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Bemerkungen zu dem vorstehenden Aufsatz von Hrn. Arkadiew

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42 3
Bernerkungen
x u &ern tqor8tehenden Auf'atw ,won Hrn. Arkadiew
From M a x W i e n
Hr. A r k a d i e w hat in dem vorstehenden Aufsatz die
Untersuchungen von Ern. M i c h e 1 s und meine Bemerkung
dazu kritisch besprochen. Ich mu8 deshalb nochnials auf
die dort behandelten ferroniagnetischen Fragen kurz zuriickkommen.
TTas zunachst die Versuche TOLL Hrn. Michels anbetrifft,
so erklart Hr. A. sie fur ,,auch nicht sicher(', 7vobei er zur Begriindung die Vermutung anfiihrt, da8 bei den Michelsschen
Versuchen die verschiedene Spannung der Drahte als Fehlerquelle mitgewirkt hatte. Dagegen ist zu erwidern, dalj die
Drahte bei allen Versuchen in der gleichen Weise ausgespannt
blieben, und auch schon aus der geringen Streuung der Versuchsergebnisse auf einen geringen EinfluW derartiger Fehlerquellen
geschlossen werden kann. Vie1 naher liegt, was auch Hr. A. selbst
annimmt, daB diese Fehlerquellen bei den Versuchen A.s und
seiner Mitarbeiter eine Rolle gespielt haben und z. T. die Ursache der beobachteten Anomalien waren. Aus den Versuchen
von Hrn. M i c hels folgt in Ubereinstiiiimung init den Ergebnissen von L a v i l l e s , G u t t o n , W a i t , B r i c k w e d d e und H a l l ,
schlieBlich auch besonders init den ausfuhrlichen Versuchen
von S t r u t t , daD bei Hochfrequenz keine besonderen Snomalien
vorhanden sind, und dalj die ,4nfangspermeabilitat bis zu
Wellenlangen von 10 m herab annahernd den Wert der
Permeabilitat bei langsamen Schvingungen hat. Weiter ergaben
die Versuche eine geringe Abnahme der Permeabilitat mit der
Wellenlange, die bei pn schneller, bei p, langsamer ist; infolgedessen ist bei hoher Frequenz pk merklich groBer als ,u,~.
Hr. 8. nimmt zur Erklirung seiner Beobachtungen eine
,,magnetische Leitfahigkeiti' an, und in Analogie mit der opti-
424
M . Wien
schen Uispersionstheorie fuhrt er die ,,magnetkche Dispersion"
auf Mitschwingen magnetischer Zentren zuriick. Die von A.
und anderen beobachteten Anomalien der Permeabilitat werden
als Tirkung dieser magnetischen Eigenschwingungen aufgefaRt.
Hr. A. gibt jetzt selbst die Moglichkeit zu, daB die Anomalien
auf den EinfluB der Spannung der Dralite und auf elastische
Resonanz, die von der Befestigung der Eisendrahte abhangt,
also auf niehr oder weniger zufallige auBere Einwirkungen
zuriickfiihrbar sind. Danach ist die Einfiihrung der magnetischen
Leitfiihigkeit nicht mehr durch die innere Natur des Ferromagnetikums bedingt , jedoch ermiiglicht sie eine bequeme
formale Darstellung der magnetischen Erscheinungen bei
T;S'echselstrom, die sich offenbar schon in vielen Fallen als
vorteilhaft erwiesen hat.
In meiner Bemerkung zu der Michelsschen Arbeit habe
ich den Versuch gemacht, die Michelsschen Ergebnisse aus
einer Abnahme der Permeabilitat in den aufiersten Oberflachenschichten der Drahte zu erklaren, und fuBte dabei auf der
Theorie von F o r s t e r l i n g , die er in seiner Arbeit ,,ober die
Fortpflanzung elektrischer Wellen an einem geraden Metalldraht,
der mit einem leitenden Mantel versehen isti' gebracht hat.
Den Erfolg dieses ErkYarungsversuchs stellt Hr. A. doch
wohl nicht ganz richtig dar, wenn er schreibt: ,,In einem Fall
gelingt es ihm das zu erreichen - namlich die Beobachtungsergebnisse durch die Theorie wiederzugeben -, in einem
anderen Fall ergibt der Versuch statt einer Verminderung
von pk eine VergrGBerung der Permeabilitat zu den kurzen
TTellen". I n Wirklichkeit gibt die Theorie sowohl bei dem
elektrolytischen wie bei dem russischen Eisen die Differenz
zwischen p k und pn richtig wieder. Ebenso bei beiden Eisensorten den Anstieg von p, mit der Frequenz, der etwa 10 bis
20 Proz. betraigt. Sogar der sehr geringe von der Theorie
geforderte Anstieg von p k findet sich bei dem Elektrolyteisen
in den Michelsschen X'erten wieder. DaD schlieBlich bei dem
russischen Eisen das beobachtete p, annahernd konstant bleibt,
statt um 4-5 Proz. anzusteigen, wie die Theorie es fordert,
ist nicht weiter verwunderlich, da diese Differenzen in die
GrGBenordnung der Beobachtungsfehler fallen.
