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Der Temperaturkoeffizient der magnetischen Doppelbrechung.

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127
4. Der T e m p e r a t u r h ? o e der
~ rnagmetboh
Doppel Weahwng;
29011 Q. 6lS4Ut3882/.
- -___
Inhalt: I. Einlailung. Q 1. Ziel der Untmuchung. Q 3. Temperaturabhiingigkeit der magnetimhen Doppelbrechung nach der molekularen Orientierangstheorie. Q 3. Bisherige Reobtwhtnngen.
II. Vermhxmordntbng. 8 4 . Optischer Teil der Vemachordnung. 8 6 .
Magnetfeld und Fltbaigkeitetrog. Q 6. Herstellung kolvltPnter Temp t u r e n und ihre bfessung.
7. Gang einer hfessnng; Beaimmung
von Brechungeindex und Dichte. - ,?If. Ergebnisse. Q 8. Allgemeines
Uber die Meseungsergebnisse.. Q 9. Nitrobensol. Q 10. Chlorbeasol. Q 11.
Brombensol. $12. Pseudocumol. Q 13. a-Bromnaphthalin. Q 14. Zuaammenfaeaung.
-
I. meitung.
0 1. ZieZ der Untetmchung. C o t t o n und Mouton') verdankt man den Nachweie, da6 rehe diamagnetische Flbsigkeiten in einem Magnetfelde doppelbrechend werden wie ein
optiech ehachsiger Krietall, deeeen Acheenrichtung in die
Feldrichtung zu liegen kommt. Durchwtzt slao ein linear
polarieierter Lichtstrahl eine eolche, in einem Magnetfelde be
findliche Fliieagkeit normal zur Feldrichtung und iet seine
Polarisationsebene gegen die Feldrichtung geneigt, eo tritt er
elliptiech polarieiert m e . Bedeutet 1 die Liiuge dem durchetrahlten Fl~amgkeitsechicht und H die S m k e des Magnetfeldee, 80 besteht nach den Beobachtungen von Cotton and
Moutona) f i r die relative Verziigerung V zwiechen a u k ordentlicher und ordentlicher Welle die Beziehung
(1)
V = CIHs.
Der P r o p o r t i o n a l i t r C hsngt von der Natur der
Flilssigkeit, ihrer Temperatur, sowie von der Wellenbinge der
1) A. Cotton u. H. Mouton, C.B. 145. 6.229. 1907.
2) A. Cotton, H. Mouton u. P. WeiS, C. R. 146. 8.870. 1907;
A. Cotton u. H. Mouton, Ann.chim.phy8. (8) 19. 8. 169. 1910.
Strahlung ab; wird W in Wellenliingen, I in cm und H in
GauS ausgedriickt, so heif3t C die Cotton- Moutonsche Konstunte.
Die magnetische Doppelbrechung gehorcht also einem
ganz iihnlichen Gesetz wie der elektrooptische Kerreffekt,
denn fir diesen gilt bekanntlich
VI = BIEa,
wo W und 1 dieselbe Bedeutung haben wie vorhin, 4 die
lliu6ere elektrische Feldstiirke und B die Kerrsche Konstutlre ist.
Zur Erkllirung beider Arten kiinstlicher Doppelbrechnng
pflegt man anzunehmenl), da6 die einzelnen Molekiile der isotropen Fliissigkeit in optischer, elektrischer und magnetischer
Hinsicht anisotrop, aber ganz regellos gelagert sind; durch die
Wirkung des iin6eren (magnetischen oder elektrischen) Feldes
erhalten sie jedoch eine teilweise Orientierung, wobei die
Wiirmebewegung hemmend entgegenwirkt. Diese Vorstellung
wurde von Langevinq mit den Methoden der statistiachen
Mechanik quantitativ ausgearbeitet unter der Annahme, daS die
Molekiile anisotrop gebundene Oszillatoren sind, die durch die
Einwirkung des 8uSeren Feldes ein Moment und dadnrch eine
Ausrichtung erhalten.
Ftir den elektrooptischen Kerreffekt hat splliter Born3
die Langevin sche molekulare Orientierungstheorie unter der
Bnnahme erweitert, daS die Molekiile der ETUssigkeit von
vornherein De bye ache elektrische Momente besitzen. Die
Beeinflussung dieser fertigen Momente dnrch die Zlu6eren
Felder der umgebenden Molekule, die bei B o r n unberiicksichtigt blieb, ist neuerdings von Clans') nntersucht worden.
Jede dieser verschiedenen Formen der molekularen Orientierungetheorie fihrt beim elektrooptischen Kerreffekt zu
einem anderen Gesetz flir die Temperukrabhangigkeit der Kerrschen Konstunte. In mittleren Temperaturbereichen wird die
Langevinsche Theorie zwar von den Beobachtangen be1) A.Cotton u. H. Mouton, C. R.147. 5.193. 1908; 160. S.774.
1910; Ann. chirn. phys. 19. S. 163. 1910; 20, S. 194. 1910.
2) P. L sngevin, C. R. 161. 8.475. 1910; Le Radium 7. 6.249.
1910.
3) M.Born, A m . d. Pliye. 65. S. 215. 1918.
4) R. Gsne, Ann. d. Phya. 64. S. 481. 1921.
Der Temperahtbeffizient der maynetz3chcn Doppslbrschuny. 129
satigt, wie die Messungen von Bergholm') nnd mirq gezeigt
haben ; aber mit den Ergebnieeen der Untereuchungen, die von
Lyon und Wolfram? bei tiefen, von Bergholm') bei
haheren Temperaturen angeetellt wurden, bt wder die L a n gevineche, nooh die Borneche Theorie vereinbar, und es
soheint, daS sie in ihren Einzelheiten anoh von der G8nOwhen Theorie nicht richtig wiedergegeben werden.7
Bei der magnetiechen Doppelbrechung eind die Folgernngen, die sich an8 der Langevinechen molekularen Wentiernngstheorie ftir die Temperaturabhangagkeit der CottonMoutonschen finstante ergeben, bisher noch nicht nachgeprfift
worden ; die vorliegende Untersuchung wurde unternommen,
um zur Ausfiillung dieeer Liicke beizntragen.
0 2. Temperaturabhangagkeit der magmtischen Boppclbrechuny
nach der molekularen OriGlziiGtunyatheorie. Nimmt man an, daS
die anieotropen Molelriile rhombische Symmetrie beeitzens),
und berilckeichtigt man ferner, da6 die mrrgnetieche Suszeptibibtikt bei diamagnetitwhen FliLesigkeiten verschnindend klein
iet, &her das innere Feld gleich dem iiuSeren geeetat werden
darf, 80 ergibt die Langevineche molekulare Orientierungatheorie flh die C o t t o n -Yo u t on eche Konstante den Auedmck')
Hierbei bedentet n den Brechungsindex der nreprilnglich
iaotropen Fliissigkeit, x ihre guezeptibilitst, z die h a h l der
Grammolekiile pro Volumeinheit, R die auf ein Grammolekiil
b g e n e Gaekonstante (R= 8,31.103, 9 die abeoluta Temperatnr und 1 die WellenlHnge der auffdenden Strahlnng.
1) C. Bergholm, Ann. d.Phys. 61. 8. 414. 1916.
2) G. Seiveesy, Zeitechr.f. Phys. 0 S. 80. 1980.
N. Lyon nnd F. Wolfram, Ann.d. P h p . 68. 8.739. 1020.
C. Bergholm, Ann.d.Php. 66. S. 198. leal.
5) Vgl. hierPlaP. Lertes, %iticbr. f. Pbye. 6.S. 257. 1921; 8. S.72.
1981; N.Lyon, Zeitachr. f. Phys. 8. 8.64. 1921; C. Bergholm,Zeite&r.
f. Phys. 8. 8.68. 1921.
6) W. Voigt, G6tL Nachr., Math. pbye. Kl. S. 677. 1918; A. Enderle, Znr Theorie der elektrisohen und magnetinchen Doppelbrecbnng
von FIfhigkeiten. Dislrertrtion. Freiburg i. B., 1912.
