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Beobachtungen ber den Effekt des elektrischen Feldes auf die Tripletserien des Quecksilbers und die Dupletserien des Aluminiums.

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41 9
1. Aufgube. - Die vorliegende Untersuchung sollte nicht
einfach neues Beobachtungsmaterial uber den Effekt des
elektrischen Feldes auf beliebig gewlihlte Spektrallinien irgend
welcher Elemente schaffen, sondern an den bis jet& gewonnenen Ergebnissen uber diesen neuen Effekt in phnmii8ig
gewiihlten Richtungen weiterbauen. Nachdem die bisherigen
Untersuchungen ergeben hatten, daB fiir die Art und GroSe
des elektrischen Effektes einer Spektrallinie ihre Zugehorigkeit zu einer Serie entscheidend ist, wurde die vorliegende
Arbeit auf das Studium von Serienlinien beschisnkt. Aus
diesem Grunde sind Hg-, Al-, Si- und C-Linien, die nicht
zu enerkannten Serien gehoren, in der nachstehenden Mitteilung nicht erwghnt, obwohl eine Anzahl von ihnen auf
den gewonnenen Spektrogremmen vertreten ist.
Die H-, He- und Li-Linien, welche bis jetzt VOII S t a r k
und seinen Mitarbeitern im Effekt eines elektrischen Feldes
zerlegt oder verschoben wurden, sind Einzellinien oder wurden,
soweit sie in Wirklichkeit Duplets sein mogen, bei der an1) Die vorliegende Untersuchnng wurde im Sommer 1914 ausgefiihrt und mi 1. Auguat jenes Jahres au8 iiul3erem Zwang abgebrochen.
De keine Aussicht besteht, deO sie von den beiden Verfwern in absehbarer Zeit duroh weitere Bepbachtungen erghut werden keM, habe ich
die vorliegende Mitteilung nach einem Entwurf von Hrn. Dr. Wendt,
der zurzeit im Felde sfeht, abgefal3t.
Der ausgezeichnete groh Steinheilsche Quarzspektrograph, welchen
ioh den Herren W e n d t (Aachen) und Wetzel (New York) zu der obigen
Arbeit zur Verfiigung atellte, ist aus Mitt& der Rh-inischen Geeellsohaft
fiir wissenschaftliche Forschung gebaut,
Stark.
28 *
420
G. Wenat u. R. A . Wetzel.
gewandten Dispersion nicht aufgelost. Darum war es zuniichst
interessant, zu untersuchen, ob auch die Komponenten von
Duplets und Triplets entlang einer Serie eine Frequenzanderung
durch daa elektrische Feld erfahren.
Die auf den Effekt des elektrischen Feldes bis jetzt eingehend untersuchten H-, He- und Li-Serien liegen alle im
siohtbaren Spektrum. Fur die GroSe der Frequenziindaung
ihrer Linien ist deren Gliednummer innerhalb der Serie maBgebend ; diese, GroBe nimmt zu rnit steigender Gliednummer,
also mit abnehmender Wellenliinge. Nun haben mehrere
theoretisohe Versuche uber den Effekt des elektrischen Feldes
auf Spektrallinien gefolgert, daJ3 die Frequenziinderung durch
das elektrische Feld abnehmen sol1 mit abnehmender Wellenllinge. So mochte sich trotz der bisherigen Erfahrung der
Zweifel regen, ob nicht vielleicht doch bei noch kleinerer Wellenliinge, also etwa im Ultraviolett, jene theoretisch geforderte
Abhiingigkeit der Frequenziinderung von der Wellenliinge
Wirklichkeit ist. Zur Priifung dieser Fragen bieten die Hgund Al-Serien Gelegenheit, da sie bis weit in das Ultraviolett
hinein verlaufen. Es mag das Ergebnis in dieser Hinsicht
gleich vorweg genommen werden : v i e die @-Triplets loehren,
nimmt auch im Ultraviolett jedenfalls bis A 2300 A. die
Frequenziinderung einer Serienlini’e mit steigender Gliednummer, also mit abnehmender Wellenliinge zu.
Der Hauptgrund dafiir, daB Serien des Quecksilbers und
Aluminiums zur Untersuchung ausgewiihlt wurden, liegt in
der GroBe des Atomgewichtes dieser Elemente. Wie ja schon
eine erste theoretische Uberlegung l) erwarten lliat, ist die
GroBe der Frequenziinderung, welche ein iiulleres elektrisches
Feld an den Elektronzentren gewisser Serienlinien hervorbringt, abhiingig von der Gegenwart benachbarter elektrischer.
