Ein Dynamometer fiir den Elektromagneten.

Von

Prof. Dr. W. K o s t e r Gzn. in Leiden.

Mit einer Figur im Text.

Um die Anziehungskraft eines grossen Magneten zu messen, geht man gewShnlich in der folgenden einfachen Weise vor: man stellt dan Magneten senkreeht auf und bestimmt, bis auf welohen Ab- stand eine kleine Kuget aus weiehem Eisen dem unteren Pole ge- n~hert werden muss, damit sie yon demselben geliiftet un.d zu sieh gezogen werde. Die GrSsse der Kugel hat dabei keine Bedeutung, so lange das Gewieht derselben ohne nennenswerten Fehler im Schwer- iounkt konzentriert gedaeht werden kann; das heisst also, so lange der Durchmesser der Kugel in bezug auf ihren Abstand vom Pole ver- naehliissigt werden darf.

Bei dieser Bestimmung finden wit also den Abstand, in welehem ein eiserner KSrper mit einer Kraft, die gleieh seinem Gewiehte ist, angezogen wird.

Es wttrde nun dieser Abstand ein sehr gutes Mass bilden, um die Kraft eines Magneten auszudriieken, wenn wir aus demselben aueh die Kr~fte, welohe for die ~,iel kleineren Distanzen, worin wir den grossen Magneten benntzen miissen, gelten, ohne weiteres bereehnen diirften. Dieses ist nun aber n i g t der Fall. In einer Entfernung yon 1 nnd 2 cm yore Pole kommen ganz andere Faktoren in Betracht, wobei besonders der Bau des Poles und seiner Umgebung yon Be- dentung ist; wiirde man naeh der physikalisehen Formel bier die Anziehungskraft aus dem oben erwghnten Abstande bereehnen, so wtirde man~ auch wenn mSglichst genau auf die wirkliche Lage des Poles im Eisenkerne geaehtet wurde, ein ganz falsches Urteil iiber die dort wirksamen Krgfte erhalten.

Um also ausfindig zu maehen, weleher Magnet am besten ist, und ferner mit weleher Kraft die ~ersehiedenen Polansgtze den Zweek~

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Eisen und StahI ans dem Bu!bus zu entfemen~ erfiillen~ rut man am besten, eine direkte 3/Iessung ausznNhren. Zu diesem Zwecke wurde seinerzeit yon H a a b und sparer auch yon Tt t rk der Magnet ,zertikM gestellt nnd Eisenstiiekehen ~on bekanntem Gewiehte mit einer Schale verbunden, welche so lange belastet wurde~ bis die Nagnetkraf~: naehgab. Selber benutze Jch seit einigen Jahren ein einfad~es Instrument, das sehr handlieh ist nnd bei der gewYhn- lichen Stellung der Augenmagneten uns sofort dariiber nnterrichten kann~ ob der Apparat noeh gut arbeite~, und weiehes im altge- meinen uns die Wirkung unseres Werkzenges in allen Besonderheiten kennen lchrt. Da einige Herren Xollegen~ uaehdem sic mit der Anwendnng dieses Dynamometer bekannt geworden, sieh kttrzlieh in lobender Weise dartiber ~tusserten, meine ich~ denselben auch einem grYsseren Kreise vo~l Faehgenossen zur PrtiNng und zur Kontrolle ihrer Magnet e empfehlen zu dttrfen.

Die Form des Instrumentes ist aus der Abbildung (1[2 nattirliehe GrYsse) am bes%n erkennbar.

