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Bemerkungen ber Untersuchung der Pyroelectricitt der Krystalle.

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X 6.
ANNALEN
1886.
DER PHYSIK UND CHEMIE.
N E U E F O L G E . B A N D XXVIII.
Das Folgende enthalt einige Beobachtungen uber Pyroelectricitiit der Krystalle und das von einem von uns zur
Untersuchung derselben angegebene Bestaubungsverfahren.’)
Die betreffenden Versuche wurden theils schon vor langer‘er
Zeit bei der ersten Anwendung der neuen Methode gemacht,
theils neuerdings bei Untersuchung der Electricitatserregung
auf Weinssure, Zucker und Seignettesalz. W i r veroffentlichen unsere Erfahrungen , da dieselben anderen bei Anwendung der Bestiiubungsmethode von Nutzen sein konnen.
1. Apparat zur U n t e r s u c h u n g d e r Pyroelectricitsit von
K r y s t a11plat ten.
Bei den friiher 1. c. beschriebenen Versuchen wurden
Quarzplatten auf ihr pyroelectrisches Verhalten bei Erwarmung in der Weise untcrsucht, dass man die Platten auf
einen in cler B u n sen’schen Flamme erhitzten Messing- oder
Kupfercylinder auflegte und dann sofort mit einem Oemisch
von Mennige und Schwefel bestaubte. Die Bestaubungsfiguren entstehen am schiirfsten , wenn der Metallcylinder
moglichst heiss ist. Liegt die Temperatur desselben aber
iiber einer gewissen Grenze, so springen die Quarzplatten
haufig und eine Anzahl Platten wurde auf diese Weise im
Laufe cler Zeit zersprengt. Es wurde deshalb ein kleiner
Apparat construirt, bei welchem die Temperatur des Metall1) K u n d t , Wied. Ann. 20. p. 592. 1883.
Ann,
(1.
Phys. u. Chem. N. F. YXVIII.
10
146
A. l i m d t
u.
E. Blasius.
cylinders wenigstens angeniihert durch ein Thermometer angegeben wird in dem Moment, in welchem die Krystallplatte
auf denselben gelegt wird.
naturlicher
Der Apparat ist schematisch in Fig. 1 in
GrBsse gezeichnet. Auf einem eisernen Dreifuss acIaa mit
einem oberen kreisrunden Ring 66 wird ein massiver Kupferconus c c , der unten drei kurze Fiisse hat, gesetzt. Auf denselben kijnnen mit Hulfe eines kleinen Stiftchens verschiedenc Knpferconusse d aufgesetzt werden, auf deren oberes
ebenes Ende d a m die zu untersuchenden Platten gelegt werden. Es ist gut, mehrere solche kleine Conusse von vorschiedenem Durchmesser zur Verfugung zu haben; fur
grijssere Platten sind dickere, fur kleinere Platten dunnere
~ortheilhnftor, Der Conus c traigt seitlich eine Bohrung, in
welche mittelst einer federnden Messingfassung ein Thermometer eingesetzt wird. Auf der gegenuber liegenden Seite
ist eine Messingfassung angeschrnubt, in welche der Griff c
cinfasst, sodass man mit diesern Griff den Conus von dem
Iheifuss abnehmen kann. Ueber den dunnen Conus d kann
noch die durchbolirte Glimmerscheibe f geschobern werden,
sodass sie auf der oberen Eliiche von c aufliegt.
Fur den Versuch verfahrt man folgendermassen. Die
Glimmerplatte und der Griff sind vom Apparate entfernt;
der Conus w i d dumh einen untergesetzten kleinen Gashreuner erhitzt. Sobald die Temperatur bit? etwa 250'' gestiegen ist, hebt man mit dem Oriff den Conus von dem
Dreifuss, setzt ihn nuf eine kleine Steinplatte, schiebt die
CGlirnrrterplatte .f iiber und legt nun die vorher gereinigte
Krystnllplatte iluf den oberen Conus d , nachdem das
Thermometer die gewunschte Temperatur angenommen hat,
Bei dem guten LeitungsvermBgen des Kupfers ist die ganze
Masse von fast gleicher Temperatur und gibt das Thermometer auch nahc die Teniperatur des oberen kleinen Conus
an. Bei Quarz gelungen die Versuche noch recht gut, wenn
das Thermometer im Moment des Auflegens der Ylatte 2200
zeigte, doch kann man ziemlich sicher bis 250° gehen, ohne
ein Zerspringen der Platten z u befiirchten. Die Olimmerplatte verhintlert, dass beiin Bestauben die gnnze Metallmasse
Pyroeiectricitat.