Die weitere Kritik von Hm. A. bezieht sich auf das
Bemerkungerzz u dem vorstehendeiL Aufsatz von Hrn. Arlcadiew 425
Vorhandensein nnd die Wirknng der Oberflachenschicht. Da6
eine solche vorhanden ist, unterliegt wohl keinem Zweifel, es
lehrt das der Augenschein, z. B. das Anlaufen der Oberflache,
vor allem aber die Schwierigkeit, ja Unmoglichkeit, eine ,,rehe"
Oberflache bei metalloptischen und lichtelektrischen Versuchen
herzustellen.
Bei welcher Schichtdicke der Abfall der Leitfahigkeit und
der Permeabilitat einsetzt, ist natiirlich schwer zu sagen, und
wird auch im Einzelfall verschieden sein. Er erfolgt sicher bei
der Permeabilitat fruher als bei der Leitfahigkeit.') Ich habe
deshalb bei meinem Erklarungsversuch die Leitf ahigkeit als
konstant angenommen, und nur eine h i e r u n g der Permeabilitat
vorausgesetzt. Es spricht also nicht gegen die Theorie, daB
bei Neusilber und Silber, also nicht ferromagnetischen Materialien, die Formeln fur den effektiven Widerstand durch
die Messungen quantitativ bestatigt werden.
Ebensowenig spricht gegen die Oberflachentheorie die
Beobachtung von Hrn. A., daB bei sehr kurzen Wellen immer
noch eine Vermehrung der Permeabilitat durch Ausgluhen erfolgt. Denn auch die Oberflachenschichten kiinnen durch Ausgliihen relativ an Permeabilitat gewinnen. DaB die Zunahme
mit der Brequenz kleiner wird und bei einer Wellenlange von
2,3 cm 20, bei 1,3 cm nur noch etwa 10 Proz. betragt, spricht
eher fur die Oberflachentheorie.
Beziiglich der Beobachtung, daB bei Hochfrequenz pn
kleiner ausfallt als pk, weist Hr. A. auf eine Arbeit von A r t i k
hin, nach der bei langsamen Schwingungen und dicken Drahten
durch die Hysterese eine Verminderung der Selbstinduktion
und eine Vermehrung des Fiderstandes erfolgt, so da6 hierdurch ebenfalls p,, kleiner als pk ausfallt. Diese U'irkung der
Hysterese ist mir wohl bekannt, da ich bereits im Jahre 18942)
derartige Messungen gemacht und besprochen habe.
Ich stimme mit Hrn.A. durchaus darin iiberein, da6 diese
Erscheinung mit Oberflachenwirkungen nichts zu tun hat, sondern
eben auf Hysterese beruht. Es fragt sich nun, ob der bei HochI) M. W i e n , Ann. d. Phys. [5] S. S. 901. 1931.
2) M.Wien, Wied. Ann. 5. S. 929. 1694.
frequenz von Hrn. Mi c h e 1s und anderen beobachtete Unterschied zwischen p,,und pk ebenfalls auf Hpterese heruhen k6nnte.
Nach Ra yl e i gh ') tritt Hysterese erst auf. wenn p nicht nur
linear mit dem Feld ansteigt, sondern die Kurve sich kriimmt.
Bei den Versuchen von S t r u t t , die mit sehr dunnen Drahten
und verhaltnismafiig grofien Stromstarken ausgefuhrt wnrden, ist
eiii cleutliches Ansteigen von p mit der Feldstarke Torhanden,
allerdings keine merkliche Kriimmung. Immerhin ware hier
eiiie sehwache Hysterese ilenkbar, die jedoch schnell niit der
Feldstirke sinken miiBte. Die Versuche von Mic h e ls wurden
jedoch mit mindestens 10 ma1 so kleiner Feldstarke gemacht,
so daA die Hysterese verschviindend klein gewesen sein muW.
Es wurde auch keine Tirkung der xnderung der Stroiiistarke festgestellt. Demnach komint bei seinen Versuchen
Hysterese als Grund der Differeiiz zwischen p, und pk iiicht
in Frage.
Kach diesen Ausfiihrungen glaube ich daraii festhalten zu
kiinnen , daB das Verhalten ferromagnetischen Drahtes hei
Wechselstrom bis zu Wellenlangen von 5 ni herab sich genugend
durch die Oberflachentheorie deuten laBt.
