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Das magnetische Verhalten von Luft Argon und Helium in Beziehung zu Sauerstoff.

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931
5. Das nzaynetische Verhalten von Lzcft,
Argon. und Helium irt Bexiehung xu Bauerstoff;
vom Pau 2 l ' c i n x 2 e r .
Auf freundliche Anregung des Hrn. Geh. Reg.-Rat. Prof.
Dr. D o r n untersuchte ioh im Physikalischen Institute der
Universitat Halle das magnetische Verhalten der Edelgase
Argon und Helium. Die einzelnen Methoden, die bisher angewandt wurden, um uber den Magnetismus der verschiedenen
Korper, besonders der Gase, AufschluB zu erhalten, sind in
G. W i e d e m a n n , ,,Die Lehre von der Elektrizitat" Bd. 111.
p. 916ff. 1895 angegeben. F u r mich kam in etwas abgeanderter
Form ein Verfahren in Betracht, das G. W i e d e m a n n benutzte, um Beziehungen des magnetischen Momentes der Korper
zu ihrer chemischen Zusammensetzuiig festzustellen.
I n Anlehnung an G. W i e d e m a n n l ) diente folgender
Torsionsapparat: Eine Metallplatte mit dem Torsionskopf A
war auf ein dickes, in die Wand des Zimmers eingegipstes
Holzbrett aufgeschraubt. Durch die Schraube B und die ihr
entgegenwirkende Feder C konnte der Arm D und damit auch
der mit B fest verbundene Torsionskopf A in der einen oder
anderen Richtung gedreht werden. Dieses Drehen geschah
durch eine Schnur, die sich um die Schraube B legte und
durch geeignete Ubertragung zu dem etwa 3 m entfernten
Beobachter fiihrte. An dern Torsionskopf war ein 0,84 m
langer , 0,25 mm dicker vertikaler Draht aus Platin-Iridium
angelotet. Dieser Draht trug weiterhin den aus ElektrolytKupfer hergbstellten Stab E mit den Gewichten F und den
Fliigeln G, die zur Dampfung der Schwingungen in Paraffinum
liquidum tauchten. An dem Stab E war au6erdem der horizontale Arm J und der Spiegel H befestigt, auf den ein Fern1)
G. W i e d e m a n n , Pogg. Ann. Nr. 9. 1865.
60 *
932
P. l'iinzler.
rohr mit Skala eingestellt war. Die Kugel K mit dem zu
untersuchenden Gase wurde in die Passung des Armes d gebracht. Eine Marke an dem Halse der Kugel ermoglichte,
dieselbe stets genau an die gleiche Stelle des Magnetfeldes
zu bringen. Das Gewicht der Kugel K war durch das Laufgewicht L kompensiert. Das Magnetfeld wurde durch den
Elektromagneten M erzeugt, der derartig auf einem ebenfalls
in der Wand eingegipsten stsrken Brett fixiert war, da6 die
Kugel K sich in der Ruhelage des Apparates an einer moglichst wirksamen Stelle des Magnetfeldes (Stelle schnellsten
Abfalles) befand. Der ganze Apparat befand sich in einem
geschlossenen Gehause aus starker Pappe welches ihn vor
Luftstrijmungen vollkommen schutzte und nur an der dem
Fernrohr zugekehrten Seite eine kleine Offnung hatte. Die
Pappe war auBerdem mit Goldpapier iiberzogen , und dieses
wiederum zur Erde abgeleitet. .
,
Magnetisches P2rhalten von h f ? , A~goiaund Helium zisw.
933
Von elastischer Nachwirkung war der Apparat merklich
frei. Urn dies festzustellen, wurde mehrere Male eine Ablenkung von 144-171 mm 20, 30 und 40 Min. lang erzeugt.
Nach Aufhebung der ablenkenden Kraft kehrte der Apparat
jedesmal wieder in die Ruhelage zuriick. Die Differenzen betrugen nur Bruchteile eines Millimeters, lagen also innerhalb
der Grenze der Beobachtungsfehler.