7) A. Endetle, a a O., Q 6, Q1. (40).
8)
4)
130
G. Szivessy.
F a r die GrOSen
MI-
=la = P I +
P¶
P3+
Ps
9
T,T'
ist zu setzen:
ro3=
PY- Ps
PI + PY
+ Ps ,
1's-
*31
=
411
PI
+ pn+ ps
,
durch die Parameter p1, pa, ps wird die magnetische, durch
die (von der Wellenlange der Strahlung abhiingenden) Parameter ol, oa, os die optische Anisotropie des einzelnen rhombisch-symmetrischen Molekuls bedingt. Bezeichnet man mit N
die Anzahl der Molekule in der Volumeinheit, so gelten die
weiteren Beziehungen
Berucksichtigt man ferner, daB
z = -s
Y
gesetzt werden kann, falls 6 die Dichte, M das Molekulargewicht der Flhssigkeit bedeutet, so ergibt sich ftir C aus (2)
folgender Ausdruck:
Da zwischen N u n d 6 Proportionalitiit besteht, so 1hSt
sich hierfiir auch schreiben:
wo 8 von der Temperatur und der Wellenlange unabhangig
ist. Wird angenommen, daS die molekularen Parameter pl, h,
ps, ol, oa9os von der Warmebewegung nicht abhiingen, und
fuhrt man die Abkurzung
(3)
ein, so mu1 das Verhaltais
(4)
c
Q=p
bei konutant gehaltener Wellenlange von der Temperatur unabhangig sein.
Dies ist das Gesetz der Temperaturabhangigkeit der CotionMoutonschen Konstante, wie es sich aus der Zangevin schen mole-
Uer Temperaturkoefflzimt der magnetischen Doppelbrechung. 131
Rularen Orientierungstheorie mgibt. Ftir die Temperaturabhiingigkeit der Kerrsohen Konstante liefert diem Theorie bekanntlich eine iihnliche Beziehung, die aber wegen des Eingehens der Dielektrizitlitekonstante e etwas komplizierter ist,
indem P noch mit (8 + 2)a multipliziert erscheint; der e n t
sprechende Faktor f&Ut aber bei der magnetischen Doppelbrechung fort, weil die Suszeptibilitiit diamagnetiecher Flftasigkeiten aderordentlich klein ist und sich zudem mit der
Temperatnr fast nicht iindert.
Die experimsntalle Nachprufung der Formel (4) liefert eine
Xoglichkeit, ti entscheiden, ob die Langewinsche molekdare Otientierungstheorie die Erdeinungen der magnetischen Doppelbrechung tichtig wiedergibt.
0 3. Bisherige Beubachtuyen. Die bisherigen Beobachtungen reichen zu dieser Entscheidnng nicht aus. Uber
die Temperaturabhlrngigkeit der magnetischen Doppelbrechung
lie@ n h l i c h nur eine Untersuchung von Cotton und M o u t o nl)
vor, die Beobachtungen an Nitrobenzol, a-Bromnaphthalin und
salizylsaurem Phenyl (in unterkiihltem Znstande) angestellt
haben. Da von ihnen aber Brechungsindizes und Dichten
dieser Fllissigkeiten hr die einzelnen Temperaturen nicht ermittelt wurden, so kbnnen ihre Messungen nicht ohne weiteres
zur Prtifung der Formel (4) benutzt werden.
Fur salicylsaurea Phenyl aind Brechungsindex und Dichte
im unterktihlten Zustande in ihrer Abhiingigkeit von der Temperatnr nicht bekannt ; ftir Nitrobenzol und a-Bromnaphthalin
liegen aber Bestimmungen dieser Temperaturfnnktionen durch
andere Beobachter vor, auf die man zurnckgreifen mnS, nm
die Cotton-Youtonschen Ergebnisse ftir unsere Zwecke ausnutzen zu kijnnen.
Die von Cotton und Mouton benutzte Wellenlbge war
A 578 pp; der Brechungsindex des Nitrobenrols fir dime
Strahlnng ergab sich bei 9. = 293O abs. zu n = 1,5687. Die
Abhiingigkeit des Brechungsindex des Nitrobenzols von der
Temperatur 9. wurde von F a l k 2 ) fur die Wellenhngen
3
1) A.Cotton u. H. Mouton, C.R. 149. S. 340. 1909; Ann. cbim.
phye. #). S. 235. 1910.
2) K. G. Falk, Jonm. h e r . Chem. SOC. 81. S. 809. 1909.
132
G.
SX'i'aG8.Y.
il = 656, 689 und 486 pp ermittelt. Dnrch Interpolation aus
den F a1k achen Werten folgt :
dn
r
1
4 = - 0,000469 fiir il = 518 ,up.
Ftir die Dichte 6 des Nitrobonzols und ihre Temperaturabhiingigkeit erhielt F alk 9 in Ubereinetimmnng mit anderen
Beobachtern
dd
B = 1,2225 fiir 9. = 273O abs., d
:, = 0,000988.
-
Damit liiSt sich fur die Temperaturabhhgigkeit der magnetischen Doppelbrechung des Nitrobenzols folgende Tabelle
zusammenstellen, bei welcher 4. wieder die absolute Temperatur, n und 6 die mit Hilfe obiger Zahlangaben berechneten Werte on Brechungsindex und Dichte, P den nach (3)
berechneten Ausdrnck bedeutet. @ ist ein gewisser, von
Cotton und Mouton gemessener Winkel (Analysatordrehnng),
welcher der relativen VerzBgerung W in (1) nnd, da sich die
Angaben auf dieselben Werte von I und E beziehen, der
Cotton-Moutonschen Konstante C proportional ist;
iet daher der GriiSe Q in Formel (4) proportional
Tabelle 1.
v.lo-'
2 7 9 , 4 F
28?,1
1,5365
287,9
1,5561
296,s
1,5522
304,3
1,5484
314,7
1,5435
326,9
1,5378
1,2086
1,2078
1,1995
1,1916
1,1814
1,1694
0,0549
0,0529
0,0527
0,0507
0,0489
I
128,6
121,4
121,o
112,8
106,8
2,34
2,80
2,30
2,28
2,18
2,13
2,05
Wiirde die Langevin sche molekulare Orientiernngstheorie der Wirklichkeit entsprechen, so m u t e 7' ftir alle
Temperatnren deneelben Wert besitzen ; wie man sieht, nimmt
P mit wachsender Temperatur ab, d. h. die Cotton-Moutonsche Konstante sinkt bei zunehmender Temperatur s w k e r
als jene Theorie verlangt.
Bei a-Bromnaphthalin warden die Mesaungen von Cotton
und Mouton ebenfalls fdr A = 678 pp anegeftihrt, aber nur bei
Der Temperaturkoeffiient dm magnetischen Uoppellrechuny.
133
den beiden Temperaturen 9.5 284,8O abs. und 320,QO abs.
F& den Brechungeindex erhielten Cotton und Mouton bei
t9. = 289O abs. den Wert n = 1,6607. Der Temperatarkoeffizient dee Brechungsindex dee a-Bromnaphthalins ist von
Naaini nnd Bernheimerl) Air die Wellenl-n
1 = 666,
689 und 486 pp beetimmt worden; hieraus ergibt mch far
1 = 678pp durch Interpolation
d-- m = - 0,000462.
d 3
Die Angaben der verschiedenen Beobachter fiber die Dichte
des a-Bromnaphthalins weichen nicht unerheblich voneinander
ab; nach Dnfetq iet (bei Bmchr&nkung auf die Air uns erforderliche Glenauigkeit):
dJ
6 = 1,5374 fdr 1’3 = 293O abs., =
d 8
- 0,00103.
Bei Verwendung dieser Werte ergibt sich aus den
Cotton- M o u t o n echen Beobachtungen folgende Tabelle, in
welcher die Bezeichnungen dieselbe Bedeutong haben wie in
der vorigen:
Tabelle 2.
a
~
284,8
320,9
II
-
~
-
1,6626
1,6460
II
d-1,54(18
1,5087
I
P
1
ETI
p
117,O
103,Q
I
I
v.101,68
1,64
Beriickaichtigt man die e r w h t e Unsicherbit, die den
benutzten Dichtewerten anhaftet, sowie da6 die Yessung ron
/Ibei a-Bromnaphthalin mit geringerer Sorgfdt anegeflihrt
wurde ale bei Nitrobenzol, 80 kann man hier, in ifbereinetimmung mit der Theorie, P als merklich konstant bezeichnen.
