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Der Wechselstrom - Gleichstromeffekt an Wismut- Antimon- und Tellurdrhten.

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149
6. Der Wechselstrom -Gleichstm~omeffe7ct
an Wismut-, Antimon- und l'e1ZurdrBhtew;
von) H. G e i p e 1.
(Auszug aua der Leipziger Dissertation.)
T. Einleitung.
L e n a r d ' ) fand an Wismut, Antimon und Tellur verschiedene Leitfahigkeit fur Gleichstrom und Wechselstrom von der
Periode 10000. Die Differenz o - c der Widerstande bei
oszillierendem rind konstantem Strom ergab sich negativ au8erhalb des Magnetfeldes und in longitudinalen Feldern, negativ
im transversalen, die starker waren a19 6000 Gauss, wo sie
durch Null hindurchging. Antimon und Tellur zeigten stets
o < c. Bei Legierungen von Wismut mit Zinn und Blei war
in longitudinalen Feldern abweichend o - c positiv.
G. H. Z a h n 2, konnte L e n a r d s Beobachtungen qualitativ
bestatigen. Fast gleichzeitig untersuchten Sad0 w s ky 3, und
G r i f f i t h s 3 die Abhangigkeit des Effekts von der Wechselzahl
und den Verlauf des Widerstandes i n Abhangigkeit von der
Phase des eingepriigten Stromes.
Auf den Einflu6 von Temperatur, Struktur, Lange und
Querschnitt des Drahtes nalimen die Versuche von Wolfffi)
Riicksicht.
W a c h s m u t h und H a m b e r g e r 6, untersuchten Metalle
von verschiedenem magnetischen Verhalten auf das Vorhandenb
-
1) P. L e n a s d , Wied. Ann. 39. 1). 619. 1890i P. L e n s r d und
Howard, Elektrot. Zeitschr. 9. p. 340. 1888.
2) G g . H. Z a h n , Wied. Ann. 42. p.351. 1891.
3) A. I. S a d o w e k y , Phil. Mag. (5) 39. p. 377. 1895; Journ. de Ia
SOC.Phys. Chym. Revue 26. p. 81. 1594.
4) A. G r i f f i t h s , Phil. Mag. (5) 39. p.229. 1895.
5) B. Wolff, Diss. Wurzburg 1897.
6) W a c h s m u t h u. K. B a m b e r g e r , Physik. Zeitsehr. 1. p. 127.
1899; K . H a m b e r g e r , Diss. Berlin 1901.
160
H. Geipel.
sein des Effektes, da sie annahmen, daB die magnetischen
Eigenschaften von Bedeutung seien, jedoch ohne Erfolg.
Genaue Messungen uber die Abhangigkeit des Phanomens
von der Phase des Wechselstromes und der Feldstarke fiihrte
S i m p s o n l) pus, veranlaBt durch die groBen Verschiedenheiten
der Resultate in allen vorangehenden Arbeiten.
S c h n o r r von Carolsfelda) fand an Wismut und Antimon,
die in Glaskapillaren ausgezogen waren, qualitativ die an gepreBten Drahten beobachteten Erscheinungen bestatigt.
Das Prinzip der Messungen S a d o w s k y s , der einen
Momentankontakt benutzte, griff P a l l me - K o n i g s, auf, indem
er an seine Stelle den auf
Sek. genau arbeitenden Pendelunterbrecher in die MeBanordnung aufnahm. P a l l m e - K i j n i g
konnte nachweisen, da6 Wismut auBerhalb des Magnetfeldes
Energie aufnimmt, die es bei Stromabfall wieder abgibt. I m
transversalen Magnetfeld ist die Erscheinung von entgegengesetztem Zeichen und ungleich groler.
Bei Wiederholung dieser Versuche beobachtete S e i d l e r 4 )
auBerhalb des Magnetfeldes eine elektromotorische Kraft, die
bei Wismut, das er allein untersuchte, nach dem FlieBen des
eingepragten Stromes noch eine Zeit lang bestehen blieb. I m
transversalen Magnetfeld fand er eine zweite zuriickbleibende
Spannung von entgegengesetztem Zeichen. Auf diese letztere
geht er jedoch nicht naher ein.
Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, die Erscheinung
an Witsmut im Magnetfeld eingehend zu verfolgen. Ehe ich
genauer auf die Untersuchung von Wismut einging, interessierte
mich, das Verhalten von Antimon, Tellur und einiger anderer
Metalle zu studieren, um festzustellen, ob die von S e i d l e r
an Wismut beobachteten elektromotorischen Krafte auch bei
ihnen vorhanden seien. Das Verhalten von Wismut allein
lieB wegen seines Reichtums an merkwiirdigen Eigentumlichkeiten den SchluB als nicht zwingend erscheinen, die elektro1) G. C. Simpson, Phil. Mag. (6) 2. p. 300. 1901; (6)4. p. 554. 1902.
2) E.Schnorr von Carolsfeld, Diss. Miinohen 1904.
3) P. PaIlme-Kiinig, Dissert. Leipzig 1907; Ann. d. Phys. 26.
p. 921. 1908.
4) R. S e i d l e r , Dissert. Leipzig 1909; Ann. d. Phys. 32. p. 337. 1910.
Wechselstrom-Gleichstromefekt a n
Bi-,Sb-
IL.
Tee-Drahten.
1.5 1
motorischen Krafte als Ursache des Wechselstrom-Gleichstromeffektes anzusehen.
11. Versuchsanordnung und Apparate.
Die folgenden Messungen fanden nech der Seidlerschen
Methode statt. Als zeitmessender und kontaktmachender
Apparat diente der schon von P a l l m e - K o n i g henutzte H e l m hol tzsche Pendelunterbrecher von Ed el m a n n - Miinchen. Seine
sechs Kontakte konnten als Offnungs- oder SchlieBungskontakte
benutzt werden. Die Funktion der SchluBknaggen war jedoch
bei den uberaus rasch verlaufenen Vorgangen infolge Reibung,
Rlirren, Abfedern eine zu unsichere, als daB sie hatten fur
Messungen verwendet werden konnen, bei denen es auf scharfe
Prazision ankam. Die mit der notigen Genauigkeit arbeitenden
SchlieBungskontakte stellte man folgendermaoen her (Fig. I).
Fig. 1.
Die isolierte Stahlscheibe ( P ) am Pendel wurde durch eine
von diesem durch Paraffin ( J ) isolierte Litze (A) mit dem zu
untersuchenden Draht verbunden. Schlug P an den Fallhebel (P)des Pendelkontaktes an, so war Kontakt hergestellt
vom Versuchsdraht iiber L, P, F, D nach der Klemme K, von
der die Verbindung uber andere Teile der Versuchsanordnung
schlieblich nach dem anderen Ende des Drahtes fiihrte (Fig. 2).
Die Verbindung dauerte so lange, bis sich P von P loste
r;{;;
152
B. Geipel.
oder sie durch einen anderen Pendelkontakt unterbrochen
wurde.
Durch Mikrometerschrauben konnten die Kontakte gegeneinander bis zu 4 cm Entfernung verstellt werden. Die
Drehung um einen Trommelteilstrich
verschob sie um 1/200 mm.
Als MeBinstrument diente der Normalglimmerkondensator Nr. 77 168 von
;Yerg/e/ch5draht
S i e m e n s & H a l s k e , dessen Kapazitat
1 &* man von 0,l bis 1,0 Mikrofarad variKond
pl
ieren konnte. Seine Isolation war gut.
Die Ladungen dewKondensators wurden
mit
dem D e p r e z - d A r s o n a l - GalvanoFig. 2.
meter Nr. 79595 vonSiemen s & H a1 s k e
nachtraglich ballistisch gemessen, seine Ausschlage mit Spiegel
und Skaia verfolgt. Die Empfindlichkeit betrug bei 2 m Skalenabstand 4Amp. pro mm Ausschlag fur konstanten Strom.
Zur Messung der Widerstande diente eine Wheatstonesche
Brucke in Form der Kohlrauschschen Walzenbrucke. Als
Stromquelle wurden auf Paraffin gestellte Akkumulatoren benutzt. Die Isolation der Institutsleitung erwies sich, da sie nur
technisch ist, als nicht genugend fur gute Stromkonstanz.
Der verwendete Magnet war ein groBer zusammensetzbarer Elektromagnet , der nus mehreren GuBeisenblocken,
welche einen Querschnitt von 10 cm i m Quadrat hatten, bestand. Die Kraftlinien wurden in dem Luftspalt durch Polschuhe, deren halber Winkel fiO o betrug, zusammengedrangt.
Diese waren gegeneinander durch Messingstabp versteift. Die
Feldmessung geschah mit der Wismutspirale Nr. 581 von
H a r t m a n n ti B r a u n , was fur konstanten Strom nach Versuchen von P a l l m e - K o n i g unbedenklich ist. Da dik zu
messenden Etektrizititsmengen sehr klein sind, mu6te man fiir
moglichst vollkommene Isolation der Leitungen und Apparate
sorgen. Diese wurden auf Paraffin gesetzt und our, wo es
nieht anders ging, nturde Glimmer, Hartgummi und Glas terwendet. Da @an bei den Messungen es stets mit sich rasch
verandernden Stromen zu tun hatte, mzl6te man vor allem auf
Verhinderbng gegenseitiger Induktion der Leitungen sehen.
D2es geschah dadurch, daB man a h Leitangen mijglichst kurz,
8'
Wechselstrom-Gleichstromeffekt an
Ri-,Sb-
u. 2’e-Drahten.
153
geradlinig und weit voneinander entfernt legte und wo dies
nicht moglich war, sie bifilar fiihrte. Alle groBeren Metallteile auBerhalb der Leituiigen auBten geerdet werden, da sie
sich durch die Potentialgefalle im Strome des Pendelmagnets
und im Magnetstrom, wohl auch durcli vagabundierende Strome
im Zinimer, das dicht neben dem Akkumulatorenraum lag,
aufluden und dadurch Ladungen in den Leitungen der Versuchsanordnung indiizierten, die deri Kondensator aufluden und
die Beobachtungsergebnisse stark beeinflufiten. Bevor man an
die Versuche selbst gehen konnte, muSte das Pendel geeicht
werden. Dies geschah nach der bei R a d a k o v i c l ) , E d e l m a n n 2), P a 11ni e - I(6 n i g 3), Se i d 1e r 4, angegebenen Methode.
Sie dient zur Bestirnmung der Pendelzeitkonstanten T, d. h. der
Zeit, die vergeht zwischen dem Suslosen zweier Pendelkontakte,
die um einen Trommelteil (1/20,, mm) gegeneinander verschohen
sind. Die Messung ergab:
T = 19 . lov7 sec.
Die Galvanometerausschlage waren in den in Betracht kommenden Grenzen proportional den ani MeBdraht vorhandenen
Spannungen.
111. Die Mel3methode.
Die NeBmethode ist durch Schaltungsschema (Fig. 2) gegeben. Kontakt IV schlieBt den Strom der Akkumulatorenbatterie, der iiber I1 durch den zu untersuchenden Draht 56
flieBt. 1st er konstant geworden, so schllgt das Pendel den
Fallhebel des Iiontaktes 11 auf und unterbricht ihn. Der
Strom verschwindet. wie sich aus Versuchen ergab, d a keine
Selbstinduktion in Betracht kommt, so rasch, dal3 nach
19 10+ Sek. kein EinfluB mehr von ihm aus zu beobachten
ist. Nachdem I1 geottnet ist, legt I den MeBkondensator an,
der das Abklingen der Spannung a n dem zu untersuchenden
Draht miBt. Der Kontakt I ist nach der im Abschnitt I1 angegebenen Methode zur Herstellung eines exakt arbeitenden
-
1) R a d a k o v i c , Wiener Sitzungsber. 109. Abt. IIa. 1900.