Der Gang der Versuche war nun folgender: Zunachst
wurde der scharf evakuierte Ballon in die Fassung des Armes J
gebracht und die dazugehorige Ruhelage abgelesen. l) Darauf
wurde ein Strom von i bzw. 3 Amp. durch die Wickelung des
Elektromagneten gesendet ; der Ballon erlitt wegen des Diamagnetismus von Glas eine AbstoBung. Nun wurde an der
Schnur so lange der absto6enden Kraft entgegengezogen, bis
der Spiegel wieder genau die Ruhelage anzeigts. Der Strom
wurde jetzt unterbrochen, und durch die Aufhebung der
Drillung des Platin-Iridiumdrahtes ergab der Spiegel eine
Ablenkung, die dem Diamagnetismus des Glases proportional
sein mu6te. Dieser Versuch, wie auch alle spateren, wurde
mehrere Male wiederholt. Darauf wurde der Ballon mit Luft,
spiiter mit Sauerstoff, Argon, Helium und zum Schlusse noch
einmal mit Luft unter gemessenem Druck gefiillt und dieselben Versuche durchgefuhrt. D a , wie schon erwahnt, der
Ballon stets an dieselbe Stelle des Magnetfeldes gebracht
wurde und auch stets der gleichstarke Strom zur Erregung
des Feldes diente, so mu6te eine Vergleichung der erreichten
Ablenkungen einen SchluB auf den Para- bzw. Diamagnetismus
der betreffenden Gase zulassen. Vor und nach jeder Beobachtungsreihe mit einem Gase wurde stets der evakuierte
Ballon untersucht. Obwohl sich diese Untersuchungen auf
einen Zeitraum von 4 Monaten erstreckten, ergaben die Beobachtungen doch stets bis auf Bruchteile eines Millimeters dieselben Resultate. Die erhaltenen Werte sind in den folgenden
Tabellen enthalten.
1) Diese Ruhelage wurde allen Beobachtungen zu Grunde gelegt.
Da einerseits der Spiegel H und der Elektromagnet N, andererseits das
Fernrohr mit Skala wiihrend siimtlicher Untersuehungen genau an denselben Stellen verblieben, so muf3te also bei konstanter Ruhelage der
Hallon stets sich an derselben Stelle des magnetisehen Feldes befinden.
P. Tlinzler.
934
T a b e l l e I.
b) Ballon mit trockener
kohlens5urefreier Luf!.
a) Ballon luftleer.
1
,
luftleer'
Thick = 754,9 mm. I
Ausschlag in mm bei
Ausschlag in mm bei
3 Amp. 2 Amp.'i
2 Amp.
1
~
Ausschlag in mrn bei
3Amp. 2Amp.
138,O
58,7
138,O
57,9
138,5
57,5
111,o
110,9
110,7
47,s
47,O
47.1
I
57,9
58,O
58,l
~
Mittel: 135,17
&
0,22
58,03
f 0,44
Mittel: 110,70
f
0,24
I
47,44 j
f 0,33 1
~~
Vereinigt man aus Tab. I a) und c) die Versuche mit
a) Bdlon mit SauerstoF.
Druck = 762,2 mm.
b) Ballon luftleer.
Ausschlag in m m bei
Ausschlag in mm bei
3 Amp.
2 Amp.
26,2
26,5
26,O
26,9
26,l
27,O
26,9
9,1
997
Mittel:
975
971
9,@
9,4
9,1
26,51
9,27
f 0,36
f 0,22
3 Amp.
137,O
137,O
-__
Mittel: 137,OO
*
0.00
2 Amp.
58,l
58,5
~
58,30
* 0,20
Aus Tab. I c) und I1b) bekommt man fiir den evakuierten
Ballon die Mittelwerte 137,OO fur 3 Amp. nnd 58,15 fur 2 Amp.
Magnetisches Terhalten con Luft, Argon und Helium usw.
935
Diese Werte mit denen der Tab. I1 a) vereinigt, geben f u r
Sauerstoff einen Paramagnetismus, der fur die Stromstarke yon
3 Amp. 137,OO 26,51 = 110,49 mm und fur die Stromstarke
von 2 Amp. 58,15 - 9,27 = 48,88 mm Ausschlag erzeugt.
