MKL1888:Induktion

Induktion (lat., „Einführung, Überleitung“), in der Logik das Verfahren, von dem Besondern auf das Allgemeine zu schließen oder Merkmale, die man an einzelnen Dingen einer Art und Gattung findet, auf alle Dinge derselben Art und Gattung zu übertragen. Während die strengen Schlüsse, Syllogismen im engern Sinn, welche vom Allgemeinen auf das ihm untergeordnete Besondere gehen, apodiktische Gewißheit geben, sobald nur die Prämissen richtig sind, kann die I. in der Regel nur Wahrscheinlichkeit gewähren. In der syllogistischen Schlußfolge: „Alle Menschen sind sterblich, Cajus ist ein Mensch, folglich ist Cajus sterblich“ ist der letzte Satz apodiktisch gewiß, sobald nur der erste und zweite richtig sind. Dagegen kann man auf dem Weg der I. daraus, daß die bis jetzt beobachteten Bewegungen der Himmelskörper nach dem Gesetz der Gravitation vor sich gehen, nur mit Wahrscheinlichkeit folgern, daß alle Bewegungen von Himmelskörpern nach diesem Gesetz erfolgen. Je größer die Zahl der übereinstimmenden Fälle ist, aus welchen man eine I. auf das Allgemeine macht, desto mehr nähert sich beim Schluß auf das Ganze die Wahrscheinlichkeit der Gewißheit. So ist obiger Schluß, daß alle Himmelskörper nach dem Gesetz der Gravitation sich bewegen, viel sicherer als die Folgerung, daß, weil die Erde bewohnt ist, auch die übrigen Planeten bewohnt seien. Nur dann, wenn die einzelnen Fälle, von denen man den Schluß auf die ganze Art oder Gattung macht, vollständig und übereinstimmend sind, können auch die Induktionsschlüsse auf volle Gewißheit Anspruch machen; eine solche I. nennt man eine vollständige. Die Obersätze der Syllogismen sind, sobald sie sich auf Erfahrungsdinge beziehen, erst aus solchen vollständigen Induktionen abgeleitet; z. B. der Satz: „Alle Menschen sind sterblich“ behält nur dadurch seine Wahrheit, daß alle einzelnen Menschen auch wirklich gestorben sind. Da es sich in den Naturwissenschaften um lauter Erfahrungssätze handelt, so leuchtet nach dem Gesagten ein, daß hier die I. der einzige Weg ist, zu allgemeinen Lehrsätzen zu gelangen. Darum nennt man diese Wissenschaften induktive. Eine wissenschaftliche Methode, die sich ausschließlich auf I. gründet, nennt man ebenfalls induktiv oder auch induktorisch. Die induktorische Methode hat bis jetzt in England ihre eifrigsten und glücklichsten Bearbeiter gehabt. Vgl. Apelt, Theorie der I. (Leipz. 1854); J. Stuart Mill, System of logic (deutsch von Schiel, 4. Aufl., Braunschw. 1877, und von Gomperz, 2. Aufl., Leipz. 1884).

Induktion, in der Physik die Erregung elektrischer Ströme durch elektrische Ströme (Voltainduktion) oder durch Magnete (Magnetinduktion, s. Magnetelektrizität).

Fig. 1. Induktion.

Ein auf eine Spule A (Fig. 1) gewickelter, mit Seide umsponnener Draht, dessen Enden in den Klemmschrauben a und b münden, sei mit den Windungen eines Galvanometers M verbunden und dadurch in sich geschlossen. In den Hohlraum der Spule A kann eine zweite Spule B eingeschoben werden, deren Drahtenden mittels der Klemmschrauben c und d mit den Polen n und p eines Bunsenschen oder Groveschen Elements E in Verbindung stehen, so daß ein galvanischer Strom die Drahtwindungen B durchläuft. Schiebt man nun diese vom Strom umflossene Spule B rasch in die Höhlung der Spule A, so erkennt man an der Ablenkung der Magnetnadel des Galvanometers, daß in der Drahtrolle A ein Strom entstanden ist, welcher die entgegengesetzte Richtung hat wie der in B vorhandene; dieser Strom, welcher durch Annäherung der Drahtwindungen B an die Drahtwindungen A in letztern erregt oder, wie man sagt, induziert (eingeführt) wurde, dauert aber nur während der kurzen Zeit der Annäherung; er hört sogleich wieder auf, sobald die Rolle B in Ruhe gekommen ist und nun ruhig innerhalb der Rolle A verweilt, denn die Nadel des Galvanometers kehrt sofort, nachdem das Einschieben vollendet ist, wieder in ihre Gleichgewichtslage zurück. Zieht man aber jetzt die Rolle B rasch wieder heraus, so zeigt die Magnetnadel, indem sie nach der entgegengesetzten Seite ausweicht und sogleich wieder in die Ruhelage zurückkehrt, an, daß in der Drahtrolle A ein kurz dauernder elektrischer Strom erregt wurde, welcher mit dem erregenden Strom gleichgerichtet ist. Da gleichgerichtete Ströme sich gegenseitig anziehen, entgegengesetzte sich aber abstoßen (s. Elektrodynamik), so ergibt sich aus diesem Versuch, daß, wenn ein galvanischer Strom in der Nähe eines in sich geschlossenen Leiters bewegt wird, in letzterm jedesmal ein Strom entsteht, welcher die Bewegung des erstern zu hemmen trachtet. Durch das abwechselnde Hineinschieben und Herausziehen der vom „induzierenden“ Strom, welchen man auch den primären oder Hauptstrom nennt, durchflossenen Hauptrolle B in die Nebenrolle A wird bewirkt, daß in dem Hohlraum der letztern ein Strom abwechselnd entsteht und wieder verschwindet.

