslag zijn. Aan dc hulp der wiskunde heelt dit vak een groot gedeelte van de snelle ontwikkeling te danken, waardoor het de bewondering van de wereld heeft opgewekt.
Hoe nu van dit vak een goed denkbeeld te geven aan personen, die niet de taal der wiskunde slechts ten deelo hekend zijn?
Dit is een groot bezwaar en een bezwaar, dat nooit geheel is weg te nomen.
Maar toch meende ik, door het gezegde met proeven op te helderen en door mij tot het allernoodzakelijkste te beperken, aan welwillende toehoorders zooveel kennis van de Electroteehniek te kunnen mededeelen, dat zij de hooge heteekenis van dezen nieuwen tak van nijverheid leeren begrijpen en belangstellen in dc ontwikkeling er van.
Dit doel te hereiken, zal miju streven zijn.
Laten wij beginnen met het bespreken van de eigensehiippen der magneten.
In Klein-Azie en Arable, op Ceilon en andere plaatsen vindt men eenen steen, die de eigenschap bezit, ijzer aan te trekken.
6
Deze steen, magneetsteen genaamd, was reeds in zeer oude tijden bekend en de Chinezen wisten reeds zeer vroeg dat een staafje, op behoorlijke wijze uit dien steen gesneden, do eigen-schap bezat, om, opgehangen zijnde, naar het Noorden en Zuiden te wijzen, dat men dus dat staafje als kompas kon gebruiken. Later ontdekten ook andere volken deze laatste eigenschap en zoo verkreeg de magneetsteen ook de naam van zeilsteen.
Spoedig ook ontdekte men dat door wrijving met dezen steen aan staal dezelfde eigenschappen konden worden medegedeeld en zoo ontstonden de knust mag neten, die nu bijna geheel den natuurlijken magneet hebben vervangen.
Deze kunstmagneten onderscheidt men naar den vorm in staaien hoef-magneten en naar den aard in permanente en tijdelijke magneten.
Do permanente magneten zijn van staal vervaardigd en behouden jaren lang de verkregene eigenschappen, de tijdelijke magneten zijn van week ijzer en verliezen voor het grootste gedeelte het magnetisme, zoodra de magnetiseerende werking ophoudt. Echter blijft in hot eenmaal gemagnetiseerde ijzer steeds een klein gedeelte magnetisme als remanent magnetisme over.
Door dezelfde magnetiseerende kracht wordt ijzer niet alleen gemakkelijker maar ook veel sterker magnetisch dan staal; van daar dat buitengewoon krachtige magneten altijd van ijzer gemaakt zijn. Men heeft ijzeren, dus tijdelijke, magneten van buitonge-wonen omvang, hoeven met dikke armen van 2 meter lengte b.v., die honderden kilogrammen wegen. Zij worden door oenen elec-trischen stroom gemagnetiseerd en hoeten daarom electro-m a g n e t o n.
Iedere regelmatig gemagnetiseerde magneet heeft twee helften van ongelijke eigenschappen, die dooreen neutraal punt van elkander geseheiden zijn. Vrij opgehangen, richt zich de eene helft naar het Noorden, de andere naar het Zuiden. Daarom noemt men de eerste helft de noordelijke, de andere do zuidelijke helft. De sterkste werking vindt men op iedere helft in een bepaald punt, dat dieht bij het uiteinde ligt en dat de pool heet. Iedere magneet heeft dus een noordpool en een zuidpool.
Wanneer men nu twee magneten hij elkander brengt, dan he-speurt men, dat zij op elkander inwerken en wel zoodanig dat; gelijknamige polen elkander afstooten en 011 gelijknamige elkander aantrekken. De kracht waarmode dit geschiedt is des te grooter naarmate de magneten sterker zijn en de afstand der op elkander werkende polen kleiner is.
Een magneetpool zal de heide uiteinden van een staafje ijzer aantrekken, maar van do beide uiteinden van eenen magneet zal zij het ecne aantrekken en het andere afstooten.
Door een stuk kartoi\\, waaronder een sterken magneet geplaatst is, met ijzervijlsel te bestrooien, kan men waarnemen, dat een magneet reeds op grooten afstand op dat ijzervijlsel werkt en het rangschikt volgens bepaalde lijnen, die men de magnetische krachtlijnen noemt. Men verkrijgt dan nevensgaand figuur 1.
De krommen lijnen, die men daar ziet zijn de magnetische krachtlijnen, /ij geven in ieder punt van de ruimte de juiste richting aan van de magnetische kracht, die daar heerscht dooiden invloed van den onder het karton verborgen magneet. Hoe sterker die magneet is, hoe verder men de krachtlijnen niet hel oog kan vervolgen.
Men komt daardoor tot het b â sluit, dat iedere magneet aan de geheele ruimte, die er om been is, bijzondere eigenschappen mededeelt, of zooals men dat uitdrukt, dat iedere magneet om
8
zich heen vormt een magnetisch veld, waarvan de krachtlijnen den aard aangeven. Zijn deze krachtlijnen, zooals tnsschen de polen van eenen hoefmagneet, rechte lijnen, dan is overal het veld even sterk, loopen daarentegen de krachtlijnen in kromme lijnen met groote bochten uit elkander, dan is de sterkte van het veld in de verschillende punten verschillend en wel daar het kleinst waar de krachtlijnen het verst uit elkander loopen.
Zie fig. 2 waar do krachtlijnen geteekend zijn van het veld in de nabijheid van twee ongelijknamige polen. Dat veld nu is in B veel sterker dan in A.
Brengt men een stuk ijzer in de nabijheid van eenen magneet, dan ziet men de krachtlijnen van richting veranderen. Zij worden nis In t ware door dat ijzer uangelrokken en opgeslorpt. Tusschen de nabijzijnde pool en het ijzer ontstaat daardoor eene aanmerkelijke versterking van het magnetische veld, kenbaar aan het dichter opeenpakken der kniehtlijiK n.
9
Door sterke electromagneten in hoefvorm met stukken ijzer van gepitöte gedaante tot oenen bijna geheel gesloteneu m a gue lis ch en kring te vereenigon, kan men liet magnetische veld in de overgeblevene ruimte tot eene buitengewone sterkte opvoeren, zooals gemakkelijk door allerlei voorbeelden kan worden aangetoond.
2 e Voordracht.
Kvontils men in overoude tijden hekend was niet de eigenschappen van den magneetsteen, even/.oo kende men oudtijds reeds de merkwaardige eigenschap van het barnsteen, om, gewreven zijnde, stofdeeltjes en andere ligte voorwerpen tot zich te trekken.
Naar de (iriekschc naam van het barnsteen, is deze eigenschap de electrische eigenschap genoemd en zoo is ook de naam el e e t r i c i te i t afgeleid.
Niet alleen barnsteen, maar vele andere stollen zooals; glas, lak, eboniet en bergkristal bv. bezitten deze eigenschap.
Wrijft men eene ebonieten staaf met een droog katte vel en brengt men ze dan bij papiersnippers, houtzaagsel, vlierpitballetjes dan ziet men deze met groote snelheid er naar toe vliegen. Maar ook neemt men waar, dat deze ligte voorwerpen, na de staaf te hebben aangeraakt, er met even groote snelheid van weg vliegen, alsof zij afgestooten werden door dezelfde staaf, die ze even te voren aantrok.
Dat werkelijk op de eerste aantrekking eene blijvende afstooting volgt, blijkt duidelijk, als men de proef doet met vlierpitballotjes die met eenen dunnen zijden draad aan eenen glazen standerd zijn opgehangen. Met twee op die wijze opgehangen vlierpitballetjes laat zich ook gemakkelijk aantoonen, dat de eleetriciteit van eboniet, met een kattevcl gewreven, van eene andere soort is als die
11
van eenen met zijde gewreven glasstang. Want dezelfde balletjes, die door het eboniet worden afgcstoolen, worden door het glas afgestooten en omgekeerd.
Men moet dus twee soorten van electriciteit onderscheiden, die men de positieve en de negatieve electridteit noemt en met behulp der zelfde vlierpitballetjes kan men gemakkelijk ontdekken, dat hier weder do regel geldt:
Gelijknamige electriciteiten stooten elkander af, ongelijknamige trekken elkander aan.
De electriciteit van den met zijde gewrevenen glastang noemt men positief, die van den bovenvermelden cbonietstang negatief. Een lichaam dat niet electriseh is, noemt men neutraal.
Verder blijkt ook dat de proef inct de vlierpitballetjes geheel anders uitvalt, wanneer men ze niet met zijden draden aan glazen stangen maar met katoenen draden aan metalen standerds ophangt. In dat laatste geval ziet men nooit anders dan aantrekking, onverschillig met welke geelectriseerde staaf men ze eerst heeft aangeraakt of naderhand nadert. Daar nu eene dergelijke eenvoudige aantrekking alleen bij de werking op neutrale voorwerpen plaats grijpt, zoo volgt hieruit, dat de katoenen draad en de metalen standerd de electriciteit der vlierpitballetjes hebben weggenomen. Men moet dus onderscheid maken tusschen goede en slechte geleiders voor de electriciteit.
Goed geleiden allo metalen, katoen, water, kool, enz. Slecht geleiden hv.: glas, eboniet, barnsteen, zijde, guta-percha en droge lucht.
Het blijkt nu verder dat men met eenen koperen bol al dezelfde proeven kan overdoen, die men eerst met de ebonietstaaf gedaan heeft, mits de electriciteit van den koperen bol door oen droog glazen handvatsel belet wordt naar den grond af te stroonien. Men zegt nu dat de koperen bol door het glazen handvatsel is geïsoleerd.
Als isolatoren kan men alle slechte geleiders gebruiken. Ken koperdraad wordt dus geisoleerd door ze met zijde te omspinnen of met guta-percha te bedekken.
Aan eenen geisoleerden metalen geleider, conductor, kan men,
12
ook zonder hem te wrijven ol\' aan te raken, electriciteit rnede-deelen, door hem nl. te naderen met een liehaam, dat reeds electriseh is. Is dat hv. een gewrevene, derhalve met negatieve eleetrieiteit Vgt;eladene ebonietstang, dan wordt het naastbij gelegene deel van den conductor positief, het afgewende deel echter negatief en wel zoolang als de ebonietstaaf in de nabijheid is en des te sterker naarmate zij dichter bij komt.
Dit is liet verschijnsel der eleetrische in fluent ie. Deze geschiedt van conductor op conductor, dwars door de tusschen iig-gende, niet geleidende middenstof, hier de lucht, heen.
Kindigt het naaatbijgeiegcne deel van den conductor in eenen metalen kam met fijne spilsen, dan stroomt in het donker van die
1) Doze en roni;_p andere clii lu - dank ik aan dr wnlwillendhciit van den Heer Marins, Voor/iller van de vroeger genoemde Verecniging. De overige figuren zijn aan bekende werken over Klectrolechniek onlieend.
13
fijne spitsen oen zacht licht af en tegelijk verdwijnt de positieve eloctriciteit die aldaar door de mfluentic van de ebonietstaaf was opgehoopt.
Men kan dus eenen gcisoleerden conductor eleetrisch maken, hetzij direct door wrijving, hetzij indirect door influentie.
Hierop nu berust de inrichting van alle electriweerinach i nes (Fig. 3), die dienen om. grootere hoeveelheden electriciteit op te zamelen, dan met eene eenvoudige ebonietstaai\'mogelijk is
Deze machines bestaan hoofdzakelijk, uit glazen of ebonieten schijven, waarvan enkele van eene kruk voorzien zijn. Door deze kruk te draaien wordt de wrijving en de infiuenliewerking zoodanig in samenwerking gebracht, dat zich op 2 geïsoleerde conductors groote hoeveelheden electriciteit van tegenovergesteld teek en verzamelen.
Met deze machine kan men nu allereerst opmerken het optreden van den electrischen vonk, een eigenaardig lichtverschijnsel, dat op geene andere wijze dan door electriciteit kan worden verkregen.
De electriseho vonk springt over, wanneer twoc met verschillend teeken geladene conductors elkander naderen. Den afstand waarbij de vonk begint over te springen noemt men de s 1 ag w ij d t e.
Met eene draaiende schijf, waarop letters zijn geplaatst, kan men aantoonen, dat de electriscbc vonk eenen bijzondere korten duur heeft, want, hoe snel men deze schijf ook draait , wanneer de vonk overspringt, kan men altijd de letters lezen, wat bewijst dat In den korten tijd, waarin de vonk oversprong, de schijf niet merkbaar was gedraaid.
Men kan met den electrischen vonk een stuk karton doorboren en ether aansteken en zoo bewijzen dat hij warmte bezit.
De vonken van onze electrlseermachine hebben bij grooten afstand der conduetorknoppen den bekenden zigzagvorm der bliksemstralen maar geven weinig geluid. De knal wordt echter veel sterker wanneer wij met de machine eene zoogenaamde Leid se he fie se h verbinden, eene lleseh nl. die van binnen en van buiten tot zekere hoogte met bladtin is bekleed. Men ziet dan dat bij betzelfde aantal omwentelingen van de (â¢leetriscermMchlne, derhalve
1-1
liij do voortbrenging van gelijke hoeveelheden electrieiteit, de vonken schanrsrher worden maar veel sterker knetteren en dikker en daardoor meer lichtgevend zijn. De Leidsche flesch heeft dus veroorzaakt, dat er zich eerst meer electrieiteit moest ophoopen, eer er een vonk kon overspringen. Zij heeft de electrieiteit verdicht.
Tegelijk zien wij dat de vonken knetterender en lichtgevender worden, als do hoeveelheid eleetriciteit, die bij iederen vonk overspringt, grooter wordt.
De lengte echter van den vonk hangt van die hoeveelheid niet af.
Wij laden eerst één Leidsche flesch door een zeker aantal 0111-wentelingen van do eleetriseennachino en nieten de lengte van den vonk die bij de ontlading overspringt. Daarna laden wij bij precies hetzelfde aantal omwentelingen van de machine twee Leidsche llesschen, even groot als de eerste en meten weder de lengte of slagwijdte van den vonk. liet blijkt nu, dat in het eerste geval do slagwijdte aanmerkelijk grooter is dan in het tweede geval. Toch is in beide gevallen maar één vonk en ook dezelfde hoeveelheid electrieiteit overgesprongen. Ilieruil volgt weder dat de slagwijdte van den vonk niet door de hoeveelheid eleetriciteit wordt bepaald.