Reduziert man diese Betrage auf 760 mm Druck und Oo, so
erhalt man 113,61 mm und 50,26 mm Ausschlag. Das Verhaltnis von Luft zu Sauerstoff wiirde also nach den Resultaten
der Tabellen I und I1 fur 3 Amp. 0,251 und fur 2 Amp. 0,218
betragen. Zur Aufklirung der Differenz dieser Werte wurden
am Schlusse der Arbeit noch einmal Luft und Sauerstoff untersucht. Hierbei wurden ubereinstimmonde Resultate erhalten ;
die diesbeziiglichen Angaben finden sich auf p. 937.
Die nach den Versuchen mit Sauerstoff angestellten Beobachtungen mit Helium ergaben bei einem Druck von etwa
1 Atm. eine Andeutung diamagnetischen Verhaltens. Daher
wurde spater der Druck auf etwa 2 Atm. gesteigert.
Zunachst wurden jedoch Versuche mit Argon angestellt ;
die betreffenden Resultate sind in der folgenden Tabelle enthalten.
T a b e l l e 111.
-
a) Ballon luftleer.
b) Ballon mit Argon.
Ausschlag in mm bei
3Amp. 2 A m p ,
Druck = 763,6 mm.
Ausschlag in mm bei
3 Amp. 2 Amp.
137,O
137,O
58,O
57,s
58,l
~-
Mittel: 137,OO
f 0,oo
~
-
145,O
146,5
145,O
145,l
147,O
145,4
~
57,97
I 0,11
____
Mittel: 145,67
f
0,72
61,9
61,s
61,9
61,4
61,9
61,8
-
c) Ballon luftleer.
Ausschlag in mm bei
3 Amp. 2 Amp.
137,5
58,O
137,O
58,O
~
dittel: 137,25
58,OO
5~ 0,25 f 0,OO
61,O
6178
61,5
61,67
& 0,34
Der Biarna~netismus,der sich fur Argon aus der Tab. I11
ergibt, betragt also fur 3 Amp. 145,67 - 137,13 = 8,54 mm
Ausschlag und fur 2 Amp. 61,67 - 57,99 = 3,68 mm Aus-
P.Tanzler.
936
schlag, oder auf 760 mm Druck und O o reduziert: 8,91 mm
bzw. 3,84 mm. Aus den Tabellen I1 und 111ergibt sich fur die
Wirkungen auf Argon und Sauerstoff das Verhaltnis 0,0784
aus den Werten fur 3 Amp. und 0,0764 ails den Werten fur
2 Amp.
Nach diesen Versuchen wurde nun Helium unter dem
Drucke yon 1574,2 mm, also etwa 2.Atm., in den Ballon gebracht und von neuem untersucht.
a) Ballon mit Helium.
Druck = 1574,2 mm.
Ausschlag in mm bei
3 Amp.
2 Amp.
140,3
140,3
139,7
140,O
140,O
139,O
140,O
139,s
_____
Mittel: 139,89
& 0,29
59,l
59,7
60,O
60,0
60,0
59,O
59,6
59,l
59,7
b) Ballon luftleer.
Ausschlag in mm bei
3 Amp.
2 Amp.
137,20
58,OO
.
59,58
Vereinigt man die Tabellen 111c) und IVa) und b), so bekommen wir fur Helium unter nahezu 2 Atm. Druck einen
Diamagnetismus, der fur 3 Amp. 139,89 - 137,23 = 2,66 mm
und fur 2 Amp. 59,58 - 58,OO = 1,58 mm Ausschlag betragt,
oder auf 760 mm Druck und O o reduziert: 1,37 mm bzw.
0,82 mm. Fur das magnetische Verhalten von Helium und
Sauerstoff ergibt sich das Verhaltnis 0,0121 bzw. 0,0163.
Wie schon auf p. 933 und 935 erwahnt, wurde der Ballon
zum Schlusse noch einmal mit Luft gefiillt, um durch Kontrollversuche die Differenz in den Angaben auf p. 935 zu beseitigen.
Da aber der Ballon bei diesen Beobachtungen sich an einer
anderen Stelle des Magnetfeldes befand, muBte zum Vergleich
nuch noch einmal Sauerstoff untersucht werden. Die diesbeziiglichen Resultate sind in den folgenden Taballen enthalten.