147
mit dem Pulver bedeckt wird. Dies zu verhindern ist vortheilhaft , weil an dem Kupfer haftendes Schwefelpulver bei
etwas zu starkem Erhitzen leicht schmilzt und sich entziindet.
Es misge bemerkt werden, dass man zuweilen auch ganz
gute Figuren erhalt, aenn man die Quarzplatte, nachdem sie
einige Secnnden ,zuf dem erhitzten Conus gelegen hat, abhebt und nun vorsichtig auf eine obene Unterlage, die vorher
mit dem Pulvergemisch best'aubt war, auflegt. Nach dem
Aufhebcn findet man, dass an den positiv electrischen Stellen
der Schwefel, an den negativen die Mennige angezogen ist.
Setzt man den oberen kleinen Conus auf ein Stuck feste
Kohlensaure, die mit einer Presse comprimirt ist , und bestaubt, so erliiilt man beim Bestiubeu die umgekehrte PulYervertheilung, wie beim Erwarmen. Die Figuren sind indess
im 'ersten Fall nicht so scharf, wie im letzteren.
Der beschriebene Apparat ist vom Mechaniker M a y e r
in Strassburg gefertigt; die benutzten Platten wurden von
S t e e g und R e u t e r in Homburg bezogen.
11. D i e l ' y r o e l e c t r i c i t a t d e s A m e t h y s t s .
Hr. K o l e n k o hat bereits die Bestaubungsfigur einer
Amethystplatte abgebildet. l) W ir haben eine hnzahl solcher
Platten untersucht, die von Hrn. S t e e g und R e u t e r in
Homburg bezogen waren und im polarisirten Licht ein
System von sehr feinen Streifen zeigten, mithin aus sehr
vielen schmalen Lainellen von abwechselnd rechts- und linksdrehendem Quarz bestanden, Die Platten wurden in der
oben angegebenen Weise untersucht , indem sie auf den
erhitzten Xetallcylinder aufgelcgt wurden. Nach dem Bestsuben zeigten auch die feinsten Lnmellen noch eine Trennung des rothen und gelben Pulvers, sodass die Platte von
ausserordentlich feinen rothen und gelben Linien bedeckt
war. I n Fig. 2 ist, so gut es ging, die Bestkubungsfigur
einer ziemlich grossen Platte gezeichnet; die Zeichnung gibt
aber nur unvollkommen die Einzelheiten der Pulveranordnung wiecler.
-
1)
Koleiilto, Zeitscllr. f. Iirystallographie. 9. p. 1. 1584.
10"
148
A. Kwdt u. E. Bltsius.
Jedenfalls beweisen die bei den sehr zusammwgesetzten
Amethysten erhaltenen Figuren ? wie ausserordentlich gut
die Bestiiuhungsmethode sich dazu eignet, die Anordnung
cler Electricitat auf Krystallen zu untersuchen, auch wenn
dieselbe eine sehr complicirte ist.
111. T r e n n u n g cl e r B e s t a n d t h e i l e c i n e s P u l v e r g e m i s c h e s beim
B e s t l u b e i i ohiie M i t w i r k u n g d e r ElcctricitUt.
B e s t a u k man mit dem Gemisch v o n Schwefel und Mennige mittelst des Bestiiubungsapparates eine horizontal liegende, nicht electrische Elache eines Leiters oder Isolators,
so legt sich, wie zu erwarten, das Pulvergemisch, ohne ortliche Trennung der Bestandtheile gleichmassig auf die Fliiche
nieder. Auch wenn man eine mehrere Quadratdecimeter
grosse Flache vertical stellt und mit dem Bestaubungsapparat gegen die Mitte derselben blast, ist das Qleiche der Fall.
Es wurde jedoch bereits bei den allerersten Versuchen mit
der Bestaubungsmethode die Beobnchtung gemacht, dass
unter gewissen Bedingungen Schwefel und Mennige sich
trennen und a n gesonderten Stellen sich niedersetzen, auch
wenn die bestaubten Fliichen nicht electrisch sind. Und
zwar tritt diese Trennung jedesmal ein, wenn man das Pulver in einen von zwei Fiachen gebildeten e i n s p r i n g e n d e n
Winkel recht kraftig rnit dem Apparat hineinblast. Setzt
man z. B. einen Metallwiirfel von etwa 2-3 cm Seitenlange
auf eine grBssere Metallplatte ? welche zur Erde abgeleitet
ist, sodass Wurfel und Platte sicher unelectrisch sind, und
spritzt nun das Pulvergemisch kraftig in horizontaler Richtung gegen eine der vertical stehenden U'urfelflachen, so
setzt sich der Schwefel an den unteren Theil dieser Flache,
d a m folgt weiter oben eine Stelle, die fast gnnz von Pulver
frei ist, wahrend der obere Theil der bespritzten Seitenflilche mit Mennige bedeckt ist.
