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Bestimmung der Brechungsindizes des Wasserstoffs der Kohlensure und des Sauerstoffs im Ultrarot.

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658
3. Restdmmu.ng der Brechungsdnddxes
des Wasserstofls, dcr Eohlenstlure urnd cles
Sauerstoffs $m Ultrarot;
von John E o c h .
____
1. Einleitung.
Aus den Ablenkungen der Kathodenstrahlen im magnetischen und elektrischen Felde la6t sich, nach cler Elektronentheorie, das Verhliltnis elm zwischen Ladung und Masse der
Elektronen berechnen. I) Zu ungefahr demselben Zahlenwert
fiihren auch die Berechnungen von S i e r t s e m a 3 uber die
magneto-optischen Erscheinungen, wie sie von L o r en t z erklart
worden sind. SchlieSlich hat D r u d e s ) direkt aus reinen
optischen Eigenschaften der Korper , unter Benutzung einer
au6erst plausiblen Hypothese betreffs der Beziehung zwischen
Valenz und Elektronenanzahl, einen Wert fur e l m abgeleitet.
Diese Ableitungen haben vor anderen besonders den Vorteil,
daI3 sie nur auf einwandsfreien Experimenten beruhen ; dagegen
fordern sie aber eine sehr ausgedehnte Kenntnis der Dispersion.
Deshalb hat D r u d e seine Berechnungen zuerst an feste und
fllissige Karper angekniipft , wo die Brechungsindizes fir ein
weit grijSeres Gebiet der Wellenllingen bekannt sind, als bei
den Gasen. Bei gewissen solchen (z. B. Wasserstoff) scheinen
die Verhaltnisse sich sehr einfach zu gestalten. Die bisherigen
Untersuchungen uber die Brechungsindizes der Gase sind aber
nur im sichtbaren Spektrum ausgeftihrt worden, weshalb es
also sehr wiinschenswert ist, Messungen auch im ultravioletten
und ultraroten Teile des Spektrums anzustellen. Einen kleinen
Beitrag in dieser Hinsicht zu liefern, ist der Zweck folgender
Abhandlung.
1) Vgl. z. B. J. S t a r k , Elektrizitait in Gasen p. 323. Leipzig 1902.
2) L. H. S i e r t s e m a , Commun. Labor. Leiden Nr. 82. 1902.
-
Verelag v. d. Afd. Naturk. d. Ron. Akad. v. Wetensch. te Amsterdam
p. 499. 1902.
3) P. D r u d e , Ann. d. Phys. 14. p. 677g u. p. 936ff. 1904.
Bestimmung der Brechunggsindizes des Wassemtoffs etc.
659
2. Verauoheanordnung.
Bei Xessungen der Brechungsindizes von Qasen i m
Ultrarot erhebt sich die Frage, ob man sich einer Prismaoder Interferenzmethode bedienen soll. Die erstere bietet eine
vie1 gro6ere Strahlungsintensitat, was naturlich bei Messungen
mit Thermosaule von groBer Bedeutung ist. Die Ablenkungen
sind aber bei den Gasen sehr klein, auch hei verhaltnismii5ig
groBen Drucken , weshalb die erreichbare Genauigkeit nicht
der gewiinschten entspricht. Bei der Interferenzmethode dagegen sind beim Aufbauen und Einjustieren die Schwierigkeiten gewiB ganz bedeutend, besonders wegen der geringeren
verfugbaren Strahlungsstarke. Sie werden jedoch durch die
auf diesem Weg erreichbaren Reaultate vollstindig aufgewogen,
weshalb ich auch diese Methode befolgt habe.
Die Versuchsanordnung ist in der Figur veranschaulicht.
Monochromatisches Licht von bekannter Wellenlange wurde
in bekannter Weise mittels Reststrahlen erzeugt. Dabei habe
ich diejenigen von Gips gewiihlt. Sie besitzen niimlich nach
den Untersuchungen von Aschkinassl) nur ein sehr scharf
1)
E. Aschkinsss, Ann. d. Phys. 1. p. 42.
1900.
660
J. Koch.
ausgepragtes Maximum bei 8,69 p ; ein auBerdem wahrscheinlich existierendes bei 30-40 p kommt nicht zur Wirkung, da
die Strahlen jenseits 21 y im Interferenzapparat absorbiert
werden.
A h Strahlungsquelle A wurde der weiBgliihende Magnesiastift einer Sauerstoff -Leuchtgasflamme benutzt. Die Strahlen
wurden durch den Silberspiegel P, der eine Offnung von 60 mm
und eine Brennweite von 75mm besaB, fast parallel gemacht
(die strahlende Flache des Stiftes liegt nach P hin) und nach
der Reflexion yon den drei Gipsflachen F,,I?! und F3 in den
Interferenzapparat hineingeworfen. W ist ein doppelter W asserschirm rnit einem 38 mm weiten, zirkularen Loch.