Ein aus weichem Eisen angefertigtes K[igsichen ~ welches genau I g wiegt~ is~ in einem kteinen l~anme ce freibeweglich dngeschlossen. Das Kiigelchen ist verbnnden mit einer ans Messing gearbdteten Spiralfeder, wdche wieder mit dem St•behen ]z~ befestigt ist° Das letztere kann mit der Hand a~s dem RYhrchen fo herv'orgezogen und mit der Schranbe o festgesetzt werden. In dieser Wdse wird die Feder gespannt; nm aber kleiner% feinere Versohiebungen ansftihren zu kYnnen~ ist der Knopf n in dem gr~sseren Rohre drehb~u" gemacht~ w~ihrend derselbe mit ether Sehrau- benfiihrung das l{0hrehen fasst. Das grYssere Rohr sn ist an der vorderen Seite gesehlitzt znr Aufnahme des Indikatoren g~ dieses verhindert ebenfalls die Drehung des StS, bchens mit der Feder in dem Rohre. An der Seite des Schlitzes steht die Skala in Grammen; und zwar an der einen Seite ftir eine Feder mi~ ether maximalen Spannnng yen 175 g) an der andern Seite ftir eine zweite Feder bis nahezn 25 g. Es kann niimlich~ am auch ganz sehwaehe Kr~tfte mit genfigender Genauigkeit mcssen zu kynnen~ das Kiigelohen mit der Feder und dem St~tbehen herausgenommen nnd:dnreh ein iihnliches mit einer ~ehw~tcheren Feder ersetzt werden. Durch diese Ein- richtnng wurde verhtttet~ dass das Instrument eine a[lzugrosse Lange be- kam. Das grSssere I~ohr en ist nun ferner in einem andern Rohr ~p ver- schicbbar~ es kann h~ demselben mit der Sehraube 3 befestigt werden. Auf der Selte des inneren Rohres steht eine Millimeterskala~ ant wetcher abge- lesen werden kann mittels des tndikatoren at5 wie welt das innere Rohr ansgescheben worden ist~ d. h. also wie gross der Abstand bv ist. Das aussere Rohr ist bd bmi t sines Platte abgesehlosseno Das gauze ]st ans Messing gearbeiteL urn magnetis&en Einflassen vorznbeugen. DieWirknng des elektrisehen Stroraes a g die Ht~lle aus Messing~ welehe die Kugel nm- these, kans~ wie ieh racine, nnberttcksld~tigt bldben.

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Will man eine Messung ausffihren~ so stellt man ~ auf den Abstand~ ffir welchen man die Anziehungskraft kennen will; wenn dann das Instru- ment auf dem Pole des Magneten ruht, und die Kugel angezogen wird~ wird dieselbe gerade in der erwtinsehten Distanz zurfiekgehalten. Es wird jetzt mit der Hand das St~tbehen m herausgezogen, nachdem die Schraube o gelockert worden ist~ and zwm- so weit~ bis die Kugel nieht mehr yon dem Magneten gehalten werden kann. Die letztere legt sieh dann gegen die Platte r~ indem die Feder in dem Loeh e freibeweglieh ist. Es wird jetzt das Stabehen m wieder etwas zurfickgesehoben~ bis die Kugel sieh wieder an o legt~ und die Schraube o angedreht. Nun fasst man den Knopf n und dreht denselben solange, his die Kugel wieder zurfiek- schneUt; man kann dieses hSren and aueh sehen~ indem an bet. den Seiten des Raumes r die RShren often sind, das inhere Ilohr nur an jener Stelle, das ~ussere fiber seine ganze L~nge.

Mit diesem Instrument kann also in kurzer Zeit ge- messen werden~ und zwar bet jeder Stellung des Magne- ten, se i e s vertikal odor horizontal, mit welcher Kraft das Ktigelchen angezogen wird, d. h. welche Kraft not- wendig ist, umes yon dem Pole zu entt~rnen. Beim Ge- brauch in vertikaler Stellung und mit nach unten gerich- totem Pole muss immer 2 g zugez~.hlt werden ftir das Gewieht der Kugel mit der Feder. l)berdies kann dann nicht weniger als 4 g gemessen werden, indem das Stiibehen 2 g wiegtl, wozu dann noch die eben- genannten 2 g Korrektion kommen. Man wird also wo- mSgliel~ gut tun, ill horizontaler Riehtung zu messen. Bet dieser Messung muss dann nur noeh 0,5g ab- gezogen werden fiir Reibung ira Instrumente, was be- sonders bet den kleineren Zahlen yon Bedeutung ist.

