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Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.

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1251
11. Beobwchtungen am Dopplereffekt
der Eanaktrahlen I);
von H e i n r i c h W i l s a r .
(Hleran Tar. IX
IJ.
X.)
Die Tatsache, daB die Kanalstrahlen bewegte Lichtquellen
enthalten, ermoglichte, neben den Methoden, die sich auch
zur Erforschung der Kathodenstrahlen a19 geeignet erwiesen
hatten, die Anwendung einer neuen spektroskopischen Methode
zur Untersuchung der Strahlen. I m Jahre 1905 entdeckte
J. S t a r k i n Gottingen den Dopplereffekt an den Serienlinien
der Kanalstrahlen des Wasserstoffs.
Die spektroskopische Untersuchung der Kanalstrahlen gab
die Moglichkeit, die Anderung der Wellenlange dl in der
Gleichung
- -A l
v
~~
(1)
I '
c
wo
ZJ = Geechwindigkeit der Lichtquelle,
c = Lichtgeschwindigkeit,
zu bestimmen.
I m Verein mit der Annahme, daS die kinetische Energie
der bewegten Teilchen aus dem durch die angelegte Spannung bewirkten Felde stammt, d. h.
(2)
1
y
m
2
vmax. = e
7,
wo
m = Masse eines Teilchene,
vmax. = groBte im Strahl auftretende Geschwindigkeit,
e = Ladung einee Teilchene,
V = angelegte Spannung,
1) In ausfiihrlicherer Fassung als Dissertation emchienen. Wurzburg, 15. Februar 1912.
79 *
1252
H. K l s a r .
ergab sich aus Gleichung (1) eine Methode zur Erforschung
der Eigenschaften der Kanalstrahlen. Es ist nun eine ganze
Reihe von Fragen, auf die man vom Dopplereffekt eine Antwort erwarten durfte und zum Teil auch schon erhalten hat:
Welche Spektrallinien eines chemischen Elementes geben
im Kanalstrahl den Dopplereffekt? - Daraus folgt eine Klassifizierung der Spektrallinien nach dem Vorhandensein und der
GroBe des Effektes - mithin eine Zuordnung der Linien an
verschiedene Trager.
Welche Geschwindigkeiten kommen im Kanalstrahl vor?
Welche urspriingliche Ladung hat der betreffende Trlger
einer Spektrallinie im Kathodenfall?
Vielleicht ist auch ein Hinweis auf die Kardinalfrage des
Leuchtproblems mSglich : in welchem elektrischen Zustande
befinden sich die Aussender einer Spektrallinie ?
Welchen Ursprung haben die TrLger der bewegten und
die der ruhenden Intensitat?
Daneben treten Fragen von weniger prinzipiellem Charakter
auf, die aber fiir die Natur der Kanalstrahlen doch von Interesse sind: werden die Kanalstrahlen gebremst, wenn sie durch
ein Gas hindurcbfliegen? Wie werden sie absorbiert? Werden
die Strahlen an Metal1 und Glas reflektiert usw.?
Mit Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen
haben sich zuerst J. S t a r k und seine Schiiler befa&, ferner
auch P a s c h e n , Stral3er , Biir wald, L u n k e n h e i m e r ,
F u l c h e r und andere.
Auf Veranlassung des Hrn. Geheimrat W. W i e n habe
auch ich i m physikalischen Institut der Universitat Wurzburg
Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen unternommen, und zwar babe ich die Effekte an Strahlen des
Wasserstoffs, Sauerstoffs und Stickstoffs von verschiedenen
Gesichtspunkten untersucht. Einen besonderen Teil der Untersuchung bilden die Anregungsversuche , bei denen Kanalstrahlen eines Gases in die Atmosphare eines anderen Qases
oder Dampfes hineingeleitet wurden.
I m folgenden sollen diese in den Jahren 1910 und 1911
ausgefuhrten Versuche geschildert und die erhaltenen Resultate mitgeteilt werden.
Beobachtungen am Bopplereffeht der Kanalstrahlen.
1253
Die Yersuehsanordnung.
Bei nllen Versuchen wurde die von W. W i e n aiigegebene
Durchstromungsmethode angewandt. Die beigefiigte Fig. 1 zeigt
die Anordnung.
Zwischen D und E wurden die verschiedenen Entladungsrohren eingesetzt. Sie bestander! gewohnlich aue einem Glasrohr von 4 cm Durchmesser mit einem Seitenansatz fur die
tisch- oder rohrenformige Aluminiumanode A.
Die Knthode K bestand aus einem 4cm langen Eisenzylinder mit einer Bohrung von 4 m m Durchmesser; auf der
Vorderseite (nach dem Entladungsrohre zu) war das Eisen
durch eine aufgenietete Aluminiumplatte verdeckt , um die
Zerstaubung des Eisens zu verringern. Der Abstand zwischen
Kathode und Anodenansatz betrug 18-20 cm. Durch die
1,5 m lange Kapillare L , die einen Durchmesser von 0,l mm
hatte, stromte das zu untersuchende Gas aus dem Vorratsraum U ein und wurde zum Teil von der Gaedepumpe entfernt, zum Teil auch (im Falle von Sauerstoff und Stickstoff)
von der in C sich befindenden mit flussiger Luft oder fester
CO, Aceton gekuhlten Kokosnu6schalenkohle absorbiert.
Durch Regulierung der Pumpengeschwindigkeit und des Gasdruckes im Vorratsraum konnte jeder beliebige Druck in]
Entladungsraum konstant gehalten werden. Dieser Druck
wurde mit dem Mc Leodmanometer hinter der Kathode gemessen.
A19 Stromquelle wurde bei den meisten Versuchen ein
groBes Induktorium benutzt. Als Unterbrecher diente dabei
ein Quecksilber - Turbinenunterbrecher. Die Intensitat der
Kanalstrahlen hing stark von der Frequenz der Unterbrechungen
ab: im allgemeinen waren die Strahlen bei geringer Frequenz
(ca. 12 in der Sekunde) am intensivsten.
Bei den Versuchen mit dem Induktorium wurden die
Spannungen rnit der parallel geschalteteten Funkenstrecke P
gemessen; die Kugeln hatten einen Radius von 1 cm.
Bei einigen Versuchen mit Waeserstoff kanalstrahlen diente
far Spannungen bis 4000 Volt eine Hochspannungsdynamo als
Stromquelle; fur hohere Spannungen eine 20 plattige Intluenzmaschine.
+
1264
11. Wilsar.
Bei diesen Gleichstromversuchen wurde neben einer Funkenstrecke noch das Thomsonsche Binantelektrometer als Spannungsmesser benutzt.
Die Gase. Der Sauerstoff und der Stickstoff wurden kauflichen Bomben entnommen. Die Kohlensaure wurde in einem
gewohnlichen Kippschen Apparat hergestellt. Bei Versuchen,
bei denen es nicht auf groBo Reinheit des Gases ankam,
wurde auch der Wasserstoff einem Kippschen Apparat entnommen; wo Reinheit wichtig war, wurde er elektrolytisch
aus einer Phosphorsaurelosung hergestellt. Da die so erhaltenen Gase sich als genugend rein fur die verfolgten Zwecke
erwiesen , so wurde von einem besonderen ReinigungsprozeB
abgesehen; die Gase wurden nur in der Anordnung selbst
uber Phosphorpentoxyd getrocknet.
Die Fullung des Vorratsraumes U geschah wie folgt: der
Raum U wurde bei geschlossenem Hahn I11 und I V und geeigneter Stellung des Dreiweghahnes I1 mit der Olpumpe (vgl.
Fig. 1) ausgepumpt. Dann wurde der Gasbehalter mit Hilfe
eines kurzen Vakuumschlauches an die Anordnung bei a angelegt. Zuerst stromte das Gas durch den Dreiweghahn I
einige Sekunden in die Luft hinaus, dann wurde es durch
Drehen des Hahnes I in die Anordnung hineingelassen und
stromte iiber P,O, durch II in das GefaB I? Das Vorratsgefa6 U wurde dann mit der Olpumpe wieder evakuiert. Dieser
Spulvorgang wurde 3-4mal wiederholt , bis man sicher sein
konnte, daB der Vorratsraum keine Reste der friiheren Fiillung
mehr enthielt. Mit Hilfe der Olpumpe und des bei 6 angebrachten Hg - Manometers konnte iiun der gewunschte Gasdruck im Vorratsraum hergestellt werden. Das GefaB U war
in dauernder Verbindung mit einem P,O,-Behalter. Bei Offnen
des Hahnes 111 konnte nun das trockene Gas durch die Kapillare in das Entladungsrohr stromen.
Bei geschlossenem Hahn I1 und offenem I V diente die
Olpumpe zum Schaffen des Vorvakuums fur die Gaedepumpe.
Bei allen Versuchen ohne Ausnahme war eine Kuhlung
notwendig, da ohne Kuhlung Hg-Dampf aus der Gaedepumpe
ins Entladungsrohr drang. Die Hg-Linien traten dann bei
spektroskopischer Beobachtung sowohl im Entladungsrohr als
auch im Kanalstrahl sebr stark auf. Ein Versenken dee An-
Beobachtungen am Dopplerefftdit der Kanalstrahlen.
1255
satzrohres G in ein Dewargefa0 mit flussiger Luft oder mit
einer Mischung von Aceton und fester Kohlensaure geniigte,
um in Verlauf einiger Minuten die Hg-Linien im Entladungsrohr zum vollstandigen Verschwinden zu bringen.
Bei den meisten Versuchen befand sich im Kuhlrohr C
Kokosnu6schalenkohle, die im Falle von Wasserstoff dazu
diente, den Beobachtungsraum von etwa auftretenden Beimengungen anderer Gase zu saubern - im Falle von Sauerstoff und Stickstoff unterstutzte die Kohle die Wirkung der
I".
O.lpump.
n
, l u n Mane
m.1.r
Fig. 1.
Gaedepumpe. Mit Hilfe dieser besonders sorgfaltig vorbereiteten Kohle und flussiger Luft konnte, wenn kein Gas durch
die Kapillare einstrbmte, in den Rohren leicht ein Vakuum
von weniger als 0,00001 mm Hg erreicht werden.
Die Untersuchung des Dopplereffektee geschah auf spektrophotographischem Wege.
Bei B wurde ein sehr lichtstarker Dreiprismenspektrograph von St e i n h e i l aufgestellt und longitudinale und transversale Aufnahmen des Kanalstrahles im Beo bachtungsraum
gemacht.
Die beiden Aufnahmen lagen genau untereinander. Die
Platte brauchte dabei nicht verschoben zu werden, es wurde
nur fur die Longitudinalaufnahme die untere, fur die Transversdaufnahme die obere Halfte des Spaltes abgeblendet und
H. Wilsar.
1256
der Apparat urn 90" gedreht. Dadurch wurde erreicht, da6
die ruhenden Intensitaten der Linien genau untereinander
lagen und es war ein leichter Vergleich der Linien moglich.
Bei den axialen Aufnahmen wurde der Spektralapparat immer
so unter einem kleinen Neigungswinkel zum Strahl aufgestellt,
daB kein Licht aus dem Entladungsrohr durch die Kathodenbohrung auf den Spalt fallen konnte.
Die Breite des Spaltes betrug in verschiedenen Fallen
0,Ol-0,04 mm.
Der Kollimator des Spektralapparates hatte ein Offnungsverhiiltnis von 1 :3 bei einem Linsendurchmesser von 65 mm,
das Objektiv der Kamera 1 :2,6 bei 75 mm.
Die Lichtstarke des Apparates ermoglichte es schon in
10-15 Miu. gute Dopplereffekte der Wasserstoff-Serienlinien
zu erhalten. Trotzdem waren bei einer Reihe von Versuchen
Expositionen bis zu 20 Stunden erforderlich.
Zu den Aufnahmen wurden S c hl eu s s n e r s Ultra-Rapidplatten benutzt. Entwickelt wurde mit Methol-Hydrochinonmm
45
I
40
35 '
30 '
25
'
20
'
15
entwickler. Die Linien der so erhaltenen Spektralaufnahmen
wurden mit Hilfe des Hartmannschen Mikrophotometers ausgemessen und mit Hilfe der Dispersionskurve des Spektralapparates, die in Fig. 2 im Ma6stabe 1 : 10 reproduziert ist,
identifiziert. Als Ausgangslinie fur die Messungen diente die
Beobachtungen am Dopplerefekt der Kanalstrahlen.
1257
auf vielen Platten vorhandene Hg-Linie l = 4358 A. Wenn
zwischen Gaedepumpe und Beobachtungsraum keine Kuhlung
angebracht war, so stromte eine kleine Menge Hg-Dampf
immer aus der Pumpe zum Kuhlrohr C. Im Beobachtungsraum wurde dieser Hg-Dampf durch den Kanalstrahl zur
Emission seiner Linien angeregt und die starksten Linien
kamen auf diese Weise mit auf die Platte. Die identifizierten
Linien wurden unter dem Mikroskop durch Vergleich der
Longitudinal- und Transversalaufnahmen untersucht, dann mit
dem H a r t m a n nschen Mikrophotometer ausphotometriert und
die Schwkzungen als Kurven iiber A il in mm x loAa aufgetragen. l)
Die Spektra der Kanalstrahlen yon Wasserstoff, Sanerstoff
(Zuordnung der
und Stickstoff.
Spektrallinien an verschiedene Trliger.)
1.
Wasserstoff.
Der Wasserstoff besitzt ein Serienspektrum , welches sich
genau der Balmerschen Formel
fugt.
Die bekannten durch diese Formel definierten Linien
Ha,Hs, . . , gehiiren der ersten Nebenserie an. Eine zweite
Nebenserie ist im Spektrum einiger Himmelskorper gefunden
worden und Rydberga) hat daraus die Hauptserie des Wasserstoffs berechnet. Die erste Linie der Hauptserie il= 4687,88A.
ist auch in Sternen gefunden worden.
AuBerdem hat der Wasserstoff noch das aus vielen scharfen
Linien bestehende Viellinienspektrum.
In den Kanalstrahlen treten die Linien der ersten Nebenserie, die bekanntlich immer einen fur alle Linien gleichsrtigen Dopplereffekt haben , intensiv auf; dagegen ist das
Viellinienspektrum schwach. Um dieses zweite Spektrum auf
den photographischen Platten zu erhalten und auf den Dopplereffekt untersuchen zu konnen, mufiten langere Expositionen
1) NBheres uber die Ausphotometrierung vgl. H. Wilaar, Diss.
p. 12. Wiirzburg 1912.
2) J. R. R y d b e r g , Astrophys. Journ. 6. p. 233-238.
1897.
H. Yilsar.
1258
unternommen werden (longitudinal 5-8 Stunden, transversal
uber 9 Stunden, transversal am Pinsel vor der Kathode ungefahr eine Stunde).
