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Der Einflu von Temperatur und Quermagnetisierung auf den Gleichstromwiderstand des Wismuts und Nickels.

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Ji 3.
1909.
ANNALEN DER PHYSIK.
VIERTE FOLCIE. BAND 28.
1. Der Eimfiufi von l'ernperatwr und Querrnagnetisierung auf den Gleichstromwdderstand
des W4smuts umd Nickels;
von I?. C. R1ake.I)
(Aus dem Bosscha-Laboratorium.)
(Hieran TnL 11-VI,
X, Entmagnetisieruqgsfaktor.
R, Feldfreier Widerstand.
R,, Feldfreier Widerstand bei Oo.
R', Widerstand im Felde.
Figg. 1-5.)
d, Dicke der Spiralendriihte.
8, Feldintensitgt (in Kilogauss).
3, Magnetisierung.
8, Tempsratur.
I. Einleitung.
Q 1. Die Lit,eratur iiber den von Kelvin 1856 entdeckten
Effekt ist eine sehr ausgedehnte; ich iibergehe die alteren
Arbeiten von A d a m s , v. Aubel, B e e t z , v: E t t i n g s h a u s e n ,
F a & , G o l d h a m m e r , H o w a r d und L e n a r d , N e r n s t , R i g h i ,
T o m l i n s o n u. a. bis etwa 1890; es sei aber kurz auf einige
seitdem erschienene Untersuchungen hingewiesen.
Was zunachst das Wismut anbelangt , so veroffentlichte
L e d u c (1891) zuerst grundlegende Versuche zwischen O o und
+- 160° bei Feldern bis 9 Kilogauss; in diesem Bereiche wurde
der TemperatureinfluB richtig erkannt, auch dessen Beriicksichtigung bei Feldmessungen empfohlen; das Schwinden des
Effektes beim Schmelzpunkt wurde angenommen. Es wurde
nachgewiesen, da8 der EinfluB des Feldes um so groBer ist
je reiner das Wismut. Die hyperbolische Anfangsformel
L e d u c s diirfte bei den heutigen hohen Feldbereichen kaum
noch in Betracht kommen. Von D r u d e und N e r n s t (1891)
1) Eine kurze vorliiufige Mitteilung erschien in den Verhandl. d.
Deutsch. Physik. Gee. 9. p. 294. 1907.
Annalen dor Physik. IV. Folge. 28.
30
3'. C. Blake.
450
wurde der EinfluB der Temperatur zwischen + 16O und +290°
bei Feldern bis zu 7 kgs untersucht. Die Widerstandszunahme
im Felde war auch beim fliissigen Wismut noch unzweifelhaft vorhanden, menn auch sehr viel geringer; ob es sich
dabei urn eine sekundare - etwa elektrodynamische - Erscheinung handelte, muBte dahingestellt bleiben. H e n d e r s o n
(1894) arbeitete zwischen + 1 8 O und +BOO mit einer kleinen
Spirale Nr. (2) in den viel stiirkeren Feldern eines du Boisschen Ringelektromagnets, bis zu 39 kgs; er stellte zuerst
X / R 0 = funkt. (8,Q)
durch drei Kurvenschaaren dar und Setonte, da6 selbst bei
Naherungsmessungen mit Wismutspiralen die Temperatur genau
beachtet werden miisse; zu diesem Zwecke schlug er bereits
die Verwendung einer Hilfsspirale aus Kupfer oder Platin vor,
wie sie von mir dann auch benutzt wurde.3
v. B u b e l (1889-1897) hatte sich auch mit dem TemperatureinfluB in schwachen Feldern beschaftigt und verglich
Wismutpraparate verschiedener Herkunft. E r betrachtet die
feldfreie Widerstanclskurve - wenn auch nur zwischen' 0 O und
+ looo - als das beste, dem spektroskopischen Befund uberlegene Reinheitskriterium. D e war und F1em i n g (1895-1 897)
p0ichten dem bei, namentlich sofern der Temperaturbereich
bis - 190° ausgedehnt wird; bei dieser Temperatur fanden
sie fur eine H a r t m a n n - B r a u n s c h e Spirale in einem Felde
von] 22 kgs R ' / R = 150.2) Auch Clay (vgl. p. 7) betont dies.
2. Durch eine langere Reihe von Untersuchungen im
Leidener Laboratorium von L e b r e t und namentlich v. E v e r d i n g e n (1895-1901) wurde auf diesem Gebiet eine wesentliche Klarung erzielt , indem die Widerstandszunahme auch
in ihrer Beziehung zum Hall-Effekt hauptsachlich fur ver-
s
1) -4.L e d u c , Journ. de Phys. (2) 10. p. 112. 1891; P. D r u d e u.
W. N e r n s t , Wied. Ann. 42. p. 568. 1891; J. B. Henderson, Verbandl.
d. Berl. Phys. Qes. 13. p. 57. 1894; Wied. Ann. 63. p. 912. 1894; Phil.
Mag. (5) 38. p. 488. 1894.
2) E. v. A u b e l , Ann. de Chim. et Phys. (6) 18. p. 433. 1889;
Journ. de Phys. (3) 2. p. 407. 1893; Arch. d. Sc. phys. et nat. (4) 4.
p. 365. 1897; J. D e w a r u. J. A. F l e m i n g , Phil. Mag. (5) 40. p. 303.
1895; Proc. Roy. SOC. 60. p. 72. 1896 und p. 425. 1897.
Einflvp von Temperatur und Quermagnetisierung usto.
451
schieden orientierte Platten kristallisierten Wismuts studiert
wurde. I)
Von d u B o i s und W i l l s (1899) wurde der Effekt bei
verschiedenen Temperaturen bis hinunter zu - 190 O zum
ersten Male in sehr starken Feldern der Messung unterzogen,
und erwies sich als unerwartet gro8; fur 37 kgs wurde
R'IR = 230 gefundena), und zwar fur eine kleine Spirale B 2
mit Kupferzuleitungen, identisch mit H e n d e r s o n s Nr. (2).
Lloyd (1900) untersuchte elektrolytische Schichten und
vermutete eine Beziehung zwischen der Widerstandszunahme
und dem Nernst-Effekt (0 5). Y a m a g u c h i (1900) arbeitete
dann auch bei - 190° und fand einen ,,engen Zusammenhang
zwischen Widerstandszunahme und thermomagnetischen Transversaleffekt". Von L o w n d s (1902) wurde dies bestritten; er
arbeitete wie v. E v e r d i n g e n mit einer orientierten Platte aus
einem groBen Wismutkristall. Eine chemische Analyse wurde
leider nicht gemacht ; die Tatsache, da8 die Widerstandszunahme bei - 190° von ihm vie1 kleiner gefunden wurde,
scheint mir dadurch sehr an Bedeutung zu verlieren angesichts
des von v. A u b e l u. a. nachgewiesenen groBen Einflusses von
Spuren Blei und anderen Metallen. Von J e w e t t (1903)
wurden Messungon an Spiralen angestellt, zwischen + 25 O
und + 240° in Feldern bis zu 12,6 kgs, ohne daB dabei, n e w
Gesichtspunkte zutage getreten waren. Dasselbe gilt fur eine
1904 erschienene Arbeit C a r p i n i s.~)
Stellt man die Widerstandszunahmen fur gleiche Temperaturen und Felder nach etwa einem Dutzend verschiedener
Autoren zusammen, so ergeben sich recht groBe Unterschiede,
1) ZusammengefaBt bei E. v. E v e r d i n g e n , Arch. NBerl. (2) 4.
p. 371; vgl. auch 6. p. 453; 6. p. 294. 1901.
2) H. du B o i s u. A. P. W i l l s , Verh. d. Deutsch. Phys. Ges. 1.
p. 169. 1899. In die vorletete Zeilc hat sich dort irrtumlich der Zusate
,,bei O0" eingeschlichen, welcher eu streichen ist; bei F. K o h l r a u s c h ,
Lehrbuch der prakt. Physik, 10. Aufl. p. 493. 1905 sind die Ergebnisse
ubrigens ricbtig dargestellt.
3) M. G. L l o y d , Dissert. Philadelphia 1900; E. Y a m a g u c h i , Ann.
d. Phys. 1. p. 214. 1900; L. L o w n d s , Ann. d. Phys. 6. p. 146. 1901;
9. p. 677. 1902; F. B. J e w e t t , Pbys. Revue 16. p. 51. 1903; Beibl.
27. p. 679. 1903; C. C s r p i n i , N. Cim. (5) 8. p. 171. 1904; Physik.
Zeitschr. 6. p. 819. 1904.
30 *
452
F. C. Blake.
zweifellos infolge der Abhangigkeit vom individuellen Material,
seiner chemischen Beschaffenheit und dem Grade der Heterotropie; dieses erschwert die Untersuchung ungemein.I)
Es wiirde zu weit fuhren die Arbeiten von L e n a r d ,
G r i f f i t h s , S a d o v s k y , B. Wolff, W a c h s m u t h und B a m b e r g e r , S c h n o r r v. C a r o l s f e l d , S i m p s o n , P a l l m e K o n i g
uber den Wechselstromwiderstand im Felde bier zu diskutieren.