Da die Kraft der Anziehung in Grammen ab- gelesen wird and das Kiigelchen 1 g Gewicht hat, gibt die Zahl sofort an, wieviet Male die Anziehungs- kraft grSsser ist als das eigene Gewieht des angezogenen KSrpers. Diese Zahl ist also ein direkter Ausdruck ffir die Kraft in jener Entfemung and sie gilt nieht nut ftir dieses Kiigelehen, sondern fiir jeden KSrper aus weiehem Eisen, der in jener Entfernung gehalten wird: die Anziehungskraft ist dann immer ebenso viele Male dem Gewiehte des KSrpers gteieh.

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Um den Gebraueh und den Nutzen des Dynamometer zu ver- deutEehen, lasse ieh hier eine Tabelle folgen, worin die Anziehungs- kr~fte des Haabschen Magneten in einigen kurzen Abst~inden beim Gebran& der ~.ersehiedenen Polstiicke ~'erzeiehnet worden sind. Der yon H i r s e h m a n n in Ber l in gelieferte Magnet arbeitet in meiner Klinik mit einer Voltage yon 65, und benutzt dabei meistens 10 bis 11 Amp@e. Die Werte, welehe man findet~ weehseln natiirlieh ge- wissermassen jeden Augenbliek, indem der Verbraza& der Elektrizit.~t in andern Teilen der Klinik auf dieselben yon Einfluss ist, aber sehr gross sind die Untersehiede dennoeh nicht.

Tabelle I.

Form II Wert der Anziehungskraft in einem Abstande yon: des Polsgiekes 15era zter~} i_3em ]'2,5era 2era 1,5,cm lcm 1,0,5em

0hne Polstfick 1,-- 2,-- 3,5 5,-- 8,-- 13,5 24,--I 52,5 dickes flaches, 0.5 1,-- 2,-- 3,% 5,5 10,75 23,-- t 83,--

dickes abgerundetes, 0~5 0,75 1,75 9,75 4,5 9,-- 19~--4 74,5 stumpfeskegetfSrmiges~ 014 0~75 1,5 2,5 4,5 7,75 18,-- I 96,-- kegelf(h'migesPolstiick. 0,25 0,5 I 1,--i 2,-- 3,-- 4,75 7,5 132,5

Diese Bestimmungen wurden ausgefiihrt bet horizontaler Stellung des Magneten; jene yon der 7. und 8. Reihe mit der st~rkeren, die iibrigen mit der schw~cheren Feder. Far die Reibung wurde iiberall 0,5 g abgezogen. Es gibt iibrigens natiirlieh bei einer solchen Messung noch Fehlerquellen vieler Art, aber physikalisehe Genauigkeit be- anspruchen diese Zahlen iiberhaupt nieht.

Aus der Tabelie ist ersichtlich, dass far den Fall, wo der FremdkSrper im vorderen Bulbusabschnitt gelegen und also grosse Annhherung mSglieh ist, der stumpfe kegelfSrmige Ansatz die stgrkste Wirkung ausiibt; liegt aber der XSrper fief im Auge oder in der Orbita, so ist es vortei]haft dell Nagneten ohne Po]stiick zu benutzen, um da.s Corpus a]ienum erst nach vorn zu fiihren. Ist es vorn gn- gelangt, so kann zur Lokalisation der Magnetwirkung einer yon den verschiedenen Ansi~tzen gewghlt werden.

Ein genaues Gesetz der Anziehung~ in diesen kurzen Ent- fbrnungen, lgsst sich aus den vorgefiihrten Zahlen nieht ableiten. Man wiirde bei diesen ,Strahlm3gen ~'on magnetisehen Kraftlinien" erwarten kSnnen, dass die Anziehungskraft sich in umgekehrtem Yer- hhltnis zu dem Quadrat der Abst~nde i~ndern wtirde, insoweit ngm]ieh die Ann~therung des EisenkSrpers die Richtung jener Listen nieht gnderte. Es stimmt eine solche :Beziehung zwischen den Zahlen nur in einigen tPgllen, und es ist dann mehr als ein zu-

