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Das Ultrarot-Absorptionsvermgen einiger Metalle bei Zimmertemperatur und 183░ C.

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ANNALEN DER PHYSIK
6. F O L G E
B A N D 2,
IC
H E F T 1-2
*
1948
-
Das Ultrarot Absorptionsvermiigen einiger Metalle
bei Zimmerfemperatur und - 183 C')
O
Von K o n r a d W e iss
(Mit 9 Abbildungen)
Inhrrltsubersicht
Die ,,Drude sche Formel" fur das Ultrarot-Absorptionsvermogen von Metallen
wird bei Zimrnertemperatur und -183'C mit Hilfe eines kalorimetrischen Verfahrens nschgepruft. Strahler ist ein Auerstrumpf, aus desscn Spektrum zwei
geschlossene Bcreiche (2-11 p und 8-18p)
herausgefiltert werden. Aus der
Tempersturerhohung bei Bestrahlung bzw. bei clektrischer Ersatzheizung der
undurchlassigen Metallprobe (blanganin, Kupfer, Eisen) einerseits, cines schwarzen
Korpers untcr gleichen B e d i n p g e n andererscits werden absorbiertc und zugestraute Leistung ermittelt.
Vergleich der Resultate mit der Formel von Drude ergibt fur blanganin eine
recht gute tfbereinstimmung. Cu schlieot sich bei Zirnmertcmperatur den Forderungen der Thcorie nicht an; seine Absorption ist im gmzen verwendeten Spektralbereich kleiner a1s erwartet und anscheincnd unabhangig von der Wellenlange.
Auch bei Eisen ist die Absorption dcs langwelligen Teilbereichs kleiner als gefordert.
Bei den reincn Metallen tritt die Bnderuug der Absorption mit nuf -183OC
sinkender Temperatur bci wcitem nicht in der zu crwartcnden Gro13e auf.
Der Befund anCu und Fe mird weitcrhin verglichen mit einer neueren Daratellung von Mo tt und Zener. tfbereinstimmung in cinigcn Punkten fuhrt zu der Annahme, daB cin groBer Teil der gcmessenen Absorption nicht durch Leitungselektronen im ungcstorten Gitter, sondcrn durch eincn anderen, wesentlich temperaturunabhangigen Mechanismus vcrmittclt wird.
Einlcihing
Als mangebend fiir das Ultrarot-Absorptionsvermogen der Metalle wird i. a.
auch heute noch die ,,Drudesche Formel"
A = 36,5
( A = Absorptionsvermogen,
1:-
= spezif. el. Widerstand in
liingc in p )
(1)
i2 cm, A = Wellen-
sngesehen, die von H a g e n und Rubensa) fur eine Anzahl bletalle bei Zimmerund hohercr Temperatur und fur Wellenlangen oberhslb 1= 12p beetiitigt wurdc.
l)
*)
Auszug aue einer Marburger Dissertation yon 1945.
E. Hagen u. H. Rubens, Ann. Physik (4) 11, 8'73 (1903).
Ann. Phyeik. 6 . Folgc, Bd. 3
1
2
A n d e n der Phyeik. 6. Folge. Band 2. 1948
Elektronentheoret,isch gesehen kann sie nur solange gelten, als die mittlcre St.oBzeit des absorbierenden Elektroris klein ist gcgcn die Schwingungsdaner des rcrwendeten Lichtes3). Man hat, also z. U. init Abweichungen zu rechnen, wcnn
man die Tcmperatur des Meta.lls gcnugtiid scnkt.; solchc dbwcichungen siiid
zweifellos vorhanden beim i;'bergang zur Supr:ilcitung 4, 6 ) 6 ) . Xachpriifungen von
GI. (1) bei tiefer Tcmperatur, abw noch norrnaler Leitflhigkeit,, cxist.iercii wohl
noch nicht. Versuche in dicser Richtuiig wurden durcligcfiihrt; dabei ergaben
auch die Vcrgleichs~iiessu~igeiibci Zimmcrtemperatur z. T. erhcbliche Abweichungen yon bieher Bekanntrni .
Erstcr Tril: C~nintllngcnd w Yersuche
1. Vrrfalireii
D a das Reflexionsverniiigcn tlcr JIot,allc ini Ultrarot iinhczu == 1 ist unt3 auch
durch erheblichc h d e r u n g e n cler Absorpt.ion nur wcnig beeinflufit. w i d , ist F S
vorteilhaft, d a s Absorptio~isvern~ogenolinr Umrreg zu ermittcln. Allerdings
erfordert, einc direkte Absorpbions1,cstiiiini~iiiggroBe zugestraliltc Leistung unil
damit Verzicht auf Vcr~-endungschnialer Spekt,ralbereiche.
J h (undurchlassige) Rfetallprobe wurdc einerseits best.rahlt, aiidercrseitv elektrisch niit meWbarer Leistung untcr sonst gleichen 1:mstiiidcn gehcizt,. Ycrglcich der Tenipt%.raturerhohung in beiden Fillen ergab die bei Ucstrahlung a b s o r b i c r t e Leistuiig.
Anwendung des gleichen Vcrfahrciis aitf eincn schwareen Kiirper (ah Empfiingcr)
am Ort cler Probe crgab die z n g c s t r a h l t . c Leistung.
2. Vensrrc.Lsaiiortlnung
Stt~cthlemjmig (Abl). 1 )
N ach Ausechwcnkcn tlcr w:trscrgckiihlten lilsppc I tritt die Strahlung tlcs
Auerst.rumpfes A durch ein RuMfilter, I)vi cincni Tcil der Messungcn noch durch
eine Plufispatplatte (3 mni I)ickta), tlunn dnrch cin Stcinsalzfenster in den cvakuierten Mefirsum. Das RuBfiltcr (Rul hicht zwischtin z w i Steirisalz1)lstten)
und die FluBspatplatte wcrdcn durch einc ~.;Ls,~crdnrchflossenc
Hlende, dcr Yie
beiderseits anliegcn, gckiihlt. I h Kiihlwawcr fur Klappe I unid llllcntlc wird
auf Zimniertemperat.ur gehalt(w.
Die cint,retendc St.rahluiig wirtl durch cin Kupfcrrohr Cu (0inncn 11 ii1111,
aufien 12 mm, Liinge 45 cni) der Iiorizoiital aufgchiingtcn Probe zugelcitct. C'u
steht iiber die Kupferplsttc G ill gutein 1Viirniekoiit.akt niit dein umgcbcndcn
Bade, wclches auch die Tcniperatur dcr Probe bestininit., so daB seine Eigenstrahlung nicht stiirend ins Gen-icht fillt.. An seincni untercii Elide befindct
sich Klappe 11, die ebenfalls Prob~,nteriipcraturhat, uncl in Rlcfipauscn Strahlung
warmerer Umgcbungegebictc abfangt..
Das Zeichcn 8 deutet einen cinschwcukbilrcn Xi-Spiegel an, dcr eincn Tcil
der Strahlung zur Intensitiitskontrolle einer Thcrmos%.de zuwirft.. Die Saule
wurde 40 cm YOU Auerstrumpf cntfcrnt, nufgtstellt. urid durch Blcnden gegen
Erwarmung geschiitzt.
