Magnetische Induktion in Eisen und verwandten Metahell

357 Pages·1892·16.339 MB·German

by  J. A. Ewing (auth.)

Magnetische Induktioll
in
Eisen nnd verwandten Metahell.
Von
J. A.. Ewing,
ProfesSOI an der Uniyersitiit Cambridge.
Deutshe Moagabe
yon
Dr. L. Holborn und Dr. St. Lindeck.
Mit 163 in den Text gedruckten AMildungen.
Berlin. 1892. Miinchen.
Julius Springer. R. Oldenbourg.
ISBN-13:978-3-642-89245-5 e-ISBN-13:978-3-642-91101-9
DOl: 10.1007/978-3-642-91101-9
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1892
Vorrede englischen Ausgabe.
ZUl'
In
der neueren Zeit, namentlich aber wahrend des letzten
Jahrzehnts, hat unsere Kenntniss von den Erscheinungen der
magnetischen Induktion einen merklichen Fortschritt zu ver
zeichnen. Vielleicht hatte kein Wissenszweig grosseren Nutzen
von der wohlthatigen Riickwirkung der Technik auf die Wissen
schaft. Die Bemiihungen einer Anzahl von Beobachtern haben
es moglich gemacht, eine zusammenhangende Darstellung der
Erscheinungen der magnetischen Induktion und derjenigen
Eigenscbaften zu bieten, welche die Gruppe der magnetischen
Metalle auszeichnen. Natiirlich harren noch viele Fragen der
experimentellen Beantwortung; doch kann schon jetzt ein Lehr
buch iiber den Gegenstand einigen Anspruch auf Zusammen
hang und Vollstandigkeit machen.
Indem der IVerfasser sich dieser Aufgabe unterzog, hat
er die Materie ;nicht vom Standpunkt des wissenschaftlichen
Geschichtsschreibers aus in Angriff genommen. Er wollte mehr
von den Entdeckungen als von den Entdeckern berichten. In
vielen Fallen sind deshalb die Arbeiten friiherer Beobachter
gar nicht oder nur ganz kurz erwahnt worden, well dieselben
Fragen spater Gegenstand einer ausfiihrlicheren und ab
schliessenderen Untersuchung waren.
Es war das Bestreben des Verfassers, hinreichend viel
Einzelheiten zu bringen, um dem Bediirfniss des wissenschaft
lichen Lesers zu geniigen; gleichzeitig sollte es aber auch die
jenigen nicht im Stiche lassen, welche aus ihm Zahlenangaben
zum Zwecke technischer Verwerthung entnehmen wollen.
IV Vorrede zur englischen Ausgabe.
Ueberall wurden Litteraturhinweise auf die Originalarbeiten
fiir diejenigen beigefUgt, welche sich eingehender mit dem
Gegenstand beschaftigen wollen.
Nach einem einleitenden Kapitel iiber die fundamentalen
Begriffe und die Terminologie folgt eine Darstellung derjenigen
Methoden, welche gewohnlich zur Messung der magnetischen
Eigenschaften der Metalle verwandt werden. Es werden dann
Beispiele solcher Beobachtungsreihen fiir verschiedene Proben
von Eisen, Stahl, Nickel und Kobalt mitgetheilt. Die nachsten
.Abschnitte handeln iiber magnetische Hysteresis und iiber. die
charakteristischen Eigenthiimlichkeiten der 1nduktion in sehr
schwachen und in sehr starken magnetischen Feldern; dabei
werden weitere experimentelle Methoden und ihre Zahlen
ergebnisse erlautert. Der Einfluss der Temperatur und der
von elastischen Kraften bilden den 1nhalt der beiden nachsten
Kapitel. Hierauf wird der Begriff des magnetischen Kreises
erklart, und es werden einige Versuche besprochen, die sich
am besten nach dieser wesentlich neuen .Anschauung behandeln
lassen. Den Schluss bildet ein .Abschnitt fiber die Molekular
theorie der magnetischen 1nduktion, und es sind gleichzeitig
eine .Anzahl verschiedenartiger Beobachtungen erwahnt, welche
durch die Molekulartheorie verstandlich werden.
Durch das ganze Buch hindurch ist sowohl der Begriff
der 1ntensitat der Magnetisirung (I), als auch derjenige der
magnetischen 1nduktion (B) benutzt worden. Von einigen
'Seiten wurde darauf hingewiesen, dass auf diese Weise eine
unnothige und nur verwirrende .Alternative geboten werde,
und dass, wenn wir an B festhalten, wir I nicht nothig haben.