Quanten innerhalb des einzelnen Atoms. Denn diese erfahren
ebenso wie die Serienelektronen eine Versehiebung innerhalb
dee Atoms dureh das iiuBere Feld, und diese Verschiebung
mull neben der unmittelbaren Wirkung des hulleren Feldes
in cler Bindung der Serienelektronen sich bemeikbar machen.
Je groBer das Atomgewicht eines Elementes ist, desto groBer
1 ) Vgl, J. Stark, Eiektrische Spektralanaly~echemischer Atome,
p. 127. S. Hirzel, Leipzig 1914.
Effekt des elektkcken Feldes auf die Tripletserien usw. 421
ist zweifellos die Anaahl der positiven und negativen elektrischen Quanten, welche in dem Verband seines einzelnen
Atoms vorkommen. Wovon hiingt nun die NSihewirkung benachbarter Elektronen auf die Frequenziinderung van Serienelektronen durch ein iiuhres elektrisches Feld ab? Rein
von der Zahl der im Atom vorkommenden Elektronen, also
von der GroBe des Atomgewichts 3 Oder haben nur wen@ ausgezeichnete Nachbarelektronen eine merkliche Ntihewirkung
im Effekt des elekt.rischen Feldes auf die Srrienelektronen 1
Auf Grund bekannter elektrostatischer Erscheinwgen diirfen
wir das letzte erwarten. Es wird niimlich die betrachtete
Niihewirkung von Nachbarelektronen urn so grol3er seb, je
leichter oder weiter sie durch ein BuBeres elektrisches Feld
versohoben werden konnen. Wiirde z. B. an der Oberfliiche
eines einzelnen Atoms eine verhaltlich g r o h Anzahl von Elektronen parallel der Oberfliiche kriiftefrei wie Leitungselektronen,
senkrecht zur Oberflliobe verhiiltlich weit mit kleiner riicktreibender &aft verschoben werden konnen, und wiirden die
Serienelektronen unterhalb des Oberfliichenniveaus jener Elektronen tiefer im Atom liegen, dam wiirden die Serienebktronen
durch die’ verschiebbaren Oberflachenelektronen Wie durch
einen Faradayschen m f i g vor der Wirkung des iiubren
elektrischen Feldes geschutzt, ihre Frequenziinderungen verhgltlich sehr klein sein.
Die vorstehende extreme Voraussetzung uber die Atomstruktur ist nun wohl kaum in einem Falle verwirklicht. Naoh
der Valenzelektronhypothesea), welche aus einer Anaahl o h mischer und physikalischer Erfahrungen abgeleitet ist, kommen
an der Atomoberflache ohemibcher Elemente zumeist nur
wenige leicht verschiebbare Elektronen (Valenzelektronen) vor.
Und danach wiire zu erwarten, .daB fur die GroBe der Ntihewirkung von Nachbarelektronen im Effekt des elektrischen Feldes
auf Seiieuelektropen nicht in erster Link die Grob des Atomgewichtw, aondern die Zahl der Valenzelektronen maBgebend
ist. Nun wissen wir uber dime Zahl wohl fiir dw neutrale
Atom aus chemischen Erfahrungen einigermak Bescheid ;
indes diirfen wir diese Kenntnis nicht ohne weitares auf den
1) Vgl. J. Stark, Die Elektrizitiit im chemischen Atom. S. Hirzel,
Leipzig 1916.
422
G. Wenat u. R. A . Wetzel.
atomischen TrLger von Serienlinien iibertragen. Denn dieser
ist in der Regel nicht das neutrale Atom, sondern ein positives
Atomion; also ein Atom, von dem ein Elektron oder mehrere
abgetrennt sind. Fiir die H-Serie ist dies zum mindesten sehr
wahrscheinlichl); auS Analogie diirfen wir das gleiche aucb
fiir den Triiger der entsprechenden He- und Li-Serie
schlieBen.
Bei der experimentellen Verfolgung des EinfluBes der
Niihewirkung von Nachbarelektronen auf die Wirkung eines
iiuBeren elektrischen Feldes auf Serienelektronen muB man
also die vorstehenden Umstiinde oder Moglichkeiten im Auge
behalten. Wie in Hinsicht jener Niihewirkung die Wirklichkeit der Atome ist, b n n natiirlich nur die Erfahrung lehren.