(1)
__.
.-. . ...
3)
4)
6,
0)
.. .
N.F. h l o t t
Oxford 1936.
11. N. J o n e s , Properties of 3lctalu and .Mlop.
I. G . Daunt, T.C. Kcxeley, K. ~iicnclclsuohn,Pliilos. Mag. 23, 264 (1937).
E. H i r s c h l a f f , R o c . ('ambridp 1'11iIos. Soc. 33, 140 (1937).
R. H i l ~ c h ,Physik. Z. 40, 592 (1939).
3
Konrad Weiss: D a s Ultrarot-Absorptionsvermogen einiger Metalle
b) Mechunkher Aujbau (Abb. 1, 2)
Das Rohr C'u iut. in eine Mittelbohrung der kupfernen Grundplatte G etramm
eingepalt. Es wird koaxial umhiillt voii dein Ncwsilberrohr h's (0innen 16 mm,
Wandst.iirke stiickweisc 1/2 und 1/4 miti). Ss und der glaserne Apparaturkopf
sind durch cinen fettgedichtctcii &Miff vcrk)u~iclc*n.Ein Zweig dcs Kopfes fiihrt
zur Pump:; der anclerc entliiilt cin 1iistwpewic.ht. clw, inagnetisch bewegt, iiber
einen Fadcnzug lilappc I1 htiitigt.. Der nntcrct ' h i 1 tlcr Aiwrdnuiig einschliellich Cu laBt sich bci Li;tung I abt.rcnneii: bei Liit.ung I1 wird cine VcrschluBkappe anpchraclit. Reitle Stcllcn werden mit. n'oodaietall gclotet.
c ) Tew/.peratiirh&Iw
Wahreiid eiwr Messung ist die Anor(1iuiiip his niindest.ens zur Lotung I iu
ein Bad gctaucht (Wasser odcr fl. 0.). Yrol.lc niitl Ka.ppcnwand stehen durch
I
so da13 I)esoiitlcrs w i i i Wasserbad hohc TomStrahlung nocb ~ J Kcchwlnirliung,
peraturkoastanz geforrlert wirdc. Srlinacho Erw\-iiminiigc~nmubten zeitwei.se
durch duflegeii fcuchtcit Flicl3papiers verhinclert wrclcn.
Das Suuerstoffbad war ctwa alle 16 Stiiiiilw nwhzufiillen. Die Fiillhohe
hatte keinen EinfluB auf die JIessungcn. Dic. l'cmipmttiir wich niemals erheblich
von -183' ab.
I*
4
Annalen der Phyeik. 6. Folge. Band 2. 1948
d ) Pumpe
Evakuiert wurde. rnit einer zweistufigen Hg-Diffusionspumpe. Ein McLeod
(300 cm8) zeigte stets Klebevakuum rnit einer hangenden Siiule von 15-30 mm
Lange. Die beiden hintereinanderliegenden Kuhlfallen waren standig mit fl. Luft
beschickt. Die der Apparatur nahere Falle blieb ohue Hg-Beschlag.
3. Vorbehandlung der Probe
a) ~ O l i t 7 i r
Die plat.tcnformige Probe wird auf wcnige Zehntelmilliineter Diclre abgcdreht,
a d 15 x 15 nini Fllchc zugeschnitten, vorgeschliffen und mit Polierrot poliert,.
Das Policrrot wird rnit destilliertcni Wasser sorgfaltig entfernt. Es war vorteilhaft, noch Sidol ohne Rcibung einwirkcn zu lassen und anschlieBend mit Wasser
abzuspritzen. Zuni AbschluB trockcncs Policrcn init Sarnischleder und Zuschneiden
a d 13 x 13 mni.
b ) Heizvorrichtiing (Abb. 2b)
Zur elektrisclicn Ersat,zheizung [s. G1. ( l ) ] wird auf den1 Probcnrucken eine
Spirale aus 1ackisoliert.em 0,05 inm-Mangaiiindraht mgebracht. Dazu wcrden
ProGe, Spirslc und ein dunlies Blech aus Woodmetall zwischen zwei Glasplatten
leicht zusanimengedriickt und bis Zuni Sclimclzcn des Woodmetalls crwarmt.
Heizwiderstand: 40 Q. An die scitlich aust,rctcnden Drahtenden werden nahe
dem Rand Stromzufuhrungen aus 0,OS-min-Kupferdraht gelotet; die Enden selbst
dienen als PoteiAalsonden. Die Probe erhalt auf der Ruckseite noch ein Thcrmound an den Eckcn Bohrungen fur die Aufelement Th, (~~angauin-KonstaiitItn)
hiingung. Fertig wiegt sie 400-600 mg.
4. Einbau
Die Probc I-’ wird init Seidenfadcii an drci auf cinem Kupferblock BZ (Abb. 2 )
befestigten Stutzen S aufgcspannt.. Dieser I3lock (80 g) dicnt vor allcni a19 Trager
der Nebenlotstlellen von Th,; aul3crdem werdcn siiint.liche Zuleitungen zunachst
a n B1, dann erst an die Probe gcfuhrt. ‘Ceinperaturschwankungen dcs Bades
erfordern diese Anordnung. BZ wird vor den Versuchen durch Einlassen von
H, auf Badtemperatur gebracht uud hch~iltsic nacli dein Evakuicren bei; cr h a t
ein eigenes Thermoelement Th, mit Xcbenliitstellen an G. Von deri sechs (elektrisch, aber nicht therniisch gegen 131 isolicrten) Anschliissen wie. von den drei
Stutzcn S ist in Abb. 2 nur je ein Exeiiiplar wiedergegeben.
Sind alle Verbindungen gelot.ctr, so wird die Probe noch ein letztes Ma1 rnit
Sidol bedeckt, grundlich abgcspult uud trockcnpoliert. Bis aum iluspumpen der
Apparatur vergchen nun noch 1,6 Stundcii.
Block samt Probe wird durch drci Glashaken mit Drahtverbindung a n G aufgehangt. Justierung ist durch Biegen der Drahtstuckc moglich. Der KlappenkastenR hat unten cine krcisf6rmige Offnung von 11 mm 0 ; bei fertigcr Justicrung
hangt die Probe zent,risch nnd in 1 m m hbstand darunter.
Acht Anschlusse (St,romzufuhrung, Potentialsonden, Thermoelelnente I’h,
wid Th,) sind - wiedcr elcktrisch isoliert - an G zu legen, bis auf Th, alle aus
Kupfer. \’on G fuhrcn Kupfcrdriht,c durch acht Durchlasse D in den Raum
zwischen Cu und Ns. Einen neuiiten llurchlal3 beniitigt der Klappenfaden. Eine
im unteren Teil von Cu erleichtert das Auspumpen.
Bohrung B von 3 min
Konrad Weisa: D m Ullrarot-Absorptiolasvermiigen einiger Metalk
5
Die fertig montierte Teilanordnung wird nun bei 2 (Abb. 2) init. den Zuleitungen verbunden, rnit dem Apparaturrest (Abb. 1) bei Lotung I verlotet, bei I1
verschlossen und sofort evakuiert. Die Lage des Knpferrohres mird durch drei
(nicht eingezeichnete) Glasstiftchen in Hohe des Schliffes fixiert. Die Zuleitungen
werden nach rechts (Abb. 1) und splter nach auBen gefiihrt.