Die Gipsplatten waren von rechteckiger Form (Flache
40 x 40mm, Dicke 6mm) und hatten ihre eine Flache plan
geschliffen und hochpoliert. Die Platten waren an Messingstativen befestigt und konnten dort mittels Stellschrauben einjustiert werden. Die Stative standen auf einem gemeinsamen
Holzbrett, das zugleich mit den festen Diaphragmen D, und B,
versehen war; hieriiber war eiu Pappdeckel mit geeignet ausgeschnittenen Lochern gestiilpt.
Der Interferenzapparat war von der ursprunglichen J a m i n schen Form. Die groBen Parallelepipeden desselben , die die
Dimensionen 36 x 80 x 35 mm rnit einem Abstand von 35 mm
zwischen den polierten planparallelen Flachen hatten, waren
aus Steinsalz hergestellt, in Messingfassungen eingefaBt uncl
an Stativen befestigt, wo sie mittels Schrauben justierbar
waren. Das Schleifen war mit groBen Schwierigkeiten verknupft und ist in empfehlenswertester Weise von der Firma
Dr. S t e e g & R e u t e r in Homburg v. d. H. ausgefiihrt worden.,)
Allerdings ist die Ausfuhrung nur durch die Liberalitat des
1) Die zu henutzenden Stiicke wurden zuemt, nrtch Mitteilung der
Firma, auf Spannungen im Material im polarisierten Lichte untersucht
und die beaten aus einem groEeren Vorrat herausgesucht; die verwendeten, die von Friedrichshall in Wiirttemberg herstammen, zeigten nur
stellenweise eine sehr geringe Doppelbrechung. Wgihrend der Bearbeitung
wurden sie nebeneinander gekittet. Die Priifung auf Plsnparallelit5t
erfolgte nach der Lummerschen Methode mit Hilfe der Linien gleicher
Neigung. - Auch die iihrigen Steinsalz- und Gipsprgparate sind von
Dr. S t e e g &. R e u t e r bezogen.
Bestimmung der Brechungsindizes des Wasserstofs etc.
66 1
Hrn. Dr. H. H a u s w a l d t - Magdeburg ermijglicht worden, der
die Mittel fur die kostspieligen Steinsalzpraparate in liebenswurdigster Weise zur Verfugung gestellt hatte. Ich erlaube
mir an dieser Stelle hierfur meinen besten Dank auszusprechen.
Die Doppelkammer X bestand aus zwei viereckigen
(32 x 32 mm) Messingrbhren, die an einer Seite zusammengelotet waren. Sie war an den Enden mit Messingplatten
versehen, in denen j e zwei Locher (25 x 15 mm) in 5 m m Abstand voneinander symmetrisch ausgeschnitten maren uad an
welchen die planparallelen VerschluBplatten aus Steinsalz luftdicht angekittet wurden. Zum Einfullen des zu untersuchenden Gases dienten vier Ansatzrohren, die etwa 100mm von
den Enden eingelotet waren. Die Doppelkammer wurde innen
matt geschwarzt und vor dem Benutzen wochenlang zum
Trocknen erhitzt und evakuiert.
Durch das Diaphragmn O3 (Gffnung 12 x 30mm) wurde
das Licht in etwa 66O Neigung l) gegen die Platte 8, des Interferenzapparates eingelassen, so daB die durch Reflexion entstandenen b i n k e n Strahlenbundel je ein Rohr durchsetzten.
Bei passender Neigung der Platte 8, konnte man mit bloBem
Auge die Interferenzlinien sehen. Von diesem, wie bekannt,
hinter 8, belegenen Bilde wurde durch die Steinsalzlinse J
ein reelles Bild erzeugt. Die Einjustierung erfolgte im weiBen
Lichte der Strahlungsquelle A , wie es nach den Reflexionen
zusammengesetzt war. z, Mit Hilfe einer Lupe wurde eben
an der Stelle, wo dies reelle Bild entstand, ein punktformiges
Thermoelement 2' plaziert. Die horizontalen Interferenzlinien
waren niimlich etwas gekrummt, und um von der Form derselben unabhangig zu werden, erwies es sich als notwendig,
nur eine Lotstelle zu belichten. Das Thermoelement bestand
aus Eisen- und Konstantandraht von je 0,05 mm Durchmesser;
die Drahtenden wurden vor dem Zusammenloten wenigst mijglich verzinnt und ausgeplattet. Es war in der Leitung eines
1) Eine so groSe Neigung des einfallenden Lichtes wurde gewiihlt,
urn den bedeutenden Strahlungsverlust bei der Reflexion zu verrnindern.
