Elektromagnetische Rotationen. Der Nordpol eines frei beweglichen Magnets wird unter dem Einflusse eines elektrischen Stroms stets nach links des Ampereschen Schwimmers abgelenkt (s. Elektromagnetismus). Denkt man sich nun, daß der Schwimmer immer wieder sein Gesicht dem frei beweglich angenommenen Nordpol zuwendet, so sieht man leicht, daß jener Nordpol einen Bewegungstrieb hat, den Stromleiter nach links zu umkreisen. Der Südpol hat das entgegengesetzte gleichgroße Streben; daher kommt es unter gewöhnlichen Umständen zu keiner Umkreisung. Läßt man aber (nach Faraday, 1821) den elektrischen Strom nur auf einen Pol oder auf die eine Hälfte eines beweglichen elektrischen Magnetstäbchens so wirken, daß der unbewegliche (fixe) Stromleiter der magnetischen Achse parallel gerichtet ist, oder wirkt mindestens ein elektrischer Strom auf die eine Nadelhälfte um vieles bedeutender als auf die andere, so treten in der That jene Umkreisungen ein. Aus demselben Grunde gerät (nach Ampĩêre, 1821) ein Magnetstab in Rotation um die eigene Achse unter dem Einflusse eines galvanischen Stroms, der ihn bis zur Indifferenzlinie durchfließt. Der Sinn beider Rotationen läßt sich nach der Schwimmerregel voraussagen. (S. Elektromagnetismus.) Die Einwirkung von Strom und magnetischem Pol ist eine wechselseitige; es wird daher unter sonst gleichen Umständen wie vorhin auch ein beweglicher Leiter um einen unbeweglichen Magnetpol kreisen. Unter sonst gleichen Umständen wie vorhin ist hier die Richtung der Bewegung der vorigen entgegengesetzt. Auch die Rotation eines stromführenden Drahts unter dem Einflusse des Erdmagnetismus läßt sich bewirken (Ampere, 1821, und Faraday). Flüssige Stromleiter geraten ebenfalls in derartige elektromagnetische Umkreisungen (Davy, 1823). Noch vor den bisher besprochenen Rotationen entdeckte Davy (1821), daß der nach ihm benannte Kohlenlichtbogen (s. Elektrische Lampen) um je einen der Magnetpole rotiere. Diese Umkreisung wurde bald unter die in demselben Jahre, jedoch etwas später, gefundenen elektromagnetischen Rotationen eingereiht. Der leuchtende Kohlenbogen vertritt den beweglichen Schließungsdraht. Auch das elektrische Licht im luftverdünnten Raum eines Glasballons (s. Elektrische Lichterscheinungen) rotiert um je einen der Pole eines Magnets (De la Rive, 1858). Der Sinn der aneserten üboehenr Umkreisung geht in den entgegengesetzten über beim Wechsel der Stromrichtung oder des magnetischen Pols. Die zum Erperimentieren der elektromagnetischen Rotationen konstruierten Apparate sind zwar sehr mannigfaltig, lassen sich jedoch vorkommendenfalls nach den hier gegebenen Prinzipien verstehen. Die elektromagnetischen Rotationen können nach der Ampereschen Theorie auch als elektrodynamische Rotationen, d. i. als Umdrehungen von beweglichen Strömen um unbewegliche (fixe) Ströme (Magnete), aufgefaßt und nach den Lehren der Elektrodynamik (s. d.) erklärt werden. In der That tragen auch viele Physiker die Sache so vor. Elektromagnetismus. Schon im 18. Jahrh. hatte die Entdeckung, daß die magnetischen Pole von Kompaßnadeln auf Schiffen durch einen vorbeifahrenden Blitz umgekehrt worden, zu der Vermutung eines Zusammenhangs zwischen der elektrischen und magnetischen Kraft geführt. Diese Mutmaßung wurde noch besonders verstärkt, nachdem Franklin die elektrische Natur des Blitzes (s. d.) experimentell nachgewiesen hatte (1752). Er sowohl wie später van Marum bemühten sich, diesen Zusammenhang durch Versuche darzulegen, bei welchen Stahlnadeln durch elektrische Funken magnetisch werden sollten. Indes blieben wegen unzweckmäßiger Lage der Nadeln alle Bemühungen erfolglos. Erst 1819 (publiziert 1820) gelang es Oersted, den Zusammenhang zwischen Elektricität und Magnetismus, aber auf einem ganz andern Wege, nämlich durch die Einwirkung des Schließungsdrahts einer galvanischen Kette guf eine nahe, um eine Drehachse leicht bewegliche Magnetnadel, nachzuweisen. Wenn der Schließungsdraht einer galvanischen