Der Vergleich der Beobachtungen an den H-, He- und LiSerien sagt uns bereits einiges. So sind die elektrischen Frequenziinderungen entsprechender He- und Li-Linien sowohl
nach Art wie GroBe nur wenig voneinander verschieden. Ware
der Triiger der .Serien dieser Elemente das neutrale Atom,
so wiire diese Tatsache schwer verstiindlich. Denn das neutrale Li-Atom besitzt ein verschiebbares Valenzelektron an
seiner Oberfliiche; das neutrale He-Atom' dagegen besitzt
kein Valenzelektron an seiner OberflBche. Wenn jedoch, wie
es wahrscheinlich ist, die Triiger der Serien dieser Elemente
die positiven Atomionen sind, dann entspricht jene Ubereinstimmung im Effekt des elektrischen Feldes auf die Serienlinien durchaus der Ubereinstimmung, daB die beiden Serientriiger (positives He- und Li -Atomion) kein verschiebbaies
Valenzelektron an ihrer Oberfliiche haben.
Vergleicht man weiter die elektrische Zerleguag einer
H-Serienlinie mit derjenigen der entsprechcnden He- und
Li-Linie aus der ersten Nebenserie, 80 flillt einem erstens mf,
daB diese dissymmetrisch, jene symmetrisch ist ; eweitens,
daB die Frcquenziinderung der He- und Li-Linie m a r merklich kleiner als diejenige der H-Linie, aber doch noch vergleichbar groB ist. Der erste Unterschied (Dissymmetrie und
Symmetrie) erklBrt sich wohl BUS einer Deformation der Koppelung der Serienelektronen infolge dei Atomstruktur, die fjbereinstimmung in der GroBenordnung der Frequenzhderung
1) J. Stark, Ann. d. Phys. 49. p. 179. 1916.
Effekt des elektrischn Feldes auf die Tripletserien usw. 428
aus der ijbereinbtimmung, daB die LinieatrLger positive Atomionen ohne Valenzelektronen an ihrer OberflLche sind. Der
Unterschied innerhalb dieser GroBenordnung mag daraus
folgen, dal3 eine merkliche Nahewirkung benachbarter Elektronen im He- und Li-Atomion infolge dea grohren Atomgewichtes im Vergleich zum H-Atomion auftritt.
Einen weitsren Beitrag zu d m voistehenden Uberlegungen
und Ergebnissen vermag offenbar die Untersuchung von Elementen groJ3en Atomgewichts auf die elektrische Zerlegung
ihrer Serien zu liefern. Hierzu eignen sich Aluminium und
Queokdber. Jenes Element hat das relative (H = 1) Atomgewicht 27,1, dieses 200,6. Bei Aluminium kennen wir eine
erste und zweite Nebenserie von Duplets, bei Quecksilber
eine erste und zweite Nebenserie von Triplets. Dem neutralen
Hg-Atom sind aus ohemkchen Griinden zwei, dem neutralen
Al-Atom drei Valenzelektronen zumsprechen. GemiiB den
Unterbuchungenl) uber den Kanalstrahlen-Dopplereffekt dieser
Elemente ist der Trager der Hg-Tripleherien das zweiwertige
Hg++-Atomion oder wenigstena das einwertige Hg+-Atomion,
der Triiger der 81-Dupletserien das einwertige Al+-Alomion.
Der Triiger der Hg-Tripletserien besitzt demnach kein oder
hochstens ein Valenzelektron an der Atomoberflllche, der
Triiger der, Al- Dupletserien dagegen zwei Valenzelektronen.
Andererseits ist das Atomgewicht des Triigers der Hg-Serien
angeniihert zehnmal so groB wie dasjenige des Triigers der
Al-Serien, zweihundertmal so groJ3 yie dasjenige deb Trligers
der H-Serie.