6. Der schwarze Kiirper ( 8 K ; vgl. 1)
Da dieuffnungdesSKvorgeschriebenist (13mm @),
ware die Verwendung cines Hohlraunistrahlers ublicher
Form entweder mit zu hoher Wlrmekapazitat oder,
bei dunner Wandung, mit schlcchtem Temperat.urausgleich verbunden gewesen. EYwurde stat.t dessen
ein Hohlkonus aus Kupfcr (Abb. 2 c) gewahlt (Wandstarke 1,2 mm, Hohe 24 mm, Masse 5 g). Der' lackisolierte Heizdraht wird auf der AuBenwand in ein Cewinde versenkt und vollig rnit Woodmetall bedeckt..
Die Spit.ze erhalt ein Thcrnioclement,. Hcizwidcrstand: 12,OQ.
Die Innenwand ist geschwarzt mit einer Rlischung
aus R u 5 und Wasserglas nach R u b c i i s uiid Hoff mann'). Die Schwarze des SK wurde gepriift durch
Vergleich seines Emissionsvermogens niit dem cines
,,strengen" Hohlraumstrahlers (uffnung klein gegen
Innendurchmesser). Die Wandungen beider Korper
wurden mit Wasserdampf auf 100°C gehcizt und die
Intensitaten der austretenden Strahlung mit der Thermosaule in identischer Anordnurig gemcssen. Ein Untergchied war nicht festzustellen8). Abb. 3 zeigt den
angeschlossenen SK ; wcgen snfarigs zu laiigsaiiicr
Abkiihlung ist er auch auBen geschwarzt.
6. Bullere elektrische Aoordnung
Abb. 3. Apparntur
Alle Spannungen wurden kompcnsiert, ; bei Ten1- m i t schwnrzem KZirpcr.
peraturmessungen wurden lop8V abgeschatzt,, bci
Messungen mit Kupferprobe sogar am Kompensat.ionsapparat einpcstcllt. Anzeigeinstrument war ein Siemens-Supergalvanometer (Spannungsspule) mit einer
Schwingungsdauer von 7 sec.
Die Stlrke des Heizst.roms wurde gemessen durch Spannungsabgriff an einem
Maiiganinwiderst.aiid, der in den zwei Jahren der Versuche konstant blieb. Die
Heizspannung war zur direkten Messung zu gro13; sie n-urde deshalb geteilt und
die Stromstarke entsprechend korrigiert.
Zwischen Stromzufiihrung und Probenrand liegen 1-2 mm Manganindraht ;
von der hier entwickelten Wlrme wurde angenommen, daB sie zur Halfte der
Probe zuflie5t. Die gemessene Heizleistung wurde entsprechend vermindert.
Die in den Stromzufiihrungen selbst entwickelte Warme ist den Drahtdimensionen
nach etwa halb so grol3 und wurde im Aust.ausch gegen die St.rahlungsverluste
an den Drahtoberflachen vernachlassigt..
') El. Rubens
*) Einzelheiten
u. K.Hoffmann, Berl. Ber. 1922. S. 431.
8 . Original-I)isscrtation.
6
Annalen der Physik. 6.Folge. Band 2. 1946
7. Eigenschalteb der verwendeten Strahlung
a ) Strahler
Strahler ist ein Auerstrumpf (Einbaubrenner der Auergesellschaft). Der Gasdruck wird auf etwa 60 mm Wassersaule gehalten. Im Laufe von Tagen mit
der Thermosaule beobachtete langsame Schwankungen der IntensitLt urn einige yo,
vermutlich auf hderungen der Gasqualitat zuriickxufiihren, wurden bci den Vermchen durch Verstellen des Gasdrucks ausgeglichen. Ein Abzug iiber dem
Brenner beseitigt Verbrennungsgase.
b ) Spektralgebiete
Das Spektrum ist nach groBen A begrenzt durch 9,3 mm Steinsalz (RuBfilter
1- Fenster). Die Durchlassigkeit dieser Schicht ist bei li'p etwa 50% und fallt
AAbb. 4. IntensitLtsverteilung J (A) dcr gcfilterten Strahlung,
in willkiirlichcn Einheiten von J (Schatzung)
dann schnell auf Null (K o h 1r a us c h , Tabellenanhang, oder a)). Die untere Grenze
ist durch das RuBfilter bcstimmt. Eine in den Strahlengang eingefiigte 8,3 mm
dicke Quarzplatte verschluckte etwa 90% der vom RuBfilter durchgelassenen
Intensitat. Demnach liegen, in Riicksicht auf Reflexionsverluste, etwa 12%
unter 3,6,uB).
Befindet sich die einschwenkbare FluBspatplatte im Strahlengang, so wird
mit einem Bereich untcr 11p gemessen (Durchlassigkeit bei lop 50%). Differenzbildung gegen Versuche mit dem Gesamtgebiet fuhrt zu Aussagen iiber die Wirkung des vom F l d s p a t verschluckten langwelligen Teilspektrums.
Die Intensitatsverteilung (Abb. 4) konnte leider nicht mehr gemessen, sondern
nur geschatzt werden. Die Schatzung stiitzt sich auf folgende Grundlagen:
1. Die Intensitatsverteilung der ungefilterten Auerstrahlung nach R u benslO).
2. Die spektrale Durchlassigkeit von Steinsalz und FluBspat nach 9, bzw.
Kohlrausch, Tabellenanhang, umgerechnet auf die vorliegenden Filterdicken.
Q)
C. Schiifer u. F. Matossi, Das ultrarote Spektrum.
H. Rubons, A m . Physik (4) 18, 735 (1905).
la)
Berlin 1930.
Konrad Weiss: Das Ul~rard-Absorptionsvemziigeneidger Metalk
7
3. Die spater (Tab. 1) mitgeteilten relativen Teilintensitaten. Die von FluBspat. durchgelassene Leistung betragt 63%, die verschluckte 37% der Gesariit strahlung.
4 . Aus D, entnommene Angaben iibcr die spektrale Durchlassigkeit eines RUBfilt'ers voii 1,snig Iiiifi/lO ciii2. Punkt 3 schreibt fur die Teilflachen in
Abh. 4 das Verhaltnis 63:37 (schraffiert zii gestrichelt) vor. Filtriert man
das von R u b e n H geniessene Spektruni rechiierisch durch das angegebene
Filt'er, so ergibt siCh ein anderes Vrrh5.lt.iiis. Durch Probieren erhalt man
die richtigc Vcrteilung rnit einrni Filtcr voii cler Dicke 1,25 nig Ru13 pro
10 ciii2, ditt deshalb als die n-vnhre angriioniiiien wurdc. Die neuen Durchllssigkeiteii siiid t1;ibc.i berechnrt, ~inc.li
111,25 = (Dl,$)o';( \ \ c g t ~ n1,25/l,ti = 0,7).
