close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Beitrag zur Kenntniss der Dielectricittsconstante der Flssigkeiten.

код для вставкиСкачать
Leitmgsvem ogen
tind
Dielectr icitatscoiisto ie.
33
Versuchen als Dielectricitatsconstante irrthumlich bestimmt
worden der Quotient:
c, $. a
CI
= C,+.'
Aus den nunmehr bekannten richtigen Werthen von
ergibt sich ubereinstimmend fur Xylol und fur die
Mischung: a/co= 0,12, und mit diesem Werth und dem friiher
fur Ricinusol gemessenen p = 4,43 folgt nunmehr: p fur Ricinusol = 4,82. H o p k i n s o n gibt 4,78,P a l a z 4,61.')
S t r a s s b u r g i. E.. Phys. Inst. d. Univ.
p = c,/co
IV. Beitrag xur E e i m t n i s s der Dielectricit&%const ante d e r ZZiiss igkeite j L ;
v m Pranx l ' o r n a s x e toski.
Auf Veranlassung des Hrn. Prof. 8. v. W r o b l e w s k i
unternahm ich die Bestimmung der Dielectricitatsconstanten
einiger Flussigkeiten, um zu erforschen, auf melche A r t diese
Constanten mit der chemischen Constitution der Korper zusammenhangen. Eine in dieser Richtung gefuhrte Untersuchung
hatte hauptsachlich uber zwei Punkte Aufschluss zu geben:
1) Ueber die Abhangigkeit der Constante D von der Moleculargrosse durch Messung an isomeren, homologen und metameren Verbindungen, 2) uber den Einfluss eines neuen
Elementes im Molecul durch Bestimmung der Constante heterologer Verbindungen. Bei den bisherigen Untersuchungen
von S i l o w2),H o p k i n s o n 3), Go r d o n4),Q u i n c k e 5), W e b era),
P a l a z ' ) wurde auf die chemische Constitution keine Rucksicht genommen.
1) S. Beibl. 11. p. 259. 1887.
2) d i l o w , Pogg. Ann. 1b6. p. 389. 1875; 1%. p. 306. 1876.
3) W i e d e m n n n , Electricitat. 2. p. 47. 1883.
4) J v i e d e m a n n , Electricitlt 2. p. 38.
3) Q u i i i c k e , Wied. Ann. 19. p. i07. 1883; 25. p. 5'29. 1886.
6) W e b e r , Wied. Ann. 19. p. 728. 1883.
7) P a l a z , Experimentaluntersuchungen uber die specihche Indue
tionscapacitiit einiger Fliissigkeiten. 1naug.-Diss. Zurich 1886; Beibl. 11.
p. 259. 1887.
Ann. d. Phys. u. Chem. N. F. HXXIII.
3
34
E; Tonzaszewski.
Den Gegenstand dieser Arbeit bildet die Beantwortung
der ersten Frage.
Am geeignetsten zur Losung der gestellten Aufgabe erscheinen isomere aromatische Kohlenwasserstoffe, C,,H,,.
homologe aromatische Kohlenwasserstoffe, C.H2,-e, und homoOH. Aus spater zu er8rternden
loge Alkohole, CnHznfl.
Griinden wurde die Untersuchung nur auf die zwei ersten
Korperfamilien beschrankt , und zwar wurde gemessen die
Constante D folgender Flussigkeiten: Terpentinol aus Pinus
silvestris, Pinus maritima, Pinus australis, Citronenol, Benzol,
Toluol, Paraxylol, Cumol. I)
A p p a r a t u n d P r i n c i y d e r Messung.
I n der Wahl der Methode waren meine sehr beschrankten Mittel massgebend: und ich wahlte die einfachste von
den bisher angewandten Methoden, namlich die von S i l o wz).