N u n hatte schon J. S t a r k l) am Viellinienspektrum keinen
Dopplereffekt gefunden. Es verhalten sich aber, wie D u f o u r 2,
gezeigt hat, nicht alle Linien des zweiten Wasserstoffspektrums
gleich in bezug auf den Zeemaneffekt: denn wahrend einige
Linien ihn haben, fehlt er den anderen. Es war nun moglich, da6 diese Verschiedenheit sich auch mit Hilfe des Dopplereffektes konstatieren lieB. Deshalb habe ich neben anderen
auch eine Reihe von Linien, die nach D u f o u r den Zeemaneffekt zeigen, genau untersucht, doch konnte ich bei allen
Linien keine Spur eines Dopplereffektes finden: die mit einer
starken Lupe und mit dem Har tmannschen Mikrophotometer
untersuchten longitudinalen und transversalen Aufnahmen des
Viellinienspektrums waren identisch.
Aus diesen Resultaten muS geschlossen werden, dab der
Dopplereffekt und der Zeemaneffekt voneinander unabhangige
Erscheinungen sind.
Als Trager der Serienlinien des Wasserstoffs wird das einfach geladene Atom angenommen, nach W. Wien ist dafur
2= 9650.
m
Ob nun a l s Trager des Viellinienspektrums das Molekul
des Wasserstoffs oder ein anderes Gebilde angenommen werden
muS, kann bis jetzt wohl kaum entschieden werden. Jedenfalls aber ist es sicher, da6 die Trager des Viellinienspektrums
unter den bewegten leuchtenden Teilchen des Kanalstrahles
nicht vorhanden sind und also vom elektrischen Felde (Kathodenfall) wohl nicht beschleunigt werden konnen.
Die Hauptserie des Wasserstoffs ist an irdischen Lichtquellen bis jetzt mit Sicherheit nicht konstatiert worden. Zwar
hat J. S t a r k 7 zuerst auf seinen Wasserstoffaufnahmen eine
Linie gefunden, die er als die erste Linie der Hauptserie
J. S t a r k , Ann. d. Phys. 21. p. 425. 1906.
M.A. Dufour, Sur lee spectres de l'hydrogkne. These Paris 1906;
Ann. de chim. et phys. (8) 9. p. 361-432. 1906.
.
S) J. Stark, Physik. Zeitachr. Nr. 8. p. 249. 1906.
1)
2)
Beobachtungen am BoppleTeffeht der Kanalstrahlen.
1259
il = 4687,88 A. bezeichnete; diese Linie hatte einen Dopplereffekt von ,,derselben A r t und GriiBe, wie die erste Nebenserie". Doch hat S t a r k ' ) selbst spater dieses Resultat als
nicht ganz sicher hingestellt. Dieselbe Linie der Hauptserie
sollen auch L o c k y e r und B a x a n d a l l in einem HeliumGeisslerrohr gesehen haben; doch geben sie 4685,97 A. ale
Wellenlange an. Ich habe auch auf meinen Wasserstoffaufnahmen nach dieser Linie gesucht. Die klirzeren Expositionen haben an der betreffenden Stelle der Platte iiberhaupt nichts gegeben. Bei langen Expositionen ergab sich an
der Stelle eine Gruppe von Linien, die aber bei longitudinalen
und transversalen Aufnahmen das gleiche Verhalten zeigten,
also keinen Dopplereffekt besaEen. Da sich auSerdem diese
Linien mit denen des W a t t s on schen Verzeichnisses des zweiten
Wasserstoffspektrums decken, so ist wohl anzunehmen, daS sie
dem Viellinienspektrum angehiiren.
2. Sauerstoff.
Der Sauerstoff hat ein intensives Funkenlinienspektrum,
welches aus sehr vielen Linien verschiedener Intensitat besteht.
AuBerdem besitzt er ein weniger stark auftretendes Serienspektrum und einige Banden.
Alle drei Arten der Spektra treten auch in den Kanalstrahlen des Sauerstoffs auf; doch ist hier das Serienspektrum
immer recht schwach im Vergleich zu den Funkenlinien.
Wahrend beim Wasserstoff die Serienlinien den Dopplereffekt zeigen und die anderen Linien ihn nicht besitzen, ist
es beim Sauerstoff, wie P a s c h e n 3) gefunden hat, das allem
Anscheine nach keinem Verteiiungsgesetz gehorchende Funkenlinienspektrum, welches im Kanalstrahl den intensiven Dopplereffekt zeigt.
I m Bereich von 5000 bis 3900 A. habe ich das SauerstoffKanalstrahlenspektrum mit meiner Versuchsanordnung untersucht und habe an allen Funkenlinien, die ich als solche
identifizieren konnte, den Dopplereffekt gefunden.
1) J. Stark, Ann. d. Phys. 21. p. 424. 1906.
2) F. Paechen u. C. Runge, Wied. Ann. 61. p. 641. 1897.
3) F. Paechen, Ann. d. Phya. 23. p. 261. 1907; vgl. auch J. Stark,
Ann. d. Phys. 26. p. 806. 1908.
.
1260
$1. Wilsar
Es wurde eine Reihe von entsprechenden Longitudinalund Transversalaufnahmen gemacht, die Lage der ruhenden
Intensitaten, ausgehend von der Hg-Linie il = 4358 A., mit
dem Hartmannphotometer festgestellt, dann die Wellenlangen
nach der Dispersionskurve (Fig. 2) bestimmt, und durch Vergleich mit dem in K a y s e r s Handbuch angefuhrten Verzeichnis
der Sauerstofflinien im Luft- Funkenspektrum (Neovius) die
Linien identifiziert.
Aus Mange1 an Platz mu6 ich hier darauf verzichten, die
vollstandige Tabelle der 62 untersuchten Linien anzufuhren
und mu6 auf meine Dissertation (Wiirzburg 1912, Tab. 111,
p. 19ff.) verweisen.
Alle Linien mit meBbarem I ) Dopplereffekt wurden ausphotometriert und a19 Kurven aufgetragen. Der Vergleich der
Dopplerkurven zeigte , dab alle Funkenlinien des Sanerstoffs
einen Dopplereffekt von gleicher GroBe haben und es ist also
anzunehmen, dab alle diese Linien einen gemeinsamen Trager
besitzen.
Ale Beispiel fur die ausphotometrierten Kurven seien hier
einige Diagramme angefiihrt: die Diagramme Figg. 3, 4 und 5
sind nach Platte @ gezeichnet.
Daten:
Fiillung: Bombensauerstoff.
Spannung: 5 rnm Funkenstrecke. Induktor.
Spalt: 0,01 mm.
a) Longitudinal: Aufstellung des Spektralapparates: unter
5 O Neigung eur Strahlachse.
Exposition: 2 Stunden.
b) Transversal: Aufstellung des Apparates: unter 90° zum
Strahl im Beobachtongsrohr.
Exposition: 5'/, Stunden.
Die ausgezogenen Kurven gehoren der Longitudinal-, die
punktierten der Transversalaufnahme an.
Die oben zitierte Tab. I11 der Dissertation zeigt, da6
einige von Neovius im Luftfunken beobachtete und dem
1) An einigen Qruppen, bei denen die Linien nahe beieinander
liegen, konnte der Effekt zwar konstatiert, nicht aber gemessen werden,
da die bewegte Intensitat einer Linie in die ruhende Intensittit der benachbarten fiel.
Beobachtungen am Dopplereffeht der Kanalstrahlen.
1261
Sauerstoff zugeordnete Linien von starker Intensitat in den
Sauerstoff kanalstrahlen giinzlich fehlen ; besonders auffallend
Fig. 5.
ist die Gruppe der Linien zwischen 4145 b. und 4105,2 A. Es
ist moglich, daB diese Linien einen anderen Triiger besitzen
oder iiberhaupt nicht zum Sauerstoff gehoren.
H. Tilsar.
1262
Die am Schlusse beigefugte Taf. IX zeigt eine stark vergro6erte Longitudinal- und Transversalaiifnahme des Spektrums
der Sauerstoffkanalstrahlen.
D e r D o p p l e r e f f e k t b e i d e n S e r i e n l i n i e n d e s Sauerstoffs.
P a s c h e n und Rungel)
spektrum aus einer Tripletje zwei Nebenserien besteht.
I. Die starksten Linien
I = 7770 8.
'*
2.
{
{
l-
{
2*
der Triplet-Hauptserie sind :
und I = 3947 A.
Erste (sttirkere) Triplet-Nebenserie:
6158,415
4773,94
7'
6156,993
4. 4773,07
6156,198
14772,72
5330,835
4655,54
5. 4654,74
5329,774
5329,162
4654,41
4968,94
6*
doppelt
4968,04
4967,58
Zweite (schwachere) Triplet-Nebenserie :
6456,287
5020,31
6454,756
5'
3*
6453,900
5437,041
4803,18
"
5435,968
4. 4802,38
5435,371
4801,98
1
3.
haben gefunden, daS das Serienund einer Duplet-Hauptserie mit
{
~ ~ ~ :
doppelt
{
[~
~ ; l ~ ~ ~
{ ;,";;;;;
{
{
::;::::
{
doppelt
doppelt
11. Zur Duplet-Hauptserie gehoren die Linien:
I = 4368,466 A und I = 3692,586 A.
Erste (sttirkere) DupletNebenserie :
7254,32 8.
6046,56 ,,
5555,16 ,,
5299,17 ,,
5146,23 ,,
5047,88 ,,
4979,73 ,,
Zweite (schwachere) DupletNebenserie:
7002,48 1.
5958,75 ,,
5512,92 ,,
5275,26 ,,
5130,70 ,,
5037,34 ,,
4973,05 ,,
1) F.P a s c h e n u. C. R u n g e , Wied. Ann. 61. p. 641. 1897.
Beobachtitngen am DopplereffeRt deer Kanalstrahlen. 1263
Bei allen Serienlinien hat P a s c h e n l) keine Spur eines
Dopplereffektes gefunden (besonders genau wurden die intensiven im Grun liegenden Linien untersucht). Dagegen hat
J. S t a r k z ) an einigen der oben aufgeziihlten Linien den Effekt
gefunden. Ich habe die Serienlinien auf einer Reihe von Auf.
nahmen untersucht. Hier seien die Versuchsbedingungen fiir
die Aufnahmen @ und @ angefuhrt:
Das Entladungsrohr hatte die auf p. 1255 angegebene Form
und GrOBe. Fullung: Bombensauerstoff. Der Spalt des Spektralapparates hatte 0,Ol mm Breite. Die Spannung: 3-4 mm
Funkenstrecke (Induktorium).
a) Longitudinalaufnahme:
Druck im Beobachtungsraum: 0,011 mm Hg;
Expositionszeit: 12 Stunden;
Platte : Schleussner U. R.
b) Transversalaufnahme (Pineel vor der Kathode):
Druck im Beobachtungsraum: 0,011 mm Hg;
Expositionszeit: 12 Stunden.
Platte: Schleussner U. R.
Bei diesen Versuchen habe ich folgende Serienlinien auf
den Platten erhalten:
I. Triplet:
Hauptaerie:
Erste Nebenserie:
Zweite Nebenserie:
3947,OO
4968,94
4773,94
4677,84
4523,70
8.
4673,88
4590,07
,,
,,
,,
,,
,,
(5020,31 A.
4803,81 ,,
I
,,
11. Von der Dupletserie war auf den Platten nur die Linie
A. vorhanden. Die Linien der Nebenserie fehlten,
weil sie in dem Bereich liegen, in dem die Sch1eussner-U.R.Platte schon wenig empfindlich ist.
il = 4368,5
1) F. P a s c h e n , Ann. d. Pbys. 33. p. 261. 1907.
2) J. S t a r k , Ann. d. Phys. 26. p. 806. 1908.
I% TViLsar.
1264
Die Schwarzung der erhaltenen Serienlinien war bei 12 8 t h digcr Exposition ungefahr ebenso stark, wie die der Funkenlinien bei einstiindiger Exposition (dabei zeigten die meisten
Funkenlinien schon intensiven Dopplereffekt). Die Funkenlinien und ihre Effekte waren auf den Platten sehr stark iiberexponiert und storten dadurch bei einigen Serienlinien die
Untersuchung des Effektes. Zur Untereuchung durch Vergleich
der Longitudinal- und Transversalaufnahmen am geeignetsten
waren die Linien:
4968,94
4773,94
a.
1)
4577,84
4523,70
A.
,,
I
5020,31
4803,18
1.
,,
Keine von diesen Linien zeigte eine Spur eines Effektes.
Die Linien 4673,88 d. und 4590,07 8. eigneten sich nicht
zum Beobachten des Dopplereffektes, weil sie in die bewegte
Intensitat der Funkenlinien 4676,5 8. und 4691,l A. fielen.
Die Hauptserienlinie 4368,8 A,, die recht intensiv ist und
bei der J. S t a r k den Dopplereffekt beobachtet hat, ist recht
schwer zu untersuchen, da gleich neben dieser Linie eine
Funkenlinie mit starkem Dopplereffekt liegt. Bei kurzen Expositionen ist der Zwischenraum dieser beiden Linien sowohl
bei Longitudinal- als auch bei Transversalaufnahmen hell. Bei
langen Expositionen ist der Zwischenraum auf beiden Aufnahmen wegen Uberexposition der Funkenlinie verdunkelt.
Die einzige Serienlinie, bei der ich eine nach Violett zu
verlaufende SchwHrzung, die als Dopplereffekt gedeutet werden
konnte, gefunden habe, ist die Hauptserienlinie l) 3947 8. Doch
kann auch hier nicht mit Sicherheit geschlossen werden, daB
man es mit einem Dopplereffekt zu tun hat, da auch nach
Rot zu von der Linie eine verwaschene Schwarzung zu sehen
ist. Es kann also der ganze Effekt von einer iiberlagerten
Verunreinigungsbande stammen.
Aus diesen Resultaten dihfte man mit P a s c h e n schlieBen,
dab die Serienlinien des Sauerstoffs keinen Dopplereffekt haben.
Da aber J. S t a r k , der mit gr6Berer Dispersion, als die mir
zur Verfiigung stehende, gearbeitet, den Effekt bei mehreren
Serienlinien beobachtet hat, so mufl man annehmen, daB die
~~~~
1) An dieser Linie ha1 auch J. S t a r k den Dopplereffekt beobachtet.
Beobachtungen am Dopplereffekt deer h-analstrahlen.
1265
bewegten Intensitaten der Serienlinien sehr gering sind im
Vergleich zu ihren ruhenden Intensitaten. Die Zahl der bewegten Serientrager im Kanalstrahl ist also sehr gering im
Vergleich zur Zahl der ruhenden Serientrager. Demnach
spielen im leuchtenden Kanalstrahl die Trager der Funkenlinien als bewegte Lichtquellen bei weitem die Hsuptrolle.
Das Verhalten des Sauerstoffkanalstrahles ist also jedenfalls
ganz verschieden vom Verhalten eines Wasserstoffkanalstrahles,
bei dem nur die Trager der Serienlinien als bewegte Lichtquellen in Betracht kommen.
Banden.
Die in den Sauerstoff kanalstrahlen vorkommenden Banden
des negativen Poles, die im Rot, Gelb und Griin liegen, konnten
nur visuell untersucht werden, da sie auf den benutzten Platten
Schleussner U. R., Wrlttten und Wainwright, Perorto, Viridin)
auch bei langeren Expositionen nicht erhalten werden konnten.