9 3. Was ferner die ferromugnetischen Metalle bet,rifft,
so fand G a r b a s s o (1891) Zunahme des Widerstands bei Langsund Quermagnetisierung sowohl fur Eisen wie fur Nickel; seine
Felder reicbten freilich nur bis 5kgs.
C a n t o n e (1892) arbeitete mit Spulen und Flachspiralen
aus Draht und Band in Feldern bis 3 kgs. Wenn beim Nickel
jedes Auftreten einer Langskomponente sorgfaltig ausgeschlossen
war, wie bei gut hergestellten Flachspiralen, so'trat bei Quermagnetisierung von Anfang an nur Widerstandsverringerung
auf, im Gegensatz zu Garbasso. Der geringste Fehler in
der Konstruktion oder Einstellung bedingte indessen die bekannte anfangliche Zunahme. Draht und Band verhalten sich
in Querfeldern cet. par. verschieden wegen der ungleichen
Entmagnetisierung. SchlieBlich richtet er sich gegen den fruher
von A u e r b a c h postulierten Einflu6 der Zirkularmagnetisierung
durch den Eigenstrom auf den Widerstand.e)
B e a t t i e (1897) arbeitete mit diinnen Schichten aus Fe,
Co und Ni; letzteres ergab unregelma6ige Resultate; nur in
Ausnahmefallen wurde anfangs transversale Widerstandszunahme beobachtet, was auch bier wohl auf zufallige Langakomponenten schliefien 1aBt. G r a y und T a y l o r J o n e s (1901)
fanden fir Eisen bei Langsmagnetisierung Proportionalitiit der
Widerstandszunahme mit 34, freilich nur im Feldbereich bis
0,35kgs. Sie lieBen ihre Arbeit durch B a r l o w (1902) fortsetzen, welcher fur Fe und Ni eine rein empirische Potenz' und 36aufstellte, aber auch nur bis 8 =0,45kgs.
reihe in S2, 9
Dieser untersuchte auch eingehend die hysteretischen Verhaltnisse und weist darauf hin, da6 die Langsanderungen im Felde
1) Vgl. Hsndbueh d. Physik, 2. Aufl. 6. p. 461. 1908.
2) A. Garbasso, Atti Acc. Torino 26. p. 839. 1891; M. Cantone,
Atti Acc. Lincei ( 5 ) 1. 1. Sem. p. 424, 2. Sem. p. 119 u. 277. 1892.
Einflv,ll von Temperatur und Quermagnetisierung usw. 453
berucksichtigt werden sollten. Versuche mit starkeren Feldern
ergaben im Feldbereich 1 - 11 kgs einen Langseffekt von
1,7 Proz.; eine scheinbare spatere Abnahme beruhte auf
Fehlern. Ferner ergab eine flache Nickeldrahtspule (bei
welchem Gebilde j a eine geringe Liingskomponente auftreten
muB) einen anfanglichen schwachen positiven Querefekt, Umkehrung bei 1,5 kgs, starkes Anwachsen des negativen Effekts bis
4 kgs, schwacheres bis zum Hiichstwert von 1,7 Proz. bei 28 kgs.
Eine andere Flachspirale ergab eine relative Widerstandsabnahme von 2 Proz. bei 34 kgs. Eine Eisendrahtspule zeigte
den gleichen Zeichenwechsel erst bei 10 kgs.')
8 4. Des weiteren wurde die Arbeit von G r a y und
T a y l o r J o n e s von W i l l i a m s (1903-1905) fortgesetzt; dieser
fand bei Nickel einen engen Zusammenhttng der Kurven fur
Langen- und Widerstandsanderung im Langsfelde - bis
0,4kgs - bei verschiedenen BeIastungen, aber nicht fur
Eisen. Sodann wurde der EinfluB der Belastung bei Draihten
aus Fe, Ni und Nickelstahl naher festgestellt. Endlich wurde
665O im Feldbereich bis
bei Temperaturen von O o bis
0,9kgs der Lungsefekt untersucht. F u r Nickel zeigte sowohl
die relative wie auch die absolute Widerstandszunahme bei
wachsender Temperatur eine erhebliche Verringerung ; bei
Temperaturen uber 300° biegen die Isothermen sich noch
weiter hinab, indem Widerstandsabnahme eintritt ; diese erreicht bei 340° den numerischen Hochstwert; bei 380° verschwindet jeglicher Effekt. Die Isopeden (vgl. 0 11) verlaufen
im Umwandlungsbereich (etwa 320O- 350O ) recht eigentumlich.
Kurzlich wurden in diesem Laboratorium Vorversuche uber
den Langseffekt fur Nickel in flussiger Luft angestellt, uber
die demnachst berichtet werden 5011; sie ergaben etwa die
gleiche absolute Widerstandszunahme wie bei Zimmertemperatur, d. h. also beinahe die vierfache relative Anderung;
bei ungefahr 3 kgs betrug letztere fast + 6 Proz. Von
D u m e r m u t h (1906) wurde der Langseffekt bei Eisen studiert:
die hysteretische Kurve ist symmetrisch zur Ordinatenachse,
+
1) J. C. B e a t t i e , Phil. Mag. ( 5 ) 46. p. 243. 1898; A. G r a y u.
E. Taylor J o n e s , Proc. Roy. SOC. 67. p. 208. 1001; G. B a r l o w ,
Proc. Roy. SOC.71. p. 30. 1902.
B’. C. Blake.
454
d. h. unabhangig von der Feldrichtung; der Effekt war auch
ganz unbeein0uBt vom Me0strom.l)
Neuerdings untersuchte G r u n m a c h (1906) bifilare Flachspiralen, sowie um Glimmerrechtecke gewickelte Drahte aus
Co, Ni, Fe in Querfeldern bis 16 kgs. Co zeigte von Anfang
an nur Abnahme, Ni zuerst Zunahme, Umkehrpunkt bei 1kgs,
dann Abnahme mit starker Umbiegung bei etwa 4kgs, und
einen Hochsteffekt von - 1,5 Proz. bei 16 kgs. Drei Eisendrahtgebilde zeigten ebenfalls anfangs Zunahme, Umkehr bei
8 kgs, dann Abnahme bis zur Ordnung 0,l Proz. bei 16 kgs.
Eine Flachspirale aus Klavierdraht von 0,2 mm Dicke zeigte
aber von Anfang an nur Verringerung; diese Versuche sollen
fortgesetzt werden. Von den mit vielen anderen Metallen erhaltenen Resultaten sei nur erwahnt, da0 die geringste relative
Widerstandszunahme bei Platin und Tantal stattfindet und von
der Ordnung 0,001 Proz. fur 16 kgs gefunden wurde.2)
Meines Wissens ist der EinfluB der Temperatur auf den
Quereffekt bei ferromagnetischen Metallen bisher uberhaupt
nicht untersucht worden.
0 6 . An die magnetischen Widerstandsanderungen reihen
sich bekanntlich vier nahe verwandte Erscheinungen:
I . Hall-Effekt, galvanomagnetische Potentialdifferenz;
2. E t t i n g s h a u s e n - Effekt , galvanomagnetische Temperaturdifferenz ;
3. N e r n s t - Effekt, thermomagnetische Potentialdifferenz;
4. L e d u c - Effekt, thermomagnetische Temperaturdifferenz.
Nach neueren Forschungen Z a h n s tritt jeder Effekt,
wenigstens bcim Wismut , transversal und longitudinal auf;
derselbe Beobachter findet, daB dabei die Unterscheidung
einer isothermen und einer adiabatischen Hall-Wirkung bzw.
Widerstandsanderung keine praktische Bedeutung hat; eine
Besprechung der Literatur w a d e zu weit fuhren.8)
1) W. E. W i l l i a m s , Phil. Mag. (8) 4. p. 430. 1902: 6. p. 693. 1903;
9. p. 77. 1905; M. D u m e r m u t h , Dissert. Ziirich 1907; Journ. d. Phys (4)
6. p. 504. 1907.
2) L. G r u n m a c h u. F. W e i d e r t , Verh. d. Deutsch. Physik. Ges.
8. p. 359. 1906; Physik. Zeitschr. 7. p. 729. 1906; Ann. d. Phys. 2’2.
p. 141. 1907.
3) H.Zahn, Ann. d. Phye. 14. p. 886. 1904; 23. p. 142. 1907. vgl.
ferner M.
L l o y d , Dissert. Philadelphia 1900; G. B a r l o w , Ann. d.
a.
Einflup von Temperatur und Quermaynetisierung usw. 455
Von N e r n s t und Z a h n wurde die Widerstandsiinderung
als Hallscher Langseffekt aufgefa6t , wahrend D e f r e g g e r
dieser Anschauung widersprach l); diese mehr formelle Frage
erscheint zunachst ziemlich unerheblich, wenigstens vom experimentellen Standpunkt.