2) M. Th. E d e l m a n u , Ilrudes Ann. 3. p. 278. 1900.
3) P. P a l l m e - K o n i g , 1. c. p. 5 (Diss.); p. 921 (Drudes Ann.).
4) R. S e i d l e r , Diss. p. 18.
€I. Gelpel.
154
Schliehngskontaktes konstruiert. Nach kurzer Zeit lost das
Pendel durch Aufschlagen des Kontaktes 111 die Verbindung
des Kondensators mit dem zu untersuchenden Draht wieder.
Der Kondensator mufite, falls nach dem Abschalten des eingepriigten Stromes eine Spannungsdifferenz am Draht vorhanden
ist, diese angeben, wenn er durch das Galvanometer ballistisch
entladen wurde. Verschob man Kontakt IT, wahrend die
anderen an ihrem Flatz blieben, so konnte man die Spannungsdifferenz an dem zu untersuchenden b a h t in verschiedenen
Zeitpunkten nach dem Ausschalten des eingepragten Stromes
messen.
Sollte diese Messung exakte Ergebnisse liefern, so durfte
vor allem Kontakt I beim Anschlagen des Pendels nicht eher
abklirren als 111 getroffen wurde, da sonst die Aufladezeit geandert worden ware. Es geniigte nun vollstandig, den Fallhebel des Kontaktes I zwischen seinen Spitzenlagern, urn die
er sich drehte, etwas festzuklemmen, so daJ3 er sich mit
schwacher Reibung bewegte (vgl. Dissertation).
Kontakt IV verschob man so weit als moglich nach ruckwarts, damit nicht die Verschiebung yon I1 die Dauer des
Stromes derart verkurzte, da6 dies von EinfluB auf die Erscheinung wurde. Es war nicht der Fall, wenn beide Kontakte
mehr als 50 Trommelteile voneinander entfernt waren.
IV. Diekueeion der MeBmethode.
Wird ein Kondensator, wie es bei unseren Messungen der
Fall ist, durch einen selbstinduktionslosen Widerstand R rtufgeladen, so geschieht dies aperiodisch nach der Gleichung:
P=
wobei
c .P ( 1 - e-
A),
q die ElektrizitPtsmenge im Koudensator,
P die an den Enden des Widerstandes R vorhandene Spannungsdifferenz,
C die Kapazitgt des Kondensators,
t die zu seiner Aufladung gegebene Zeit,
e die Basis der naturlichen Logarithmen ist.
Aus Versuchen ergab sich, da6 die zu messenden Elektrizitatsmengen an den untersuchten Driihten gro6 genug sind,
da8 P durch das Anlegen des Kondensators praktisch keine
Wechselstrom-Qleichstromeffekta72
Bi-,S6-
PL.
Te-Drahten.
155
Veranderung erfahrt. Dies mu8 fir die Anwendbarkeit obiger
Pormel vorausgesetzt werden.
Die Potentialdifferenzen P sind bei konstanten C, R, t
den Kondensatorladungen q proportional gleichgultig ob der
Kondensator in der Zeit t vollstandig aufgeladen worden ist
oder nicht. Fur die Messungen ist es notig, da8 die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators moglichst groB gemacht
wird, damit er rasch genug den schnell verlaufenden Vorgangen an den untersuchten Drahten folgen kann. Man
muBte also das Produkt R C moglichst zu verkleinern suchen.
C war durch die GroBe der Galvanometerausschlage bestimmt.
R konnte, soweit es die Eigenschaften der untersuchten Drahte
ermoglichten, klein gehalten werden. Die Zeit t zwischen dem
Auslasen der Kontakte I und 111 muBte recht klein genommen
werden, um den Zustand moglichst genau in dem Moment des
Anlegens des Kondensators zu erhalten. F u r die folgenden
Versuche war es nun notig, Messungen mit zwei verschiedenen
GroBen der Kapazitat C und der Zeit t durchzufuhren. Urn
die Vorgange bei Wismut zu verfolgen , konnte die Kapazitat
zu 0,3 MF. gewahlt werden. Die Zeit t wurde durch Ver.
stellung der Kontakte I und 111 um 10 Trommelteile gleich
0,05 mm bestimmt. Die zugehorige Zeit ist unten noch experimentell gemessen. Fur die Vorgange an Antimon und
Tellur war es notwendig, die KapazitatsgroBe 1,0 MF. zu
wahlen. Um die dadurch bedingte grobere Tragheit der MeBanordnung zu kompensieren, wurde die Aufladezeit einer
Kontaktentfernung I, 111 urn 30 Trommelteile gleich 0,15 mm
entsprechend gewahlt. Auch hier wurde die Aufladezeit experimentell bestimmt. (Naheres vgl. Dissertation.)
Es ergab sich:
Fall I: C = 0,30 MF. tI = 22,5
sec,
Tab. I a
Fall 11: C = 1,OO MF. trI= 55,3 10-6 sec.
Aus der Gleichung:
-
{
-
q = q,, (1
-e-Gc),
wo qo die Volladung des Kondensators ist, ergibt sich fur die
Abhangigkeit des Fehlbetrages - q o L q - der Kondensrttorladung
PO
vom Widerstaud R des untersuchten Drahtes folgendermaBen:
H. Gelpel.
156
T a b e l l e I. Fall I.
Qo
Fur R
< 16,3 Ohm
ist der Fehlbetrag kleiner als 1 Proz.
T a b e l l e 11. Fall 11.
1
I
R 112,O I 1 4 16 118 'LO' 22 24
..
~~~
I 26 I 28 I 30
~~~~~
32
I 3 4 1 317 / 3 8 O h m
F u r R < 12,UO Ohm ist der Fehlbetrag kleiner als 1Proz.
Fur die nachfolgenden Versuche ist es wesentlich, daB nur in
vereinzelten Susnah.mefallen mit praktisch nicht aufgeladenem
Kondensator gearbeitet wurde, auf die besondere hingewiesen wird.
Die Abhangigkeit der GroBe der Galvanometerausschlage
von den an den Enden des MeBdrahtes vorhandenen Spannungen
bestimmte man experimentell, indem man an seine Stelle induktionsfreie Manganindrahte setzte, an deren Enden bestimmte
Potentialdifferenzen herrschten. l) Die Werte sind in Tabb. I11
und IV zusammengestellt. (Fig. 3 und 4.)
T a b e l l e 111.
Fall 1: C, = 0,30 MF. t, = 2 2 , 5 ~ 1 0 -SCC.
~
___
7
I'
Ohm
-~
__
25600
12800
6400
3200
1600
800
400
200
100
50
25
12
1)
Ygl. Dissert.
Wechselstrom- Gleichstromeffekt an
Bi-,8b-
14.
l’e-Driihten.
157
$8'9 = 8
I
"40
~
~
P I _ _
1
- IL
OOOOP
00008
OOOZE
ooooz
0096
00001
on091
008P
0009
0006
009 I
0091
OOPZ
009z
OOOP
OPZ 1
OOZI
OOOT
008
089
009
009
006
ooe
001
09
I m Falle I1 lassen sich Spannungen noch bequem messen,
die dreimal so klein sind als im Falle I zu bestimmen moglich ist.
Aus den Kurven Fig. 3 und Fig. 4 kann man sich von
der Giiltigkeit der Korrektionskurven Tabb. I und I1 iiberzeugen.
H. Geipel.
158
Die Grenze der Genauigkeit der MeBanordnung ist 5 Proz.
Alle Galvanometerausschlage sind in 'Ilo mm angegeben. Die
Messung der oft so au6erordentlich kleinen Galvanometerausschlage war naturlich nur mit einem so guten Instrument
-
Volt ' 10 -'?
Fig. 3.
Fig. 4.
mijglich, wie es verwendet wurde, das einmal absolut genau
in die Nullage zuruckkehrte, zweitens eine solche Schwingungsdauer besaB, daB die Ausschlage langsam genug erfolgten.
V. Das verwendete Material.
Es wurden Messungen gemacht an Wismut, Antimon,
Tellur , Nickel, Zinn, Zink, Quecksilber. Wismut und Zinn
wurde in Form gepreBter Drahte untersucht, die teils yon
lyechselstrom-Gleichstromeffekt an
Bi-,Sh-
11.
Te-Uriihten.
159
H a r t m a n n & B r a u n bezogen, teils selbst aus Metall von
C. A. F. K a h l b a u m nach der von L e n n r d l ) angegebenen
Methode gepreBt wurden. Nickel wurde aus 2 m m dickem
Nickeldraht zu den Starken 0,4, 0,2 und 0,19mm ausgezogen.
Antimon wurde zu pressen versucht, jedoch ohne Erfolg, da
hier die aufzuwendenden Krafte ungleich groBer sind als bei
Wismut.
Antimon, Tellur und Zink wurden in einer Glasrohre geschmolzen und mit dieser ausgezogen. Es wurden so Faden
bis zu 1,50m Liinge von jeder gewunschten Dicke von 0,3 bis
1 , l mm hergestellt. Durch Schutteln und Hin- und Herlaufenlassen des fliissigen Metalles mufiten alle Gasblasen entfernt
werden, die beim Schmelzen entstehen, da sie den Metallfaden
unterbrachen. Das Ausziehen geschah uber einem Wassergeblasebrenner. Tellur machte groBere Muhe, da sein Schmelzpunkt vie1 tiefer als der des Antimons liegt, und es im geschmolzenen Zustande auBerordentlich beweglich ist, so daB
man oft das Glas neben dem Metall auszog. Es gelang aber
bisweilen das Metall in das dunne Glasrohrchen hineinlaufen
zu lassen, in dem es dann erstarrte.
Die Stromznfuhrung zu den ausgezogenen Driihten geschah
folgenderma6en. An einer kleinen Gasflamme schmolz man
das Metall in den Enden der Faden. In diese schob man
dann diinne Kupferdrahte von 0,l-0,4 mm Querschnitt, die
vorher in Borax eingeschmolzen waren, um Oxydation zu verhindern. Bei Untersuchungen an Antimon bei hohen Temperaturcn wurden sie durch Silberdrahtchen ersetzt, da diese
besseren Kontakt gaben. Die untersuchten Driihte hntten
gewohnlich eine Lange von 65cm. Es waren die am besten
kalibrierten Stucke, die aus den langen Faden herausgeschnitten
wurden. Sie wurdeu an den Enden in Glasrohren mit Siegellack eingekittet, um sie vor Zerbrechen zu schiitzen.
VI. Wiederholung der S e i d l e rschen Vereuche.
Um sich uber die Erscheinungen hei Wismut zu orientieren, wurden zunachst die Seidlerschen Versuche wieder1)
P. L e n a r d , 1. c.
160
11. G e e e l .
holt. Die Versuche gaben im wesentlichen dieoelben Resultate,
die S e i d l e r fand.
VII. Xachweis einer elektrischen Nachwirkung an Antimondraht
aul3erhalb des Magnetfeldes.