5. Die efiviihnte A.bsor~~t~ioiisl~cstiiiiiiii~iig
\.on Qriarz, imch tler 1204 unterhalb
3,6 [ L Iiepn. In AI)h. 4 1vurdt' { h s (:i,l)ir+ 1-03 2 - 4 ~ bis
~ zur Erfiillung
dieser Bedingung c'twas iihcrliiilit. I ) i t s ist berechtigt,, (la die Strahlung
dcr rotgliilrcntlm Urc~tiiiercliisc~Init 3hxiiiiuin Lei e h - a 3 p bei R u b e n s
iin Inii~\wlligeiiGebiet, ist zu beachten,
da13 der et.hr;iffier.tc~I3crc.ic.h (-1I)l)
i E'1uBsI);it nur bis auf Reflexionsverluste
t1t:r L)ifff,renzhildiui,~sintl also der geiiiesseuen kurzwelligen
11 witdri. hiuznziifiigen durch Multiplikation init
1st' 7. nurtlc 1iall)t~iiipirischwie folgt, ermittelt :
Befantl sirli a i l Stellr dcs RuBfilt
tlic crwii1int.e 8,3 min- Quarzplatte im
ig, so giiigen (lurch ~ h s c I i : i . l t t ~tlc.:
i i Flul3spats 7,4:/,
dw voni Quarz
c II c' 11 hitensit It verloreli ( A1i t t 6,
3lensungen iiiit dcr Thermosanle.) l\us t l v i n Urec,hun
o hlratisch , 'labellenanhang)
ergibt sic11 fiir. i. = 0,5 1)
1when Foriiiel eiii inittleres
Reflesioiisvciiiiii~~,ii
voii
Dcr Unt'erschied gegen den
geniessen(.ii \-t.rliist, 1:4c!.,,, v - i d also aiif ISiiiwhliissc, zuriickzufiilireii und von
der Wellt~nliingc iinabhitugig sein. Xiniint iiinn fiir clas Gebiet, \-on 2 bis lop,
gestiitzt :Inf clic, ;i,us den Hrechungsindices bcrecliiieteri Wert,e, eiii iiiittlercs Ref1.fiir l o d e Fliicheii ail, so t q i b t , sich eiii GemntrcrlnRt r o n 6,404,
verni. .voii Sq,,
oder, auf die t1urchgcl;is:cnc St,rahluiig hm)gt:n iuid abgeruudet: v = 0,07.
(1
Z w i t e r Tcil: Meswngen
1. Ausfiihrting tler Einzelbeobachtung
a,) Zit?i?ti r rfcniperclt,u r
Kurz x-or 13vginn der llwbachtuiip; (1. h. soL:ild die Probc iriit ihrer Umgebung iiii Tciiil)erat.urglricIige~~ic.ht'
sttblit: wird init, Hilfc: des Spiegels 8 (Abb. 1)
und der ThPriiiosBiile d i e Int,eiisiti.t tier gcfiltcrten Aucrstrahlung bestimmt.
Offnen drr Klnppeii I niid I1 l e i k t die Hestrahlang ein. 13ei Heizniessugen wird
zritig iiiit den1 Eiiischaken der Heizung.
lediglich Klnppc 11 geiiffiiet, g
,,Falschc" Straliluug uiid solclie
iert'i' Uiiigebun~s#ebiete,iiii Folgenden als
,,Nullst,ra.hluiig.' lmeichnet, werdeii also c~l)eiisuzugelasscn wie h i Bestrahlung;
der Auerst,ruiiipf brennt w i t e r .
Sobald Klappe I1 geiiffiiet iut., t ritt itn T h , ohm inerklichc Verzogerung eine
,steigende Spaiinuiig auf, clic laufend konqxnsiert und alle 30 sec abgelesen mird.
Nach 6 niin werden die Klappen wieder geschlossen, bei Stmhlungsversuchen die
8
Annalen der Physik. 6. Folge. Band 2. 1948
Intensitat nochmals kontrolliert, bei Heizmessungen die Leistung bestimmt. Di
Metallproben sind nach 20, der SK nach 40 min fur den nachsten Versuch bereii
Vor
in 1,5 h
weitere
a m SK
b ) -183°C
Sauerstoffmessungen wird der Block BZ durch Einlassen von 0,l Torr €1
auf Badtemperatur gebracht. Nach dem Abpuinpen vergehen noch einigi
Stundcn bis zur Einstellung eines neuen Gleichgewichts. Bei Versucher
wird auch nach jcder Einzclbeobachtung 2 * 10-2 Torr H, cingelassen
79
PV
I0
I*
1p
6
Y
2
0
I
2
3
t-
Y
5mLTa'
Abb. 5. Heizung.
McOreihe am schwarzen Kijrper bei Zimrnertcmperatur
um die MeDpausen wcnigstcns auf 6 h zu verringcrn. Der Wasserstoff wird nach
Entnahme aus der Bombe ubcr P,O, aufbewahrt, moglichst bald verwendet und
beim Einschleusen durch zwei Sauerstoff-Kuhlfallen gefuhrt. Verunreinigungen
setzen den ,,Nulleffekt" hersb (vermutlich auf Reste von Warmeleitung zuriickzufiihren, vgl. 5 c).
2. Auswertung der Einzelmessung
Beispiel: MeDreihe am SK (Abb. 5, 6 , 7). Mit dem Offnen der Klappen bzw.
dem Einschalten der Heizung wird dem SK (bzw. der Probe) eine zeitlich konstante Leistung zugefuhrt. Solange die Temperaturerhohung 6klein bleibt gegen
die abs. Temp. T,sind die Wlirrneverluste durch Leitung und Strahlung nahe
proportional 6. Wie leicht einzusehen, ist deshalb das nach t sec erreichte 6
proportional der zugefuhrten Leistung N :
16 (N1,= con& "
(2)
Nach 1. werden pro Messung 12 Werte 6 erhalten, die wir fur das Beispiel
dreier Heizmessungen (Abb. 5) mit a, bis a,,, b, bis b,, und c, bis c18bezeichnen.
Konrad Veiss: Dus Ullrrarot-A~sor~tionsaermvgeit
einiger Metnlle
0
Ausgewcrtet werden nur a, bis a,2 usw. . Xach G1. (2) ist, bn/un = b,/a,, = qa,
ebenso cn/un= qc und un,/un= qa = 1. Die Quot,ienten q kiinnen also fur gleicheii
Index u, b, c gemittelt werden (Streuung stets unter 27,); sic sind ebenfalls proportional M. Da iv sich aus Sullstrahlung (.No)
und MeDleistung (N,,,,) xusammenset.zt, ltann GI. (2) geschrieben werden :
[q ( N ) ] ~
~
==:
1
1%
+ x0)
oci(:r
N,,,,
=-=- 3c
. 'I - iv0.
Bezogen auf eine beliebige Grundmessung ( q = 1) erhrtlten also alle Erwarmungskurven, fur Heizung wie fur Bcstrahlung, 13eimert.e q, zii denen im Wesentlichen
ihr ganzer Verlanf beigetragen hat (Abh. 5, 6). Aus den fur die Heizversuche
lo3
N-
Abb. 7. Eichgcrade.
MeBreibe am schwarzen liorper bei Zimmcrtcmperatnr
bekannt.cn Wertepaaren N , q wird eine m i t t h e Gerade (Eichgerade, Abb. 7) berechnet, aus dcr die bei Uestrahlung absorbierten N abzulesen sind.