Nattirlich wird durch zwei so ganz vereinzelte Yessungereihen noch nicht enteahieden, ob die Langerinsohe molekulare Orientierungstheorie in ihrer urepriinglichen Form zur
1)
1885.
R Nseini u. 0. Bernheimer,
Guwetta ahim. itd. 10. S. 59.
2) P. Dufet, Bechecohea exp6rimentelee aur la variation dee ind i m de rbfraction mw l’inflaence de la chalenr. T h h . Parie 1886;
Bdl. eoc. miabral de France 8. 8. 284. 1885.
G. Szicessy.
134
Erklarung der magnetischen Doppelbrechung ebenso unzureichdnd bleibt, wie sie es fur den elektrooptischen Kerreffekt
jedenfalls ist.
Um diese Frage zu beantworten, habe ich daher an einer
Anzahl von Fliissigkeiten Beobachtungen iiber die Temperaturabhhgigkeit der magnetischen Doppelbrechung sngestellt, iiber die ich im folgenden berichte.
II. Vereuoheanordnung.
Optischer Ted der Persuchsanmdnung. Dae Prinzip
Q 4.
der gesamten Versnchsanordnung ergibt sich aus der nebenetehenden schematischen Fig. 1.
SA.9
4"
-a
M
-=--JJ---4
&
&
?
*
,'X
- --1
Br
PP
Fig. 1.
Die von der Lichtquelle Q ausgehende wei6e Stmhlung
wurde mittels des Lineensystems L, auf den Eintrittespalt S,
des Monochromatore M vereinigt. Der Austrittsspalt 8, des
Monochromators, aue dem dann nahezu monochromatisches
Licht des gewbschten Bpektralbezirks austrat, befand sich in
der Brennebene der Lime 4. Dnrch diese wurde die Strahlung somit parallel gemacht, durchsetzte dann das polarisiesierende Nicol P, hierauf die zwischen den (in Fig. 1 nicht
eingezeichneten) Polschuhen des Elektromagneten befindliche
Fliissigkeitsslule PI, alsdann den zur Messung der kleinen
Doppelbrechungen dienenden B r a c e schen Halbschattenkompensator B r und endlich das analysierende Nicol A , um
schliefllich in das Beobachtungsfernrohr P einzutreten.
Beziiglich der Einzelheiten der optischen Teile der Versuchsanordnung ist folgendes zu bemerken:
Ale achtquelle Q diente eine Kohlenbogenlampe, die in
einem Astbestkasten bei etwa 25 Ampere brannte. Das
Bet- Temperaturhoeffizient a h magnetischen Doppelbrechung. 135
Linsensystem I;, bestand aus einem Kondensor, dessen Messingfasaung mit dem Asbeatkaeten fest verbunden war, sowie aus
zwei kleineren bikonvexen Objektivlinsen. Letztere konnten
durch Handregdierung horizontal und vertikal verechoben
werden; es war damit leicht mbglich, auch wenn der Lichtbogen etwas gewandert war, ein scharfes Bild des Bogenlichtkraters auf den Monochromatorspalt S, zu entwerfen. Urn
die Wirkung der Wkmestrahlung herabzudrlfcken, wurde
zwischen Linsensystem L, und Monochromator ein parallelepipedischer Fliissigkeitstrog aus Spiegelglasplatten von 5 cm
Tiefe gestellt, der mit 1o/oiger Kupfersulfatl6sung geffillt war
(in Fig. 1 weggelassen).
Der Monochromator M, ein von der Firma Fr. Schmidt
und Haensch in Berlin stammendes Instrument, bead ein feststehendes Priema in Minimalstellung. Die Einstellung auf den
gewnnschten Spektralbezirk erfolgte durch mikrometrische Bewegung des Eintrittsspaltkollimators %, zur Ablesung der Einstellung diente eine, von einer kleioen Gllfhlampe beleuchtete,
mit Nonius versehene Skala, deren Eichung auf Wellenl&ngen
mit Hilfe einer Quecksilbercadminmlampe ausgefllhrt wnrde.
Die beiden Bilateralspalte S, und S, erhielten solche Weiten,
d a l der ausgeschnittene Spektralbezirk eine Breite von etwa
16 pp besal; das vom Austrittsspalt 8, kommende Strahlenbandel hatte dann noch eine fiir die Messungen hinreichende
Intensitlit.
Bei den folgenden Mesangen ham stets derselbe achmale
Spektralbezirk zur Pertoendung, deasen Mittelpunkt bei L = 589 pp
lag. Polariaator Pund Analyaator A waren Glansche Nicole, deren
Fassungen durch den Doppelwinkel IP (aus Messing) feet miteinander verbunden waren; dieaer Sas verstellbar an einem vertikalen
Stativ S t . Die Entfernung des Polarisatore vom Analyeator
betrug etwa 45 cm; jedes der beiden Nicol b e a d eine Offnung
von 8 x 8 mm. Der Polarisator war innerhalb seiner Fassung
mittels eines kleinen Hebels drehbar; er wurde so eingestellt,
d d seine Schwingungsrichtung mit der Kraftlinienrichbung des
(weiter unten zu besprechenden) Magnetfeldes einen Winkel
von ungeahr 460 bildete. Die Polarisatorfassung enthielt nuberdem die achromatische Linse A,, in deren Brennebene sich der
Austrittsspalt 8, des Monochromators befand, und trug an den
136
0. Szivesq.
Enden die beiden kreierunden Blenden Bl nnd B,, welche das
hindurchgehende Strahlenbiindel in geeigneter Weise begrenzten
(vgL 0 5). Dae Analyeatornicol war innerhalb seiner Faesung
ebenfalle drehbar und befand eich ateta in einer gegen den
Polarisator gekreuzten Lage ; die Gtrobeinstellung erfolgte
mithle eines Hebels, die E’eineinetellung in der iiblichen
Weise, nach Anziehen einer Klemme, mit Hilfe einer Mikrometerschraube.
Der Bracesck tlalbschattenkompensator B r war ein ebenfalls von der Firms Schmidt und Haemch hergeetelltee Instrument rnit variabler Empfindlichkeit; seine Beschreibung
habe ich kiirzlich an anderer Stelle verbffentlichtl), anf die
ich beziiglich der weiter unten benutzten Formeln, sowie aller
Einzelheiten verweieen mbchte. Der Kompeneator war an
einem besonderen vertikalen Stativ befestigt, dss mit dem
Doppelwinkel Iy in keiner Verbindung stand. Die Air die
Orientierung in den Strahlengang erforderliche Vertikalbewegung konnte mittels eines Zahntriebes bewerketelligt
werden. Zur Justierung dienten die FnBechrauben des Stativs,
sowie eine Mikrometerschraube, die eine Drehung um die
Stativachse ermbglichte.
Dem das halbe Gtesichtsfeld bedeckenden Hulbschattenylasstreifen wurde eine solche Pressung erteilt, daB seine relative
Verzbgerung fdr I = 589 pp in den meieten FiUlen etwa
3
I betrug; er war so orientiert, da6 seine Schwingungsrichtung unter 45O gegen die Schwingungsrichtungen der gekreuzten Nicole geneigt war.
Die Kompensatorplatte bestand aus zwei genau gekreuzten
Gtlimmerbl3Lttchen, die zueammen eine hinreichend kleine Verzogerang ergaben ; es gelangten zwei derartige Kompeneatorplatten zur Verwendung, deren Herstellung die optische Anetalt Dr. Steeg und Reuter in Homburg v. d. H. besorgt hatte.
Ihre Eichung erfolgte mit Hilfe einer parallel zur optischen
Achee geschnittenen Quarzplatte, deren relative Verzogerung
Q mittels eines Babinet-Soleilschen Kompensators mit
Halbschatteneinstellung2)bestimmt wurde und fiir I = 689 pp
den Wert
1) G. Seivessy, Zeitachr. f. Phps. 6. 8. 311. 19al.
