Über die licht- und temperaturschwankungen wechselstromdurchflossener glühlampen

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  • Archiv ifir 124 K u r t h, ~ber die Licht- und Temperaturschwankungen. Elektrotechnik.

    Uber die Licht- und Temperaturschwankungen wechselstromdurchflossener Oliihlampen.

    Von

    Josephine gurth.

    I. Punktweise Aufnahme der Strom- und Lichtkurve einiger mit Wechselstrom betriebener Gliihlampen.

    1. Anordnung zur Aufnahme der L ichtkurve. Zur Feststellung der Phasenverschiebung zwischen Strom- und Lichtkurve

    wechselstromdurchfiossener Glfihlampen wurden einige Kurven mit Hilfe einer Alkali- zelle punktweise aufgenommen. Zur Erzielung genauerer Werte wurde dann eine besondere Methode ausgearbeitet, die es gestattet, Phase und Amplitude der Licht- schwankungen zu bestimmen, ohne die ganzen Kurven aufzunehmen, deren Ver- lauf sich aus den ersten Messungen als nahezu sinusf6rmig ergab.

    Die zu untersuchende Lichtquelle befand sich in einem schwarzen Kasten, der an einer Seite mit einem 1 mm breiten Schlitz versehen war. Dutch diesen Schlitz fiel das Licht auf eine lichtelektrische, mit Argon geffillte Alkalizelle. Die Zelle be- fand sich ebenfalls in einem schwarzen, lichtdicht abgeschlossenen Kasten, der nur

    vorne eine 0ffnung in Gestalt eines ebenfalls 1 mm breiten Schlitzes trug. Der Schlitz am Lichtkasten und an der

    zm Zelle wurden parallel zueinander eingestellt. Die Enffer- nung zwischen Lichtquelle und Zelle betrug einige Zenti- meter. Dazwisehen bewegte sich eine auf der Achse eines vierpoligen Synchronmotors befestigte Scheibe, die einen Durchrnesser yon 40 cm hatte und mit zwei einander dia- metral gegenfiber liegenden Schlitzen versehen war. Die Schlitze liefen keilf6rmig auf den Mittelpunkt der Scheibe zu. Ihre Breite am ~iuBeren Rand betrug 7 mm, die Breite

    Bild 1. des geschlitzten Ringes 6 cm (siehe Bild 1). Synchron- motor und Lichtquelle wurden yon derselben Wechselstrom-

    quelle aus gespeist. W~ihrend einer halben Umdrehung des Motors durchlfiuft die Stromkurve der Lampe eine volle Periode. Die volle Belichtungsdauer der Zelle wfihrend dieser Periode berechnet sich aus der Breite des Kreissektors und der Schlitz- breite yon Lampen- und Zellenkasten im Mittel (far einea Seheibenradius yon 17 cm) zu 3,360 der Stromperiode. Dazu kommen 2 9 0,67 = 1,340 fiir ansteigende bzw. ab- fallende Belichtung. Das entspricht im ganzen einer Belichtungsdauer yon etwa 40 pro Periode. Die Lichtst613e 16sen in der Zelle Stromst613e aus, deren Intensitfit abhfingig ist yon der Lichtintensitgt. Die Sektorenscheibe war lest mit dem Motor verbunden, der Motor selbst war drehbar in einem Gestell, das mit einer Skalen- einteilung versehen war. Wfihrend einer vollen Stromperiode wird die Zelle yon einem Lichtstot3 getroffen. Der Motor wurde nun yon 5 zu 50 gedreht, das waren also je 10 ~ der Strornperiode, so daft die Lichtkurw yon 10 zu 10 ~ aufgenommen wurde, f/Jr eine Stromperiode 36 Punkte.