Die Beobachtung mit einem kleinen lichtstarken Handspektroskop B vision directe zeigte, daB diese Banden im Kanalstrahl
hinter der Kathode (im kriiftefreien Raum) vorhanden sind; im
Kanalstrahlenpinsel, der sich vor der Kathode im Feldc befind&, sind sie dagegen nicht zu bemerken. Die Trager dieser
Sauerstoffbanden konnen also in einem starken elektrischen
Felde wohl nicht bestehen. l)
3. Stickatoff.
Das Spektrum des Stickstoffs besteht aus einem Linienspektrum und zahlreichen Banden. Beide Arten der Spektra
treten auch im Kanalstrahl des Sticketoffs auf, doch sind unter
den Banden nur die des negativen Poles enthalten.
D a s Bandenspektrum.
Diese Banden haben einen recht intensiven Kopf und
eine nach Violett zu verlaufende Kannelierung. Wahrend die
Abstande zwischen j e zwei benachbarten Riefen in jeder Bande
von gro6en zu den kleinen Wellenliingen wachsen, nimmt die
1) ober dieses Verhalten der Sauerstoffbanden sollen demnlchst
noch eingehende Versuche angestellt werden.
Annalen der Physik. IV. Folge. 39.
80
H. Wilsar.
1266
Intensitat der Kannelierung in derselben Richtung ab. I m
Bereich der Schleussner-U. R.-Platte wurden folgende Banden
gefunden und nach einem in K a y s e r s Handbuch der Spektroskopie l) angegebenen Verzeichnis identifiziert ; die Angaben
gelten fur den Kopf jeder Bande:
fi::::3 t*
}
,,
nach Haaselberg’)
I. stlirkste Bande
3914,4
4555’2
4175,O
) 11. nach ThalBn‘)
:; ] 111. nach ThalBn
’’,, } IV. nach Thalhn
4516,5
,,
4653,5
4239,O
,,
Dedandres ’)
”
,,
V. nach ThalBn.
Diese fUnf Bandengruppen sind mit den D e s 1a n d r e s schen negativen Bandengruppen I-V identisch. l)
Alle diese Banden zeigen keinen Unterschied bei longitudinalen und transversalen Aufnahmen des Kanalstrahles, besitzen also keinen Dopplereffekt (auch schon von H e r m a n n q
konstatiert).
Auf Taf. X ist ein Teil des StickstoffkanalstrahlenSpektrums vergroSert nach Platte @ wiedergegeben. An der
Bande I (4278 A.) sieht man, daS sowohl der Kopf als auch
die Riefen der Kannelierung, longitudinal und transversal aufgenommen, zusammenfallen. (Die Mitte des Bildes ist eine
h e r l a p p u n g der Longitudinal- und Transversalaufnahme.)?
1) K s y s e r s Handbuch der Spektroskopie 6. p. 834, 835.
2) W. H e r m a n n , Physik. Zeibchr. 7. p. 567. 1906.
3) Neuerdings glaubt G o r d o n S. F u l c h e r (Astrophys. Journ. 38.
No.2. March 1912) den Dopplereffekt am Kopf und an den Rannelieren
der Bande 4278,OA. gefunden zu haben. Dieser Effekt sol1 nur bei
Spannungen nnter 5000 Volt gut zu bemerken sein. Meine oben angefuhrten Versuche in reinem Stickstoff waren bei hiiheren Spannungen
gemacht. Nach Erscheinen der Fulcherschen Arbeit habe ich mit
meiner Anordnung noch einige Versuche sowohl in reinem Stickstoff als
auch in einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff bei Spannungen
unter 5000 Volt gemacht, - habe dabei aber dasselbe Bild der Bande
4278,O 8. erhalten, wie bei hiiheren Spannungen: die Longitudiaalaufnshmen zeigten keine bewegte Intensitiit.
Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1267
Die Trager dieser Banden werden also vom elektrischen
Felde des Kathodenfalles wohl nicht beschleunigt und sind
deshalb unter den bewegten leuchtenden Teilchen des Kanalstrahles nicht vertreten. Ein prinzipieller Unterschied muB
aber zwischen dem Zustand dieser Trager und dem der Trager
der oben erwahnten Sauerstoff banden bestehen, da die Sauerstoffbanden im Kanalstrahlenpinsel vor der Kathode nicht vorhanden sind, wiihrend die Stickstoff banden im Pineel im elektrischen Felde ebenso stark auftreten wie im Strahl hinter der
Kathode.
D as L i n iene p e k t ru m.
Der Stickstoff ist auf Serienlinien noch nicht geniigend
untersucht worden : bis jetzt sind keine Serienlinien bekannt.
Das Linienspektrum besteht aus einer groBen Zahl von verschieden aussehenden Linien, die uber das ganze Spektrum
zerstreut sind.
Von den im Kanalstrahl auftretenden Stickstoff linien zeigen
die einen den Dopplereffekt, wahrend die anderen ihn nicht
besitzen.
E e r m a n n l ) sortiert die Linien ihrem au6eren Aussehen
nach in Gruppen:
D
C
5005,7 8.
{5002,7 l l
4643,4 l l
4630,9 ,,
4622,O ,,
4614,2 ,,
4607,2 ,,
4601,3 ,,
3995,3
4447,3 8.
3956,l ,,
F
E
4530,3
4432,O
4041,4
4035,2
,,
,,
,,
5565,O %.
4150,5 ,,
4110,O ,,
4100,O
,,
,)
Bei allen Linien der Gruppen C, A’und P findet H e r m a n n
einen Dopplereffekt; die Linien der Gruppen D sollen keinen
haben.
~
1) W. H e r m s n n , Phyaik. Zeibchr. 7. p. 568. 1906.
80
V.Wilsur.
1268
Sicheren me6baren Dopplereffekt konnte ich bei folgenden
Linien finden :
1 43f3:: f . I
5005,7 8.
5002,7 ,,
Die Linien
wohl auch einen
scheint nicht so
Gar keinen
4530,3 8.
3995,2 ,,
der Gruppe P 4110,O und 4100,O A. haben
Effekt, er ist aber kaum genau me6bar und
groS zu sein wie bei den anderen Linien.
Effekt konnte ich bei den Linien:
4622,O 8., 4614,2 1. und 4607,O
8.
der Hermannschen Gruppe C finden.
Die Linie 4601,3 A. liillt in einen Bandenkopf und ist
deshalb einer Untersuchung unzuganglich (vgl. Taf. X). Ob
die Linien 4041,4 A. und 4035,2 A. einen Dopplereffekt haben,
mu6 als unsicher bezeichnet werden.
In den Figg. 6 , 7, 8 , 9 und 10 sind die Stickstofflinien
mit Dopplereffekt nach Longitudinalaufnahmen (Platte @) in
der ublichen Weise als Kurven aufgetragen.
37
3h
35
34
33
32
31
3c
29
28
2;
4
8 12 16 20 24 dR 3 2 36 40
mm.
f@
Stickstoff.
I, = 5002,7 8.
I, = 5005,7
Longitudinal.
Fig. 6.
A.
I n Fig. 6 ist der Dopplereffekt von A, = 5006,7 A. nicht
me6bar, weil die bewegte Intensitat in die ruhende 1ntensit.at
der Linie 2, = 5002,7 8. fallt.
In Fig. 8 ist punktiert auch das Diagramm der Transversalaufnahme eingezeichnet. Die Linie
= 4622,O .&.hat keinen
Dopplereffekt.
Beobachtungen am Doppheffeht der Kanalstrahlen.
46
1269
.
39.
32.
31 '
30 .
;
+/I
\
b'
2 9 . -1
29
4 8 12
Ib
--.
20 24 28 32 16
Stickstoff, Platte
8
.
.
. .
I2 I6 20 24 28 32 36 40 44
mm x f ~ : '
@
Stickstoff, Platte @
1, = 4630,9 1.
I, = 4622,O hi.
-x--x-xlongitudinal.
-0- -0- -0- transversal.
Fig. 8.
I = 4643,4 1.
Longitudinal.
Fig. 7.
b
Stickstoff nach Platte
I
0 4
mmria-*
@)
4
8 12 16 20
28 32 36 40 44 G ~ , . z
Stickstoff nach Platte
I = 4530,3 hi.
I = 3995,2 8.
Longitudinal.
Fig. 9.
Longitudinal.
Fig. 10.
@
H. Wilsar.
1270
In Tab. I sind fur die Stickstofflinien die auf gleiche
Dispersion und gleiche Wellenlange reduzierten Dopplereffekte
berechnet :
AImitt, ist die Entfernung von der Mitte der ruhenden IntensitM
bis zur Maximalschwarzung der bewegten Intensitat.
A?.,,,, der maximale Dopplereffekt von der Mitte der ruhenden
Intensitat gemessen.
T a b e l l e I.
5002,9
4643,4
4630,9
4530,3
3995,2
101
12
12
13
16
1
I
20
25
271
28,5
39
I
5790
39+3
~
39,O
37,O
17,O
I
22,8
21,4
22,8
23,2
11,40
10,35
10,14
10,60
6,90
I
16,8
Beobachtungen am Bopplereffekt der Kanalstrahlen.
1271
Danach mu6 sich also die Geschwindigkeit der Kanalstrahlenteilchen u proportional mit der Quadratwurzel aus der
angelegten Spannung
andern.
Nach magnetischen Ablenkungsversuchen von W. W i e n l),
die bei verschiedenen Spannungen in verschiedenen Qasen ausgefiirt worden sind, hat sich erwiesen, daB
(2)
b=
ist.
Dabei bedeutet:
i:.v v .
yn
~
8
= const.
V die angelegte Spannung,
8 die Feldstlrke des Magnetfeldes,
yn die Ablenkung dee Strahles vom neutrslen Fleck.
AuSerdem wurde fiir (2) angenommen, dab
p
;
fiir wasserstoff = 0,0101 ,
,,
,,
Sauerstoff
= 0,0407,
,,
,,
Stickstoff
= 0,0381,
d. h. e8 sind die Trlger der kinetischen Energie in jedem der
Gase Atome mit einer Elementarladung.
Nach der Ablenkungsformel
(3)
ym = mv
L A
ist die magnetische Ablenkung umgekehrt proportional der
Geschwindigkeit. Aus (2) ist, wenn b = const.,
(4)
=-.
1
Ym
fl,
wo L und N Proportionalitatsfaktoren sind.
Es mull also
(6)
u proportional v7sein.
Da nach W. W i e n s Versuchen b in (2) auch bei den
hachaten Spannungen (bis 60000 Volt) bei Wasserstoff, Sauer1) W. W i e n, Ann. d. Phys. 33. p. 922. 1910.
1272
H. Wilsar.
stoff und Stickstoff immer nahezu konatant geblieben ist, so
muS man annehmen, da6 die Geschwindigkeit der fliegenden
Teilchen immer stetig mit
zunimmt.
Es war nun zu erwarten, da6 die Messungen der maximalen Ail im Dopplereffekt auch eine Proportionalitiit zwischen
1 / T u n d Ail,,,,,, ergeben wurden, da:
Um die Anderung des AA,,,.
als Funktion der Rohrenspannung zu bestimmen, wurden an der auf p. 1255 skizzierten
Anordnung Dopplereffektaufnahmen zuerst an Wasserstoff kanalstrahlen gemacht , und zwar bei verschiedenen Spannungen
von 800 Volt bis 40000 Volt. Als Stromquelle diente bei Spannungen unter 4000 Volt eine Hochspannungsdynamomaschine
(Gleichstrom), bei hoheren Spannungen eine vielplattige Influenzmaschine. Das Entladungsrohr hatte die gewohnliche
auf p. 1255 skizzierte Form und auch die dort angegebenen
Dimensionen; nur bestand hier die Kathode aus einer 5 mm
dicken Aluminiumplatte mit einer 4 mm-Bohrung. Zwischen
Gaedepumpe und Beobachtungsrohr war eine KohlensaureAceton-Kiihlung vorgesehen, damit kein Hg-Dampf aua der
Gaedepumpe ins Beobachtungsrohr gelangen konnte.
Der durchstromende Wasserstoff war elektrolytisch aus
verdunnter Phosphorsaure hergestellt. Die Expositionen betrugen 12-30 Minuten.
Auf den erhaltenen Aufnahmen wurden die ruhende und
bewegte Intensitat der H,,-Linie ausphotometriert und als
Kurven gezeichnet. Aus diesen Kurven wurde Ail,,,., der
Abstand von der Mitte der ruhenden Intensitat, bis zum Ende
des Dopplereffektes ausgemessen ; ebenso auch A A,itt., d. i. die
Entfernung von der ruhenden Intensitat bis zum Maximum
der Schwarzung.
AAmax.und A ;Imitt. wurden nach der Dispersionskurve des
Spektralapparates in hgstromeinheiten umgerechnet und uber
den mit dem Elektrometer gemessenen Spannungen als Kurven
aufgetragen (Tab. I1 und Fig. 11).
Beobachtungen a m Dopplereffekt der h7analstrafilen, 1273
T a b e l l e 11.
Spannungen
in Volt
800
1000
1250
1400
1600
2000
2500
4600
6200
8200
10200
12600
15000
5,l mm = 17600
8,0 mm = 26000
AL x .
in R.
A Litt.
in R.
5,30
6,44
6,70
7,OO
7,40
8,40
8,70
10,20
12,60
13,42
13,56
13,56
13,70
13,70
13,70
1,96
2,24
2,52
2,80
2,94
3,OS
3,22
3,36
3,92
4,07
4,20
4,76
4,90
5,04
5,04
0
2
4
6
A
x 104
12,02
14,82
16,43
16,12
17,05
18,92
20,02
23,51
28,40
30,9 1
31,30
31 ,SO
31,60
31,60
31,60
------.
-*-.*
3
A ~max:
-----3
8 i n 12 14 I6 1R 20 22 24 2 6 28 30 32 34 36 38 4U 42 ~ 7 4 9 ~ V d f
.
. -
Die h d e r u n g dee Dopplereffektes bei steigender Rtihrenspannung.
I ~assersto~
H,-Linie:
Die Kurven I, 11, 111 gelten fur A Amax.
I1 Stickstoff: 1. = 4530,3 A.
111 Sauerstoff 1 = 4691,l 1.
Die entsprechenden Kurven 1,2,3 gelten fur die Maximalschwsjzung: AImitt.
Fig. 11.
H. Wilsar.
1274
Die Kurve I der Fig. 11 zeigt, da8 der maximale Dopplereffekt zuerst mit der Spannung wachst; dann (bei 8000 Volt
ungefahr) bildet die Kurve ein Knie und bei weiterem Vergro8ern der Spannung bleibt der Maximaleffekt konstant.’)
Auch das Maximum der Schwarzung riickt nach einer
bestimmten Spannung nicht mehr weiter fort, doch liegt die
Spannung, bei der Ailmitt. konstant wird, hoher: bei ca.
17 000 Volt.