Die Versuche an ,4n timon wurden nach Schaltungsschema
Fig. 2 ausgefiihrt, wie es in Abschnitt 111 erlaiutert ist. Die
Kontakte I und I11 hatten die in Abschnitt I V erwahnte Entfernung von 30 Trommelteilen gleich 30.1/,,, mm, was einer Zeit
von 55,3 lod6Sek. entsprach. Die (3roBe der Kapazitat war
1,0 Mikrof. Wollte man eine etwa zuruckbleibende Spannungsdifferenz nach dem Abschalten des Stromes nachweisen, so
muBte man das Verhalten des Antimons mit den] eines passend
gewablten Vergleichsdrahtes aus einem Material, bei dem eine
Nachmirkung nicht vorhanden war, vergleichen. Als solcher
diente ein Manganindraht. Es geschah durch Auswechselung
der Drahte mittels Quecksilberniipfen in Paraffin, ohne an
der Versuchsa;nordnung sonst irgend welche Veranderungen
vorzunehmen.
Die ersten Versuche an Antimon maren zunachst ohne
Erfolg, da man Kapazitiit, Aufiadezeit urid angelegtes Potential
zu klein genommen hatte, urn die Erscheinung nachweisen zu
konnen, die bei Antimon vie1 schwacher ist als bei Wismut.
Ferner war das Material schlecht, da man noch nicht die
notige Ubung im Ausziehen von Dralten hatte. Nachdem
man diese Ursachen eines MiBerfolges beseitigt hatte, gelang
es, an Antimon eine elektrische Nachwirkung auBerhalb des
Magnetfeldes nachzuweisen. Sie zeigte sich in Form einer
Abklingungskurve, wie sie in Tab. V bzw. Fig. 5 dargestellt ist.
-
19'IO-~J;ec
Fig. 5.
I~~ehselstTom-Gleiciistromeffekt
an
Bi-,Sb-
u.
1ci 1
Te-Briihten.
T a b e l l e V.
-
~
____
~
~
Verschiebung der
Kontakte I1 in */aoo mm
-
~
~
~-
Galvanometerausschlaiqe in mm . 1o-l
I
~~
-
'I
~~
I1
Antimondraht
IV
I
-
I
v
-~
-
__
~
VIanganindraht
~~
Stromausschalten
iiber die Skala
0
5
33
10
15
20
30
50
80
130
200
300
400
600
800
1200
2000
Widerstand in Ohm
Sttirke d. eingepragten
Stromes in Amp.
I
65
-
-
32
30
29
28
25
20
18
13
10
8
5
-
61
60
57
47
43
40
33
29
23
20
13
7
0,73
2,4S
4,o
810
0,88
2,65
98
94
92
90
82
75
64
50
42
32
21
15
10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7
3,67
10,o
__
3,76
-
Die vorhandene Spannung nimmt rasch ab, so da6 sie
bei Draht I1 und I V nach 300 19 lo-? Sek., bei Draht V
nach 230 19 lo-? Sek. auf die Halfte des Anfangswertes gesunken ist.
- -
-
VIII. Gesetze der elektrischen Nachwirkung bei Antimon
auRerhalb des Magnetfeldes.
I.. R i c h t u n g der z u r u c k b l e i b e n d c n S p a n n u n g s d i f f e r e n z u n d
A b h a n g i g k e i t v o n d er G e s c h w i n d i g k e i t d e s S t r o m a b f a l l es.
Fur die Beurteilung der Erscheinung ist vor allem von
Bedeutung, daB die Richtung des Potentialgefalles der Nachwirltung dasselbe ist wie das des eingepragten Stromes. Die
Nachwirkung schlie6t sich dicht an den Abfall des primaren
Stromes an, und man mu8 annehmen, da8 sie auch wahrend
dessen Flie6en besteht, aber nicht von ihm getrennt werdea
kann. Ob sie von dem Verschwinden des Stromes hervorArinalen der Physik. IV. Folge. 36.
11
162
1% G'eipel.
gerufen wird, konnte man durch Veranderung der Geschwindigkeit des Abfalles erfahren, was durch Einschalten von Selbstinduktion in den Kreis des eingepragten Stromes zwischen
Antimondraht und Akkumulatorenbatterie geschah mit Hilfe
eines Variometers nach M. Wien. Man muBte dabei freilich
bedenken, daB man beim Abschalten der angelegten Spannung
einen Extrastrom erhielt, dessen Spannung sich erst uber
einen Funken am Kontakt I1 ausglich. Wesentlich ist aber,
daB der Extrastrom dieselbe Richtung hat, wie der eingepragte
Strom, sein Auftreten konnte also den beobachteten Effekt
nicht herabsetzen. Auch die Schwingungen , die auftraten,
zeigten einen ubersichtlichen Charakter. Sie erfolgten um
die Nachwirkung als Achse. Der langsamer verschwindende
Strom verzogert nur das Auftreten der Nachwirkung, ohne
ihre GroBe zu beeinflussen. Daraus folgt, daB das FlieBen
des Stromes und nicht sein Verschwinden die Nachwirkung
hervorruft (vgl. Dissertation).
2. Abhangigkeit der Nachwirkung von der Sttirke des
eingeprzgten Stromes.
Um die Abhangigkeit des Effektes von der Stromstarke
zu untersuchen, brauchte man nur die EMK. zu steigern, die
den primaren Strom hervorruft; ohne die MeBanordnung sonst
zu andern, indem man eine gr6Bere oder kleinere Zahl von
Akkumulatoren einschaltete. Die Nachwirkung wachst in demselben Verhaltnis wie die Starke des eingepragten Stromes,
ohne daB die Gestalt der Abklingungskurve geandert wird.
3. AbhSngigkeit der Nachwirkung v o n den geometrischen
Konstanten des Drahtes.
Es wurde zuniichst die Abhangigkeit des Effektes von
der Drahtlange untersucht. Bei dem in Glas ausgezogenen
Metal1 war es nicht so leicht, Stucke zu erhalten, die vollkommen gleiche Dicke auf langen Strecken hatten. SchlieBlich gelang es ein Stuck herzustellen, das auf 75cm Lange
vollkommen gleichen Querschnitt an allen Stellen zeigte. Man
schnitt aus ihm die beiden Drahte VII und VIII, die eine
Lange von 50 bzw. 25 cm hatten. Der Querschnitt betrug
0,46 mm. Sie ergaben, bei gleicher Stromstarke untersucht,
/kecJiseZstrom-Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb-
Te-Drahten.
u.
163
einen ihrer Lange proportionalen Effekt. Es sind demnach
alle Langenelemente des Drahtes gleichma6ig an der Erscheinung beteiligt, nicht etwa nur die Enden, an denen die
Lotstellen sitzen. Es wurden hieruber noch gesonderte Versuche
angestellt, indem man einmal den Effekt eines ganzen Drahtes
mag, diesen dann in Stucke von ca. l c m Lange zerbrach,
diese zusammenlotete und dann die Nachwirkung beobachtete.
Es ergab sich in beiden Fallen derselbe Wert.
Aussichtsreicher als bei Untersuchungen an gepre6ten
Drahten ganz verschiedener Provenienz , wie sie S e i d l e r
untersucht hat, erscheinen zunachst die Versuche in bezug
auf den EinfluB des Querschnittes, da man annehmen zu
konnen glaubte, die auf ganz gleiche Weise hergestellten
Antimondrahte besagen dieselbe Beschaffenheit. Es wurden
nun Drahte ausgezogen von verschiedenen Querschnitten, aus
denen die am besten kalibrierten ausgesucht wurden. Sie
waren alle von gleicher Lange (66cm) und wurden mit demselben Strom beschickt. Man erhielt die in Tab. VI wiedergegebenen Resultate. Da nun der Effekt proportional der
T a b e l l e VI.
-
-__
-
des Kontaktes I1
;:
~
20
30
50
SO
130
200
300
400
600
800
1200
-~
Galvanometerausschlage ,mm. 10-I bei den Drilhten
vom Querschnitt
I
~~
II;
I
~l
I
Widerstand in Ohm ~l
7
SO
72
71
7
6
68
60
49
3;
21
18
12
10
6
8,47
1
1
0
6
1
'I
-
I
i
I
9
l
,
I
-
I
2,30
4
3
-
-
8
7
6
4
0177
I
5
5
-
L
-
-
-
0
10
9
5
4
I
I
10
1
5
1
-
-
0,52
S
Stkke des eiugepragten Strornes -Amp.
8,69
11 *
164
H. Geipel.
Stromstarke und der Lange des Drahtes ist, so mii6ten, wenn
die Drahte vollkommen gleiche Beschaffenheit hatten, sie gleiche
Nachwirkung zeigen , wenn man diese auf gleiches Potentialgefalle pro Zentimeter bezieht.
Die Rechnung ergab fur die Anfangswerte der Kurven:
Draht von:
0,3
Ga1v.-Auschl.: 80
0,6
28
1,0
1,l mm Querschnitt
110
80 m m
10-1
Aus den berechneten U'erten ergibt sich also keine einfache Abhangigkeit vom Querschnitt. Man erkennt ferner aus
Tab, VI, daB die Abklingungsgeschwindigkeiten bei den Drahten
ganz verschiedene sind. Es muf3te also ein Moment anderer
Art yon EinfluB auf die Nachwirkung sein.
4. E i n f l u S d e r Struktur der Drilhte.
Man untersuchte nun die Drahte auf ihren inneren Aufbau hin unter dem Mikroskop. Die Bruchflachen waren vollkommen gleichmaBig ausgebildete , glatte Kristallflachen. Sie
waren eben, ohne irgend welche UnregelmaBigkeit durch
Zwillingsbildung oder brockigen Kristallaufbau. Der einzig
deutlich wahrnehmbare Unterschied .bei den einzelnen DrHhten
war der, da8 die Kristallflachen in verschiedener Neigung zur
Drahtrichtung lagen. Ein zweiter konnte nicht mit dieser
Bestimmtheit festgestellt werden. Es schien namlich so, als
ob in verschiedenen Drahten die zwischen den Spaltflachen
liegenden Kristallschuppen verschieden dicht lagen. Wenn
man einen Draht, der einen etwas kraftigen Glasmantel besaB,
mit einem kurzen Druck durchbrach, so konnte man es erreichen, da6 er quer zu den Kristallflachen brach. Der Drahtyuerschnitt zeigte dann dicht nebeneinanderliegende Riefen,
die die Rander der ubereinanderliegenden Kristallschuppen
bildeten. Bei dicken Drahten war der Winkel der Spaltflachen
gegen die Drahtrichtung im allgemeinen kleiner als bei dunnen.
An den trichterfijrmigen Enden der ausgezogenen Drahte konnte
man direkt den Wechsel in der Richtung der Kristallflachen
erkennen (Fig. 6a).
Mit abnehmendem Querschnitt wuchs der Winkel der
Kristallflachen gegen die Drahtrichtung. Aus der dichteren
Riefung der Bruchflachen konnte man ferner schlieBen, da6
Wecluelstro m - Gleiclistro m ef f ekt an
Bi-,Sb -
ti.
Te- B r ah ten.
16 5
bei dunrieren Drahten die AnzahI der zwischen den Kristallschuppen liegenden Flachen groBer sein mochte als bei dickeren
Drahten. Doch waren beide Uiiterschiede in der Drahtstruktur
nicht eindeutig an den Querschnitt gebunden. Die Abklingungs-
200
300
400
600
800
Potentialdifferenz an
den Enden der Drahte
30
22
18
12
10
)
~1
i
~
i
9
8
8
7
6
3
8 Volt
0,71 Volt
An den in Tab. VII wiedergegebenen Kurven ist bemerkenswert, daB der Effekt gr6Ber zu sein scheint, wenn die
Spaltflachen einen kleineren Winkel mit der Drahtrichtung
166
E Geipel.
bilden, und daB damit die Abklingungsgeschwindigkeit abnimmt. Bei dem Draht von 0,3mm Querschnitt betragt die
Zeit, bis zu der die Nachwirkung auf ihren halben Wert
herabgesunken ist, ca. 1 4 0 . 1 9 .