    2. Anordnung zur Aufnahme der S t romkurve .

    Gleichzeitig mit der Lichtkurve wurde die Stromkurve der Lampe yon Punkt zu Punkt aufgenommen mit Hilfe eines Oszillographen. Die Oszillographenschleife wurde ebenfalls hinter der Sektorscheibe am Motor aufgebaut und mit einer Bogen- lampe belichtet. Vor der Sektorscheibe b~fand sich wiederum ein Schlitz in radialer

  • XXIII. Band. I929. K ur t h, l~ber die Licht- und Temperaturschwankungen. 125

    Verl~ingerung des Schlitzes an der Zelle (Bild 2). Die Anordnung war nun so getroffen, daJ? genau wfihrend derselben Zeit, da die Zelle Z durch den Sektor S 1 yon der Licht- quelle L getroffen wurde, sieh der Sektor S~ zwischen dem Oszillographen und dem Schlitz S befand, so dab das Lieht der Bogenlampe, am Spiegel der Oszillographen- schleife reflektiert, dureh den Schlitz Sauf die etwa 3 m dahinter befindliehe durch- scheinende Skala fiel. Sowie die Zelle wieder verdunkelt war, war auch der Schlitz S und damit die Skala verdunkelt. Das Oszillographenliehtbild war auf der Skala bei rotierendem Motor etwa 5 mm breit, der Maximalaussehlag etwa 20 cm nach beiden Seiten. Die Breite des Lichtbildes war nattirlich etwas verschieden, je nach- demob der Punkt bei flacher oder steiler Stelle der Stromkurve herausgegriffen war; auch waren die R~inder versehwommen, doch liet3 sich die Mitre des Lichfflecks auf 5 mm genau ablesen, das sind etwa 21/3~ der Maximalstromst~irke.

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    Bild 2.

    'l' . . . . . . . I'I'I' Bild 3.

    3. Methode zur Messung der L ichtst6~e in der AlkalizeUe. Die durch die LichtstOfie in der Zelle erzeugten Stromst6t3e waren zu schwact b

    als daft sie sich mit einem Spiegelgalvanometer hfitten feststellen lassen. Die Strom- stfirke der Zelle wurde daher mit }-Iilfe einer Verst~irkerr6hre nach der Schaltung yon Rosenberg (Die Naturwissenschaften, 1921) gemessen (s. Bild 3).

    Die Spannung an der Zelle betrug 132 Volt, die Anodenspannung der R6hre 68 Volt, der Widerstand R war yon der Gr613enordnung 144--10 ~ Ohm. R wurde so einreguliert, dat3 bei Verdunkelung der Zelle der Strom im Spiegelgalvanometer G Null wurde. Zelle und Verst~irkerr6hre befanden sieh in einem geerdeten Metall- geh~iuse. Trotzdem lief3 sich der Anodenstrom nicht w~ihrend der Dauer der Auf- nahme einer Kurve konstant halten. Die Messung wurde deshalb so ausgeftihrt, daft die momentane Liehtstfirke der wechselstromdurchflossenen Lampe verglichen wurde mit der entsprechenden Lichtst~irke bei Gleichstrom. Diese Methode hat aut3erdem den Vorzug, daft sie unabhfingig ist davon, ob der verstfirkte Zellenstrom auch tats~chlieh proportional der Liehtintensit~t ist. Es wurde also bei der betreffen- den Mot0rstellung an die Lampe zun~ichst eine Wechselspannung von 120 Volt ge- legt und der zugeh6rige Oszillographenaussehlag abgelesen. Ferner wurde der Aus- schlag des Galvanometers im ROhrenkreis abgelesen, dann schnell die Lampe auf Gleichstrom umgeschaltet und die Spannung der Lampe reguliert, bis das Galvano- meter denselben Ausschlag wie vorher zeigte. Dieser Wechsel zwisehen Gleieh- und Wechselspamlung wurde ftir jeden Kurvenpunkt wenigstens dreimal ausgeftihrt und als gemessener Wert der Mittelwert genommen. Die Abweichungen betrugen bei den drei Messungen 0,1 his h6chstens 0,3 Volt. Zu den gemessenen Lampen wurde dann die Ahhfingigkeit der Lichtstfirke yon der Spannung bei Gleichstrom auf- genommen, und zwar einmal mit dem Weberphotometer und aufierdem mit der Alkali- zelle und Spiegelgalvanometer. Innerhalb des f/ir die Messungen in Frage kommen- den Spannungsbereiches deckten sich diese beiden Kurven vollkommen. Da nur die relativen Werte yon Interesse waren, wurde die zur vorgeschriebenen Spannung geh6rige Lichtstfirke gleich 1 gesetzt. Zu jeder Motorstellung ergab sieh eine