Neen, men moet bij do eleetriciteit twee verschillende grootheden onderscheiden, die wel samenhangen maar niet dezelfde zijn: men moet onderscheid maken tusscben de hoeveelheid dor electrieiteit en de spanning der eleetriciteit.
Het is hiermede juist als met het water van verschillende beeken. Sommige beeken bevatten weinig water maar storten zich door hun groot verval met donderend geweld van den berg af. Andere beeken voeren aanzienlijke hoeveelheden water af, maar door hun gering verval stroomt dit vele water bijna onmerkbaar voort naar de rivier. Wat bij het water bet verval is, dat is nu bij de eleetriciteit de s pan n i n g.
I\'] ven zoo kunnen wij het met den stoom vergelijken. Men kan in eenen kleinen stoomketel stoom van grooto spanning ontwikkelen en in eenen grooten ketel stoom van weinig spanning. Toch beval altijd de groote ketel meer liters stoom dan do kleine.
15
Zoo kan men ook liobben: vool electrioiteit van weinig spanning maar even goed weinig electrioiteit van hooge spanning. Hot is nu deze spanning die door de lengte van den vonk, door de slag-wijdte dus, wordt aangewezen.
Op do volgende wijze kan men het ondorsclieid tusschen hoeveelheid en spanning nog duidelijker maken. Men verbindt don eonen knop van de electriseermachine met den grond on den anderen, A, door eenen katoenen draad van een paar meters longlo met den knop ]gt; van een koperen stang die zich in eene Hosoh bevindt en aan hot uiteinde oen dun govidblaadje L draagt. Tegenover het goudblaadje L bevindt zich oen koperen stang T, die buiten de liesoh uitkomt on eveneens met den grond verbonden is.
Wanneer men nu de olectriseormaohine in werking stelt, dan ontstaat er een eontinueelc stroom van electrioiteit van A uit door den katoenen draad on door het toestel H naar den grond on wel zoodanig, dat telkens als er op het goudblaadje L eono bepaalde hoeveelheid eleotrioitoit is verzameld, do aantrekking op T zoo groot wordt dat L togen \'1\' aanslaat en do opgozameldo electrioiteit aan den grond afstaat. Elke koer dat I- togen T slaat is er dan eone bepaalde hoeveelheid olectrioitoit door den katoenen draad gepasseerd, zooals men ook hierfun; bespeurt, dat bij gelijkmatige beweging van de kruk van do machine ook in donzeirden tijd liet goudblaadje even veel koeren tegen \'1\' slaat. Omgekeerd kan men
16
uit het aantal slagen dat het goudblaadje per minuut doet, de hoeveelheid electriciteit beoordeelen die in dien tijd door den draad gaat.
Door iedere doorsnede van den draad gaat natuurlijk in den-zclfden tijd dezelfde hoeveelheid electriciteit, want anders zou immers tusschen twee opvolgende doorsneden de electriciteit zich tot in het oneindige ophoopen!
Terwijl dus per minuut door iedere doorsnede van den draad precies dezelfde hoeveelheid electriciteit stroomt, is de spanning in die verschillende doorsneden volstrekt niet gelijk, maar neemt van A af naar li toe geregeld af, zooals blijkt uit de papier-strooken f,, f., en f;, die op verschillende afstanden aan den draad zijn opgehangen. Deze papierstrooken worden door de electriciteit van de doorsnede, waarop zij hangen, gelijknamig geladen en daardoor stooten de uiteinden er van elkander af en vormen eenen hoek, die nu duidelijk bij f, grooter is dan bij f, en bij f2 grooter dan iiij f.,.
De hoek der papierstrooken geeft de spanning der electriciteit aan, de beweging van het goudblaadje de hoeveelheid.
Vervang ik den katoenen draad door eenen, die vier malen zoo dik is, dan ziet men bij gelijke snelheid van de kruk van de machine het goudblaadje lgt; veel sneller bewegen dan vroeger, wat bewijst dat er per minuut meer electriciteit door den draad passeert.
liet blijkt dus, «lat de afmetingen van den draad invloed hebben op den stroom van electriciteit, die er door gaat, dat nl. meerder dikte gepaard gaat niet grooter hoeveelheid per minuut. Evenzoo heeft ook de lengte van den draad invloed: hoe langer de draad, hoe langzamer het goudblaadje zich beweegt. Een draad biedt dus aan het doorstroomen van de electriciteit des to meer weerstand naarmate hij langer en dunner is.
Bij de ontlading van eenc Leidsehe tlesch zou men oppervlakkig meenen, dat het geheele verschijnsel zich bepaalt tot het overspringen van eenen meer o 1 minder krachtigcn vonk. Dit is echtei liet geval niet: ook in de geleidende koten, waarmede men de lleseh ontlaadt, heeft de ontlading uitwerking, zooals ten duidelijkste blijkt als men de verbinding tussehen binnen- en buiten-
17
bekleedsel van de ge laden e flescli vormt uit een keten van personen, die elkander do hand reiken. Bij de ontlading gevoelt iedere persoon dan eenen krachtigen schok, die soms tot in den schouder voelbaar is.
Deze krachtige werking op ons lichaam, de electrische schok genaamd, is even als de electrische vonk, een verschijnsel dat geheel eigenaardig bij de beweging der electriciteit voorkomt, «lat door niets anders dan door electriciteit kan worden voortgebraclit.
Een zeer sterke electrische schok kan een inensch dooden.
Dh. HüORNVEf», KltcfrolechnieX\'.
3 e Voordracht.
Van alle diorcn is wol flo kikvorsch hot inoost gevoelig voor den eiectrisohon schok. Sporen van electriciteit, die anders bijna niet merkbaar zouden zijn, brengen het lichaam van den kikvorsch in hevige trokking en dat geschiedt niet alleen hij den levenden kikvorsch maar ook hij versch geprepareerde deelen er van.
\'/oer hekend is het kikvorsch preparaat van Galvani, fig. 5, dat
bestaat uit de heide1 achterste ledematen. van hot overige dool van het liohiiam afgesneden en van do huid ontdaan.
Wanneer men nu de zenuwen dezer achterste ledomaten blootlegt en deze aanraakt mot oen zinken staal\', die den oenen arm vormt van ecne tang, waar-
ijy 1 ViU1 (\'\'\' a,ulere :,rm van
\' ko])er vervaardigd is on mou drukt dan don spieren, zooais in de teekening is pooien ziidi kraohtig sa.men, als oen
tegen oen der dan trokkoii do
koperon an aaiiKowozon
bewijs dal or oh\'otrioili\'il emtwikkold is.
19
Men kan ook hot kikvorsch preparaat aan ecnon glazen standerd ophangen en de beide zenuwen dor beide ledematen met dunne koperen geleiddraden verbinden. Zoo men nu één dezer met den zinken arm van den tang aanraakt, verkrijgt men weder sterken trekkingen; de pooten echter blijven rustig, zoo men dezelfde proef met den koperen arm der tang herbaalt. Uit dit wegblijven der trekkingen, zoo men alleen met koper werkt, blijkt dal de oorzaak dor electrieiteitsontwikkeling in de ongelijkheid der heide metalen moot gezocht worden. Aldus geraakt men tot bet besluit , door Volta met tal van proeven opgehelderd, dat overal waar twee verschillende geleiders elkander aanraken, in de aanrakingsplaats een bron van electriciteit aanwezig is. M. a. w. electriciteit wordt niet alleen ontwikkeld door wrijving maar ook door eenvoudige aanraking, door contact.
Deze contact-electriciteit is de grond van de werking van alle zoogenaamde electrische cellen of galvanische elementen, die bv. in de telegrafie en in de telefonie zulk eene menigvuldige toepassing vinden. Zulk eene cel bestaat in hare eenvoudigste gedaante uit oen glas met eene zure of zoute oplossing gevuld waarin twee verschillende, zoogenaamde pöolplaten, geplaatst zijn, die van boven in koperen knoppen of klemsehrocven eindigen. Door de electriciteit, die in de aanrakingspunten van deze beide platen, met hot koper én met de vloeistof, ontwikkeld wordt, ontvangen deze klcniscbroeven eene blijvende ladingen wel, zoo de cel geïsoleerd opgesteld is, de eene knop positieveen de andere negatieve electriciteit.
De eerste knop heet nu de positieve pool, de andere de negatieve pool en zoo men deze beide polen door eene metalen draad verbindt, zoodat er een geheel gesloten kring of keten tot stand komt, dan ontstaat er in deze keten een voortdurende stroom van electriciteit, dien men een ga 1 va n ise h en stroom noemt. Deze stroom gaat in den metalen draad of in het samenstel van draden, dat de polen verbindt, van de positieve naar de negatieve pool en is des te sterker, naar mate de beide polen meer in electrische spanning verschillen en naarmate do deel en waaruit de keten U samengesteld en waartoe ook de cel zelve behoort, min-
â¢)*
20
dor weerstand bieden aan het doorstroomen van de electrieiteit. Konen sterken stroom verkrijgt men dus, wanneer de polen de cel een groot verschil in eleetrisclie spanning hobbon en tegelijk de keten eenen zeer geringen totalen weerstand bezit. Dit laatste is bot geval als de poolplaten der eel zeer groot zijn en zeer dicht bijeen staan en daarenboven de metaaldraad, die de polen verbindt, zeer goed geleidend en daarbij zeer dik en zeer kort is. Maar boe langer en hoe dunner die draad is en hoe slechter hij «roleiflt, des te meer weerstand biedt hij aan den eleetrisclie stroom aan en des te zwakker dus is de stroom, dien dezelfde cel levert. Men kan dan echter lt;gt;p geschikte wijze een tal van cellen van dezelfde soort tot eene zoogenaamde batterij verbinden en daardoor de po olspan n i ng, d. i. het vorsebil van spanning der polen, zoodanig vergrooten, dat ondanks den grooten weerstand in do koten, toch de stroom vrij sterk wordt.
Terwijl eene cel of eene batterij stroom levert, hebben daarbinnen Hrheikundige werkingen plaats, waardoor de oplossingen veranderen en de poolplaten worden aangetast. Do galvanische stroom beslaat dus ten koste van de chemische werkzaamheid in de cel.
bdere cel vercischt voortdurend herstel en vernieuwing.
Mot helmlp van de galvanische cellen is hot gemakkelijk de vorschillende eigenschappen van den galvanischen stroom te doen opmerken.
In do eerste plaats neemt men dan waar, dat de galvanische stroom nabij zijnde kompasnaalden doet atwijken, dat hij derhalve magnetisch werkt of zooals men het noemt, een magnetisch veld om zich heen vormt. Dit blijkt ook, als men eenen metalen draad dwars door eene glasplaat steekt en, nadat er door dien draad een stroom is gevoerd, do glasplaat met ijzervijlsel bestrooit. Men verkrijgt dan weder magnetische krachtlijnen, die nu bestaan uit conoentrisehe eirkcis, met den draad tot middenpunt. Deze mag-netisebe werking van den galvanischen stroom wordt veel sterker, wanneer men (lig. B) den geleiddraad geheel om den magneet heen windt, zoodat de stroom een raampje vormt, binnen welke de magneetnaald bewegelijk is opgehangen. Ken zwakken stroom zal dan den magneet al doen afwijken.
21
Nog gevoeliger wordt de inrichting, zoo het raampje, waar binnen de magneetnaald zich bevindt, uit talrijke windingen van
den geleiddraad is samengesteld, wanneer dus de stroom vele malen om den magneet heen gaat. Hoe meer windingen, hoe sterker de invloed. Wanneer men den stroom in eene andere richting door de windingen laat gaan, dan wijkt ook de naald naar de andere zijde af. Men kan dus uit de richting van de afwijking de richting van den stroom beoordeelen. De instrumenten, met welke men aldus de richting
en de sterkte van galvanische stroomcn meet, heeten galvanometers; zij worden in allerlei verschillende vormen gebruikt.
Met den galvanometer kan men gemakkelijk aantoonen, dat er volstrekt geen galvanische stroom bestaat, wanneer de keten ergens, waar ook, is afgebroken en dat de stroom zeer zwak is, wanneer er slechte aanraking is tusschen de verschillende deden van eene keten. Ook kan men er mede bewijzen, dat de stroom des te zwakker is naarmate de totale weerstand grooter is en dat, als een stroom zich vertakt in 2 ol\' meer verschillende takken, door dien tak de meeste olectrieiteit gaat, die den minsten weerstand biedt, terwijl door alle takken te samen weer evenveel per seconde doorstroomt als door den hoofdtak alleen. Verdeelt dus een stroom z i e h in t w e ë e n e n wordt i n d en eene n t a k weerstand ingeschakeld, dan neemt de stroom in dien tak af, maar in den anderen toe.
Maar de magnetische werking van den stroom is niet beperkt tot het doen afwijken van bewegelijke magneten; /.ij openbaart zich ook in het magnetisch maken van ijzer, dat in de nabijheid is.