2) G. Seivesey, Verh.d. D. pbys. Ges. 91. 8.271. 1919.
h r Temperaturkoeffizlicnl der magnetischen Boppelbrechung. 187
= 0,230 I
besall.
1st a das (auf die Schwingangsrichtung des Andyeators
als Nullage bezogene) Azimut der Kompensatorplatte bei der
Halbschattenstellung (d. h. bei der Stellung, fW welche beide
Gesichtafeldhiilften gleich dankel sind), und bedeutet Z das
entaprechende Azimut ftir die zur Eichnng dienende Quarzplattel), so folgt filr die Verz6gerung q~ der Eompensatorplatte
sin tp =sing-sin 2 ii .
sin 2 a
Fur die Verzogerungen cp der beiden Kompeneatorplatten
ergaben sich bei il = 689 pp die in der Tabelle zommmengeetellten Werte.
Tabelle 3.
~~~
Kr. der Kompeneatorplatte
-
I
I1
1 1
2ii
2a
I
cp
_ _ _~_ - - __
11 2 to 39'
1' 06'
0,0081 A
So 22' 1' 17' 0,0244 1
1;
1
I
Die Messuny der magnetischen Boppelbrechung erfolgte nun
in folgender Weise: Nachdem die Halbachattenplatte durch
Pressung eine geeipeta Verzbgernng T erhalten hatte, wnrde
das Halbschattenazimut a der Xompensatorplatte ermittelt,
bevor die im Troge F1 (vgl. Q 6) befindliche Fl&seigkeit doppelbrechend gemacht wurde, d. h. bevor das Yagneffeld eingeecha1te.t war. Hierauf warde letzteres erregt, and daa neue
Ralbschattenazimnt a' der Kompensatorplatte (bei onverhdert
gebliebenem 7 ) gemessen. Bedeutet p den Winkel, den die Eraftlinienrichtung des Magnetfeldes mit der Schwingungsrichtaag
des Analysators bildet, so ist die in Wellenllingen auegedriickte
relative Verzagerung V zwiechen aa6erordentlicher und ordentlicher Welle gegebeu dorch die Beziehung
1
eincp
sin4P
W = :-zn
. 2 a'- sin 2 u)
(sin
.
/? wurde, wie schon oben erwiihnt, naheza gleich
46O ge-
l ) ifber die Meeeung der Halbechattentlzimute vgl. Q. SEivesey,
Zeiteohr. f. Phys. 6. S.311. Q 2. 1921.
A d e n der Phplk. IV. Folgs. c8.
10
138
G. Szivessy.
wiihlt, aber nicht genau bestimmt; da also bloS '9, u und a'
bekannt waren, so ergab sich aus den Beobachtungen nur die
QrilBe
(5)
UJ
1
= Vrsin2p = Gsinrp(sin2u'-
sin2u).
/? behielt bei siimtlichen Messungen seinen Wert bei;
ebenso wurde die Liinge 1 der durchstrahlten Flilssigkeitsschicht, sowie die Stirke H des Magnetfeldes bei allen
Messungen, die miteinander verglichen werden sollten, konstant
gehalten. Die ermittelten Werte UJ waren daher nach der
Qleichung (1) den entsprechenden Cotton -Moutonschen
Konstanten C proportional. Da far diese Untersuchung aber
nur relative Werte in Frage kamen, so geniigte in allen
Ftllen die Feststellung von UJ.
Der Bracesche Kompensator war so angebracht, da6 die
Halbschattenplatte zwischen Kompensatorplatte und Analysator
zu liegen kam. Die Beobachtung der Trennungslinie der
Halbschattenplatte erfolgte mittele des kleinen, mit dem Analysator fest verbundenen astronomischen Fernrohrs F, dessen
Okularteil fur die Scharfeinstsllung mit einer Schneckenfiihrung versehen war.
8 5. Magnetfeld und Fluss&keirstrog. Das Magnetfeld
wurde durch einen groSen Hartmann und Braunschen
Halbringelektromagneten erzeugt, der so aufgestellt war, da6
seine Kraftlinien vertikal verliefen. Die zylindrischen Polschuhe hatten einen Durchmesser von 8 cm, der Abstand
ihrer horizontalen Endfliichen, der bei allen Messungen gleich
blieb, betrug 0,8 cm. Ale Stromquelle diente eiae Batterie
von 40 Akkumulatoren. Die Stromstiirke konnte mittels eines
Ruhstratrequlierwiderstandesvom Beobachtungsplatze aus stetig
veriindert werden und wurde an einem Priizisionsamperemeter
festgestellt, dessen Spiegelglasskala 1/6 Ampere abzulesen und
'Ilo Ampere zu schiitzen gestattete; sie betrug bei allen
Messungen 19 (&- 0,l) Amp. Die mit einer B a r t m a n n und
Br a u n schen Wismutepirale gemeseene Feldstarke ergab sich
dann bei dem angegebenen Polabstande zu etwa 10000 Gauss.
Qenaue Kenntnis derselben war nicht erforderlich, d s nur Vergleichsmessungen ausgefiihrt wurden ; wesentlich war nur, daS
sie wiihrend einer Messungereihe denselben Wert beibehielt, was
Der TempctaturhoefFzient der mpetischen Doppelbrechung. 1 59
darch Konetanthalten des Speisestrome erzielt wurde. Da aich
wllhrend einer liingeren Beobachtnngsdauer die Wickelungen
des Elektromagneten erwhnten and infolgedeseen die StromatKrke etwas abnahm, 80 m d t e diese durch Vemngarnng des
Vorschaltwidersbdes auf ihren ursprbglichen Wert gebraoht
werden. Kleine Stromechwankangen hatten tibrigens keine
merklichen hderungen der IntenaiUt des Magnetfeldes zur
Folge, da eich dieeea bei 19 Amp. echon im geeibttighn Zustande befand. Um eine Erwlirmang der Polschuhe zu vermeiden, war jeder von einer Spirale aue Kupferrohr (von 4 mm
llnSerem und 2,5 mm lichtem Durchmesser) umgeben (FSg. 3,A);
W
Fig. 2.
die beiden Spiralen (von j e 5 Windungen) warden, durch eine
Schlauchverbindung hintereinandergeechaltet, an die W m r leitung ongeschloesen und w&hrend der Auefnhrnng der Beobachtungen danernd durchspiilt.
Der Riidrigheitstrog (Fig. 2,B) war am untaren PoMuhp
angebracht. Er bestand aw einer Messingplatte I von 11cm
Llinge, 4,3 cm Breite und O,? cm Htihe, die drei parallele
Anebohrungen von kreisfirmigem Querschnitt enthielt; die
mittlere Ausbohrung d von 0,Sm Dnrchm-er
diente zur
Anfnahme der zu antereachenden Fltbeigbit, die beiden
anderen aeitlichen (von j e 0,4 am Durchmeeeer) warden von
der Temperierungafltiesigkeit (Wasser) durchqiU (vgl. Q 6)
10.
140
C. Szivessy.
An den Enden der Messingplatte waren zwei rechtwinklige
prismatische Meseingatiicke al und a, von 2,6 x 2,6 cm
Seitenfliche angelbtet, durch welche sich die drei erwlihnten
Ausbohrungen forteetzten; sie entbielten auBerdem Qewinde
fiir die Schraubenverschliisse s1 und s,. Die Anaatzrohre r
bildetcn die Fortsetznngen der beiden fhr die Temperierungsfiiissigkeit dienenden seitlichen Ausbohrungen der Messingplatte. Diese besaf3 ferner zwei Ansatzstiicke hl, h, von je
4,2 cm Lfnge und 1,7 cm Breite. Das eine derselben (h,)
lies sich mittels Schwalbenschwanzfiihrnng zwischen die 0,s cm
hohen Fiihrungsleisten fi, fi einschieben; letztere war anf dem
Messingring v aufgeschraubt, dessen rechteckiger Querschnitt
1,l cm breit und 0,5 cm hoch war und der auf dem Polschuh p
Fig. 3.
drehbar sa6. Das Aufsuchen der Lage, bei welder das
Strahlenbiindel die Bohrung d durchsetzte, ohne deren Wandung zu streifen, erfolgte durch Handregulierung mit Hilfe des
Ansatzes h,; zur Fixierung dieser Stellung diente die Klemmschraube to.