Der primitive 8 il o w’sche Apparat leidet an der Unbequemlichkeit, dass man nach jedesmaligem Entleeren des Reservoirs das Electrometer von neuem muhsam richtig stellen
muss, wenn man vor jeder neuep Fiillung das Reservoir
vollig reinigen will. S il o w fiihlte diesen Uebelstand nicht,
da er nur eine einzige Fliissigkeit untersuchte. Er entleerte
das Reservoir: ohne an dem Instrument zu riihren, mit einem
Heber. Zum Messen der Dielectricitgtsconstante einer ganzen Reihe von Fliissigkeiten ist aber ein Electrometer erforderlich, dessen Quadranten sammt Nadel sich bequem in
die Fliissigkeit eintauchen lassen, und das bei entsprechender
Empfindlichkeit kleine Quadranten hat , sodass man mit geringen Flussigkeitsmengen operiren , also die Untersuchung
anch auf thenere Flussigkeiten erstrecken kann. Endlich
1) Alu meine Arbcit fast beeiidigt war, verotlentlichte N e g r e a n o
(Compt. rend. 104. p. 423. 1887) eine Abhandlung, in der die Constante U
des Benzols, Toluols, Metaxylols, Cymols, Pseudocumols und eines nicht
niiher bestimmtcn Terpentinols mit dem Moleculargewicht und der Dichte
vcrglichen mird. Da aber sowohl meine bletliode cine sndere war, sich
theilweise auf andere Flussigkeiten erstrecktt. als auch die Resultate beider
1Tntersuchnngen nicht ganz ubereinstimmen , war ich dcr Meinung, das,
es keincn Ansfand habe, meine Arbcit ZLI vcrothitlichen.
2) S i l o w , Pogg. Ann. 166. 11. 589. 1875.
Diel~ct~icitir'tsco~~stulztelr
der Fliissigkeittw.
35
muss sich das zur Aufnahine der Flussigkeiten bestimmtc
Reservoir bequem reinigen lassen, wobei die Aufstellung des
Instrumentes nicht alterirt werden darf.
Diesen Bedingungen entspricht ein dem E d e l mann'schen
Electrometer nachgebnuter Apparat.
Die Quadranten bestehen nus vier gleichen Segmenten
eines hohlen, vergoldeten Cylinders aus Messing von 6 cm
Durchmesser, 4 cm Hohe, 2,5 mm Wandstarke. Die die
Quadranten tragenden vergoldeten Messingsaulen sind mit
ihren stark gefirnissten Enden in der Ebonitdecke des Glaskastens befestigt. Die Nadel besteht aus zwei cylindrischen,
starken, polirten Aluminiumblechen, die am horizontalen Arm
eines vergoldeten Messingkreuzes befestigt sind und innerhalb des Quadrantencylinders an Coconfaden bifilar aufgehangt schweben. Eine Mikrometerschraube erlaubt die Nadel
gegen die Quadranten symmetrisch einzustellen. Die Verbindung der Nadel mit der Erde ist auf folgende A r t bewerkstelligt. I n den Boden des zur Aufnahme der Flussigkeit bestimmten cylindrischen Glasgefasses ist eine oben und
unten offene Glasrohre von der Hohe des Gefasses eingeschliffen. Diese Rohre wird auf eine zweite in einem Brett
vertical befestigte Glasriihre aufgeschoben, welche unten geschlossen, mit einem eingeschmolzenen Platindraht versehen
und rnit Schwefelsaure gefullt ist. Wenn die Nadel in die
Fliissigkeit eintaucht, die den Raum zwischen der ersten
Rohre und den Reservoirwanden ausfiillt, taucht zugleich ein
am verticalen Arm des Kreuzes angelotheter Platindraht
in die Schwefelsaure. Der Platindraht endigt in eine kleine
Platinscheibe, welche durch Reibung in der Schwefelsaure
die Schwingungen der Nadel in der Luft dampft. Der eingeschmolzene Platindraht ist rnit cler Erde verbunden. Dsts
Electrometer war auf einer an der Wand befestigten Console aufgestellt. Die Entfernung der Fernrohrscda vom