SchlieBlich sei erwahnt, daB Angaben uber den P e l t i e r Effekt von J a h n , solche liber die thermoelektrischen Eigenschaften des Wismuts im Magnetfelde von G r i m a l d i gemacht
wurden; letztere werden von ihm in nahe Beziehungen zu den
Widerstandsanderungen gebracht. Von B a t t e l l i wnrde der
EinfluB des Feldes auf den P e l t i e r - und Thomson-Effekt
untersucht.2)
H e n d e r s o n konnte a. a. 0. bei der Widerstandszunahme
des Wismuts eine statische Hystorese nicht konstatieren ; dies
wurde von mehreren Forschern bestatigt, 80 daB daoon wohl
ganz abzusehen ist. Was die ,,viskose Hysterese", die zeitliche
Verztigerung betrifft, SO laBt er die Frage noch offen. Ton
E i c h h o r n wurde spater angeblich ein solcher Zeiteffokt nachgewiesen, was aber neuerdings von P a l l m e K o n i g wieder
bestritten wurde. 3,
Die vorliegende, auf Veranlassung und unter Leitung von
Hrn. d u Bois ausgefuhrte Arbeit bezweckt hauptsachlich, den
Gleichstromwiderstand als Funktion der beiden Variabeln,
Temperatur und Feldintensitat, in einem moglichst ausgedehnten Bereieh
zwischen etwa
200° und
200° zu bestimmen, und zwar fiir die transversale Magnetisierung
des diamagnetischen Wismuts , sowie des ferromagnetischen
Nickels. Experimentell abgeschlossen wurde sie im Juni 1907.
-
-
+
Phye. 12. p. 897. 1903; G. S c h m a l t z , Ann. d. Phys. 16. p. 398. 1905;
H. Zahn u. H. S c h m i d t , Verb. d. Deutsch. Phys. Ges. 9, p. 98.
1907 u. a.; Handbuch d. Physik, 2. Au0. 6. p. 449ff. 1908.
1) W.N e r n s t , Wied. Ann. 31. p. 783. 1887; R. D e f r e g g e r ,
W e d . Ann. 65. p. 100. 1897.
2) a. P. G r i m a l d i , Nuov. Cim. (3) 21. p. 57. 1887; H. J a h n ,
Wied. Ann. 34. p. 755. 1888; A. B a t t e l l i , Rend. Acc. Lincei (5) 2 . 2
p. 162. 1893.
31 W. Eichhorn, Ann. d. P h p . 3. p. 20. 1900; P.P a l l m e K6nig
Ann. d. Phys. 26. p. 959. 1908.
456
F. C. Blake.
11. Allgemeine Versuchsanordnung.
9 6. Ber Apparat war der bereits von den Herren
d u Bois und W i l l s 1. c. in Verbindung mit einem gro6en
Ringelektromagnet benutzte; es wurden nur einige Einzelheiten
verbessert. Da von dem damit erreichbaren hohen Feldwerte
moglichst wenig der Konstanterhaltung der Temperatur geopfert werden sollte, wurden der Warmezu- bzw. -abfuhr durch
die beiden starken Eisenschenkel je zwei Hindernisse
Horn
bzw. PreBspanscheiben - entgegengestellt. Der dadurch bedingte gro6ere magnetische Widerstand wurde durch die verfligbare UbergroBe Zahl von Amperewindungen ziemlich ausgeglichen, so daB ein Feld bis zu 36,6 kgs bei einem Strome
von 45 Amp, erreichbar blieb. Die Polstirnflachen hatten einen
Durchmesser von 7 mm und standen im Abstande von 1,3 mm
einander gegeniiber.
Die Spiralen befanden Rich in einer dunnwandigen Messingscheide , welche zwischen den Stirnflachen derart eingestellt
werden konnte, daB die Spiralenebene genau senkrecht zur
E’eldrichtung stand (vgl. 0 18) und nach oben auoerhalb der
Polschuhe sich trichterfiirmig erweiterte. I n ein inneres, verschlie6bares IntrspolargefaB wurden die thermostatischen Substanzen - flussige Luft, Kohlensaureschnee und Alkohol, Eiswasser, Warmwasser, Wasserdampf, Xyloldampf, Anilindampf einzeln oder auch gemischt in geeigneter Weise dauernd einbzw. durchgefiihrt; ein auBeres UmfassungsgefaB enthielt, wo
notig, eine passend temperierte Zwischensubstanz ; das Ganze
war mittels Eiderdaunen thermisch moglichst isoliert.
Die trotzdem unvermeidlichen Variationen der Temperatur
erforderten eine sichere Bestimmung. Dafur konnten die Wismutbzw. Nickelspiralen selbst des Remanenzfeldes wegen nicht in
Frage kommen; daher wurde, gemaB dem Vorschlage H e n d e r
s o n 8, jede Bifilarspirale mit einer ebenfalls bifilaren Spirale
aus chemisch reinem ausgegliihten Platindraht von H e r a e u s
belegt, welche zur Temperaturmessung diente; die zu den
meisten Messungen benutzten doppelten Hauptspiralen wurden
vom Laborstorinmsmechaniker Hrn. S c h m i t z dorf hergestellt.
Dabei stellte es sich als in mancher Hinsicht wiinschenswert
hertius, gerade, etwa 1 - 1 3 mm starke Zuleitungen von un-
-
-
Einflup von Temperatur und Quermagnetisierung usw. 457
gefahr 15cm Lange aus dem Spiralenmetall (Bi, Ni, Pt) zu
verwenden, wie es friiher auch schon von D e f r e g g e r 1. c. geschehen war. Die abgeflachten Latstellen derselben mit den
weiterfuhrenden Kupferschnuren wurden dann in einem bequem
zuganglichen Petroleumbade in dem oben erwiihnten Trichter
untergebracht, wodurch Komplikationen infolge der Lotstelle
zweier Metalle innerhalb des Feldes meglichst verringert
werden sollten.
Es mag vorweg bemerkt werden, dab bei den Platinspiralen kein Unterschied festgestellt werden konnte, je nachdem diese mit dicken Zuleitungen aus Platin oder aber Kupfer
versehen waren, wenigstens innerhalb der angestrebten nicht
allzu hohen Oenauigkeitsgrenzen; fur die Platinthermometrie
ist dies nicht ohne Interesse.')
Q 7 . Methode. Die Feldwerte wurden in bekannter Weise
mittels einer kleinen Probespule, Normalspule und Eichsolenoid
bestimmt und zwar in ganz ahnlicher Weise und teilweise den
gleichen Apparaten, wie es friiher von T a y l o r J o n e s z ) geschehen war. Es stellte sich die Notwendigkeit heraus, als Zuleitung zur Probespule und Normalspule giinzlich induktionsfrei
umeinander gewundene Drahte zu benutzen und die Abwesenheit irgend einer ,,resultierenden Windungs0ache" zwischen
den Zuleitungen noch besonders zu kontrollieren. Das E'eld
wurde als Funktion des Erregerstromes aufgetragen und die
Kurve gelegentlich kontrolliert; sie blieb wahrend meiner Versuche unverandert und die Feldwerte wurden ihr entnommsn.
Benutzt wurde ein ballistisches Galvanometer nach Ayr t o n
und M a t h e r von 7" Schwingungsperiode und 9,2 A2 Widerstand
(inkl. Zuleitungen). Dieses und ein Siemens-Halskesches
Drehspulgalvanometer neuester Type, mit magnetischem Nebenschlu6 von 48,4 s1 Widerstand und 9" Periode - allerdings
erst mit 500 51 Vorschaltwiderstand - wurden von zwei Beobachtern abgelesen, behub gleichzeitiger Messung des Widerstandes der beiden Teile einer Doppelspirale mittels Walzenbriicke bzw. StGpselbriicke; dabei blieb der Galvanometerkontakt
geschlossen (vgl. 8 15).
1) Vgl. u. 8.: L. Holborn u. F. H e n n i n g , Ann. d. Phys. 26.
p. 844. 1908.
2 ) E. Taylor J o n e s , Wied. Ann. 67. p. 258. 1896.
458
F. C. Blake.
F u r die Verwendung des Platinthermometers im Felde ist
der im 8 4 erwiihnte Befund G r u n m a c h s recht giinstig. Die
rohe Extrapolation seiner Platinkurve bis 36,5kgs ergibt alsdann eine Zunahme des Widerstandes von der Ordnung
0,005 Proz. bei Zimmertemperatur. Angesichts der relativ
geringen Temperaturvariation des Effektes bei Nickel glaubte
ich eine solche auch fur Platin nicht in erheblichem MaBe
nrinehmen zu sollen. In der Tat konnte ein praktisch merklicher EinfluE eines Querfeldes niemals festgestellt werden ;
bei der von mir angestrebten Fehlergrenze konnte dnher diese
Wirkung vernachlassigt werden.