Bei allen Strahlungsmessungen wird der Thermosaulenausschlag fur das Gesamtspektrum auf 102 p V (j,2%), fiir den knrzwelligen Teilbereich auf 63,5 p V
( f2%) gehalten, gegebenenfalls dureh Aiderung dcs Gasdrucks. Die absorbierten
N werden auf den Ausschlag 1 p V umgerechnet (Tab. 1).
Tabellc 1
Schwaner K o q m bei 18,3'C, 12. 9. 44. Vgl. Abb. 5, 6, 7
Die Eichgerade (Abb. 7) hat die Gleicliung: N = 248,9 q - 2 , l [lo+ W].
Spektralgebiet
bgrenzt durch
Steinsalz
Leistung
I Abs.1OP
W
1
262,7
264,2
Mittel: 263,5
____I
- - FluBspat
155,2
(2 bis 11 .u .)
l65,O
Mittel: 155;l
+ 7% Verlust-Korr.:
166,U
97,5-8 bis 18y
(La~~gwellige
Differenz)
(2 bis 1 8 p )
._
I
1
j
I
i.
1
I
Aussclllag i
d. Th.S. [pV]
Leistung/Ausschlag
10-7
wipv
I
103,o
104,o
103,5
- 63,8
' 63,9
63,86
68,3
.35,2
255,l
264,O
264,6
243,3
242,5
242,9
-
277,O
KO
An&
der Phydk.. 6. . F o b . Baud 2. 1948
8. Die librigen Messungen am Schwamen E6rper
a) Memunqen bei Zimmrternprdur
Vor Beginn der hier verwerteten Metallversuche wurden am SK folgende abeorbierte Leistungen erhalten :
Tabelle 2
Schwarzer Korper bei 18,8" C, 24.3. und 1.4.44
Gemeinsame Eichgerade fur beide Mel3reihen: N = 256,9 q 0.1
+
Spektralgebiet
I
Mittel: 246,s
~
~~
~
~~
2 bis l l p
-
W].
Abs. L&tung/Ausschlag Thermosaule
10-7 w/pv
I
-
[lO-S
~-
24. 3.: 236,9; 232,8; 237,l
1. 4.: 237,4; 235,6
Mittel: 235,9
~~~
8 bis 18p
270,2
b) Hasungen mit fliissigem Sauemtojf ( t = -183OC)
Vor Beginn der Versuche an Metallen wurden zwei Sauerstoffmessungen am
SK gemacht, die durch eine erzwungene Pause von sieben Wochen getrennt sind.
Tabellc 3
Schwarzer Korper bei -183"
Gemeinaame Eichgerade fiir beide Vemuchsreihen: N = 334,7 q - 129,6 [1k6Watt].
Absorb. Leistung/Ausschlag Thermosiiule
Spektralgebiet
2 bis 18p
10-7
i
2 bis l l p
-~
~
8 bis 18p
3. 44; 251,5; 249,2
5. 44: 259.3: 249.4: 247.9
Mittel: 251;5'
-25.427. 3. 44: 232,9; 242,7; 241,8
11.-13. 5. 44: 242,4; 236,3
Mittel: 239,3
276,9
26.-27.
11.-13.
- -.-.-
w/pv
.
I
I
Das absolute Glied der Eichgeraden (129,5 * 10-6 W), die Null-Leistung (s. l a u. 2),
wurde auch durch Absorptionsversuche mit elektrischer Heizung Null (nur Klappe
I1 geoffnet) gut reproduziert.
c ) Zusammenfassung
Nach Teil I, Abschn. 5 ist die Schwarze des SK merklich = 100yo;die zugestrahlten Leistungen konnen also den absorbierten gleichgesetzt werden. In
Tab. 4 sind die Werte zusammengestellt, die spiiter der Ermittlung des metalliwhen
Absorpt.ionsverinogens zuqunde gelegt werden solleu. Fur Ziminertemperatur ist
das Mittel der in Tab. 1 iind 2 gegebeiien Zahlen eingesetzt. Hei -183°C wurde
die Messnng a m Ende der h b e i t nicht wiederholt; da aher die in Tab. 3 mit.geteilten Werte gleichzeitig mit den 19O-Zahlen voni April 1944 gewonnen wurdeii
(Tab. 2), die um 3$6 kleiner sind als die entsprechenden vom September 1944
(Tab. l),so ist es mold erforderlich, auch liier alle Werte urn I,Y)/o zu erhohen.
Tubelie 4
Zugcstrahlte Leistung/Ausschlag dcr Thermosiiule
w/pv
10-7
,
Tempcratur der Probe
'
'
I
Spektralgcbiet
1D3
-1%"
I
2
t'
8
Der Xulleffckt bei -183'
his 1 8 / r
"0,7
his 11
1
239,4
bis 18 p
27:3,(i
betrkgt 131,4 . 10 67V.
265,3
212,s
%1,1
I
4. Versuche an Metallen
a) Anwendung von GI. (1) auf nichtmomhromatische Spektmlgebiete
Eine Netallprobe (spez. Widerstand [Q cm]) werde einer Strahlung aus-
e
gesetzt, deren spektrale Tntensitatuverteilung durch J (2) gegeben sei. Aus dem
Bereich d?. wird der Probe zugefiihrt die Leistmg
dN J(3.)dl. .
Davon wird nach GI. (1) absorbiert der Anteil
7
Aus dem Gesaintspekt.rum mird also absorbiert.
00
7
/I . J . dj. :-= :x!5
CQ
/',J
. "".
I
6
0
i.
I / {~ J (1 ( ~ 2 . 1 .
-- :;I!{.I
U
Als mittleres Absorptionsvermogen sei definiert
cc
.r A . J d),
!L
73
.-
1. J . d (!!( Z)
L p
7 J d).
0
.
~
-
.~
7 . T .d j ,
ii
1/
J ist also einmal in Abhangigkeit von 1 (Abb. a), dann in Abhangigkeit von
aufeutragen. A i s t aus den GroBen der umrandeten Fliichen zu erinitteln (Tab. 5).
Tabelle 5
Theoretisches Absorptionsveriniigen der Metalle nsch G1. (1) fur drei durch Abb. 4
bcschriebene Spektralgebiete
SprBtrdgebiet
I
I Absorptionsvemijgen
A
12
Annnkn der Physik. 6. Folge. Band 2. 1948
Es sei betont, d a b diese Werte, wie die Intensitatsverteilung nach Abb. 4 selbet,
auf einer Schatzung beruhen, die allerdings im langffelligen Anteil, auf den es
hier besonders ankornnit, wohl recht sicher iut.
b ) J'ersuche a n N u n p n i n
Bei Manganin w i d die rnit.t.lere freie Weglange der Leitungsclektronen bei
tiefer Ternperat,rir nur unwcsentlich grol3er sein als bei 18°C. Abweichungen von
GI. ( 1 ) s i n d also nicht zu erwarten.
Die Probe st.ammt aus einern 0,l rnni-Blcch (Isabellenhiitte Dillenburg). Vorbehandlung wie in I, 3 erlautcrt.
=
0,433. lO-'i?
'
('ill.