Spiegel betrug CIL. 3 m. Zum Laden diente eine Skule von
40 Ziuk-Kupfer-Wasserelementen. I m ubrigen war die Anordnung ganz wie bei S i l o w . Die Commutatoren bestanden
aus Paraffinplatten mit entsprechenden Verbindungen aus
Draht und Quecksilber. Der die Bntterie rnit den QuadranA*
F. Tomaszeioski.
36
ten verbindende sehr feine Draht ruhte auf Paraffinstiitzen.
Das Princip der 3lessung ist folgendes. Das mit dem
Pole der Saule verbundene Quadrantenpaar nimmt die Ladung tin E = C. D.V, wo C die Capacitat, V das Potential
und D die Dielectricitatsconstante bedeutet. Die durch Induction auf der Nadel entstehende Ladung ist El = u.CD V.
Diese Electricitaten wirken nach v. H e l m h o 1t z 1) aufeinander
in einem dielectrischen Medium mit einer Kraft:
F=
l
3
E X
.
= ;/. (
2
r2.D
2
VZD.
Betragt die Torsion des Fadens w , so ist:
E . w = ; I . C 2V'D.
Es ist also:
D=-fi_f,
U'I
wenn zcf den Ablenkungswinkel in der Fliissigkeit, zuL den
Ablenkungswinkel in der Luft bedeutet.
Diese Relation gilt aber nur bei vollkommener Symmetrie des Apparates, welche folgendermassen gepriift werden
kann.
Sind w l , zu2 . . ZP,, die Ablenkungswinkel bei der Ladung durch m*, m B . . . . m, Elernente, so ist die Ablenkung
bei der Ladung durch m, + m 2 + ... ni, Elemente:
w = (1
-VG)J.
Das Ergebniss der Prufung ist in untenstehender Tabelle
zusammengestellt. zu bedeutet das Mittel aus je fiinf Versuchen fiir das eine Quadrantenpaar, 10' fur das zweite,
W das arithmetische Mittel der W e r t h e w und q. Wi die
berechnete Ablenkung , rl die Differenz zwischen den beobachteten und berechneten, E die Anzahl der Elemente.
..
E
to
to1
10
7.42
17128
29,598
17;225
90,802
7.67
17:73
30,706
18;266
91,680
15
20
25
35
,
w
w'
7.54
17150
30,13
47,748
91,24
-
d
-
30.16
4 7 37
93,41
0,01
Oil25
2.17
Die Symmetrie des Apparates war also befriedigend.
Die nothwendigen Correcturen wurden iiherall angebracht.
1 ) v. H e l m h o l t z , Crelle's Journ. i 2 . p. 117. 1870.
37
V e I' s II c h e
E s wurde zuerst jedesmal die Ablenkung in der Luft
bei der Ladung durch 10, 15, 20, 25, 35 Elemente bestimmt.
Die Ablenkung in der Luft muss bei jedem Tersuch bestimmt werden, weil kleine Aenderungen in der electromotorischen Kraft und der Isolation von Tag zu Tag mbglich
sind. Hernach wurde dss gefiillte Reservoir soweit gehoben,
dass die Quadranten und die Nadel in die Fliissigkeit eintrtuchten, und nach Verlauf von 30 Minuten, nachdem sich
die Fliissigkeit vollkommen beruhigt hatte, wurden die Ablenkungen in der Flussigkeit bei denselben Ladungen bestimmt.