Ton den von mehreren Forsahern vorgeschlagenen Auswertungsformeln fiir das Platinthermometer in verschiedenen
Temperaturbereichen wahlte ich diejenigen von Meili n k , sowie K a m e r l i n g h O n n e s und Clay') und andererseits die in
der Reichsanstalt gefundenen von J a e g e r und v. S t e i n w e h r ,
sowie Rothe2j, und trug sie zwischen - 200° und O o i n
groBem Mafhtabe auf. Die letzten drei Formeln stimmten
oberhalb - 180° innerhalb 1 O uberein; diejenige Meilinks
wich etwas mehr von den iibrigen ab, ist aber auch als
von der Onnes-Clayschen uberholt aufzufassen. AuBerdem
wurden die Platinspiralen in Badern auBerhalb des Feldes
mit einem gepriiften Pentanthermometer s, verglichen , wobei
sich freilich ergab, dab dieses 2 O niedriger zeigte. Die hoheren
Temperaturen oberhalb + 100 O wurden mittels eines Quecksilberthermometers ermittelt.
Die Platinspiralen wurden mittels H a r t m a n n - B r a u n scher Walzenbrucke gemessen, wobei im Batteriestromkreis
stets 500 LR vorgeschaltet blieben; der hSchste MeBstrom
konnte nur 2 Milliamp. betragen und hhhstens 0,OOlO Tem1) B. h l e i l i n k , Versl. Kon. Aksd. v. Wet. Amst. 10. p. 566. 1902;
13. p. 212. 1904; 11. K a m e r l i n g h O n n e s u. J. C l a y , ebenda 16. p. 160.
1906; die ebenda 16. p. 165, 169, 420. 1907 erschienenen Arbeiten konnte
ich leider nicht mehr beriicksichtigen. J. C l a y , Dissert. Leiden 1908.
2) W. J a e g e r u. H. v. S t e i n w e h r , Zeitschr. f. Instrumentenk.
24. p. 28. 1904; 26. p. 237, 278. 1906. Von Hrn. R o t h e wurde mir
persiinlich eine verbesserte Formel freundlichst mitgeteilt.
3) R. R o t h e , Zeitschr. f. Instrumentenk. 24. p. 47. 1904; 27.
p. 265. 1907.
Ei7lfl.p von Temperatur und Quermaynetisierung usw. 459
peraturerhohung bedingen, entsprechend einer auBerst geringen
konstanten WiderstandsvergrijBerung.
111. Versuche mit Elektrolytwismut.
9 8. Der verwendete Draht wurde von der Firma H a r t m a n n & B r a u n aus Material hergestellt, welches nach der
von L e n a r d angegebenen Methode elektrolytimh gereinigt
war, wie es auch sonst zu allen Spiralen normaler Ausfiihrung
verarbeitet wird. Nach gefilliger Mitteilung jener Firma
wiirden yrcpere Abweichungen der Leitfahigkeit bei der Eichung
der Spiralen sicher auffallen, freilich nur bei Zimmertemperatur.
Tatsachlich ergeben sich seit der Einfiihrung jener Reinigungsmethode merkliche Unterschiede der Leitfahigkeit nicht mehr ;
insbesondere ist zu bemerken, daB der etwa lIq;mm dicke
Wismutdraht fur die in 1896 von D e w a r und Fleming')
untersuchten Spiralen ganz in derselben Weise hergestellt
worden ist.
Diese Forscher haben die Reinheit des Wismuts spektroskopisch gepruft; auch wurde der Durchmesser eines 80 cm
lsngen Drahtstucks mikrometrisch an 20-30 Stellen ermittelt,
welche nur geringe Abweichungen vom Mittelwerte 0,5245 mm
aufwiesen. Der absolute Widerstand des cm-Wiirfels bei O o
ergab sich hieraus als 1,08. lo-' &?; der hochste iiberhaupt
gemessene Wert der Leitfahigkeit betragt bei O o 0,929. lo4,
deren reziproker Wert 1,076. lo-' isLa)
Der Durchmesser der von mir benutzten Drahte war meist
0,17 mm, so deS der Querschnitt nur etwa ein Zehntel des
obigen betrug; da iiberdies das Profil oval und leicht gerippt
erschien, war es leider unmoglich, ihn mit der erforderlichen
Genauigkeit zu bestimmen. Die Dichte des PreSdrahtes ist
auch nicht geniigend genau bekannt, um durch Wagung den
Querschnitt zu ermitteln. Wegen dieser bedauerlichen Umstande konnte der absolute spezifische Widerstand der - aus
anderen Cfriinden erforderlichen
diinnen Drghte als Reinheitskriterium nicht in Frage kommen und konnten auch die
Messungeu. und Kurven leider nicht darauf reduziert werden.
-
1) J. Dewar u. J. A. Fleming, 1. c.
2) Landolt-Barnstein-Meyerhoffer, Tabellen, 3. Au6. p. 718.
1905.
F. C. Blake.
460
Es wurden zunachst mit einer grbBeren Anzahl alterer
und neuerer Wismutspiralen der Firma H a r t m a n n & B r a u n
wahrend vieler Monate Vorversuche gemacht. Die Abkuhlung
in fliissiger Luft vertrugen sie in vielen Fallen schlecht, wenn
diese und die nachherige Erwkmung auch noch so allmiihlich
und vorsichtig vorgenommen wurden; vermutlich erlitt die
Metallspirale mit Rezug auf ihre unelastische Einbettung eine
starke Kontraktion, wobei daR sprBde Material dann abbrach ;
eine lange Reihe von Reparaturen war leider die Folge.
0 9. SchlieBlich wurden d a m die Spiralen im Laboratorium
hergestellt bzw. repariert, wobei folgendes Verfahren sich am
besten bewahrte. Auf die eine Seite eines starkeren Glimmertragers vow 8 mm Durchmesser wurde der Wismutdraht von
0,17 mm bzw. etwas groBerer Dicke bifilar und spiralig bis zu
einem Durchmesser von 5 m m in einen Kitt aus Bleiglatte
und Glyzerin verlegt; in der Mitte blieb eine durchsichtige
Offnung behufs genauer Zentrierung zwischen den Polschuhen;
der Widerstand betrug bei Zimmertemperatur 4-8 9. Auf
die andere Seite wurde der Platindraht von 0,03mm Dicke
in Kollodium verlegt, welches eine Temperatur bis 230° vertragt; diese Spirale wurde genau zu ihrem Gegenstiick zentriert und erreichte einen Widerstand von 15-25 9. Das
verwendete Lot hatte einen Schmelzpunkt von 190°-200O. Das
ganze wurde beiderseitig mit dunnem Schutzglimmer belegt
und mit weiBem Seidenfaden eingebunden, derart, daB die Gesamtdicke nicht fiber l mm betrug.
Als Zuleitungsdraht wurde fur verschiedene Spiralen benutzt Messing, ,,Kulmitzdraht", Kupfer, Wismut ;fur die Elatinspiralen Kupfer bzw. Platin. Die meisten engultigen Versuche
wurden mit zwei Doppelspiralen ausgeftihrt, welche folgende
feldfreie Bestimtnungsstucke aufwiesen.
Zuleitung
Signatur
Afetrll I md m I
Spirale
2
mdm
p1$lg
Einfzup von yemperatur und Quermaynetisierung usw.
461
Platin.
I
Signatur
1
Metnll
I
Zuleitung
,d,
3
0,026
0,056
I
I
d
mm
0,03
0,03
16,661
26,360
Hier bezeichnet Bo bzw. R,, den Nettowiderstand, R, den
feldfreien Tarawiderstand der fest angeloteten Zuleitungen bei
18 O; gemessen wurde naturgemaI3 zunachst der Bruttowiderstand R + R, bzw. R+Bpl, von dem dann die Tara subtrahiert wurde, welche fur alle benutzten Temperaturen nnd
Feld.er wo niitig gemessen bzw. interpoliert war; denn die Zuleitungen sind auf ihrer ganzen Lange einem, wenn auch nur
schwachen, variablen Streuquerfelde, sowie nahe ihren Enden
einem Temperaturgefalle ausgesetzt. Die Wismutspiralen in
der Messingscheide wurden senkrecht zur Feldrichtung eingestellt, wobei es indessen anf peinliche Orientierung - wie
bei Nickel 3 18 - nicht ankommt.
Der Nettowiderstand des Wismuts wurde als Funktion des
entsprechenden Platinwiderstandes graphisch aufgetragen. Diese
Kurven konnten dann mittels der Formel fur das Platinthermometer in die endgiiltigen umgewandelt werden.
8 10. Es wurden nun zunachst die feldfreien Widerstandskurven als Funktion der Temperatur ermittelt , welche nach
3 1 ein scharfes Reinheitskriterium abgeben. Hierbei war die
Erhaltung eines konstanten Temperaturbades auBerhalb des
Feldes naturgemal3 bequemer als zwischen den Polschuhen.
F u r die niedrigen Temperaturen konnten dabei VakuumgefaBe
mit Kohlensaureschnee bzw. fliissiger Luft benutzt werden.
I n Fig. 1, Taf. I1 sind, au6er einer Platinkurve, diese
Kurven fur obige Hauptspiralen B 7 c und B 8 a verzeichnet.
AuBerdem sind die Dewar-Flemingschen Werte, sowie eine
von K a m e r l i n g h O n n e s und Clay') nach AbschluS meiner
Versuche mitgeteilte Tabelle graphisch dargestellt; letztere
1) H. K a m e r l i n g h On n es u. J. Clay, Versl. Kon. Akad. v. Wet.