2) Des sichtbare Licht war im Verhflltnis zur IntensiSt der Reststrahlen sehr schwach, fur das Auge doch hell genug. Erwghnt sei, da6
bei eincr totalen Strahlung von 50 mm davon nur 2 mm eine 5 mm dicke
Glasplatte durchdrangen.
662
J. Xoch.
d u B o i s - R u bens-Galvanometers eingeschaltet. Dasselbehatte
vier Spulen von je 20 Ohm Widerstand, die alle nebeneinander
geschaltet waren; bei einem Skalenabstand von 6,4 m und
18 Sek. uoZZer Schwingungsdauer entsprach 1 mm Ausschlag
1,3 , 10-10 Amp. Bei dieser Empfindlichkeit wurde das Galvanometer durch au6ere magnetische Sttirungen ziemlich stark beeinflubt, weshalb es mit einem doppelten eisernen Pauzer umgeben wurde. Wegen der gro6en Erschutterungen tagsiiber
wurden die Beobachtungen nachts vorgenommen.
Die Stative, die die Parallelepipeden, die Doppelkammer
und das Diaphragma D, trugen, waren auf einer schweren
Eisenschiene fest angeschraubt, diejenigen der Linse J und
des Thermoelementes T auf einem, an derselben befestigten,
drehbaren Arm. Ubrigens war auch der Interferenzapparnt
durch Pappdeckel und Watte gegen Luftatromungen und Temperaturschwankungen , wie auch gegen fremdes Licht gut geschiitzt.
3. Beobachtungen.
Nach dem Aufziehen der Klappe des Wasserschirmes
schkgt das Galvanometer aus und nimmt eine neue Gleichgewichtslage ein. Wird nun der Druck des Gases in einer
(I) der Abteilungen der Doppelkammer geeigneterweise langsam geandert (so da6 Galvanometer und Thermoelement mitkommen konnen), so wandern die Interferenzfransen uber das
Thermoelement hin und die Galvanometernadel beginnt hin
und her zu pendeln; die Amplitude betrug 10-20 Skt. Die
Umkehrpunkte, die sich sehr scharf beobachten lassen, entsprechen also einer moglichst gro6en Deckung dor Lotstelle
von einem hellen bez. dunklen Streifen. Statt die Druckdifferenz zu bestimmen, die einer gewisven verschobenen Streifenzahl entspricht , habe ich es vorgezogen, das Manometer abzulesen jedesmal wenn ein heller bez. dunkler Streifen uber
das Thermoelement hiniiberfahrt, also in denselben Momenten,
wo das Galvanometer umkehrt. Die Druckdifferenz zwischen
zwei solchen aufeinanderfolgenden Manometerablesungen reprasentiert, d a wahrend einer Beobachtungsreihe nur die linken
bez. nur die rechten Umkehrpunkte in Betracht gezogen wurden,
eine Phasenverschiebung von einer ganzen Wellenlange zwischen
den beiden Strahlen I und 11. Da nach den Untersuchungen
Bestimmung der Brechungsindizes des Wasserstoffs etc.
663
im sichtbaren Spektrum fur eine und dieselbe Wellenlange die
Anderungen des Brechungsindex den Druckerhohungen proportional sind, miissen diese Druckdifferenzen alle gleich groB
sein , weshalb die Manometerablesungen nach der Rechnungsmethode bei gleich groBen Intervallen behandelt werden konnen.
Der auf diese Weise ermittelte Wert ist teils genauer, teils
besser von Storungen beim Galvanometer befreit.
Die Doppelkammer wurde zuerst mehrfach geleert und
mit dem zu untersuchenden Gase gefullt.
Das benutzte Manometer war U-formig, weshalb nur der
eine Schenkel hier abgelesen werden konnte; nachher habe
ich es sorgfaltig kalibriert. Die Temperaturen des Manometers
und der Doppelkammer sind zu Anfang und Ende der Versuchsreihe beobachtet, der Barometerstand aber nicht jedesmal,
da ein Versuch kaum ca. 10Min. dauerte. SchlieSlich ist bei
diesen Messungen immer von einem Druck von einigen Millimetern in beiden Abteilungen ausgegangen worden.
B r ec h u n g s i n d ex d es W a s e e r s t o f fs.