Auch fur Sauerstoff und Stickstoff wurden Ailmm. und
A l m i t t . bei verschiedenen Spannungen bestimmt. Nur diente hier
als Stromquelle ein Induktorium ; die Spannungen wurden mittels
einer Funkenstrecke bestimmt und dann auf Volt umgerechnet.
Die Tab. I11 gilt fur die Sauerstofflinie il= 4591,l A. Die
Tab. I V gilt fur die Stickstofflinie I = 4530,3A.
T s b e l l e 111.
Sauerstoff: I = 4591,l A.
in mm
Fnnkenetrecke
12900
14500
26000
ll,o
15,O
1 :zi
1
A Irnitt.
in A.
AAmm.
2,82
4,50
5,25
5,55
5,63
14,30
18,83
20,64
22,22
22,22
9,38
10,05
10,05
A
x 104
~
T a b e l l e IV.
Stickstoff: I = 4530,3 A.
Spannung
in mm
Fnnkenetrecke
490
790
ll,o
13,o
15,5
Spannung
in Volt
A LmU,
in
A.
A Amitt.
in 1.
AAmax.
1
x 104
~-~
14500
23200
32000
9,00
10,05
11,15
4,68
5,40
5,701
5,76
0,11
19,87
22,02
24,60
25,40
25,40
1) Auch J. Stark hat gefunden, daB der maximale Dopplereffekt
der Waaaeratoffkanalstrablen bei 8000 Volt kaum merkbar weiterriickt
(Physik. Zeitechr. 11. p. 178. 1910).
Beobachtungen am Bopplereffekt der Kanalstrahlen.
1275
Die nach Tabb. 111 und IV in Fig. 11 gezeichneten
Kurven I11 und I1 zeigen ein ahnliches Verhalten wie die
Kurve I fur Wasserstoff; nur wird hier der maximale Dopplereffekt bei einer hbheren Spannung konstant: bei 32000 bzw.
36000 Volt.
F a r Ahitt. ist sowohl fur Sauerstoff als auch fur Stickstoff
bei 42000 Volt der konstante Wert noch nicht erreicht (Kurve 3
und 2), was nach Analogie mit der Wasserstoffkurve vorauszusehen war.
Jede der drei Kurven I, 11, I11 hat in ihrem Verlauf
zwei recht stark gekrummte Knie (oder Knicke!) und weicht
in ihrem Verhalten durchaus ab von einer Kurve, die sich
bei Proportionalitat von A Amax. und
ergeben wtirde. Bei
den den Krummungsstellen entsprechenden Qeschwindigkeiten
mu6 wohl mit den Tragern der betreffenden Spektrallinien ein
besonderer Proze6 vor sich gehen. Eine genugende, eindeutige
Erkliirung far diese Vorgilnge in den !Cragern kann ich jetzt
noch nicht geben. Jedenfalls scheint es, da6 in Kanalstrahlen
bei meinen normalen Bedingungen die Trager der Wasserstoffserienlinien keine groBeren Geschwindigkeiten als die, welche
einer Spannung von 8000-9000 Volt entsprechen, erreichen
kiinnen. Analog verhalten sich Sauerstoff und Stickstoff, nur
daB hier die Geschwindigkeiten geringer als bei Wasserstoff
sind. Bei groBeren, als diese Qrenzgeschwindigkeiten, konnen
also die Lichttriige? als solche nicht mehr wahrgenommen
werden. Ob sie nun bei diesen Grenzwerten zerfallen, oder
ob die sehr schnell bewegten Teilchen nicht mehr selbst
zum Leuchten angeregt werden konnen , wahrend sie das
ruhende Qas noch anregen, muB jetzt noch dahingestellt
bleiben. l) Jedenfalls scheinen die bewegten Lenchtquellen
nicht identisch zu sein mit den Teilchen im nichtleuchtenden Strahl, die nach den Ablenkungsversuchen auch bei
sehr hohen Spannungen ihre Geschwindigkeit proportional
andern.
1) Dariiber vgl. auch L. V e g a r d , Ann. d. Phys. 39. p. 153.
1912.
I% TYilsar.
1276
Die GriiBe des Dopplereffektes bei Wasserstoff-, Sauerstoff- und
StickstoRkanalstrahlen und die Zahl der Elementarladungen,
die den Trfgern anhaften.
Da
ist und
d. h. bei gleicher Spannung 7 mu6 das Verhaltnis des maximalen Dopplereffektes zu der Wellenlange seiner ruhenden
Intensitat der Quadratwurzel aus elm proportional sein. Wenn
nun, was ja aus den Ablenkungsversuchen von W. Wien')
folgt, immer das einfach geladene Atom ah Trager in den
Wasseretoff-, Sauerstoff- und Stickstoff kanalstrahlen angenommen
wird, so muB bei gleichen Bedingungen
A'mar.
fur Sauerstoff =
1 AImax.
fiir Wasserstoff
1
sein und
A 'mar.
I,
fur Stickstoff =
1
AImax.
)/la
1
fur Wasserstoff sein.
I m Bereich der ausgefuhrten Beobachtungen (von 13000
bia 40 000 Volt) haben alle mit Dopplereffekt behafteten Linien
des Sauerstoffs8) und Stickstoffs (auBer I = 3995,2 A.) einen
vie1 gro6eren Maximaleffekt gezeigt als zu erwarten war.
Wenn nun alle Bedingungen bei Erzeugung und Beobachtung der Kanalstrahlen der drei Gase identisch gewesen
sind, so muB man als Erklarung fur den zu groB ausfallenden
Dopplereffekt des Sauerstoffs und Stickstoffs annehmen, da6
das elm hier nicht einem Atom mit einer Elementarladung
entspricht, sondern groBer ist. Will man nun keine Bruchteile eines Atoms zulassen, so mu6 man hier die Existenz
von vielfach geladenen Atomen annehmen.
1) W. W i e n , Ann. d. Phys. 33. p. 922. 1910.
2) Vgl. aucli J. S t a r k , Ann. d. Phys. 26. p. 815, 816. 1908.
Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1277
Gegen diese SchluSfolgerung kann der Einwand erhoben
werden, daS
1. ein Vergleich der Effekte bei gleichen Entladungspannungen in verschiedenen Gasen kaum moglich ist, d a die Verteilung der Spaunungen bei Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff nicht identisch zu sein braucht : bei verschiedenen Gasen
kijnnen ganz verschiedene Bruchteile der Spannung fur die
Beschleunigung der positiven Teilchen in Betracht kommen ;
2. die Versuche mit den drei Gasen nicht alle mit demselben Rohr gemacht worden sind;
3. wahrend die Wasserstoffkanalstrahlen mit Gleichstrom
erzeugt wurden, fur die Sauerstoff- und Stickstoffstrahlen ein
Induktorium als Stromquelle benutzt wurde.
Doch kommt W. Wien’) auf Grund seiner Beobachtungen
an Strahlen verschiedener Gase zu dem Resultat, daS die Entladungsvorghge bei verschiedenen Gasen ganz analog verlaufen und in derselben Rohre auch immer derselbe Teil der
Entladungsspannung zur Beschleunigung benutzt wird.
Es ist zwar nicht bei allen Versuchen dieselbe Rohre benutzt worden, wohl aber immer Rohren von demselben Typus
und denselben Dimensionen.
Endlich sind Wasserstoffversuche mit Gleichstrom und
mit dem Induktorium als Stromquelle gemacht worden und
haben bei entsprechend gleichen Spannungen gleichgroSe Effekte
gegeben.
Demnach sind die Dopplereffekte in verschiedenen Gasen
bei gleicher Spannung doch vergleichbar.
In Fig. 12 sind die GroSen AAmax./ A fur Wasserstoff,
Sauerstoff und Stickstoff uber den Spannungen nach Tabb. 11,
I11 und I V als Eurven aufgetragen. Eine genaue quantitative
Berechnung der GriiSe der Ladung eines Tragers der Sauerstoff- oder Stickstoff kanalstrahlen gestatten die Kurven der
Fig. 12 nicht; denn bei den Spannungen, bei welchen der
Effekt im Sauerstoff und Stickstoff gemessen worden ist, ist
der Maximaleffekt des Wasserstoffs schon konstant.
Es ist aber noch eine andere Moglichkeit vorhanden, einen
SchluS auf die GrBSe der Ladung der Lichttrager im Ea1)
W.W i e n , Ann. d. Phys. 33. p. 922.
1911.
€I. Wilsar.
1278
thodenfall zu ziehen. Diese Moglichkeit besteht darin, da6
man aus dem maximalen Dopplereffekt die wirksame Spannung im Kathodenfall berechnen und sie mit der zugehorigen
Rohrenspannung vergleichen kann. Die berechnete Spannung
muS unbedingt kleiner sein als die angelegte Entladungsspannung.
DSauermn
Fig. 12.
Es ist
2)
= c - .A Imax.
__
1
und
V2
y=
2
L
m
daraus folgt fur die beschleunigende Spannung im Kathodenfall :
(4)
y=
C'
- ( A Imax.)'
; 10-evo1t.
~-
19.2
I n diesem Ausdruck ist fur eine bestimmte Spektrallinie
alles konstant bis auf AIZma,. Wenn wir nun bei einer Serienh i e des Wasierstofiv z. B. HY den maximalen Dopplereffekt
bei verschiedeneu Spannungen messen und daraus nach (4)
die fur die Erzeugung dieses Effektes notwendigen Spannungen
Beobachtungen urn Dopplereffekt dcer Kannlstrahlen.
1279
berechnen, so erhalten wir im Bereiche von 1000-40000 Volt
immer Werte, die kleiner sind als die gemessenenen Entladunysspannungen. Dabei ist angenommen, daB fur Wasserstoff
m
= 9650
ist. I n der Tab. V ist die Berechnung der Spannungen durchgefiihrt.
F u r Wasserstoff ist:
P = 4,64 Alrnax lo8 Volt.
(+)
(5)
-
F u r kleine Werte der Spannung ist das Verhaltnis der
wirksamen Spannung zur gesamten Entladungsspannung nahezu
= 1; mit steigender Spannung wird das Verhaltnis immer
kleiner, weil die Kurve I (Fig. 12) bei wachsender Spannung
immer mehr von der Kwve abweicht, die man erhalten wiirde,
wenn die Geschwindigkeiten der Serientrager sich mit der
Quadratwurzel aus der angelegten Rahrenspannung andern
wiirden.
T a b e l l e V.
Entladungsepannung
mit Elektrometer
gemeesen in Volt
AImar.
1
x 104
Berechnete
Spannung
in Volt
- .~
.
-
14,3
18,4
23,5
27,8
1000
2000
4000
6000
8000
12000
16000
20000
25000
30,6
S1,3
81,5
31,6
31,6
963
1575
2560
3580
4370
4550
4600
4650
4650
Fiir Sauerstoff ist
(6)
wenn
-5
= 9650: 16 = 603,l
T n
angenommen wird, d. h. wenn die Trager der Funkenlinien
Atome mit einer Elementarladung sind.
Unter Zugrundelegen dieser Annahme sind die Werte der
Spamung in Tab. V I nach Formel (6) berechnet :
H. WZsar.
1280
-
Entladunpspannung
rnit Funkenstrecke
gemeseen und auf
Volt urngercchnet
~
~~
~
A Amax.
A
Aus dem max.
Dopplereffekt
ber. Spannung
in Volt
lo'
-___
13000
15000
18000
20000
25000
30000
35000
40000
17420
26400
28000
29100
31940
34900
36000
36000
15,30
18,tlO
19,40
19,80
20,70
21,65
22,oo
22,oo
Der Vergleich der Kolumne 1 und 3 der Tabell zeigt,
da6 die berechneten Spannungen bis 40000 Volt alle grSSer
ausfallen als die gemessenen RShrenspannungen.
Fur die Trager der Serienlinien im Wasserstoff kanalstrahl sind wir, wie aus Tab. V zu ersehen war, mit der Annahme eines Atoms mit einer Elementarladung ausgekommen,
- ftir die Funkenlinien des Sauerstoffs kommen wir rnit dieser
Annahme nicht aus urid miissen uns entschlieBen, ale Trager
Atome mit mehreren Ladungen anzunehmen.
I n der Tab. VII sind die Spannungen aus dem maximalen
Dopplereffekt bei Annahme von einem Atom rnit einer, t w e i
drei und vier Elementarladungen als Trager berechnet.
T a b e l l e VII.
Oemeeeene
Entladungsspannung
in Volt
Aus dem Maximaleffekt berechnete Spannungen in Volt
bei Annahme fir:
6
-=-
m
9650
16
__.__
13000
16000
18000
20000
25000
30000
35000
40000
17420
26400
28000
29100
31940
34900
36000
36000
e
Tn
-=
2.- 9650
16
-e -- 3.- 9650
e - 4.- 9650
m
16
5607
8800
9333
9700
10647
11633
12000
12000
4365
6600
7000
7275
7985
8725
9000
9000
m
16
_______~
~~
8710
13200
14000
14550
15970
17450
18000
18000
Beobachtunyen am Uopplereffekt der Kanalstralrlen.
1281
Bei Annahme eines Atoms rnit zwei Elementarladungen
erhalten wir schon Spannungen, die kleiner sind als die gemessenen Entladungsspannungen. Aber der Vergleich der
Tab. VII mit der analogen Tab. V fur Wasserstoff zeigt, da6
vielleicht die Annahme eines Atoms rnit drei Ladungen fur
die Funkenlinien des Sauerstoffs berechtigter ist. l)
Fur Stickstoff ist
7 =4,64.14. AIuax.
--I--) a 10*Volt,
(
wenn
- = - -9650 - 689,3,
14
Tn
d. h. wenn ein Atom mit einer Ladung als Trager der Linien
des Stickstoffs angenommen wird , die den groBeren Dopplereffekt gezeigt haben. Dam gehoren (nach p. 1268) die Linien:
5005,7; 5002,7 ; 4643,4; 4630,9; 4530,3 A.
Die erste Kolumne der Tab. VIII verglichen mit der. dritten
Kolumne zeigt wieder, da6 wir mit einer Ladung fiir die
Trager der angefuhrten Linien des Stickstoff8 nicht auskommen.
In den anderen Vertikalreihen der Tabelle sind wieder bei
Annahme eines Stickstoffatoms rnit zurei, drei und vier Elementarladungen als Trager die berechneten Spannungen angefuhrt.
T a b e l l e VIII.
d 1m&.
1
x 104
A w dem Maximdeffekt berechnete Spannungen
bei Annahme fiir:
??a
19,60
20,40
20,90
21,85
22,60
23,85
25,20
25,30
_m -- 2.- 965(
14
-e = - 9650 e
14
25000
27100
28500
31100
33300
37100
41450
41600
~
_
12500
13550
14250
15550
16650
18550
20725
20800
5 - 4.- 9650
14
112
_
8333
9033
9500
10370
11310
12370
13823
13866
6250
6775
7125
7775
8325
9275
10362
10400
1) Anmerkung. Spater hat such Hr. B. S a x b n im Wurzburger
Inatitut bei seinen Energiemessungen an Ranalatrahlen einige KontrollAnnalen der Physik. IV. Folge. 39.