Sek., bei dem Draht von
Sek.
1,0 mm Querschnitt ca. 900 - 19
War nun wirklich der kristallische Bau der Drahte von
XinfluB auf die beobachtete Nachwirkung, so muBte man dies
an anders aufgebauten Drahten nachweisen k8nnen. Bei gepreBten Drahten konnte man, je nach der Gr66e der Kristallstiicken, die man zum Pressea verwendete, oder der Pre6temperatur, verschieden gebaute Drahte erhalten. Beim Ausziehen von Antimon in Glas konnte man das Ziel nicht
erreichen. Es gelang auf folgendem Wege. I n einem Tiegel
aus hessischem Ton schmolz man Antimon unter Borax, um
Oxydation mijglichst zu vermeiden. Nachdem man die Schicht
aus Borax und Antimonoxyd an der Oberflache des geschmolzenen
Metalles sorgfaltig entfernt hatte, sog man das fliissige Metal1
mit einer Wasserstrahlsaugpumpe in kraftige kalte Glaskapillaren
ein. Viele von diesen zersprangen dabei. Die so erhaltenen
Antimonfaden zeigten die folgende Struktur (Fig. 6 b):
Von dem Rande des Fadenquerschnittes schossen feine
Kristallnadeln nach seiner Mitte radial zusammen , wo eine
undefinierte Masse von Antimon saB. Es zeigte sich, daB der
Effekt unmeBbar klein war. Untersucht wurden Kapillaren
von l m m und ‘Lmm innerer Weite. Man machte nun den
Versuch, die Antimonfaden durch Umschmelzen umzuwandeln
und ihnen so eine bessere kristallische Struktur zu geben.
Man nahm an, daI3 dann der Effekt eine meI3bare OroBe erreichen wiirde. Dies war nicht der Fall. Als man daraufhin
die Kapillaren zerbrach und die herausgeklopften Antimonfaden
zerschlug, zeigte eich, daB die gut ausgebildeten Kristallschuppen
genau in Richtung des Fadens lagen; er spaltete in dieser
ausgezeichnet.
Nach diesen Versuchen scheint es so, als ob die GroBe
des Effektes von der Richtung abhinge, in der der Strom
zur Lage der Spaltungsdurchgange im Antimon verliiuft.
Antimonfaden aus einem Aggregat Kristallnadeln nach allen
Richtungen zeigen keine me6bare Nachwirkung. Diese ist also
an ausgepragt eindeutige Struktur gebunden. Wie man aber
-
#%cliseEstrom- Gbichstromeffekt an
Bi-,Sb-
u. Te-Driihten.
161
sieht, ist bei Drahten, in denen die Kristallspaltflachen einen
endlichen von Null verschiedenen Winkel mit der Stromrichtung bilden, der beobachtete Effekt ungleich grSBer als
bei Antimonfaden, bei denen die Spaltflachen in Richtung des
Stromes liegen. Die sicherste Entscheidung in dieser Frage
muBte ein Antimonfaden geben , dessen kristallische Struktur
ganz unzweifelhaft eindeutig definiert war. Aus groBen Antimonltristallen wurden parallel den Hauptspaltungsebenen diinne
Platten herausgebrochen. Bus diesen konnte man leicht dunne
Stabchen parallel den feinen Linien auf den aus dem Kristall
gespslteten Flachen brechen, die die Richtung der Kristallachse
angeben. Dabei mufke man besonders darauf achten, da8 mau
keine Stellen in den Stabchen hatte, die dem zweiten Individuum des Zwillings angehijrten, denn sonst hatte man
Kristallstabchen erhalten, in denen die Spaltungsebenen zwei
nahezu aufeinander senkrechte Richtung gehabt hatten. Bereits
beim Herausspalten der Kristallplatten zersprangen diese , wo
beide Individuen zusammenstieBen, oder man brach sie dort
cntzwei. Die Stelle erkannte man leicht an der feinen Streifung
der Fliichen nach der Achsenrichtung. Sie lag an der Linie,
wo die eine Art Streifen unter dem Flachenwinkel der Kristalle
auf den ersten Streifen der zweiten Art aufstief3en.
Die so erhaltenen Eristallstabchen wurden zu einem Faden
von ca. 30 cm Lange zusammengelijtet. Die einzelnen Svabchen
selbst hatten eine Lange bis zu 1 cm. Urn die Struktur mbglichst ungeandert zu erhalten, geschah das Loten mit der zu
diesem Zwecke bei Wismut zuerst von S e i d l e r verwendeten
Wood schen Legierung. Der so hergestellte Antimonfaden
wurde, urn ihn vor Zerbrechen zu schiitzen, zwischen zwei
Glasplatten festgekittet.
Man erhielt an ihm die in Tab. VIII angegebene Nachwirkung. Sie betragt hier, bezogen auf gleiche Lange und
gleiches Potentialgefalle des eingepragten Stromes, wie es bei
Draht V herrschte, nur etwa '1, der an diesem beobachteten
Nachwirkung.
Es ist somit erwiesen, daB die Nachwirkung von der
Struktur der Drahte in hohem Grade abhangt, wobei es vor
allem auf die Richtung des Stromes zu den Spaltungsdurchgangen in Antimon ankommt.
H. Geipel.
168
T a b e l l e VIII.
Verschiebung des
Kontaktes I1 in
mm
Galvanometerausschllige
in mm lo-'
~-~
--
10
30
50
80
130
400
760
3
3
3
3
2
2
1
DaB der Effekt einen noch verhaltnismafiig groBen Wert
hat, liegt daran, daB die Stabchen nur annahernd parallel den
Spaltflachen erhalten werden konnen.
Ale besondere Stutze dieses Ergebnisses muBte das Verhalten des flussigen Metalls gelten. Eine Verbrennungsglaskapillare von starker Wand wurde U-formig gebogen. An das
eine Ende blieB man ein kraftiges weiteres Rohr aus Verbrennungsglas an. In dieses legte man Antimonstucke und
setzte die Kapillare in einen elektrischen Ofen. An den beiden
Enden des U-formigen Rohres schloB man eine Olpumpe an,
die es evakuierte. Man heizte nunmehr den Ofen an bis das
Antimon schmolz und in die Rijhre flog. Obgleich man evakuiert hatte, bekam man doch nur durch kraftiges Schutteln
der RGhre einen zusammenhangenden Metallfaden. Man lieB
nun das so gefullte Rohr im Ofen langsam abkiihlen. Bei
Versuchen schmolz man dann das Metal1 in dem Rohr wieder
in einem elektrischen Ofen. Als Elektroden wurden Eisendrahte
verwendet, da sie allein der auflosenden Kraft des fliissigen
Antimon widerstanden.
Der prinzipiellen Bedeutung wegen wurde sowohl flussiges
Antimon als auch Wismut untersucht. Beide zeigten nicht
die geringste Spur einer Nachwirkung.
Wir miissen also nach allen diesen Versuchen die Struktur
des Metalles als wesentlich fur die elektrische Nachwirkung
betrachten. Eine besondere Stutze erhalt diese Annahme in
den Versuchen uber den Temperaturkoeffizienten der Nachwirkung, zu denen wir jetzt ubergehen.
I'crihselstrom- Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb-
u.
Te-Drahten.
169
5. A b h i i n g i g k e i t der N a c h w i r k u n g v o n d e r Temperatur.
Die Versuche uber den EinfluB der Temperatur auf die
bei Antimon beobachtete Nachwirkung wurden auf dieselbe
Weise angestellt wie die bisherigen. F u r Temperaturen uber
Zimmertemperatur brachte man die Antimondriihte in einen
Heraeusofen, der fur Temperaturen bis zu WeiBglut eingerichtet war.
Die Versuche unter Zimmertemperatur wurden in einer
Kaltemischung von Ather und fester Kohlensaure bzw. in
fliissiger Luft gemacht. (Uber die fur diese Versuche zweckmaBige Form der Drahte vgl. Diss. p. 3S, 89.)
F u r die erhaltenen Resultate seien einige Beobachtungen
angegeben (Tab. IX-XII, Figg. 7 u. 8) (es wurden im ganzen
acht Drahte untersucht, die alle qualitativ dasselbe Verbalten
zeigten). Um vergleichbare Resultate zu erhalten, mugten vor
allem die starken Widerstandsanderungen im Antimon, die mit
der Temperatwerhohung eintreten, kompensiert werden. Um
der Einfachheit der Messung willeri entschloW man sich sie
so auszugleichen, daB im Stromkreis stets dieselbe Starke des
T a b e l l e IX.
Draht XIII.
des Kont. I1
in
mm
~
-370"
c.
.~
~~
~~~
10
30
30
50
SO
130
200
42
300
30
400
GOO
2s
45
47
46
40
39
34
21
19
17
800
1100
Stsrke des eingepragten Stromes 1,25 Amp.
H. Geipel.
170
eingepragten Stromes herrschte. Es geschah dies mit Rilfe
zweier gerade ausgespannter Manganindrahte, die zwischen
Akkumulatorenbatterie und Antimondraht eingeschaltet waren,
doch aus fruher erorterten Griinden au6erhalb der Abzweigung
zum Kondensator lagen.
T a b e l l e X.
Draht XIV.
Verschiebung
des Kont. I1
200
400
600
Galvanometerausschliige bei der Temperatur
_
63
46
30
59
40
29
~
"
I
_
_
_
73
51
35
1
~
10
20
30
50
80
130
200
300
400
600
800
0
0
____
0
0
0
0
0
0
0
0
0
~
28
27
27
25
21
20
19
36
35
34
29
27
25
3 1 9 17
12
10
9
17
15
9
7
10
9
9
8
7
6
5
-I
20
18
16
14
12
11
10
~
c.
~
~
~
_
82
59
48
VerschieGalvanometerausschliige bei der Temperatur in
bung des
- ____
Kont. I1
.I10 -210 300 400
inl/,,,mm -192 -85 -38 0 -60
- ~
_
20
50
48
43
41
40
38
31
28
22
19
17
~
~
59
57
53
51
48
43
40
32
30
22
20
~
~
64
64
63
60
54
51
44
39
33
24
22
16
6,13
62
68
58 1 65
54
57
50
54
44
41
35
36
30
27
23
Sttirke des eingeprtigten Stromes -- Amp.
~
75
72
64
56
52
44
34
~
~
WecJi.selstrom-Gleichstromeffekt a n
Bi-,Sb-
17 1
u. l'e-Braliten.
T a b e l l e XII.
Draht SVI.
des Kont. 11
Galvanometerausschliige bei der Temperatur in
C.
O
~~
4-150
-
58
56
52
49
47
41
38
32
30
25
I __
~
,
'
1
i
1
i!
+200
~-
51
45
42
35
38
25
I n Figg. 7 und 8 stellen die Kurven a die beobachteten
Verhaltnisse fur den Zeitpunkt 3 0 . 1 9 . lo-' Sek. nach dem
Abschalten des Stromes dar. Naher am Ausschalten liegende
Zeitpunkte war nicht geraten z u r Darstellung zu verwenden,
da in manchen Fallen das Verschwjnden des Stromes noch
bei 10.19 -lod7Sek. sich geltend machte. Weiter nach dem
Ende der Kurve zu liegende Punkte konnten nicht genommen
werden, da hierbei die Abklingungsgeschwindigkeit eine zu
grol3e Rolle spielt.
Temp.in Grad Celsius
-
Fig. 7.
H. Geipel.
172
-~oo"
0"
Temp in Grad Celsius
-2000
--.