Das Gas wurde in einem Kippschen Gasentwickelungsapparat aus chemisch reinem Zink und verdiinnter (10 proz.)
reiner Schwefelsaure dargestellt , durch Chlorcalcium- und
Phosphorsaureanhydridrohren getrocknet und direkt in das
Doppelrohr eingefiihrt; um die Reaktion zu befirdern, wurden
einige Tropfchen reines Platinchlorid zugesetzt. l) Als Beispiel
teile ich zwei MeSreihen mit; in der ersten (dritten) Kolumne
der Tab. 1 stehen die direkten Ablesungen am Manometer,
in der zweiten (vierten) die daraus berechneten Hohendifferenzen (in Millimetern) zwischen den Quecksilbersaulen in den
beiden Manometerrohren. Die untenstehenden Mittelwerte sind
nach der Rechnungsmethode bei gleich gro6en Intervallen ermittelt und bedeuten also die Druckgnderungen, die unter den
Urnstanden des Versuches einer Verschiebung von einern Ytreifen
entsprechen.
1) Wgihrend der Vorversuche wurde dre Gas such durch ein ge1Sstes Silbersulfat enthaltendes Rohr gewaschen; da das Rohr trotz
langerer Benutzung unvergindert blieb, wurde e8 auageschaltet.
J. Koch.
664
T a b e l l e 1.
Reihe Nr. 1.
Reihe Nr. 6.
Ables. direkt
mm ber.
443
418
898
368
344
318
295
272
246
222
195
174
709,l
657,4
615,9
553,4
503,3
448,8
-
-
-
400,7
R52,9
299,l
249,5
193,7
150,4
-
Ables. direkt
''
I
i
I
Mittel: Ap'= 6424 mm
11/1
mm ber.
433
407
384
360
336
312
288
266
241
215
192
163
138
115
d p ' = 5 77
686,4
634,6
586,8
536,7
486,5
436,2
386,2
338,4
285,7
235,O
187,5
127,7
76,4
22,2
mm
Hierans berechnet sich die Druckerhohung A p , die eine
Verschiebung von einem Streifen hervorrufen wurde, wenn die
Gasmasse und das Quecksilber auf O o C. gehalten wurden,
durch die Formel
Ap=A P'
(1
+ tct)(l +
Otl,
'
wo u und p die Ausdehnungskoeffizienten des Gases bez. des
Quecksilbers, t und tl die Temperaturen der Doppelkammer
bez. des Manometers bedeuten. F u r Wasserstoff ist nach
R e g n a u l t u = 0,003667; 9, ist = 0,000181. Zwar scheinen
nach den Untersuchungen von M a s c a r t und W a l k e r der
Temperaturkoeffizient der Refraktion und der Warmeausdehnungskoeffizient nicht identisch zu sein, da ihre Resultate aber
stark voneinander abweichen, habeich das einfache G l a d s t o n e sche Gesetz benutzt. 1st A n die A p entsprechende Anderung
des Brechungsindex, h die Wellenlange der Reststrahlen und
Bestimmung der Brecliungsindizes des Wasserstoffs etc.
665
L clie geometrische Lange der Doppelkammer zwischen den
VerschluBplatten (bei der Versuchstemperatur), so ist
1.
Lln=-=c.dp,
I,
mo c eine Konstante ist. Der Brechungsindex des Gases bei
O o Temperatur und 760mm Druck ist clann
12
= 1
+
C .
760.
Die Lange der Doppelkammer wurde mit Hilfe eines Komparators und eines Normalmeters ermittelt und war bei 1 8 O C.
1005,3 mm, bezogen auf Normnlmeter von O o C. Die Wellenlange ist nach A s c h k i n a s s (1. c.) 8,69.lO-3mm.
Insgesamt sind zehn Beobachtungsreihen vorgenommeii,
bei den fiinf ersten wurden die Umkehrpunkte des Galvanometers bei Maximalablenkung (helle Streifen), bei den fuiif
letzten die Umkehrpunkte bei Minimalablenkung (dunkle Streifen)
beobachtet. Sie sind in der Tab. 2 zusammengestellt.
T a b e l l e 2.
Reibe
Nr.
Streifcn
A P'
mm
AP
mm
-51,24
51J2
51124
51,11
51,37
50,77
50,'i9
5 1,OS
51,56
50162
17,4O
17,8
17,8
17,8
17,9
17,9
18,O
18,O
17,6
17,6
17,8
17,8
17,s
17,8
17,8
17,s
18,O
17,s
18,O
17,8
4S101
48,49
47,95
47,82
48,05
47,49
47,49
47,76
4al2i
47,33
I: 47,86
Hieraus ergibt sich
Wie erwahnt, gehoren satntliche bisherige Untersuchungen
iiber Brechungsindizes des WasserstoffsClem sichtbaren Spektrum
J. Koch.
666
an. Fassen wir hier ins Auge nur die zuverlassigstenl)t die
auch die Dispersion beriicksichtigt haben, so laBt sich folgende
Tabelle aufstellen.
T a b e l l e 3.
Refraktion des Wasserstoffs bei O o 760 mm.