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fi~lliges Zutreffen aufzufassen. Um die richtige Beziehung heraus- zufinden, miisste man genau die Lage tier theoretischen Pole in den Ans~tzea und in den unbewaffneten Magneten kennen. Ftir den letzteren liegt dieser Pol ungef~thr 1[~ cm unter der Oberfliiche, wie man mit einem Eisenkiigelchen an einem Messingstiibchen, welches man in der cy]indrischen HShle am Ende des Eisenkernes einfiihren kann, leieht festzustellen vermag. Rechnet man die Abst~nde in bezug auf diesen Punkt, so nimmt in der oberen Reihe die Kraft woh] nahezu in umgekehrtem Verhi~ltnis zu dem Abstand zu. Es mtisste aber, um das Gesetz fiir die Ansiitze einigermassen giiltig zu maehen~ dieser Pol genau am Ende liegen, mit Ausnahme des stumpfen Kegelansatzes, we der Pol ~'or demselben zu suchen wfire. Fiir die Praxis hat diese Reehnung aber nicht viel Wert; ftir den Gebrauch ist es am wichtigsten zu wissen, dass beim Magneten ohne jede Bewaffnung die Kraft bei zuaehmender Entfernung nicht no sehnell abnimmt~ wie das umgekehrte Quadrat des Abstaudes angibt; zwar ist dies bei den grSsseren Distanzen relativer Weise wieder etwas mehr. Ebenso verh~lt es sieh bei dem Kegelansatz, mit Aus- nahme der Werte yon 0,5 und l cm und yon ~ und 5 era. Ftir den stumpfen Kegelansatz nimmt die Kraft in st~trkerem Masse als nach dem aagegebenen Verh~ltnis ab, w~hrend bei den beiden dieken An- siitzen die Abnahme erst verhfi]tnism~issig zu klein und dann wieder zu gross ist. Will man also beim Ni~hern des FremdkSrpers an den Magneten die Kraft schnell ansteigen ]assen, so benutze man den stumpfen Kegel; erscheint es dagegen vorteithaft, sofort eine grSssere Kraft zu benutzen, dieselbe aber ]angsamer ansteigen zu lassen~ so ist der Gebraueh ohne jede Bewaffnung angezeigt.

Der Dynamometer kann also aueh in dieser Beziehung zur bes- seren Verwertung der Wirkung des Riesenmagneten beitragen.

Schliesslieh m5ehte ieh, urn Irrtiimern vorzubeugen, noeh daran erinnern~ dass FremdkSrper, welehe eine liingliehe Form haben, in viel kr~iftigerer Weise yon dem Elektromagneten angezogen werden~ als eine Kugel ~on demselben Gewichte. Zum Belege daftir kann ieh noch eine kleine Tabelle anffihren, welehe ich naeh Messungen aus dem Jahre 1902 zusammengestellt babel). Ieh habe einige Be- stimmungen mit denselben Sttiekchen Eisen jetzt wiederholt und land fast genau dieselben "Werte, woraus erstens hervorgeht~ dass das Instru- ment sieh vorztiglich gehalten hat, nnd zweitens, dass die gtteren

~) Eenige opmerkingen omtrent her gebruik der electro-magneten in de oogheelkunde. :Nederl. Tijdschrift veer Geneeskunde. D1. I. Nr. 7. 190~.

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Zahlen mit den jetzigen vergleiehbar sin& Die friiheren Bestim- mungen warden teilweise aasgeffih~ mit dem Fieksehen Tonometer, teilweise mit einer fiber einer Rolle hitngenden Schale. In letzterem FaIle wurde die Reibnng in Rechnung gebracht; bei dem Tonometer wurde der Faden~ der den FremdkSrper hielt, direkt mit dem oberen Ende d~" Feder verbunden, wghrend darauf geachtet wurde, dass die Zugkraft immer senkreeht zur Feder geriehtet war. Bei diesen Ver- suchen war der dicke ~i]ache Pol, der benutzt wurde, jedesmal mit einer hSlzernen Hfilse versehen, deren Boden so dick war wie der Abstand~ in welehem die Kraft gemessen werden musste.