T;tbcUc ti
AbAorptionuvcrmol;en con binnganin
Abs. Leistunp/Ausschlag Th. S
Spek tralgcbitt
10-7
w//~v
a) Zimmertemperatur; f = 20,5"; 4 . 7. 44
2 bis 1 8 p
!
24,os; 24,oo; 2 - 1 3 ; 2 4 2 4
Mitt.el: 24.17
. 25.50; Pj,4(j; 25,l't
2 bin 11 )I
Mittel: 25,46
8 his 18p
21,JS
I
I
9,64
10,G4
7,85
i
b) Saueratoffbad; t = -1P't,9";
5. i.--C;.
7. 44
?4;17; 24,89; 24,83
2 bis 1 6 p
Mittel: P4,i3
9,69
2 bis 1 1 p
26,42; 2G,2G; 27,4c,
h11ttrl: x , 7 1
11,oo
8 bis 1 6 p
2!,55
II
7,31
D i e N u l l s t r a h l u n g i s t zu 7,6651; a b s o r b i e r t (vgl. Cu)
I
I
I
23.m;; 3 . 8 5
Mittel: 23,iG
24.82; 25.38
hllttel: %,I0
20,M
2 bis 1Pp
2 bis 11 p
8 bis 18 p
d) Zimmertemperatur; t
2 bis 1 8 p
2 bif3 11p
8 biH 16 !I
i
=
20,O"; 13. 7. 4 1
23,77; 20,89; 23,97
Mittel: P5,88
25.37; 25,l-l; 25,56
~ i t t e 2~ 5: ~ 5
20,iG
9.53
10,53
7,59
Bei Zirnrnerternperat,ur fallt der Nulleffekt nicht ins Gewicht (ebensowenig w i e
beim SK uud bci den spater geinessenen Metallen). Bei - 1 8 3 O C betrug e r
9,9G- 10-5W; wie einVerglcich mit Tab. 4 zeigt'(Nul1effekt d e s S K = 131,4.lO-SW),
wiirde sich daraus ein Absorptionsverinogeu von 7,58 * 10-2 ergeben.
Konrad Webs: Drss Ul&arot-Abmptimawm@ea ekigttr &?a&
13
Tabelle Ga
Absorptionsvermogen von Manganin. Veraleich mit G1. (11
Im-nern
Abe.-verm.
,I, berechnetea A:
a) Zimmertemperatur;
2 his 18 p
2 1x3 11!l
8 his 18
e
1
bl -183‘
’
2 his 18 p
2 his 11
8 bis IS p
I
0,43
:
*
lO-4U
. (111
,
9,55 * 10-2
$24 . 10-2
m,57 . i o - ~ t0,60. in-2 I
7,70 ’ 10-2
6,94 ‘ l i l - 2
633 I1
594 P
9,7 P
9,69 . 111-2
!),if2 . 1 ( I 2
l I , O ( l ~1 0 - 2
1(1,37 ’ 11, 2
i,31 . 1W2 (;,?!I.
10
54P
495 f‘
10,2 / I
Das Widerstandverhaltiiis HzO/
R-,87 = 1,054 wurde aus dein Widerstand des
Heizdrahtes der Probe ermittelt.
Die fur Zimmertemperatur und 8 bis 18p 1004 zu hoch gefundene Absorption
wird nicht auf einem systematischen Fehler beruhen. Bei Cu und Be wurde das
Gegenteil, kleinere Absorption als erwartet, gefunden. Der Verdacht auf Verunreinigung der Oberfllche wurde durch Messungen mit sichtbar beschlagener Probe
entkraftet (nur V;{) Steigerung). Eine bessere Ubereinstimmung des Versuchs
mit G1. (1)ist auch niemals systematisch gezeigt worden [bei H a g e n u n d R u b e n s 8 )
Abweichungen im Mittel 12°1,].
c) Versuche a n h-upfer
Elektrizitata- uiid Wiirmeleitung der Cu-Probe sind schon friihrr roil G r u n e i s e n und G 0 e n ~ 1 (als
~ ) Cu 6) untersucht worden.
, ~ 1,73 . 10-6L2 . cul [fur ungeVolhereitung der Probe wie untcr I, 3 . c ) ~=
tempertes rciiies &terial
entnoninien : po = 1.59 .
,r? . cni und auf
20” unigerechnet].
~~
Spektralgebiet
2 bis 18
B b s . Leistung/Aussclil. ‘1’11.
wlpv
10-7
2,923; 2,922; 2,982; ? , ‘ I 1 0
Mittel: 2,937 - ~ _ _
? , i 7 5 ; 2,958; 2,924; ?,h?O
“835
Xlittrl: 2,864
Abs.-vernl. 102
grin.
her.
~
1.19.
~~
8 his 18
3,1174
1,124
1
berechnetes il
1,Rb
1.1;:
~~
2 bis 11 p
gem. Abs.I Aus
verm. nach (1)
-
~
16,H ,ll
~
~
~
”1.3 _
1G,J
_
1,39
18,4 ,Id
11
_
Zu Beginn dcr folgenden Messung hprmg dic Uiffusionspumpe, so daIJ die Probe
herausgeiiominen und neu polirrt R erdeii iuuBte. Die weitereii Resultate gibt
___
_”)
E . G r i ~ i i e i s e nU . I<. t i r ) e i i \ . %. 1’11TSili 14, W J (1927).
~
14
A n m h der Phyaik. 6. Folge. Band 2. 1948
Tabelle 8
Absorptionsvermogen von Kupfer
Spektral-
I Abs.-Leistung/Auaschl.Th. '
I
lo-' w/pv
II
gebiet
2,753; 2,917; 2,868; ?,!I53
Mittel: 2,873
2,666; 2,705; 2,742; 2,740
Mittel: 2,713
3,184
2 bis 18p
2 bis 11p
2 bis 18 it
b) Sauerstoffiad; t
2 bis 1 8 p
2 bis l l p
,
8 bis 1 8 p
I
'
= -182,9"; 19. 8.-20.
2,139; 2,188
Mittel: 2,164
2,086; 2,112; 2,069
Mittel: 2,086
2,316
Abs.-vem. 102
gem.
I
her.
1,143
1,85
1,1:1,
l,lCl
2,13
1,39
I
gem*Abs'i verm. nach G1.
(1) ber. 1
1
17,6 P
17,9 it
17,O p
8. 44
0,84l
0,79
o,aj8
0,91
0,60
O,SL'(
Zimmcrtemperatur; t = 23,6O; 28. 8. 44
2 bis 1 8 p 2,$81; 2,909; 2,943
Mittel: 2,911
2 bis 11 p , 2,697; 2,741; 2,712
JIittcl: 2,717
8 bis 18p I
3,257
5,9 P
!
i
5,7 p
G,2 P
c)
i
I
~
1
6
~ 1,86
,
1,135
1,19*
~
2,14
1,40
I
I
17,2p
18,lp
16,3 p
Tab.8. Fur die Berechnungen be] -183" 1st nach Gruiieisen uiid Goens12)
ein Widerstandsverhaltnis R-,a3/Ro
= 0,20 (ungetempertcs reines Cu ) angenommen.