(n
b
- 1). 104
Beobachter
-
0,5331
0,5893
TI
D
9,
91
91
9,
0,6108
91
8,69
fi
Ketteler (1865)
1,4356
1,4294
1,388
1,3868
1,390
1,407
1,4228
1,3803
Mascart (1878)
Lorenz (1881)
Perreau (1895)
Walker (1903)
Ketteler
Lorenz
1,373
Koch
9,
Wio aus der Tabelle hervorgeht, besitzt Wasserstoff hier
normale Dispersion. Das ist j a zu erwarten, da bekanntlich
Wasserstoff in diesem Zustand keine Absorption im Ultrarot
zeigt, und steht auch in guter Ubereinstimmung mit dem von
B o l t z m annz) und KlemenEiE 8, gefundenen Wert 1,000264
fur die Dielektrizitatskonstante.
Von diesem Beobachtungsmaterial bat D r u d e 4 ) die Bestimmungen von K e t t e l e r benutzt, um das Verhaltnis e l m
zu berechnen. Liegen die in Retracht kommenden Wellenliingen 1 so weit von den ultraroten Eigenperioden entfernt,
da6 der EinfluB dervelben sich durch k h2 genugend genau aus1) E . K e t t e l e r , Farbenzerstreuung d. Gase, Bonn 1865; E. Mascart,
Compt. rend. 78. p. 616 U. 679. 1874; 86. p. 321 u. 1182. 1878; Ann.
h o l e normale (2) 6. p. 1. 1877; L. Lorenz, Wied. Ann. 11. p. 70. 1880;
F. P e r r e a u , Journ. de Phys. (3) 4. p. 411. 1895; G. W. W a l k e r , Phil.
Trans. 201A. p. 435. 1903.
2) L. Boltzmann, Sitzungsber. d. k. Akad. d. Wissenscb. zu Wien
69. p. 795. 1874; Pogg. Ann. 165. p. 407. 1873.
3) J. KlemenEiE, Sitzungsbcr. d. k. Akad. d. Wieseiisch. zu Wien
91. 11. p. '712. 1885.
4) P. D r u d e , Ann. d. Phys. 14. p. 710. 1904.
Bestimmung der Brechuiigsindizes des Wasserstoffs etc.
667
drucken labt, so konnen wir, wie bekannt, die Dispersionsformel
folgendermaBen schreiben:
na- 1 + k h a = F ( h ) ,
wo die Funktion P (A) eine Reihenentwickelung ist, enthaltend
au6er il nur die ultravioletten Eigenwellenllngen. Mit den
Bezeichnungen
r = n2 - 1
und
+ k AZ
wo die indiziert,en il und r sich auf entsprechende bekaniite
n-Werte beziehen, findet D r u d e eine untere Grenze fur skmtliche im Molekiil vorhandene Elektronen p , welche EinfluB auf
den Brechungsindex haben, bestimmt durch den Ausdruck :
wo M l d das Verhaltnis zwischen Molekulargewicht und Dichte
bedeutet. Bei Wasserstoff ist das Vorhandensein vou ultraroten Eigenperioden fast unmoglich, weshalb K = 0 sein mu&
Somit erhalt D r u d e aus den Kettelerschen Bestimmungen
2,96. lo7 als Wert fur das rechte Glied der Ungleichung (l),
unter Benutzung von I , = 0,535 p und A, = 0,589 p,, bez. 2,99. lo7
bei ill = 0,589 p und 4 = 0,671 p ; d. h. r1 r 8 / d 1 8 fast unabhangig von il, woraus er schlie6en kann, da6 bei Wasserstoff
nur eine Elektronengattung EinfluS auf den Brechungsindex
hat. Die Ungleichung (1) geht dam in eine Gleichung uber,
und wird p gleich der Anzahl der im Molekiil vorhandenen
Valenzen gesetzt, so ergibt sich im Durchschnitt e l m = 1,49. lo7.
Behandeln wir auf dieselbe Weise die Bestimmungen von
L o r e n z , so erhalten wir fur A., =0,689 p und ila=0,671 p
den Wert p .e l m = 2,84. lo7 und also e l m = 1,42. lo7 fir p = 2 .
P e r r e a u l ) hat au6er dem oben erwiihnten Werte fur die
B -Linie auch einige Dispersionsmeasungen fur 5 Cd- Linien
ausgefuhrt. Sein Resultat findet sich in Tab. 4.
1)
F. Perreau, 1.
c. p. 415.
J. Koch.
668
T a b e l l e 4.
no
- 1 = 1,390. lo-'.
1t'
,, - 1
I
-1
-~
1
"D-l
?ID
0,6438
0,5896
0,5378
0,5085
I1
- IFD
_.