In leichtflussigen Fliissigkeiten entstehen bei ungleichmassiger Beleuchtung durch das Tageslicht Stromungen. Infolge solcher Strbmungen konnte S i l o w die Dielectricitatsconstante des Benzols mittelst seines Electrometers nicht
bestimmen. Urn diese Storung zu vermeiden, wurde in solchen Fallen im dunklen Zimmer bei kiinstlicher Beleuchtung
der Scala beobachtet. Die Versuche wurden gemacht in
einem trockenen, auf 19-21 O C. erwarmten Zimmer in der
Zeit vom 1. December 1886 bis Ende April d. J. Da schon
geringere Verunreinigungen die Constante D bedeutend
verandern , miissen die Fliissigkeiten sorgfaltig vor Staub
geschiitzt und sowohl das Reservoir, als auch die Quadranten und die Nadel vor jeder neuen Fiillung sorgfaltig gereinigt werden. Das Reservoir wurde mit Alkohol, Aether
und destillirtem Wasser ausgespiilt und uber Schwefttlsaure
getrocknet. Die Quadranten und die Nsdel wurden auf
einige Stunden in Alkohol und dann in chemisch reinen
Aether eingetaucht. Die Flussigkeiten waren chemisch rein.
Terpentinol aus Pinus silvestris und Citronenol ist von S chimme1 u n d Co. in Leipzig, Terpentinol aus Pinus maritima
und australis von S c h u c h a r d t in Gorlitz, alle anderen
Fliissigkeiten sind von K a h l b a u m in Berlin bezogen worden. Um Spuren yon Harzen und Wasser aus den Oelen
zu entfernen , wurden dieselben nach Ikngerem Stehen iiber
Chlorcalcium zweimal destillirt. S i l o w erwahnt, dass im
99,5 procentigen Aethylalkohol die Electrometernadel gar keine
38
F. Toninsrnuski.
Ablenkung zeigte. I n dein mir zur Verfugung stehenden
Alkohol, der nur 0,2 Proc. Wasser enthielt, zeigte die Nadel
nuch gar keine Ablenkung. Auch im Methyl-, Amyl- und
Isobutylalkohol, welche fur mich eigens ganz wasserfrei dargestellt worden sind, gab die Nadel keinen Ausschlag.
Die gena rnten Alkohole sind fur statische Electricitat
schlechte Isolatoren. Meines Wissens hat niemand , amser
S i l o w , bei der Bestimmung der Dielectricitiitsconstanten der
Alkohole den Aethylalkohol erwahnt. Die bisher angewandten Methoden sind auch zur Untersuchung der Alkohole nicht geeignet. Die Bestimmung ihrer Dielectricitatsconstanten ware moglich mittelst der Methode von C o h n
und A r o n s l ) oder der Methode von P a l a z ' ) , was ich bei
ferneren in dieser Richtung zu fuhrenden Untersuchungen
zu thun beabsichtige. Um auch die Gultigkeit der Gleichung v B = na. zu untersuchen, bestimmte ich die Brechungsexponenten fur unendlich lange Wellen. Dieselben wurden
nach der Formel n = A+ B/A2 aus den gemessenen Brechungsexponenten fur H,, ZIP, H, berechnet.
F e h 1e r d e r e 1 e c t r o m e t r i s c h e n Method e.
Die Quadranten und die Nadel bilden einen Condensator, die Leitungsdriihte bilden einen Theil des Collectors.
Infolge dessen ist die Gleichung D = ? r f / w znicht genau, weil.
die Drahte in die Fliissigkeit nicht eintauchen. Es ist namlich die Ladung in der Luft
E = ( C + c) v
1
19
17
Fliissigkeit E = C D V + V c ,
wenn c die Capacitat des Drahtes bedeutet. Dieser Fehler
kann nicht, wie bei anderen Methoden, in Rechnung gezogen
werden. Ein zweiter Fehler ist die lange Dauer der Ladung.
D e r bei allen Methoden nicht ausgeschlossene Einfluss der
Leitung der Flussigkeit aussert sich urn so geringer, je
kiirzer der Condensator gelnden ist. Bei der electrometrischen Methode dauert aber die Ladung ziemiich lange, weil
sich die Nadel in der Flussigkeit trotz grosser Reibung
7q
1) E. Colin u. L. A r o n s , \Vied. Ann. 26. p. 4.54, 1886.