Fig. 2. Wagnerscher Hammer.

Derselbe Erfolg wird aber viel bequemer erreicht, wenn man die Hauptrolle ein für allemal in der Nebenrolle stecken läßt und nun den Hauptstrom abwechselnd schließt und öffnet. Beim Schließen des Hauptstroms entsteht alsdann in der Nebenrolle der dem Hauptstrom entgegengesetzte Schließungsstrom, beim Öffnen der ihm gleichgerichtete Öffnungsstrom. Diese beiden sekundären oder Nebenströme („Induktionsströme“) veranlassen die Galvanometernadel zu entgegengesetzten, aber gleichen Ausschlägen und sind sonach von gleicher Stärke. Das Schließen und Öffnen des Hauptstroms kann, wie in Fig. 1, durch ein Quecksilbernäpfchen bewirkt werden, welches mit dem einen Ende (c) des Hauptdrahts verbunden ist, indem man den vom einen Pol p des galvanischen Elements kommenden Poldraht in dasselbe eintaucht und wieder herauszieht, während der zweite Poldraht mit dem andern Ende (d) der Hauptrolle verbunden bleibt. Um in der Nebenrolle eine rasche Aufeinanderfolge abwechselnd entgegengesetzt gerichteter Induktionsströme zu erhalten, muß man dafür sorgen, daß der Hauptstrom schnell hintereinander unterbrochen und wieder geschlossen werde. Hierzu bedient man sich am besten selbstthätiger Unterbrechungsvorrichtungen (Rheotome). Eine solche ist z. B. das Blitzrad (s. d.) von Neeff; ein selbstthätiges und in jeder Hinsicht vollkommneres Rheotom ist der in Fig. 2 dargestellte magnetische (Wagnersche) Hammer; der Strom geht vom galvanischen Element zur Klemmschraube a, durch einen Metallstreifen zur Messingsäule b, durch die Platinspitze c auf ein kleines Platinblech, welches auf die Messingfeder p gelötet ist, und von hier in die Messingsäule d, von welcher ein Draht nach der Hauptrolle führt; nachdem er diese durchlaufen, kehrt er über e zurück, umkreist die Drahtwindungen des Elektromagnets M und fließt über f nach dem negativen Pol des galvanischen Elements. Sobald aber der Strom durch die Windungen des Elektromagnets fließt, wird dieser magnetisch, zieht den auf der Messingfeder oo befestigten eisernen Anker n an und bewirkt durch Herabbiegen der Feder oo eine Unterbrechung des Stroms bei der Platinspitze c. Infolgedessen erlischt der Magnetismus der Eisenkerne des Elektromagnets M, die Feder oo schnellt wieder zurück, stellt die Schließung bei c wieder her, worauf sich das nämliche Spiel unter raschen Schwingungen der Feder wiederholt. Der Hauptstrom erregt bei seinem Beginnen und Aufhören nicht nur in der Nebenrolle, sondern auch in der Hauptrolle selbst, indem jede Windung des Hauptdrahts auf die benachbarten Windungen wirkt, Induktionsströme, welche man Extraströme nennt. Da der beim Schließen der Hauptrolle entstehende Extrastrom oder der Gegenstrom dem Hauptstrom entgegengesetzt gerichtet ist, so schwächt er ihn und bewirkt, daß derselbe nach der Schließung nicht plötzlich, sondern nur allmählich seine volle Stärke erreicht; beim Öffnen des Hauptstroms dagegen kann der mit ihm gleichgerichtete Extrastrom nur dann zu stande kommen, wenn neben der nun unterbrochenen Leitung, welche das galvanische Element mit der Rolle verbindet, noch eine leitende Verbindung, eine sogen. Nebenschließung, zwischen die Drahtenden der Rolle eingeschaltet ist; ist dies nicht der Fall, so entsteht dieser Extrastrom gar nicht, und der Hauptstrom erlischt beim Öffnen plötzlich. Die Vorgänge in der Hauptrolle sind demnach beim Schließen und beim Öffnen wesentlich verschieden; während bei der Schließung die Stromstärke innerhalb einer gewissen Zeit von Null an bis zu ihrer vollen Stärke allmählich zunimmt, sinkt sie beim Öffnen plötzlich oder doch innerhalb äußerst kurzer Zeit von der vollen Stärke auf Null herab. Da nun die induzierende Wirkung der Hauptrolle auf die Nebenrolle nur so lange dauert, wie die Stärke des Hauptstroms sich ändert, so ist der Verlauf des bei Unterbrechung des Hauptstroms auftretenden Nebenstroms oder des Öffnungsstroms auf eine äußerst kurze Zeit zusammengedrängt, wogegen der Schließungsstrom eine zwar auch sehr kurze, aber doch vergleichsweise beträchtlich längere Dauer besitzt.

