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Bemerkungen zur Absorption und Diffusion der Kathodenstrahlen.

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12. Bemerkumgm xur AbsorptJort
u m d D4ffusio.n der EathodemstrahZen;
vom W. Eaufmarm.
In einer kiirzlich erschienenen Arbeit iiber die Absorption
der Kathodenstrahlen wendet sich Hr. L e n a r d l) gegen eine von
mir friiher vertretene Auffassung des Absorptions- und Diffusionsvorganges der Kathodenstrahlen. Die bezugliche Anmerkung
auf p. 731 der Lenardschen Arbeit hat folgenden Wortlaut:
,,Eine hiervon abweichende Definition, welche dem Absorptions
vermSgen gelegentlich beigelegt worden ist (W. K a u f m a n n , Wied.
Ann. 69. p. 95. 1899) muB nach dem oben Vorhergehenden, sowie auch
nach friiher schon Bskanntem (Wied. Ann. 62. p. 23. 1894) als nicht
zutreffend bezeichnet werden; sie durfte daher auch schwerlich zu zutreffenden Folgerungen gefuhrt haben. Dasselbe gilt auch von der an
gleicher Stelle benutzten Auffassung des Diffusionsvorganges der Kathodenstrahlen, welche nicht vereinbar ist mit der beobachteten, von
mir in Zeichnungen wiedergegebenen Ansbreitungsweise der Strahlen
in Gasen (Wied. Ann. 61. p. 225. 1894)."
Da die L e n a r d s c h e Bemerkung infolge ihrer etwas allgemein
gehaltenen Form leicht zu der Ansicht fiihren konnte, als seien
meine damaligen Messungsresultate von den obigen Einwanden
betroffen, so mochte ich auf die Bedeutung dieser Einwande
etwas niiher eingehen. Wenn ich Hrn. L e n a r d richtig verstanden habe, so richtet sich sein zweiter Einwand im wesentlichen gegen die von mir zunachst nur zur Erleichterung der
Korrektionsbetrachtungen gemachte Annahme, da6 die Diffusion
der Kathodenstrahlen gleichmaBig nach allen Seiten erfolge.
Da die Korrektionen wegen der aus den Offnungen meines
Auffangezylinders wieder heraus gelangenden Strahlen aber im
ungiinstigsten Falle nur etwa 1 Proz. betrugen, und, wie eine
einfache Betrachtung zeigt, wegen einer teilweise eintretenden
Kompensation der Fehler auch bei einer anderen Verteilung
der diffusen Strahlen sich nur wenig andern konnten, so ist
1)
P. L e n a r d , Ann. d. Phys. 12. p.
714. 1903.
Absorption und Diffusion der Kathodenstrahlen.
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die von mir gemachte, und wie ich zugebe, vielleicht inkorrekte Annahme jedenfalls ohne Binflu/3 auf die Messungsresultate.
Qemessen wurde bei meinen Qersuchen derjenige Bruchteil eines engen Strahlenbiindels, der , einen Messingzylinder
von 3,13 Lange durchsetzend, durch irgendwelche Einwirkung
des Qasinhaltes gezwungen wurde, von seiner urspriinglichen
Bewegung abzuweichen und an die Wande des Zylinders zu
gelangen. Ich zeigte, daB dieser Betrag, pro Zentimeter Strahlenlange berechnet , proportional dem Gasdruck und umgekehrt
proportional dem Potential der emittierenden Kathode war;
wenn also p den Druck, P das Kathodenpotential, b den pro
Zentimeter Wegliinge aufgefangenen (elektrisch gemessenen)
Strahlungsbruchteil bedeutete, so war die GroBe ,6 = b Y i p
eine dem betreffenden Gase eigentumliche Konstante. I n dieser
von jeder besonderen Vorstellung uber den Mechanismus der
gegenseitigen Einwirkung zwischen Strahlen und Gas freien
Auffassungsweise sind also die damals gemessenen Zahlen
durchaus korrekt.
Fraglich ist allerdings nach den neuen Resultaten Hrn.
als dbsorptions- oder als BiffusionsL e n a r d s , ob man
koeffizienten auffassen soll. Da die von mir gefundene Beziehung zwar bei den niedrigsten Potentialen (2000-2500 Volt)
weniger gut (positive Abweichungen von 10-15 Proz.), bei
den hoheren Potentialen (3000-8000 Volt) aber sehr gut
stimmte, so hielt ich es fiir wahrscheinlich, daS sie auch bei
noch hoheren Potentialen noch annahernd gelten wurde. Daraus
ergab sich bei einem Potential von 30000 Volt, das den von
Hrn. L e n a r d l) friiher bei seinen Absorptionsmessungen benutzten Strahlen entspricht, fur Luft: b I p = 0,19, wahrend
Hr. L e n a r d fur den Absorptionskoeffizienten der Luft angibt:
a l p = 0,005, d. h. fast 40mal weniger als meinen Nessungen
entspricht. Ich glaubte also annehmen zu miissen, da6 die
Absorption (d. h. der bei den fruheren Lenardschen Messungen in Frage kommende Vorgang) bei meinen Versuchen
nur eine untergeordnete Rolle spiele, und daB fast der ganze
beobachtete Effekt von einer diffusen Zerstreuung herruhre.