YOO"
ZOO".
300'
400'
500'
GOO'
Fig. 8.
Bus den gezeichneten Kurven a ist ein singularer Punkt
im Anstieg zu erkennen, der bei + looo liegt. Bis dahin
steigen sie rasch an, bei tieferen Temperaturen etwas langsamer. Uber looo erfolgt d a m das Steigen weit schwacher
und vollkommen linear bis in die Nahe des Schmelzpunktes.
Eieses Resultat ergab sich aus allen Beobachtungen. Die
Versuche an Draht XVI sind bei 200° abgebrochen, da aus
den drei Werten des Effektes bei 1004 150°, 200° sein Verlauf infolge der Linearitat oberhalb looo gegeben ist. Es galt
nun zu untersuchen, wie sich die Widerstandsanderung mit
cler Temperatur in der Nahe von looo verhielt.
Die Versuche ergaben, daB in der Widerstandsanderung
keine Singularitat in der Nahe von looo C. vorhanden ist.
Diese miiBte also in direktem Zusammenhang mit der Natur
des Effektes stehen. Urn dies deutlicher erkennbar zu rnachen,
muB man folgendes bedenken. I n den Figg. 7 und 8 stellen
die Kurven a die Abhangigkeit der Nachwirkung dar, wie sie
bei gleicher Stromstarke beobachtet wurde. Die GroBe der
Nachwirkung hangt aber bei verschiedenem Widerstand eindeutig allein vom Potentialgefalle des eingepragten Stromes
pro Zentimeter, nicht von der Stromstarke ab. Dieses andert
sich nun dauernd, da der Widerstand des Antimondrahtes mit
der Temperatur steigt und die Stromstarke konstant gehalten
wurde. Wir haben also in den Kurven a (Figg. 7 und 8)
nicht die reine Abhangigkeit des Effektes von der Temperatur,
Vechselstrom-Gleichstromeffekt an Bi-,iSb- u. Ib-Drahten.
113
sondern uber diese lagert sich eine von der Widerstandsanderung herriihrende Verstarkung des Effektes. Als Normalpotentialgefalle, auf das man die Werte bezog, nahm man das
bei O o herrschende. Die Kurven 6 (Figg. 7 und 8) stellen die
reduzierten Werte der Nachwirkung dar.
Die elektrische Nachwirkung bei Antimon au6erhalb des
magnetischen Feldes zeigt also das merkwiirdige Verhalten,
daB sie mit der Temperatur von Null an bei der fliissigen
Luft erst langsamer, dann rascher zu einem maximalen Wert
bei
100° C. ansteigt und iiber looo konstant wird in bezug
auf Temperaturanderung.
Es fragt sich nun, wie dieses seltsame Verhalten zu erklaren ist. Antimon ist in drei selbstandigen Modifikationen
bekannt. Die eine ist das gewohnliche rhomboedrisch kristallisierende metallische Antimon (isomorph mit Wismut), die
zweite das schwarze, die dritte das gelbe Antimon. Die
sohwarze Modifikation wird als amorph angegeben. Sie besitzt
100° ihren Umwandlungspunkt, wo sie in das metallische
bei
Antimon ubergeht. Uber looo kommt sie nur in labilem Zustand vor. Das gelbe Antimon hat seinen Umwandlungspunkt
Oberhalb dieser Temperatur ist es nicht zu erhei -9OO.
halten.
Der EinfluB der Temperatur allein kann das Verhalten
des Effektes nicht erklaren. Es geht dies auch aus dem Verhalten von Wismut hervor, das ein stetiges. Ansteigen der
Kachwirkung mit der Temperatur zeigt, das aber vie1 geringer
ist als es nach den Versuchen von S e i d l e r erscheinen mag.
(Vgl. Uiss. p. 44, 45.)
Bei Wismut ist kein Umwandlungspunkt vorhanden. Wir
werden uns also vorstellen miissen, daB bei Antimon unter
100° bis - 90 O die beiden ersten afodifikationen nebeneinander
bestehen, daB von der zweiten, dem schwarzen Antimon , bei
tieferen Temperaturen eine groBere Anzahl Molekiile vorhanden
sind, von denen sich bei steigender Temperatur mehr und
mehr in die metallische Modifikation umlagern, so da8 iiber
100O wesentlich nur die metallische Modifikation vorhanden
ist. Unter - 90 O gelten analoge Verhaltnisse. Wir nehmen
an, daB hier alle drei Modifikationen des Antimon nebeneinander bestehen.
+
+
174
H. Geipel.
Das Verhalten des Effektes stimmt damit gut iiberein.
Die zweite amorphe Modifikation bewirkt, da der Effekt nach
den friiheren Untersuchungen wesentlich durch kristallische
Struktur bedingt zu sein scheint, ein starkes Sinken der Nachwirkung unter 100 o C. mit abnehmender Temperatur.
6. D i e Natur der am Antimondraht auBerhalb d e s magne-
tischen F e l d e s zuruckbleibenden Spannungsdifferenz.
Die Ursache der beobachteten Nachwirkung konnte man
zunachst in Aufladungen suchen, die von dem eingepragten
Strome veranla6t wiirden. Eine reine Iiapazitatswirkung des
Drahtes kann es, wie aus der Richtung der elektrischen Nachwirkung hervorgeht , unmoglich sein. Man konnte dies leioht
nachweisen , wenn man nach Abschalten des eingepragten
Stromes die Enden des Antimondrahtes kurz schlo8, wie es
S e i d l e r zuerst bei Wismut durchgefuhrt hat, und den Effekt
nach Aufhebung des Kurzschlusees verglich mit dem, den man
ohne diesen erhielt. Hierbeit bot sich zugleich die Moglichkeit, den Spannungsanstieg der Nachwirkung nach dem KurzschluB, falls sie iiberhaupt nach diesem bestehen sollte, zu
messen. Die Versuche wurden nach
Schaltungsschema Fig. 9 ausgefuhrt.
Als SchlieBungskontakt wurde Kontakt V fur den eingepragten Strom
benUtzt. I1 offnet den Strom, IV,
der mit I1 vom Pendel gleichzeitig
getroffen wird, stellt den KurzschluS
her. I legt den Kondensator an,
den I11 nachher wieder abschaltet.
V, I und I11 hatten dieselbe Stellung
Fig. 9.
wie bei allen vorangehenden Messungen, I1 und IV wurden um die gleiche Anzahl Trommelteile verschoben, so daB sie immer zu gleicher Zeit vom Pendel
getroffen wurden. V, I und 111blieben wahrend der Messungen
an ihrem Ort feststehen. Die Unterbrechung des Kurzschlusses
besorgte Kontakt IV selbst, indem er sich nach bestimmter
Zeit von der zugehorigen Kontaktscheibe P am Pendel loste.
DaB er wahrend des Kurzschlusses nicht abklirrte, wurde
Ctiecliselstrom-Gleichstromeffekt a% Bi-,Sb- u. Te-Braliten.
175
nach der in Abschnittt I11 angegebenen Methode gepriift. Konstruiert war er genau wie Kontakt I (vgl. Abschnitt 11).
Die Messungen wurden vorgenommen an Draht V und
Draht XVII. Innerhalb der Grenzen der Beobachtungsfehler
ist kein Unterschied zwischen der Abklingungskurve nach Aufhebung des Kurzschlusses und der ohne KurzschluB zu erkennen. (Naheres vgl. Diss.)
I n demselben Moment, in dem der KurzschluB aufgehoben
wird, hat die Spannung am Antimondraht ihren Endwert erreicht. Das Ansteigen erfolgt momentan. Eine genaue Verfolgung des Vorganges ist wegen der durch den Kondensator
bedingten Tragheit der MeBanordnung und der in den Zeiten,
in denen er sich abspielt, sich bereits geltend machenden Unsicherheiten der Pendelkontakte unmoglich.
Aus den so gewonnenen Resultaten, daB erstens die Abklingungskurve der Nachwirkung nach einem KurzschluB unabhangig ist von diesem und daB der Spannungsanstieg nach
seiner Aufhebung momentan erfolgt, ergibt sich, daB die Nachwirkung eine elektromotorische Kraft ist, die auf langere Zeit
wahre ElektrizitBtsmengen zu liefern imstande ist, und nicht
eine einfache Aufladung des Drahtes.
IX. Die Wirkung des Magnetfeldes auf von Strom durchflossenen
Antimondraht.
1. D i e Einwirkung des longitudinalen Magnetfeldes.
Die Untersuchung an Antimon im longitudinalen Magnetfeld ist nicht so einfach durchzufuhren wie an gepref3tem
Wismutdraht, der sich leicht gitterformjg aus kleinen Stuckchen
zusammenloten la&. Da man, um starke Felder zu erhalten,
den Luftspalt des Magneten moglichst eng machen muBte,
stand nicht genugend Platz zur Verfugung , urn die Antimondrahte zickzackfdrmig zu biegen. Man wahlte also ein anderes
sehr muhsames Verfahren. Aus einem Antimondraht schnitt
man 12 mm lange Stuckchen, in diese wurden nach der in
Abschnitt V beschriebenen Methode an einer kleinen Gasflamme
Kupferdrahtchen eingeschmolzen. Man stellte so mehrere
E'iiden her, die aus 16-20 solchen Stuckchen Antimondraht
bestanden. Diese legte man dann zickzackformig parallel
176
H. Geipel.
nebeneinander auf ein Glimmerbl-attchen und kittete sie darauf
fest. Zum Schutz deckte man ein zweites daruber.
Die Zuleitungen bestanden aus 0,5 mm dickem Kupferdraht und waren mit zwischen die Qlimmerblattchen eingekittet,
die im Magnetfeld in ein Messingstativ eingespannt wurden.
Fur die Untersuchungen an Wismut, die wir im nachsten Abschnitt mitteilen, benutzte man in der Regel zu diesem Zwecke
einen Klotz aus Hartgummi, der genau in den Magnetspalt
paBte, auf dem zwei Federn aus Messing die Glimmerbliittchen
festhielten. Die meisten so hergestellten Gitter aus Antimondraht erwiesen sich unbrauchbar, da leicht eine von den vielen
(bis 40) Kontaktstellen schlecht war, so dab eine einigermagen
zuverlassige Widerstandsmessung des Gitters unmoglich wurde.
SchlieBlich gelang es an einem Gitter die Einwirkung des
longitudinalen Feldes zu messen.
I m longitudinalen Magnetfeld tritt danach eine geringe
Verstarkung der Nachwirkung auf, die gerade noch wahrnebmbar ist. Der Widerstand des Antimons erhohte sich
wenig.
Bei diesem Verhaltnis war es daher unmoglich, die Verst'arknng im Magnetfeld genauer zu untersuchen. Es ist deshalb diese Erscheinung an Wismut, wo sie von S e i d l e r nachgewiesen wurde, eingehender in Abschnitt X verfolgt, vor allem
auch deshalb, weil quantitativ genauere Resultate erzielt
wurden. Die Versuche an Wismut legen nahe, dab auch an
Antimon im longitudinalen Magnetfeld die Verstarkung der
Nachwirkung kein selbstandiger Effekt, sondern nur eine VergroBerung des auBerhalb des Feldes bestehenden ist.
2. Das Verhalten des An t i mo n s i m transversalen Magnetfeld.
Bei den Untersuchungen im transversalen Magnetfeld lag
der Antimondraht in einer Ebene senkrecht zu den Kraftlinien.