  • Archly fiir 196 K u r t h, ~lber die Licht- und Temperaturschwankungen. Elektrotechnik.

    bestimrnte Gleichspannung, die der Lichtst~rke dieses Kurvenpunktes entsprach. Aus den LJchtspannungskurven der Lampen wurde dann die zur Gleichspannung geh0rige Lichtst~rke abgelesen.

    4. Versuchsergebn isse . Aufgenommen wurden die Strom- und Lichtkurven vo'n 5 verschiedenen Lampen,

    einmal bei sinusf6rmiger Wechselspannung yon der Frequenz 50 und 37, ferner bei stark yon der Sinusform abweichender, spitzer Stromkurve vonder Grundfrequenz 50.

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    BUd 4. Osram-Azolampe, 150 W, 120 V. oo o~ =37. . . ~=50.

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  • XXI I I . Band. ~9~9. Kur th , l:lber die L icht - und Temperaturschwankungen. 127

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    Bild 6. Osram-Centra lampe 40 W, 120 V. o o eo~37, * * 0 )=50.

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    Bild 7. ~-~50. ** * Osram-Azolampe 150 W, 120 V, 9 + Osram-Centra lampe 40 W, 120 V, o o o Osram-Nitra lampe 60 W, 120 V, 9 9 Kohletadenlampe 32 K, 120 V, o o o Metall isierte Kohlefadenlampe 32 K, 120 V.

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  • Arehiv Iiir,~ 128 K u rth, f3ber die Licht- und Temperaturschwankungen. Elektrotechnik.

    Die Lampen waren 1. Osram-Azo, 150 Watt, 120 Volt, gasgeftillt, 2. Osram-Nitra, 60 Watt, 120 Volt, gasgeftillt, 3. Osram-Centra, 40 Watt, 120 Volt, evakuiert, 4. Kohlefadenlampe, 32 Kerzen, 112 Volt, evakuiert, 5. metallisierte Kohlefadenlampe, 32 Kerzen, 120 Volt, evakuiert.

    Die Kurven Bild 4--6 zeigen die Lieht- und Stromkurven der 3 ersten Lampen bei sinusfOrmiger Weehselspannung. In Bild 7 sind Lieht- und Stromkurven s~imt- licher Lampen bei spitzer Stromkurve zusammengestellt. Dem Strommaximum I=ax entspreehen dabei folgende Werte far die versehiedenen Lampen:

    Type 5gmax 1. Osram-Azo, 150 Watt . . . . . . . . . . . 2,7 Amp. 2. Osram-Nitra, 60 Wat t . . . . . . . . . . . 1,08 ,, 3. Osram-Centra. 40 Watt . . . . . . . . . . 0,685 ,, 4. Kohlefadenlampe, 32 Kerzen . . . . . . . . 2,75 ,, 5. metallisierte Kohlefadenlampe, 32 Kerzen . 1,16 ,,

    5. D iskuss ion der Me~resultate. Die bei sinusf6rmiger Spannung aufgenommenen Kurven zeigen die bekannte

    Form und Abh~ingigkeit yon der Frequenz: Die Liehtkurve hat die doppelte Frequenz der Stromkurve, entsprechend der Frequenz der Leistungskurve. Die Amplitude der Schwankungen scheint ann~ihernd umgekehrt proportional der Frequenz. Die Phasenverschiebung, bezogen auf die Stromkurve, betrfigt ungeffihr 45 ~ das sin

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