1) P. Lenard, Wied. Ann. 66. p. 255. 1895.
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W. Kaufmann.
Was nun die Auffassung der Absorption selbst anbetrifft,
so kann es allerdings nach der Gesamtheit der vorliegenden
Beobachtungen keinem Zweifel unterliegen , daB die Energieverminderungen nicht gleichmaBig zwischen kleinen und gro6en
Betragen verteilt sind, sondern dab wenigstens bei der Absorption in Gasen weitaus der groBte Teil des eingetretenen
Verlustes in einer ganzlichen Vernichtung der Bewegungsenergie
eines Teiles der Strahlen bestehe. Wenn bei einem Teil der
Strahlen die Energie nur um geringe Bruchteile vermindert
ist, so kommt dieser Teil nur wenig in BetrachLl)
Dadurch werden die atom- und gastheoretischen Schliisse,
die ich meinen Messungsresultaten beifugte, hinfallig. Sie sind
es aber auch abgesehen hiervon schon deshalb, weil die neueren
Erkenntnisse iiber die Natur der Elektronen als bloBer Krafb
zentra die Annahme elastischer Sto6e zwischen ihnen und den
Gasmolekiilen als kaum zulilssig erscheinen lassen.
Die Messungsresultate, die, wie nochmals betont, durch die
Len ardschen Einwande nicht getroffen werden, stellen, wie
ich schon damals bemerkte (1. c. p. 97), die Summe von Absorptions- und Diffusionskoeffizzienten dar. Sollte die Auffassung
Hrn. L e n a r d s sich bei weiterer Prufung als richtig erweisen,
daB die Diffusion, namentlich bei hoheren Potentialen, wenig
in Betracht kommt, so waren also meine Zahlen als Absorptionskoeffizienten zu bezeichnen. I n der Tat habe ich ja dieselbe
GroBe, niimlich den Verlust an elektrisch gemessener Strahlmenge pro Zentimeter Weglange bestimmt, wie Hr. L e n a r d
bei seinen neuen Messungen. Es miiBte also auch eine numerische Ubereinstimmung zwischen den L e n a r dschen Zahlen
und den meinen bestehen. Leider kann man in dieser Beziehung von einem Vergleich nicht allzuviel erwarten, da die
1) Stiirker absorbierende Kiirper, wie Metallbliitter, verhalten sich
anders, wie aus den Untersuchungen von G. E. Leithtiuser (1naug.-Diss.
Berlin 1903) hervogeht. Ein groBer Teil der ein Aluminiumblatt durchsetzenden Strahlen erhiilt eine verminderte Oeechwindigkeit; die Geschwindigkeiten sind hierbei zwischen nahezu unverminderten und sehr
stark verminderten stetig verteilt. Dieses Verhalten entspricht also durchaus der von mir damals angenommenen Vorstellung, daB ein anfangs
homogenes Strahlenbiindel, wenn es irgend einen KSrper passiert, notwendigerweise inhomogen werden muS
." (1. o p. Ill).
..
Absorption und Diffusion der Kathodenstrahlen.
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Lenardschen Zahlen Mittelwerte aus zum Teil um mehr als
100 Proz. voneinander abweichenden Zahlen darstellen (vgl.
die untenstehende Tabelle), und aufierdem die angebrachten
Korrektionen stellenweise 10 Proz. der direkten Ergebnisse
betragen. Eine Ubereinstimmung ist also nur der GroBenordnung nach zu erwarten. Ich gebe in folgender Tabelle
einen Vergleich der von Hrn. L e n a r d und von mir gefundenen
Zahlen fur 1000-Voltstrahlen, wobei die Werte aus meinen
Beobachtungen nach dem oben genannten Gesetz extrapoliert
sind. Fur 4000-Voltstrahlen war ein direkter Vergleich zwischen
den Lenardschen Werten fur Luft und meinen fur Stickstoff
moglich.
1000-V o 1t s t ra h len.
a l p (Lenard)
b / p (Kaufmann)
H!2
Luft
N*
CO,
1J9
1,94-4,Ol
0,73
-
-
5,65
6,83
4,26-9,53
(Der von Hrn. L e n a r d benutzte Wasserstoff war kauflicher, wahrend ich reinen benutzte, doch ist meine Zahl fur
dieses Gas aus 1. c. angefiuhrten Grunden nicht sehr sicher.)
4000 - V o l t 8 tra hl en.
a l p (Lenard)
Luft
1,20
b / p (Kaufmann)
-
1,4
Ns
Die Zahlen stimmen so weit iiberein, wie bei der bedeutend
groBeren Unsicherheit der L e n a r d schen Zahlen uberhaupt moglich ist. Weitere Messungen scheinen hier dringend notig,
namentlich zur Auffindung des Potentials, bei dem der bedeutend
schnellere Abfall der Absorptionskoeffizienten gegeniiber dem
zwischen 2000 und 8000 Volt statthabenden beginnt ; dieser
Abfall muB sehr plotzlich sein, da er eine Extrapolation der
oben angegebenen zwischen 3000 und 8000 sehr gut geltenden
Beziehung h YIP = const. auf 30000 Volt zu Fehlern von
4000 Proz. fuhren la&.
B o n n , Dezember 1903.
L
(Eingegangsn 22. Derember 1903.)
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