Wie aus den obigen MaBangrrben ersichtlich, hatte die
Messingplatte m eine 0,l cm geringere Hiihe als die Biihrngsleisten f l , f a ; hierdurch wurde verhindert, dab beim Erregen
dos Mdagnetfeldes die (sich drtnn etwas nahernden) Polschuhe
die Platte festklemmten. Zu diesem Zwecke wurden auSerdem
zwei kleine, 0,8 cm hohe Messingzylinder z zwischen die Polschuhe, in die den Fiihrungsleisten gegeniiberliegenden Ecken,
eingeschoben.
Die Llinge der ganzen Fliissigkeitssiknle betrug 12,8 cm;
zu ihrem Abschlusse dienten die beiden Spiegelglasplattchen
g1 und 9, von 0,l cm Stiirke nnd 1,6 cm Durchmesser, die
B e t Temperabrkoefjiimt der magnetischen Doppelbrechung.
111
zwecks Abdichtung zwischen diinnen Korkringecheibea lagen
und von den Schraubenverschlfisaen s , , 5 festgehdten wnrden.
Sie dnrften keine Doppelbrechung anfweisen, mu6ten also
spaunnngsfrei sein. Die Prtlfung anf Spannnngehiheit erfolgte
in der Weise, da6 das Halbschattenazimut a der empfindlicheren Kompensatorplatte (Kompensatorphtte Nr. I) anfgesucht wurde, bevor sich der Trog zwischen den Polschuhen
befand; dann wurde dieser, nach Einsetzen des zu prllfenden Verg1 oder gs, zwischen die Ftihrungeleisten f , , f ;
schl~6pllitt~hens
eingeschoben. Die Halbschattenstellung des Braceechen Kompensatore mu6te d a m ungehdert bleiben, d. h. keine der beiden
Gesichtsfeldhlilften durfte eine Intensitatslinderung aufweisen.
Unter einer gra6eren Anzahl von Verschluljglaepllittchittchen fanden
sich einige, die den gednschten Anfordernngen entsprachen.
Die Verwendung der Schraubenverschlfisae elaies sich a18
notwendig, weil ein spannungsfreies Auf kitten der Verschln6glasputtchen bei den benutzten hoheren Temperaturen amgesohloesen war. Anderereeite konnten die Schranbenverechliisse
nicht zwiechen den Polschuhen angebracht werden, da sonst
aus hhnischen Griinden der optisch nutzbare Qnerschnitt der
Fhssigkeitssliule zu eng geworden ware; dies hatte znrFolge,
da6 die Fltlssigkeitssiiule nicht zwischen den Polschuhen
endete, ihre Enden daher zum Teil ganz au6erhalb des Magnetfeldes lagen, zum Teil einem schwhheren Magnetfelde
ausgesetzt waren, als ihr mittlerer Teil. Da aber nur relative
Messungen ansgefiihrt wurden, so bedingts dieser Umstand keine
weiteren Nachteile; wesentlich war nur, da6 bei allen zu vergleichenden Messungen die Lage der Fliiesigkeitssiiule relativ
znm Magnetfelde umgeiindert blieb, was atets der Fall war.
Zum Einfillen der zu untersuohenden Fliissigkeit dienten
die beiden Ansatzrohre aus Messing 0, und O8 von 2 cm
L%nge, 0,06 cm WandstZirke und 0,5 cm lichtem Durchmeeser.
Es wurde stets so vie1 Fltlssigkeit eingeftlllt, da6 daa Niveau
sich innerhalb der Ansatzrohre 0,, 0, befand; die Flfissigkeit
konnte sich so bei der Erwlirmung nngehindert awdehnen, ohne
da6 bei der darauffolgenden Abkiihlung Luftblasen eintraten.
Vor dem Emfillen der Fliiseigkeit wurde die Ansbohrung d sorgmtig gereinigt und dann ihre Wendong mittels
einer Benzollampe schwach beruSt, um Reflexe des hindurch-
142
G. Szivesg.
gehenden Strahlenbiindels zu vermeiden; demselben Zwecke
dienten die an der Polarisatorfassung angebrachten heisrunden
Blenden Bl und B, (Fig. l), durch welche daa Strahlenblindel
binreichend eingeengt wurde.
Q 6. Herstellung Ronstanter Temperaturen und ihre Messung.
Die Heratellung konstanter Temperaturen der zu untersuchenden
Fltiesigkaiten, eoweit sie oberhalb der ,,Zimmertemperatur"
lagen, erfolgte mit Hilfe yon erwarmtem Wasser, welches mit
einer der gewlinschten Temperatur entsprechenden Striimungsgeechwindigkeit die beiden seitlichen Ausbohrungen der Messingplatte m (Fig. 2) durchflofl, deren Fortsetzungen die Ansatzr o b e r bildeten. Die Richtung der StrBmung war zuweilen
die in Fig. 2 durch Pfeile angedeutete, manchmal auch die
entgegengesetzte.
Um das stdmende Waeser auf die erforderliche Temperatur zu bringen, wurde die Vorrichtung benutzt, die man
auch bei dem Pulfrichschen Refrsktometer zur Erzielung
htihewr Temperaturen verwendet.') Dae aus der Wasserleitung
kommende Waaaer lief zuerst durch einen Wasserdmckregulator, durch welchen die in der Wasserleitung vorhandenen
Dmokechwankungen beseitigt wurden, hieranf durch eine aus
einem etwa 3 m langen Kupferrohr bestehende Temperiernngsspirale und durchstr~mtedann die seitlichen Ausbohrungen
die Yessingplatte. Die Temperierungeepirale befand sich
zwischen zwei ineinander gesteckten Rohren , deren inneres
einen Kupferboden b e d ; dieeer wurde durch eine oder mehrere Bunsenflammen erwiirmt. Die Geachwindigkeit dee
Wasserstromee wurde, j e nach der zu erzielenden Temperatur,
durch einen Quetschhahn reguliert.
Bei Beobachtungen, die etwa bei Zimmertemperatur angestellt wurden, kam dae Waseerleitungewasser ohne Vorwarmung zur Benutzung. Temperaturen unterhalb der Zimmertemperatur wurden erzielt, indem die Temperierungsspirale in
ein grofles, mit Eiewaseer gefiilltea GefIit3 gebracht wurde;
bei Messungen, deren Ausftihrung in die Wintermonate fiel,
wurde zuweilen auch so verfahren, d d die Beobachtungen im
1) Vgl. die Drnckachrift der Firms C. Zeiaa, Jena: Beachmibung
und Anweimng sum Gebrrruch dca Refraktometera nach Pulfrich (New
kouatr. 1896). Neudrnck 1906.
Dcr Temperahrkoeffilient der magmtischen Doppelbrschung. 143
nngeheizten Raume ausgefahrt d e n , nachdem deseen Feneter
eine Zeitlang offen geetanden hatten.
Die Messung der Temperatur der 241 anteranchenden
Fllissigkeit erfolgte mit Hilfe zweier Kupferkonstsntanthermoelemente (Fig. 3, t,, fa). Die Zuleitungen zu der einen Lbtstelle eines jeden dieeer beiden Thermoelemente gingen durch
die Korke nl,%, welche den VerschluS der Aneaterohre O,, 0,
bildeten. Die andere Latstelle, die fnr beide Thermoelemente
gemeinsam war, und durch einen Umachalter bedarfsweieein den
Kreis von tl bzw. von ta geechaltet werden konnte, befand
sich in einem Olbade, deseen Temperatur an einem
Quecksilberthermometer abgeleeen wurde. Die Temperatur dee
Olbades folgte den Schwankungen der Zimmertempemtur nur
aehr langsam nnd blieb w&rend der Dauer einer Temperaturmessungsreihe konatant.