Wanneer men eene ijzeren staaf met eenen goed gcïsolecrdcn geleiddraad spiraalsgewijs omwikkelt of wel de ijzeren staaf AH, lig. 7, als kern in eenen draadklos (\' brengt, door welk- windingen een galvanische stroom gaat, dan wordt dit ijzer tijdelijk magnetisch. Breekt men den stroom af, dan verdwijnt ook grootendeels het magnetisme van het ijzer; keert men de richting van den
22
stroom in de windingen om, dan keeren ook de polen om. Een dergelijke ijzeren stiiai ol\' hoel\' met draadklossen omgeven heet
e 1 e ct romag iie et en kan in sommige gevallen buitengewoon krachtig worden, maar altijd slechts zoo lang ais de stroom door de windingen gaat. In alle electrischc schellen en alle telegraaftoestellen bevindt zich een clectromagneet, die; door het aantrekken van een ijzeren anker, zoodra de stroom door de windingen gaat, de gevraagde beweging doet ontstaan. Zoo berusten ook alle olee-triscbe arbeidswerktuigen, de zoogenaamde electrisehe motoren zooals die van de electrisehe trams en der electrisehe kranen, op de aantrekking en afstooting die de polen van eenen sterken vast-liggenden eleetromagnctischen hoefmagneet op die van eenen olec-tromagm.\'tischen ring ol\' trommel uitoefenen, die tussehen de
polen van den eersten om eene as kan draaien. Zie lig. 8, waar nu n duidelijk den sterken vastlig-genden hoef, den zoogenaamden v e 1 d m a g n t: e t en even duidelijk het draaibare met draad omwonde-ne ijzei\'en ringvormige anker kan onderscheiden, waarvan door den electrischen stroom de polen telkens zoo gewisseld worden, dat door de mug-netisi he aantrekking en al\'stooting de draaiing steeds in dcnzell\'den zin plaats grijpt. l\'/lelt;\'trisrhe motori n, allen op dat beginsel berustende, worden tegenwoordig in allerlei afmetingen vervaardigd, van tot 200 en meer pftardekrachten toe.
I-IU
23
Evenals een galvanische stroom ccnc nabijzijnde magneetnaald doet afwijken, cvenzoo werkt omgekeerd een magneet bewegend dp eenen metaaldraad ofeenen draadklos, waardoor een stroom gaat.
Ook twee draadklosscn werken op elkander wanneer er stroomen doorgaan. Wanneer men dus den magneet ab van fig. 6 door eenen bewege-lijkcn draadklos (fig. 9) vervangt, dan zal deze door den vasten klos even va goed bewogen worden als te voren
l.-jj,. 9 de magneet, liet verschil is dat «Ie
magneet zieb tracht te stellen loodrecht op bet vlak der windingen, terwijl de bewegelijke klos van fig.\'.) zich stelt in bet vlak der windingen zelf. Hieruit volgt dat iedere draadklos werkt als een magneet, waarvan lt;lc as loodrecht staat op liet vlak der windingen. Omgekeerd zal de werking van eenen magneet altijd vervangen kunnen worden door een behoorlijk gestelden draadklos, waardoor een stroom van bepaalde sterkte stroomt.
Het innig verband tusschen magnetisme en eleétriciteil wordt nog duidelijker aan bet licht gebracht door de ontdekking van Faradaij, dat men in eene keten, waarin overigens volstrekt gem bron van electricitoit aanwezig is, clcctrische stroomen kan opwekken, door haar te bewegen in de nabijheid van magneten, ol anders gezegd, dat iu iedere gesloten keten clcctrische stroumen optreden, zoodra men baar beweegt in een magneliscb veld. De aldus opgewekte stroomen heeten i n d uc t i e s t r oo men.
Wanneer men (fig. 10) eenen draadklos A met eenen galvano-incter M verbindt tot eene geslotene keten en men duwt plotseling den magneet NS in de opening van den klos, dan ziet men dc magneetnaald van den galvanometer sterk afwijken , als een bewijs dat er een galvanische stroom is opgetreden.
Evenzoo ontstaat eene afwijking, maar in tegengestelden zin, wanneer men den magneet weder uit de opening wegtrekt nl wanneer men hem met den omgekeerden kant, dus nu met de noordpool, er in duwt. Kveneens verkrijgt men eenen stroom, als
24
de niiigneet vast staat, maar de draadklos er over heen gt-schoven wf)rclt.
iMg. 10,
Deze i n d uo li cH t roo iTi e n duren allen zeer kort, slecht:- zoolang ïiIh de beweging duurt: het rustig in de nabijheid zijn van eenen magneet beeft geen inductiestroomen ten gevolge; beweging is noodzakelijk. Door echter de beweging te herhalen, door bv. den draadklos over den magneet op en neer te bewogen otquot; door de proef zoo interiihten, dat eene draaiende beweging in de plaats treedt van de op en neergaande, kan men een rij van inductiestroomen voortbrengen, die, zoo zij kunstmatig allen in dezelfde richting in eene keten worden gezonden, lgt;ij snelle beweging samensmelten tot eenen eontinueelen galvanischen stroom, die in
25
al zijne eigenschappen, overeenstemt met dien, welke de galviini-sche cellen of batterijen opleveren.
De toestellen, waarmede men aldus door draaiing van draad-klossen ten opzichte van sterke staahnagneten galvanische stroomen voortbrengt, heeten magneto-inductietoestellen ol\'kortweg magneto\'s. Zij hebben dit groote voordeel boven de cellen, dat zij niet zoo dikwijls herstel en vernieuwing noodig hebben. Voert men ze in het groot uit, dan kan men ze door middel van water-ol stoomkracht bewegen en zoo electrische stroomen van groote sterkte en van langen duur op goedkoope wijze voortbrengen.
4c V o o r d r a c h t.
De vorige koer heblicn wij ons bezig gehouden met den invloed dien ilc galvaniBehe stroom op niibijzijndc voorwerpen vertoont. Xu moeten wij nog de werking nagaan, die de stroom in de eigene keten uitoefent.
Wanneer men een deel van de keten van eene galvanische batterij vervangt door eenen zeer dunnen ijzerdraad, dan ziet men bij het sluiten van den stroom dezen draad in sterke gloeiing geraken.
In den ijzeren draad wordt dus door den stroom eene groote hoeveelheid warmte ontwikkeld.
Mij langeren duur van den stroom bespeurt men «lat ook de andere deelen van de keten, hoewel minder sterk dan de ijzer-draad, hoe langer hoe warnier worden. Warmteontwikkeling is dus eene algemeene eigenschap van den galvanisehen stroom.
In ieder deel van de keten wordt warmte ontwikkeld: hoeveel, dat hangt af van de sterkte van den stroom en van den weerstand van bet bedoelde deel. Bij gelijke lengte en dikte zal een ijzer-draad eerder gloeien dan een koperdraad. Is echter de koperdraad zeer dun en de ijzerdraad dik, dan zal de koperdraad warnier worden.
Men weet tegenwoordig zeer fijne draden van koolstot te maken,
die door renen sterken .......... zoodanig gaan gloeien, dat zij een
licht verspreiden, gelijk aan dat van twee ot\' meer gaspitten. Zoo men verder dezen fijnen kooblraad in een glazen bolletje bevestigd . dat luehtledig is gemaakt . dan kan het niet verbranden en dan
27
kan deze zoogenaamde gloeilamp ook maanden achtereen licht versjirelden.
Zie lig. 11 waar twee dergelijke gloeilampen zijn afgebeeld, op oen kandelaber bijeengevoegd.
Een sterker licht verkrijgt men met de zoogenaamde eleetritiche booglamp, (lig. 12) in welke zich twee stevige koolstaven bevinden, die met de spitsen tegen elkander rusten. Zoo men nu door deze staven eenen sterken stroom voert, beginnen de koolspitsen to gloeien en licht te verspreiden, vooral wanneer men ze ondv het gloeien eenigzins uit elkander trekt, zoodat er een afstand van hv. 1 nijVl, tusschen beiden spitsen ontstaat.
\'/a MAT GRÃSS£ I
Fig. 11.
Hij de sterke gloeiing begint de kool-stol\'te koken en de daarbij naar alle kanten wegspattende kooldeeltjes vormen eene lichtende brug, den zoogenaamden li ebt boog, langs welke de eleetrische stroom ondanks den afstand der spitsen kan blijven voortgaan de koolspitsen kokend en gloeiend te houden. Hierbij branden de koolstaven gaandeweg af en wel de positieve ongeveer twee malen zoo snel dan de negatieve. De positieve staaf bolt zich hmgzamerhaud tot een soort krati r uit, terwijl de negatieve hare spitse gedaante behoudt.
28
Om nu gedurende dat alles het licht te onderhouden moeten door een zeker mechanisme de koolspitsen voortdurend naar elkander toe gedreven worden en juist zooveel als voor een sterk licht noodig is. Dit geschiedt meestal door den stroom zeiven en wel met hehulp van draadklossen, die magnetisch op ijzeren kernen werken, die met de koolstaven verbonden zijn.
Met deze zoogenaamde booglampen verkrijgt men een vrij constant licht van 10â1000 en meer gaspitten.
De warmte-ontwikkeling is niet de eenige werking, die de stroom in de eigene keten uitoefent.
/oo men een deel van de keten vloeibaar maakt, door hv. de draden die met de heide polen van eene galvanische batterij verhonden zijn, niet direct aan elkander vasttemaken, maar ze beiden van platinaplaten te voorzien en deze in een glas met bv. eene kopernplossing te stellen. De electrische stroom moot clan zijnen weg door deze koperoplossing nemen. Men ziet nu, dat deze oplossing door den stroom scheikundig ontleed wordt, want aan de plaat, die met de positieve pool aan de batterij verbonden is, ziet men gashclletjes oprijzen en de andere, de negatieve plaat ziet men zich langzamerhand met eene laag roodkoper bedekken.
Keert men de richting van den stroom om, zoodat do positieve plaat de negatieve wordt en omgekeerd, dan zet zich ook op tic andere plaat het roode koper af, terwijl dit metaal nu van de plaat, waarop het eerst nodersloeg, wordt opgelost en weggenomen.
Deze scheikundige werking van den clectrischen stroom noemt men e I cc tr o 1 yse.
Alle mi\'taaloplossingen worden zoodanig ontleed, dat hel metaal zich iil\'scheidt aan de negatieve plaat en wel in denzelfden tijd in des te grooter hoeveelheid, naarmate de stroom sterker is. Uit het gewicht van het metaal dat zich in eenen bepaalden tijd ul\'schiidt, kan men dus de sterkte van den stroom beoordeelen.
Door de electrolyse kan men ieder metaal met eene laag van een ander metaal bedek ken , dat bv. beter tegen den invloed van hel weer bestand igt; of dat glanzender is. Het galvanisch verkoperen, vernikkelen, verzilveren en vergulden is eene geheel afzonderlijke
29
on belangrijke tak van nijverheid geworden, die men de gal-v u n opleg! e noemt.
Door dezelfde electrolytisehe werking kan men de metalen uit do ertsen bereiden (Elee t r o-m e tal lu rg ie). Men lost dan de ertsen in passende vloeistollen op, verwijdert zooveel mogelijk door neerslag de verontreinigingen en voert dan door de oplossing oenen galvanisehen stroom, die het metaal op de binnenvlakte van liet vat neerslaat, daar dit vat zelf de rol van de negatieve poolplaat vervult. De eleetro-metallurgie heeft zich in den laatsten tijd enorm ontwikkeld. Aan haar heeft men o. den tegenwoonligen gnedkoopen jirijs van het aluminium te danken.
De negatieve poolplaat behoeft niet eens een metaal to zijn 01 ander goeden geleider. Zelfs op gips en andere dergelijke voorwerpen slaat het metaal zieh neer, zoo men slechts de oppervlakte er van geleidend maakt met potlood- of graphiet-poeder. Op deze wijze kan men in metaal afdrukken maken van gipsmodollon, beelden, ornamenten, enz. Deze tak van nijverheid lieot de gal van opl as ti ek en wordt eveneens op kolossale wijze toegepast. Alle zilveren en gouden kunstvoorwerpen, zelf van groot en omvang, worden tegenwoordig in de ateliers der zilverfabrieken galvanoplastiseh vervaardigd.
Wanneer men twee metaalplaten van dezelfde soort in water stelt, dan leveren zij geenen electrisehen stroom, daar de contact-electriciteit van de eone plaat juist opgeheven wordt door die van de andere.
Voert men echter eenigen tijd achtereen oenen anderen stroom van buiten af door dit toestel been, dan wordt liet water ontleed en de ontledingsproducten zetten zich op de metalen platen af, maar op de negatieve plaat de waterstof, op de positieve de zuurstof.
Deze heide gassen nu werken zeer verschillend op de oppervlakte dier platen in en deze ondergaan daardoor zoodanige Hcheikimdige verandering, dat zij elkander niet meer in electrisch evenwicht houden. Neemt men nu den hoofdstroom of I ad i n gst rno m weg en stelt men het ontleedtoestel in eene afzonderlijke eigene keten, dan werkt bet als eone cel, die oenen stroom levert, in richting
30
tegen gesteld aan don hoofdstroom. Door dezen eigen stroom, den o n tl ad i n gss t r o o m genoemd, worden nu de waterstof en do zuurstof juist op de andere poolplaton afgescheiden dan te voren en de scheikundige werking is dus ook tegengesteld aan die van vroeger. Hieruit volgt dat de metaalplaten langzamerhand elkander weer hoe langer hoe meer gelijk worden, dat dus de eigen stroom hoe langer hoe zwakker wordt cn eindelijk geheel verdwijnt. Het ontleedtoestel is dan ontladen.
Men kan er nu op nieuw van huiten af een stroom invoeren, dan geschiedt dezelfde werking weder als de eerste keer en zoo kan hel laden en ontladen van liet ontleedtoestel zoo dikwijls pla:tt~ hehhen als men verkiest.
5 e Voordracht:,
Maat en ^etnl zijn de grondslagen, waarop alle degelijke kennis berust. Wanneer men de dingen niet hij namen weet te noemen en liet aangewende niet in getallen weet uittedrukken dan is alle vooruitgang en ontwikkeling onmogelijk.
Dit heelt men in de Eloctrotecliniek ook ingezien en daarom hebben do beroemdste geleerden en teclmici op internationale congressen de vraag van de eenheden voor de eleetrieiteit van alle kanten bekeken en toegelicht, liet gevolg van dit overleg i.~, dat men over de geheele wereld een volledig stel van electrische eenheden hoeft aangenomen, die in allo talen dezelfde namen behouden.
Het is noodig, II met deze eenheden bekend te maken, maar al weder zal ik mij tot het allernoodzakelijkste beperken.
Onmisbaar is eene eenheid voor de spanning van de eleetrieiteit, en wel voor het spanningsverschil, dat zich openbaart in de lengte van den vonk, in de kracht der zuivere electrische aantrekking en afstooting, kenbaar hv. door den hoek van twee gelijknamige geëlcetriscordo goudblaadjes en in de sterkte van den stroom, die bij gelijken weerstand door een cel geleverd wordt.
Als eenheid van spanningsverschil is nu algemeen aangenomen, 1 Volt, aldus genoemd naar don beroemden Italiaansclien natuurkundige Volta.
Zoniler niis nu in de wetenschappelijke definitie van deze een-
32
heid te verdiepen, geef ik eenvoudig op dal de meeste galvanische cellen eene poolspanning bezitten, die tUBSchen 1 en 2 Volts gelegen is,
Ook merk ik op dat er tusschen de knoppen van eene electri-sccrniaclunc een spanningsverschil van 45(X) Volts moet bestaan om ccnen clectrisehen vonk van slechts 1 mM. lengte voortti brengen. Dnnr nn de vonken, die wij vim de electriseermachine verkregen veel grootere slagwijdte hadden, volgt hieruit, dat daarbij spanningsverschillen van verscheidene duizenden Volts optraden, dat er dun een kolossaal verschil in de electrisclie spanning bestaat hij proeven met de electriseermachine en hij die met galvanische cellen.
Het tweede waarvoor wij eene bepaalde eenheid niet kunnen missen is de hoeveelheid electriciteit, maar daar wij voornamelijk te doen hebhen met electrisclie stroomen, is het voldoende als er eene eenheid wordt aangewezen voor de hoeveelheid electriciteit, die elke secundc door ieder deel van de kelen passeert. Deze per secundc doorslrooinende hoeveelheid electriciteit is het ook die de sterkte, de intensiteit van den stroom aangeeft en die hv. bepaalt hoe sterk een magneet door den stroom afwijkt, hoeveel metaal er zich in een zekeren tijd uil zijne verbindingen afscheidt enz. Daarom heeft men eene eenheid van intensiteit of stroomsterkte vastgesteld en deze den naam gegeven van 1 Ampère, naar een beroemd fransch natuurkundige van dien naam. De sterkte van iederen galvanischen stroom wordt dus in Ampères of onderdeden en veelvouden daarvan uitgedrukt. Een stroom van i Milli-Ampère bv. is een stroom, die duizend malen zoo zw.ik is als die van 1 Ampère; er passeert dan ook per secunde door iedere
doorsnede slechts \'/....... deel van de hoeveelheid electriciteit, die
hij een stroomsterkte van eene volle Ampère door de keten gaal.
Ken stroom van 1 Ampère is in staal een gloeilampje lol gloeihitte te brengen.
Ken stroom van 1 Ampère ontwikkelt door electrolyse van water in 1 minuut 10,ö cM3. knalgas en slaat uit de verbindingen in I nnr 1,18 gnini koper of I gram zilver neder.
Ken derde eenheid is noodig voor den galvanischen weerstand
33
dien eene zekere keten of een deel daarvan aan den electrischen stroom aanbiedt.
eenheid van weerstand nu heet 1 Ohm en is de weerstand van een kolom kwikzilver, die 106 cM. lang is en 1 niM2. doorsnede heelt. Deze weerstand is voor alle stroomen gelijk, zoo lang de temperatuur dezelfde blijft.
Een koperdraad van 1 mM2. doorsnede moet G1 meter lang zijn om den weerstand van 1 Olim te bezitten; een ijzerdrnad van de zelfde doorsnede daarentegen slechts 12 Meter.
Een gewone bovenaardsehe ijzeren telegraafdraad heeft voor iedere kilometer lengte eenen weerstand van nagenoeg 10 Ohms,
Volgens het geleerde in de derde voordracht is de sterkte van eenen stroom des te grooter naarmate de poolspanning, dus het aantal Volts, van de cel of batterij grooter en naarmate de weerstand van de keten, derhalve het aantal Ohms, kleiner is. De bovenstaande eenheden zijn nu zoodanig gekozen dat als men het aantal Volts van de poolspanning der batterij deelt door het aantal Ohms van den totalen weerstand in de keten, de uitkomst, direct in Ampères, de sterkte van den stroom oplevert. Men heeft dus:
, , , , v . Aantal Volts der poolspanning.
Aantal Amperes van de intensiteit â
Aantal Ohms van den totalen weerstand.
Zoo bv. eene eel eene poolspanning van 1 Volt heeft en zij bevindt zieli in eene keten met eenen totalen weerstand van I Ohm, dan levert zij eenen stroom van 1 Ampère; eene cel van 2 Volts geelt in eene keten van 10 Ohms eene stroom van 1 Ampères enz.
Kindel ijk hebben wij nog eene eenheid noodig voor het eleetrisch arbeidsvermogen.
\\ ooi iedere verrichting is arbeid noodig; eene magneetnaald draaien, een rad in beweging zetten , een lamp laten branden, dat alles vereischt arbeid.
Om derhalve te kunnen nagaan of een zekere electrische stroom in staat is te doen, wat men er \\an eischt, moet men het arbeidsvermogen er van weten.
Dit arbeidsvermogen nu hangt af van intensiteit en poolspanning te /amen en wel van het produet er van.
I)K. lloOHWt O , lïhctfolechniel\', \'gt;
O i
»gt;4
l)it geheel in overeenstemming mot hetgeen men hij do stoom-inachines opmerkt: het aantal paardekrachten van zulk oen machine wordt niet alleen bepaald door de spanning van den stoom, ook niet alleen door do hoeveelheid stoom dio per seconde door do machine stroomt, maar door beiden te samen ou wol door hot product.
Evonzoo is hot mot hot arbeidsvermogen van het water, dat op oon waterrad valt: dit hangt niet alleen af van do hoevoolhoid water, dio per seconde op hot rad valt, evenmin alleen van hot hoogtevorsohil of hot verval van hot water, maar wol van boido faotoroM, mot olkandor vonnonigvuldigd.
Als oonhoid van eleotrisch arbeidsvermogen heeft men nu aangenomen iiot arbeidsvermogen van eenon stroom, dio bij oeno spanning van 1 Volt oeno intensiteit boolt van 1 Amporo.
Doze oonhoid van arboidsvermogon hooft men, ter eoro van don onstorfolijkon nitvindor der stoomwerktuigen, 1 Watt genoemd.
Volgens bet bovongozegdo berekent men nu hot aantal Watts avhoidsvonnogon van oono olectrischo koten door do poolapanning van do l)r(in van olootricitoit to vermenigvuldigen met do sterkte van den stroom, dion /ij levert. Hooft men bv. in oeno keten oene poolspanning van 20 Volts on oon stroom van 5 Ampères, dan is iiot eloctrisrho arheidsvormogon \'20 x ö of 1lt;I() Watts.
Tot recht begrip van de grootte van dit arbeidsvermogen gooi\' illt; or tiij op dat 1 paardekraoht gf.\'iijk staat met 7!5ti Watts. Alen i loo ft dus oon stroom van 78,(i Volts on van 10 Ampères noodig om daarmede dezelfde uitwerking to kunnen verrichten als mot omo machine van 1 paardekracht.
ICvon goed echter zou Iiot doel bereikt worden door oenen stroom van 1000 Volts en van 0,736 Ampères, hoewel deze, stroom in andere opzichten verbazond voel van den andoren verschilt. In bet geven van vonken en schokken zal de laatste het ver van den eersten winnen, in hot verwarmen van draden of het magnetisooren van ijzer zal omgekeerd de eerste de overhand hebben.
Zeer dikwijls drukt men het eloetrisebo arbeidsvermogen uit in Kilo-Watts, waarmede men een arbeidsvermogen van 10(H) Watts bedoelt: 1 Kilo-Watt is of 1,30 paardekraoht.
Met deze vier eenheden nu, Volts, Ampères, Ohms en Watts kan men in de praktijk volstaan.
Het is dus zaak naar middelen om te zien om van eene zekere keten deze vier grootheden te kunnen bepalen.
Wat nu het aantal Ohms van den weerstand betreft, dat kan men ten naastenbij uit de afmetingen enz. van de aangewende draden opmaken. Een afzonderlijk meetinstrument daarvoor is dus niet absoluut noodzakelijk, daar tocli ook de totale weerstand uit liet quotient van poolspanning en stroomsterkte berekend kan worden.
Maar aangezien iedere gewenschte verandering in de stroomsterkte door verandering van den weerstand kan verkregen worden, is het wel noodig in iedere kelen en in iederen tak van de keten eene inriehting te hebben, waardoor men op gemakkelijke wijze willekeurige weerstanden in of uit de keten brengen kan. Deze instrumenten heeten rheostaten, on bestaan in den regel uit een bord waarop versehillendo spiralen van slecht geleidende metaaldraden, van nieuw-zilver bv. van verschillende lengte en dikte, geïsoleerd vastgemaakt zijn. Do uiteinde dier spiralen zijn zoodanig in een rij knoppen vereenigd dat door met een kruk achtereen volgens deze knoppen geleidend aan te raken, de weerstand in de keten met dien van een of meer dier spiralen wordt vermeerderd of verminderd, als naarmate do kruk van links naar rechts ol omgekeerd wordt bewogen.
Meestal is een dergelijke rheostaat met anderen hulpmiddelen voor het meten en regelen van den stroom op een enkel groot bord vereenigd (Schaltbrett, Switzboard), zeer tot het gemak van dengenen, die met bet toezicht op den eleetrischen stroom is belast.
De instrumenten voor het meten van spanningen heeten Volt-m e t e r s.
Zij zijn zoodanig ingericht dat een wijzer op eene schaal direct bet aantal Volts van de keten aanwijst. In Fig 13 is zulk eon Voltmeter afgebeeld. Deze berust geheel op de magnetische werking, die een draadklos, met talrijke windingen van eenen fijnen draad, op daarbinnen geplaatste stukjes ijzer uitoefent.
3(5
De Voltmolors moeten natuurlijk op wetenschappelijke wijze geijkt worden, zoodat men de aanwijzingen er van ten volle vertrouwen kan. Voor deze
wetensohappelijken ijking bestaat er te lier-lijn eene Rijks-inrich-tinfi, aan het hoofd waarvan bekwame natuurkundigen zijn en waar men alle electri-sche meetinstrumenten van behoorlijke constructie tegen geringe kosten kan laten verifi-eeren.
Op dezell\'de wijze als ile Voltmeter is ook gewoonlijk de Ampero-meter ingericht, waarin eene bewegelijke naald op eene verdeeling direct het aantal Ampères van de stroom-sterktc aanwijst, lig. 1 1.
(gt;lt;ik dit instrument berust iilei\'stal op de mag-netisclie werking van eenen draadklos, door welken de te meten stroomen gevoerd worden.
Verder bestaan er ook afzonderlijke W\'a 11-meters, die direct hi\'t arbeidsvermogen van eene electriselie kelen aanwijzen lt;gt;l\' dit zelf opteckrni\'ii op een stuk
37
papier. Absoluut noodig zijn echtcr de Wattmeters niet, daar toeh het pruduet van het aantal Volts met het aantal Ampères het gevraagde aantal Watts oplevert.
Ook zijn er nog instrumenten, zoogenaamde regulateur-, waarin de stroom zelf den kruk van een rheostaut zoodanig verplaatst, dat door verandering van weerstand de stroom voortdurend op dezelfde intensiteit terug gebracht wordt als deze door omstandigheden plotseling veranderd was. De stroom houdt dan zich-zelven voortdurend op een constante aantal Ampères.
Eindelijk heeft men nog toestellen; cleetriciteitanicters genaamd, die, bij de verdeeling van den eleetrischen stroom in verschillende woningen, voor iedere woning afzonderlijk opgeven, hoeveel per week of per maand verbruikt is. Deze instrumenten zijn voor het gebruik van electriciteit, wat de gasmeters zijn voor dat van gas.
6e Voordracht,
Lauptcn lijd achter ei1 ii was do zoogenaamde galvanische cel de eenige bron voor electrische stroonion. Men gebruikte deze alleen oi wc] met ccnige van gelijke soort en afmeting tot eene batterij vereenigd.
De cellen, die het meest worden aangewend zijn die van Hunsen , (irove, Daniel! en Leclanchc, benevens de doinpelelementen waarvan dc zinkplaat uit de vloeistof opgetrokken kan worden, zoo men de cel niet gebruikt.
In lig. 15 en 16 zijn een paar galvanische elementen afgebeeld\' nl. die van Hunsen en een dompelelement van (iaiffe. De
39
cellen van Bun sen en Grove en ook do dompelelementen zijn meer bestemd om gedurende korten tijd eenen vrij kraehtigcn stroom te leveren, die van Daniell geeft eenen zwakken stroom, die echter maanden achtereen aanhoudt, die van Leclanehé zijn uiterst geschikt, om zoo nu en dan, dus bij tusschenpoozen, eeneu zwakken stroom te leveren, en blijven dan ook jaren achtereen bruikbaar zonder dat men ze behoeft natezien. I)c cellen van Daniell en van Leclanehé zijn daarom uiterst geschikt voor de telegrafie, de telefonie en voor electrischo schellen.
Hoe sterk de stroom is, die eene zekere cel levert, hangt niet alleen at\' van hare poolspanning, maar ook in hooge mate van den inwondigen weerstand er van, d. i. van den weerstand dien de vloeistoffen enz. waaruit de cel bestaat, aan den stroom aanbieden. Deze inwendige weerstand toch voegt zich altijd, hij liet inschakelen van eene cel in eene keten, bij den weerstand van die keten zelve en verzwakt daardoor den stroom.
Iedere cel van Bunsen bv. heeft eene poolspanning van \'2 Volts.
Een groote cel echter heeft eenen inwendigen weerstand van hv. Ohm, een kleine eenen veel grooteren bv. van 2 Ohms.
Zoo men dus de groote cel in eene koten brengt, die zelve
eenen weerstand van 1 Ohm bezit, dan zal de verkregen stroom-
sterkte .\' of 8. of l3 , Ampère zijn. In dezelfde keten geeft echter \' \'i \' 2 de kleine cel maar eenen stroom van fl Ampère, dus een stroom
die bijna 2l/2 malen zwakker is dan de eerste.
liet is dus zaak om cellen aan te wenden met zeer geringen inwendigen weerstand, wat men verkrijgen kan door de |ioolplatoii buitengewoon groot van oppervlak te maken en zeer dicht bij elkander te plaatsen.
Eene batterij van dergelijke cellen kan in eene keten, die zelve niet id te grooten weerstand hoeft, zeer sterke stroomen voortbrengen. Maar altijd stuit men bij de aanwending dezer cellen voor sterke stroomen op bet groote bezwaar, dat. /.ij zeer veel kosten aan onderhoud. Telkens moet men de zinkplaten en de zuren vernieuwen.
Het was dus een belangrijke stap vooruit, toen Faraday ontdekte dat men door beweging van geleiders in een magnetisch
40
velrl stroomen kon opwekken, zooals dat aan het einde van den derden Voordracht beschreven is. Deze inductieslroomen bestaan niet ten koste van de bestanddeelen van het toestel. De magneten kosten weinig aan reparatie en onderhoud. Wat men verbruikt dat zijn voornamelijk de steenkolen, die voor het drijven van de stoommachine noodig zijn.
Deze magnetos hebben allerlei verschillende inrichting, maar in allen zijn twee hoofddeelen te onderscheiden , nl. 1° de groote staalmagneten, die het magnetische veld voortbrengen en die dus de ve 1 dmagnete n worden genoemd en 2° de week-ijzeren ring oiquot; trommel, waarop de draden zijn gewikkeld, in welke, door de beweging in het magnetisclie veld, de inductieslroomen moeten worden opgewekt; dit tweede draaibare deel van het toestel heet liet anker.
In lig. 17 is een van de beste vormen van magnetos afgebeeld, nl. de (1 ra mme-machine van Breguet te Parijs. Men ziet
41
den grooten hoefvormigen stalen veldmagneet, die van onderen eindigt in ijzeren uitgeholde poolstukken. In de dnardoor ontstane eirkelvonnige holte, waar nu een sterk magnetisch veld is, dat door het ijzer van den ring versterkt wordt, draait de weekijzeren ankerring, waarop in vele windingen de draad is gewonden, in welken de stroom ontstaan moet. Door zijdraden is deze ankerdraad met de koperen as van den ring verbonden, welke as in zoovele geïsoleerde deden is verdeeld als er zijdraden zijn. Tegen deze verdeelde as drukken van boven en van onderen twee metalen borstels, die onder bet draaien de opgewekte induetiestroomen steeds in dezelfde richting naar buiten in de keten voeren.
Deze stroomen hebben des te grooter spanning naarmate de veldmagneet sterker en de snelheid van omwenteling der as grooter is.
De snelheid van omwenteling nu kan men aanmerkelijk doen stijgen maar aan de sterkte der staal-magneten zijn grenzen, die
men gaarne zou willen overschrijden.
Daarom was het eene hoogst geniale ingeving van Wheatstone en Siemens beiden, om den stalen veldmagneet in eenen electro-magmeet te veranderen en de in het anker opgewekte stroomen zelve aan te wenden om dezen electro-niagneet te inag-netiseeren.
De inrichting wordt dan als volgt: Fig. 18.
De stalen veldmagneet is door eenen grooten hoef van ijzer vervangen, waarop een draad gewonden is, die, zooals uit de figuur blijkt, met den rechtschen metaal-borstel is verbonden. Daardoor vormen de draden, die op bet
42
anker gewonden zijn, met die van den veldmagneet een enkele keten, waurvan aan de linkerzijde der teekening de uiteinden zi( hthuar zijn. Worden deze uiteinden nu met eene gesloten keten verbonden, dan zal hij het draaien van het anker het volgende gebeuren.
De stroom, die in de ankerdraden door induetie opgewekt wordt, gaat door de windingen van den veldmagneet en versterkt het magnetisme daarvan. Daardoor wordt het magnetisch veld, waarin zieh het anker beweegt, sterker en dus ook de opgewekte stroom.
Deze echter gaat weder door de windingen van den veldmagneet en versterkt op nieuw het magnetisme daarvan en daardoor weer het magnetisch veld, waarin het anker draait en zoo gaat het steeds voort tot de kolossale ijzeren hoef van magnetisme verzadigd is en de opgewekte stroomen eene tot nog toe onbekende hooge poolspanning hebben bereikt. Men kan op die wijze gemakkelijk tot 100 en meer Volts opklimmen, terwijl de intensiteit van den stroom soms meer dan 10G0 Ampères bedraagt, en deze sterke werking wordt niet eerst na langen tijd bereikt, maar in weinige seconden is do werking van het toestel tot die kolossale hoogte opgevoerd. Maar het is noodzakelijk, dat de veldmagneet in den beginne reeds een spoor van magnetisme bezit, want anders geeft hij geen magnetisch veld en ontstaan er volstrekt geen induetie-stroornen. I\'it is echter geen bezwaar, daar ieder stuk ijzer allicht een spoor van magnetisme bezit en anders behoeft men maar even een stroom door de windingen te voeren: alsdan blijft er in den veldmagneet genoeg remanent magnetisme over, om de werking te kunnen aanvangen.
Dit vruchtbaar beginsel noemt men het e 1 e e t r o - d y n am i s e h beginsel en de eleetrisehe machines, die daarop berusten, heeten il v n am os.
Kerst door de uitvinding van de dynamos is liet mogelijk geworden op goedkoope wijze stroomen voort te brengen van bijna willekeurige spanning en sterkte, die dagen en des noods weken achtereen, zonder te verzwakken, aanhouden.
Kr bestaan tegenwoordig verscheidene groote fabrieken van dvmunos zooals die van Siemens en lialske te Berlijn, die van
43
Schuckert in Neurenberg, die van Oerlikon in Zilrich, enz., enz. J)(;ze fabrieken leveren dynanios van verschillende constructie en van zeer verschillende afmetingen van ^ tot 1000 Paardekraehten toe, voor water-, stoom- olquot; gas-kracht; soms is de dynamo met de stoommachine tot een geheel vereenigd, (stoom dynamos); in één woord, in groote verscheidenheid worden daar electrieche machines voor allerlei doeleinden afgeleverd.
Met deze machtige bron van electriciteit heeft men nu, en dikwijls met groot voordeel, eene andere vereenigd, nl. die der ace u m u) at oren.
Ken accumulator is een bak, van eboniet of van andere isoleerende stof vervaardigd, gevuld met verdund zwavelzuur waarin twee groote loodplaten zeer dicht bijeen staan. Deze loodplaten zijn kunstmatig met een laag oxyde bedekt en houden elkander in ongeladenen toestand in electrisch evenwicht.
Wanneer men nu den stroom van eene dynamo eenigen tijd door den accumulator voert, dan wordt, zooals in de vierde Voordracht is aangegeven, hot electrisch evenwicht verbroken: de accumulator verandert in eene cel en is geladen.
Plaatst men dus den accumulator daarna in ecnc eigene keten.
1\'i;,\'. 10.
dan levert hij zeil ecncn stroom, die vrij sterk kan zijn, vooral wanneer men een groot getal er van tot eene batterij vereenigt.
44
Een geladen accumulator heeft nl. eene poolspanning van 2,5 â 2 Volts en diuu\' ile inwendige weerstand er van buitengewoon klein \'s) \',Vi fffiöö Olim, kan hij met eenen kleinen uitwendigen weerstand een zeer sterken stroom opleveren. Eene batterij van accumulatoren werkt nog sterker dan een batterij van buitengewoon groote Hunsensche cellen. Zij kan dus electrisch licht voortbrengen, machines doen bewegen enz. en na gebruikt te zijn, is zij niet verteerd en onbruikbaar zooals die van ISunscn, maar nog precies in denzelfden toestand als vóór de lading. Eene zelfde batterij van accumulatoren kan men herhaaldelijk laden en ontladen en zoo nu dit buien door eene geschikte dyniuno geschiedt, dan heelt men hier weder eeno goedkoope bron van electriciteit, die daarenboven gemakkelijk van de eene plaats naar de andere vervoerd kan worden.
Men zou bv. op eene plaats waar een waterval is, door middel van de kracht daarvan, eene groote dynamo kunnen drijven, die nergens anders voor dient dan om accumulators te laden.
Deze geladene accumulators zou men per spoor naar ver verwijderde plaatsen kunnen vervoeren, waar zij dan als bronnen van eiectriciteit voor allerlei doeleinden zouden kunnen worden aangewend. Alsdan kan bet arbeidsvermogen van eenzame watervallen op andere plaatsen dienstbaar gemaakt worden van de eischen der nijverheid.
In Fig. 19 is eene batterij van 3 accumulatoren afgebeeld.
Men rekent dat iedere accumulator per KG. lood, die hij bevat ongeveer eene capaciteit heeft van /5 Ampère-uren, wat beteekent dat bij per K(i. lood ö uren achtereen een stroom van 1 Ampere kan leveren ofwel gedurende \'J\' j uur een stroom van \'2 Ampères.
Willen de accumulators behoorlijk werken, dan moet de uiterste zorg worden besteed aan het behoorlijk isolecren van den grond en van elkander.
7e V Q o r d r a c ht..
lino vernuftig ook de uitvinding der dynamos was, even nis aan iedere nieuwe uitvinding werden later verbeteringen aangehraclit, die voor de praktijk van beteekenis zijn.
Ken groot bezwaar der eenvoudige dynamos is dat de sterkte van den stroom, die zij leveren, in zoo hooge mate afhankelijk is van den weerstand in de keten.
In iedere eleetrisehe keten neemt bij vermeerdering van weerstand de intensiteit van den stroom af en daar iedere lamp en ieder ander instrument dat men in de koten wil brengen, oenen bepaalden weerstand bezit, kan bet inschakelen daarvan niet geschieden dan ten koste van de stroomsterkte.
Maar volgens do vijfde voordracht hangt de stroomsterkte van twee factoren af, nl. behalve van den weerstand ook van de pool-spanning. In eene keten van galvanische cellen is deze poolspan-ning nagenoeg geheel constant, in do keten van cone magneto hangt zij ook van de snelheid van draaien af, maar kan, door deze snelheid te regelen, ook gemakkelijk op eene constante hoogte worden gehouden, maar in eene keten van eene dynamo gaat dat niet zoo gemakkelijk.
De poolspanning van ocne dynamo hangt toch behalve van de snelheid van draaien, ook af van de sterkte van hot magnetisch veld, waarin hot anker draait en dit veld wordt geleverd door den veldmagneet, die zelf weder zijn magnetisme van don stroom die in de ankerdraden is opgewekt, ontvangen moot. De stroom, die opgewekt wordt levert dus zelf hot magnetisme, dat hem moet
46
opwekken en (huirom zal iedere verandering in de sterkte van den stroom ook weder invloed hebben op de sterkte van het magnetisch veld en daardoor ook op de oogenblikkelijke poolspanning der dynamo.
Derhalve wijzigt iedere lamp, die in de keten wordt geschakeld, door middel van haren weerstand, op dubbele wijze het aantal Ampères van den stroom, ten eerste direct dooide vermeerdering van het aantal Ohms van den totalen weerstand, ten tweede indirect door vermindering van het aantal Volts van de poolspanning.
In lig. 20 is do stroom loop hij eene gewone of hoo fdstr oom dy n amo nogmaals voorgesteld, ten einde het gezegde te verduidelijken.
Ook het laden van accumulators met deze dynamos levert moeielijk-heden op, daar op een zeker tijdstip der lading de tegenstroom van de accumulators die van de dynamo overwint en dan den veldmagneet ommagnetiseert, d. w. z. andere polen geeft.
Ten einde, mi deze gebreken te verhelpen , heeft men later de draden van anker en veldmagneet op andere wijze verbonden, zooals in lig. 21 te zien is.
Aan de borstels a en b zijn bij m en n twee draden bevestigd waarvan de eene met de draadwindingen van den veldmagneet, de andere met de hoofdketen k, W k , waarin de lampen ingeschakeld zijn, verbonden is.
De stroom, die van het anker komt, verdeelt zich nu in de punten in en n in twee takken en dan is, volgens het geleerde in de derde Voordracht , de intensiteit in iederen tak ook van den weerstand van den anderen tak afhankelijk.
Wordt de weerstand in den oenen tak k, \\V k., door inschakeling van lampen bv., vermeerderd, dan wordt daardoor de stroom
in dienzelfden tak zwakker, maar daarentegen in den anderen tak sterker. Deze andere tak echter vormt juist do windingen van den veldmagneet.
Indien men dus in do hoofdketen ecnige lampen inschakelt, zal daardoor juist hot magnetisme van den veldmagneet en dus ook do poolspanning van don ankerstroom toenemen Deze verhooging van de poolspanning vergood dan weder don nadeeligen invloed van de vonneerdering van don weerstand. Deze dynamos hooton S h u n t-dy n am os. Zij leveren hij zoor verschillende belasting van de hoofdketen stroonien van vrij constante intensiteit, die nog gewijzigd kan worden door middel van den rheostant S, die in den tak van den veldmagneet is aangebracht.
Voor het laden van accumulators zijn deze dynamos bijzonder geschikt daar dan het magnetisme van don veldmagneet nooit om kan keeren.
Nog liever dan op eeno constante stroomsterkto brengt men de dynamo op eene poolspanning, die onder allerlei verschillende omstandigheden zichzolve gelijk blijft.
Voor dat doel echter is de shunt-dynamo niet voldoende. Men behoeft dan eene zoogenaamde com pou n d-d y namo. Fig. 22.
Hier zijn de armen van dei: grooton veldmagneet met twee afzonderlijke, goed geiaoloerde draadwindingen omgeven, die beiden invloed hebben op bet magnetisme er van.
48
Van den ankerring li gaat iloor de borstels de hoofdstroom (niet dikke lijn getcekend) om den veldmagncot M en door de
uitwendige keten w; daarenboven echter gaat van a en b nog de (met dunne lijn geteekende) neventak uit, die in vele windingen om don veld-inagneet gewonden is. lüj deze dynamo zal dus de invloed van de inschakeling van meerdere lampen oi toestellen in de hoofdketen van tweëer-lei aard zijn en wei gedeeltelijk zooals bij de eenvoudige hoofdstroom-dynamo on gedeeltelijk ook als hij de shuntdynamo.
Hij de eerste soort heeft inschakeling van weerstand in de hoofdketen vermindering van het magnetisme van den veldmagneet en dus vermindering van de poolspanning der dynamo ten gevolge; bij de shunt-dynamo daarentegen wordt door dezelfde oorzaak de poolspanning der dynamo grooter; bij de compound-machine is het dus mogelijk door behoorlijke verhouding van de weerstanden en van het aantal windingen der twee draden, die afzonderlijk op den veldmagneet gewonden zijn, het zoo ver te brengen dat onder allerli-i verschillende omstandigheden de poolspanning der marliine bij gelijkmatigen gang van do as bijna precies werkt als cene zeer sterke galvanische batterij.
Voor eene gemakkelijke verdeeling van den eleetrischen stroom over een groot aantal verliruiksplaatsen is eene dergelijke eompound-dynamo van groote waarde.
Men ziet, dat het electrodynamisch beginsel op allerlei verschillende wijzen kan worden veranderd en uitgebreid en aldus de dynamo voor zeer verschillende doeleinden dc meest geschikte werking kan doen.
Zoo by, bad men altijd moeite om eene dynamo hebonrlijk door
49
ecneu windmolen te laten werken tot hot laden van accumulatoren, omdat de snelheid van den wind en daardoor die van de as dei-dynamo zoo ontzettend veranderlijk is. De opgewekte stroom was aan al te groote schoimneliugen in sterkte onderhevig. Zoo men de dynamo inrichtte voor geringe windsnelheid, dan gaven plotseling windstooten veel te sterke stroomen.
Nu bedacht men om de hoofdstroomwinding op den veldmagneet van de eompoud-dynaino (in fig. 22 dik geteekend) iu tegenovergesteld.- richting op den veldmagneet te winden. De windingen werken dan verzwakkend op het magnetisme van den veldmagneet en dus ook op de poolspanning van de dynamo. Daar zij echter weinig in getal zijn, hehhen zij bij matigen wind weinig of geen invloed, maar neemt plotseling de kracht van den wind Sterk toe, dan verzwakken zij zoodanig het magnetisch veld, dat daardoor de poolspanning nooit te hoog kan klimmen en bij alle windsnelheden vrij wel tusschen 100 en 120 Volts blijft.
Andere verbeteringen in de dynamo betreffen meer de soliditeit der constructie en het nauwgezet toepassen van alles wat voordeelig kan wezen voor de sterkte van het magnetisch veld en voor de inductiewerking daarvan op den ankerdraad.
Ten einde een denkbeeld te geven van eene moderne dynamo vermeld ik nog de zeer groote stoomdynamo vim Siemens en Halske te Berlijn van 500 paardekracht, eene zoogenaamde âInnenpol machinequot;, waarin de veldmagneten binnen in den ankerring geplaatst zijn, in plaats van die, zooals gewoonlijk, te omgeven. Deze machine levert hij 1G0 omwentelingen per minuut een electrisch arbeidsvermogen van 380 kilo-watts. Men kan er ongeveer TOGO gloeilampen, ieder van 16 kaarsen, mede laten branden.
Dh. Moor wit. , Eleclrotechnuk.
8e Voordracht.
Na do uitvinding t n de daaropvolgende verbetering van de dynamo heeft zich de Electrotocliiiiek op reusachtige wijze ontwikkeld.
Men schat het kapitaal, dat nu reeds in allerlei electriciteits-werken gestoken is, op meer dan 1milliard of 1500 millioen «niidcns.
De âAllgemeine Klectrisehe Oesellsehaftquot; te Herlijn, maakte in 1893 ecne netto winst van bijna twee millioen mark. Men kan dus nagaan welke kolossale zaken deze enkele Maatschappij , eene van de velen, die er bestaan, nu reeds doel.
In Herlijn waren in 1892 reeds 150.000 gloeilampen in dagelijksoh gebruik, in Londen 500.000 en in vele steden van de Vereenigde Staten van Noord-Amerika is dit getal nog grooter.
Alleen voor het maken van gloeilampen bestaan reeds meer dan 10 groote fabrieken, waaronder er ééne is, die er dagelijks 2.,)000 aflevert.
Wanneer men nu verder denkt aan do massa booglampen, die overal ontstoken worden, aan de veelvuldige aanwending der elec-triciteit voor het bereiden der metalen en voor het bewegen van werktuigen in fabrieken, wanneer men dan nog denkt aan de talrijke clectrisehe trams, die hoe langer hoe meerde paardentrams en de stoomtrams verdringen, dan krijgt men eenig denkbeeld van de groote bloei der KIectrotechniek.
In de Vereenigde Staten alleen strekten zich in 1894 de rails der eleetrische trams reeds uit over eene totale lengte van 12000 kilometers, d. i. meer dan een vierde deel van den omtrek (leraarde.
51
De verdeeling van do eleetriciteit over een zeker verbruiksgebied gaat uit van een zoogenaamd âelectrisch centraalstation of Centralequot; als middelpunt. Van deze Centralen zijn er in Europa alleen reeds meer dan 300 cn het aantal er van wordt voortdurend nog vergroot.
Kene electrisehe Centrale levert in eenen kring om zich hoon, van grootoren of kleineren omvang, don stroom die noodig is voor verlichting van huizen en terreinen en voor do beweging van machines als boormachines, kranen, enz,
In een groot gebouw zijn de motoren on do dynamos vereenigd.
Meestal gebruikt men waterkracht of stoomkracht, waarvan mon liet aantal paardekrachten berekent, naar hot vennoodelijk maximum van het arbeidsvermogen, dat geleverd moet worden. Voor deze berekening schat men iedere gloeilamp van 10 kaarsen o|i 50 Watts en iedere booglamp van 500 kaarsen op 200 Watts. Do aldus verkregen som wordt door 7.\'j6 of liever, wegens allerlei verliezen door warmteontwikkeling enz., door 500 gedoold on aldus op paardekrachten herleid. Tol hierbij op liet uantal paarde-krachten van de machines, die gedreven moeten worden en den totale som geeft in het ruwe hot minimum van de benoodigde water- of stoomkracht.
Hieruit volgt dan ook de grootte en het aantal dor dynamos, die vermoedelijk noodig zuilen zijn, waarhij men ook op roserve-machines moet rekenen.
Met meest gebruikt mon tegenwoordig iiot compound-systeem van dynamos en brengt men aan hot begin van het leidingsnot eene constante poolspanning aan van 100 a lid Volts.
Van deze dynamos worden nu zware kabels van geleiddraden naar idle kanton heengeleid, die den stroom over hot geheelo go-hied dor Centrale moeten vordeelon.
Deze verdoeling kan op twee verschillende wijzen geschieden, die eoliter op allerlei manieren met elkander kunnon worden voroonigd.
De eerste wijze van stroomvei deoiing is de s o r i e v e r b i n d i n g, waarbij oen enkele kabel het geheole gebied doorloopt en allo toostollen in zich opneoint: do stroom gaat dan achtoreonvidgons door allo toestellen hoen.
4*
Deze wijze v.in verdoelen wordt alleen gevolgd bij het uitsluitend gebruik v;ui booglampen bv. voor straatverlichting.
De tweede manier van verdeeling is die der parallelverbinding, zie tig. 23, waarbij van iedere pool der dynamo 1) een afzonder-
l I l
1.0 ® 0 i_r i
K
i i i
l- cp cp cp
1)
K
I I I
(D (D ® i.
i I i
i\'ig. \'ü.
lijke goed geïsoleerde kabel K uitgaat, die heiden het gehoele ge-bieil doorloojx\'ii.
Van alle toestellen b wordt de eene klemseliroef met den ecnen , don positieven kabel, do ander met den anderen, den negatieven kalgt;el verbonden en de stroom gaat door alle toestellen tegelijkertijd.
Deze wijze van verdoelen is zeer algemeen in gebruik, zoowel voor gloeilampen als voor motoren, daar zij dit groote voordeel oplevert dat liet in- of uit-sebakelen van een of meer toestellen niet den minsten invloed heeft op de goede werking der anderen, zoo men slechts zorgt voor eene constante spanning aan de polen ilcr dynamo en dit wordt immers juist door het coinpound-systeoin bereikt.
Men kan nu dit parallel-Hysteem op de volgende wijze verder uitwerken, dat men op sommige punten van do heide hoofd-kahols K zij kii hols Z doet uitgaven, die zich lt;gt;p hunne beurt wodor in vorsoliillendo noventakken kunnen vertakken, maar zoo-
53
danig dat ten slotte ieder neventak eene rij van lampen L parallel verbinding opneemt.
Voor grootere centralen verdeelt men het gelieele gebied, dat te
verzorgen is, in twee zooveel mogelijk gelijke helften en voorziet iedere helft door eene afzonderlijke dynamo. Om kabels uittesparen wendt men dan het driekabelsysteem (fig. 21) aan. Hierbij worden de twee dynamos met de ongelijke polen aan elkander verbonden, zoodat de totale poolspanning op 200 Volts klimt en nu leidt men zoowel van de beide eindklemmen als van de middelklem eenen afzonderlijken kabel af, zoodat er drie kabels in \'t geheel zijn, die met hun drieën ook verder het gc-heele gebied doorloopen. Van de eene helft der toestellen wordt dc eene kletn-schroef aan den eersten kabel, de andere aan den middelsten kabel vastgemaakt, van de andere helft de eerste klemschroof aan den middelsten, de tweede aan den derde kabel.
Ook deze drie kabels kunnen nu weder zooals de teekening aanwijst op verschillende plaatsen zijtakken uitzenden, altijd drie tegelijk.
Voor nog grootere centralen heeft men zelfs het v ij fk ah el-sy s Ie em ingevoerd met â¢! dynamos en 5 kabels.
|
-Oâ | ||
|
-O- |
-o- âoâ | |
|
â | ||
|
i t t | ||
|
n 4 |
O | |
|
o- |
O | |
|
ü |
-o â | |
|
0- |
O |
De hierbij gebruikte kabels worden in den grond geplaatst en moeten met bijzonderen zorg samengesteld zijn, willen zij volkomen isoleren en daarenboven tegen allerlei invloeden van weer en lucht en van stooten en duwen enz. bestand zijn. Daarvoor is de in elkander gedraaide snoer van koperdraden,
in
54
die den eigenlijken geleiddraad vormt, door een dikke laag van guta-pcrcha omgeven en dit ondiulsel is samengevat in eene looden buis, die het geheel bijeenhoudt. De looden buis zelve is weder bedekt met eene dikke laag jute-hennep en asphalt, die op hare beurt weder beschermd wordt door ijzeren banden, die het geheel omgeven en voor mechanische beleediging, van welken aard ook, besehutten. Ken dergelijke hoofdkabel is zeer kostbaar en heeft somtijds bij eene dikte van 10 cM., een gewicht van 17 kilogram voor iedere meter lengte.
I)e zijkabels zijn dunner en ligter en van nog minder omvang zijn natuurlijk de laatste kabels, die direct aan de afzonderlijke toestellen verbonden zijn.
Waar twee kabeleinden aan elkander zijn gezet of waar een kabel een zijtak uitzendt, daar is overal de verbinding zorgvuldig door afzonderlijke koperen klemmen gevormd, die met de kabel-einden geheel iu gietijzeren moffels zijn opgesloten, die ze be-sohermen maar tegelijk het nazien der verbindingen van tijd tut tijd mogelijk maken.
Waar de zijkabels in de huizen dringen , is bijzondere zorg besteed aan hot isoleeren en daarenboven zijn er in de leiding looden reepen in geschakeld, die bij onveiwachte plotselinge stijging van den stroom afsmelten en de keten verbreken, eer de toestellen in de huizen beschadigd zijn.
Wanneer de geheele inrichting goed beraamd en door beproefde werklieden aangelegd is en dan door bekwame ingenieurs gedreven wordt, dan levert eene dergelijke Centrale ;dle zekerheid voor eene goede en geregelde exploitatie, zoowel voor verlichting als voor beweging van werktuigen.
Deze zekerheid wordt echter nog aanmerkelijk verhoogd, wanneer men met de eompound-dynamos eene batterij van aeeumala-turen verbindt, die de geregelde werking der dynamos ondersteunt en zoo noodig de taak er van tijdelijk overneemt.
Men kan nl. zeer geschikt eene groote batterij van accumulatoren zoodiinig opstellen, dat zij in eencn zekeren stand van eene kruk door de dynamo geladen worden, terwijl iu den anderen stand van dezelfde kruk de batterij haren ontladingsstroom voert
55
in hetzelfde kabelnet, dat anders van de dynamo zelve stroom ontvangt.
Dit is vooral voordeelig als het voornaamste doel de eleetrisehe verlichting is: voor den nachtdienst kan men dan de stooramachine in rust brengen en alleen met den stroom dor accumulatoren werken. Ook kan men het zoo inrichten, dat terwijl sommige accumulatoren door de dynamo geladen worden, de anderen hunnen stroom hij dien der dynamo voegen, om te samen voor de uitoefening van het bedrijf te zorgen, terwijl daarenboven het getal van heiden gemakkelijk gewijzigd kan worden. Bij nauwkeurig toezien op de aanwijzingen van Volt- en Ampèro-meter kan men aldus voor den geregelden gang van zaken volkomen instaan.
Centralen met compound-dynamos in verbinding met cene batterij van accumulatoren zijn lang niet zeldzaam en voldoen goed. Wat eindelijk de prijs betreft, waartoe de Centralen gemiddeld de clec-triciteit leveren, deze is van 21 tot 50 cent per kilowatt-uur, wat beteekent dat men van 24 tot 50 cent moet betalen voor ieder uur dat men 1000 Watts of 2 paardekrachten arbeidsvermogen verbruikt. Dit is ongeveer van 1 a 3 cent per uur voor iedere gloeilamp van 16 kaarsen lichtsterkte, ecne lichtsterkte die met die van ccuc goede gaslamp overeenstemt.