Die Versuche wurden, soweit es ging, variirt, es zeigte
sich irnmer, dass da, wo eine verticale und horizontale Flache
zusammenstossen, am unteren Theile der verticalen sich der
Schwefel, am oberen die Xennige absetzte. Rei Benutzung
eines Gemisches van Eisenoxyd uncl Kieselsaure trat gleich-
Pyroelectricittit.
149
falls Trennung der Pulver ein, die Kieselsiiure setzte sich
unten, das Eisenoxyd oben ab.
EYist nicht gelungen, die Erscheinung zu erklaren. es
kann indess mit Bestiinmtheit behauptet werden, dass die
Electricitat bei derselben lreine Rolle spielt. Am nachsten
liegt wohl die Annahme, dass sich beim Hineinblasen des
Pulvers in den einspringenden Flachenwinkel Wirbel bilden,
die in nicht niiher z u constatirender Weise die Trennung der
beiden Pulver, die verschieden grosse Korner und erheblich
verschiedenes specifisches Gewicht haben, bedingen.
Auffallig ist es, dass die specifisch leichteren Pulver,
Schwefel und Kieselsaure sich unten , die schwereren, Mennige und Eisenoxyd, sich oben absetzen.
Da die Erscheinung unter Umstanden die Pulrervertheilung, welche an einem Krystall durch Pyroelectricitat bedingt ist, je nach der Aufstellung des Krystalls beim Bestsuben, oder wenn der K r p t a l l selbst einspringende Winkel
hat, falschen kann, glaubten wir, sie erwahnen zu sollen.
IV. D c r E i n f i u s s , welchen R i s s e uncl Spriiiige i n einem K r y s t a l l a u f d u s p y r o e l e c t r i s c h e T e r h t l l t e u tlesselbeii ansuben.
Die iin Folgenden geschilderten Beobachtungen wurden
gelegentlich einer Untersuchung von Zucker uncl Weinsaure
auf ihre Pyroelectricitiit gemacht. Die Krystalle wurden im
Luftbrtde erhitzt; die Weinsaureltrystalle z u einer Temperatur
von 55O C.; doch gelingen die Versuche auch bei Erwarmung
z u hijherer Temperatur. Fiir Zucker lagen die Teniperaturen
zwisclien 60 und SOo C. Die Krystalle murden nach dem
Hersusnehmen aus dem Luftbade bestaubt , im allgemeinen
ohne sie vorher durch eine Alkoholtlamme zu ziehen. Die
durch H a n k e l gefundenen Resultate tiber Lage des analogen
und antilogen Poles bestatigen sich vollstindig. Ausserdem
zeigten sich aber an den Krystallen von Weinsaure einige
Erscheinungen, die ihrer A r t nach von den bisher von anderen Beobachtern geschilderten abweichen. Ein solcher
Krystall zeigte namlich auf denjenigen Tlieilen, nuf denen
sich das rothe Pulver absetzte, ein gelbes Geader, dagegen
auf den Flachen, die init Schwefel bedeckt waren, rothe
150
A. Kundt u. E. Blasius.
Adern. Diese Adern standen, wie die genauere Betrachtung
lehrte, in offenbarem Zusammenhange mit den Rissen im
Krystall, sie gaben die Stellen an, an denen die Risse sicli
bis an die Oberflache erstreckten.
Es wurden dann ausser Weinsaure andere Iirystalle in
Bezug auf den Einfluss von Spriingen untersucht.