-0,0039
-
0,9961
1
1,0042
1,0075
+0,0042
0,0075
e
I
p -.lo-'
nz
0,4677
0,4800
0,5085
0,5378
0,5896
p
y
p
p
bis 0,4800 p
0,5085 p
0,5378 p
3,Ol
2,46
0,5896 p
0,0438 p
2,82
2,40
bie
bis
bis
p bin
2,55
-.me
10-7
fiir p = 2
1,56
1,23
1,28
1,41
1,20
Durch meine Bestimmung ist eine Priifung der Konstanz
des Ausdruckes r1 r 2 / d 1 2in einem vie1 grb6eren Gebiete der
Wellenlangen ermoglicht worden. Zwar herrscht eine gute
Ubereinstimmung in den relativen Werten, nicht aber in den
absoluten. Kombinieren wir also, urn den wahrscheinlichsten
Wert zu finden, mit meiner Bestimmung das Mittel 1,0001400
&us den funf in der Tab. 3 fir die D-Linie aufgenommenen,
so ergibt sich e l m = 1,49. lo7 fur p = 2.
Hieraus geht also ohne weiteres hervor, da6 bei Wasserstoff eine Abhangigkeit der Werte fur p e l m von der Wellenrange auch in einem sehr gro6en Gebiet nicht vorhanden ist.
Im Durchschnitte erhalten wir e l m = 1,40,107.
Besonders hervorzuheben sei, da6 W i e c h e r t l) durch die
mngnetische Ablenkung der Kathodenstrahlen und direkte Be_.____
1) E. W i e c h e r t , \Vied. Ann. 69. p. 739. 1899.
Bestimmung der Brechun.qsindizes des Wasserstoffs etc.
669
stimmung ihrer Geschwindigkeit fur e l m den Wert 1,19. l o 7
bis 1,42. lo7 (im Mittel 1,31. lo7)gefunden hat. Durch Messung
der magnetischen Ablenkung und Berechnung der Geschwindigkeit aus der erzeugenden Spannungsdifferenz fanden K a u f m a n n l ) und Simon2)iibereinstimmend die Werte 1,86. l o 7 bez.
1,885.107, wahrend L e n a r d s ) nach derselben Methode unter
Benutzung von durch ultraviolettes Licht erzeugten Kathodenstrahlen den Wert 1,15. lo7 erhielt.
R r e c h u n g s i n d e x d e r Kohlensaure.
Die Kohlensaure wurde in einem K i p p schen Gasentwickelungsapparat aus reinem Marmor und verdiinnter (10 proz.)
reiner Salzsaure dargestellt und durch Chlorcalcium- und Phosphorsiiureanhydridrohren getrocknet. Unter Benutzung derselben Bezeichnungen wie auf p. 663, teile ich in der Tab. 6
als Beispiel zwei Meareihen mit.
T a b e l l e 6.
Beihe Nr. lob.
Reihe Nr. 4a.
Temp. der Doppelk.: 18,0°
,, dee Manom.: 17,8O
Berometerstand: 743,3 mm.
kmp. der Doppelk.: 18,0°
,, dee Manom.: 17,8O
Sarometerstand: 7434 mm.
Manometer
Ables. direkt
mm ber.
Lbles. direkt
Manometer
mm ber.
~~
452
444
436
429
421
414
406
399
392
384
377
369
Mittel: A p
727,8
711,'L
694,7
680,2
663,6
649,l
632,8
618,O
603,4
586,s
572,2
555,5
2
15,52 mm.
446
439
432
424
417
409
402
394
388
380
715,4
-
-
-
700,s
686,4
669,8
655,3
638,7
624,2
607,6
595,l
578,5
-
Ap' = 1,,27 mm
1) W. K a u f m a n n , Wied. Ann. 65. p. 431. 1898.
2) 8. S i m o n , Wied. Ann. 69. p. 589. 1899.
3) P. Lenard, Sitzungsber. d. k. Akad. d. Wissensch. zu Wien
108. p. 1649. 1899.
Annalen der Physik. IV. Folge. 17.
44
J. Kuch.
770
Das Resultat der 18 Beobachtungsreihen findet sich in
untenstehender Tab. 7. Zur Berechtiung der reduzierten Druckerhohungen , die also einer Verschiebung von einem Streifen
aquivalent sein sollten, wenn Gas und Queckailber die Temperatur O o C. gehabt hatten, habe ich als Wert fiir den Ausdehnungskoeffizient der Kohlensaure u = 0,003688 genommen.
T a b e l l e 7.
Reihe
Streifen
AP'
Nr.
mm
3a
4a
5a
6a
15,40
15,52
15,35
15,39
15,34
15,31
16,29
15,31
16,24
15,31
15,40
15,54
15,16
15,28
15,39
15,58
15,24
15,27
?a
8a
Qu
10 a
1
2
3b
4b
5b
6b
7b
8b
Bb
lob
Temperatur
der
des
Doppelk. Manom.