81
H. Vilsnr.
1282
Wie beim Sauerstoff, so ist auch beim Stickstoff fur die
auf voriger Seite angegebenen Linien die Annahme eines Atoms
mit drei Elementarladungen als Trager am wahrscheinlichsten.
Was die Linie il = 3995.2 A. anbetrifft, die ja, wie erwahnt,
einen kleineren Dopplereffekt hat, so sieht man aus Tab. IX,
da8 man fur diese Linie mit der Annahme eines Atoms mit
zwei Ladungen vollstandig auskommt, also
e
_
-- 2 . - 9650
m
14
= 1378.
Natiirlich kann der Trager aber auch ein Molekul mit
vier Ladungen sein, da in diesem Falle auch
e
4.9650
-=--m
2.14
- 1378.
T a b e l l e IX.
Qemeseene
Spannung
in Volt
I Berechnete Spannung in
I
Almar.
1
x 104
Volt
bei Annahrne far:
_-
9650
14
__
14500
18300
9150
26000
24500
12250
40000
27000
13560
Alle Schlusse, die wir aus der GroBe des Dopplereffektes
auf die Ladungen der Trager der bewegten Intensitaten des
Sauerstoffs und Stickstoffs gezogen haben, gelten eigentlich
nur fur den Zustand der Trager im beschleunigenden Felde
vor der Kathode. Es ist wahrscheinlich, da6 die Trager ihre
vielfache Ladung auch im weiteren Verlauf des Strahles im
kraftefreien Raume beibehalten, doch ist es keine notwendige
Folge der angefiuhrten Uberlegungen.
aufnahmen des Dopplereffektes der Sauerstoff kanalstrahlen (mit einer
Influenzmaschine als Stromquelle) gemacht. Er kommt dabei fur die
‘Mger der Funkenlinien zu ghnlichen Resultaten: die TrSger mussen
mit mehreren positiven ElektrizitMaquanten geladen sein,
da die Annabme einer Elementarladung zu unmiiglichen Resultaten fuhrt.
B. Saxbn, Euergiemessungen an Kanalstrablen. Aksdemiscbe Abhandlung, Helsingfors 1912.
-
Beobachtungen am Dopplerefiht der Kanalstrahlen.
1283
I n den beiden folgenden Tabb. X und XI sind ftir gleiche
Rohrenspannung die wirksamen Spannungen und die Geschwindigkeiten, wie sie sich aus dem Dopplereffekt und aus
den Ablenkungsversuchen von W. W i e n l) berechnen lassen,
zusammengestelli:
T a b e l l e X.
Wasserstoff.
x 10-8
in cm
aus dem
Dopplereffekt
2)
DopplereffektBeobachtungen
-
20100
27200
33400
1
I
I
1
- 9650
4600
0,943
11200
1,430
4600
4600
0,943
15000
1,645
0,943
17000
1,750
Die aus dem maximalen Dopplereffekt fur Wasserstoffkanalstrahlen erhaltenen Geschwindigkeiten sind kleiner als
die aus den Ablenkungsversuchen berechneten. Wahrend die
beim Dopplereffekt in Betracht kommende wirksame Spannung bei 4600 Volt konstant geworden ist, steigt sie bei den
Ablenkungaversuchen stetig auch bei den hiichsten Rohrenspannungen.
T a b e l l e XI.
Sauerstoff.
Rohrenspannung Wirksame Spannung aus dem
in Volt bei
Dopplereffekt
Ablenkungsversuchen und bei berechnet in Volt
Dopplereffekte _
- 3- 9650
Beobachtungen
m
16
20900
29400
31100
33500
39600
10000
11100
11800
12000
12000
v x 10-8
in cm
aus dem
Dopplereffekt
5,98
6,49
6,57
6,60
6,60
Aus den Ablenkungsversuchen von W. Wien
Wirksame
SDannuna
15400
15900
19400
21200
1) W. W i e n , Ann. d. Phys. 33. p. 926. 1910.
81*
I
5,17
5,35
6,52
7,ll
1284
H. Wilsar.
Beim Sauerstoff sind die aus den maximalen Dopplereffekten resultierenden Geschwindigkeiten gro6er als die aus
den Ablenkungsversuchen berechneten. Die wirksamen Spannungen unterscheiden sich bei kleineren Werten der Rohrenspannung in beiden Fallen nicht stark voneinander (bei Annahme eines Atoms mit drei Elementarladungen a19 Trager
der Funkenlinien). Bei hoheren Spannungen strebt wieder die
wirksame Spannung fur den maximalen Dopplereffekt einem
konstanten Wert zu, wahrend sie bei den Ablenkungsversuchen
immer wiichst.
Wir haben also, wie im vorigen ausgefiihrt, bei den Ansmessungen der Dopplereffekte in zwei Punkten Abweichungen
von den Resultaten der Ablenkungsversuche gefunden:
1. Die fur den Dopplereffekt in Betracht kommenden Ge.
schwindigkeiten der Lichtquellen wachsen nicht, wie bei den
Ablenkungsvereuchen, rnit der Quadratwurzel aus der Entladungsspannung, sondern erreichen bei einer bestimmten
Spannung bald eine Grenze, die sie nicht uberschreiten konnen
(wenigstens bei meinen normalen Bedingungen im Entladungsrohr).
2. Bei Sauerstoff und Stickstoff haben die Ablenkungsversuche fur elm 9650 x 16 bzw. 9650 x 14, d. h. Atome mit
einer Ladung als Trager ergeben. Die Beobachtung der
Dopplereffekte zwingt aber fiir die bewegten Lichtquellen
Atome mit mehreren, wohl mit drei Ladungen anzunehmen.
Urn diese sich widersprechenden Resultate in Einklang
zu bringen, miissen wir annehmen, da6 die bei den zwei Versuchsmethoden in Betracht kommenden Trager nicht identischer Natur sind.
Einairkong eiues Magnetfeldes auf den Dopplereffekt der
Sauerstoff kanalstrahlen.
Nach den Untersuchungen von W. W i e n l ) ist es sehr
wahrscheinlich, da6 die Lichttrager im Kanalstrahl neutrale
Teilchen sind. Im Neutralwerden, d. h. im Aufnehmen von
Elektronen durcli positiv geladene Teilchen , besteht wohl der
1) W. W i e n , Ann. d. Phys. 27. p. 1025. 1908; 30. p. 349. 1909;
3% p. 871. 1910.
Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1285
Proze6 des Aufleuchtens: im neutralen Zustande leuchtet das
Teilchen durch Nachklingen weiter.
Wenn es sich so verhiilt, dann mu6 durch ein starkea
Magnetfeld die Gesamtintensitat des Strahles erheblich geschwacht werden - das Verhaltnis der ruhenden zur bewegten Intensitat darf aber durch das Magnetfeld nicht stark
verlindert werden.
H. B a r w a1 d l) hat die Einwirkung des Magnetfeldes auf
einen Waeserstoffkanalstrahl untersucht und gefunden, da6 das
Verhaltnis der ruhenden zur bewegteu Intensitat der Serienlinien wenig beeinflubt wird.
Nach B a r w a l d erleidet der Dopplereffekt bei gleichen
ruhenden Intensitaten durch ein starkes Magnetfeld (9000 Gauss)
eine Schwachung von ca. 8 Proz.
Da fur die Trager der Funkenlinien des Sauerstoffs eine
dreifache Elementarladung im Kathodenfall gefunden worden
ist, und da es immerhin moglich war, da6 die Trager diese
mehrfache Ladung auch bei den Umladungen im weiteren Verlauf des Strahles wieder erhalten, so durfte man vermuten,
da6 die Neutralisation durch zeitlich aufeinanderfolgende Aufnahme je eines Elektrons zustande kam. Wenn nun die Anregung des Leuchtprozesses in der Aufnahme eines Elektrons
besteht, wie es bei den einfach geladenen Triigern der Wasserstoffserie angenommen wird, so konnte hier beim Sauerstoff
das Teilchen schon zu leuchten anfangen, wenn es das erste
Elektron aufgenommen hat, selbst aber noch mit zwei Elementarladungen positiv ist. Ahnlich wurde das Verhalten nach
Aufnahme des zweiten Elektrons sein; erst nach Aufnahme
des dritten Elektrons wiirde der Trager neutral werden. Es
miifiten also, wenn diese Forstellungen richtig wiiren, im Sauorstoff kanalstrahl neutrale und positiv geladene Teilchen Licht
aussenden. Ein starkes Nagnetfeld miifite demnach gerade
die bewegte Intensitat durch Wegnahme der positiv geladenen
Trager sehr erheblich schwachen, wenn der Strahl unmittelbar
hinter dem Magnetfelde beobachtet werden wurde.
Um dies zu priifen, wurden Dopplereffektaufnahmen eines
Sauerstoffkanalstrahles ohne Magnetfeld und mit einem solchen
1)
kl. B d r w a l d , A m . d. Phys. 34. p. 883. 1911.
1286
He Wilsar.
unmittelbar vor dem in Betracht kommenden Strahlgebiet vorgenommen.
Die Versuchsanordnung ist aus der nachstehenden Fig. 13
zu ersehen.
Aus der Eisenkathode K mit Aluminiumbelag geht ein
5 mm starkes AluminiumrShrchen heraus, welches ganz geschlossen ist, und nur bei A eine seitliche Offnung hat.
Fig. 13.
Vor dieser Offnung A wurde der Spektralapparat so aufgestellt, daB nur Licht vom Strahl unmittelbar hinter den
Magnetpolen PIP, auf den Spalt fallen konnte. Die Polschuhenden des Elektromagneten hatten die angegebene Form und
Dimensionen in Zentimetern:
und einen Polabstand von 0,9 cm. Die Feldstarke bei den
Versuchen betrug 9000-10000 Gauss.
Damit keine Beeinflussung der Entladung durch das Streu-'
feld stattfinden konnte, war das Entladungsrohr in einem aus
zwei eisernen Halbzylindern von 5 cm Wandstarke bestehenden
Magnetschutz eingebettet.
Die Gesamtintensitat des Strahles wurde durch das Magnetfeld merklich geschwacht, so dab man bei 18stiindiger Exposition mit Magnetfeld auf ungefahr dieselbe Schwarzung bei
den ruhenden Intensitaten kam, wie ohne Magnetfeld bei
ca. 12 Stunden (bei sonst gleichen Bedingungen).
Beubaclrtunyen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1287
Die bewegten Intenh,iiten hatten in beiden Fallen gleiche
Verteilung, nur war das Maximum der Schwarzung der bewegten Intensitat im Falle des Magnetfeldes urn ca. 6 Proz.
geschwacht.
I n den Figg. 14 und 15 sind die Sauerstofflinien
il = 4591,6 A. und ilf4254,l A, mit ihren Dopplereffekten als
Kurven aufgetragen. Die ausgezogenen Kurven gehoren den
Aufnahmen mit eingeschaltetem Magnetfeld an, die punktierten
denen ohne Feld.
Die Versuchsbedingungen fur Figg. 14 und 15 waren
folgende :
Ohne Magnetfeld:
Stromquelle: Induktorium.
Exposition: 12 Stunden.
Spaunung: 3,3 mm Funkenstrecke.
Aufstellung des Spaltrohres:
Spalt: 0,025 mm.
unter 30° zur Strahlachse.
Mit Magnetfeld:
Stromquelle: Induktorium.
Exposition: 18 Stunden.
Aufstellung des Spaltrohres:
Spannung: 3,5 mm Funkenstrecke.
Spalt: 0,025 mm.
unter 30" zur Strahlachse.
52.
50.>
48
46
.[
4
44 '
42,
40.
38 '
36
34
'
32.
30 '
::I,
240 4
~,
8
,
,
.
.
.
I2 16 20 24 28 32
n*.#-
Sauerstoff h i e 459 1,6 1.
mit Magnetfeld -x---x-xohne
,, -0--0--0Platten
@@
Fig. 14.
Sauerstofflinie 4254,l 1.
mit Magnetfeld --x--x
xohne
,, -0- -0- -0Platten
@@
Fig. 15.
Trotz des Magnetschutzes war eine kleine Beeinflussung
der Entladung durch das Streufeld zu bemerken,
1288
H. Tilsar.
Aus den erhaltenen Resultaten ist zu ersehen, da0 die
bewegten Intensitaten der Funkenlinien der Sauerstoffkandstrahlen im Magnetfelde dasselbe Verhalten zeigen wie (nach
H. B a r w a1d) die Serienlinien des Wasserstoffs.
Daraus kann mit einiger Wahrscheinlichkeit geschlossen
werden, daB auch die Trager der Funkenlinien des Sauerstoffs
nur in neutralem Zustande Licht aussenden.
~ b e rdie Abniihme der Geschwindigkeit der Kanslstrshlenteileben
mit der Entfernung von der Kathode.
Wenn die Kanalstrahlenteilchen in die Atmosphiire eines
Gases hineinfliegen, so regen sie dies Gas zum Leuchten an,
werden aber auch selbst angeregt und senden Licht BUS. Es
ist also eine Wechselwirkung zwischen den bewegten und ruhenden Teilchen vorhanden; auBerdem findet wohl auch eine Reibung statt. Demnach konnte man annehmen, daB die Geschwindigkeit der Trager im Verlaufe des Strahles allmahlich
mit der Entfernung von der Kathode abnimmt. Es miiBte
also bei Aufnahmen von Strahlgebieten, die weit von der Kathode liegen, der Dopplerstreifen naher zur ruhenden Intensitat
riicken als bei Aufnahmen, die in der Nahe der Kathode gemacht worden sind.
Um diese Bremsung der Kanalstrahlen zu konstatieren,
wurden Aufnahmen des Dopplereffektes der Wasserstoff kanalstrahlen in verschiedenen Entfernungen von der Kathode unternommen.
Bei Aufnahmen , die durch seitliches Anvisieren des
Strahles in verschiedenen Entfernungen von der Kathode gemacht wurden - dabei liefen die Strahlen (unter 45O) auf
den Spalt zu -, wurde bei groBerem Abstand von der Kathode kein Naherriicken des Dopplerstreifens konstatiert. Im
Gegenteil, das Maximum der Schwarzung der bewegten Intensitat schien bei Aufnahmen in gro0er Entfernung von der
Kathode weiter von der ruhenden Intensitat zu liegen als bei
Aufnahmen in der Na.he der Kathode.
Die benutzte Anordnung erwies sich fur den verfolgten
Zweck als ungeeignet, weil es dabei nicht moglich war, ein
scharf begrenztes Stuck des Strahles spektral zu photographieren: bei Aufnahmen eines von der Kathode entfernten
Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalsaahlen.
1289
Strahlstuckes konnte Licht von den nahe an der Kathode
gelegenen l’eilen des Strahles, sowohl direkt als such durch
Reflexion an der Glaswand der Rohre, auf den Spalt des
Spektralapparates gelangen.
Um ganz sicher zu sein, dal3 in jedem Fall nur Licht
von einem begrenzten Teile des Strahles auf den Spal$.fallt,
wurde die Anordnung modifiziert.