Tabelle II.

de*'GewiehtEisen- "~.~__. i~= a Wert der Anziehungskraft in einem Abstande yon: r. Cylinder in .= ~ I ~

,Milligramm ~ !~= .6cnl 5era 4era 3cm ll,75cml l c m 0,5cm 0

1 400 9-9,5 23 [ 5g 12 40g 925g 2 170 ' 1 2g 3 4g l0 g 40g 8 100 s,. 1,7i g g ,5g 6} 12g 4 50 4 il ,7 1,0g 1,5g 4 g 5 25 4 i 1,0g[ 2g ]1,25

Aus dieser Tabelle ist schon ersiehtlich, dass die Krgfte viel grSsser sind als diejenigen, welehe mit dem Dynamometer, d. h. also mit dem kugelfSrmigen Eisenstfickehen~ gemessen warden. Am meisten f~llt dies auf, wenn fiir jeden Abstand angegeben wird~ nm wieviel Male die Kraft das Gewicht des KSrperchens iibertraf, wie dies aus der dritten Tabelle zu ersehen ist.

Tabelle III.

~ ~a ¥erhaltms }~l der Ianget

~ . ~ : z .tmrenmesser' ¢~ "t I

Nr. 11 3:1 " ~i 4,75:1 ,, ~ 5:1 . 2,3 : 1 . 3 ,2:1

-Wenn

6 cm

wlr

5cm U~cm { 3 cm 11,75cm

Werte der Anziehungskraft in einem Abstande yon:

1 cm 0 0~5 ca1

/ I 1 ,2[ ao loo 1~ is [ 24 60 240

] 22 60 15o i 2 o l 80 I I 40 80

diese Zahlen vergleiehen mit denjenigen aus der zweiten horizonta]en Reihe der ersten Tabelle, so ergibt sieh, dass, wenn die L~tnge des FremdkSrpers den Durehmesser um das 4,75lathe iibertrifft~ die Anziehungskraft ausserordentlieh viel gr5sser ist, als bei der Anwesenheit eines FremdkSrpers yon der K~agelgestalt; die Kraft ist in 0,5 cm um alas 3fache verstiirkt, in 3 em um das 12fache, in 6cm um das 18f'ach% in 5era nm das 24fhche. Ffigen wir

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zu diesen Zahlen noch das Ergebnis des Versuehes Nr. 3, wo die L~nge den Durchmesser um das 5faehe iibertraf, und wo in l c m Entfernung eine mehr als 6f ache Verstiirkung tier Anziehungskraft gefhnden wurde, hinzu, so sehen wir welter, dass die Wirkung des Magneten auf die Corpora aliena l~nglicher Form, verglichen mit den Kr~iften, welehe auf die Kugel ausgeiibt werden, grSsser wird, je welter man sich yore Apparate entfernt~ und zwar in sehr auffallender Weise, das heisst also in andern Worten, dass ein FremdkSrper yon gestreckter Gestalt~ z. B. in einer Entfernung yon 5 cm~ 24fach stgrker angezogen wird als ein Kiigelehen, welches dasselbe Gewicht hat~ und dass beim ~ghern des Magnetpoles die Zunahme der Anziehungen in viel geringerem Masse wiichst bei der ersteren als bei der Kugel, wiewohl immer, auch noch in einer Entfernung yon 0~5 cm, die erste Kraft betr~chtlich grSsser bleibt als die letztere; in dem gegebenen FalIe noch dreifach. Die gr5ssere Anziehung der l~ingeren KSrper gegentiber den kiirzeren ist iibrigens auch aus den andern Zahlen der dritten Tabelle iiberall klar ersiehtlich. Eine genaue Formel ftir diese Berechnung kann ich nicht aufstellen, aber man geht nicht fehl, wenn man bei Stiicken, welche wenigstens zweifach l~nger als breit und dick sind~ die Zahl der Dynamometer: also die Kugel- anziehungskraft, multipliziert mit der Entfemung yore Pole in Centi- metern, und mit dem Verh~ltnis zwischen L~nge und Breite des FremdkSrpers.