Nachdem im Vorbtehenden &rlegungen uber den moglichen EinfluB der AtomgroSe oder der verschiebbaren Elektronen eines Atoms auf die Frequenziinderung seiner Serienelektronen durch ein liuSeres elektrisches Feld angestellt und
damit die Griinde fiir die Auswahl der Elemente Aluminium
und Quecksilber angegeben worden sind, sei des Zusammenhanges wegen hier gleich das Hctuptresultat in der betraohteten Hinsicht vorweggenommen. Nach der weiter unten
folgenden Tab. I betriigt der Abstand der &uSerenelektrischen
s-Komponenten einer Linie der ersten Komponente des dritten
1) J. Stark, G . Wendt, H. Kirschbaum u. R. Kiinzer, Ann.
d. Phys. 43. p. 241. 1913.
G. Wmdt u. R. A .
424
Wetzel.
Gliedes der ersten Hg-Tripletnebenserie (A 2803,7 A) in einem
elektrischen Feld von 100000 Volt x cm-l 6,l A; der Abstand der 8uBeren elektrischen Komponenten der ersten Komponente des dritten Gliedes der ersten Al-Dupletnebenserie
(A2373,2 A) ist nach Tab. 111 fur dieselbe FeldstBrke jedenfalls kleiner als 0,46 A. Der Abstand der intensivsten BuBeren
s-Komponenten des dritten Gliedes der H-Serie (H,,) betriigt
nach S t a r k s Messungenl) 52 A. fur 100000 Volt x cm-l.
Aus dem Vergleioh der Zerlegung der Hg-Linie ( A 2803 7 b.)
mit derjenigen der Al-Linie (A 2373,2 B.) gleicher Nummer
folgt, daB die GroBe des Atomgewichtes (Hg 200,6; A1 27,l)
keinesfalls allein mal3gebend sein kann fiir die GroBe der Fwquenzanderung durch das elektrische Feld sondern daB hierfiir
in erster Link eine andere Atomeigenschaft, Pnscheinend die
Zahl der verschiebbaren Valenzelektronen an der Atomoberflhhe in Wirkung tritt. Das Verhliltnis, daB die elektrische
Frequenziinderung in der ersten Hg-Tripletnebenserie ungeflihr
zehnmal kleiner als in der H-Serie ist, mag darin begriindet
sein, daB im Hg++-Atomion, wenn auch keine stark verschiebbaren oberfliichlichen Valenzelektronen, so doch unvergleichlich vie1 mehr elektrische Nachbarquanten als im zweihundertma1 leichteren H+-Atomion vorhanden sind.
Es ist vielleioht nicht uberfliissig, im AnschluB an das
Vorhergehende eine nahe liegende Vorstellung oder Folgerung
uber die Lage der Serienelektronen im chemisohen Atom ausdriicklich zu erwiihnen. Zwar liegen die Serienelektronen
nicht, wie wohl die wenigen Valenzelektronen, in der auBersten
AtomhiiUe, also in verhiiltlich groSem Abstand vom Atomzentrum. Aber sie konnen auch nicht tief im Atominnern
nahe dem Zentrum liegen; denn sonst konnte wohl die Wirkung eines iiul3eren elektrischen Feldes nicht durch die Hi&
der sie umgebenden ubrigen elektrischen Quanten bis zu ihnen
in merkliohem Betrage im Falle des Hg-Atoms durchdringen.
Diese Folgerung wird auch duroh die Tatsaohe einleuchtend
gemacht, daJ3 die Serienlinien zahlreicher Elemente (H, He, Li)
und vor allem die hier untersuchten Hg-Linien schon durch
den StoB langsamer Kathoden- bzw. Kanalstrahlen (8 b m .
100 Volt) zur Emission gebracht werden. Dime langsamen
1) J. Stark,
AM. d. Phys. 48. p.
193. 1915.
Effekt des ekktrischn Fetdes auf die Tripletmien usw. 425
Strahlen konnen nlimlich wohl in die Oberfliichenschicht,
aber nicht bis in das Zentrum der Atome (Linientrager) eindringen, ohne von den im Wege liegenden Atomteilen am
weiteren Vordringen gehindert zu werden. Derartige naheliegende uberlegungen sind bereits von mehreren Seiten angestellt worden.