Faßt man jeden Poldraht einer hinreichend starken galvanischen Batterie mit einer Hand an, um den Strom durch den eignen Körper zu leiten, so empfindet man eine Zuckung in dem Augenblick der Schließung des Stroms; dagegen bringt der mit unveränderter Stärke durch unsern Körper fließende Strom keine merkliche Empfindung hervor; eine erneute Zuckung tritt aber ein, sobald der Strom geöffnet wird. Auf unsre Nerven wirkt also nicht der unveränderte Strom erregend ein, sondern sein Beginnen oder Aufhören oder überhaupt die Veränderung der Stromstärke ist es, welche die Zuckung hervorruft, und zwar ist die Wirkung um so bedeutender, je jäher diese Veränderung eintritt. Hieraus erklärt es sich, warum der Entladungsschlag einer Leidener Flasche (s. d.) so heftig empfunden wird; die an sich sehr geringe in der Flasche angesammelte Elektrizitätsmenge entlädt sich nämlich in äußerst kurzer Zeit und stellt sonach einen elektrischen Strom dar, welcher mit großer Schnelligkeit zu seiner vollen Stärke anwächst und ebenso schnell wieder auf Null zurücksinkt. Da die Induktionsströme ebenfalls von kurzer Dauer sind und innerhalb dieser kurzen Zeit rasch anwachsen und rasch wieder abfallen, so bringen sie ungeachtet der geringen durch sie in Bewegung gesetzten Elektrizitätsmengen eine sehr starke Erregung der Nerven des tierischen Körpers oder, wie man sagt, eine sehr beträchtliche physiologische Wirkung hervor, welche noch dadurch gesteigert wird, daß die Öffnungs- und Schließungsströme durch das rastlose Spiel des Unterbrechers in rascher Aufeinanderfolge durch den Körper gesendet werden. Dabei bringt der Öffnungsstrom, als der schneller verlaufende, eine weit stärkere Wirkung hervor als der Schließungsstrom. Um die Induktionsströme durch den menschlichen Körper zu leiten, verbindet man gewöhnlich messingene cylindrische Handhaben durch metallische Schnüre mit den Enden der Nebenrolle und nimmt dieselben in die etwas feuchten Hände; bei schwachen Strömen empfindet man ein stechendes Prickeln, bei stärkern Strömen treten krampfartige Muskelzusammenziehungen ein. Ihrer Einwirkung auf die Nerven wegen werden die Induktionsströme zu Heilzwecken verwendet: man pflegt sie in der Medizin nach Faraday, dem Entdecker der I., als faradische Ströme und die Behandlung des menschlichen Körpers durch dieselben als Faradisierung zu bezeichnen.

Die induzierende Wirkung der Hauptrolle wird bedeutend verstärkt, wenn man in ihre Höhlung einen Stab von weichem Eisen einschiebt. Der beginnende Hauptstrom macht nämlich den Eisenkern magnetisch, d. h. er zwingt die kleinen Kreisströme, welche die Eisenmoleküle unaufhörlich umfließen (s. Elektrodynamik), die gleiche Richtung anzunehmen wie er selbst; nach seinem Aufhören aber kehren jene Strömchen in ihre frühern ungeordneten Lagen wieder zurück, und der Eisenkern wird infolgedessen wieder unmagnetisch. Diese sich richtenden und ihre Richtung wieder verlassenden Molekularströme erregen nun in der Nebenrolle ebenfalls Induktionsströme, welche mit den gleichzeitig durch den Hauptstrom unmittelbar induzierten gleichgerichtet sind und diese sonach verstärken. Dieser nützliche Einfluß des Eisenkerns wird aber durch eine andre von ihm ausgehende schädliche Wirkung zum Teil wieder aufgehoben. Wie in jeder zusammenhängenden Metallmasse, welche man etwa in die Hauptrolle einschieben würde, werden auch in dem Eisenstab beim Entstehen und Verschwinden des Hauptstroms Nebenströme induziert, welche, von Molekül zu Molekül übergehend, den Umfang des Stabes umfließen, das Anwachsen und Abfallen sowohl des Hauptstroms selbst als auch des Magnetismus verzögern und sonach die Dauer der in der Nebenrolle entstehenden Induktionsströme verlängern, wodurch zwar nicht die Menge der in Bewegung gesetzten Elektrizität, wohl aber ihre Wirkung auf die Nerven verringert wird. Das Zustandekommen jener schädlichen Ströme kann man dadurch vermeiden, daß man statt Eines dicken Eisenstabes ein Bündel dünner Eisendrähte, welche durch einen Firnisüberzug voneinander isoliert sind, in die Hauptspule bringt; die Nebenströme nehmen alsdann den gewünschten raschen Verlauf und wirken viel stärker auf die Nerven als bei Anwendung eines massiven Eisenkerns.