18,OO
18,O
18,O
18,O
18,O
17,8
17,8
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
18,O
AP
mm
14,40
14,51
17,8
14,35
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
17,8
-
14,5q
14,34
Mittel:
14,31
14,29
14,31
14,25
14,31
14,40
14,53
14,17
14,28
14,39
14,56
14,25
14,27
14,35
Hieraus ergibt ,.ch
ra
1,0004492
1,000 454 4
Beobachter
Ketteler
Mascart
n
1,000 450 2
1,000451 0
Beobachter
Perreau
Walker
Bestinimuny der Brechungsindizes des Wasserstoffs etc.
671
Nach den Untersuchungen von K. Angstrom') und R u b e n s
und A s c h k i n a s s ), besitzt die Kohlensaure zwei Absorptionsgebiete im Ultrarot, eines mit den beiden Maxima bei 2,7 ,t~
und 4,4 p und eines mit der Maximalerhebung bei 14,7 p.
Die von mir benutzte Wellenlange liegt also zwischen den
beiden. Ziehen wir weiter in Betracht, da8 die Dielektrizitatskonstante der Kohlensaure (von O o Temperatur und 760 m m
Druck) zu 1,000946 von B o l t z m a n n s ) , zu 1,000985 von
KlemenEiE4) bestimmt worden ist, so ist ohne weiteres klar,
daB diese beiden Absorptionsgebiete EiiifluB auf den Brechungsindex ausuben. Ob die zwei Erhebungen in dem von h g s trijm entdeckten Bande je fdr sich das Brechungsverhaltnis
beeinflussen, 1aBt sich hier nicht beurteilen.
Mit aller Wahrscheinlichkeit wird die lingere Eigenschwingung bei CO, dadurch hervorgebracht, daB das eine
0-Atom mit zwei positiven Ladungen schwingt wahrend die
beiden anderen Eigenschwingungen (oder nur die eine bei 4,4 p)
dem CO-Raclikal zuzuschreiben sind.
,
T a b e l l e 8.
Strahlung dureh 84 cm Hohlensaiure von
ca. 0,5 mm Druck
1 Atm. Druck
433,04 mm
433,24
485,89
616,52
528,39
474,21
432,88 m m
433,%9
486,30
616,45
528,44
474,18
I
Differenz
+0,21
-0,05
-0,41
+0,07
-0,05
+0,03
In diesem Zusammenhang will ich schlie8lich erwahnen,
daB ich eine Warmeabsorption in Kohlensaure Wr diese
zwischen den beiden kraftigen Absorptionsgebieten belegene
Wellenlange nachzuweisen versucht, ohne eine solche zu finden,
wie die Tab. 8 zeigt. Zu diesem Zwecke wurden die Strahlen
der Lichtquelle d (vgl. die Figur) durch ein 84 cm langes Rohr
1) H. i n g a t r a m , Ofversigt af K. Vet. Akad. FBrh. p. 549. 1889;
Phys. Revue 1. p. 606. 1892.
2) H. Rubens u. E. A s c h k i n a s s , Wied. Ann. 64. p. 600. 1898.
3) L. Boltemann, 1. c.
4) J. RlemenCig, 1. c.
44 *
J. Koch.
672
hindurchgesandt und nach fiinfmaliger Reflexion an Gipsplatten
durch eine Steinsalzlinse auf die Thermosjiule konzentriert.
Die angefuhrten Zahlen sind Mittel aus 10-15 gut iibereinstimmenden Einzelbeobachtungen.
Brechungsindex d e s Sauerstoffs.
Das Gas wurde einer Bombe mit verdichtetem Sauerstoff
entnommen und wie oben getrocknet. Es ist also vielleicht
nicht vollstLndig rein l); die Bestimmungen sind grofitenteils
zu dem Zwecke ausgefiihrt worden, um etwas mehr Erfahrung
betreffs der Untersuchungsmethode zu gewinnen. Das Resultat
ist in Tab. 9 mitgeteilt; als Wert fur den Ausdehnungskoeffizient des Gases ist u = 0,00367 genommen.
T a b e l l e 9.
___-
Reihe
~
P’
Nr.
mm
la
2a
Sa
4a
5a
6a
7a
8a
26,38
26,42
26,48
26,32
26,40
26,48
26,45
26,52
26,45
26,47
26,84
26,4S
26,55
26,38
26,35
26,51
26,55
26,47
26,37
26,46
9a
10 a
1b
2b
3b
4b
5b
6b
7b
8b
9b
10b
~~
Teml rtur
der
des
Ioppelk. Manom.