Da hierbei eine grogere Flache (4cm im Quadrat), namlich
die der Polflachen der Magnetschuhe, zur Verfugung stand,
konnte man den Antimondraht an einer kleinen Gasflamme
mehrfach urn 180° umbiegen. Die Drahte wurden ebenfalls
z wischen Glimmertafelchen festgekittet. E s wurden drei Drahte
untersucht. Die Resultate sind in Tab. XI11 angegeben.
Wechselstrom- Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb-
u. Te-Drahten.
17 7
T a b e l l e XIII.
Galvanometerausschlte
Verschiebung dea
Kont. I1 in 1/200 mm Draht XVIII
__
-.
0
-
~~
~~
~
~
10
20
30
50
18
18
18
17
17
14
11
80
130
200
300
400
600
10
10
9
7
4
3
800
1100
1500
Widerstand
Stiirke d. eingepr.
-
Draht XIX
0
15000
15000
30
10
9
9
9
8
8
8
9
9
9
9
8
8
8
9
8
8
-
6
7
,
4
5
l 1 3
1,34 0,487
1
1
~
~~
3
5
3
3
2
1
1
0
0
0,501
_-
0
Draht XX
15000 Gauss
-
-
9
8
3
7
5
5
4
4
3
3
1
8
8
8
8
8
7
6
4
-
-
0,415
0,431 Ohm
8
-
3,26
Die Versuche zeigen, daB bei Antimon im transversalen
Magnetfeld eine analoge Erscheinung eintritt, wie sie bei
Wismut im transversalen Magnetfelde von S e i d l e r beobachtet
wurde. fjber den Effekt auaerhalb des Magnetfeldes lagert
sich ein neuer von entgegengesetztem Vorzeichen , der sich
darin auBerst, daB er die Kondensatorladungen, die die Nachwirkung messen, verkleinert erscheinen laBt. DaB aber beide
Effekte nebeneinander bes tehen, ist durch das Auftreten eines
Maximums in den beobachteten Abklingungskurven gewahrleistet. Wir nennen diese zweite Erscheinung kurz den ,,transversalen Magneteffekt" oder ,,Transversaleffekt".
1st nun, wie wir in Abschnitt X I sehen werden, bei Wismut der transversale Magneteffekt bei hohen Feldstarken vie1
groBer als der Effekt auberhalb des Feldes, so stellt sich hier
bei Antimon das Verhaltnis so, daB der transversale Magneteffekt ganz in den auBerhalb des Magnetfeldes hineinfallt, und
wir uns daher mit seinem Nachweis begnugen miissen.
Annalen der Physik. IV. Folge. 36.
12
178
IZ Geipel.
Da er aber allem Anschein nach mit dem bei Wismut
beobachteten Transversaleffekt identisch ist, so wird es genugen, diesen genauer zu verfolgen (Abschnitt XI).
Es sei noch erwahnt, daB die Widerstandsanderung wie
friiher bei den Versuchen uber die Abhangigkeit der Nachwirkung von der Temperatur durch Hinzuschalten von Manganindraht tbusgeglichen wurde.
Wir haben somit erwiesen, daB das Antimon ein dem
Wismut vollkommen analoges Verhalten in bezug auf die Leitung elektrischer Strome zeigt.
X. Die Verstiirkung der elektrischen Nachwirkung bei Wismut
im longitudinalen Magnetfeld.
Wenn wir es fiir notig halten, auf die Verstarkung der
elektrischen Nachwirkung im longitudinalen Mngnetfeld, die
auaerhalb des Magnetfeldes an Wismut von S e i d l e r beobachtet wurde, einzugehen, so geschieht dies aus folgenden
Griinden. Sie erscheint in der Seidlerschen Arbeit im falschen
Verhaltnis, da auf den Anteil, den die Widerstandsanderung
im Magnetfeld an der Erhohung der Nachwirkung infolge der
VergroBerung dos Potentialgefalles pro Zentimeter des eingepragten Stromes hat, keine Riicksicht genommen ist. Ferner
erschien es notwendig, den EinfluB der Struktur der Drahte
auf die Verstarkung der Nachwirkung genauer zu untersuchen.
Dies gibt zugleich den Nachweis, daB die Verstarkung kein
selbstandiger Effekt ist.
Der Draht wurde, wie es schon bei den Untersuchungen
bei Antimon im longitudinalen Magnetfeld erwlihnt ist, in
Gitterform gebracht. Die Drahtstiickchen von 1cm Lange
wurden mit W o o d s Metal1 an den Enden zusammengelotet,
urn die Struktur moglichst nicht zu andern. Biegen konnte
man den sproden Draht nicht, ohne ihn zu erwarmen, was
aber EinfluB auf seine Struktur gehabt hatte. AuBerdem
war so die Bedingung besser erfullt, daB die Drahtrichtung
den Magnetkraftlinien parallel lief. Die so erhaltenen Gitter
wurden mit ihren Zuleitungen zwischen Glimmerblattchen festgekittet.
Wechselstrom-Gleichstromeffekt aa
Bi-,Sb- u. Y'e-Drahten. I79
Es mu8 noch erwahnt werden, daB bei allen folgenden
Versuchen an Wismut die Kapazitat des MeSkondensators
0,3 MF. betrug, die Aufladezeit 22,5.19 lo-? Sekunde, da
dies fiir die Verfolgung der Anderungen des Effektes mit
Hilfe der Galvanometerausschlage vollkommen genugte (Abschnitt IV).
Die Messungen ergaben, da8 die Versfarkung proportional
dem Potentialgefalle des eingepragten Stromes bei konstantem
Feld wachst.
1.
A b h h g i g k e i t der Verstarkung der N a c h w i r k u n g v o n der
Stiirke des Magnetfeldes.
F u r die Feststellung der Verstarkung der Nachwirkung
und Abhangigkeit von der Starke des Magnetfeldes wurde
die bereits bei den Untersuchungen uber den Temperaturkoeffizient der Nachwirkung an Antimon angewendete Methode gewahlt. Man beobachtcte bei konstanter Stromstarke.
Das Potentialgefalle des eingepragten Stromes pro Zentimeter
im Wismutdraht stieg infolge der Widerstandserhohung im
Magnetfeld. Die dadurch bedingte Verstarkung des Effektes
brachte man an den beobachteten Werten der Nachwirkung
d a m als Korrektion an, indem man die Verstarkung der Nachwirkung auf das Potentialgefalle bei 0 Gauss reduzierte. Die
Reduktion ist immer an dem Werte der Nachwirkung, der
dem Zeitpunkt 20.19.10-'Sek. nach dem Abschalten des eingepragten Stromes entspricht, ausgefuhrt.
Drahte von H a r t m a n n & B r a u n zeigten das merkwiirdige Verhalten, daB bei ihnen im Magnetfeld keine meBbare Verstarkung des Effektes eintrat. SelbstgepreSte Wismutdrahte ergaben eine geringe Zunahme der Nachwirkung.
Man untersuchte nunmehr Drahte, auf deren Herstellung
in Abschnitt X, 2 eingegangen ist. Die Erscheinung trat hier
in sehr kraftigem MaBe auf' und war proportional der Starke
des E'eldes. Es sei dafiir ein Beispiel angefuhrt (Tab.XIV,
naheres vgl. Diss.).
Fur die Reduktion sind die Werte im Zeitpunkt
20 19.10- Sek. nach dem Ausschalten des eingepragten
Stromes zugrunde gelegt.
-
12*
H. Geipel.
180
T a b e l l e XIV.
Draht IV.
Verschiebung
Galvanometerausschliige bei den Feldstiirken von
des Kont. I1 -2.10'
4.103
8.105
12.1OS 15.1o3Gauss
in l/gOOmm O.lOs
I
1
_
_
~
Beob. Werte
80
Redus. Werte Ii'i 80
0
Feldsttirke
'
1~
1
~
90
2
88
1
_
_
111
157
103
127
8
4
1
1
_
i::
12
I
_
-__
_
_
234 Gs1v.-Ausschl.
,,
169
15-103Gauss
2. EinfluU der Struktur d e s D r s h t e s e u f d i e V e r s t h k u n g
der Nachwirkung im Magnetfeld.
Bereits die ersten Versuche an H a r t m a n n & B r a u n schen Drahten hatten erkennen lassen, daB an ihnen die Verstiirkung der Nachwirkung unmerklich war. SelbstgepreBter
Draht zeigte diese vie1 deutlicher. Man untersuchte daher die
Bruchstellen der Drahte unter dem Mikroskop und fand, daB
der selbstgepreBte Draht grGBere Kristallbrocken aufwies als
die H a r t m a n n & Braunschen Drahte, die aus einem Gemenge von kleinen Kristalltriimmern bestanden. Es erschien
notwendig, Drahte mit moglichst vollkommen gleichmaBig ausgebildeter Struktur herzustellen , wenn man etwas Qenaueres
_
ll'echselstrom- Gleichstromefekt an
Bi-,56- u. Fe-Brahten.
181
erfahren wollte, denn an Drahten, so wie sie aus der Presse
kommen, beobachtet man immer nur Mittelwerte aus der Wirkung der verschieden groSen Kristalltrummer. Man muBte
daher versuchen, die gepreBten Drahte umzuwandeln. S e i d l e r
hatte durch Erhitzen im Luftbad eine Umwandlung herbeizufuhren gesucht. Wie aber seine Versuche zeigen, gelingt ihm
dies nur in sehr geringem Grade und er kommt nicht zu eindeutigen allgemeingultigen Resultaten, weil die vollkommene
Umwandlung ein direktes Umschmelzen des Drahtes erfordert.
Dies wurde nun auf folgende Weise erreicht. Auf eine Glasplatte legte man den umzuwandelnden Draht, durch den man
einen Strom schickte. Hangen konnte man die Drahte nicht,
da sie zu leicht durchschmolzen. Durch langsames Verstarken
des Stromes erhitzte man sie bis an den Schmelzpunkt des
Wismuts. Es befand sich dann im Innern das Wismut in
geschmolzenem Zustande, so dal3 es nur noch durch die etwas
festere Oberflache des Drahtes wie durch eine Haut zusammengehalten wurde. Man erkannte diesen Zustand daran, daB
feine Wismuttropfchen aus dem Draht herausdrangen. Er war
d m n beweglich wie eine zahflussige Masse. Bei weiterer
Steigerung der Stromstarke schmolz er an einer dunneren
Stelle durch und unterbrach den Strom, den man in einem
maximalen Fall bei einem Draht von 0,5 mm Querschnitt bis
zu 14 Amp. steigerte. LieB man die Drahte erstarren und
brach sie entzwei, so zeigten die Bruchstellen eine blanke
spiegelnde Kristallflache, die ganz eben war und vollkommen
einheitlichen Charakter zeigte, wie sie bei den in Glas ausgeaogenen Antimondrahten beobachtet wurde.
Der Draht IV wai auf diese Weise hergestellt (Tab. XIV).
Zum Vergleich seien die Abklingungskurven, die an zwei
Drahtsorten vor und nach der Umwandlung beobachtet wurden,
angegeben (Tab. XV).
Auf Grund der Linearitat der Verstarkung mit der Feldstarke konnen wir den Wert fur 15000 Gauss am dem reduzierten Wert bei 11 300 Gauss und 0 Gauss extrapolieren
(Tab. XY, Zeitpunkt 20mf9.1C)-7Sek.). Man erhalt dann fur
den umgewandelten Draht VIIIb eine Verstarkung von 120 Proz.
des Wertes bei 0 Gauss, wahrend sie fur den Draht VIIIa
nur eben noch nachweisbar ist. Dieser Wert stimmt mit dem
H. Geipel.
182
an Draht VIIb (110 Proz.) und den von 112 und 110 Proz.,
die an zwei anderen umgewandelten Drahten gemessen wurden,
recht gut uberein (Feldstarke , 1 5000 Gauss).