Eine andere Frage ist, ob das oollige ?'erschwinden ferromagnetischer Eigenschaften bei ganz kurzen MFellenlangeriebenfalls auf Oberflachenschichten zuruckgefuhrt werden kann. Ich
habe nur die Miiglichkeit zur Diskussion gestellt. Hr. A. maclit
gegen diese Hypothese folgende Einwande :
Hr. A. beobachtete fiir eine Wellenlange oon etwa 4 cm
bei Eisendrahten ein Maxiniuni des Widerstandes und bei noch
gesteigerter Frequenz ein Sinken des Widerstandes; und dies
halt er fur unvereinbar rnit der Oberflachentheorie. d1)gesehen
dnvon, daB sich dies Sinken vielleicht durch einen starken
Abfall der rnittleren Permeabilifat des Kernes (p3) bei sehr
hoher Frequenz erklaren liege, so sind doch die Messungen
mit Wellenlaingen yon der Groflenordnung Ton 1 cin bei Funkenerregung so unzuverlassig, daB kaum sichere Schliisse darauf
begriindet werden konnen, ja fiir jeden, der die Schn-ierigkeiten
derartiger Messungen kennt, ist es erstaunlich und muB nls ein
1) Lord R a y l e i g h , Phil. Mag., S. 210, March 1887.
Bemerkungen
BU dem vorstehenden Aufsatzvon Hrn.ilrkadieir
427
Beweis grof3er Experiinentierkunst angesehen werclen, daf3 iiberhaupt quantitative Ergebnisse erzielt werden konnten. Die
verhiiltnismaflig gute Ubereinstinimung dieser Messungen mit
den Kurven der Oberflachentheorie scheint mir eher fur diese
Theorie zu sprechen als dagegen.
Bei welcher Frequenz und Schichtdicke der Abfall Ton p
auf den Wert 1 erfolgt, ist natiirlich schwer zu beurteilen uiid
wird auch in den Einzelfallen versehieden sein. \&-em man
trotz ihrer unverineidlichen Unsicherheit aus den B r k a d i e v schen Beobachtungen extrapolieren will, so kiime man bei Eisen
etwa auf eine ITellenliinge von 0,5 cm, was einer Eindringtiefe
cm entsprache. Bei durchsichtigen zerstaubten
von etwa 7 .
Eisenniederschliigen von etwa dieser Dicke sind von K u n d t ,
M a u r a i n und anderen noch ferromagnetische Eigenschaften festgestellt worden. Bei noch diinneren Schichten scheinen jedoch
sowohl die Permeabilitat als auch die Leitfahigkeit abzunehmen.
Der starke Abfall der effektiven Permeabilitat infolge der Oberflachenwirkung miiB te also bei noch kiirzeren Wellen erfolgen. Ein
entscheidender Versuch lieBe sich an so diinnen Schichten machen,
daB der Hauteffekt auch fur ganz hohe Frequenzen verschwindend
oder wenigstens sicher berechenbar ware. Wenn die bei ganz
hohen Prequenzen unter Beriicksichtigung des berechneten
Hauteffektes bestimmte Permeabilitat wesentlich niedriger ausfallt als die statisch gemessene Permeabilitat oder sich gar die
Permenhilitit 1 ergabe, so ware das ein Beweis fur eiii Nichtfolgen des Magnetismus im Sinne des Hrn. A. Dieser entscheidende Versuch steht aber nocli aus.
Wenn bei den bekannten Messungen von H a g e n und
R u b e n s mit ultravioletten Kellen bei Eisen die richtige
Leitfahigkeit herauskommt, so handelt es sich j a eben nicht
um die Permeabilitat, sondern um die Leitfahigkeit, die v i e
gesagt erst bei vie1 diinneren Oberflachenschichten stirker
abzunehmen beginnt. Es miiI3te also in den Schichten, in
welchen die ultraroten Strahlen im wesentlichen reflektiert
werden, die Permeabilitat sclion sehr nahe dem TTerte 1 sein,
wahrend die Leitfahigkeit noch annyLhernd normal ist. Hier
ware eine Wiederholung der H a g e n - und Rubensschen Versuche mit mogliclist langen Wellen erwiinscht.
Zur Entsclieidung der Frage, ob das Verschwinden des
428
M . TVkn. Bemerk. xu d. uorstehenden Aufs.
ti.
Hm.lSrkadiew
Ferromagnetismus bei sehr kurzen Wellen an einem ,,Nichtfolgen" oder an einem ,,Nichteindringen" liegt, sind die bisherigen Versuche nicht ausreichend, und das Problem ma0
sowohl ron der elektrischen wie Ton der optischen Seite
weiter bearbeitet werden. Die Kritik von Hrn. A. hat mich
nicht davon iiberzeugt, daf3 die Oberflachentheorie fallen gelassen werden mu8, und ich mochte sie auch vorlaufig nicht
fallen lassen, da man nacli meiner Ansicht bei neuen Erscheinungen zunachst den Versuch machen mu0, sie auf moglichst
einfache, ich mochte sagen niichterne Art zu erklaren, ehe man
zu hesonderen Hypothesen seine Zuflucht nimmt.
J e n a , Physikal. Institut der Universitat, 25. August 1931.
(Eingegangen 27. August 1931)
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