Am Ende dieser Mitteilung mSchte ich nun noch hervorheben~ wie klein auch in den giinstigsten F~illen die Kriifte sind, welehe einen FremdkSrper herausbefSrdern miissen~ wenn derselbe einiger- massen fief irn Bulbus oder in der Orbita steckt Eine Enffernnng yon 3 cm yore Pole ist dann oft die vorteilhafteste N~h% welche sich erreichen lgsst; die tier hineindringenden KSrperchen sind oft sehr klein, kleiner als 10rag; wir wollen aber als Beispiel einen Fremd- kSrper yon 25 mg nehmen. Hat dersetbe nahezu eine Kngelform, so wird sie in 3 cm Enffernung yon dem unbewaffneten Magneten an- gezogen mit einer Kraft yon 3,5X25 ~ 87~5 rag. (Siehe Tab. I.) Ist derselbe dagegen ungef~ihr dreifach lgnger als dick, wie dieses oft vor- kommt, so ist die Kraft grSsser, ngmlich beim Gebrauch des dicken, flachen Polstiickes 12,5X25 ~ 312,5 rag (siehe Tab. III), und bei Be- nutzung des Magneten ohne jeden Ansatz witrde die Kraft nach der oben angegebenen Regel ungef~hr 3,5 X 3 X 3 X 25 ~ 787,5 mg be- tragen. Bedenkt man aber, wie klein eine Kraft z. B. yon 10 Gramm noch ist, so wird man sich nieht wundern, dass die genannten ~iei

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kleineren Krgfte oft nieht im stande sind, auch bei f}ischen Ver- letzungen, den FremdkSrper sofort nach vorn zu bringen, und dass dieses bei veraltetelt Fgllen of~ iiberhaupt nieht mehr gelingt. Alles dieses weist darauf bin, dass wir besonders auf Mittel sinnen massen, um die Fernwirkung der grossen Magnete noeh betrgchtlieh zu steigern. Eine Zunahme der Wirkung um das 50faehe in dieser Beziehnng wgre sehr erwtinseht, nnd eine Vermehrung um das 100faehe wgre noeh gar nieht ttberflttssig.

Zu demselben Schlusse, dass sehr starke liagnete erforderlich sind, ist t t a a b ~) nattirlieh sehon gelangt, als er die Resultate seiner in dieser Beziehung bahnbrechenden Arbeit 1894L verSffentlieht hat. Aueh Tiirk 2) kommt naeh experimentellen Untersuchungen an Schweinsaugen zu demselben Ergebnis. Es erseheint mir aber zweifel- haft, ob durch grSsseren Ansbau tier jetzigen Magnete in gentigender Weise dieser Anforderung jemals entsproehen werden kSnne. Ieh bin mehr geneigt, in der neuen Konstruktion der grossen magnetisehen Ringe, wie dieselben yon Ft. Klingelfuss & Co. in Basel gebaut wer- den, eine LSsung dieser Frage zn sehen. Mit ttilfe soleher grossen Drahtwindungen w~re es mSglieh, die nach hinten gelegene Stel!e, we der FremdkSrper vermutet wird, direkt an den er r des Poles des magnetischen Feldes zu bringen, wghrend noch kein Strom dureh- geht. Beim SeMiessen des Stromes wtirde dann noeh keine Bewe- gung des FremdkSrpers eintreten; wenn man nun aber den Kopf des Patienten langsam zuriiekzSge, wiirde die Kraft des Ringes sofort mit maximaler Stgrke anf den FremdkSrper wirken~ ohne demselben eine schnelle Bewegung mitteilen zu wollen. Ieh habe wegen des hohen Preises dieser nenen Apparate noeh keine Gelegenheit gehabt~ diese Wirkung zu priifen. Ieh wil[ abet schon jetzt hervorheben, dass ieh nieht tier Meinung bin, dass der magnetisehe Ring den Haabsehen Magnet ersetzen sell, nnr dass derselbe fiir einige F~lte wahrschein- lieh ein niitzlicher t:Iilfsapparat werden kann. Vielleieht w~tre es aber mSglich, aueh in anderer Weise die Fernwirkung betritehtlieh zu steigern. In diesem Sinne bin ieh in den letzten Jahren besehgftigt gewesen. Ieh habe abet noeh zu geringe Erfblge zu verzeiehnen, um dieselben hier jetzt sehon mitznteilen, hoffe aber dariiber sp~tter ngheres beriehten zu kSnnen.

1) Ein neuer Elektroma, gnet zl~r Enffernung yon Eisensptittern aus dem Auge. Deutschmanns Beitr. zur Augenheilk, Heft XIIL 1894.

~) Dr. S. Tfirk, Untersuchungen gber Augenmagnete. Arch f, Augenheitk° Bd. XLII. S. 266. 1901.