Die Nullstrahlung hei -183°C wurde zu 1,478 . 10-6 W bestimmt, woraus sich
(vgl. Tab. 4) (sin Absorptionsvermogcn
A 70*
von 1,126 * 1 0 - 2 ergeben wiirde, gcgcn
0,84 10-2 f u r (lie Strahlung des Aurrstrumpfes. Vermutlich ist dies auf das Bestehcn rcstlicher Warmeleitung zwischen
Apparatkopf und Probe zuriickzufiihren
(s. Original dcr Dissertation).
Ergebnis: Das Absorptionsvermogen von Cu
bei Zimmertemperatur hiingt fur
Abb. 8. AhsorptjonsvermOgcn von
das gesaint,c verwendete SpektralKupfer bei Zimmertempcratur.
gebiet nicht merklich von der WelDer Name ,,C o b 1 e n t z" ist durch
lenlange ab. Auch fur lange Wellen
, , F o r s t e r l i n g und F r e e d e ist es kleiner als nach G1. (1) zu err i c k s z " zu ersetzen
warten.
D
2
Y
6
6
A-
70-72
IY
1'6 ?Ep
Das Verhalt.nis A-,a3/A20 [nach GI. (1)
=
0,431 wird g r o k gefunden:
0,71 fur den kurz- und 0,74 fur den Iangwelligen Bereich.
12
;E. Griineisen
u. E. Goens, Z. Instrumentenkde 47, 236 (1927).
Abb. 8 gest.attt:t einen Vcrgleich init. friiheren Arbeiten [ I I a g e n u. R u b e n s 2 ) ,
11. Pr e e d e r i c ] i s z '"1.
Flir s t e r liii g 11.
d ) Versuche an E'isen
Durch freundliches Entgegenkommen von Direktor S t e i n h a u s (PTR) koiintc
das i n 9 , Tab. 6 als letztes erwiihnte sehr reine Elektrolyt,eisen unteinucht werden.
A.70'
Widerstandsbestiiiii~iiiii~eii:
Eigene W
Eigene
i d e r s t a n d s b e s t i i i i ~ ~ i ~ i i ~ ~ e ~16:
~:
Widerst.anc1 bei 20":
200: ez0
ezo lyj.----Jj -Spez. Widerst.and
I '
= 9,70 10-6L? . cin
,
R-,,,In,, =
0,100;
'
I
1
I
b ~L- n
I
I
I
!
1
s ~ ~ ~ b , , ~ ~ ~ ~
H--189/H0
= 0,114; R--195/110
= 0,078.
Die Nullstmhlung bei -183°C ergab sich zu
2,353 10-6 W, R-oraus sich ein Absorptionsberechnen laBt
vermogen von 1,79
(vgl. Tab. 4).
-
-
Ergebnis: Zimmertemperatur: Eisen verhilt
sich in den beiden Bereichen aus-
n-
Tilbelle 9
Absorptionsvermogen ran Eisen
Spektralgebict
I Ahs. Leistung/Ausschl.T11. I
,
II
10-7
10-7 W
W II // ~
~V
V
a) Zimmerteniperatur; t = 19,s"; 5. 9. 44
2 bis 18p I 14,060; 14,328; 14,416
1 Mittel: 14,268
2 bis l l p 17,835; 17,745; 17,766
,
Mittel: 17,783
8 his 1 8 p i
7,416
II
I
~
~
,
'
'
c) Zimmertcmperatur;
Zimniertcmperatur; t = 20,2'; 12. 9. 44
2 bis 1 8 p 14,610; 14,454
Wttcl: 14,532
2 bis 11/I I 17,768; 17,981
I
Mittel: 17,875
I
8 bis 1 8 p
7,857
1
-
4,38
420 LC
5,04
i,43
3,30
476
1,39
6,54
1,68
7347
2,87
I
I
2,71
5,80
Aus gem. Abs.1 verm. nach G1.
(1) her.
her. 1
jj
(1)
1,59
1,04
I
4,38
1
5,04
3,30
I
I
I
I
'
I
0,6p
0,3 P
4x3 P
3,8P
P
293 p
15,8p
.
u. V. Frccdericksz, Ann. Physik (4) 40, 228 (1913).
W. Steinhaus, A. Kussmann u. E. Schoen, Wysik. Z. 98, 785 (1938).
Is) I(.F o r s t e r l i n g
14)
,
5,69
.
b) Sauerstoffhad; t = -188'; 6. 9.--7. 9. 44
I
2 bis 1 8 p 112,230; 12,146; 12,037
Mittel: 12,138
2 bis 11p 15,884; 15,943; 15,820
,
Mittel: 15,882
8 bis 1 8 p '
4,725
'
Abs.-serm. lo2
gcm.
bcr.
gcm.
bcr.
16
Annalen der Phyaik. 6.Folge. Band 2. 1948
-183': Nach G1. (1)
= 0,32; gefunden fur kurze Wellen 0,88,
fur lange 0,60.
Vergleichbare Messungen an Eisen starnmen von H a g e n urid R u b c n s (Stah]),)
und Coblentz16) (Abb. 9).
6 . Fehlerquellen
Der Strahlungsweg zur Therniosaulc ist 40 cm langer als der zur Apparat,ur,
so da13 atmospharische Absorption auf dieser Strecke sich nicht heraushebt. Bedenklich erscheint aber lediglich der EinflulJ der Luftkohlensaure auf die C0,Bande des Auerstrumpfs bei 4 p. Wcgen dcs Temperaturunterschicdes von strahlendem und absorbierendem CO, werden jedoch nach Barker16) auf 80 cm Luftweg nur 25% der Bandc, d. h. etma 4% dcs hier vorliegenden Spektrums absorbiert. Bruchteile davon kijnncn cine Rolle spielen, falls der C0,-Gehalt der Luft
sich wahrend der Messung andcrt; das wird aber durch den Abzug uber dcm
Brenner weitgehend verhindcrt.
Vereinzelt wurde bei holier Luftfeuchtigkeit ein auffallend geringer Thermosaulenausschlag gefundcii ; in solchen Fiillen wurde die Messung abgebrochen.
Vermutlich ist die Erscheiiiung auf Adsorpt,ioii von Wasser durch die Steinsalzoberflachen des RuBfilters zuruckzufuhren. Die k'iltcrtmiperatur lag dabei erheblich uber dem Taupunkt ; cin sichtbarcr Beschlng ent.stand nicht.
Die TemperaturerhiihiiIig dcs RuBfiltcrs bei Ilurchstrahlung wird durch
Kuhlung niedrig gehalten und aulJerdem dadurch kompensiert, da13 Eigenstrahlung des Filters auch in den Therinosaulenausschlag eingcht,. Der Beitrag dcs
erwarmten Filters zum Gesamt.spektrum (Abb. 4) ist sichcr klein gegen dcnjenigen
der Brennerduse.
Die beobachtete Strcuung dcr Ergebnissc wird groBtentcils durch unsystcmatische Fehlcr verursacht scin. Mail wirtl den Resukaten der Eiiizclversuche
eine Unsicherheit von (xtwa 1 bis So(-, zuschrcibrn niiissen, der berechneten Diffcrenz (lungwelliger Hereich) deninach etwa 3 his 5'),;, iin Falle des Eisens (Verhdtnis
dcr in den Teilbcreichen absorbicrtcn TAeistungcnnahezu 5 : 1 !) wohl eine noch
hohcre.