2. Methoden. - Die Untersuchung des Effektes eines
elektrischen Feldes auf die Hg-Tripletserien und die Al-Dupletserien verlangt einen Spektrographen, der im Ultraviolett
bis iZ 2500 A. groJ3e Dhpersion mit groBer Lichtstgrke vereinigt. Diese Forderung liiBt kein Konbvgitter, wohl aber
ein zweckmiibig gebauter Quarzspektrograph erfiillen. Ein
derartiger Apparat stand uns zur Verfiigung; er wurde von
der Firma C. A. Steinheil Sohne in Miinchen nach Angaben von Hrn. Prof. S t a r k gebaut. Seine Konstruktion
wird an anderer Stelle eingehend beschrieben werden. Hier
seien lediglich folgende Angaben uber ihn mitgeteilt. Sein
Kameraobjektiv hat 45 mm offnung und fiir D 872 mm
Brennweite, sein Spaltobjektiv 50 mm offnung und 872 mm
Brennweite; er besitzt m e i Prismen von 60° und automatischc.
Einstellung auf das Minimum der Ablenkung. Das Gesichtsfeld auf der photographischen Platte, innerhalb dessen sich
scharfe Abbildung erzielen liibt, hat eine Liinge von 7 om;
die Aufnehmen von A 9200 bis il 2200 A. machen aus diesem
Grunde drei verschiedene Einstellungen notig. Dies ist 5ww
unbequem, liefert indes innerhalb eines jeden der drei
Spektralbezirke eine verhiiltlich groJ3e Lichtstiirke und Linienschlirfe.
Die von uns im iibrigen angewandte optische Methode
stimmt uberein mit dem von S t a r k l ) fiir derartige Untersuchungen angegebenen Verfahren. Es wurde niimlich der
leuchtende Raumteil, in welchem das elektrische Feld hergesteilt war, durch ein 2,5 om langes Kalkspatrhomboeder
hindurch mittels eines Quarz-F'luhpatachroromsfs von 16 om
Brennweite euf den Spekbrographenspalt scharf abgebildet.
Auch die Kanslstrahlenrohre, welche als LichtqueIle
diente, war nach den bekruonten Angaben S t a r k s gebaut.
Sio hatte einen Durchmesser von 5,5cm; der Abstand awischen
1) Vgl. J. Stark, Elek-he
p. 14. S. Hirzel, Leipzig 1914.
Spekhlanalyse chemischer Atome.
426
G. W&t
u. R. A . Wetzel.
ihrer Anode und Kathode betrug 13 cm, derjenige zwischen
deren Riickseite und der ihr parallelen Hilfselektrode 1,6 mm.
Zwischen dieser und der Kathode wurde das elektrische Feld,
das die Spektrallinien beeinflussen sollte, aufrecht erhalten.
Und zwar wurde fiir dieses Feld die Hilfselektrode zur Anode,
die Ruckseite der Kanalstrahlenkathode zur Kathode gemacht ;
es wurden also elektrisches Feld und Kanalstrahlen einander
entgegengeschaltet. Die Kamlstrahlenkathode war hierbei
dauernd geerdet. Der die Kanalstrahlen erzeugende Glimmstrom wurde rnit einem groBen Induktorium rnit Rotaxunterbrecher erzeugt.
Um die Emission der Hg-Linien im elektrischen Feld
intensiv herzustellen, wurde die Kanalstrahlenrohre nicht
mit reinem Hg-Dampf gefiillt, was nicht bloB sehr schwierig
gewesen ware, sondern nicht einmal g r o h Intensitat geliefert
hiittel); sondern es wurde einer uberwiegenden Fiillung mit
Wasserstoff Hg-Dampf beigemischt. Zu diesem Zweck war
an der lotrecht stehenden Rohre oben neben der Anode ein
kleines Seitenrohr angebracht, das rnit fliissigem Quecksilber
gefiillt war und wiihrend der Aufnahme dauernd warm gehalten
wurde.
Infolgedessen diffundierte aus diesem Seitenrohr
dauernd Hg-Dampf durch den Wasserstoff in die Kanalstrahlenrohre, und somit auch in den Raum zwischen Kathode
und Hilfselektrode; es bildete sich ein Gemisch von H- und
Hg-Kanalstrahlen, welche an sich selbst und an den von
ihnen gestohnen ruhenden Elg-Atomen Licht zur Emission
brachten. Dieses trat aus dem Raum zwischen Kathode und
Hilfselektrode durch ein nach auSen konisch sich erweiterndes,
nit einer FluSspatplatte verschlossenes Seitenrohr nach- dem
Spektrographen zu aus. FluBspatplatte und Seitenrohr wurden
durch eine kleine elektrisch geheizte Drahtspirale, die unter
sie gestellt war, zu dem Zweck etwas warm gehalten, dab
sich das Fluhspatfenster nicht rnit Hg-Tropfchen beschlug.