.
In den ,50 cm langen Beobachtungsraum A (Fig. 16) einer
gewohnlichen Entladungsrohre mit einer Aluminiumkathode
\\
\
Fig. 16.
(Bohrung 4 mm) wurde ein massiver Eisenzylinder B hineingebracht. Die der Kathode zugekehrte Seite des Zylinders
war mit RUB geschwarzt, um Reflexionen zu vermeiden.
Der Eisenzylinder konnte mit Hilfe einer von aul3en auf
das Glasrohr geschobenen Magnetspule auf beliebige Entfernung von der Kathode eingestellt werden (Fig. 16).
Das Spaltrohr des Spektralapparates wurde unter 45 O
zur Strahlachse so aufgestellt, dal3 die Lichttrager sich vom
Spalt entfernten. Einige Zentimeter strahlabwarts vom Spalt
wurde der Strahl durch die beru6te Zylinderwand abgeschnitten.
Auf diese Weise konnte nur Licht von einem kleinen, gut
abgegrenzten Teile des Strahles auf den Spalt gelangen. Es
wurden nun ceteris paribus Aufnahmen von Strahlabschnitten
gemacht, die I. nahe an der Kathode und 11. weit entfernt
am Ende des Beobachtungsrohres lagen.
Eine Reihe von Dopplereffektaufnahmen, in Stellung I
und I1 gemacht, wurden ausphotometriert und die Serienlinien
mit ihren Dopplereffekten als Kurven aufgetragen. Die Expositionszei ten der korrespondierenden Aufnahmen wurden so
1290
H. Tilsar.
gewahlt, dab die ruhenden Intensitaten der zu vergleichenden
Linien nahezu gleich waren.
Die Dopplereffektkurven zeigten nun an den Linien H,,
HYund H, folgendes Verhalten:
Bei grollerer Entfernung von der Kathode rUckt der
Dopplerstreifen nicht naher an die ruhende Linie heran; im
Gegenteil, im Falle I1 liegt das Maximum der Schwarzung
immer weiter von der ruhenden Intensitat als im Falle I,
doch immer so, da6 die Dopplerkurve fur Fall I1 ganz umhullt ist von der Kurve fur Fall I (Fig. 17), wenn die ruhenden
Intensitaten gleich stark sind und zusammenfallen. Der aufsteigende Ast der Dopplerkurve fur Fall I1 liegt dabei vie1
tiefer wie derjenige fur Fall I, ebenso liegt das Maximum der
Schwarzung bei I1 tiefer. Der absteigende Ast der Kurve
fur Fall I1 fallt fast zusammen mit demjenigen fur Fall I.
Die Fig. 17 zeigt dieses Verhalten an der HY-Linie.
Das Diagramm ist nach einer Aufoahme gezeichnet, die
unter folgenden Bedingungen aufgenommen wurde:
Fullung: Elektrolyt. Wasserstoff.
Druck im Beobachtungsraum: 0,07 mm Hg.
Spannung: 2,5 mm Funkenstrecke.
Spalt: 0,01 mm.
Aufstellung (nach Fig. 16):
I. (10 cm von der Kathode):
Exposition: Ill, Stunden.
IT. (35 cm von der Kathode):
Exposition: 4 Stunden.
Platte: SchleuBner-Ultra-Rapid.
Die H,- und H,-Linien ergaben ahnliche Diagramme.
Diese Resultate konnen nur so gedeutet werden, dall beim
Durchfliegen des mit ruhenden Gasteilchen angefullten Raumes
die aus dem Kathodenfall herausfliegenden Partikeln nicht
merklich gebremst werden, da6 aber bei den Zusammenstollen
eine Absorption der bewegten Lichtquellen stattfindet: die
Trager mit kleineren Geschwindigkeiten werden starker absorbiert als die schnell bewegten. Dadurch entsteht eine Verschiebung des Maximums der Schwarzung auf der Platte nach
der Seite der grolleren Geschwindigkeiten, zugleich auch eine
Beolachhngen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1291
Schwlchung der Gesamtintensitat des Strahles. Eine groS0
Zahl von Teilchen durchfliegt den Qasraum, ohne an Geschwindigkeit einzubiiBen. l)
56
55
54
53
52
51
50
49
48
41
46
45
44
43
42
41
40
35
38
Qa
37
36
35
- f m
34
3:
3;
31
30
4
. .
.
. .
I . .
,
, ,
8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
rnrnJO-2
Dopplereffekt der vom Spalt weglaufenden Teilchen (unter 45 O)
in verschiedenen Entfernungen von der Kathode.
Fig. 17.
1) Altmerkung: Kiirzlich fanden auch K o e n i g s b e r g e r und K u t echewski (Ann. d. Phys. 37. p. 167. 1912) keine Geschwindigkeitsabnahme der Teilchen im Verlauf des Strahlee. Zu Glhnlichen Resultaten wie die oben angefiihrten kommt auch E. Wagner (Phyaik. Zeitschr.
7. p. 257. 1912), deutet eie aber andere.
1292
H. Wiisar.
Beflexion der Wasserstoff kanalstrahlen an Glas und Metall nnd die
rlicklanfenden Kanalstrahlen.
(Retrograde Rays.)
H e r m a n n und K i n o s h i t a l ) hatten beobachtet, da6 bei
ihren mit einer Siebkathode erhaltenen Wasserstoff kanalstrahlen
die Longitudinalaufnahmen neben einem starken normalen
Dopplereffekt , auch einen schwacheren, nach den gro6eren
Wellenlangen verlaufenden Effekt zeigten. Sie deuteten diese
Erscheinung als Reflexion der Kanalstrahlen an der Glaswand
des Rohres. Spater haben S t a r k 2 ) und S t e u b i n g Betrachtungen fiber die Geschwindigkeit und kinetische Energie der
reflektierten Kanalstrahlen angestellt.
Andererseits hat J. J. T h o m son s, im Entladungsrohr
neben den normalen Kanalstrahlen immer auch Teilchen gefunden, die durch das elektrische Feld des Kathodenfalles von
der Kathode fort beschleunigt wurden. I m iibrigen verhielten
sich diese von T h o m s o n ,,Retrograde Rays" genannten Strahlen
wie die Kanalstrahlen.
Bei meinen Wasserstoff kanalstrahlen , die durch Gleich.
strom mit einer Al-Plattenkathode (mit einer 5 mm- Bohrung)
erzeugt waren , fand ich , daB bei gleichen Expositionszeiten
der nach den groBeren Wellenlangen verlaufende Effekt vie1
starker bei genau axialen Aufnahmen war, als bei Aufnahmen,
die unter einem kleinen Neigungswinkel zur Strahlachse gemacht wurden, 80 daB kein direktes Licht aus der Kathodenoffnung auf den Spalt fallen. konnte.
AuBerdem wurde beobachtet, da8 bei axialen Aufnahmen
der nach den gro0eren Wellenlangen verlaufende Effek t dann
stiirker wurde, wenn die Spitnnung und Stromstarke so gewahlt waren, da8 der Kanalstrahlenpinsel vor der Kathode
breiter als die Kathodenoffnung war und die bewegten Teilchen zum Teil an das Kathodenmetall prallten.
Es lag nahe, anzunehmen, daB bei Longitudinalaufnahmen
der durch Reflexion an der Glaswand erzeugte Effekt durch
1) W.H e r m a n n u. S.K i n o s h i t a , Physik. Zeitachr. 7. p. 564. 1906.
2) J. S t a r k u. W. S t e u b i n g , Ann. d. Phys. 2% p. 995. 1909.
3) J. J. T h o m s o n , Phil. Mag. 1910.
Reohachtutbgen am Bopplereffekt der Kanalstrahlen.
1293
die ,,Retrograde Rays" und durch die an der Kathodenwand
reflektierten Teilchen verstarkt wurde. Beide Lichtquellen
konnten ihr Licht durch das Kathodenloch auf den Spalt des
Spektroskops werfen. Um nun neben der Reflexion an der
Glaswrtnd der Rohre auch die Existenz einer Reflexion am
Metal1 und das Vorhandensein der riicklaufenden Strahlen im
Entladungsrohr mit Hilfe des Dopplereffektes festzustellen,
wurden an dem Rohr, Fig. 18, Doppleraufnahmen in sechs
verschiedenen Stellungen gemacht. Die Kathode bestand aus
Fig. 18.
ciner 2,5 mm starken Aluminiumplatte mit einer Bohrung von
5 mm Durchmesser. Im Beobachtungsraum waren zwei (urspriinglich zu anderen Zwecken bestimmte) parallele Aluminiumplatten so angebracht, da6 der Strahl zwischen ihnen durchging. Mit Hilfe dieser Platten und der darin angebrachten
Fenster konnte man bei geeigneter Aufstellung des Spaltrohres
nur das Licht von den erwiinschten Teilen des Strahles auf
den Spalt fallen lassen.
Bei allen Aufnahmen diente als Stromquelle fur die Strahlen
eine Hochspannungs- Gleichstrommaschine. Der Wasserstoff
wurde einem K i ppschen Apparat entnommen.
Die Resultate der Doppleraufnahmen in den sechs Stellungen sind in den folgenden Kurven wiedergegeben.
Stellung I (Fig. 19).
Bedingungen: Spalt: 0,Ol mm.
Spannung: 3400 Volt (Elektrometer)
Exposition: 12 Min.
Stellung II (Fig. 20).
Bedingungen: Spalt: 0,131mm.
Spannung: 3400 Volt.
Exposition: 48 Min.
H. Wilsat.
1294
Reflexion der Wasserstoffkanalstrahlen. H,-Linie.
Platte @ 2)
Stellung I.
Fig. 19.
"v'!: j
.i
301
2b
24
I
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SS1
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4
,
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8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
mmrl0"
Reflexion der Wasserstoff kanalstrahlen. HI,-Linie. Stellung 11.
Platte @ I )
Fig. 20.
Stellung III.
Bei dieser Stellung wurde ein Strahlstkk photographiert,
welches 4-5 cm von der reflektierenden Glaswand entfernt
Beobachtunyen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1295
war. Die Aufnahme zeigte gar keinen nach Kot verlaufenden
Effekt. In eine Entfernung von 4-5cm
von der Glaswand
gelangen wohl bei den angegebenen Bedingungen dank der
diffusen Reflexion und der starken Absorption (im Gase) der
kleinen Geschwindigkeiten nur wenige von den refiektierten
Teilchen.
Stellung I V (Fig. 21).
Bedingungen: Spalt: 0,Ol mm.
Spannung: 2600 Volt.
Exposition: 20 Min.
Die Kurve der Fig. 21 verlauft nach links und rechts unsymmetrisch, weil der nach links verlaufende Effekt vom Pinsel
Reflexion und Retrograde Rays.
Hy-Linie. Ytellung IV. Plette
@ 1)
Fig. 21.
der normalen Kanalstrahlen vor der Kathode stammt, der
nach rechts verlaufende Effekt ist aber wohl die Superposition
des Effektes der rlicklaufenden Strahlen und der am Aluminium der Kathode reflektierten Kanalstrahlen.
Stellung V (Fig. 22).
Bedingungen: Spalt: 0,015 mm.
Spannung: 2700 Volt.
Exposition: 30 Min.
Die Kurve der Fig. 22 zeigt, dab an der Stelle der Rohre,
wo der Kathodenfall anfangt , keine normalen Kanalstrahlen
1296
H. Ffilsar.
vorhanden sind. Der auf der Kurve sichtbare Effekt riihrt
wohl zum gro6ten Teil von den rucklaufenden Strahlen her,
da die am Metal1 diffus reflektierten Teilchen in einer Entfernung von 5-6 cm von der Kathode keinen betrachtlichen
Beitrag zum Effekt liefern konnen.
Stellung VI (Fig. 23).
Bedingungen: Spalt: 0,015 mm.
Spannung: 3200 Volt.
Exposition: 40 Min.
Nach Fig. 23 sind im Entladungsrohr such in groSer
Entfernung von der Kathode noch rucklaufende Strahlen vorhanden. Das Auftreten des Minimums zwischen der ruhenden
$8
34h
Retrograde Rays. Stellung V.
H,-Linie. Platte @ 2)
Fig. 22.
4
a
I 2 i6
io
24
is
32
ib,
mm. 70
Retrograde Rays. Stellung VI.
Hy-Linie. Platte @ 4)
Fig. 23.
und bewegten Intensitat in Fig. 23 und das Fehlen des Minimum8 in Fig. 22 zeigen, da6 die Absorption der Retrograde
Rays nach denselben Gesetzen vor sich geht, wie die Absorption der gewohnlichen Kanalstrahlen in einer Gasatmosphare: die Teilchen mit kleinen Geschwindigkeiten werden
starker absorbiert, wie diejenigen mit gro6en Geschwindigkeiten.
Beobachtungen am Bopplereffeht cler Kanalstrahlen.
1297
Am Metal1 reflektierte Kanalstrahlen. I)
Aus den Aufnahmen, die in Fig. 1s angegeben sind,
konnte das Vorhandensein einer Reflexion der Kanalstrahlen
an der Metallwand der Kathode nicht endgultig festgestellt
werden, da bei den in Betracht kommenden Aufnahmen auch
immer die Retrograde Rays vorhanden waren. Deshalb wurde
eine besondere Anordnung hergestellt, bei der ein Kanalstrahl
auf eine glatt geschliffene Aluminiumwand fie1 (Fig. 24).
Die Schwierigkeit hierbei war, den storenden EinfluB der
gespiegelten Strahlen fortzuschaffen.
Ein Aluminiumstab von 6 m m Durchmesser wurde bei B
in den Beobachtungsraum eingekittet. Das den Strahlen zu-
r
\
Fig. 24.
gekehrte Ende des Stabes wurde so poliert, da8 es regelmaBig
spiegelte. Der Kanalstrahl wurde nun so abgegrenzt, daB der
Querschnitt des Strahles an der Stelle, wo er den Spiegel traf,
dieselbe GroBe hatte, wie die Oberflache des Al-Spiegels. Auf
diese Weise konnte kaum eine nennenswerte Menge Licht vom
gespiegelten Kanalstrahl auf den Spalt des bei C unter 45O
aufgestellten Spektroskops fallen , wenn B mit einer Linse L
auf den Spalt abgebildet wurde. Die photographische Aufnahme zeigte neben dem normalen Dopplereffekt auch den
Effekt der am Aluminiumspiegel reflektierten Strahlen.
Fig. 25 ist das ausphotometrierte Redultat einer derartigen Aufnahme der Hy-Linie.
1) Vgl. auch C,hr. F u c h t b a u e r , Physik. Zeitschr. 7. p. 153-157.
1906 und J. J. T h o m s o n , Phil. Mag. 14. p. 364. 1907.
Annalen der Physik. IV. Folge. 39.
82
Bedinguiigen zu Fig. 25 : Fiillung: Kipp.Wasserstoff.
Spalt: 0,02 mm.
Spannung: 3300 Volt.
Exposition: 2 Stunden.
