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Das Verhltnis der Beleuchtung zum Leitungsvermgen des Selens.

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92
5. Das Veri&lltwis der Beleuchtumg
xuwh
Le.itu9yp-
verrnogem clev Selerns;
von G. A t h a r c u s i u d i s .
Licht, Warme l), die Rontgen- und Radiumstrahlen, einige
Substanzen, wie kohlensaures Barium, Wasserstoffhyperoxyd
und Terpentinol 2), als wie auch Alkohollosungen einiger vegetabilischen und animalischen Pigmente 7 haben EinfluB auf
das Leitungsvermogen des Selens, indem sie seinen Widerstand
verringern.
Insbesondere ist die Wirkung des Lichtes von P f u n d ,
H o p i u s , H e s e h u s uud K o r n untersucht und diesbeziigliche
Formeln aufgestellt worden, durch welche das Verhaltnis des
elektrischen Leitungsvermbgens vom Selen zu der Beleuchtung
gegeben wird. Hopius4) hat Selen einmal der Wirkung des
Lichtes einer Nernstlampe und dann einer Amylacetatlampe
ausgesetzt und findet, daB in beiden Fallen das Leitungsvermogen des Selens im Verhaltnis zu der Kubikwurzel der
Releuchtung steht. Dies liege sich etwa durch folgende Formel
zum Ausclruck bringen:
(1)
1
Jc’ =
4
1 I
W’ bedeutet dabei den elektrischen Widerstand, i die Beleuchtung und a die Proportionalitatskonstante. H e s e h u s 6,
stellt zwischen dem Leitungsvermtigen m und der Beleuchtung i
folgende Relation auf:
(2)
i = a(b9’- l),
wobei wieder a und b Eonstanten bedeuten.
1) M. C o s t e , Compt. rend. 143. p. 822. 1906.
2) E. B l o c h , Compt. rend. 130. p. 914. 1901 und E. v a n A u b e l ,
Compt. rend. 136. p. 929, 1189. 1903.
3) E. H. G r i f f i t h s , Compt. rend. 136. p. 647.
4) E. A . H o p i u s , Journ. SOC.Phys. Chirn. Russe 36. p. 581. 1903.
5) N.A. H e s e h u s , Journ. SOC. Phys. Chim. Russe 36. p. 661. 1903
und 37. p. 221. 1905.
Pkrliiiltnis der Beleuchtung zum I;eitungsvernLGgen des Selens.
93
Zur Prufung dieser Formeln haben wir eine Reihe von
Versuchen ausgefiihrt, indem wir eine Selenzelle, deren Widerstand in dor Finsternis zwischen 25000 und 40000 Ohm
variierte, der Wirkung einer Lichtquelle ausgesetzt haben.
Um die Nessung des jeweiligen Widerstandes zu erleichtern,
haben wir die Selenzelle in den Stromkreis einer mit Regulierwiderstand versehenen Batterie von acht Elementen eingeschaltet.
Zur Messung der jeweiligen Stromstarke schalten wir an
einer Zweigleitung des bekannten Kastenwiderstandes ein
empfindliches Galvanometer von rapider Dampfung ein und
bestimmen dann jedesmal aus der gemessenen Starke und der
bekannten elek tromotorischen Kraft der Batterie den Widerstand der Selenzelle. Die Skalaeinteilung des Galvanometers
geschieht, indem wir von vornherein die Ahlenkungen bestimmen , welche bekannten Werten der Stromstarke entsprechen.
Diese Methode der Messung gibt uns leicht und rasch die
Widerstandsanderung der Selenzelle. Die Beleuchtung der
Selenzelle geschah durch eine 16- kerzige elektrische Lampe,
deren Starke mittels eines Rheostates konstant erhalten
wurde. Das Licht fie1 normal auf die Selenzelle. Die Anderung der Beleuchtung bewerkstelligten wir durch Anderung
des Abstandes der Lichtquelle von der Selenzelle im Betrage
von 10-150 cm, endlich haben wir als Einheit der Beleuchtung
diejenige einer 16-kerzigen elektrischen Lampe im Abstande
von 1 m zugrunde gelegt. Infolge der Tragheit der Widerstandsanderling des Selens, bei der Anderung der Beleuchtung,
mussen wir zwischen den aufeinnnderfolgenden einzelnen Beobachtungen geraumige Zeit vergehen lassen, um die permanente
neue GroBe des Widerstandes zu messen, manchmal 30 bis
40 Min. und mehr. Dies sollen wir tun, insbesondere wenn
wir groEe, platzliche Anderungen der Beleuchtung eintreten
lassen. Zur Bestimmung einander folgender Werte haben wir
die Selenzelle bald einer starken, durch Entfernen der Lichtquelle allmahlich bis auf 0 abnehmenden , bald umgekehrt
einer wachsenden Beleuchtung ausgesetzt. Vor jedem Versuch
blieb die Selenzelle 50-60 Stunden in der Dunkelheit.
Die folgende Tabelle zeigt die zugehijrigen Lichtquellen-
G. Athanasiadis.
94
abstande d von der Selenzelle, die Abweichungen a dee Galvanometers, die Beleuchtung i und die Selenwiderstande 'W: Die
elektromotorische Kraft der Batterie war 13,5 Volt.
d
100 em
80
60
50
40
30
20
10
a
i
TV
60
129
150
176
193
218
264
364
594
0
1
1,53
2,78
4
6,25
11,ll
29490
13727
11991
10300
9280
8111
6715
4867
2686
25
100
Die Kurve I (Fig. 1) zeigt Werte von i und W bei den
Messungen durch Verminderung der Beleuchtung. Die Selenzelle hatte im Dunkeln einen Widerstand von 29490 Ohm.
Die Kurve TI bezieht sich auf eine Selenzelle, welche am An-
Fig. 1.
fang einen Widerstancl Ton 30740 Ohm hatte. Der Widerstand dieser Zelle fie1 zum Schlusse auf 3984 Ohm ab. Wir
haben die Messungen jedesmal auch durch die W h e a t s t o n e sche Brucke kontrolliert.
Bei kleinen Entfernungen haben wir zwischen der Selenzelle und der Lichtquelle ein mit Wasser gefulltes Glasgef%B
gestellt, dessen Absorptionskoeffizient bekannt war, urn den
EinfluB der W k m e zu beseitigen.
Perhiiltnis der Beleuchtung zum Leitungserermiigen des SeZens.
95
Wenn wir nun die Formeln (1) und (2) auf die Kurven
der Fig. 1 anwenden wollen, so merken wir, dab keine von
beiden Werte liefert, welche bei den oben erwahnten Abstandsund Beleuchtungsgrenzen sich geniigend den Resultaten unserer
Versuche nahern. Die Formel von Hopius stimmt fur nahe
aneinanderliegende WiderstandsgroBen
mit unseren Ergebnissen ziemlich iiberein, im allgemeinen aber fur etwas auseinanderliegende Werte von W gibt diese Formel im Vergleich
zu den Kurven I und I1 groBe Unterschiede. Die Abweichungen
liegen zwischen 5 Proz. und 40 Proz. Daraus schlieBen wir,
daB beide obige Formeln das Gesetz der Abhangigkeit des
Selenwiderstandes und der Beleuchhng niclit zum Ausdruck
bringen, wenigstens fiir die oben erwahnten Abstands- und Beleuchtungsgrenzen.
Die genaue Untersuchung unserer Kurven brachte uns
fur die vorgenannten Grenzen zu folgender Formel
i- K ( k - a ) b .
k bedeutet das Leitungsvermiigen des Selens, i die Beleuchtung,
a und b Konstanten. Die GrijBe k = (1/7;y)l o 6 .
Diese Formel pa& mit geniigender Genauigkeit zu unseren
Kurven fur sehr weit voneinander abstehenden Grenzen (fiir
Beleuchtung von 1 bis 100). Die Unterschiede belaufen sich
bei der Kurve I bis auf 3 Proz., bei der Kurve I1 bis auf
6 Proz. In folgenden Vergleichstabellen sind diese Werte zusammengestellt.
T a b e l l e I.
Kurve I. a = 6,47. b = 0,087.
i
Unterschiede
Iy
in Proz.
beobachtet
2686
4870
5300
5800
7000
7500
8700
10080
12600
fi
- 0,39
100
99,61
25
20
16
10
8
5
3
25,126
20,35
16
-I-0,50
+1,75
917
8,04
-3
+0,50
5,04
3,05
0,994
- 0,60
1
+0,80
+ 1,50
G. Athanasiadis.
96
T a b e l l e 11.