Urn auch, nachdem die Glaswand rnit zerstllubtem Metal1 sich
bedeckt hstte, durch den Raum zwischen Hilfselektrode und
Kathode blicken zu konnen, war konzentrisch zu dem ersten
Seitenrohr ein zweites auf der anderen Seite der Kanalstrahlenrohre angebracht.
1) Vgl. J. Stark u. H. Kirschbaum, Physik. Zeitschr. 14. p. 433.
1913.
Effekt des elektrischn Feldes auf die Tripletserkn
WW.
427
Hilfselektrode und Kathode waren aus Aluminium. Sie
wurden durch die Hg-Kanalstrahlen so stark zerstiiubt, dal3
neben den Hg-Linkn in ungeflihr gleicher Intensitat die AlLinien in dem Al-Dampf zwischen Hilfselektrode und Kathode
zur Emission kamen. So wurde der Vorteil erreicht, dal3 dieselben Aufnahmen die Linien beider Elemente lieferten.
Als Fiillgas, dem der Hg-Dampf beizumischcn war, kam
weder N, noch O,, sondern H, deswegen in Betracht, weil
dieses Gas unter der Wirkung der Kanal- und Kathodenstrahlen
nicht wie jene mit dem Hg-Dampf in eine chemische Reaktion
eintritt. AuSerdem bietet der Wasserstoff den gro&n Vorteil,
daS er im Ultraviolett unterhalb 15200 A. keine Spektrallinien von erheblieher Intensitat besitzt, sondern nach den
Angaben einiger Beobachter lediglich ein konthuierliches
Spektrum. In der Tat erschien auch auf unseren Spektrogrammen von llingeier Belichtungsdauer (6 Stunden) ein
schwaches kontinuierliches Spektrum zwischen 1 3200 und
1 2400 A.; da bei unseren Versuchsbedingungen eine tliuschende ultraviolette Fluoreszenz der Glaswand ausgeschlossen
war, so ist es wahracheinlich, daB das beobachtete kontinuierliche Spektrum in der Tat dem Wasserstoff eigentiimlich ist.
Erwlihnt sei noch, daB wir auf unseren Spektrogrammen
auBer den Hg- und Al-Linien noch in betriichtlicher Intensitiit
die Si-Linie 2 2881 sowie dio intensiven Si-Lhien mvischen
22528 und A2435 erhielten. Sie riihren von der Zerstiiubung
des Siliziums her, das bekanntlich zumeist als Verunreinigung
in dem kkuflichen Aluminium enthalten ist.
3. Beobachtungen. - Um die aus dem elektrischen Feld
erhaltenen Hg- und Al-Linien hinsichtlich der spektralen Lage
mit den feldfreien Linien vergleichen zu konnen, wurde rrach
Vollendung der Aufnahmen mit Feld der hierbei belichtete
Spaltteil mit Papier abgedeckt und auf die daruber und darunter liegenden Spaltteile wiihrend einer ausprobierten Zeitdaner das Licht von einer Hg-Quarzlampe und von einem
Lichtbogen zwischen Al-Elektroden entworfen. So wurde auf
den photographischen Platten dss elektrisch beeinfluBte Spektrog r a m zwischen zwei nicht beeinflu5ten Spektrogrammen
erhalten, und es konnte der Abbtand der elektrischen Linienkomponenten von den feldfreien Linien gemessen werden.
Freilich ist diese Messung wegen der Moglichkeit ungleicher
428
G. Wmdt
u.
R. A . Wetzel.
Objektivfiillungen in den zwei aufeinanderfolgepden Aufnahmen nicht besonders zuver1iissig.l) Indes war ein Teil
der beobachteten Frequenzilnderung so groB, daB jene Fehlerquelle nicht merklich storen konnte; und wo die Frequenziinderung so klein war, daB jene Fehlerquelle Verschiebungen
vorthschen oder verdecken hiitte konnen, da lieB eine andere
Erscheinung die Wirklichkeit kleiner Verschiebung auBer
Zweifel stellen. Stehen nhmlich, wie bei unseren Beobachtungen, die Begrenzungsebenen des elektrischen Feldes (Hiifselektrode und Riickseite der Kanalstrahlenkathode) senkrecht
zum Spektrographenspalt, und ist die Abbildung auf diesen
und im Spektrographen selbst stigmatisch, so erscheint das
nahe den Lochern der Kathodenriickseite emittierte Ende
verschobener Linien gekriimmt, entsprechend der riiumlichen
Variation der elektrischen Feldstiirke nahe bei jener Ruckseite.2) An dieser Kriimmung macht sich die Tatsache und die
Richtung einer Verschiebung einer Spektrallinie durch cias
elektrische Feld bemerkbar.