Amsterd. 16. p. 176. 1907; J. Clay, Diss. p. 52. Leiden 1908.
F. C. Blake.
462
hezieht sich auf Wismutspirale Nr. 301 der Firma H a r t m a n n
& B r a u n und geht hinunter bis -259O; sie verliiuft umgekehrt
wie bei anderen Metallen und zeigt eine Inflexion bei -207 O.
I m Laboratorium war noch eine feldfreie Kurve vorhanden fur
eine der in 1899 von d a B o i s und Wills') benutzten Spiralen,
namlich B 5 a, zwischen den Temperaturen - 125O und looo;
damit stimmte meine Kurve fur B 8 a in jenem Bereich iiherein.
Fig. 1 zeigt nun ohne weiteres bei niedrigen Temperaturen
die Uberlegenheit des von D e w a r und F l e m i n g benutzten
Materials; darauf folgt das vonKamerlingh O n n e s und Clay,
dann meine Spirale B 8 a und endlich B 7 c , wahrend sich
mehrere andere von meinen Spiralen herumgruppieren.
Die Kurven konvergieren ersichtlich bei zunehmender
Temperatur gegeneinander ; bei -80O sind die Differenzen nur
noch gering und oberhalb O o unmerklich. Daher konnte man
auch bisher annehmen, daB die Kurven aller H a r t m a n n Braunschen Spiralen innerhalb 'laProz. iibereinstimmten;
diese Annahme trifft fur die niedrigsten Temperaturen nicht
mehr zu. Vorlaufig wird man hier noch mit einer Unvollkommenheit der Wismutspiralen zu rechnen haben, die vermutlich infolge SuBerst geringfugiger Verunreinigungen auftritt.
+
IV. Ergebnisse fiir Elektrolytwiamut im Felde.
8 11. Es
wurden Messungen des Widerstandes ausgefuhrt
bei den zwolf Temperaturen:
#=-
192'
-175'
-135'
-100'
0'
+1S0
$60'
+looo
-74'
+139O
-37'
C183O
und den Feldwerten:
5, = 0
0,6
2
5
10
15
20
25
30
33,4
36,6kgs
und zwar im allgemeinen bei konstanter Temperatur und
variierendem Felde, also nach isothermischem Verfahren.
Bezieht man den jeweilig im Felde gemessenen Widerstand R' stets auf ein und dieselbe Einheit, namlich den Widerstand Ro der Spirale in schmelzendem Eise auBerhalb des
Feldes, dann ist
R'IR = funkt. (0,@).
1) H.
du Bois u. A. P. W i l l s , 1. c.
Einfiup von Temperatur und Quermaynetisieruny
usw.
463
Dime Flsche YaBt sich darstellen einmal durch isothermische
Kurvenscharen (Fig. 2 , Taf. 111):
E / R 0= funkt. (8)
[8 = const.],
dann aber fiir manche Zwecke noch besser durch isopedische')
Kurvenscharen (Fig. 3, Taf. IV):
R / R 0= funkt. (8)
[Q = const.].
Wahrend man schlieBlich nach dem Vorgang H e n d e r s o n s a )
eine Schar ebener Schnitte parallel der (8, 0) Ebene konstruieren kann, welche dann Kurven gleichen Widerstandes
(,,equiresistive curves") darstellen (Fig. 4, Taf. V). Die Wiedergabe jener komplizierten FIache wurde wohl am ubersichtlichsten durch ein Gipsmodell geschehen, wie es jetzt vielfach
iiblich geworden ist.
Die ausgezogenen Isothermen der Fig. 2a, Taf. I11 entsprechen dem bekanntea Typus ; sie steigen zuletzt schwach
gekrummt mit dem Felde an; in fliissiger Luft betrug der
Widerstand R', bezogen auf seinen feldfreien Wert R bei
yleicher Temperatur fur die beiden hauptsachlich untersuchten
Spiralen bei 36,6 kgs etwa das YO fache. Der Schnittpunkt
der Isothermen -115O und -192O entspricht einem der zu
erwahnenden Isopedenmaxima. Im Zusammenhang hierruit
wird die Isotherme - 192 O bei hoheren Feldern konkav nach
der Abszissenachse; diesen Verlauf habe ich bei mehreren
Spiralen kontrolliert; er legt die Frage nahe, ob die Widerstandszunahme bei noch hoheren Feldwerten einem ,,Sattigungswert
zustrebt.
Zugleich erhellt hieraus, daB die
Isothermen mindestens 3ten Grades sein mussen, so daB die
hyperbolischen Anfangsformeln nach L e d u c u. a. dadurch
wohl endgultig als uberholt zu betrachten sind.
In Fig. 2 6 , Taf. 111 sind die Isothermen oberhalb O o
hinzugefugt und ist der OrdinatenmaBstab stark vergroBert,
wodurch die Schnittpunkte der Einzelisothermen besser ersichtlich werden. Die fett gestrichelte Linie I'T, welche die
Kurvenschar einhullt,, ist eine parabel-ahnliche.
-
1) iu6mJog = ,,gleichfeIdig".
2) J. B. Henderson, Wied. Ann. 63. p. 923. 1894; Phil. Mag. ( 5 )
38. p. 498. 1894.
464
3.C. Blake.
Q 12. Die ausgezogenen Isopeden der Fig. 3 (3a, 3 4 3 4 ,
Taf. I V haben den von H e n d e r s o n erkanntenverlauf; dieLage
des Minimums variiert fir die Isopede 8 5 bis 8 = 36,6
von -44O bis +232O, in der Nahe eines solchen Minimums ist
der ,,Temperaturkoeffizient" unendlich klein. Die Isopeden oberhalb 8 = 10 haben je eine Inflexion; letztere reihen sich dem
Clay when feldfreien Inflexionspunkte an (0 10). Die Kurven fur
$j= 30, 33,4 und 36,6kgs zeigen ferner je ein Maximum,
welches bei urn so hoherer Temperatur liegt, je intensiver das
Feld ist, und zwar bis zu -174O bei 36,6 kgs. Es hat den Anschein, als ob filr schwtichere Felder Maxima bei Temperaturen
etwas uoterhalb derer der frei siedenden fliissigen Luft auftreten konnten. Eine Feststellung hieriiber lieBe sich vielfeicht mit flussigem Sauerstoff unter reduziertem Druck erhalten,
mittels dessen man bis etwa -215O gelangen kann.
Da das Auftreten dieser Maxima auch im Hinblick auf
die vielfach vermuteten feldfreien Minima eine unerwartete
und prinzipiell wichtige Erscheinung war, habe ich es zu
kontrollieren gesucht. 80 wurde z. B. fliissige Luft gegeben
und dann bis zur Verdampfung, also bei steigender Temperatur, Widerstandsmessungen in sehr kurzen Zwischenraumen
mittels Galvanometerablesung gemacht ; dabei blieb das Feld
konstant, d. h. es wurde direkt die Isopede bestimmt. Hierbei
ergab sich eine Bestatigung der nach der gewohnlichen
Methode
d. h. bei direkter Bestimmung der Isothermen erzielten Resultate. Alle weiteren Beobachtungen stiitzen
dieses Ergebnis trotz sonstiger individueller Abweichungen
der einzelnen Spiralen mit ihren verschiedenen Zuleitungsmetallen. Die isopedischen Kurven sind demnach auch keine
Hyperbeln, wie es friiher den Anschein haben konnte, sondern
ebenfdls mindestens 3ten Grades.
8 13. Bei den haheren Temperaturen konvergieren die
Isopeden stark gegeneinander und sind zur Abszissenachse
weit weniger geneigt; uber +183O durften die zarten Spiralengebilde nicht erhitzt werden. I n Fig. 3c habe ich versucht,
die Kurven noch iiber die hochsten Temperaturen hinaus zu
extrapolieren , wobei die verlangerte gestrichelte Kurve T T
- der geometrische Ort der Minima - zustatten kam. Es
scheint demnach auch iiber den Schmelzpunlrt (268 O) hinaus
5:
-
Einflup von Temperatur und Querrnagnetisierung usw.
465
der Widerstand noch etwas vom Felde beeinflufit zu werden,
wie es auch D r u d e und N e r n s t fanden (5 1).
Die gestrichelten Xurven TT und PP der Figg. 3 a bzw. 3 b
sind geometrische Orte der Minima bzw. der Maxima der isopedischen Kurven ; ersterer entspricht als Projektion die quasi
parabolische Einhullende der Fig. 2 b. Letztere habe ich etwas
willkiirlich geradlinig nach unten fortgesetzt ; ihr muB auch
eine Projektion entsprechen, von der freilich in Fig. 2 a nur
ein Schnittpunkt zweier Isothermen zutage tritt. Die durch
diese Linien projizierten Raumkurven PP und TT folgen dem
First Lzw. der Talsolde der Flache, welche nach alledem auch
mindestens eine kubische sein mufi. Eine ubersichtliche perspektivische Uarstellung ist wegen der grof3en Ordinatenunterschiede zwischen Gipfel und Niederungen schwer durchfuhrbar.