Kette parallel mit einer von Süden nach Norden Puen Mas sehr leicht um ihren Schwerpunkt dreharen Magnetadel ab (Deklinationsnadel, s. nachstehende Fig. 1) oberhalb derselben hingeleitet wird, so schlägt die Magnetnadel aus, und zwar ist die Richtung dieses Ausschlags je nach der Richtung des elektrischen Stroms verschieden. Wenn der positiv-elektrische Strom sich in dem Schließungsdrahte *XX oberhalb der Magnetnadel von Norden nach Süden, d. i. von Vanach X bewegt, so wird der Nordpol a der Magnetnadel a b nach Osten, d. i. nach F‘, und der Südpol nach Westen abgelenkt. Diese Ablenkung geht aber gerade in die umgekehrte über, also nach E, wenn der positiv elektrische Strom sich in der Richtung von Süden nach Norden, d. i. von Xnach Wöbewegt. Legt man den Schließungsdraht unterhalb der Nadel parallel mit ihr, so bringt ein von Norden nach Süden gehender Strom gerade den umgekehrten Ausschlag hervor als ein oberhalb der Nadel in derselben Richtung fließender. Ebenso bewirkt auch ein unterhalb der Nadel von Süden nach Norden gehender Strom den umgekehrten Ausschlag als ein gleichgerichteter Strom oberhalb der Nadel. Das Gesetz über den Ausschlag der Magnetnadel unter dem Einflusse eines elektrischen Stroms läßt sich sich Ampere (1820) kurz so ausdrücken: Denkt man sich in den Schließungsdraht einer galvanischen Kette so hineingelegt, daß der positive Strom zu den Füßen ein-⸗ und zum Kopfe austritt, und wendet dabei das Gesicht nach der Magnetnadel, so wird jedesmal der Nordpol nach der linken und der Südpol nach der rechten Hand abgelenkt. Mittels dieser bildlichen Regel läßt sich jedesmal die Ablenkungsrichtung der Magnetnadel voraus bestimmen. Auf die Ablenkung der Magnetnadel durch den galvanischen Strom gründeten (1821) Schweigger und Poggendorff ihre Multiplikatoren oder Galvanometer (s. d.), welche das Vorhandensein, die Richtung und Stärke eines galvanischen Stroms anzuzeigen im Stande sind. Es glückte Colladon etwas später (1826), Multiplikatoren zu konstruieren, deren Magnetnadel durch den Strom der Reibungselektricität zum Ausschlagen gebracht wurde, sodaß die Ablenkung der Magnetnadel durch den elektrischen Strom überhaupt bewiesen ist. Hierbei strebt der elektrische Strom, die Magnetnadel senkrecht auf die Richtung des Schließungsdrahtes zu stellen, was man auf verschiedene Arten nachweisen kann, am einfachsten mittels einer Astatischen Nadel (s. d.), bei welcher die erdmagnetische Kraft wirkungslos ist und welche daher dem Einflusse des elektrischen Stroms ungestörter folgen kann. In der That stellt sich eine solche Magnetnadel nahezu senkrecht auf die Richtung des Schließungsdrahts. Ein vom galvanischen Strom durchflossener Kupferdraht wirkt nicht nur ablenkend auf eine nahe und parallel gerichtete magnetische Deklinationsnadel, sondern er zieht auch nach Arago (1820) Eisenfeile an und hält sie während der Stromdauer fest. (Ahnliche Versuche machten nahezu gleichzeitig mit Arago, aber jeder für sich selbständig, Davy und Boisgiraud.) Weitere Versuche Aragos haben gelehrt (1820), daß der galvanische Strom Nadeln und Stäbchen aus weichem Eisen (möglichst kohlenfreiem Schmiedeeisen) während der Stromdauer magnetisiert, und zwar am stärksten, wenn der Stromleiter die Stäbchen unter einem rechten Winkel kreuzt. Die magnetische Achse solcher nur während der Stromdauer magnetisch bleibender Eisenstäbchen liegt senkrecht zum Stromleiter, woraus, wie beim vorigen Ablenkungsversuche einer Magnetnadel, hervorgeht, daß die magnetisierende Kraft des Ciomleiter Stroms senkrecht zur Richtung des tromleiters erfolgt. Aus diesem Grunde legen sich auch die oben Sdraht Eisenteile tangentiell an den Leitungsdraht. Noch in demselben Jahre zeigte Arago, daß auch der Reibungsstrom magnetisierend auf das weiche Stabeisen wirkt, sodaß verallgemeinert jeder elektrische Strom magnetisierende Kraft besitzt. In der Praxis verwendet man jetzt hierzu die Ströme der Voltabatterien, magneto⸗ und