Die Ergebnisse der in diesern Abschnitt angefuhrten Versuche sind also folgende:
Die Wasserstoffkanalstrahlen werden sowohl am Glase
(schon von W. H e r m a n n konstatiert) als auch an einer bIetal1wand (Al) ziemlich betriichtlich reflektiert.
Reflexion der Wasserstoff kaualstrahlen an einer Metallwand (Aluminium)
H,-Linie. Platte @
Fig. 25.
Die Thomsonschen ,,Retrograde Rays" sind im ganzen
Entladungsraum von der Kathode bis zur gegenuberliegenden
Glaswand mit Hilfe des Dopplereffektes zu finden. Ihre Eigenschaften sind ahnlich denen der normalen Kanalstrahlen:
wahrend ihres Verlaufes bleibt die QroBe ihrer Geschwindigkeiten erhalten; nur werden die Teilchen mit kleinen Geschwindigkeiten stiirker absorbiert als die schnell bewegten.
I n dem Entladungsraum zwischen dem Anfang des Kathodenfalles und dem Anodenansatz konnten keine leuchtenden
auf die Kathode zueilenden Teilchen gefunden werden.
Aus einer Reihe von Spektralaufnahmen bei verschiedenen
Spannungen konnte noch ,in Ubereinstimmung mit J. S t a r k
Beobachtungen am Dopplereffekt der Kanalshahlen.
1299
festgestellt werden, da6 die Reflexion am Qlase bei kleineren
Spannungen vie1 starker ist als bei gro6en. Am starksten ist
die reflektierte Intensitat bei Spannungen bis 4000 Volt; bei
hoheren Spaiinungen wird sie immer schwacher. Bei Spannungen uber 15000 Volt konnte gar keine Glasreflexion mehr
konstatiert werden.
Die Anregnngsversnche.
tfber den Ursprung der Trager der b e w e g t e n und der ruhenden
Intensitat der Kanalstrahlen. l)
Bei allen Linien, die im Spektrum der Kanalstrahlen den
Dopplereffekt gezeigt haben , ist bisher neben der bewegten,
verschobenen Intensitat auch immer die ruhende, nicht verschobene Linie gefunden worden. Neben den bewegten, Licht
auesendenden Teilchen sind also such immer ruhende Lichtquellen im Kanalstrahl vorhanden.
Neuere Versuche 2, haben gezeigt , da6 ein Kanalstrahl
beim Eintritt in ein sehr hohes Vakuum aufhort zu leuchten,
d. h. weder die ruhende noch die bewegte Intensifat besitzt.
Sich selbst uberlassen, klingen die schwingenden Leuchtzentren
wohl schnell ab und konnen als Lichtquellen im Vakuum
keine sehr lange Strecke fliegen. Damit der Kanalstrahl
leuchtet, miissen die Teilchen immer von neuem zum Leuchten
angeregt werden, und die Rolle des Anregers ubernimmt die
Gas- oder Dampfatmosphare, in welche der Strahl hineingeht.
Zwischen den bewegten Teilchen des Kanalstrahles und den
ruhenden des umgebenden Mediums mussen also Beeinflussungen,
Zusarnmensto6e, stattfinden.
F u r die Erklarung des Ursprunges der Trager der ruhenden und der bewegten Intensitat sind nun folgende Moglichkeiten vorhanden:
1) Dieses Kapitel ist als vorlaufige Mitteilung schon in der Physik.
Zeitschr. 1911. p. 1091-1094 erschienen. Im Mgrz 1912 erschien eine
Arbeit von G . S. F u l c h e r (Astrophys. Journ. 36. Nr. 2. p. 101-108),
der unabhlingig zu denselben Resultaten kommt.
2) J. K o n i g s b e r g e r u. J. Kuts'chewski, Ber. d. Heidelb. Akad.
Abh. 5. p. 7. 1910; H. v. D e c h e n d u. E. Hammer, Ber. d. Heidelb.
Akad. Abh. 21. p. 9. 1910.
82'
1300
H. Wilsar.
1. Die Trager beider Intensitaten entstammen dem Entladungsraum und werden im Kathodenfall beschleunigt. Der
eine Teil fiiegt unbehindert durch den Beobachtungsraum
(hinter der Kathode), regt sich an den ruhenden Teilchen des
umgebenden Mediums zum Leuchten an und erzeugt die bewegte Intensitat. Der zweite Teil der Partikeln desselben
Ursprunges kommt mit den Teilchen des ruhenden umgebenden
Mediums zum ZusammenstoB, verliert dabei seine Geschwindigkeit, klingt ruhend ab und erzeugt die nichtverschobene Spektrallinie.
2. Die Trager der bewegten Intensitat sind Teilchen des
Beobachtungsraumes , die durch ZusammenstoBe mit den aus
dem Kathodenfall stammenden Teilchen ihre Geschwindigkeit
erhalten und zugleich zum Leuchten angeregt werden. I) Die
ruhende Intensitat kann dann sowohl von den beim Zusammensto6 aufgehaltenen, als auch von den zwar zum Leuchten angeregten, aber nicht beschleunigten Teilchen des umgebenden
Gases herruhren.
3. Endlich ist es moglich, da6 die Trager der bewegten
Intensitat aus dem Kathodenfall stammen, den ganzen Beobachtungsraum durchfliegen , ohne i m wesentlichen ihre Geschwindigkeiten anderen Teilchen abzutreten, und nur von den
ruhenden Teilchen des Beobachtuiigsraumes zum Leuchten angeregt werden. Ihrerseits regen die schnell bewegten Partikeln
die ruhenden Teilchen des umgebenden Mediums aum Leuchten
an, ohne ihnen eine Geschwindigkeit zu erteilen, die fur die
Erzeugung des Dopplereffektes in Betracht kommen konnte.
Die letzteren Teilchen sind die Trager der ruhenden Intensitat.
Aus seinen Versuchen mit Wasserstoff kanalstrahlen , die
in einen von Luft durchstriimten Raum hineingeleitet wurden,
schloB B. St r ass e r s), ,,da8 Kanalstrshlen beim Durchgang durch
ein ruhendes Gas dieses zur Emission seines Spektrums veranlassen, und die Annahme erscheint damit bewiesen, da6
auch die beim Dopplereffekt auftretenden ruhenden Linien
eines Kanalstrahlenspektrums durch StoB der bewegten Teil1) G. S. F u l c h e r , Astrophys. Journ. 33. p. 28-57.
2) J. Stark, Ann. d. Phys. 21. p. 430. 1906.
3) B, Strasser, Ann. d. Phys. 38 p. 1110. 1910.
1911.
Beolachtungen am Bopplereffckt der Kanalstrahlen.
1301
chen zur Emission gehracht werden.LL Andererseits fand
0. Reichenheim') bei Anodenstrahlen des Strontiums nur
die bewegte Intensitat und erklarte es dadurch, da6 Metalldampf, der die ruhende Intensitat emittieren konnte, offenbar
i m Entladungsraum nicht vorhanden war. Ein Analogieschlu6
fur das Verhalten von Kanalstrahlen liegt nahe.
Diese Anschauungen uber den Ursprung der ruhenden
und bewegten Intensitat stimmen mit der letzten der oben angefuhrten moglichen Erklarungen uberein.
Urn endgiiltig zwischen den Moglichkeiten zu entscheiden,
war es aber doch notwendig, systematische Versuche anzustellen.
Diese Versuche bestanden darin, da6 die in einem Gase
erzeugten Kanalstrahlen i u ein anderes hineingeleitet wurden;
der so entstandene leuchtende Strahl wurde spektrophotographisch untersucht. Es wurde dabei wieder die Durchstromungsmethode von W. W i e n benutzt.
Die Versuchsanordnung ist aus der nnchstehenden Fig. 26
zu ersehen.
Fig. 26.
A = Entladungsraum,
B = Beobachtungsraum,
C,, C, = Kohle-Kiihlvorrichtungen,
D,E = EinetrGmung der Gase,
0 = zur Gaedepumpe,
L = zum McLeod,
K, = Kapillare 4mm Durchmesser, 6cm hug,
li, = Kapillare 4 m m Durchmesser, 4 cm lang.
Bei E' stromte aus dem Vorratsraum durch eine lange
Kapillare (vgl. Versuchsanordnung p. 1255) das Gas, in welchem
1) O . R e i c h e n h e i m , Ann. d. Phys. 33. p. 759. 1910.
1302
.H.Wilsar.
die Kanalstrahlen entstehen sollten, ein, und wurde zum Teil
durch die Gaedepumpe abgepumpt, zurn Teil durch die gekuhlte Kohle in C, aufgenommen. Bei D stromte aus einem
VorratsgefaS wiederum durch eine 1,5m lange Kapillare von
0,l mm Durchmesser das zum Anregen bestimmte Gas in den
Beobachtungsraum und wurde seinerseits durch die Gaedepumpe und die Kohle in C, entfernt. Die KokosnuBkohle
wurde durch feste Kohlensaure und Aceton, wenn notwendig,
auch durch flussige Luft gekuhlt. Mit Hilfe dieser Anordnung
wurde eine geniigende Trennung der beiden zu untersuchenden Gase erreicht.
Die Partialdrucke der beiden Gase im Beobachtungsraum
konnten durch ein Mc Leodmanometer gemessen werden.
Stromte nur durch E Gas in den Entladungsraum, so konnte
im Beobachtungsraum nur ein auBerst schwaches Leuchten
des Strahles mit ausgeruhtem Auge wahrgenommen werden.
LieB man auch durch D einstromen, so leuchtete der Strahl
in B hell auf. Beim gleichzeitigen Einstromen beider Gase
konnte im Entladungsraum und im Kanalstrahl vor der Kapillare K, keine Spur des durch D einstromenden Gases spektroskopisch gefunden werden.
Bei F wurde der schon erwahnte sehr lichtstarke Spektralapparat von St e i n h e i l unter einem Neigungswinkel zur Achse
des Entladungsrohres so aufgestellt, daB kein Licht aus dem
Entladungsraum und aus den Kapillaren auf den Spalt fallen
konnte. Das Spektrum der Strahlen wurde wieder auf SchleuBn e r s Ultra-Rapidplatten aufgenommen. Die Expositionszeiten
betrugen in verschiedenen Fallen 4-20 Stunden. Die Spaltweite des Spektralapparates war 0,Ol-0,04 mm. Zuerst wurden
die Versuche mit Sauerstoff und Stickstoff gemacht. Beide
Gase waren kauflichen Bomben entnommen, wurden in Vorratsgefa6en uber Phosphorpentoxyd getrocknet und stromten
dann durch die langen Kapillsren in die Versuchsanordnung.
Als Stromquelle fur die Entladung diente ein groBes Induktorium. Die an die Entladungsrohre angelegten Spannungen
betrugen, in Funkenstrecken (Kugeln von 1 cm Rad.) gemessen,
8-10 mm.
1. Stromte nur Sauerstoff ins Entlndungsrohr, so betrug
der Druck des Sauerstoffs in B 0,0015 m m Hg. Das Leuchten
Beobachtunyen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1303
des Strahles in B war dabei sehr gering. Sobald Stickstoff
in den Beobachtungsraum hineingelassen wurde , betrug der
Gesamtdruck in B 0,012mm Hg. Das Leuchten des Strahles
war dabei so intensiv, da6 in vier Stunden Aufnahmen erhalten werden konnten, die bequem zu photometrieren waren.
Die photographische Platte zeigte in diesem Falle nur die
ruhenden Intensitaten der Stickstoff linien, die Stickstoffbanden
und nur die bewegten Intensitaten der starksten SauerstoffFunkenlinien.
Nun murden die Rollen der Gase gegenseitig vertauscht.
2. Stromte nur Stickstoff in den Entladungsraum, so betrug sein Partialdruck im Beobachtungsraum 0,003 mm Hg.
Bei gleichzeitigem Einstromen von Sauerstoff in den Beobachtungsraum zeigte das Manometer in B den Druck 0,O I1 mm Hg.
Das Leuchten des Strahles in B war wieder so intensiv, da6
in vier Stunden gute Bilder der Spektrallinien erhalten wurden.
Dieser inverse Versuch ergab auf der Platte nur die
ruhenden Intensitaten der Sauerstofflinien und nur die bewegten Intensitaten der starksten mit Dopplereffekt behafteten
Stickstoff linien.
Zwischen dem Beobachtungsraum und dem Mc Leodmanometer (bei J ) war keine Kuhlvorrichtung angebracht : deshalb
konnte eine kleine Menge Hg-Dampf aus dem Manometer
durch B zur Kiihlung Cz stromen. Da der Hg-Dampf durch
Ranalstrahlen eines jeden Gases intensiv zum Leuchten angeregt wird, so wurden die starksten Hg-Linien immer auch
auf den Platten erhalten. Die intensivste im Blau liegende
Hg-Linie I = 4358 A. wurde zum Ausmessen des Spektrums
benutzt. Die in Betracht kommenden Teile der Spektra waren
mit dem H a r t m a n n s c h e n Mikrophotometer ausphotometriert
und die Schwarzungen als Kurven aufgetragen.
Das beigefugte Diagramm I (Fig. 27) zeigt im Falle 1 (Anregung des Stickstoffs durch einen Sauerstoffkanalstrahl) an
der Sauerstofflinie 1 = 4415 A. deutlich die starke bewegte
und die schwache ruhende Intensitat. Die letztere riihrt vom
geringen noch vorhandenen Partialdruck des Sauerstoffs im
Beobachtungsrohr her.
I m Falle 2 (Anregung des Sauerstoffs durch einen Stickstoffkanalstrahl) zeigt die Kurve der Linie I = 4415 A. das inverse
H. Tilsar.
1304
-
-
4367 a' Sauersbfl ruh J
4328 d
Quechsilb&
Verhalten der Intensitaten: die ruhende Intensitat ist sehr
stark, die bewegte ganz schwach. AuSerdem zeigt das Disgramm I im Falle 1 die ruhenden Intensititen der Linien
Beobachtungen a m Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1305
1= 4437 d. und il = 4431 A., deren Zugehorigkeit zum Stickstoff zwar nicht ganz sicher ist, die aber immer in meinen
Stickstoffkanalstrahlen auftraten; im Falle 2 ist an den entsprechenden Stellen des Spektrums keine Schwarzung zu bemerken, was der Erwartung entspricht, da bei diesen Linien
auch bei friiheren Untersuchungen ,kein Dopplereffekt gefunden
worden war (vgl. p. 1268). Andererseits ist im Falle 2 die
ruhende Intensitat der Sauerstofflinie 1 = 4367 A. vorhanden,
wahrend an der entsprechenden Stelle im Falle 1 die Platte
keine Schwarzung zeigt.
Das Diagramm I1 (Fig. 29) gilt fur Versuche an Wasserstoff und Stickstoff. Bei allen Anregungsversuchen, an denen
Wasserstoff teilnahm, mul3te die Anordnung der Fig. 26 ein
wenig verandert werden, da die Trennung des Wasserstoffs
von anderen Gasen durch Kapillaren schwieriger ist. E s
muf3ten engere und langere Kapillaren genommen werden, und
da der Wasserstoff von der Kohle nur sehr wenig aufgenommen
wird, mu6te das Abpumpen durch zwei Gaedepumpen besorgt
werden. Die Fig. 28 zeigt die fur Wasserstoffversuche abgeanderte Anordnung.