Die Kurven gleichen Widerstandes endlich sind in Fig. 4,
Taf. V dargestellt; die Maxima und Minima sind auch hier
wieder durch gestrichelte Projektionskurven der erwahnten
Raumkurven PP und T T verbunden.
9 14. Die Pehlerquellen, Nebeneffekte und Anomalien
haufig eigentumlicher , fast individueller Art
welche bei
dem in mancher Hinsicht noch so ratselhaften und unzuverlassigen Wismut auftreten, seien hier nur kurz angedeutet ;
ihre eingehendere Diskussion wiirde den Rahmen dieser Arbeit
uberschreiten und beabsichtige ich darauf an anderer Stelle
noch ausfiihrlicher zuriickzukommen.
Die ausgezogenen Kurven der Figg. 2, 3, 4 entsprechen
nach bestem Ermessen Mittelwerten. Wenngleich ich somit
ihren allgemeinen Charakter festgestellt zu haben glaube, mag
es doch dahingestellt bleiben, ob ihr Verlauf demjenigen fur
absolut reines Elektrolytwismut einigermaben genau entspricht.
In Fig. 2 u,Taf.111 sind noch mehrere gestrichelte Isothermen fur
fliissige Luft eingetragen, welche sehr erheblich yon den mittleren abweichen: einmal diejenige D e w a r und F l e m i n g s ,
dann die von d u Bais und Wills. Endlich eine von mir
(I?. C. B.) mit einer Spirele B 5 b erhaltene, deren Zuleitungen
aus Messing bestanden und die in Fig. 1, Taf. I1 eine extreme
Stelle einnimmt , insofern als die hochst gelegene feldfreie
Kurve ihr entspricht; fur diese war bei -192O und 36,6 kgs
-
-)
Annslen der Physik. IV. Folge. 28.
31
466
3’. C,Blake.
R’IR, = 67; w a r e n d alle anderen vom Mittelwert RIB,
bzw. 3/22
= 90 nur wenig abwichen.
= 37
Was zunachst die Perunreinigungen betrifft, so ist j a bekannt, daB diese den EinfluB des Feldes erheblich herabsetzen;
man ware daher geneigt , anzunehmen, da5 dieser abnehmen
mii5te in demselben MaSe wie die feldfreien Kurven der Fig. 1,
Taf. I1 bei -2OOO hoher, d. h. ungiinstiger verlaufen; dies
ist aber nicht ausnahmslos der Fall, wovon ich mich durch
viele Messungen uberzeugte, so daB noch andere Nebenwirkungen eine Rolle spielen miissen. Wenn man zum mindesten einen vollig homogenen Spiralendraht annehmen darf,
so bleiben noch folgende Nebenwirkungen denkbar, wenn such
ihr quantitativerEinzeleinflu5 zunachst dahingestellt bleiben mag.
Q 15. Feldfreie Nebenwirkungen. Die in jedem Stromkreis anwesenden thermoelektromotorischen Kriiffe wurden dadurch unschadlich gemacht, daB der Galvanometerkontakt der
MeBbriicke dauernd geschlossen blieb (0 7) und nur der
Batteriekontakt gehandhabt wurde; Induktions- und Kapazitatswirkungen traten dabei nicht auf; das iibliche, umgekehrte
Verfahren erwies sich als vie1 weniger geeignet. Beim Schlie5en
des Batteriekontaktes durchfliegt der MeBstrom die Spirale;
dieser betrug fiir gewohnlich hbchstens 6 Milliamp. ; in Fallen,
wo der Wismutwiderstand sehr hoch wurde, konnte er aber
auch nur ein Zehntel jenes Wertes betragen, oder noch weniger,
In Wismutzuleitungen kann nach einer gewissen Zeit ein
Thomson-Effekt auftreten; dabei ist angenommen, daB die
Spirale selbst und ihre Lotstellen gleichmaBig temperiert sind,
der Gradient zur Zimmertemperatur, herauf oder herab , also
nur auf die Zuleitungen entfallt. Beetehen diese dagegen aus
einem anderen Metalle, so tritt an den Lotstellen noch ein
Peltier-Effekt auf, welcher nach einer gewissen Friat seinen
Dauerwert erreichen und eine thermoelektrische Gegenkraft
bedingen wird.
Nebenwirkungen im Felde: Bei Wismutzuleitungen sol1
1. der Thonison-Effekt nach B a t t e l l i vom Felde nicht erheblich beeinflufit werden. An der Stelle, wo sie aus dem inten
sivsten Feldbereiche austreten, kann aber 2. der MeBstrom nach
G r i m a l d i 1. c. einen Peltier-Effekt erzeugen; denn dieser
fand eine thermoelektrische Differene zwischen magnetisiertem
Einflup von Temperatur und Quermagnetisierung usw.
467
und unmagnetischem Reinwismut. Einige Autoren postulieren
3. noch einen gewissen ,,magnetkchen T h o m s o n - Effekt".
Au6erdem kann 4. ein longitudinaler E t t i n g s h a u s e n - Effekt,
d. h, eine galvanomagnetische Temperaturdifferenz zwischen
den Spiralenenden entstehen, die ihrerseits eine thermomagnetische Potentialdifferenz bedingt , welche der des MeSstromes
entgegenwirkt. l)
Bestehen die Zuleitungen nicht aus Wismut, so tritt an
die Stelle der Grimaldischen Wirkung wieder der gewMm
liche Peltier-Effekt an den Lotstellen, welcher nach B a t t e l l i
vom Felde beeinflu& wird.
$j16. Die quantitative Verfolgung aller dieser denkaren
Nebeneffekte ware eine ungemein zeitraubende Arbeit. Ich
habe mich damit begniigen miissen, mich durch verschiedene
hier nicht mitzuteilende Kontrollversuche zu uberzeugen, daB
sie kaum einen wesentlichen EinfluB auf die Ergebnisse haben
konnten. Sie hangen alle von der Richtung und Starke des
Mebstromes ab, dem sie auch proportional bleiben diirften;
schon das plotzliche Kommutieren liefert also eine gewisse
Kontrolle, welche gelegentlich geiibt wurde , ohne da6 sich
dabei etwas besonderes ergab.
Auch brauchen sie alle eine gewisse, mehr oder weniger
kurze Frist zu ihrer Ausbildung. Inwiefern dies auch far den
Haupteffekt zutrifft, daruber weichen die Ansichten noch sehr
ab (vgl. 8 5). Bei den ziemlich langen Schwingungsperioden
meiner Galvanometer handelte es sich naturgema6 urn statische Endwerte des Widerstandes. Ich glaubte zwar in einem
Einzelfalle mit Spirale B 5 b Andeutungen einee Zeiteffektes
beobachtet zu haben, konnte mir aber leider vor AbschluB
der Arbeit keinerlei Sicherheit hieriiber verschaffen.
Spater wurden dann noch einige Kontrollversuche mit
einem S i e m e n s - H a l e keschen direkt zeigenden Ohmmetera)
angestellt, wobei Spirale B 8 c benutzt wurde. Bei 33,4 kgs
war in fliissiger Luft E / R , = 32, und stieg beim allmahlichen
Verdampfen derselben auf ein Maximum von 37, in geniigender
Ubereinstimmung mit der Isopede der Fig, 36. Hierbei be1) H. Zahn, Ann. d. Phys. 14. p. 908. 1904.
2) H. Sack, Elektrotechn. Zeitschr. 24. p. 665. 1903.
31 *
F. C. Blake.
468
trug der MeBstrom etwa 2Milliamp.' mehr als bei den meisten
Versuchen. F'ifr stirkere MeBstrome bis zu 12 Milliamp. schien
der Effekt geringer zu werden; wegen Bruchs der Spirale
konnte dieser Frage nicht nacbgegangen werden. Irgend ein
EinfluB der Zeit konnte bei diesem sehr rasch zeigenden wenn auch ungenauen - Instrument nicht konstatiert werden.
Mit diesen leider noch recht unvollstiindigen Angaben
mu8 ich die Diskussion des Verhaltens der Wismutspiralen
abschlie8en.
V. Versuche mit Reinnickel.
Q 17. Der verwendete ,,Haardraht" von 0,028 mm Dicke
war ebenfalls von der Firma H e r t m a n n & B r a u n bezogen
und bestand aus sogenanntem ,,Reinnickel"; dieses enthalt
meistens etwa 99 Proz. Ni, wahrend sich das ubrige Prozent
auf Mn, Fe und Cu zu verteilen pflegt. Es ist wohl anzunehmen, daB Beimischungen hier keine so eingreifende Bolle
spielen wie beim Wismut. Auch nach elektrischem Ausgluhen
bei Kirschrotglut blieb der diinne Haardraht kraus und leicht
gewellt, so daB eine genauere Bestimmung des Querschnittes
und damit des absoluten spezifischen Widerstandes hier auf
noch groSere Schwierigkeiten stieB als beim Wismut und daher
leider auch unterlassen werden muBte.
Es wurden erst Vorversuche mit einigen einfachen Nickelspiralen angestellt; obwohl vie1 dunner, ist das Material doch
weit elastischer als der Wismutdraht, so daB die Praparate
nicht so zerbrechlich und empfindlich gegen Abkiihlung waren.