dynamoelektrische Maschinen u. dgl. m., und spricht dann allgemein von elektrischen Strömen, was auch hier geschehen soll. Stäbe aus weichem Eisen werden also durch elektrische Ströme, welche senkrecht zu ihrer Längenachse geführt werden, magnetisch, jedoch nur während der Stromdauer, also nur vorübergehend (temporär). Denkt man sich nach der oben erwähnten Regel vom Ampereschen Schwimmer, daß der letztere seine Vorderseite dem Eisenstabe zuwendet, so erhält der durch den Strom erzeugte Magnet nach links den Nord-⸗, nach rechts den Südpol. Mit dem Aufhören des elektrischen Stroms verschwindet auch die magnetische Polarität des Eisens. Soll ein solcher Magnet kräftig sein, so muß (nach Ampere und Arago 1820) der elektrische Strom um den Eisenstab nach derselben Richtung möglichst oft in isolierter Weise geführt werden. Legt man daher den der Isolierung wegen mit Seide umsponnenen Schließungsdraht eines oder mehrerer galvanischer Elemente in vielfachen und gleichgerichteten Windungen um das Eisen, so unterstützen sich alle diese Windungen in ihrer magnetisierenden Kraft auf das Eisen, und letzteres kann bei zahlreichen Windungen und starkem elektrischen Strome eine sehr bedeutende magnetische Kraft erhalten. Ein auf solche Weise nur während der Stromdauer, also nur zeitweilig (temporär) magnetisiertes Eisen heißt ein Elektromagnet. Statt den Draht unmittelbar um den Eisenstab zu winden, ist es zweckentsprechender, ihn auf eine Holz⸗ oder Pappendeckelspule zu wickeln. In die so erhaltene Magnetisierungsspule (Fig. 2) schiebt man den zu magnetisierenden Eisensolgt bestimmen: Denkt man sich einem Ende des Stabes mit dem Gesicht zugewendet, so ist dieses Ende der Südpol 8, wenn es vom positiven Strome in der Richtung der Zeigerbewegung einer Uhr umkreist wird (Fig. 3); sindet das Gegenteil statt, so es Stabes vor sich. it der Umkehrung der Strom⸗ —＋3 richtung verwandeln sich auch die Magnetpole in die Fig. 3. entgegengesetzten. Die Stärke eines geraden Elektromagnets wird mittels seiner ablenkenden Wirkung auf ein Magnetometer (s. d.) gemessen. Diese Stärke ist proportional der Anzahl der Drahtwindungen, und sie wächst, verglichen mit einer immerfort zunehmenden Stromstärke, anfangs in einem etwas raschern, dann nahezu in gleichem und späterhin in einem langsamern Verhältnisse als die Stromstärke, wobei sie sich einem größten Grenzwerte nähert (von Waltenhofen, 1870). Die Tragkraft und Anziehung der Elektromagnete werden gemessen durch Gewichte, welche ein eisernes Vorlegstück (Anker, Armatur) vom Pole abreißen, und zwar die Tragkraft bei unmittelbarer Berührung, die Anziehung bei Zwischenkörpern (Papierblättern u. s. w.). Die Tragkraft wächst selbstverständlich mit der Stärke des Elektromagnets, hängt aber ferner noch ab von der Innigkeit der Berührung zwischen der Armatur und dem Elektromagnet, von der Gestalt beider u. dgl. m. Die Anziehung eines Elektromagnets nimmt mit der Entfernung seines Ankers b1bf schnell ab und beträgt nur einen sehr kleinen Teil seiner Tragkraft. Die Tragkraft des Elektromagnets wächst um viel mehr als auf das Doppelte, wenn man ihm die Form eines Hufeisenmagnets (Fig. 4) erteilt, bei welchem beide Pole den vorgelegten eisernen Anker tragen. Letzterer wird vom Elektromagnet in einen Magnet mit entsprechend entgegengesetzten Magnetpolen durch die Magnetoinduktion verwandelt. Die ersten kräftigen Elektromagnete in Hufeisenform stammen von Sturgeon (1825); man hat später Fig. 4. solche Hufeisenelektromagnete konstruiert, deren Anker durch eine Kraft von mehrern tausend Kilogramm nicht abgerissen werden konnte. Bei derartigen mächtigen Elektromagneten sind die Eisenkerne etwa m lang und ½ dem dick und auch noch darüber. über jeden Schenkel sind mehrere Magnetisierungsspulen geschoben (Fig. 5), deren Windungen nach Hunderten zählen und die sich je nach der Spannung des elektrischen Stroms zweckmäßig miteinander kombinieren lassen. Ein mit diesem Apparat verbundener Stromwechsler