Die Bedeutung der Buchstaben in der Fig. 28 ist dieselbe
wie in Fig. 26. GI und G, fuhren zu den beiden Gaedepumpen.
Fig. 28.
Die Kapillare Kl war in die Al-Kathode eingesetzt, hatte eine
Lange von 7cm und einen Durchmesser von 1 mm. Die Kapillare Kz war 4 cm lang und hatte 3 mm Durchmesser; K3 war
auch 4cm lang und hatte 4 m m Durchmesser.
Der durch die langen und engen Kapillaren sehr stark
geschwachte Kanalstrahl bedingte sehr lange Expositionszeiten
(bis zu 20 Stunden). Eine ganz saubere Trennung der beiden
It. Tilsar.
1306
Gase konnte kaum erreicht werden. Trotzdem zeigt das Diagramm 11, daS im Falle l des Hineindringens eines Wasserstoffstrahles in Stickstoff nur die bewegte Intensitat des Wasserstoffs auftritt. Umgekehrt ist im Falle 2 eines Stickstoffkanalstrahles in einer Wasserstoffatmosphare nur die ruhende
Intensitat des Wasserstoffs vorhanden (Hy-Linie).
I
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-2
Fig. 29.
Die immer auf den Platten vorkommende Hg-Linie ;1=4358A.
zeigt keinen Dopplereffekt, weil bei der in Fig. 26 skizzierten
Anordnung der Hg-Dampf nur im Raume B vorhanden sein
kann und also nur ruhend zum Leuchten angeregt werden
kann. Wurde das KuhlgefaB bei C, entfernt, so daB Hg-Dampf
aus der Gaedepumpe in den Entladungsraum gelangen konnte,
Beobachtunyen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen. 1301
so entstanden neben den Kanalstrahlen des durchstromenden
Gases auch HgKanalstrahlen, und die Linie I = 4358 A. zeigte
einen schwachen, aber doch merklichen Dopplereffekt.
Aus den Resultaten der beschriebenen Versuche kann also
gefolgert werden, daS von den drei oben angefiihrten moglichen Erklarungen fur den Ursprung der ruhenden und bewegten Intensitat nur die letzte richtig sein kann:
Die im Kathodenfall beschleunigten Teilchen durcheilen
den ganzen Beobachtungsraum, ohne wesentlich an Geschwindigkeit zu verlieren; sie regen sich selber an den ruhenden
Teilchen des umgebenden Gases zum Leuchten an und sind
die Triger der bewegten Intensitat. Im Vorbeitliegen regen
sie auch die ruhenden Teilchen des Beobachtungsraumes zum
Leuchten a n , ohne ihnen Geschwindigkeiten zu erteilen. Die
letzteren Teilchen sind die Trager der ruhenden Intensitat,
h e r die Anregnng verschiedener Gsse dnrch Ksnslstrahlen
verschiedener Elemente.
In den bisher mitgeteilten Versuchen wurde nur das gegenseitige Verhalten von Sauerstoff und Stickstoff einerseits und
von Wasserstoff und Stickstoff andererseits beobachtet. Es
lag nun die Frage nahe, ob die Kanalstrahlen eines beliebigen
Gases zur Anregung eines jeglichen Gases fahig waren, und
ob seinereeits jedes ruhende Gas die bewegte Intensitat eines
beliebigen Kanalstrahles zum Leuchten bringen konnte.
Mit den zur Verfugung stehenden Gasen werden deshalb
Anregungsversuche in folgenden paarweisen Kombinationen angestellt :
Es wurden mit der in Fig. 28 angefiihrten Anordnung bei
ungefahr gleichen Druckbedingungen im Beobachtungsrohr und
gleichen Entladungsspannungen zur Anregung gebracht :
Wasserstoff
Sauerstoff
Stickstoff
Kohlensaure
1
I
durch Wasserstoff kanalstrahlen.
J
Ferner :
Wasserstoff
St ickstoff
KohlensPure
durch Sauerstoffkanalstrahlen,
1308
11. Ivilsar.
Endlich :
Wasserstoff
Sauerstoff
]
durch Stickstoffkanalstrahlen.
In allen Fallen wurde der Strahl leuchtend, wenn das
betreffende Gas durch den Beobachtungsraum stromte, und
emittierte das ruhende Spektrum des Gases. Die Cfesamtlichtintensitat war in den einzelnen Fallen sehr verschieden: so
leuchteten z. B. die Wasserstoffstrahlen, in Stickstoff hineingeleitet, viel intensiver als Wasserstoff in Wasserstoff, und
auch intensiver als Stickstoff in Stickstoff. CO, wurde viel
starker durch einen Wasserstoffkanalstrahl angeregt, als wie
durch einen Sauerstoffutrahl. Ob fur die starkere oder
schwachere Anregbarkeit der einzelnen Gase die Beachaffenheit der Atome (oder Molekule) maBgebend ist, oder ob die
Leuchtkaaft des Strahles nur von der Zahl der bewegten
Teilchen und von der GroBe ihrer Geschwindigkeit, oder von
der 2’ g m v 2 fur den Strahl sbhangt, daruber konnten diese
Versuche keinen AufschluB geben, da j a bei der Anregung verschiedener Gase durch denselben Kanalstrahl die spektrale Verteilung des angeregten Lichtes eine ganz verschiedene war,
dagegen bei Anregung eines Gases durch verschiedene Strahlen,
die derselben Entladespannung entstammten , sowohl die Zahl
der bewegten Teilchen, die Geschwindigkeiten, als auch 2 & mua
fur alle bewegten Teilchen der beiden Strahlen verschieden
waren.
I n den meisten der oben erwahnten Falle konnten bei
genugend langen Expositionen auch die bewegten Intensitaten
der erregenden Strahlen auf der Plntte erhalten werden.
Die Anregung des Hg-Dampfes durch Kanalstrrrhlen.
Etwas anders als die angefuhrten Gase verhielt sich der
Hg-Dampf, wenn durch ihn Kanalstrahlen hindurchgelassen
wurden. Wahrend der Hg- Dampf selbst sehr intensiv zur
Emission seines ruhenden Spektrums von jeglichen Kanalstrahlen angeregt wird, scheint er die bewegten Teilchen der
Kanalstrahlen anderer Gase gar nicht oder (im Vergleich zu
anderen Gasen) nur in sehr geringem MaBe zur Emission veranlassen zu konnen.
Beobachkngen am Dopplereffekt der Kanalstrahlen.
1309
Diese Anregungsversuche mit Hg-Dampf sollen hier zum
SchluB noch kurz geschildert werden : Es wurde dazu dieselbe
Anordnung wie die in Fig. 28 skizzierte benutzt, nur war aus
dem Rohransatz C, die Kohle entfernt und statt dessen eine
kleine Menge Quecksilber hineingebracht. Um das Rohr C,
und die Kapillare K, war ein Asbestmantel SS angebracht,
damit man diesen Teil der Anordnuug xnit Hilfe einer kleinen,
unter den Asbestmantel gestellten Bunsenflamme auf einer bestimmten Temperatur halten konnte. Als erregende Strahlen
wurden zuerst wieder Wasserstoffkanalstrahlen genommen.
si
Is
Jk
Fig. 30.
I n Fig. 30 ist die Anordnung noch einmal skizziert:
Durch E stromte der Wasserstoff ein; D war jetzt ganz
geschlossen.
Wurde C, gekiihlt, so konnte man in K,, H2, A\ und B
nur ein sehr schwaches Leuchten des Strahles wahrnehmen.
Wurde C, erwarmt, so verdampfte das Hg und destillierte
nach C, hinuber, wobei der Hg-Dampf H2 und K, passierte.
Der Strahl leuchtete dann.in .K2 und H, hell auf.
Wenn im Entladungsrohr ein Druck von ca. 0,015 mm Hg
herrschte, so war in B ein Wasserstoffdruck, der nur einige
Zehntausendstel Millimeter betrug, leicht herzustellen.
Die visuelle spektroskopische Untersuchung der Anregung
des Hg durch H-Strahlen bei fortdauerndem Heizen des
Hg durch die kleine Bunsenflamme bei J ergab folgende
Resultate;
1310
H. Wilsar.
bei M nur Wasserstoffspektrum,
in K, nur Wasserstoffspektrum und Gasfluoreszenz,
bei HI sehr schwaches Leuchten des Strahlee,
in K2 und bei H9 eehr starkes Hg-Spektrum, gar kein Wasserstoff zu bernerken,
in K8 und B auch ziemlich intensives Hg-Spektrum.
Bei direkt axialem Anvisieren bei P zeigte sich ein starkes
Hg-Spektrum, aber auch ein intensives Wasserstoffspektrum.
Wurde der Spektralapparat unter kleinem Neigungswinkel zum
Strahl aufgestellt, so war nur das Hg-Spektrum intensiv zu
sehen, die Wasserstoff linien fehlten gsnzlich. Analoge Resultate
wurden auch im Falle eines Stickstoffstrahles im Hg-Dampf
erhalten.
Auch die spektrophotographischen Aufnahmen der Wasserstoff- und Stickstoffkanalstrahlen im Hg-Dampf zeigten, trotz
langer (15stiindiger) Expositionen, zwar sehr intensiv die
ruhenden Hg-Linien, aber keine Spur der bewegten Intensitaten
der Wasserutoff- bzw. Stickstofflinien.
Deshalb mussen wir annehmen, da6 der Hg-Dampf von
Kanalstrahlen sehr stark zum Leuchten angeregt wird, aber
die bewegten Teilchen der Kanalstrahlen anderer Elemente
(der Gase) entwerler gar nicht oder nur in sehr geringem MaSe
zum Leuchten anzuregen imstande ist.
Der inverse Versuch der Anregung eines Gases durch einen
reinen Hg-Kanalstrahl und der Anregung der bewegten Intensitit des Hg-Strahles durch die umgebende Gesamtatmosphare
ist noch nicht ausgefiihrt worden, besonders deshalb, weil es
schwer ist , einen ganz reinen Quecksilberkanalstrahl dauernd
zu erzeugen.
Zusamnienfassuug der Resultate.
1. Auch diej enigen Linien des Viellinienspektrums des
Wasserstoffs, bei denen D u f o u r den Zeemaneffekt gefunden
hat, haben im Kanalstrahl keinen Zeemaneffekt.
2. Hauptserienlinien des Wasse,rstoffs konnten im Kanalstrahl nicht gefunden werden.
3. Alle in den Kanalstrahlen auftretenden Funkenlinien
des Sauerstoffs besitzen einen Dopplereffekt von gleicher Gr06e
(in Ubereinstimmung mit den Beobachtungen von P a s c h e n )
und haben wohl einen gemeinsamen Trager.
Beobachtunyen urn Bopplerpffekt der Kunulstrahlen.
131 1
4. Bei den Serienlinien des Sauerstoffs konnte ich (im
Gegensatz zu J. S t a r k ) keinen Dopplereffekt finden.
5. Die Trager einiger Sauerstoffbanden kannen im Kathodenfall nicht bestehen, wahrend sie in dem einen kraftefreien Raum durchdringenden Kanalstrahl bestandig sind.
6. Die in den Kanalstrahlen vorkommenden Stickstoffbanden des negativen Poles haben (in ubereinstimmung rnit
W. H e r m a n n ) keinen Dopplereffekt gezeigt; die Trager dieser
Banden sind auch im elektrischen Felde bestandig.
7. Einzelne Linien des Stickstoffs haben im Kanaletrahl
den Dopplereffekt. Es mussen fur diese Linien mindestens
zwei verschiedene Trlger vorhanden sein, da es Effekte von
verschiedener GroBe gibt.
8. Die GroBe des Dopplereffektes andert sich bei Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff nicht proportional
sondern
erreicht unter meinen normalen Versuchsbedingungen bei einer
fur jedes Gas charakteristischen Spannung eine Grenze.
9. Wahrend die Trager des Wasserstoffs im Kanalstrahl
eine Elementarladung besitzen, muB man fur die bewegten
Trager des Sauerstoffs und Stickstoffs mehrfuche Ladungen annehmen. Diese Trager konnen mit den haupsachlich in den
Kanalstrahlen vorkommenden Atomen, die (wie die Ablenkungsversuche zeigen) mit einer Ladung beschleunigt sind, nicht
identisch sein.
10. Ein Magnetfeld hat auf den Dopplereffekt des Sauerstoffkanalstrahles einen ganz iihnlichen EinfluB wie auf den
Dopplereffekt des Wasserstoffkanalstrahles.
11. Die Kanalstrahlen des Wasserstoffs werden beim
Durchfliegen eines Gases nicht gebremst ; die Teilchen mit
kleinen Geschwindigkeiten werden dabei starker absorbiert als
die mit groBen Geschwindigkeiten.
12. Die Ksnalstrahlen des Wasserstoffs werden (besonders
bei kleinen Geschwindigkeiten) sowohl a n Glas (wie schon
W. H e r m a n n gefunden hat), als auch an Metal1 (Al) erheblich
reflektiert.
13. Die ,,Retrograde Rays" sind im ganzen Entladungsraum mit Hilfe des Dopplereffektes zu konstatieren und verhalten
sich in bezug auf Geschwindigkeit und Absorption durch das
umgebende Medium iihnlich wie die normalen Kanalstrahlen.
ic
1312
I$. Wilsar. Beobachtungen am Dopplereffekt usw.
14. Die Trager der bewegten lntensitat der Kanalstrahlen
entstammen dem Kathodenfall, durchfliegen das umgebende
Gas, ohne an Geschwindigkeit einzubiiben oder die Geschwindigkeit auf andere Teilchen zu ubertragen. Die ruhenden Teilchen
des umgebenden Mediums erhalten bei den ZusammenstoBen
mit den bewegten Teilchen keine Geschwindigkeiten, die fur
den Dopplereffekt in Betracht kommen kornten, sondern werden
ruhend zum Leuchten angeregt und sind die Trager der
ruhenden Intensitat.
15. Die meisten Gase kiinnen von Kanalstrahlen anderer
Gase zum Leuchten angeregt werden und regen ihrerseits die
bewegten Teilchen zur Emission der bewegten Intensitat an.
16. Der Hg-Dampf wird von jeglichen Kanalstrahlen sehr
stark zum Leuchten angeregt, besitzt aber die Fahigkeit, die
bewegte lntensitat der Strahlen anderer Gase anzuregen, entweder gar nicht, oder doch nur in sehr geringem MaBe.
Auch an dieser Stelle mochte ich nicht versaurnen; Hrn.
Geheimrat W. W i e n , auf dessen Veranlassung und unter dessen
Leitung ich die beschriebenen Versuche ausgefiihrt habe,
meinen warmsten Dank auszusprechen ; ebenso auch Hrn. Prof.
Dr. F. H a r m s fur zahlreiche Ratschlage.
W u r z b u r g , Physikalisches Institut.
(Eingegangen 10. Oktober 1912.)
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