Die Doppelspiralen wurden sodann im Laboratorium nach dem
i n 6 9 geschilderten Verfahren hergestellt, wobei Kollodium
beiderseitig als Kitt verwendet wurde. Die zwei am meisten
benutzten hatten folgende feldfreie Bestimmungsstucke:
Zuleitung
Signatur
N 2
(unausgegliiht)
N3
(ausgegliiht)
__
Spirale
___- -
d i 2
12
Metall
mm
cu
135
0,017
0,028
20,657
Ni
1,5
0,040
0,028
25,229
mm
Einflup von Temperatur und Quermaynetisierung usw.
469
Platin.
II
Signatur
Zulei tung
I1
I
,”,
I
RS
n
N2
(unausgegltiht)
cu
1,5
0,017
0,03
21,429
N3
(msgegliiht)
Pt
0,85
0,144
0,03
20,791
Hier sind die Bezeichnungen dieselben wie bei den Wismutspiralen (5 9); der durch KurzschluB der Zuleitungsenden bestimmte Tarawiderstand 22, wurde bei N 3 durch das starkste
Streuquerfeld um nicht mehr als 0,0001 J2 geiindert, was offenbar
zu vernachlassigen war,
Die bifilaren Nickelspiralen waren so verlegt, daB je zwei
benachbarte Windungen mindestens die doppelte Drahtdicke
zwischen sich offen lieBen; wie aus dem Kraftlinienbilde l) fur
die Quermagnetisierung eines Zylinders hervorgeht, findet eine
merkliche gegenseitige Beeinflussung zwischen den Drahten
dann nicht mehr statt. Die Magnetisierungskurve mu5 nun
den bekannten Typus zeigen, der sich einer geneigten Qeraden
durch den Koordinatenursprung und einer der Abszissenachse
parallelen Asymptote anschmiegt. Diese beiden Geraden
schneiden sich bei der Abszisse N&; nun ist der Ent,magnetisierungsfaktor fur Zylinder N = 2 n ; fur die Maximalmagnetisierung des Nickels bei 18O ist anzunehmen 3m= 580 C.QAa);
bei anderen Temperaturen ist daruber nichts Sicheres bekannt; erheblich diirfte die Temperaturvariation jener GroBe
indessen kaum sein. Jener Schnittpunkt liegt also far 18O bei
2 n 580.lov3 = 3,65 kgs. s,
0 18. Bei einer vollkommen ebenen Bifilarspirale, genau
senkrecht zu einem absolut gleichformigen Felde orientiert,
konnen longitudinale Magnetisierungskomponenten ilberhaupt
.
1) Vgl. H. du Bois, Wied. Ann. 66. p. 14. 1898.
2) H. du B o i s , Rapp. Congr. Int. de Phys. 2. p. 465. Paris 1900.
3) Bei transversal magnetisierten genau ebenen Schiehten ist N = 4 n
und muBte der Sehnittpunkt bei 4 .n .580.
= 7,3 kgs liegen, wie es
auch in der Tat fur die Kurven B e a t t i e s , 1. c. p. 249 zutriEt.
470
F. C. Blake.
nicht auftreten. Bei der geringsten Abweichung werden aher
die induzierten, und auch schon etwaige remanente Langskomponenten naturgema3 anfanglich sehr uherwiegen, wiihrend
in stkkeren Feldern diese Fehlerquelle bekanntlich vollig
schwindet. Diese erzeugen aber stets eine Widerstandszunahme,
deren Relativwert fur niedrige Temperaturen recht erheblich
werden kann (8 4). Leider fielen wegen des krausen welligen
Nickeldrahtes, vielleicht auch wegen Verziehens der Kollodiumschicht, die Flachspiralen rneistens auch schwach gewellt aus,
was sich aber schwerlich kontrollieren, geschweige vermeiden lie&
Bei den Vorversuchen ergab sich, da8 der feldfreie Widerstand einer Nickelspirale immer etwas hoher war nachdem
im Felde mit ihr gearbeitet worden, was zweifellos auf teilweise remanente Langsmagnetisierung zuriickzufiihren war.
Infolgedessen mufiten die Spiralen ofters entmagnetisiert werden,
indem sie auf einer Drehbankspindel befestigt und im Felde
- von etwa 6 kgs - eines kleinen Halbringelektromagnets,
dessen Stromstiirke langsam verringert wurde, in rasche Rotation
versetzt wurden. E s ware zwar hesser gewesen, hierbei mit
einem Felde von 37 kgs anzufangen, aber dies war untunlich;
immerhin wurde ao der gro8te Teil der Remanenz vertrieben.
Nachdem diese Fehlerquelle moglichst eliminiert war,
ergab sich in der Tat noch ein erheblicher EinfluB schiefer
Orientierung. Die dunnwandige Messingscheide , welche die
Doppelspiralen enthielt, hatte einen geringen Spielraum zwischen
den Stirnflachen der Polschuhe, so dab sie um eine vertikale
und um eine horizontale Achse senkrecht zur Feldrichtung
etwa 4 O gedreht werden konnte. Entsprechend diesen zwei
Freiheitsgraden wurden zwei Alhidadenzeiger angebracht, welche
auf zwei Kreisbogen die Orientierung der Scheide bzw. der
Spirale abzulesen gestatteten. Fur mehrere Feldwerte bis zu
etwa 1,5 kgs konnte nun in leicht ersichtlicher Weise diejenige
Orientierung gefunden werden, bei der die anfangliche Widerstandszunahme - also auch die sie bedingende Summe der
Longitudinalkomponenten - ein Minimum war; in dieser
Stellung wurden dann alle Beobachtungen durchgefuhrt. Kontrollversuche in dem zweifellos gleichformigen Felde zwischen Stahlgu6flachpolen e r g a b n auch nur ein Minimum, niemals ein
ganzliches Verschwinden der anfanglichen Anomalie.
Einflu/3 uon Temperatur und Quermagnetisierung usw.
47 1
Das remanente Feld des groBen Ringelektromagnets betrug etwa 0,5 kgs.
8 19. Beim Nickel ist der EinfluB der Magnetisierung
bekanntlich weit geringer , dafiir aber auch weniger abhangig
von der Temperatur als beim Wismut; die Hauptschwierigkeit
lag hier in der Eliminierung des Einflusses unkontrollierbarer
kleiner Temperaturiinderungen ohne Preisgabe der hohen Feldintensitat.
Die Nickelspiralen wurden mit einer Wollfschen Stiipselbriicke bestimmt, wobei im Batteriestromkreis mindestens 200 J2
vorgeschaltet blieben und der MeBtrom etwa 1-3 Milliamp.
betregen konnte ; die entsprechende lionstante Temperatur- und
Widerstandserhohung in dem 0,028 mm dicken Nickeldraht
konnte nur sehr geringfiigig sein.
Es wurde keine Nullmethode benutxt, sondern die Galvanometer fur beide, die zwei Teile einer Doppelspirale enthaltenden Briicken genau gleichzeitig abgelesen und bald nachher
mittels bekannter Widerstande ausgewertet. Behufs Eliminierung
thermoelektrischer Effekte wurden die Galvanometertaster beider
Briicken stets gsschlossen gehalten. Wirkungen etwaiger Induktion oder Kapazitat waren im allgemeinen nicht nachweisbar. Beim Erhitzen in Wasserdampf zeigten sich freilich
anfaugs eigentumliche Kondensatorwirkungen der Doppelspirale
in der Messingscheide; es gelang schlieBlich, diese durch Austrocknen und Fiillen mit ausgekochtem Leinal ganz zu beseitigen. Sowohl innerhalb als auBerhalb des Feldes gelang
es ferner nicht, einen sogenanten ,,Extrastrom" zu konstatieren,
auch wenn der Eigenstrom bis zum vierfachen Werte des
normalen Metlstromes gesteigert wurde (vgl. $5 3, 4).
Es wurden nun zunachst mit der Doppelspirale in der
schiitzenden Scheide feldfreie Messungen in geeigneten Badern
vorgenommen, die durch Verdampfung, Erwarmvng oder Abkiihlung einen gewissen Temperaturbereich in der Nahe der
spater zu bestimmenden Isothermen darzustellen gestatteten.
Wenn diese Anderuugen nur langsam genug erfolgten, so
blieben die Widerstande der Nickel- und Platinspiralen sich
genau entsprechen und standen in den begrenzten Temperaturbereichen in h e a r e r Beziehung. Diese kurzen geraden Teilstrecken waren also Elemente der feldfreien Widerstandskurve,
F. C. Blake.
472
die zu reproduzieren hier kein AnlaB vorliegt, wie beim
Wismut (vgl. Fig. l), so da6 ich mich auf die Anfuhrung
folgender Einzelpunkte (fur N 3) beschranke:
8 a-190'
RIR, = 0,259
-75'
0,670
0'
1,000
+18O
1,098
tlOOO +182O;
1,544
2,090
VI. Ergebnieee fiir Reinnickel im Felde.
Q 20. Nachdem dann eine Messung im Felde ausgefuhrt
worden kannte man den Widerstand Bowohl innerhalb wie
rtuBerhalb desselben und die Differenz galt dann mit genugender
Annaherung fur die gewahlte konstante Temperatup der Isotherme. Im ubrigen diirfen beim Nickel
ganz anders als
beim Wismut - die geringen Wirkungen des Feldes und
kleiner Temperaturanderungen als ,,unabhangig superponierbare
Gr66en" derselben Ordnung behandelt werden.