In den Tabb. I und I1 sind unsere Beobachtungen an
einer Reihe von Hg-Linien zusammengestellt. Wir haben
auBer ihnen m a r auch die Linien 3, 2699,5 und 2 2399 A.
aus dem vierten Glied beobachtet und an ihnen einige wenige
weit verschobene Komponenten festgestellt ; indes b m e n sir
so lichtschwach heraus, daB zweifellos weitere Komponenten
von geringerer Intensitiit unterbelichtet blieben. Da infolgedessen das Zerlegungsbild allzu unvollstiindig war, haben wir
unsere Beobachtungen lieber gar nicht in die Tabelle aufgenommen. Auch hinsichtlich der elektrischen Komponenten
der tabellierten LirJien miisqen wjr den Vorbehalt machen,
da8 sie nur die intensivsten sind; es ist nach den Ekfahrungen
in anderen Fiillen sehr wohl moglich, daB noch weitere lichtscuwachere Komponenten vorhanden sind und die angegebenen
Komponenten noch weiter zerlegt werden konnen. Indos
unabhhgig von der Ermittlung und Feststellung weiterer
Feinheiten konnen auf Grund der mitgeteilten Tabellen bereits
folgende prinzipiell wichtigen Zi&e dei behandeltt n Erscheinung
ah gesichert gelten.
1) Vgl. J. Stark, Elektrische Spektralanalyse, p. 60.
2) J. Stark, Ann. d. Phys. 42. p. 197. 1915.
Effekt des ebktrischen Feldes auf die Tripletserien usw. 429
Wie der Vergleich der Tabb. I und 11, insbesondere fiir
das Glied 111, erkennen lHBt erfahren die Linien der diffusen
oder ersten Nebenserie der Hg-Triplets eine groSere FrequenzBnderung durch das elektrische Feld als die Linien der scharfen
oder meiten Nebenserie. Diedes Verhiiltnis ist dssselbe wie
fiir die erste und meite Nebenserie von Duplets b m . Einzellinien des Heliums und Lithiums.
Tabelle I.
Erste Nebenaerie der Hg-Triplets.
Feldetiirke 80000 Volt x ern-'.
Bemerknngen
2
3
}
{ %If[:
nicht
merklich
2967,s
Vemchiebuag bei .
YU2i.t;
~00000Volt x cm-' an
+ klein
265.5,s
!2653,9
26522
2834,s
3
+ 0,13
+ 0,20
+ O,l4
2804,4
{
p
2803,7{
8
{ - $:
2,oo
2482.9
2
3
{
,48211
+ l,oo
der Kinmmuftgdeeeinea
Extdee Bkherkbor
desgl.
Cemeseen fiir
100000 Volt x cm-1
deagl.
Gemessen fiir
100000 Volt x em-*
Bei 80000 volt x cm-*
ist die s-Komponente
nicht eichtbar
+ 1,55
{
2378,4(
+ 0.95
d ,
++ 0,80
1,20
+ 1,1g
+ 0,15
+ l,l8
1+
0,15
Wie weiter insbesondere die Tab. I lehrt, nimmt entleng
der ergten und meiten Nebenserie von Hg-Triplets die elektrische Frequenziinderung mit steigender Gliednummer, also
G. W d t
430
u. R . A . Wetzel.
mit abnehmender Wellenlfinge, zu, ein Gesetz, welchem auch
alle bis jetzt untersuchten Serien des Wasserstoffs, Heliums
und Lithiums folgen.
Tabelle 11.
Zweite Nebenaerie der Hg-Triplets.
Feldatiirke 100000 Volt x rrn-l.
Bemerkungen
1 %:1:;: 1
2925,6
111{1
+ klein
+ klein
nioht merklich
2
1 ,
0,5
AnKriimmungdeaeinen
.Endee beperkbar
Wie der Vergleich der Prequenzanderungen der Komponenten des Gliedes I11 in der ersten und zweiten Nebenserie zeigt, erfahren innerhalb eines Gliedes die Linien der
ersten Komponente eine groSere Frequenziinderung als die
Linien der meiten, diese wieder eine groSere h d e r u n g als
die dritte Komponente.