2) Palaz, Beibl. 11. p. 259. 1887.
39
Dielectricittitsconstanten cler Fliissiykeiten.
nicht aperiodisch einstellt und erst nach einigen Secunden
eine constante Ruhelage einnimmt. Bus den Versuchen
S i l o w’s nach der Condensatormethode 1) scheint es zwar hervorzugehen, dass die Dauer der Ladung D nicht beeinflusst,
aber diese Versuche beziehen sich nur auf eine Fliissigkeit,
sind daher nicht entscheidend. Diese Fehler sind aber in
unserem Falle, wo es mehr um relative Werthe sich handelt,
von geringer Bedeutung.
R e s u l t ate.
d = Dichte, t = Temperatur, E = Anzahl der Elemente,
D = Dielectricitatsconstante, n = Brechungsexponent fur unendlich lange Wellen, D = Differenz zwischen
und n.
Jeder Werth van D ist ein Mittel aus 3 bis 5 Bestimmungen.
I. I s o m e r e V e r b i n d u n g e n C,,H,,.
1) Terpentinal aus Pinus silvestris, linksdrehend,
tL\ 21 = 0.8760.
1
500 C.
E
U
arith.SIitte1
vB
2
10
15
20
25
35
2,269
2,274
2,270
2,276
2,266
2,271
1,5070
1,4689
A
0,0381
2) Terpentinol aus Pinus mnritima, linksdrehend,
dr>:,= 0,8671.
#
E
D
arith.Mitte1
A
IL
190
c.
10
15
20
25
35
4,259
2,260
2,257
2,261
2,253
2,258
1,5026
1,4561
0,0465
3) Terpentinol aus Pinus australis, rechtsdrehend,
d y + o = 0,8660.
f
3
D
arith.Mitte1 l/u
,t
A
50,5O C.
10
15
-J
2<5
35
2,269
2,158
5.268
2;265
2.260
2,264
1,5046
1) S i l o w , Pogg. Ann. 158. p. 311. 1576.
1,4685
0,0361
40
F. Toniaszwski.
4) Citronenijl , d6 = 0.853.
1
? l oC.
E
D
arith.XIittel
1%
10
15
20
25
35
2,255
2,250
2,242
2,249
2,239
2-24;
1.4990
)i
1,4706
11. H o m 01 o g e T- e r b i n d u n g e n.
Aromatisclie Kohlenwasserstoffe.
1) Benzol, thiofenfrei. C,H,. dkj,il= 0.8850.
1
E
D
arith.Mitte1 1:o
11
19,6O C.
1
22".
10
15
20
25
35
2,243
2,221
2.220
2;19i
2,209
2,218
1,4992
0.0135
A
0,0462
E
D
arith.Mitte1
l/O
91
2,312
2,321
2,300
2.292
2.290
2,303
1,5175
1,4713
p'z
21,5OC.
10
15
20
25
35
2,386
2,385
2.353
2,390
2,379
2.%3
1,5436
A
1,4757
10
15
20
25
35
3) Paraxylol. C,H,,. dw,,? = 0:8G03.
D
arith.Mittel
1
E
A
0,0284
A
n
1)
-
4) Cumol. C,H12. dj.,;>= 0.5751.
i
20"
c.
E
D
arith.BIitte1
10
15
20
25
35
2,439
2,443
2,446
2,447
2,435
2,442
l/o
1,5627
11
1,4838
d
0,079
Aus diesen Beobachtungsresultaten ergeben sich folgende
Schliisse:
1) Die Dielectricitatsconstanten isomerer Verbindungen
sind verschieden.
1 Der Brechungsexponent worde iiiclit bestimmt, weil sich die
Fliissigkeit nach der Bestimniung des D durch Ziifall verunreinigte.