Es wurden Widerstandsmessungen ausgefuhrt bei obigen
sechs Temperaturen und fur die Feldwerte
-
8
=
0
10
0,6
15
1,0
20
2,O
1,5
25
30
3,O
33,4
4,O
6,O
36,6 Kilogauss,
welche stets in aufsteigender Reihenfolge durchlaufen wurden,
urn im Hinblick auf etwaige Hysterose eindeutige Ergebnisse
zu erzielen. Es empfiehlt sich hier die gemessene Widerstundsdifferenz R' - R bei der Isothermentemperatur zu beziehen auf
den feldfreien Widerstand R, bei Oo, so daB
100fR - R )
RO
im allgemeinen die Ordinaten liefert.
I n diesem Sinne werden die Isothermen der Spirale N 3
dargestellt durch die ausyezogenen Kurven der Fig. 5. Betreffs
der anders gezeichneten Schaulinien ist folgendes zu bemerken.
Die strichpunktierte Kurve fur - 190° ist auf den Widerstand
bei jener Temperatur bezogen; ihre Ordinaten sind also
lOO(E
- R)
3
R
was auf eine VergroSerung des OrdinatenmaBstabes im Verhaltnis R, :R-1901 d. h. urn fast das Vierfache, herauskommt.
Die punktierte Kurve fur Oo, die gestrichelte fur + 1 8 O
und die strichpunktierte fur
100, waren erhalten bevor
+
Einfiup von Temperatur und Quermagnetisierung usw.
473
das beschriebene Orientierungsverfahren geubt wurde ; die Abweichungen der Spiralenebene von der Aquatoreal ebene k'hnen
daher einige Grade betragen haben. Sie zeigen vie1 hohere
positive Anfangsmaxima und damit die Notwendigkeit eben
einer sorgfaltigen Orientierung , wenn es auch leider nicht
gelang die anfangliche Widerstandszunahme dadurch ganz zu
beseitigen. Fiir Felder uber 10 kgs verlaufen diese Kurven in
geringem Abstamde ziemlich parallel den ausgezogenen gleichtemperierten Isothermen; diese kleine Abweichung sol1 hier
nicht naher diskutiert werden.
Fur die ubrigen Temperaturen liegen die beobachteten
Punkte nicht so glatt auf der Isotherme, infolge zu groBer
Temperaturvariationen. Dies ist verstandlich wenn man bedenkt, daB im Durchschqitt die Widerstandsanderung fur 1 O
Differenz von der Ordnung der durch das intensivste Querfeld
bedingten ist. Es ist daher erwunscht, mijglichst nur konstant
uiedende bzw. schmelzende Bader zu verwenden ; tatsachlich
liegen auch die Punkte bei ffiissiger Luft (-1900) glatter an
der Isotherme als bei Kohlensaureschnee und Athylalkohol (- 75O).
DaB diese beiden Kurven zwischen 4 und 5 kgs ein wenig
ubereinander greifen, kiinnte wohl auf Versuchsfehlern beruhen.
0 21. Eine Diskussion der ausgezogenen Isothermen ergibt
nun folgendes: Die von vielen Beobachtern gefundene anfangliche Widerstandszunahme bei Querrnagnetisierung war auch
hier vorhanden und zwar am meisten ausgesprochen bei den
niedrigen Temperaturen (bei - 190O und -7 5 O +0,2 Proz.),
nur ganz wenig bei gewohnlicher und namentlich bei hoher
0,05 Proz.) Nach den 0 4
Temperatur (bei + 182O nur
diskutierten Versuchen von W i l l i a m s nirnmt der relative Sattigungswert der longitudinalen Widerstandszunahme, und zwar
+
100 (R'
- B)
R
von +1,5 Proz. bei + 7 O ab bis auf +0,5 Proz. bei +203*,
wahrend er nach den dort auch erwahnten neuesten Vorversuchen etwa +5,5 Proz. betragt bei -1900.
Aus der gesamten diskutierten Literatur ($5 3-4) und meinen eigenen,
durch die nicht ausgezogenen Kurven vernnschaulichten Kontrollversuchen geht wohl zweifellos hervor, daS es sich bier nur
474
3’.C. Bloke.
um eine scheinbare Anfangszunahme handelt, welche die nahezu
unvermeidlichen Langskomponenten bedingen. Es hat daher
wenig Zweck, den EinfluB dieser zuf alligen Nebenerscheinung
rechnerisch bzw. experimentell quantitativ zu verfolgen.
Es sei nur erwahnt, daB die positiven Maxima im Mittel
bei etwa 1,2 kgs auftreten; die Durchschnittspunkte mit der
Abszissenltchse, bei denen der Widerstand seinen feldfreien
Wert wieder durchschreitet, liegen zwischen 1,s und 3,O kgs;
darauf nimmt er dann rasch weiter ab. Bei 3,65 kgs (0 17)
fangen die Isothermen an abzubiegen und verlaufen oberhalb
6 kgs ziemlich geradlinig weiter abwarts. Nur bei - 190° verlauft sie nach einem Minimum bei 6 kgs wieder mit schwacher
Krummung aufwarts, NO daB der Widerstand bei wachsendem
Felde wieder etwas zunimmt ; durch mehrfache Kontrollversuche
uberzeugte ich mich von dem konstanten Auftreten dieser Erscheinung.
Wenn eine Interpolation hier statthaft iet, so wurde bei
140° die Isotherme parallel der Abszissenachse yeretwa
laufen, wie es auch die Magnetisierungskurve tut (vgl. 0 17);
dem Anschein nach ist im allgemeinen neben der Magoetisierung
noch ein dem Felde proportionaler Faktor ma6gebend fur die
Widerstandsverringerung. Ubrigens wachst deren absoluter
Maximalwert fortwahrend mit steigender Temperatur, wenigstens
im untersuchten Bereich, welches im ganzen 372 O umfaBte.
Der Quereffekt verlauft also in dieser Beziehung umgekehrt
wie der Langseffekt (0 4) und auch wie der Quereffekt bei
Wismut; es ware von Interesse zu ermitteln, wie sich das
Nickel oberhalb 182O bis uber seine Umwandlungstemperatur
hinaus verhiilt.
Mittels der bei bestimmten Feldwerten erhaltenen Einzelpunkte der Isothermen warden sich auch die Isopeden leicht
aufzeichnen lassen, welche indessen beim Nickel weniger
Interesse bieten.
Q 22. Fehbryuellen und NebenefeRte. Die Diskussion der
$8 14-16 fur Wismut la& sich mutatis mutandis auch auf
Nickel anwenden, so daB ein Hinweis geniigt. Wie schon
bemerkt, diirften Verunreinigungen hier keinen so groBen EinfluB
ausuben. Dagegen ist der Peltier-Effekt zwischen Nickel
und Kupfer nach J a h n (1. c. p. 767) ziemlich erheblich. Nun
-
Einfiup von Temperatur und Quermagnetisierung
usw.
475
waren die bisher besprochenen Kurven alle mit Spirale N 3
erhalten; die gestrichelte Kurve N 2 fur + l a o bezieht sich aber
auf jene Spirale mit Kupferzuleitungen und fallt nahe zusammen mit den von B a r l o w und G r u n m a c h (1. c.) publizierten
Kurven. Wie ersichtlich, stimmt diese mit einer der N 3 -Kurven
fur + 1 S 0 bis zu 4 kgs recht gut uberein; fiir Felder oberhalb 10 kgs verlluft sie aber jener parallel, und zwar liegt
sie urn den konstanten Betrag von 0,3 Proz. tiefer. Im
Sinne der erwahnten Diskussion scheint mir jener P e l t i e r Effekt an den Lotstellen diese Differenz zu bedingen; und aus
ihrer Konstanz scheint zu folgen, da8 er vom Felde unabhangig ist, wenigstens oberhalb 10 kgs. Falls letzteres im
allgemeinen zutreffen sollte, so ware auch die feldfreie Widerstandsmessung nicht frei von dieser Fehlerquelle.
Leider muBten die beschriebenen Versuche infolge meiner
Ruckkehr nach Amerika im Juni 1907 abgebrochen werden,
so daf3 sie namentlich in bezug auf das ratselhafte Verhalten
des Wismuts noch manche bedauerliche Lucke notgedrungen
unerledigt lassen.
(Eingegangen 11. Dezember 1908.)
Aniaaten der Phydk,
ZP. Folge, Band 28.
F. 0. Blake.
Tafel IIL
Amolen den Phyaik, IV. Fo@, Band 28.
F. C. Blake.
Tofd IV.
Atamden der Physik, IT.Folge, Band 28.
F. C. Blake.
Tafd
v.
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