Zunachst zeigte der Turmalin , dessen electrische Figur
in den friiheren Mittheilungen abgebildet ist I), bei genauerer
Betrxchtung seiner Oberflache mit der Lnpe ein Rissesystem,
dem das Geader der Zeichnung genau folgt. Da dieser
Turmalin, wie die meisten friiher untersuchten, undurchsichtig
ist, so sind etwa vorhmdene Risse auf den ersten Bliclr nicht
so auffitllend, wie bei klaren, durchsichtigen Krystallen. Es
ist a. a. 0. die Ansicht ausgesprochen, dass die pyroelectrische Bestaubungsfigur des Turmalins auf eine sehr vielfache
Verwachsung des betreffenden Krystalles hinweist ; es bleibt
ja auch nicht ausgeschlossen, dass die bei einzelnen Turmalinen auf zur Hauptaxe senkrechten Flachen sichtbaren
Bitzen eine Erscheinung seien, die mit Zwillingsverwachsnngen im Zusammenhange stehe.
Um aber den Einfluss wirklicher Spriinge zu untersuchen,
wurde eine dickere, senkrecht zur Axe geschnittene Turmalinplatte benntzt, die bei der Untersuchung auf Pyroelectricitat
sich a19 zieinlich homogen erwies, insofern die eine Endflache
beim Abkiihlen und Bestauben ziemlich gleichfijrmig gelb,
die andere gleichmassig roth wurde. Als diese Platte stark
erhitzt und d a m in Wasser getaucht wurde, bekam dieselbe
deutlich sichtbare Spriinge, wahrend die Platte als Ganzes
aber noch zusammenhangend blieb. Bei abermaliger Erwarmung und Bestaubung zeigte sich nun auf der rothen
Seite ein gelbes, den Spriingen entsprechendes Geader, auf
den gelben ein rothes.
Sehr vie1 besser als Turmalin eignet sich Quarz dazu,
den Einfluss der Spriinge zd untersuchen. Wahlt man einen
Quarzkrystall, der sich, nnch der Bestiiubungsmethode untersucht, als vijllig einfach erweist, und zersprengt ihn dann
__
1) K u n d t , Ber. d. Berl. Acad. 16. 1883. Taf. 1% Fig. 4
Ann. 30. 1883. Taf. V. Fig. 12.
11.
Wed.
Pyroelectricitat.
151
ebenso, wie es oben beim Turmalin angegeben ist, so ist
auch an ihm die pyroelectrische Vertheilung erheblich geandert. Hier sind nicht nur die den Rissen entsprechenden
Adern gelb in den rothen Partien und umgekehrt, sondern
man findet auch, dass die Electricititten, die hei dem nicht
zersprungenen Krystall mehr auf die Kanten beschrankt
waren, sich weiter auf die Flitchen ausgebreitet haben. Daher wurde man hier aus der Betrachtung der Pyroelectricitiit
an dem zersprungenen Krystall zu ganz falschen Schlussen
uber das Gesetz der ElectricitLtsvertheilungen an einem unbeschadigten Krystall kommen.
Ebenso wie game Quarzkrystalle zeigen Platten, senkrecht zur Axe geschnitten, die Risse enthaltcn, oder die man
durcli schnelles Abkuhlen in Wasser zersprengt hat, sodass
die Platten als Ganzes noch zusammenhalten, die gleiche
Erscheinung, rothe den Rissen entsprechende Adern auf
gelbem Grund und umgekehrt. Sind die Platten vielfach
zersprungen, so ist zuweilen von der urspriinglichen, den
unverletzten Platten zukommenden Electricitatsvertheilung
kaum noch etwas zu erkennen.
Macht man ferner einen Seignettesalzkrystall auf die
Weise pyroelectrisch, dass man denselben auf eine erhitzte
Metallunterlage legt , so zerspringt der Krystall htiufig wahrend des Bestaubens, und die entstandenen Risse machen
sich jedesmal in d w oben angegebenen Weise bemerklich.
Auch bei einer anileren Art der Electrisirung kann man
den Einfluss der Risse beobachten. Xacht man eine Quarzoder Blasplatte, in welche man entweder mit einem Diamant
Risse gemacht, oder welche man in der angegebenen Weise
zersprengt hat, durch Reiben auf Seide oder Wolle electrisch,
so findet man nach dem Bestauben ein rothes, den Rissen
entsprecliendes Qeader auf gelbem Grund. Aehnliches tindet
man, wenn man durch eiue leitende Spitze Electricitat auf
die zersprungenen Platten stromen lasst und dann bestaubt.
Man konnte vermuthen, dass die Ablagerung des einen
Bestundtheiles des Pulvergemisches an den Sprungen nicht
durch Electricitat bedingt sei, sondern durch irgend andere
Urwchen, denen vergfeichbar, welche, wie oben unter 111.