Der wissenschaftliche Werth und der praktische Nutzen der
Grosse B ist freilich so augenfiillig, dass niemand von ihrer
.Anwehdung abrath. "I" sollen wir fallen lassen. Der Ver
fasser kann sich hiermit keineswegs einverstanden erklaren.
Es ist nicht zu viel gesagt, dass bei der Bezeichnung der
magnetischen Eigenschaften eines Metalls die Grosse "I" von
primarer Wichtigkeit ist. Die Erscheinung der Sattigung, die
Molekulartheorie und die magneto-optischen Phanomene be-
Vorrede zur englischen Ausgabe.
weisen aIle ihre physikaJische Existenz und ihre fundamentale
Bedeutung.
Der Verfasser ergreift auch hier die Gelegenheit, einer
Anzahl seiner SchUler fUr die bereitwillige und werthvoIle
Hiilfe zu danken, die sie ihm bei der Durchfiihrung von Be
obachtungen iiber einige in diesem Buche behandelte Gegen
stande geliehen haben. Die Herren Tanakadate, Fujisawa,
Tanaka und Sakai in Japan, sowie W. Low, Cowan, D. Low
und Fr ee in Dundee waren talentvolle und sympathische Mit
arbeiter, deren Interesse so lebhaft als ihre Geduld unerschopf
lich war.
Einen Beweis, wie weit unser Gegenstand noch von
einem voIlkommenen Abschluss entfernt ist, liefert, gerade als
die letzten Seiten des Buches durch die Presse gehen, die
Veroff'entlichung eines Versuches von Prof. J ..J . Thomson;
er bewies namlich, dass Eisen durch so rap ide Aenderungen
del' magnetischen Kraft noch stark magnetisirbar ist, wie sie
bei del' Entladung einer Leydener :B'laschc erzeugt werden.
Ferner wies er daraut' hin, dass das AuslOschen der elektrischen
Schwingungen, wenn die Entladung durch eine Spule mit Eisen
kern erfolgt, trotz del' ausserordentlich hohen :B'requenz del'
Cyklen auf magnetische Hysteresis zuriickzufiihren ist. Unab
hangig davon angestellte Versuche fiihrten Prof. Trowbridge
zu demselben Schlusse. Die Anwendung, welche Prof. Thom
son von Vakuumrohren ohne Elektroden, an Stelle von sekun
daren Spulen, macht, eroffnet der magnetischen ]i'orschung
neue, von ihm zuerst betretene Wege.
Cambridge, den 28. Nov. 1891.
Vorrede znr deutschen Ausgabe.
Eine genaue Kenntniss der Vorgange, die mit der Mag
netisirung des Eisens und der verwandten Metalle verbunden
sind, ist heut zu Tage fUr den Elektrotechniker ebenso wichtig
wie fUr den Physiker. Trotzdem fehite es bis jetzt an einem
Lehrbuche, das die Ergebnisse der experimentellen Forschung
iibersichtlich zusammenstellte und es vielen erspart, auf die
oft nur schwierig zuganglichen Originalarbeiten immer wieder
zuriickzugehen.
Die vorliegende Uebersetzung schliesst sich iiberall an
die englische Ausgabe an. Nur an wenigen Stellen sind von
den Uebersetzern Anmerkungen beigefiigt, die drirch eckige
Klammern als solche gekennzeichnet sind. Kapitel 1, 2, 3, 8, 10
und 11 sind von Dr. HoI born, die iibrigen von Dr. Lindeck
iibersetzt worden. Der letzte Theil des Anhangs riihrt von
Herrn Privatdocenten Dr. du Bois her, der sich auch an der
Lesung der Korrektur freundlichst betheiligte und manche gute
Rathschlage ertheilte.
Chariottenburg, September 1892.
Inhalt.
Erstes Kapitel.
Einleitung.
Seite Seite
1. Einleitung . 18. Beispiele fiir die Permeabi-
2.