Men heeft uitgerekend dat een prijs van 15 cent per kilowattuur noodig zou zijn, om voor alle mogelijke technische doeleinden met voordeel van de electriciteit gebruik te kunnen maken.
9e Voord i\'acht.
Het is nu gebleken dat er een volledig en vertrouwd systeem van (\'toctrische stroomverdeeling bestaat, dat aan alle eischen der praktijk voldoet.
Het eenige gebrek dat hot bezit is, dat de kabels, die voor de geleiding dienen, kolossaal dik moeten zijn, om door de sterke stroomen, die er doorgaan, niet merkbaar verhit te worden. Hierdoor worden de kabels buitengewoon kostbaar en daardoor ontstaat een groot geldelijk verlies, gelijk aan de rente, die het dam voor henoodigde kapitaal anders zou opbrengen.
Met het doel dit verlies zooveel mogelijk te verinindereti, heeft zich nu naast het boven beschrevene systeem van levering van cleetrisch arbeidsvermogen, oen geheel ander systeem ontwikkeld, dat op de aanwending van wisselstroomen berust.
Men heeft dus het systeem dor gc 1 ij k ge r ilt;⢠ht e sir oo mc n , in de vorige Voordracht beschreven, en daarnaast hel systeem der wisselstroomen, dat ik nu wensch uiteen te zetten.
Een wisselstroom is een stroom, die in plaats van steeda dezelfde sterkte en dezelfde riehting t( behouden, voortdurend en geregeld in sterkte en richting verandert. Ilij begint bv. met zeer geringe intensiteit van links naar rechts te stroomen, klimt dan geregeld tot een zeker maximum van sterkte, om daarna aftenemen tot nul, maar nu houdt hij niet op maar begint nu van rechts nanr links te stroonien eerst met geringe sterkte, welke echter voortdurend herneemt tot oen maximum, om daarna weder afte-
57
nemen tot nul. Hierna stroomt hij weder van links naar rechts en zoo gaat het voort, telkens na een bepaald tijdsverloop, dat men de periode noemt, weder tut dezelfde richting en dezelfde sterkte terugkeerende.
Al die uitwerkingen nu, die onafhankelijk zijn van de richting van den stroom, kunnen de wisselstroomen even goed te weeg brengen als de constante stroomen.
Uijv. voor warmteontwikkeling zijn de wisselstroomcn even goed bruikbaar als de gewone stroomen, want de warmte, die in eenen kooldraad ontwikkeld wordt, is even groot, wanneer de stroom van links naar rechts gaat als omgekeerd.
Ook de aantrekking van ijzer door eenen electromagneet is uu-afhankelijk van de polen, die deze magneet verkrijgt en dus ook van de richting, waarin de stroom door de windingen van den electromagneet gaat.
De werking van twee electromagneten op elkander, echter, zal wel degelijk van de richting van den stroom afbangen: evenzoo de afwijking, die een magneet door den stroom ondervindt. Gewone galvanometers kunnen dus voor wisselstroomcn niet gebruikt worden.
Evenmin kan men met wisselstroomcn accumulators laden want clan zouden de beide gassen beurtelings op de beide loodplaten afgescheiden worden en elkanders werking daarop vernietigen.
Jn \'t algemeen zijn de wisselstroomen voor eleetrolvtische werking niet geschikt. Maar warmte en licht ontwikkelen, dat kunnen /.ij evengoed als de gelijk gerichte stroomen.
De eerste groote electrisehe lichtmachine, die der Alliance te Brussel, was ook een wisselstroom-machine, evenzoo die van de Méritens, die daarna veel in gebruik kwam.
I gt;17,0 macliines bestonden uit eene rij van sterke staalmagnctcn als veldmagneten, in eenen kring gesteld om een anker, hestaandc uit straalsgewijze gestelde, van ijzeren kernen voorziene draad-klossen, waarin, door het draaien van het anker iu het niagnetisch veld der staalmagnetcn, induetiestroomen optraden, die op bovenbeschreven wijze in sterkte en richting wisselden, daar iedere noordpool der veldmagneten aan weerszijden door zuidpolen niu-geven was en omgekeerd.
58
.Vaderhand heeft men do stalen vcldmagncten door groote electro-tnagneten vervangen, die dour ceuc al\'zondcrlijke dynamo van de gewone soort sterk gemagnetiseerd werden, zoodat er een magnetisch veld ontstond, oneindig veel krachtiger dan vroeger.
De as van de dynamo en die van het anker van de wisselstroommachine worden door dezelfde stoomnuichine gedreven.
Volgens dit beginsel zijn tlo tegenwoordige wisselstroommachines
l-ig. \'jr..
geconstrueerd, die somtijds in reusachtige afmetingen worden uitgevoerd.
59
Een der vele soorten van wisselstroommachines is in fig. 25 afgc-beeld. Men ziet het draaibare anker met de daarop straalsgewijze bevestigde draadspoelen, die allen zorgvuldig van elkander zijn geïsoleerd en waarvan de uiteinden zoodanig verbonden zijn, dat al de opgewekte stroonien elkander versterken en tot een geheel samensmelten. Verder ziet men een ringvormige mantel, die inwendig, zooals duidelijk in de teekening rechts boven is aangewezen , een krans van naar binnen uitstekende electromagneten draagt, even groot in aantal als de stralen van het anker.
Al deze electromagneten tezamen vormen den ringvormigen veldmagneet, die door zijne beurtelings omwisselende polen den wisselstroom in de draden van het draaiende anker opwekt. De draden van de veldmagneten zijn weder tot een geheel samengekoppeld, zoodat men daarin den stroom kan voeren van eene afzonderlijke dynamo, die in de teekening is weggelaten.
Meestal laat men het anker dezer wisselstroommachine zoo snel ronddraaien, dat er duizend wisselingen in de minuut plaats grijpen.
De periode is dan \',n of 3 seconde.
1 600 :.\'6
De hier afgebeelde wisselstroommachines worden door de firma (ianz en Co. in verschillende afmetingen vervaardigd. De grootste is van 550 paardekracht.
Siemens en Halske in Herlijn maken ze nog grooter tot 3ü0ü paardekrachten toe. De poolspanning bedraagt 2000 Volts en meer.
De wisselstroomen hebben dit groote voordeel boven do vroeger vermelde gelijkgerichte stroomen, dat zij kunnen worden getransformeerd, d. w. z. dat zij, bij behoud van nagenoeg bet-zelfdö arbeidsvermogen, kunnen worden omgezet in stroonien van geheel andere spanning en geheel ander stroomsterkte.
Stroomen bv. van 2000 Volts en 2 Ampères kunnen worden veranderd in stroomen van 100 Volts en van 40 Ampères en omgekeerd, altijd op deze wijze nl. dat het aantal Watts, of het product vim spanning en stroomsterkte, hetzelfde blijft.
Op die transformatie nu berust het gewichtig feit, dat men de wisselstroomen door veel dumu r draden en veel gemakkelijker over een zeker gebied van verhruiksplaatsen kan verdoelen dan met gelijkgerichte stroomen mogelijk is.
60
HP
Om een tal van electrische lampen in parallelverbinding behoorlijk te doen branden, heeft men eenen hoofdstroom uoodig, die veie Ampères sterk is. Deze sterke stroom echter kan niet door dunne draden gaan, zonder die te doen smelten en zoo zij al niet smelten, dan worden zij toch sterk verhit en al do hierbij ontwikkelde warmte is verlies. Van daar de kolossale afmetingen en dus ook de kostbaarheid van de hoofdkabels, die bij het vroeger beschreven systeem noodig zijn.
Stroomen van gering aantal Ampères echter kunnen door dunne draden, gewone telegraafdraden bv. heengevoerd worden zonder ze merkbaar t»\' verhitten, ook al is de spanning van die stro om en zeer hoog. Stroomen van 10000 Volts, zelfs van 300()0 Volts heeft men ongehinderd door telegraafdraden geleid, zoo men slechts zorgde voor eene goede isoleering van de palen, waarop zij rusten.
Men heeft voor deze hooggespande stroomen afzonderlijke isolatoren, de zoogenaamde olie-isolatoren, porceleinc klokken als die, welke in de telegrafie in gebruik zijn, maar in 2 doelen verdeeld en in de tusschenruimte een laag olie bevattende. Zooals in de praktijk gebleken is, belet deze dunne laag olie het over-springen van de electriciteit volkomen.
Wanneer men nu, door middel van zekere instrumenten, wissel-stroomen van hooge spanning en weinig sterkte kan transformeeren in stroom van geringe spanning en groote sterkte, dan is het vraagstuk der electrische verdecling door middel van gewone telegraafdraden opgelost.
Men kan dan immers door middel der bovengenoemde wisselstroommachine stroomen voortbrengen van hooge spanning en weinig sterkte, bv. van 5000 Volts en van 2 Ampères in niaximo en deze stroomen door telegraafdraden ongehinderd over het ge-hecle verbruiksverbied vcrdcelen. Zoo men dan op de verbruiks-plaatsen den stroom kan transformeeren bv. in eenen wisselstroom van UI Volts en 100 Ampères, dan zal deze aldaar in staat zijn elee trisch licht te ontwikkelen en beweging voort te brengen.
Dergelijke transformators bestaan nu werkelijk, maar zij kunnen alleen op wisHclstroomen worden toegepast.
61
Het zijn ijzeren kernen, die door twee afzonderlijke spiralen van geïsoleerd koperdraad omgeven zijn. Door de eene spiraal, de primaire, voert men den stroom, die van de machine komt, deze magnetiseert dan de ijzeren kern, maar daar de stroom een wisselstroom is, verandert ook voortdurend het magnetisme dei-kern en daardoor ook het magnetisch veld, waarin zich de spiralen bevinden; dit werkt weder induceerend op de tweede, dc secun-ilairo, spiraal en aldus ontstaat hierin een nieuwe wisselstroom die ilezell\'de periode heeft als de primaire maar eene geheel andere spanning; bezit. Do spanning van dezen secundairen wisselstroom verhoudt zich nl. tot die van den primaire», ongeveer als het aantal windingen van de heide spiralen, is hv. het aantal windingen van de primaire spiraal 10 malen zoo groot als dat der
Kig. 20.
secundaire, dan zal een primaire wisselstroom van 1000 Volts in den seenndairen draad eenen secundairen wisselstroom van 100 Volts voortbrengen. Deze laatste echter heeft dan ook eene tienmaal zoo groote intensiteit dan de primaire wisselstroom.
02
In (ig. 2(5 zijn twee teckeningen van denzelt\'den transformator gegeven.
Uit week ijzeren handen of draden is een tamelijk dikke, geheel geslotene ring vervaardigd, die omwikkeld wordt met twee geheel geisoleerde spiralen van koperdraad, die zooals de teekening aangeeft in afzonderlijke en afwisselende sectoren op den ring gewonden zijn. De zwarte draad moet de primaire, de ligtere draad, die minder windingen tellen moet, do seeundaire spiraal voorstellen.
Het geheel wordt in eene afgesloten kast vereenigd, waarbuiten alleen de 4 geleiddraden uitsteken.
Met behulp dezer transformatoren is nu de verdeeling in den fleetrischen stroom door middel van eenvoudige telegraafdraden op di- volgende wijze gemakkelijk uitvoerbaar. Fig. 27.
Van de grooto wisselstroommachine A gaat een enkele hoofd-drniid (\' 1) K K door bet geheele stroomgebied rond.
Op iedere verbruiksplaats is in den kelder of op liet dak, goed beselnit, een transformator geplaatst die in de teekening voor de eenvondighiMd door i\'ene rechte staaf T is voorgesteld. De hoofd-
63
draad C D K P is nu met al de primaire spiralen van al de transformators tot eene enkele doorloopende keten verbondon, door welke de hoofdstroom onvertakt rondloopt.
De secundaire draad S echter van iedere verbruiksplaats dringt goed geïsoleerd tot in de woningen en vertakt zich daar volgens het systeem dor parallelverbinding door de verschillende gloeilampen die daar voorhanden zijn.
De wisselstroommachines leveren gewoonlijk stroomen van 1000â 5000 Volts, maar van weinig Ampères; de hoofddrand kan dus uit gewonen telegraafdraad bestaan. In de secundaire spiralen verkrijgt men stroomen van gemiddeld 100 Volts, die dus 10 tot 50 malen sterker zijn dan de hoofdstroom. Voor deze secundaire wissel-stroomen heeft men dus weder tlinke kabels noodig, maar deze behoeven nu maar kort te zijn.
Met toenemend succes concurreert dit stelsel der wisselstroomen met dat der gelijk gerichte stroomen, in de vorige voordracht be-schreven.
Op tal van plaatsen in de Vereenigde Staten, maar ook in Londen, in Rome en in Milaan hv. heeft men «lat systeem met vrueht en op groote schaal toepast.
1 O e V o o r d p a o h t.
Men stelt tegenwoordig aan eene eleotrisclie Centrale den eisch, om niet- alleen over een zeker gebied electrisch licht, maar ook mechani.sch arbeidsvermogen te verdeelen. Men wil niet alleen lampen laten branden, maar ook werktuigen drijven. Hot arbeidsvermogen, in de machines van het Centraalstation voorhanden, wil men op verwijderde plaatsen aanwenden om andere maehines te bewegen bv. kranen, schaaf- en pons-machines, enz.
Men wil met den electrischen stroom arbeidsvermogen overbrengen van lt;le eene plaats naar do andere.
Dit mi geschiedt zeer geschikt door het systeem der gelijkgerichte stroomen. Men heeft slechts twee gewone dynamos door behoorlijke geleiddraden met elkander te verbinden. Hij het draaien van de eene wordt ook de andere in wenteling gebracht en kan dus als electromotor dienen, om even als een stoommachine, andere machines te drijven.
Met wisselstroomen echter kan men veel moeielijker op afstand beweging te voorschijn roepen. Wisselstroommotoren bestaan wel, maar werken gebrekkig d. i. zij werken goed, wanneer zij eenmaal in vollen gang zijn, maar om zonder hulp op gang te komen, daartoe zijn zij niet in staat.