Dielectricitiitsconstalltel2 der Fliissigkeite7~
41
2) Weil dieMolecularrefrizction, d. h. die GrosseM((n - l ) / d )
isomerer Korper fast gleich ist, so fragt es sich, ob vielleicht
auch die Grossen M ( ( D- l)/d) oder M ( ( v % l ) / d ) fur isomere
KiSrper nicht tibereinstimmen. ( M = Moleculargewicht).
Die Uebereinstimmung dieser Zahlen ist also nicht
schlechter als die der Molecularrefractionen.
3) Die Dielectricitatsconstante liomologer Verbindungen
wachst mit der MoleculargrGsse.
N e g r e a n o vergleicht auch die Grossen (JIB-l ) / d ,
( D - l ) / d und ( D - l ) / ( D f 2 ) / dund findet, dass die ersten zwei
Grossen wachsen, wenn man in der Reihe fortschreitet, und
dass der letzte Ausdruck fast constant ist. Ich habe die
Differenzen der Grossen M ( ( D - l ) / d ) und M((l'D-l)/2) fur je
zwei aufeinander folgende Glieder der Reihe berechnet ruit
Benutzung auch der von N e g r e a n o gefundenen W erthe vont
D fur Metaxylol, Pseudocumol und Cymol. I n der ersten
Verticalreihe der nachstehenden Tabelle sind die Differenzen
von M . ( ( D - l ) / d ) , in der zweiten die Differenzen von
M ((@- 1) l d ) zusammengestellt.
Die Zahlen der ersten Verticalreihe stimmen nicht iiberein, die der zweiten sind annahernd gleich.
5 ) Ob die Constante D von der Grosse der electrisirenden Kraft abhangt, lhsst sich Bus obigen Beobachtungsresultaten nicht entscheiden , wiewohl fiir 35 Elemente die
Werthe am kleinsten sind. Q u i n c k e hat gefunden, dass D
mit der electrisirenden Kraft abnehme , S i 1o w dngegen
schliesst aus seinen Versuchen, dass D von der electrisi-
12
?K lioliirnusch.
renden Kraft unubliaugig sei. Wahrscheinlich treten die
Differenzen erst bei grossen Unterschieden der electrisirenden Krafte merklich hervor. Ich konnte nicht vie1 inehr
als 35 Elemente zur Ladung verwenden, weil dann das
Spiegelbild uber die Scala hinausging.
6) Die Gleichung
= n gilt nur niiherungsweise.
7) Die von verschiedenen Forschern, ja oft auch von
demselben Forscher nach verschiedenen Methoden erhaltenen
Werthe der Constante D fur dieselbe Fliissigkeit differiren
bedeutend. So betrBgt z. B. die Constante D des Benzols nach:
S i l o w . . 2,198
Q u i n c k e . 2,050
W e b e r . 2,207
N e g r e n n o 2,2921; meine Messungen ergaben:
2,2 18.
S i low findet fur Teypentinijl nach zwei Methoden 2,321
und 3.163.
Diese Unterschiede sind wahrscheinlich grosstentheils
durch verschiedene Reinhei t der Fliissigkeiten bedingt.
Hr. Prof. W r o b l e w s k i hat mir im Verlauf der ganzen
Untersuchung mit Rath beigestanden. Ich erfulle eine angenehme Pflicht, indem ich dem genannten Herrn fur sein
Wohlwollen meinen Dank ausspreche.
K r a k a u , im Juni 1887.
l/o
1) Wird ein Stab oder ein Draht aus Eisen oder Stahl
zur hellen Rothgluht oder zur Weissgluht erhitzt und dann
sich selbst uberlassen, so erfolgt seine Verkurzung beim Abkuhlen bekanntlich nicht continuirlich, sondern bei dem Uebergang von der hellen zur dunklen Rothgluht; wenn die bei
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
443 Кб
Теги
kenntniss, der, zur, beitrage, dielectricittsconstante, flssigkeiten
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа