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Der Dopplereffekt an Kanalstrahlen des Wasserstoffs. Nachtrag

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51 3
4. Der DsppEtweflekt art Kanakstrahlem d68
Wasstwstoffs. Nachtrag;
vom H e r m a r t n K r e f f t .
Im Nachtrag zum Auszug aus der Miinchner Dissertation
des Verfassers l ) seien hier erganzende Angaben uber den
Dopplereffekt von H# gemacht.
1. Der Dopplereffekt im Pinsel.
Die Versuchsbedingungeu sind 5 8 der erwiihnten Arbeit
zu entnehmen. Im Kanalrohr befindet sich reiner Wasserstoff, der Pinsel wird im Winkel von 45O anvisiert. Das Rohr
hat eine lichte Weite von 38 mm. Die bis zum Ort der Adnahme von einem positiv geladenen Teilchen im Kathodenfall
durchlaufene Potentialdifferenz 7,wurde aus dem Lo SurdoEffekt berechnet. Dieser liefert das elektrische Feld im
Kathodenfall; durch Integration erhglt man die Potentialdifferenz Yn zwischen Kathode und einem Punkt im Pinsel in
der Entfernung a von der Kathode. Die durchlaufende Potentialdifferenz P, ergibt sich als Differenz zwischen dem Kathodenfall Tkund 7,.Hierbei wurde mit Rucksicht auf die groBten
Geschwindigkeiten, die elektromagnetisch in der Atomparabel
des Wasserstoffs gemessen wurden, Yk zu 80 Proz. der Entladungsspannung P angenommen. In Tab. 1 bedeutet au6erdem :
J die Stromstiirke in Milliampere,
pB den Druck im Entladungsraum in
mm,
vmsxdiegroBte Geschwindigkeit im
Dopplereffekt
v1 die Geschwindigkeit des langsamen
in 108 cm,sec.
Maximums
v2 die Geschwindigkeit des schnellen
Maximums
Tm,,die der Geschwindigkeit ,v
entsprechende beschleunigte Spannnng,
a den Abstand des Ortes der Aufnahme von der Kathode.
iI
1)
H.K r e f f t , Ann. d. Phys.
Annalen der Physik. IV. Folge. 76.
75. S. 75. 1924.
34
514
H. &eft.
T a b e l l e 1.
-
-
---=
pplereffekt von HB im Pinsel.
Nr.
01
-
__
85 a
85b
85 c
22b
80a
82b
82f
41 c
47000
47000
47000
47000
33000
33000
33000
33000
16000
16000
16000
82 d
88 C
82e
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
36
36
36
36
33
33
83
33,5
41
41
41
0 0,48
6,5 0,48
16,4 0,48
0,66
0 0,48
23 0,32
39
0,60
0 0,42
23 0,24
39
-
-
-
-
Vmmax
Vm1,
V,
1,74
1,43
1,21
1,75
1,71
0,63
0,41
1,72
0,98
0,60
0,31
15700
10600
7 600
15900
15200
2060
880
15400
5000
1860
500
37 600
- __
-26 800
14400
37 600
26 400
I7,,
vz
0,42
0,40
0,53
0,42
-
0,58
26 400
12800
0,58
-
-
-
-
0,39
-
-
Kanalrohr wurde teils mit Gleichstrom , teils mit
Wechselstrom betrieben. Bei den Aufnahmen mit bleichstrom
1 i B t sich die durchlaufene Potentialdifferenz nicht angeben, d a
der Abstand a von der Kathode zu groB ist. Die Dopplereffekte Nr. 22 b und 41 c sind hinter der Kathode aufgenommen.
I
--3
Gescbwhdiukeit
Fig. 1.
Die Hartmannschen Photometerkurven dieser Aufnahmen
sind in Fig. 1 zusammengestellt. Die ruhende Intensitat ist
durch das elektrische Feld verbreitert; an der Kathode besitzt
der Dopplereffekt von -)IS bereits die bekannten zwei Maxima.
Bcr Dopplereffekt an Kanalstrahlen des Wasserstoffs. 61 5
Das Minimum zwischen ruhender und bewegter Intensitat ist
immer vorhanden. Wie das Verhaltnis Vmsx/P, in Tab. 1
zeigt, entspricht an jedem Orte vor der Kathode die Maximalgeschwindigkeit der durchlaufenen Spannung in derselben Weise
wie hinter der Kathode.
Jedoch ist die Intensitatsverteilung des Dopplereffekts
unmittelbar vor der Kathode nicht dieselbe wie in groBerer
Entfernung hinter ihr, wie aus dem Vergleich der Photometerkurven 85a mit 22b und 808 mit 41c ersichtlich ist. Vor
der Kathode sind die groBeren Geschwindigkeiten verhaltnismaSig schwacher, daher sind hier die Geschwindigkeiten der
beiden Schwarzungsmaxima kleiner als hinter der Kathode.
Wahrscheinlich befindet sich der Kanalstrahl an der Kathode
noch nicht im Gleichgewicht.
Tabelle 2.
Lo Surdo-Effekt.
Influenzaaschine
HY
v = 33000 Volt
a
mm
0
1
2
3
4
5
7
9
11
13
15
17
19
1
@
1 in Volt/cm
-
I
13 600
14100
14100
13600
13 600
12600
10850
9 100
7 600
6 600
6000
4000
I
Induktor
v = 4 2 0 Volt
a
mm
0
1,15
1,93
3,85
5,77
7,69
9,62
11,54
13,45
I
I
@
in Volt/cm
16900
17 300
17300
16 100
15000
13900
11300
9 700
20
V=33000
516
H; Krefft.
Die Komponenten der elektrischen Aufspaltung sind bei
Betrieb mit Induktor ebenso scharf wie bei Betrieb mit Influenzmaschine. Auch im ersteren Falle besteht also im
Kathodenfall ein stationares elektrisches Feld.
2. Zusatz von Sauerstoff und
Ruhende /ntensiHf
Stickstoff zum Wasserstoff im EntI
t
ladungsraum.
Die Versuchsbedingungendieser
Aufnahmen sind Tab. 3, alles weitere
der oben genannten Arbeit l) zu entnehmen. Die kleinste Geschwindigkeit im Dopplereffekt ist mit emio
bezeichnet, pB ist der Druck im Beobachtungsraum in lomsmm. I n
Fig. 3 sind die mit dem Hartm ann schen Photometer an Hp ausgemessenen Schwarzungskurven zusammengestellt.
Bereits in Aufnahme 62 a, macht
sich infolge ungeniigender Trennung eine Abwanderung der Ge64r
schwindigkeiten des Dopplereffekts
nach
kleineren Werten bemerkGeschw;nd/jle/?
bar. J e nroBer der Sauerstoff-
-
Fig. 3.
T a b e l l e 3.
Zueatz von Sauerstoff und Stickstoff im Entladungsraum.
Mischungs-
Nr*
62a
62c
638
62b
63b
64d
Gas
15000
13000
14000
14000
H + 0 14500
H i n N 14500
\ H i n H 14000
H N 15000
in
64c
H
N 18000
-
::Z
}
HinO
HinH
H 0
in
involt
+
+
+
PB
"min
cm
H:Ood.H:N
7,5 : 1
mm
11 :13
50
6
3
6
1,5
24
5
4
1:5
3
-
3: 1
11 :10
1 :2,6
13: 1
-
aec
'mar
I
0107
0,21
0,15
0112
0,12
0,14
0,19
0,22
-
d. Phys. 76. S. 75. 8 7. 1924.
sec
0134
0,54
0132
0,26
433
0,48
0,53
-
-
sec
1,19
1,14
1,oo
0,93
0,61
1,19
1,lO
1,25
1,27
Der Dopplereffekt an Kanalstrahlen des Wasserstoffs. 517
zusatz wird, um so kleiner wird der Geschwindigkeitsbereich, auf welchen sich der Dopplereffekt beschrankt. Das
Minimum zwischen ruhender und bewegter Intensittit ist
immer vorhanden. Auf Aufnahme 63b hat die SauerstoffFunkenlinie 4662, bei der ein zweites schnelles Maximum angedeutet ist, einen ebenso groBen Dopplereffekt wie Hs. Die
ausgemessenen Geschwindigkeiten sind Tab. 4 zu entnehmen.
Tabelle 4.
pEo = Ssuerstoff-Partialdnxck.
p% = Wasserstoff-Partialdruck.
1
~ r .Linie
63
{
1
j
v
1 1 1 I
pEo
J
14500 1,3 10,5
4ft2 11450011,al 10,5
pEH
pB
j emin
I
1 t 1 1-1
1,5
1,5
0,12
2q1
I 1
~nJa
0,33
0,277 1 0 2 3
vmm
1 :$
Diese Ubereinstimmung legt die Vermutung nahe, daB Wasserstoff und Sauerstoff als gemeinsames Komplex im Kathodenfall beschleunigt wurden, urn hinter der Kathode zu zerfallen.
Bei Annahme eines Komplexes H,O wurden sich &us dem
Maximaleffekt der Sauerstofflinie beschleunigende Spannungen
ergeben, die fiir eine und zwei Ladungen in Tab. 5 angegeben
Tabelle 5.
Aufnahme 83b. Linie 4662.
Aus dein Maximaleffekt berechnete Spannungen bei
Annahme von:
V
*
14500
1
22500
1
lt260
sind. Die Annshme eines zweifach geladenen H,O-Molekuls
ware notwendig. Solche gro8en Geschwindigkeiten an den
Funkenlinien des Sauerstofls und Stickstoffs wurden am reinen
Gas von Wilsarl) und Sax6na) beobachtet. Die Werte der
1) H. Wilsar, Ann. d. Phys. 39. S.1251. 1912.
2) B. SaxBn, Ann. d. Phys 38. S. 338. 1912.
H. Kmfft.
518
Tab. 6, die der Arbeit von W i l s a r entnommen sind, stimmen
annahernd iiberein mit den Werten von Tab. 5.
Tabelle 6.
Nsch H. Wilear, Linie 4591.
'F
13000
15000
Bus dem Maximaleffekt berechnete Spannungen bei
Annahme von:
17420
26 400
8710
13200
Bei Zusatz von Stickstoff bleibt der ganze Geschwindigkeitsbereich des Dopplereffekts und das Minimum zwischen ruhender
und bewegter Intensitat wie bei reinem Wasserstoff erhalten.
Eine abweichende Beobachtung macht S t r a s s er.l)
Diese Ergebnisse und Beobachtungen des Dopplereffekts
von H8, bei denen sich hinter der Kathode Sauerstoff oder
Stickstoff befindet z), ohne daS der Wasserstoff im Entladungsraum wesentlich verunreinigt wird, weisen darauf hin, daB der
EinfluS fremder Beimengungen hauptsiichlich im Entladungsraum wirksam ist.
3. EinfluB der Stromstiirke.
Aufnahmen des Dopplereffekts von H8 bei 2150 und
1450 Volt in einem Bereich von 20-85 Milliampere ergeben
die aus Fig. 4 ersichtliche Abhiingigkeit der Dopplergeschwindigkeiten von der Stromstarke. Bei beiden Spannungen nimmt
die Maximalgeschwindigkeit v,, mit wachsender Stromstiirke
ab. Die Geschwindigkeit des Schwiirzungsmaximums v1 nimmt
bei 2150 Volt in derselben Weise ab, bei 1450 Volt nimmt
sie aber etwas zu. Letzteres Verhalten wird wahrscheinlich
durch Uberlagerung eines zweiten Vorganges bewirkt, der von
Paschens) beobachtet wurde. Nach Paschen wird mit
1) B. Straseer, Ann. d. Phys. 31. S. 890. 1910.
2) H. Erefft, Ann. d. Phys. 16. 8. 75. Q 3. 1924.
3) F . P a s c h e n , Ann. d. Phys. 23. 8.252. 1907.
Der Dopplereffekt an Kanalstrahlen des Wasserstoffs. 519
wachsendem Gasdruck, das hei6t wachsender Stromstarke, der
von ihm beobachtete schnelle Streifen im Dopplereffekt relativ
eum langsamen intensiver. Da bei den vorliegenden Aufnahmen diese beiden Streifen nicht voneinander getrennt sind,
I
-
J M///arnp&e
2;
A
o;
T = 2150 Volt, -X-XFig. 4.
-0-0-
A
Ilb
P = 1450 Volt
fmdet infolge Verlagerung des gemeinsamen Maximums das
beobachtete Anwachsen der Geschwindigkeit v1 statt, obwohl
an und fiir sich die Geschwindigkeiten eines Streifens mit
wacbsender Stromstarke kleiner werden. Dieser Einflu5, der
in dem IntensittitsverhAltnis beider Streifen begriindet liegt,
macht sich aber nur bei 1450 Volt geltend, da bei der hiiheren
Spannung der schnelle Streifen zu schwach isf, um sich bemerkbar machen zu kijnnen.
1
-
beschwind~k8;t
Fig. 5.
Wird in Reihe mit dem Entladungsrohr in den Stromkreis eine hnkenstrecke eingeschaltet, so erfiihrt der Dopplereffekt von H, die aus Fig. 5 ersichtliche Veriinderung. Auf-
520
H.Krefft.Ber Dopplereffektan Kanalstrahlen des Wasserstoffs.
nahme 20b ist mit Induktor obne Funkenstrecke, l l a unter
gleicben Bedingungen, insbesandere bei gleichem Druck im
Entladungsraum, aber mit Fnnkenstrecke aufgenommen. In
Tab. 7 sind Versuchsbedingungen und ausgemessene Geschwindigkeiten angegeben. Durch die Funkenstrecke wird das schnelle,
T a b e l l e 7.
Wasserstoff in Wasserstoff; Linie HB
von beschleunigten Atomen herriihrende Maximum im Dopplereffekt bedeutend verstirkt; es sind also in diesem Ftllle im
Verhiiltnis zu Molekiilen mehr beschleunigte Atome im
Kathodenfall vorhanden als ohne Funkenstrecke. Diese schafft
i m Entladungsraum ahnliche Bedingungen, wie sie durch eine
Steigerung der Stromstarke hervorgerufen werden ; dementsprechend beobachtet P a s c h e n bei niedrigen Spannungen ein
Intensiverwerden des schnellen Streifens bei wachsender
Stromst'irke.
Miinchen, Physikal. Inetitut der Univereitat.
(Eingegangen 8. August 1924.)
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