Kurve 11. a = 5,2. b = 0,201.
~
i
3984 52
7000
7800
8540
9300
9820
11960
13750
16750
beobachte t
berechnet
100
25
20
16
12
10
100,39
%,Of3
19,64
15,32
11,99
10,ts
5,28
5
3,027
0,964
3
1
Unterschiede
in Proz.
+0,39
+4,24
- 1,80
- 4:25
- 0,08
1,80
+
+ 5,60
+ 0,90
- 3,60
Aus diesen Tabellen ersehen wir, daB die mittlere Abweichung der durch unsere Formel berechneten Werte fir
Beleuchtung von 1 bis 100 von der Kurve I kaum 1 Proz.,
von der Kurve I1 2'1, Proz. betragt, eine AnnLherung, welche
man als geniigend genau betrachten darf.
Fig. 2.
Durcli die Kurven der Fig. 2 wird die Wirkung des roten
und des blauen Lichtes auf eine Selenzelle veranschaulicht,
deren Anfangswiderstand im Uunkeln ungefahr 35 600 Ohm
war. Zwischen der Lichtquelle und der Selenzelle haben wir
Yerhaltnis der Beleuchtung zum LeitungsvermGgen des Selens.
97
eine rote Glasscheibe ( F r e s n e l s Rot), dann eine blaue und
darauf Scheiben von verschiedenen, mehr oder weniger einfachen
Farben aufgestellt. Die Beleuchtungseinheiten, auf welche wir
die Kurven der Fig. 2 beziehen, sind verschieden voneinander.
Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daB unsere Forlnel
nicht nur auf das weiBe Licht, sondern im allgemeinen auch
auf alle Farben anwendbar sei; jede Farbe hat nur ihre
eigenen Konstanten u und b.
Ton Bedeutung fir die Form der Kurven, folglich auch
fur die numerischen Werte der Konstanten a und 6, ist die
ursprungliche GroBe des Selenwiderstandes im Dunkeln. Diese
GroBe aber ist ahhangig von der Temperatur, von der Zeitdauer der Lichtwirkung und von der Wirkung etwaiger starker
St66e. Ein Widerstand, beispielsweise von 39750 Ohm, fie1
durch eine StoBwirkung auf 30490 Ohm ab.
Die Kurven der Fig. 2 zeigen uns weiter, daB Selen gegen
rotes Licht am empfindlichsten bei. P f u n d l) hat festgestellt,
daB die groBte Empfindlichkeit sich bei einer Wellenlange von
0,7 ,u ergibt.
Tragheit des Selens. Durch dasselbe Verfahren haben wir
die aufeinanderfolgenden Widerstandswerte des Selens beS.
7ffUff .WOO
1IffUff
13000 IZOOff IT0Uff /JIM0 ? M U 0 230fIO 2.iUffo
Fig. 3.
1) A. P f u n d , Phil. Mag. p. 26. 1904.
Annulen der Physik. IV.Folge. 26.
7
G. Athanasiadis. Perhaltnis der Beleuchtzing
98
usw.
stimmt in dem Falle, wo dasselbe lange Zeit hindurch einer
Lichtwirkung ausgesetzt, d a m platzlich ins Dunkle gebracht
und dort gelassen wurde, bis es denselben Widerstandswert
wieder erreichte, welchen es ursprunglich im Dunkeln besag.
Die Kurven I und 11 der Fig. 3 zeigen die Ergebnisse
unserer Beobachtungen.
Die Kurve I stellt die Anderung des Widerstandes wahrend
der Dauer yon 60 Min. vom Augenblicke der Einfuhrung des
Selens ins Dunkle dar, die Kurve I1 die Anderung wahrend
der Dauer von 8 Stunden. Der Widerstand nimmt am Anfang
sehr rasch zu, dann wird das Wachsen allmahlicher. Die
Selenzelle erreicht ihren urspriinglichen Widerstandswert nach
Verlauf von 50-60 Stunden, je nachdem die Zeit der Aussetzung des Selens ans Licht eine kiirzere oder langere ist.’)
1)
M. C o s t e , Compt. rend. 143. p.822. 1906.
(Eingegangen 5. Dezember 1907.)
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