Drittcr Tcil: Yerglcich mit der Theorie
1. Formcl yon D r II d e
Wahrend Manganin in seineill gcsamt,cli Vcrhalten rtcht gut mit G1. (1) iibereinstimmt, weichcn die rcinen Metullc schon hci Zimiiiert,emperatur eindcutig
(bis zu 200,;) von G1. (1) ab. Teiideirz asymptot,ischer Annlhcrung der Versuchsresukate an die Fordming dcr Thcorick init wachucndcm 1 ist nicht festzustellen.
Bei Kupfer zeigt, die Absorption iil,erhaupt kciiie mcrklichc Abhangigkeit von
der Wellcnllnge, urid bei Eisen sind die gemessenen Werte mit aachsendeni A
zunachst groBer, dann kleiner als sic nach GI. (1) seiii sollten.
Die h l e r u n g dcr Ahsorpt.ion niit auf -153" siiikcrider Temperatur tritt bci
weitem nicht in der von GI. (1) gcfortlerten Hiiho nuf. l1aB H a g e n uiid R u b e u s e )
bei einer Reihe von Mctallcn Formel (1) bci t = 170' uiid 2 = 25,s ,u bestatigen
15)
1")
W. W. Coblentz, Bull. Bur. of Stand. 7, 197 (1911).
E. I?. Barker, Astrophys. Journ. 55, 391 (1922).
konnten, steht dazu nieht iiii Wiclersprurh, cla bei hiiherer Teinperatur clip Voraussetzuiigeii tier Throrie Iwser eutreffen ( 8 . Einleitung).
2. Polme1 YOII M o t t uiid 1; e II c r
Der Befund an Kupfer u i i t l Eiseii heriihrt sieh iii eiiiigen Punkteii init eiiier
neuereii Darstellung der 1)r II d e sclien Dispersionstlieorie von M o t t uiid
Z e n e r 3, l i ) . Nacli diesen Autoreii ist das optische Verhalteii des Metalls bestirnilit (lurch zwei ChoBeii
Hirr ist
e :=: die Klementarladung,
AT
(J
= die
effekt.ive Zahl der 1,eituneselektr~oriel-Ipro
(mi3,
= die I&f&higkeit hei konst.anten luDeren Fclderii
in el. st.. Kin-
heiten,
-c = die Relaxatioiiszeit. des Elektrons oder ciit halhe inittlere &it
zwischeii zwei StoOeii,
7 ) ~ .=:
die Elekt,roiicniriasse.
Kach 3Iot,t u i i t l Zciier kaiiii Gl. (1) iiiir fiir Wellciilangen j.> i., geltell. Diese
Einschriinkung elithalt, lediglich die Forderiiiig, daIl din Schmingungsdauer des
iiii Lichtfeld oszilliereiideii Elekt,rons groB seiii sol1 pegen die iriittlere StoRzeit.
Nach F r i i h l i c h'8) ist, fur Kupfer (0,s Leituiigxelekt,roiieii/~~toni)
& =: 110p
0.17 I t . nit, vorlicgcnd dupext.ellt~wVersuche kiiiiiieii also hiernscli
iiicht iriit. GI. (1) iibereinstininirii. Fur den -verwendeteii Spektralbereich init
2, <j. <- R, gebeii MMott, u i i d Z e n e r die NHhcruiipsformelli)
und I,,,
2-
(4)
Die Absorption sol1 also fiir dieseii Ausschuitt des Spektruins VOII A unabhangig
sein und fur Kupfer nur O,Slo~obet,ragen. Das hiervoii offenbar rollig abweichende
VerhaIt.cn dex Metalls ini Sichtbareii wird auf ,,innere photoelektrische .4l)sorptioii"
zuruckgefuhrt .
Piir Eiseii ist G1. ( 4 ) nur schwer nachzupriifen, (la Abschiit.zungen voii N fast
vollig fehlen. Aus msgnetischen Messungen schliellt. Vo @I9) auf eine Valenzelektronenzahl von 0,22/Atom ; die effekt.ive %ah1der Leitungselektroiieii ist. vermutlich hochstens gleich groll. Daraus erhslten wir & = 36, 1, :.:: U,25 (Mindestwerte). Auch bei Eisen koniieii also wahrsclieiiilich die Ergebnisse nicht,
iiach GI. (1) beurteilt wercleii. Nach GI. (4) erpibt. xich ein Absorptionsverniogen
von l,4% (Hochstwert).
17)
16)
10)
N. F. Mott u. C. Z e n e r , I'roc.. Cambridge Yhilos. Soc. 80 Teil
H. Friihlich, Elelctronentheorie der Metnlle. Berlin 1836.
E. Vogt, Z. Elektrochem. 45, 597 (1939).
Ann. Physik. 6. Folge. U d . 2
I, 249 (1934).
I!
18
Annalen der Physik. 6 . Folge. Band 2. 1948
Es ist vielleicht nicht ausgeschlossen, daB die aus 01. (4)berechneten Werte
beim Ubermit den gemessenen absoluten Verlusten der Absorption (&, gang zu tiefer Temperatur zusammenhangen. Fur Kupfer ergab sich (Mittel aus
Tab. 7 u. 8) im langwelligen Gebie%ein Riickgang um 0,34.1W2, fur Eisen (Tab. 9)
1,11.
Im Kurzwelligen sind die Werte nur um 10 bis 20% kleiner (0,30 bzw.
0,91- 10-l). Man kann also durchaus von einer, wenn auch groben, Ubereinstimniung
spreehen. Qb darin mehr als ein Zufall zu sehen ist, muBte allerdings noch durch
Messungen an weiteren Metallen (Au und Ag) entschieden werden. Plane in dieser
Richtung waren infolge zeitbedingter Schwierigkeiten nicht mehr durchzufuhren.
Zur Erklarung eines solchen Zusammenhangs hatte man nur anzunehmen,
da13 ein groBer Teil der bei 20" gemessenen Absorption auf einem temperaturunabhangigen Mechanismus beruht. Formel (4)setzt als Vermittler der Absorption
lediglich freie Elektronen voraus, die ihre aus dem Felde gewonnene Energie
durch StoBe an das Gitter abgeben. Diese Art der Absorption ist nach G1. (4)
widerstandsproportional und verschwindet bei -183" bis auf cinen geringen Rest.
Die vorliegende Arbeit entstand im Marburger Institut auf Anregung von
Herrn Geheimrat G r u n e i s e n , dem ich fur seinen fordernden Rat zu groBem
Dank verpflichtet bin. Herr Prof. Schaf e r (Breslau) hat eine FluBspatplatte,
Herr Direktor S t e i n h a u s (PTR) die Eisenprobe zur Verfugung gestellt. Auch
ihnen danke ich an dieser Stelle.
[Nachtraglich werde ich darauf aufmerksam, daB sich GI. (4) sachlich bereits
bei F o r s t e r l i n g und F r e e d e r i c k s z 1 3 ) findet.]
M a r b u r g - L a h n , Physikalisches Institut.
(Bei der Redaktion eingegangen am 31. 3.1947.)
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