Bei der Herstellung von Induktionsapparaten nimmt man für die Hauptrolle einen dickern Draht mit nicht zu vielen Windungen, weil sonst der Hauptstrom durch den großen Widerstand zu sehr geschwächt würde; der Nebenrolle dagegen gibt man möglichst viele Windungen eines sehr dünnen Drahts, weil die Stärke der Induktionsströme mit der Windungszahl zunimmt. Ein für ärztliche Zwecke vorzüglich geeigneter Induktionsapparat ist der Schlittenapparat von Du Bois-Reymond (Fig. 3). Die Nebenspule N, deren Drahtenden in den Klemmschrauben a und b münden, ist auf dem Brettchen S befestigt, welches wie ein Schlitten in zwei Nuten des Gestells gleitet; sie kann daher nach Belieben ganz oder nur teilweise über die Hauptspule H, welche an dem Brettchen B wagerecht befestigt ist, geschoben werden, wodurch die Stärke der Nebenströme nach Bedürfnis abgeändert

Fig. 3. Schlittenapparat.

wird. Die Unterbrechung des Hauptstroms, dessen Poldrähte in die Klemmen c und d eingeschraubt werden, besorgt der magnetische Hammer M; die Enden des Hauptdrahts stehen ferner mit den Klemmschrauben e und f in Verbindung, in welche die Drähte mit den Handhaben eingeschraubt werden, wenn man den in dem Hauptdraht selbst induzierten Extrastrom benutzen will. Werden die Klemmschrauben a und b der Induktionsrolle nicht miteinander verbunden, so stauen sich hier die im Nebendraht beim

Fig. 4. Ruhmkorffs Funkeninduktor.

Entstehen und Vergehen des Hauptstroms in Bewegung gesetzten Elektrizitäten und erzeugen elektrische Spannung, und zwar wird jede derselben, mit dem Elektroskop geprüft, sich bald positiv, bald negativ erweisen, je nachdem sie augenblicklich mit der vom Öffnungsstrom oder vom Schließungsstrom herangeführten Elektrizität sich geladen hat. Bei größern Induktionsapparaten springen sogar von jedem Ende der offenen Nebenrolle auf einen genäherten Leiter Funken über; die so entladene Elektrizität ist aber immer nur diejenige, welche von dem Öffnungsstrom herangeführt wurde, denn nur diese ist zu hinreichender Dichte zusammengedrängt, um eine Luftstrecke in Form eines Funkens durchbrechen zu können. Auf diese Weise geprüft, erscheint demnach das eine Ende der Induktionsspule stets positiv, das andre stets negativ, und man bezeichnet sie daher als entgegengesetzt elektrische Pole. Jeden größern Induktionsapparat, welcher die Bestimmung hat, starke Spannungserscheinungen zu zeigen, nennt man einen Funkeninduktor; derjenige von Ruhmkorff ist in Fig. 4 dargestellt. Die Pole A und B sind mit den von Glassäulen isoliert getragenen Klemmen C und D verbunden, in welche die Poldrähte eingeschraubt werden können; nähert man die Enden der Poldrähte einander, so geht zwischen ihnen ein prasselnder Funkenstrom über, welcher demjenigen der Influenzmaschine vollkommen gleicht. Verbindet man die Pole mit den beiden Belegen einer Leidener Flasche, so erhält man, wie bei der Influenzmaschine, eine Reihe laut knallender Funken. Technisch hat der Funkeninduktor Anwendung gefunden zum gleichzeitigen Entzünden mehrerer hintereinander eingeschalteter Minen und zum Herbeiführen der Gasexplosionen in der Lenoirschen Gaskraftmaschine. Über die prachtvollen Lichterscheinungen, welche seine Entladung in verdünnten Gasen hervorbringt, s. Geißlersche Röhre.