18,O
18,O
18,O
18,2
18,3
18,3
18,3
18,3
18,s
18,3
18,O
18,O
18,O
18,2
18,s
18,s
18,S
18,3
18,s
18,s
18,O
18,O
18,O
18,l
18,2
18,2
18,2
18,2
18,2
18,2
18,O
18,O
18,O
18,l
18,2
18,2
18,2
18,2
18,2
18,2
M%
dP
mm
24,67
24,70
24,76
24,59
24,66
24,73
24,70
24,77
24,70
24112
24,63
24,71
24,64
24,66
24,61
24,76
24,50
24,72
24,63
24.71
__: 24,439
Der Brechungsindex berechnet sich hieraus auf
niyi60rnrn = 1,0002661.
-_..____
1) Wahrscheinlich enthielt das Gas 95-99
Proz. Sauerstoff.
Bestimmung der Brechungs?ndizes des Vasserstoffs etc.
673
Lorenz') fand fur die D-Linie nD = 1,00027155 und fiir
die rote Xi-Linie nLi = 1,00027034; fiir die D-Linie erhielt
Mascarta) nD = 1,0002706. Die Dispersion scheint also hier
normal zu verlaufen. Soviel ich weiB, hat man auch bei
Sauerstoff keine Absorptionsbander im Ultrarot gefunden.
Zwar glaubt Coblentz3) zwei schwache solche bei 3,2 p und
4.7 p entdeckt zu haben, die Absorption war jedoch sehr
gering, weshalb er zugibt, daB sie von Verunreinigungen hervorgerufen sein konnen. Berechnen wir aus den L o r e n tzschen
Bestimmungen den Wert ( y ) des rechten Gliedes der Ungleichung (l),so finden wir fur K = 0
y = 5,82. l o 7 zwischen 0,5893 p und 0,6708 p.
Analog ergibt sich
y = 5,55. lo7 bez. 6,70.107 zwischen 0,5893 p und 8,69 p,
j e nachdem der L o r e n t z s c h e bez. Mascartsche Wert fiir die
D-Linie benutzt wird. Fiihren wir dieselben Berechnungen
mit k = 661 am4), so erhalten wir im ersteren Falle y = 8,18. lo',
in dem letzteren aber y negatiu, was doch hier unmoglich ist.
Ob bei Sauerstoff y, d. h. r1 r , / d , , von il abhangt, la& sich
hier kaum entscheiden.
SchluBbemerkungen.
Die Genauigkeit meiner oben mitgeteilten Bestimmungen
laBt sich auf 0,2-0,3 Proz. schatzen, scheint aber durch genauere Druckablesungen noch weiter getrieben werden zu
konnen. Vorlaufig hatte dies jedoch keinen besonderen Zweck,
d a die zu vergleichenden Werte, wie uns Tab. 3 zeigt, so stark
voneinander abweichen.
Betreffs der auf p. 662 erwiihnten Bmplitude des Galvanoineterausschlages sei hervorgehoben, daB sie sich mit den eintretenden Phasendifferenzen anderte. Wie die Anordnung bei
mir war, sank sie nach 10-14 Interferenzen bis auf die
Halfte herunter. Hier liegt auch die Ursache, weshalb ich
1)
2)
3)
4)
L. Lorenz, 1. c.
E. Mascart, 1. c.
W. W. C o b l e n t z , Phys. Review 20. p. 273. 1905.
Ic ist nach Drude, 1. c. p. 689, Formel (16') berechnet.
614
J. Koch. Bestimmung deer Brechungsindires etc.
bei Kohlensaure (und auch bei Sauerstoff) nicht bis zum Atmospharendruck gegangen bin ; gewiB konnte man die Interferenzen
vie1 weiter verfolgen, die Umkehrpunkte des Galvanometers
waren dann aber um so schwieriger zu bestimmen, weshalb
damit nur wenig zu gewinnen war. Diese Anderung der
Helligkeit der Streifen deutet darauf hin, daB das von A s c h k i n a s s gefundene Reflexionsmaximum bei 8,69 y nicht aus
einer, sondern aus zwei (oder mehreren) nahe aneinanderliegenden Erhebungen besteht. Ich hoffe in kurzem auf diese
Frage zuriickkommen zu konnen.
Die vorliegende Arbeit ist im physikalischen Institut der
Universitat GieBen ausgefuhrt worden. Hrn. Prof. Dr. P. D r u d e
bin ich fur die Anregung zu dieser Arbeit und die bereitwillige Gewahrung der Institutsmittel zu grobtem Danke verpflichtet.
U p s a l a , Physik. Inst. d. Univ., Juni 1905.
(Eingegangen 20. Juni 1905.)
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