Magnetisches Perhalten von Luft, Argon und Helium usw.
937
Tabelle V.
a) Ballon luftleer.
Aussehlag in mm bei
3Amp.
123,OO
Ballon mit Sauerstoff.
Druck = 758,3 mm.
Ausschlag in mm bei
3)
3Amp.
30,O
30,O
30,l
30,4
2Amp.
54,50
27,5
26,9
28,O
Mittel: 28,99
9 1,30
c) Ballon luftleer.
Ausschlag in mm bei
2Amp.
3Amp. 2Amp.
12,5
123,O
53,7
12,4
123,5
54,l
11,5
Mittel: 123,25
53,90
11,5
f 0,13 rt 0,20
11,9
11,7
11,5
11,86
* 0,35
Die Tab. V ergibt fur 3 Amp. einen Ausschlag von
100,76 mm und fur 2 Amp. einen Ausschlag von 45,32 mm.
(Reduziert auf 760mm Druck und O O . )
Tabelle VI.
a) Ballon mit Luft.
Druck = 747,6 mm.
Ausschlag in mm bei
3 Amp.
2 Amp.
103,O
102,s
102,o
103,O
103,2
45,6
45,O
45,O
44,8
45,O
__-
Mittt.1: 102,SO
*
0,32
b) Ballon luftleer.
Ausschlag in mm bei
3 Amp.
2 Amp.
__--
123,2
123,O
-
Mittel: 123,lO
rt 0 , l O
53,8
54,O
_
_
I
-
53,90
* 0,lO
45,08
-Ir 0,21
Vereinigt man in analoger Weise wie friiher die Tab. Vc)
mit VIa) und b), so bekommt man fiir 3 Amp. einen Ausschlag von 22,06 mm 'und fur 2 Amp. einen Ausschlag von
9,55 mm (reduziert auf 760 mm Druck und 00). Das Verhaltnis der Ausschlage von Luft zu Sauerstoff ergibt sich nun
nach diesen Resultaten als 0,219 bzw. 0,211. Die auf p. 935
sich findende Differenz ist 8160 beseitigt. Der @rund zu der
Differenz auf p. 935 durfte wohl darin zu suchen sein, daB
die in der Tab. I enthaltenen Versuohe mit Luft zeitlich die
Y.l'iinzler.
938
ivayiielisches verhalten usw.
ersten waren, die mit dem Torsionsapparat angestellt wurden,
die Ubung also noch nicht gewonnen wa.r.
Erwahnt sei noch, daB der luftleere Ballon jedesmal unmittelbar kurz vor und nach den Hauptversuchen mit den
betreffenden Gasen beobachtet wurde, so daB ein EinfluB
wegen Anderung der Luftdichte (analog dem archimedischen
Prinzip) ausgeschlossen ist.
Zur Umrechnung der erhaltenen Resultate auf absolutes
Mag wurden die Werte benutzt, die H e n n i n g , D u B o i s und
Q ui n c k e fur 1 O8 xvol (die fur 1 ccm berechnete Suszeptibilitat)
betragt nach
fur Sauerstoff durch Rechnung finden. 1O6xv0~
nach
Quinclre')
H e n n i n g l) 0,122, nach D u B o i s l) 0,117,
0,129; der Mittelwert aus diesen Angaben ist 0,123 f 0,004.
Legt man diesen Mittelwert der Umrechnung zu Grunde, so
ergibt sich:
fur Luft
und
106 xvo, = + 0,0269, berechnet aus den Werten fur 3 Amp.
lo6 x,,, = 0,0259
,,
1,
1,
1,
7,
2 91
+
Mittel:
+ 0,0264
Dementsprechend wird :
fiir Argon
und
lo6 xvol = - 0,00965
lo6 xVol = - 0,00940
Mittel:
- 0,00953
fiir Helium schlieulich
10' xv0l = - 0,00148
und lo6 xvol = - 0,00201
Mittel:
- 0,00176.
H a l l e a. S., Physikalisches Institut 1907.
1) Vgl. L a n d o l t - B S r n s t e i n , Physik.-chem. Tabe!len, 1905. p. 788.
(Eingegangen 7. November 1907.)
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