Magnetische Pole, Achse und litiit 16
Moment. 2 19. Magnetische Susceptibilitiit 18
3. Magnetisches Feld und mag- 20. Beziehung zwischen den Be
netische Kraft 3 griffen Permeabilitiit und Sus-
4. Magnetische Kraftlinien 4 ceptibilitiit . 18
5. Gleichfiirm. magnetisches Feld 6 21. Fortsetzung 19
6. Kontinuitiit des magnetiscben 22. Einfluss der Form auf die
Zustandes 7 Magnetisirung . 20
7. lntensitiit der Magnetisirung 7 23. Ein langer Stab im gleich
8. Beziehung zwischen der lnten- fiirmigen Felde, dessen Kraft
sitiit lund der Poistiirke m 8 linien seIDer Liingsrichtung
9. Ringmagnet 8 parallel sind 21
10. Magnetisirungslinien 9 24. Analogie zwischen inducirtem
11. Magnetisirungslinien (Fort- Magnetismus und elektrischem
setzung). 9 Leitungsvermiigen 22
12. Magnetiscbe Kraft innerhalb 25. Beispiele fUr gleichfiirmige
des Metalls 11 Magnetisirung; Ellipsoid. 23
13. Magnetische Induktion 11 26. Magnetisirung eines Ellipsoids
14. Unterscbied zwischen magne (Fortsetzung) . 24
tischer lnduktion und magne 27. Vertheilung des freien Magne
tischer Kraft in dem Metall. 12 tismus in einem gleicbfiirmig
15. Beispiele 13 magnetisirtell Ellipsoid 25
16. Magnetische Permeabilitiit 14 28. Moment des Ellipsoids 27
17. Permeabilitiit von paramagne 29. Anwendung auf den Fall einer
tischen und diamagnetischen Kugel 27
Stoffen 15 30. Fortsetzung 29
VIII Inhalt.
Seite . Selte
31. Transversale Magnetisirung 33. Liingliches Ellipsoid; Einfluss
eines langen cylindrischen der Lange auf die magneti
Stabes mit kreisformigem sirende Kraft. . . . . . 31
Querschnitt in einem gleich 34. Remanenter Magnetismus und
formigen Felde . . . . . 30 Remanenz . . . 33
32. Diinne, senkrecht zu ihrer 35. Entmagnetisirende Kraft 33
Ebene in einem gleichformigen 36. Entmagnetisirende Kraft bei
Felde magnetisirte Scheibe. 31 Ellipsoiden. . . .. 34
Zweites Kapitel.
Magnetische Messungen: Die magnetometrische Methode.
37. Methoden fiir magnetische 44. Direktionskraft des Magneto-
Messungen . 36 meters 47
38. Eintheilung der Methoden: 45. Beispiel fiir die Untersuchung
Magnetometrische und bal- von Eisen nach der magneto-
listische Methode 37 metrischen Methode 49
39. Magnetometrische Methode. 38 46. Magnetisirungskurve 51
40. Fortsetzung 40 47. Remaneter Magnetismus und
41. Einzelheiten der magneto- Koercitivkraft. 53
metrischen Methode 41 48. Riickwirkung des untersuch
42. EntmagnetisirungdurchStrom- ten Drahtes auf das magne-
wechsel . : 46 tisirende Feld 53
43. Regulirung des Stromes, der 49. Differentiale Susceptibilitat
die Wirkung der vertikalen und Permeabilitat 55
Komponente der Erdkraft 50. Bemerkungen zu der magneto-
kompensiren soIl 46 metrischen Methode 56
Drittes Kapitel.
Magnetische Messnngen: Die ballistische Methode.
51. Die ballistische Methode . 59 56. Berechnung von B aus bal-
52. Erdinduktor 60 listischen Messungen 66
53. Aichung des ballistischen 57. Magnetische Kraft in Ringen 67
Galvanometers 62 58. Schlussjoch 68
54. Dampfung und Kalibrirung 59. Hopkinson's Anordnung der
des ballistischen Galvan 0- Schlussjochmethode. 69
meters 63 60. Doppeltes Schlussjoch. 70
55. Untersuchung von Ringen 61. Beispiel fiir die ballistische
und Staben mit Hiilfe des Methode 71
ballistischen Galvanometers . 64
Inhalt.
IX
Viertes Kapitel.
Beispiele.