An friiherer Stellea) hat der eine von uns die Verbreiterungen der Hg-Serienlinien bei groBer Strom- und Dampfdichte miteinander verglichen und festgestellt, daS ihre Verhaltnisse durchaus den vorstehenden Verhaltnissen des Effektes
sines elektrischen Feldes entsprechen.
Was die Linien der Al-Duplets betrifft, welche wir zusammen mit den Hg-Linien auf unseren Spektrogrammen erhielten, so mu8 zuhiichst ein Unterschied erwiihnt werden,
den sie gegenuber den Hg-Linien aufweisen. Wahrend diese,
auch wenn sie von dem elektrischen Feld versohoben werden,
achmal und scharf erscheinen, sind die Al-Linien zumeist
breiter und immer unscharf. Die Erkliirung dieses Aussehens
der Al-Linien unter unseren Versuchsbedingungen diirfte in
folgender fiberlegung zu suchen sein. Neben den H- und HgKanalstrahlen kommen auch Al-Kanalstrahlen vor ; stoBt ein
1) G . Wendt,
h.
d. Phys. 46. p. 1257.
1914.
Effekt des elekCrischglt Feldt?s auf die T4+pletserien usw. 431
Al-Kanalstrahl auf ein Hg-Atom, so kann er en diesem reflektiert und mit einer Geschwindigkeitskompnente senkrecht zu
seiner anfiinglichen Geschwindigkeit, also parallel der Achse
des Spaltrohres aus seiner Bahn hereusgeworfen werden. Zudem mogen Hg-Kanalstrahlen auf verhiiltlich ruhende AlAtome durch ihren StoS BewegungsgroBe mit einer Komponente in der Sehlinie des Spektrographen ubertragen.1) So
werden in dem Raum mischen Hilfselektrode und Kanalstrahlenkathode 81-Strahlen m a r iiberwiegend senkrecht zur
Sehlinie, zu einem Teil aber auch in dieser mit versohiedenen
Geschwindigkeiten verlaufen. Die gleichzeitigen Folgen hiervon werden auf Grund des Dopplereffektes Verbreiterung und
Unschiirfe der Linien &in. In Tab. I11 sind fiir mehrere
Al-Linien ihre Verbreiterungen im Unterschied von benachbarten Hg-Linien mitgeteilt.
T a b e l l e 111.
Erste Nebenserie der Al-Dupleta.
-
I’
“I
I
1
i
i
1
1
2676,2
2568,l
2373,2;
2367,l
1
I
0,20
0948
0,37
1
60000
I)
3,7
Was diese Tab. I11 hinsiohtlich der Frequenziinderung
duroh das elektrische Feld betrifft, so zeigt sie, was der eine
Ton uns bereits an anderer Stelle*) mitteilte, daB fiir die von
uns benutzte Dispersion und Feldstlirke eine deutliche Zerlegung oder Verschiebung der Linien der drei ersten Glieder
der ersten Nebenserie der 81-Dnplets nicht bemerkbsr ist.
Lsdiglich b2i den Linien des Gliedes I11 mag die grol3ere Verbreiterung im Vergleich zu derjenigen der Linien von Glied II
1) J. Stark, Ann. d. Phys. 42. p. 168. 1913.
2) R. A. Wetzel, phys. Rev. 4. p. 550. 1914.
432 G. Wen& u. R. A . Wetxel. Effeekt des elektkchen F e l b usw.
eine Wirkung des elektlcischen Feldes andeuten. Denn die
groBere Verbreiterung l&St sich nicht restlos aus der Zunahme der Dispersion unter gleichzeitiger Abnahme des Dopplereffektes erklgren. A u h r den Al-Duplets der ersten Nebenserie wurden auch, wenngbich erheblich weniger intensiv,
die Linien des Gliedes I1 und I11 der zweiten Nebenserie beobachtet ; eine Frequ.enaiinderung durch das elektrische Fell
war an ihnen unter unseren Versuchsbedingungen nicht nachweisbar.
Aachen, Physik. Inst. d. Techn. Hochschule,
25. April 1916.
(Eingegangen 1. Mai 1916.)
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