Die Yesenng der thermoelektrischen Potentialdifferenegescbah
durch Kompensation, die hierbei
benntzte Szhaltung folgt am Fig. 4.
In dieeer bedeutet t die zur
Messung der Flliseigkeitstemperstur dienende, to die im Olbade 1
befindliche Mtstelle. G war ein
Fig. 4.
a19 Galvanoskop dienendee Hartmann und Braunschee Drehspnlspiegelgelvanometer, A ein
WliPrazieionsmilliampmeter mit Spiegelglaaskala, die
ampere abzulesen gestattete, 1 ein Akhmolator; B,, Ra, Rs
waren Prazieionsstiipselrheosta~n
, W ein regulierberer Vorschaltwiderstand. Bs war etets gleich 1 Ohm; im Falle der
Kompensation ergab eich daher die thermoelektrieche Potentialdifferenz e zu
falls J die am Milliamperemeter A abgeleeene Stromsthke bedeutet. Versteht man unter 6 die Temperatur der Lbtetelle t,
unter t p 0 die Temperatnr der Lbtatelle to, 80 iet
t? - a0=k c .
Der Reduktionsfaktor R jedee Thermoelemente wurde beetimmt, indem die Lfitstelle t in die Diimpfe eiedender Flareig-
144
G. Sziuesry.
keiten (Schwefelkohlenetoff, Methylalkohol, Wasser) gebracht
Quecksilberthermowurde, deren Temperaturen an oinem
meter abgelesen wurden.
Um Temperaturschwankuugen zu vermeiden und a110
Teile der Fliissigkeitssiiule auf dieselbe Temperatur zu bringen,
mu6te die Temperierungsfliissigkeit die Apparatur lii~gereZeit
durchstr6men; Temperaturen von 40° C nnd haher erforderten
zuweilen eine Vorwiirmungszeit von einigen Stunden. Es war
aber bei geeigneter Regulierung der Strbmungsgeschwindigkeit
und hinreichender Geduld stets maglich, einen stationiiren Zustand zu erreichen, bei dem die Angaben der beidenThermoelemente t, und tr auch bei hoheren Temperaturen merklich
konstant blieben und wiihrend der Dauer einer Meesungsreihe
Stunde) um nicht mehr als 'lao
voneinander
(etwa 'Iabis
abwichen.
Da die beiden Thermoelemente in der NIhe der Enden
der FIiissigkeitssiiule ea6en, so muSte noch festgestellt werdm,
ob ihre Angaben wirklich der mittleren Fliissigkeits~emperatur
entsprachen, d. h. ob nicht der mittlere Teil der Fliissigkeitssiiule eine wesentlich verechiedene Temperatar beeall. Die
Nachprflfnng erfolgte durch mehrere besondere Vorversuchsreihen mit Hilfe eines dritten Thermoelementa fa, dessen LBtstelle sich in der Mitte der Fliissigkeitssiiule befand (in Fig. 3
geatrichelt gezeichnet) und das natiirlich nachher bei Ansfiihrung der optischen Messungen entfernt wurde. Nun lagen die
Enden der Fliissigkeitssiiule ziemlich tief innerhalb der Messingplatte, und dies hatte zur Folge, daS in der Tat eine gleichm'88ige Temperierung aller Teile der Fliissigkeitssiiule erzielt
werden konnte.
Ale Beispiel fiihre ich die beiden folgenden Messungsreihen an, bei welchen 3,,Zpz, a3die von den betreffenden
Thermoelementen festgestellten Temperaturen der Fliissigkeit
bedeuten, die in einem Falle (Tab. 4) Wasser, im anderen
Falle (Tab. 5) Nitrobenzol war. Beide Beobachtungsreihen erstreckten sich iiber die Dauer von otwa einer halben Stunde,
die Einzelmessungen jeder Reihe hatten einen zeitlichen Abstand von etwa 6-6 Minuten.
Der Eintritt gleicher Temperatur in allen Teilen der
Flbeigkeitssiiule machte sich auch dadurch kenntlich, da6 die
Der Temperaturkoeffizicnt
Temperaturkoeffizicnt der
der rnagnetischeri
rnagnetischeri Doppelbrechicni/.
Doppelbrechicni/. 145
145
Der
Tabelle 4.
T a b e l l e 5.
(Waseer.)
Yittlere Temperatnr: 291,2O abe.
(Nitrobeneol.)
Mittlere Temparatnr: 816,2O abs.
_ _ __
_.
291,l
29 1,2
291,2
--
__ -
291,O
291,O
291,2
-
291,2
291,3
291,2
316,O
316,2
316,4
316,5
316,2
316,O
3 16,2
316,3
sonst auftretenden Schlierenbildungen und hiervon hervorgerufenen lhtigen StElrungen des Kompensatorgesichtsfeldes
gbzlich verschwunden waren.
8 7 . Gang einer Msssung; Bestimmung von Brechungsindex
und Uichte. Der Gang einer Messung der magnetischen
Doppelbrechung war durch die aufeinander folgende Ausftihrung folgender Schritte gekennzeichnet :
1. Fnllung dea Fllissigkeitstroges mit der zu untersucbenden Fltissigkeit und Onentierung in den Strahlengang (0 6).
2. Ingangaetzung der Ktihlung der Polschuhe des Elektromagneten, sowie der Temperiernngsvorrichtnng fUr den Fltiasigkeitatrog.
3. Nach Erzielung konetanter Temperatnr (8 6) Ztindung
der Bogenlampe und Yessung des Azimuts a der Halbschatteneinstellung des Bra c e schen Kompensators uor Erregung des
Yagnetfeldes (8 4).
4. Feetatellung der von den Thermoelementen tl und ts
angezeigten Temperaturen ; diese dnrften untereinander im
Mittel h8chstena nm
O abweichen (8 6).
5 Erregung des Magnetfeldes nnd Messnng des dadurch
geiinderten Azimuts a' der Halbschattenstellnng (g 4).
(I. Ausschaltung des Mapetfeldes nnd erneute Messung
der Fl~ssigkeitetemperatur; dime durfte von der unter 4. ermittelten mittleren Temperatur nicht abweichen.
7. Zur Kontrolle nochmalige Measung dee Azimuta a der
Halbschattenstellung, welches mit dem unter 3. gemessenen
iibereinstimmen mubte.
146
G. Sziuessy.
Die Prufung der Formel (4) erfordert auch noch die
Kenntnis des Brechuiigsindex und der Dichte der Flu.ssigkeit als
Punktion der Temperatur.
Zur Messung der Brechungsindizes n der Fliissigkeiten
diente ein von C. Zeiss-
und ihrer Temperaturkoeffizienten
Jena geliefertes P u l f r i c hsches Refraktometer (Neukonstruktion'); a l e Lichtquelle diente eine Natriumflamme, die verschiedenen Temperaturen wurden durch einen konstant temperierten Wasserstrom erzeugt und mittels eines Quecksilberthermometers festgestellt , das 1/6 O ahzulesen gestattete. Der
Brechnngsindex jeder Fliissigkeit wurde fiir vier Temperaturen
9. ermittelt, die in dem fiir die Messung der magnetischen
Doppelbrechung in Frage kommenden Temperaturintervall
lagen; aus den so ermittelten Wertepaaren 8, n wurde der
Temperatukoeffizient
durch Interpolation berechnet.
Die Yessung der Dichten 6 der Fliissigkeiten erfolgte in
der iiblichen Weiae mittels Pyknometers; zur Erzielung der
Temperaturen, die hoher lagen als die Zimmertemperatur,
diente ein Wasserbad, dessen Temperatur dnrch einen Quecksilberthermostaten konstant gehalten wurde. Die Bestimmnng
dd
des Temperaturkoeffizienten d:, wurde in ganz entsprechender
Weise durchgefiihrt, wie die eben erwilhnte Ermittlung des
Temperaturkoeffizienten fiir den Brechungeindex.
III. Ergebnieee.
8 0.
Allgemeines uber die Messungsergebnisse. In den
folgenden Paragraphen siud die an den einzelnen untersuchten
Fliissigkeiten erhaltenen Messungsergebnisse mitgeteilt.