152
A. Kundt u. E. Blusius.
beschrieben, auf der Seitenflache eines auf einer horizontalen
Ebene stehenden KGrpers eine Trennung der beiden Pulver
bedingen. Diese Vermuthung ist unzulassig. Dass die auf
den Krystallen vorhandene Electricitat die Sonderung der
Pulverbestandtheile bedingt , geht daraus hervor, class auf
einer Quarzplatte oder einem Quarzkrystall die Spriinge gelb
sind , wenn die umliegenden Theile des Krystalles wahrend
des Abkuhlens beim Bestauben roth werden, und umgekehrt.
Auf einer Turmalinplatte, welche senkrecht zur Axe aus
einem Krystall geschnitten ist, sind die den Rissen entsprechenden Adern gelb, auf derjenigen Plache, welche beim
Abkiihlen negativ wird, auf der gegeniiberliegenden Seite,
welche positiv wird, roth. Endlich uberzeugt man sich leicht,
dass, wenn die Krystalle nicht electrisch sind, das Pulver
beim Bestauben sich ganz gleichmassig auf 'den Flachen absetzt, ohne dass eine Ablagerung des einen Pulvers specie11
an den Ritzen erkenntlich ist.
Man muss daher jedenfalls annehmen, dass fur die beschriebene Erscheinung die Electricitat der Platte das Bedingende ist, indem entweder an den Sprungen stets die
entgegengesetzte Electricitat von derjenigen, welche die umliegenden Theile besitzen, vorhandm ist, oder indem an den
Spriiiigen keine Electricitat auftritt, und nun derjenige Bestandtheil des Pulvergemisches, welcher von den benachbarten
Theilen als gleichnamig electrisch abgestossen wird, zu diesen
unelectrischen Theilen hingetrieben wird. Welche von cliesen
beiden Annahmen die richtige, und weshalb entweder die
Risse die entgegengesetzte Electricitat zeigen oder unelectrisch
bleiben mit Sicherheit zu entscheiden, ist uns nicht gelungen.
Es sollen daher einige nahe liegende Hypothesen , welche
dafiir sprechen , dam die Sprungstellen die entgegengesetzte
Electricit'at von den benachbarten Theilen besitzen, nicht
erortert werden.
Hervorheben mbchten wir aber, wie wichtig es ist, wenn
es sich darum handelt, das Gesetz der pyroelectrischen Vertlieilung an ganzen Krystallen oder Schnittstiicken derselben
zu untersuchen, fehlerlose Stucke ohne Risse und Sprunge
zu benutzen. Besonders bei der Untersuchung mit dem
F'yoelectricitgt,
153
Electrometer kijnnte die etwa an den Sprungstellen angeilaufte entgegengesetzte Electricitat durch Influenz die Bestimmung der Electricitat der benachbarten Theile merklich
beeintrachtigen.
Ob die eigen thfimlichen Aderungen , welche die Bestaubungsfiguren mancher senkrecht zur Axe geschnittenen Turmnlinplatten zeigen, durch Risse in einem krystallographisch
einfachen Krystall bedingt sind, oder ob, wie oben bereits
angedeutet ist , die lttisse vielmehr Zwillingsverwachsungen
bezeichnen, liess sich bisher nicht entscheiden; man miisste
hierzu noch eine grossere Zahl von Schnittstiicken durchsichtiger Krystalle, die uns bisher nicht zu Gebote standen,
untersuchen.
Die friiher in den Berichten der Berliner Academie und
Wiedemann's Annalen abgebildeten complicirten Bestiubungsfiguren an Quarzkrystallen und Quarzplatten sind nicht
durch Risse bedingt , sondern durch Verwachsungen. Die
betreffenden Krystalle und Platten waren vijllig klar, wenigstens war weder mit der Lupe noch mit dem Mikroskop
irgend ein Riss oder Sprung erkennbar, wenn auch das Vorhandensein der Verwachsungen mit der Schlierenmethode erltennbar war, l)
Phys. Instit. der Univ. S t r a s s b u r g , Marz 18SG.
0 1. Die pyroelectrischen Erscbeinungen am Topas
sind schon mehrfach eingehend untersucht worden, insbesondere von R i e s s und R o s e B ) ,ron Hanke13) und neuerdings
1) K u n d t , Wicd. Ann. 20. p. 689. 1853.
21 ICicss u. R o s e , Pogg. Ann. B9. p. 353. 1543 11. 61. p.F59. 1844.
3) H a n k e l , Abhandl. ct. k. silchs. Ges. d. Wiss., niath.-pliys. C1. 9.
1). 359. 1870.
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