T a b e l l e XV.
Galvanometerausschlige
VII b
10
20
30
50
80
130
200
300
500
800
1300
2000
Widerst.
in Ohm
-11300Gauss
__
1
20
18
18 '
17
15 ,
13 ,
11 I
28
22
20
i
19
18
16
12
~
50
50
113
110
108
100
92
49
43
41
- 1 -
I
-
1
/1I ' 1
33
-
-
10
10
10
9
8
6
3
0,28
0,35
0,27
6
5
-
-
-
~
-17
-
9
9
8
-
- I 1,56
1,05
~
1,28
9
9
9
8
7
4
-
21
21
21
20
19
18
16
12
9
7
0,33
1
Draht VIIIa nicht umgewandelter neuer Hartmann u. Braunscher Draht,
Draht VIII b umgewandelter
0,5 Durchmesser.
I
Draht VIIa nicht umgewandelter alter Hartmann u. Braunscher Draht,
Draht VII b umgewandelter
1,O Durchmesser.
An den Kurven ist noch bemerkenswert, daS die Abklingungsgeschwindigkeit bei den umgewandelten Drahten auf
den dritten bis vierten Teil von der bei nicht umgewandelten
Drahten herabsinkt. Der Widerstand sinkt bei der Umwandlung. Die Drahte hatten alle die gleiche Lange und wurden
mit demselben Strom beschickt.
Bus diesen Beobachtungen erkennt man, daB man an
Drahten von ausgepragt eindeutiger Struktur , wie es bei den
umgewandelten Drahten der Fall ist, weit genauere Resultate
erzielen kann, als es mit gewohnlichen gepreBten Drahten moglich ist, an denen man nur Mittelwerte miat.
Wechselstrom- Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb-
u. Te-Draihten.
183
XI. Das Verhalten von Wiemut im Magnetfeld,
dessen Kraftlinien senkrecht zur Stromdchtung atehen.
S e i d l e r konnte zeigen, daB im transversalen Magnetfeld,
nach dem Abschalten des eingepragten Stromes eine Spannungsdifferenz an den Enden des Drahtes zuriickbleibt, die
erst nach langerer Zeit zu Null abklingt. Die wenigen eingehenderen Untersuchungen, die er uber sie anstellt, sind belanglos, da sie unter scheinbar gleichen, in Wirklichkeit aber
verschiedenen Bedingungen angestellt sind, und daher unvergleichbare Resultate lieferten. Der GroBenordnung der beobachteten Nachwirkung entsprechend geniigte fur die Verfolgung
der Galvanometerausschlage die Kondensatorkapazitat von
0,3 Mikrof. Als Aufladezeit wurde 2 2 , 5 . 1 9 . 1 0 4 Sek. gewahhlt
(Abschn. IV). In allen folgenden Tabellen soll das Zeichen
fur Galvanometerausschlage angewendet werden , die einem
Potentialgefalle der Nachwirkung im Draht entsprechen , das
im selben Sinne verlauft , wie das des eingepragten Stromes.
Das Zeichen - soll angewendet werden, wenn das Potentialgefalle der zuriickbleibenden Spannung dem des eingepragten
Stromes entgegengerichtet ist. Die an dem Anfang der Kurven
in den einzelnen Tabellen angegebenen Zeichen
bzw. sollen fur die ganze Kurve gelten, wenn sie nicht innerhalb
dieser geandert werden.
+
+
1. N a c h w e i s e i n e r z u r u c k b l e i b e n d e n S p a n n u n g s d i f f e r e n z
an W i s mu t i m t r a n s v e r s a l e n Magnetfeld.
Wismut wurde in Form von geprebten Driihten untersucht, die zwischen Glimmerblattchen gut festgekittet wurden,
so daB sie im Magnetfeld gegen Zerbrechen durch ponderomotorische Krafte geschutzt waren. Urn eine Bewegung mitsamt der Unterlage zu verhuten, wurden die Zuleitungen dicht
nebeneinander aufgekittet, so dab die Strombahn im Magnetfeld moglichst vollkommen sich einem geschlossenen Stromkreis naherte. Das ganze Praparat wurde im Magnetfeld
durch ein Messingstativ hinreichend festgespannt. DaB so alle
diese Wirkungen aufgehoben wurden, zeigen die Versuche am
Vergleichsdraht aus Manganin, der an Stelle des Wismut-
Verschiebung
des Ront. I1
in
mm
Galvanometerausschlttge
Bi-Draht I
I
Bi-Draht I1
Manganindraht
Stromausschalten
0
10
- 91
I
i
-
15
90
20
90
30
88
50
81
250
80
241
130
77
68
200
59
218
300
44
500
29
12
800
I
I
'
I
I
0
-251
252
0
252
0
230
I
I
1
0
0
0
0
203
0
169
132
0
0
2. Abhttngigkeit d e s Transveraafeffektes V O D der Stfirke
des eingeprfigten Stromes.
Um die Abhangigkeit von der Starke des eingepragten
Stromes beurteilen zu kbnnen, miissen wir ein spateres Resultat
vorweg nehmen. Aus nachfolgenden Versuchen geht hervor,
daS die auBerhalb des magnetischen Feldes beobachtete Nachwirkung auch im transversalen Magnetfeld fortbesteht. Die
beobachteten Werte (Tabb. XVII u. XVIII) setzen sich also
zum Teil aus ihr und dem Transversaleffekt zusammen, der
hier Bn GrijBe iiberwiegt. Die Nachwirkung auBerhalb des
Magnetfeldes ist aber proportional der Starke des eingepragten
Wechselstrom-Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb- u.
Te-Drahten.
185
Stromes, es sind also die Abweichungen der Kurven yon der
Linewitat (Fig. 10) dern Transversaleffekt allein zuzuschreiben.
Sie tritt bei den untersuchten Drahten nicht unter 0,2Volt
yo/r
Fig. 10.
Potentialgefalle pro Zentimeter ein. Dieses Resultat wird fur
spatere Untersuchungen wichtig sein.
T a b e l l e XVII.
Draht 11.
Verschieb.
I Ga1v.-Ausschlage bei der EMK. des eingepragten Stromes
4
10
8
~~
20
30
50
so
130
200
300
500
800
,
1
I1
1
I
60
59
58
55
51
50
45
38
30
- 122
- 251
- 290
122
122
121
118
111
104
98
81
62
252
252
250
247
230
218
203
169
132
290
290
288
280
267
250
229
191
150
Gesamtwiderstand des Stromkreises 4,O Ohm.
Widerstand des Wismutdrahtes 2,Ol Ohm.
Feldstarke 12 000 Gauss.
12 Volt
-~
-332
332
332
330
320
309
290
262
229
180
186
13. Geipel.
T a b e l l e XVIII.
Draht I.
Verschieb. Ga1v.-Ausschliige bei der EMK. des eingepriigten Stromes
des Kont. I1
20
30
50
80
24
50
70
69
62
59
51
90
88
81
77
68
59
44
300
500
1
11
9
1
25
17
1
36
21
1
44
29
1
1
~
103
100
91
89
79
68
51
31
,1
112
110
101
93
83
I
71
58
32
3. Abhiingigkeit des Transversaleffektes von der Lange des
u n t ersuc h t e n Dr a h tee.
Der Transversaleffekt wachst proportional mit der Lange
des Drahtes. Wir gewinnen somit das fur alle folgenden Untersuchungen wesentliche Resultat, daB der Transversaleffekt an
demselben Draht nnterhalb eines Potentialgefalles von ca. 0,2 Volt
pro Zentimeter diesem proportional ist. Bei allen folgenden
Messungen, bei denen das Potentialgefalle pro Zentimeter des
eingepragten Stromes eine wesentliche Rolle spielt, bleiben
wir unterhalb dieser Grenze. Wir kiinnen nun erst an die
Untersuchungen uber den EinfluB der Starke des Magnetfeldes auf den Transversaleffekt herantreten, was eigentlich
als das in erster Linie Wichtige erscheinen muB.
4. Der EinfluB der StLrke a e s Magnetfeldes auf den
Trans vers ale f fe k t.
E s empfahl sich der Einfachheit der Beobachtung willen
die Untersuchungen bei konstanter Starke des eingepragten
Stromes durchzufuhren. Nachtraglich fuhrte man dann an den
beobachteten Werten die Reduktion auf gleiches Potential-
Wechselstrom- Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb-
u. Te-Draihten.
187
gefalle pro Zentimeter im Drahte bei den verschiedenen Feldstarken aus, um den EinfluB der Widerstandserhohung zu
eliminieren. Es sei hier nur darauf hingewiesen, daB im allgemeinen infolge der Superposition der Nachwirkung auEerhalb
des Feldes, die in diesem noch verstarkt wird, und des Transversaleffektes ganz uniibersichtliche 'Oerhaltnisse herauskommen
(naheres vgl. Dissert.).
Man muBte dnher Drahte auswahlen bzw. heratellen, die
die Nachwirkung auBerhalb des Feldes in verschwindendem
Mafie zeigten. Sie wurden aus fein gestoBenem Wismut gepreBt. In Tabb. XIX und XX sind die Beobachtungen an
zwei Drahten wiedergegeben.
T a b e l l e XIX.
Draht X.
Versehiebe
1
Galvanometerausschage bei den Feldstarken von
~~
8
-
-
'!
~
12
~-.
..
~~~--
- 21
16
20
24
~~
~
~
- 80 - 157 -218
79
21
153 220
79
21
150 211
21
78
149 209
22
73
148 209
22
73 1 4 1 199
22
72
137 191
-21
69
129 177
59
110 151
20
500
i
50
89 121
800
' 18
60
13
39
82
1200
/I
32
20
10
43
Widerst. 0,550 3,624 0,754 0,875 0,955 1,07
2ooo
I -0
16
Feldst.
20
15
20
30
50
80
130
200
300
'
j
,
+9
8
7
6
5
2
-
26.1O3Gauss
-.
~. ~.. ~-~
. .~
~~
~
- 300
~
-
351
359
300
302
352
290
345
288
340
278
322
261
305
239
282
248
201
163
194
120
143
62
73
1,17
1,24 Ohm
24 26 lo3Gauss
Starke des eingepragten Stromes 2,OO Amp.
Da bei nicht umgewandelten Drahten die Verstarkung der
Nachwirkung auBerhalb des Magnetfeldes durch dieses gering
ist und bei Draht X iiberhaupt nicht beobachtet werden konnte,
so diirfen wir annehmen, daB der aufierhalb des Feldes bestehende Effekt in einer Starke an den beobachteten Galvano-
H. Geipel.
188
meterausschlage beteiligt ist , die proportional dem Potentialgefalle pro Zentimeter des eingepriigten Stromes wiichst.
In der ersten Kolonne der Tab. X I X a sind daher die
Werte des Effektes aufierhalb des Feldes fur die Klemmenspannung bzw. das Potentialgefalle pro Zentimeter im Draht,
bei denen sie beobachtet wurden, berechnet aus dem Werte 8
bei 0 Gauss angegeben.
In der zweiten Kolonne sind die QrGfien des Transversaleffektes nach Abzug dieser Werte mitgeteilt ; sie entsprechen
seiner wirklichen Stiirke, bei den entsprechenden Potentialgefallen pro Zentimeter und Feldstarken.
-P
70’ Gauss.
Fig. 11.