Dit was een groot gebrek van het nieuwere stelsel der wissel-stroomen, maar door allerlei vernuftige uitvindingen heeft men dit gebrek eindelijk weten te verhelpen en zelfs in een voordeel weten te veranderen.
Men maakt tegenwoordig wisselstroommotoren, die even goed.
05
zelfs bij zware belasting, op gang komen en blijven loopen als die der gelijkgerichte stroomen.
Men werkt dan echter niet met eeuen enkelen wisselstroom, maar met meerdere te gelijk, meestal drie.
Men heeft dan op het Centraalstation oloctriscbc machines, die bij iedere omwenteling in drie afzonderlijke ketens drie afzonderlijke wisselstroomen voortbrengen, die in periode en in sterkte gelijk zijn, maar van elkander verschillen in phase, d. i. in den tijd, waarop ieder zijne grootste sterkte bereikt. Eerst komt de eerste stroom op zijn maximum van sterkte, dan \' van de periode later de tweede, van de periode do derde en na drie derden of na eene volle periode heeft n0 1 weder zijn maximum bereikt, en zoo gaat het geregeld voort.
Deze drie wisselstroomen worden nu zoodanig samengekoppeld, dat ci draden voldoende zijn, om ze naar de verbruiksplaatsen te voeren. Ieder van de drie wisselstroomen gaat door zijn eigenen draad naar het andere station en komt door de beide anderen terug. Zie Hg. 28,
Op iedere verbruiksplaats gaan deze drie wisselstroomen door afzonderlijke draadklossen, die op verschillende plaatsen van eenen ijzeren ring, lig. \'29, aangebracht zijn. Met bun drieen vormen nu de genoemde wisselstroomen binnen in dezen ijzeren ring een magnetisch veld, waarvan de krachtlijnen voortdurend en geregeld in denzelfden zin van richting en van sterkte veranderen. Want, daar iedere wisselstroom op ziji, beurt toe- en afneemt, en in sterkte en in richting verandert, en dit voor de drie wisselstroomen op ongelijke lijden plaats vindt, zoo zal nu eens de eene
«Iraadapiraal on ilan wcdor do andere do overhand hebben in bol, niagneti.seeren van den ijzeren ring. Kon men binnen dien ring ijzervijlsel op eeno zeer gladde onderlaag strooien, dan zou men
dit door do werking dier wisselstroomen telkens anders zien riebten en dus in draaiende beweging geraken. Even-zoo zou oen kompasnaald binnen dien ring geplaatst, door de werking dor wisselstroom gaan draaien. Vandaar dat men bet magnetisch veld binnen dien ring eon magnetisch d ra a i veld noemt.
Wanneer men in zulk
een magneliseb draaiveld een anker stelt zooals van lig. 25, met een krans van draadspoelen, van ijzeren kernen voorzien, dan zal door de magnetisohe werking van den ring het anker eveneens worden rondgedraaid, zelfs al is hel met een werktuig verbonden, dat arbeid verricht.
MVt deze draaistroommotoren, zooals men ze noemt, kan men nu in hel wisselstroomstelsel oven goed beweging overbrengen als met dat der gelijkgerichte stroomen. Mon heeft dan wol drie afzonderlijke goloiddraden noodig, maar dat is geen bezwaar.
Vooreerst wordt in het drieleidorssysteom toch ook van drie kabels gebruik gemaakt, maar ten tweede, de dradon kunnen nu gewone telegraafdraden zijn.
Mon kan nl. wederom stroomen van hooge spanning en weinig intensiteit uitzenden en deze eerst op de verbruiksplaals door transformatoren in sterke stroomen van geringe spanning omzetten, voordat men ze in den draaistrooinmotor voort.
Kr zijn dan wel drie gelijke transformators noodig, maar rnen kun di\'zo zeer boknopl inriehten en (lez«.i good geisoloord tot oen
67
enkel toestel samenvoegen. Dit toestel noemt men een draai-s t r o o m trans l\'o r in a t o r.
Do geheele inrichting wordt dan wol eenig.szins ingewikkeld, maar in verschillende steden is dit systeem der draaistroomen uitgevoerd en heel\'t daar in de praktijk gunstige resultaten opgeleverd.
Het nieuwe systeem heeft daarenboven dit groote voordeel, dat men daarmede ook op zeer groote afstanden arbeid kan overbrengen, wat in het stelsel der gelijkgerichte stroomen onmogelijk is wegens de kostbaarheid van de benoodigde hoot\'dkabels.
Werkelijk heeft men ook door middel van het systeem der draaistroomen het arbeidsvermogen van den waterval te Laulfen aan den Neckar overgebracht naar het op 17.quot;gt; kilometer verwijderde Frankfurt.
Bij dit reusachtige werk worden van de 197.4 paardekrachten, die in T.aullen verbruikt werden, in Frankfurt 115.8 paardekracht ontvangen en aangewend, wat oen nuttig effect vertegenwoordigt van 740 0.
Eene buitengewoon gunstige uitkomst dus.
Volgens een dergelijk systeem is men nu bezig, aan den grooten N iagara waterval in N. Amerika oen duizendtal paardekrachten te ontnomen en die langs electrischen weg over te brengen naar Chicago, de stad der laatste groote woreldtentoonsteliing. Ook in Zwitserland neemt de aanwending van dit systeem hoe langer iioe meer toe.
Laat ons nu ton slotte nog eene andere gewichtige toepassing van de electrischo beweegkracht bespreken, ui. do olectrische trams.
Uoods vermeldde ik dat in 1894 electrischo trams loopen over eene totale woglcngte van ]23;iO kilometer, waarvan in Kuropa ruim .\'IDO vallen en in Amerika de rest. Men vindt cloctrische trams in Londen, l\'arijs, l\'erlijn, Ituda-I\'csth, Milaan, Marseille den Haag on in tal van kleinere steden.
Allen hebben /.ij een of twee stel drijfraderen, die op rails loopen en die rondgedraaid worden door één of twee dynamos, die door tusschenraderen met de drijfraderen zijn verbonden.
Do stroom, die hiervoor noodig is, wordt geleverd hetzij door
68
geladcno aocumuhitors, \'üc onder «.le zitplaatsen zijn aangebracht en direct op de dynamo werken of wel de stroom wordt onder het rijden door bewegelijke geleiddraden voortdurend aangevoerd uit eene aan het Centraalstation opgestelde dynamo.
Het eerste systeem is verreweg het gemakkelijkst.
De rijtuigen voeren zelve de accumulators mede, die aan den electrischen motor onder den wagen de noodige drijfkracht geven. Deze accumulators worden naar behoefte geladen en herladen door eene shunt-dynamo, die zich aan het hoofdstation bevindt. Het bezwaar is echter, dat deze accumulators door het lood, dat zij bevatten, bijzonder zwaar zijn en dat iedere tramwagen dus eene aanzienlijke doodc last mede te voeren heeft Dit bezwaar heeft men wel trachten te overwinnen, door een systeem van accumulatoren, zonder lood, uit te vinden, de zoogenaamde Waddel-K n tz-accumulatoren, maar deze uitvinding is nog te nieuw, om er veel op te kunnen vertrouwen.
Meestal ziet men bij het aanleggen van electrische trams het tweede svsteem aanwenden, dit nl. om door bewegelijke geleid-
draden lt; gt; n stroom van het centraalstation onder het rijden in den wagen te leiden.
69
Hierbij heeft men zoowel eene bo v e naardsch e als eene on(1 eraardsche geleiding weten aan te brengen.
In het geval der bovenaardsche geleiding, brengt men langs den trambaan over isolatoren een geleiddraad aan, als in fig. 30, en van dezen draad gaat de stroom door loopende contactrollen op den wagen over en daarna door den electromotor naar den grond, waarna de stroom terugkeert naar de dynamo van het centraalstation , die den stroom levert.
fn Amerika en in Engeland heeft men veel succes mot bet systeem van Thompson-Houston en mot dat van Sprague.
Hierbij heeft men eenen enkelen hoofdleidingsdraad, die van het hoofdstation uitgaat naar hot einde van de baan. Deze draad die aan het eind goed geïsoleerd is, kan gedeeltelijk onder den grond, gedeeltelijk hoog boven den grond gaan, al naar omstandigheden en heeft verder met ile trams niets uittestaan. Hij is met de eene pool van ile Centrale dynamo verbonden. Behalve dezen hoofddraad is er echter dicht boven bet dak van den tramwagen een zoogenaamde arbeidsdraad tamelijk strak over iso-leerende palen gespannen, zoodanig dat hij gemakkelijk bereikbaar is voor eenen stang, die hoven op het wagendak in een soort kogelgewricbt is bevestigd, zoodat hij vrij naar alle richtingen draaibaar is.
Deze bewegelijke geleidstang draagt aan het einde een metalen rol, die door spiraalveeren stevig tegen den arheidsdraad wordt gedrukt en daarmede onder het loopon van den wagen voortdurend contact maakt.
De arheidsdraad nu is op geregelde afstanden van bv. 100 meter door vaste draden met den hoofddraad verbonden en ontvangt daaruit den stroom, dien hij door den contactstang in het rijtuig brengt en in den electrischen motor, vanwaar de stroom dan verder door de rails teruggaat naar do andere pool van de centrale dynamo.
hij deze aanwending van twee geloiddraden is er meer zekerheid voor den geregelden gang van alle tramwagens, die op do lijn zijn, want ieder gebruikt alleen dat stuk van den arheidsdraad, waaronder hij zich bevindt en is onafhankelijk van gebreken in andere stukken.
70
De onderaardsche geleiding is door Siemens en Halske toegepast op de elcctrisflic tram te Buda-Pesth en voldoet daar uitstekend. Zij is echter in aanleg veel kostbaarder dan het stolsel met boven-aardsche geleiding.
Onder een dor rails, die zelve over de goheele lengte eene groove heeft, bevindt zich een ijzeren buis, binnen welke twee dikke blanke ijzeren geleidstaven zijn aangebracht, goed van elkander en van den grond geïsoleerd, ook aan het einde.
Tussehen deze twee staven in, hangt aan den tramwagen, door de longtegroof van lt;le rail heen, een metalen stang, die op de hoogte der twee geleidstaven in twee bewegelijke rollen eindigt, die tegen deze aan drukken en daarmede contact maken en blijven maken onder het loopen van den wagen. De metalen stang is echter geheel in twee geisoleordo gedeelten verdeeld, de linker en de rechter bell\'t en iedere helft draagt een der beide contact-rollen.
De beide geleidstaven zijn ieder in verbinding met oen der beide polen van de dynamo op het hoofdstation. Zij hebben dus over de geheels lengte een constant verschil in spanning van bv. 500 Volts. Door de beide rollen van den howogelijkon metalen stang, die aan den wagen is opgehangen , gaat nu de stroom uit de ecne staaf in de dynamo van don wagen en daarna door de andere rol op de andere geleidstaaf over.
Iedere wagen, die op de rails staat, ontvangt dus afzonderlijk den stroom, dien hij noodig heeft en is geheel onafhankelijk van de andere. Alle wagens zijn als het ware parallel aan elkander in de koten geschakeld.
Ook in New-York is men bezig een elcctrische train met onder-aardsche geleiding aan te brengen.
De eleetrisehe trams hebben groote voordooien boven de paardentram.
Telkens wanneer een wagen uit den toestand van rust op nieuw in beweging moet worden gebracht of wanneer men eene helling moet beklimmen, wordt er in eens te veel gevergd van de krachtsinspanning der paarden.
Voor de eleetrisehe train bestaan die bezwaren niet, want
71
door eenvoudig met den kruk van den rheoataat den weerstand in de keten te verminderen, verhoogt men gemakkelijk de trekkracht van de dynamo tot de gevraagde sterkte, en evensnel is ook weder de gewone trekkracht teruggevonden, als de buitengewone niet meer noodig is.
Wat de locomotief als concurrent van den electrischen moter te vreezen heeft, kan men hieruit opmaken, dat men reeds bedacht heeft, de stoommachine van de locomotief niet direct op de drijf-wielen maar eerst op de as van eene dynamo te laten werken en den hierdoor geleverden stroom in eene motorische dynamo te voeren, die dan eerst de wielen zou bewegen.
Ook in mijnwerken, voor het vervoer van de opgegraven stoffen en van de gereedschappen, wordt zeer dikwijls van den electrischen motor gebruik gemaakt.
Do stoommachine en de dynamo staan dan boven den grond en door goed geïsoleerde draden ontvangen de eleetrische motors in do mijngangen den stroom, dien zij voor de beweging der lasten noodig hebben.
Ruimte besparing is het groot voordeel van den electrischen motor en de voorname oorzaak van het toenemend gebruik er van.
Ten slotte geef ik hier nog een tabel van K app, ter vergelijking van de kosten der verschillende wijzen van krachtoverbrenging;
|
Bron der kraght oonor Bron der kracht eenor Systoom. stoommachine. waterval. op 100 M. op 10 KM. op 100 M. op 10 KM. | ||||||||||||||||||||
|
f:
i N ii o L; I).
Bladz.
le Voordracht...................5
2quot;^ Voordracht. ... ..............10
3C Voordracht...................18
4® Voordracht....................20
5e Voordracht....................\'31
6e Voordracht...................38
7e Voordracht...................45
8e Voordracht...................50
9quot;-\' Voordracht...................5G
mttimtiiik inhm
Kunst-Glasblazerij en Slijperij
Firma J. C. Th.. M A RIU S UT R K( rilT.
Bekroond 1895 met de Gouden Medaille op de Tentoonstelling\' van Geneeskrachtige en Nuttige Planten te quot;s Gravenliage.
Eervol vermeld 1892 door de Commissie voor Wetenschappelijke Inlichtingen der Nederl. Maatschappij tot bevordering der Pharmacie,
BACTERIOLOGISCHE
CHEMISCHE
MICROSCOPISCHE
PHARMACEUTISCHE
PHYSISCHE
PriJscoHraiitcn worden o|» aanvruaa iraarm\' vorst rekt.