Bezuglich der in den Tabellen enthaltenen Angaben ist
allgemein folgendes zu bemerken:
9. bedeutet die mittlere absolute Fliissigkeitstemperatur.
Er ist
9. - a'+ 8''
2
'
wobei unter 9.' die vor Messung der Doppelbrechung ermittelte mittlere Fliissigkeitstemperatur zu verstehen ist, und
1) C.
Pnlfrich, Zeitachr. f. Inatrumentenkunde 16. S. 389. 1895.
Der TemperaturRneffizient der rnagnetischen Boppelbrechuny. 147
9." die entsprechende Temperatur nach Ausfiihrung der
Yessung bedeutet (8 7). '?i (und ebenso 8'')wurde als Yittel
aus den Temperaturangaben der beiden Thermoelemente erhalten, indem die elektromotorische Kraft jedes Thermoelements 6-7 ma1 kompensiert und hieraus das Mittel gebildet
m d e . Die mittleren Angaben der beiden Thermoelemente
wichen, wie schon bemerkt, um weniger als 1/80 voneinander
ab, dasselbe gilt von 9.' und 9.".
n ist der Brechungsindex fir die Wellenlinge 1= 689 pp,
auf die sich, wie echon bemerkt, alle Yessungen beziehen; da
die Temperaturen, bei welchen die Bestimmung der Brechungsindizes erfolgte, im allgemeinen nicht mit den Temperaturen
zusammenfielen, bei denen die Messung der Doppelbrechung
ausgefiibrt wurde, so wurden die in den Tabellen angegebenen
We& der Brechungsindizee aus dem Temperaturkoeffizienten
dn
- (Q 7) und dem in der Vorbemerkung zu den Tabellen and4
gegebenen Wertepaar 9, n bezeichnet.
b bedeutet die Dichte; ihre Berechnung BUS den experimentell ermittelten Werten geschah in entsprechender Weise,
wie Seben ftir den Brechungsindex angegeben.
P ist nach der Formel (3) aus 9, n und 6 berechnet.
ac ist das Azimut der Halbschatteneinstellung des B r a ceschen Kompensators, bevor die Fllissigkeit durch Erregen des
Magnetfeldes doppelbrechend gemacht wurde ; die angegebenen
Werte von Q sind das Mittel aus 6-7 Einzelahlesungen.
a' bedeutet das Azimut der Halbschatteneinstellung nach
Erregung des Yagnetfeldes; es ist ebenfalls das Mittel aus
6-7 Einzelablesuogen.
@ iet der nach Formel (5) aus ac, oc' und tp berechnete
Ausdruck, welcher der relativen Verzbgerung Y in (1) proportional i s t Bei jeder Tabelle ist angegeben welche Kompensatorplatte zur Verwendung kam; der entsprechende Wert von
cp ergibt sich aus Tabelle 3. Der mittlere Fehler des Yittels
von @, berechnet a m 6-7 Einzelmeseungen, lag bei Benntzung der Kompenaatorplatte I nicht oberhalb 0,7 %; bei
Benutzung der Kompeneatorplatte I1 war er, infolge der scharferen Einetellungsmbglichkeit, etwas kleiner.
Q bedeutet das Verbiiltnis W/P. Da nach (1) nnd (6\
,
148
G. Sziuesg.
cl, = lH2sin2@.C'
ist und die,Groben I, H, @ koustant gehalten wurden, so ist
Q dem Verhaltnis Q = C/P proportional.
A bedeutet den Ausdruck
der durch Interpolation ermittelte, der Temperatur
wo
9 = 293O abs. entsprechende Wert von Q ist.
Nach der Theorie mii6te (vgl. 8 2) Q und somit such Q
von der Temperatur unabhiZngig sein; d rnupte daher, falls
die Langevinsche molekulare Orientierunystheorie der Wirklichkeit
entspricht, fur samtliche Temperahten verschwinden.
A m
7
3
2
!$
Fig. 5.
In Fig. 5 ist far die einzelnen untersnchten Fliiseigkeiten
A als Funktion der Temperatur eingetragen.
Q 9. Nitrobenzol. Das Nitrobenzol war von Kahlbaum
ale chemisch bezogen worden und wnrde ohm weitere Reinigung untersucht.
Fur den Brechungsindex erhielt ich:
dn
d 8
n = 1,5523 fiir 4 = 293,60 abs.; - = - 0,00047,
ftir die Dichte:
Der Temperaturkoeffixient der magnetiachm Doppelbrechting. 149
6 = 1,2020 fdr 6 = 293,OO abs.;
=
- 0,00095.
Diem Werte nnterscheiden sich nur unerheblich mn den
entsyrechenden, von F a l k 1) angegebenen.
Tabelle 6.
Nitrobenzol.
(Kompeneatorplatte 11; Qto; = 3,28* lo'*.)
_ _
__
278,4 1,559411,2159 0,0550'8
'
289,2 1,5544 1,2O56IO,ObiM 18
298,B 1,6498 1,1964 0,0500 18
909,4 1,6449 1,186410,047818
320,l 1,58B8 1,1765/0,04668
329,8 1,5365 1,16?5110,O48818
34'
32
90 12 22
12 I1 47
29 11 49
04 11 14
1,92
1,74
1,61
1,50
1,99
1,32
3,50
3,33
8,22
3,15
3,05 3,02 ~
11
I 1 I
4
6,7/ 2,35
1,5 2,28
1,8 2,20
4,6 2,15
7, 2,09
7,9 2,05
I
i
67,l
68,5
68,3
68,7
~
68,5
I 67,9
Q nimmt, wie man sieht, mit zunehmender Temperatur
ab; bei Nitrobenzol allt also die Cotton-Montonsche Konstante mit zunehmender Temperator stiirker ab, als die
Lan gevinsche molekulare Orienticrungstheorie verlangt. Dies
steht qnalitativ im Einklang mit den in 6 3 besprochenen
Cot t o n - M o u t o n schen Beobachtnngen. Die Temperaturabhgngigkeit von A ist ans Fig. 6, Knrve 1, ersichtlich.
Will man die emanten Cotton-Moutonschen Beobachtnngen zum quantitativen Vergleich henmziehen, so ist
allerdings m beachten, da6 diese bei der Wellenlhge 1= 618 p p
ausgenihrt wurden, wiihrend ich die WellenUnge A = 589 pp
benutzt habe. Doch liegen diese beiden Wellenlsngen und
die ihnen entsprechenden Brechungsindizes nicht weit voneinander ab, und ee eind daher in der vorletzten Spalte der
Tab. 6 die eich aus den Cotton-Moutonschen lldeaaungen
ergebenden, aus Tab. 1 dnrch Interpolation ermitteltsn Werte
von 'F angegeben. Das VerhiUtnis T / Q , das in der letzten
Spalte eingetragen ist, m a t e konstant 5th; die Abweichnngen
liegen zwar znm Teil etwas auSerhalb der Beobachtungsfehler,
doch kann man, in Anbetracht der Schwioierigkeit der Yessung
dieser kleinen Doppelbrechungen bei hbheren Temperatmen,
die quantitative Ubereinstimmnng zwischen meinen Beob1)
K. Gl. Falk, Jonm. Amer. Chem. SOC. 31. 9. 809.
1909.
G. Szivessy.
160
achtungen und jenen Cottons und Moutons als hinreichend
befriedigend bezeichnen.
9 10. Chlotbenzol. Das Chlorbenzol war von F. Merck
als - chemisch rein geliefert worden und kam ohne weitere
Reinigung zur Verwendung.
Fiir den Brechungsindex ergrrb sich in naher Ubereinstimmung mit den Beobachtungen von P e r k i n l):
dn
n = 1,5250 fiir 8 = 292,8O abs.; --d 4 = - 0,00055.
Die Dichte und ihr Temperaturkoeffizient wurden bestimmt zu:
d = 1,1079 fUr 9 = 291,5" abs.; d J = - 0,00107,
was von den Angaben Youngs2) nnd B i r o n s g nur unerheblich abweicht.
Tabelle 7.
Chlorbeneol.