dient dazu, die etwa notwendig werdende Umkehrung der magnetischen Pole schnell ausführen zu können. Für die Versuche Fig. 5. beim Diamagnetismus (s. d.) und bei vielen Anwendungen der zweischenkeligen Elektromagnete liegen die Pole nach aufwärts. Der durch elektrische Ströme im Eisen etc. erzeugte Magnetismus heißt Elektromagnetismus. Von den verschiedenen Hypothesen, welche über die Hervorrufung des Magnetismus (s. d.) in Eisen, Stahl u. s. w. aufgestellt worden sind, eignet sich die Amperesche Ansicht (s. Elektrodynamik) am besten dazu, um die Entstehung und das Aufhören von Elektromagneten einfach zu erklären. Hiernach richtet eine magnetisierende Stromspirale die Molekularströme des weichen Eisens zu den eigenen Windungen parallel und nach derselben Seite. Sobald die Magnetisierungsspirale ihren Strom verliert, hört auch die richtende Kraft bezüglich jener Molekularströme auf, welche nun wieder wie ursprünglich nach den verschiedensten Richtungen gehen und sich dabei in ihren Wirkungen aufheben. Infolge dessen wird der Eisenstab, sobald die ihn umgebenden Spiralen den elektrischen Strom verlieren, unmagnetisch. Vollständig würde dies jedoch nur bei vollkommen weichem, d. i. bei chemisch reinem Eisen eintreten, bei welchem die Coêrcitivkraft (s. d.) Null wäre. Beim gewöhnlichen Stabeisen bleibt meist noch nach dem Aufhören des elektrischen Stroms etwas Magnetismus zurück, welcher remanenter Magnetismus heißt. Dieser ist beim hufeisenförmigen CElektromagnete nicht unbeträchtlich, so lange der Eisenanker vorliegt, durch dessen Influenz er größtenteils vorhanden ist. Nach dem Entfernen des Ankers sinkt der remanente Magnetismus je nach der Weichheit des Eisenstabes auf Null oder irgend einen sehr kleinen Bruchteil des ursprünglichen Magnetismus. Auch Stahl läßt sich mittels elektrischen Stroms magnetisieren. Dabei wird ein vorwiegender Teil der Molekularströme durch die bedeutende Cöreitivkraft des Stahls (s. Magnetismus) in ihrer durch den elektrischen Strom erzwungenen, zu letzterm parallelen Richtung erhalten. Infolge dessen behält auch der Stahl nach dem Aufhören des elektrischen Stroms einen großen Teil des in ihm erzeugten Magnetismus. Dagegen erfolgt beim Stahl die Magnetisierung nicht so leicht wie beim weichen Eisen. überhaupt läßt sich aussprechen, je größer die Coörcitivkraft des zu magnetisierenden Körpers, desto größer ist auch der remanente Magnetismus, desto schwieriger war er zu magnetisieren. Und umgekehrt, je schneller und leichter ein Körper sich durch Magnete oder elektrische Ströme magnetisieren läßt, desto geringer ist sein remanenter Magnetismus. Die Magnetisie rung eines Stahlstabes mittels elektrischen Stroms geschieht seltener dadurch, daß man ihn ganz mit einem stromführenden Gewinde umgibt, sondern öfter dadurch, daß man ihn (nach Elias, 1844) mit einem Spiralstrome oder mit dem magnetisch kräftigen Eisenkern eines Elektromagnets streicht. Ein Eisenkern wird nicht nur von einer magnetisierenden Spirale in einen Magnet verwandelt, wenn er bereits in derselben liegt, sondern auch, wenn er derselben sehr genähert wird. Geschieht dies so, daß die Längenachsen beider zusammenfallen, so wird der Eisenkern in das Innere der stromdurchflossenen Spirale hineingezogen, und zwar mit einer Kraft, welche dem Quadrat der Stromstärke und Windungszahl proportional ist. Unter gewissen Umständen geben (nach Page, 1837) Eisenstäbe, welche durch intermittierende elektrische Ströme schnell magnetisiert und wieder entmagnetisiert werden, Töne von sich, deren Höhe von den Längenschwingungen der Eisenmoleküle abhängt (Marrian, 1844). Dieses galvanische Tönenv hat die ersten Gedanken an ein Telephon (s. d.) geweckt. Der E. hat sehr mannigfaltige Anwendungen gefunden, von welchen hervorzuheben sind: die elektrischen (elektromagnetitschen) Motoren, Aufzüge, Eisenbahnen, Klingeln, )Läutewerke, Maschinen, Telegraphen, Uhren, Wecker „u. dgl. m. (S. die betreffenden Spezialartikel.)