Seite Seite
62. Ballistische Methode mit Um 69. Gusseisen . . . . ., 85
kehrung des Stromes: Magne 70. Unmagnetische Stahlsorten 85
tisirung eines Eisenringes 71. Nickel . . . . . .. 86
(Rowland). . . . . . . 74 72. Kobalt . . . . . .. 87
63. Cyklischer Magnetisirungs 73. Kurven der Permeabilitiit und
process: Langer Eisendraht. 76 Susceptibilitiit . . . . . 88
64. Magnetisirung von Eisen 74. Kurven der Susceptibilitiit fiir
staben verschiedener Lange. 78 einen Draht aus Schmiede
65. Stab aus Schmiedeeisen . . 80 eisen. . . . . . . . . 88
66. Magnetisirungvon mechanisch 75. Kurven der PermeabilitiLt fiir
gehitrtetem Eisen . . . . 81 Nickel . . . . . . . . 90
67. Magnetische Eigenschaften 76. Kurven der Permeabilitiit fiir
von Stahl . . . . . . . 82 Kobdt . . . . . . . . 90
68. Magnetisirung von Klavier
saitendraht. . . . . . . 84
Fiinftes Kapitel.
Magnetische Hysteresis.
77. Magnetische Hysteresis. . 92 83. Einfluss der Geschwindig-
78. Wirkung der Hysteresis. . 93 keit auf die magnetische
79. Energievergeudung in Folge Hysteresis . . . . . . 107
magnetischer Hysteresis. . 97 84. Einfluss von Erschiitterung 110
80. Thermische Wirkung eines 85. Versuche iiber den Einfluss
Kreisprocesses . . . . . 101 von Erschiitterongen bei der
81. Werthe fiir das fRdl . . 102 Magnetisirung eines weichen
82. Energievergeudung beim Um Eisendrahtes. . . . . . III
magnetisiren von masslg
stark magnetisirten Metallen 104
Sechstes Kapitel.
Magnetlsirung in schwachen Feldern.
86. Permeabilitiit bei schwachen 89. Weitere Versuche iiber den
magnetischen Kraften 116 zeitlichen Verlauf der Magne
87. Versuche von Lord Rayleigh 118 tisirung . . . . . . . 123
88. Magnetische Verzogerung in 90. Molekulare Akkommodation 127
schwachen Feldern 120
x Inhalt.
Sieb entes Ka pi tel.
Magnetisirnng in starken Feldern.
Seile Seite
91. :Nlagnetisirung in stark en 99. Gusseisen und Stahl bei
Feldern. . . . . . . 128 sehr hohen Feldstarken 143
92. Die Isthmus-Methode . . 130 100. Hadfield's Manganstahl bei
93. Erste Anwendung der Isth- hohen Feldstarken . 145
mus-Methode . . 131 101. Nickel und Kobalt bei
94. SpiHereBeobachtungen nach hohen Feldstarken . 146
der Isthmus-Methode . . 136 102. Zusammenstellung der Er
95. Theorie der Isthmus-Me gebnisse der Isthmus-Me
thode: Kegelwinkel fiir das thode. . . . . . . . 147
Maximum der Koncentration 137 103. Apparat fUr die Isthmus-
96. Maximum der magneti Methode. . . .. 149
schen Kraft bei Verwen 104. Versuche von du Bois bei
dung von kegelfiirmigen hohen Feldstarken; Optische
Polschuhen. . .. 139 Methode. 151
97. Kegelwinkel zur Erzielung 105. Resultate der optischen
eines miiglichst gleich- Messungen .... 153
fiirmigen Foldes . 141 106. Magnetisirung von Magnetit 155
98. Weitere Versuche mit 107. Versuche mit Ellipsoiden. 155
Schmiedoeisen. .. 142
Achtes Kapitel.
Einflnss der Temperatur anf den Magnetismns.
108. Aufhiiren der Magnetisir 114. Hopkinson's Versuche mit
barkeit bei hoher Tempe- Nickel 167
ratur . 158 115. Einfluss von kleinen Tem-
109. Aenderung des physika peraturanderungen 169
lischen Zustandes bei der 116. Einfluss von Temperatur
kritischen Temperatur 159 anderungen bei konstanter
110. Einfluss der Temperatur magnetischer Kraft 171
unterhalb ihres kritischen 117. Abwechselnde Erwarmung
Werthes . 161 und Abkiihlung von magne-
111. Hopkinson's Versuche iiber tisirtem Eisen . 172
dieMagnetisirung desEisens 118. Hysteresis der Magneti
bei verschiedenen Tempe- sirung in Folge von Tem-
raturen 162 peraturanderungen 175
112. Whitworth's weicher Stahl 165 119. Hopkinson's Versuche mit
113. Whitworth's harter Stahl. 166 Nickeleisenlegirungen 177