(Kompcnsatorplatte I ; Qlo; = 10,30-
- ---.
4
~
n
. ____
J
-~
278,2 1,5330 1,1221
287,9 1,5277 1,1117
297,9 1,5222 1,1011
308,2 1,5165 1,0900
317,9 1,5112 1,0797
328,l 1,5056 1,0687
U.108 A.10'
__ -
-_____20,5 25
25 24
28 24
31,5 24
34 24
11,5
57,5
44
35
27,5
I
--
4,99
4,60
4,24
5,97
3,76
10,89
10,51
10,16
9,84
9,64
9,54
587
290
- 1,4
- 4,5
- 6,4
- 7,4
Wie bei Nitrobenzol, so nimmt auch bei Chlorbenzol die
Cotton-Moutoneche Konstante mit zunehmender Temperatur
stlirker &b, als die Langevinsche molekulare Orientiemgstheorie verlangt; die Temperaturabhiingigkeit von A wird durch
Fig. 5, Kurve 2, dargestellt.
Q 11. Brombenzol. Das Brombenzol war ebenfalls von
Merck ds chemisch rein bezogen worden und kam ohne besondere Reinigung zur Untersochnng.
Der Brechungsindex nnd seine Temperaturabhilngigkeit
wurden zu
n = 1,5649 fur 6 = 283,2O abs.; dn
- = - 0,00053
d4
1) W.H.Perkin, Journ. chem. BOC. 61. 6. 298. 1892.
2) S. Young, Scint. Proc. 11. Dublin Soe. (N. S.) 12. S. 374. 1910.
3) E. Biron, Journ. de la BOC. phya.-chim. msae 42. S. 147. 1910.
Der Temperaturhoeffizient der magnetischen Doppelbrechung. 15 1
bestimmt; diese Werte weichen von den von Perkin') angegebenen nnr wenig ab.
Fnr die Dichte ergab sich, in befriedigender ubereinstimmung.mit den Angaben von Young4) und Birons):
h'
=
1,4948 fiir 9.
= 2Y4,5O
abs.; dd:,J
- 0,00133.
=
Tabelle 8.
Brombenzol.
_.
.~
.-
__
_ _
-
277,7 1,5678 1,5171 0,0692
288,l 1,6823 1,6033 0,0669
297,5 1,6674 1,4911 0,0631
308,6 1,5615 1,4762 0,0599
317,9 1,6466 1,4637 I, 0,0674
327,7 1,6413 1,4506 ' 0,0660
/
1,
I
1
21'22'
25O 7,5'
21 YO 24 57,5
21 30 24 43
22 14 25 12,5
22 34 1 26 22
22 47 25 27
I
4,88
4,49
4,18
3,86
3,61
8,44
,
7,04
6,81
6,62
6,42
6,29
6,25
1
6,2
1,8
- 1,0
- 4,O
- 6,O
- 64
Brombenzol zeigt also ganz iihnliches Verhalteu wie
Chlorbenzol und Nitrobenzol ; der Temperaturverlauf von d
wird durch Fig. 6, Kurve 3, veranschaulicht.
0 12. Pseudocumol. Dm zur Untereuchung gelangte
Peendocumol war von Merck ale ,,technisch" (Siedepunkt 160
bis 170° C.) geliefert worden; eine besondere Beinigung erfolgte nicht.
Flir den Breohungeindex wurde gefunden :
dn
n = 1,5124 filr 4.= 291,OO abs.; dJI
Yiir die Dichte ergab sich:
b = 0,8994 fir 9. = 294,OO abs.; dY
dd
_ _-
.
278,l
298,O
301,8
310,4
319,9
327,5
1,5102
1,6113
1,5067
1,5021
1,4971
1,4931
. ..
,
0,00053.
= - 0,00083.
Tabelle 9.
I
T'----1--
0,9126 0,0401
0,9002 0,0873
0,8929 0,0868
0,8858 , 0,0844
0,8779 11 0,0330
0,8716 1 0,0319
,
--
I(
--
21° 15'
21 17
21 81,5
41 25
21 29
21 33
25O 18'
24 54,5 4,71
24 46,s 4 4 4
24 89
24 30
1,20
2) S. Young, a. a. 0. 3)E.Biron
3) E.Biron, L LO.
W.
I1)) W
. HH.
. PPerk
e r k i ni ,na . aa.. a.
O .0. 2)S.Young,a.a.O.
152
G. Szioersy.
Pseudocumol verhielt sich wie die bisher besprochenen
Fliiseigkeiten; die Abweichungen zwischen Beobachtungen und
Theorie sind hier allerdings etwas geringer, wie die durch
Fig. 5, Kurve 4, dargestellte Temperatorabhhgigkeit von
A xeigt.
9 13. a-Bromnapkthalin. Da untersuchte u-Bromnaphthalin stammte von Kahlbaum; es war als chemisch rein geliefert worden und wurde keiner beeonderen Reiuigung unterworfen.
Die Angaben far den Brechungsindex und die Dichte dee
u-Bromnaphthab weichen bei den einzelnen Autoren nicht
unerheblich voneinander ab. l) Ich erhielt
fur den Brechungsindex:
d ?a
n = 1,6600 fdr 9. = 292,OO abs.; - =
a4
f i r die Dichte:
J = 1,4977 f i r 9 = 292,OO abs.;
=
- 0,00046;
- 0,00099.
Tabelle 10.
a-Bromnaphthalin.
(Kompeneatorplatte 11; QnB: 5: 2,40.10-*.)
__
278,'l 11,6661
287,s 1,6619
298,7 1,6569
808,9 1,6522
819,l 1.6475
825,4 1,C44G
1,5109
1,5019
1,4911
1,4810
1,4709
1,4646
0,0742
0,0712
0,0678
0,0649
0,0622
0,0606 ,,
I
8O 22,5'
8 25
8 31
8 84
8 87,s
8 42
12O 40'
12 81
12 25
12 17
12 11
12 9,5
2,39
2,38
- 0,4
- 0,8
Bei a-Bromnaphthalin Bind die Abweichungen zwischen
den beobachteten Werten und den nach der Langevinschen
molekularen Orientierungstheorie berechneten sehr klein ; der
Gang der Abweichungen ist zwar derselbe wie bei den iibrigen
Fliiesigkeiten, doch liegen die Unterschiede zum Teil hart an
der Grenze der Beobachtungsfehler, wie sich such aus der
durch Fig. 6, Kurve 6, veranschaulichten Temperaturabhbgigkeit von d erkennen last.
1) Vgl. E. B. die Zusammcnatellung l e i P. Dufet, Recueil de
Donakee numkriqueu. Optique 1. 8.109. 1898.
163
Ber Temperaturkoefflxieni usw.
Diesee h r u-Bromnaphthalin gewonnene Ergebnis iat in
Ubereinetimmnng mit den (in 0 3 besproohenen) Beobschtnngen,
die Cotton und Mouton an dieeer Fltiesigkeit angestellt
haben.
0 14. Zusammenfassung. Es wurde der Temperaturkoeffizient der magnetisohen Doppelbrechung bei ftinf verechiedenen Fltiseigkeiten (Nitrobenzol, Chlorbenzol, Brombenzol, Psendocumol nnd a-Bromnaphthalin) gemeasen. Die
aus der Langevinaohen moleknlaren Orientierungstheorie fur
eine bestimmte Wellenlhge gefolgerte Beziehnng
+ 2)*
C-konst. d (n*
nY
(C Cotton-Moutonsohe Konstante, 6 Dichte, n Breohungaindex, 4. absolute Temperetur der Fltiesigkeit) wurde von den
Be~obechtnngennicht beetgtigt.
Die Cotton-Moutoneohe Konstante nimmt vielmehr bei
abnehmender Temperatur stbker zn, a l e jene Theorie verlangt.
Am grblten waren die Abweichungen bei Nitrobenzol, am
geringsten bei a-Bromnaphthalin.
Mtinster i. Westf., Phpikalisches Institut der Univeraitiit,
Miirz 1922.
(Eingegtmgen 24.
Aanden der
F%*.
IV. Folge.
68.
MHrg 1922.)
11
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