In der dritten Kolonne schliefilich sind die Werte der
zweiten reduziert auf gleiches Potentialgefdle pro Zentimeter
im Draht, sie geben die Abhangigkeit des Transversaleffektes
von der Feldstarke allein (Fig. 11).
T a b e l l e XIXa.
Draht X.
.~
~
~
2. Tr.-Eff.allein
3. Redne. Tr.-Eff.
-21
+10
-31
-23
8
~
- 153
-79
14
+13
-92 - 167
-58 - 93
16
12
+
-220
+
16
- 336
r
-377
-317
-167
121 -149
24 26.1OSGauss
20
I n Tab. X X (Fig. 12) findet man die Beobachtungsresultate an einem Draht, dessen Nachwirkung auf3erhalb des
Feldes bei ihrem Einfluf3 auf den Transversaleffekt ganz zu
vernachlassigen ist.
Wechselstrom- Gleichstronieffekt an Bi-, Sb- u. Te-Drahten.
189
T a b e l l e XX.
Draht XI.
Verschieb.
I/
Galvanometerausschl~gebei den FeldstSrken von
~
~.
~-
__
_
_
15
20
30
50
80
130
200
300
500
800
1200
2000
Widerst.
Feldst.
+1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,697
4
0,614
0
.
~
20
16
24
_ _
~
16
- losGauss
~~
~~~
-21
- 58 -121 - 162
21
119 162
60
20
161
119
60
19
160
112
60
19
111 159
60
102 149
59
19
138
99
52
18
91
121
17
50
71
103
12
40
10
80
59
28
59
39
9
20
19
28
3
11
0,835 1,975 1,095 1,165
20
16
8
12
-1
-1
0
0
0
+1
12
8
4
- 230
230
230
221
211
203
192
171
148
112
89
45
1,285
24
~~
~
___ -
-274
271
270
260
250
240
220
210
188
141
99
47
1,365 Ohm
16 losGauss
-
8
Beob. Werte
Reduz.Werte
Feldstarken
1
1
I
- 1 - 2 1 i -60 -119 -162
0 -1 - 9 -37
66 - 85
0, 4,
8
12
16
20
+1
~
-
-230
-110
24
-271
-121
2 6 ~ 1 Gauss
0~
Wir erhalten also aus den Beobachtungen das Resultat:
Der Transversaleffekt steigt mit Zunahme der Feldstarke und
H. Geipel.
190
zwar bis 8000 Gauss langsamer, von da ab rascher. Die
Kurven fur die einzelnen Feldstarken besitzen die gleiche Abklingungsgeschwindigkeit und sind einfache Abklingungskurven
ohne Maximum. Die Halbwertzeit hat beiden Drahten X
und XI den Wert 8500.19 low7Sek. Sie ist also bedeutend
gro6er a19 bei der auBerhalb des Feldes beobachteten Nachwirkung.
-
5. Abhangigkeit d e s Transversaleffektes v o n der
Geschwindigkeit des Stromabfalls nach dem Ausschalten.
1st der eingepragte Strom so weit abgeklungen beim Ausschalten, daB der Transversaleffekt anfangt zu uberwiegen, so
kehrt sich die Richtung des Potentialgefialles im Draht um.
E s war daher von Bedeutung, ob und wie das Verschwinden
des eingepragten Stromes seinen EinfluB auf den Transversaleffekt auBere. Die Geschwindigkeit des Stromabfalls wurde
wieder mit Hilfe des Wienschen Variometers, das zwischen
Wismutdraht und Akkumulatorenbatterie eingeschaltet wurde,
variiert. Durch seine Selbstinduktion wurden beim Verschwinden
des Stromes Schwingungen hervorgerufen, die aber auch hier
von sehr ubersichtlichem Charakter waren. Die Versuche
wurden ausgefuhrt bei den GroBen der Selbstinduktion von
0 lo6, 9,2 lo6, und 12,9 lo6 cm. (Naheres vgl. Dissert.)
Es treten Schwingungen um den Transversaleffekt als
Achse. auf, dessen GroBe und Abklingungsgeschwindigkeit von
der Verzogerung des Stromabfalls nicht beeinflufit werden.
Der Transversaleffekt erscheint nur zeitlich verschoben.
Aus diesem Verhalten des Transversaleffekts geht hervor,
daB er von dem FlieBen des Stromes selbst und nicht von
seinem Verschwinden hervorgerufen wird.
.
-
6. EinfluS der Struktur des Wismutdrahtes auf den
Transversaleffek t .
Bereits die vorangehenden Versuche zeigen, daB der
Transversaleffekt auftreten kann, wenn die Bedingung fur die
auBerhalb des Feldes beobachtete Nachwirkung, namlich Busgepragte kristallische Struktur, nicht erfullt ist und sie daher
nur in sehr schwachem MaBe beobachtet wird. Es war aber
geraten, explizite Versuche anzustellen, wie und ob sich eine
Wechselstrom-Gleichstromefekt an Bi-, Sb- u. Te-Drahten.
191
Einwirkung der Struktur auf den Transversaleffekt geltend
mache. Es sei hier nur angefuhrt, daB sich ein deutlicher
EinfluB der Struktur der Drahte auf den Transversaleffekt
riicht in bestimmter Weise konstatieren lieB, was an den durch
die Superposition mehrerer Erscheinungen verwickelten Verhaltnissen liegt. (Naheres vgl. Dissert.)
Es schien noch von Interesse, das Verhalten von Kristallstabchen, die parallel den Spaltflachen und der Hauptkristallachse aus Wismutkristallen gebrochen wurden, zu untersuchen.
Der an ihnen beobachtete Wert betrug nur den achten Teil
des an Drahten beobachteten Effektes.
7. D er T e m p era t u r k o e f f i z i e n t d es Trans v e r s a 1 e f f e k t e s.
Um den Temperaturkoeffizienten des Transversaleffektes zu
ermitteln, muBte man innerhalb des Magnetfeldes den Wismutdraht auf eine beliebige konstante Temperatur bringen konnen.
Den Luftspalt des Magneten konnte man nicht zu weit nehmen,
um die geniigende Feldstarke zu erreichen. F u r die Weite
des Luftspaltes war das engste DewargefaB ausschlaggebend,
das zur Verfugung stand. Es hatte einen augeren Durchmesser
von 22 mm. Man wahlte daher den Luftspalt 24 mm weit.
F u r Temperaturen uber der des Zimmers wurde die
folgende Vorrichtung konstruiert (Fig. 13). P stellen die Pol-
---------
Fig. 13.
schuhe des Magneten vor. Der Ofen bestand aus Vierkantkupfer ( K ) von den Dimensionen 2 3 0 . 4 0 . 1 5 mm. Aus diesem
ist ein Stuck ausgehobelt, das in Fig. 13 im GrundriB durch
die Punkte a, b, c, d, e, f , 9, h bestimmt ist und uber die
ganze Breite von K (40 mm) sich erstreckte. I n einem Teil
dieser ausgehobelten Stelle paBte nun der Kupferdeckel B so,
daB er auf den Flachen, die durch a, b, c und f , 9, h im
GrundriB angedeutet sind, fest aufsaB; er war unten recht-
192
H. Gezpei.
winklig umgebogen, so dab er den freigelassenen Spalt S am
Boden versahlob. 8 hatte die Dimensionen 7-20.36 mm.
Die Wickelungen fur den Heizstrom saf3en seitlich ( W )
auf dem Kupferstiick K durch Asbest von ihm isoliert in
doppelter Lage bifilar. Durch eine Asbestschicht und Aluminiumblech war Warmestrahlung von ihnen aus gut verhindert. Urn
starke Ableitung zu vermeiden, war zwischen Polschuhe und
Ofen ein Luftspalt von je 4,5 mm gelassen. Die Wickelungen
bestanden aus Nickelindraht von 1mm Querschnitt. Der Ofen
wurde mit Akkurnulatorenstrom geheizt ; mit einer Stromstarke
von ca. 3,5 Amp. kam man bequem an den Schmelzpunkt des
Wismuts heran. Die Temperatur wurde mit einem Thermoelement BUS Silber-Konstantan gemessen, das Deben die untersuchten Driihte in den Spalt S gesteckt wurde, den man mit
Asbestwolle oben dicht verdeckte.
Die Drahte konnte man nicht wie fruher zwischen Glimmerblattchen festkitten , da dies hbhere Temperaturen nicht aushalt. Man verfuhr daher folgendermaben: Zwei ca. 3 cm lange
Stiickchen Wismutdraht wurden parallel gelegt und an einem
Ende zusammengelotet, was mit Wismut selbst geschah. Die
beiden anderen Enden waren an KupferdrZihte yon 0,5 mm
mit demselben Lot angelotet. fjber Kupferzuleitungen und
Wismutdraht wurden nun zwei enge an den Kupferdraht dicht
anschlie6ende Glasrohrchen gezogen bis nahe, an die Lotstelle,
die an zwei Stellen mit 0,2 mm dickem Kupferdraht zusammengebunden wurden. Da die Wismutdrahte in den Glasrohrchen
ein wenig Spielraum hatten, wurde in diese unten noch Asbestwolle gestopft, so dab die Drahte ganz fest saben. Das Ganze
wurde nun in ein Glasrohr von 4 mm Weite und 15 cm Lange,
das unten zugeschmolzen war, an dem oberen offenen Ende
eingekittet. Die Lotstelle mu6te sehr kraftig sein, da sie sonst
trotz der VorsichtsmaBregeln gegen die Bewegung durch das
Magnetfeld zerrissen wurde, wenn Strom durch den Draht fl06.
Fur die Versuche unter O o C. wurde eine Kaltemischung von
Ather und fester Kohlenslure verwendet, deren Temperatur
man durch Veriinderung des Verhaltnisses beider Bestanilteile
beliebig wahlen konnte. Es wurden ferner noch Versuche bei
der Temperatur der fliissigen Luft und des fliissigen Wasserstoffs gemscht, die im Institut selbst hergestellt waren.
Wechselstrom- Gleichstromeffekt an Bi-,56- u. I'e-Brahten.
193
Urn nun den EinfluB der Temperatur auf den Transversaleffekt moglichst ohne Storung durch die auberhalb des Feldes
beobachtete Nachwirkung zu erhalten , wurden Drahte gewahlt,
die diese in unmeflbarem Bet,rage zeigten. Die bei dem Luftspalt von 24 mm erreichte Feldstarke betrug 8500 Gauss.
Die Beobachtungen sind in Tabb. XXI und XXII wiedergegeben.
Tabelle XXI.
Draht XVI.
Verschieb.
15
20
30
50
80
130
200
300
500
1
'
Galvanometerausschlgge in 0,l mm bei den Temperaturen
(in Grad C.)
- - ~___
-192 -70 -50 -40 -34 -16 0 /+11
- _ _ _ _ ~
- _.___
__
143 -163 - 96 -89 -6 1 -42 1-30 '-19
-6
82 60 46 30 20
141
6
81 60 48 31 20
6
139
137 160 1 101 80 60 48 31 21
5
5
128 1601 97 80 59 48 32 21
3
119 1501 91 72 58
2
103 1 2 9 ' 89 62 54
70 39 48 41 31 19
89 112
64
60 49 45 38 30 15
921
8
Stgrke des eingeprligten Stromes __ Amp.
6,66
Feldstlrke 8500 Gauss.
1
1
~
1
~~
.
0
0
0
1
I
~
-1
1
0
0
~
1
I
1
-
Temperatur
Beob. Galv.
Red. Effekt
Widerstand
-
Temperatur
Reob. Galv.
Red. Effekt
Widerstand
0
0
I
-
1
~
-253
-
~
~
5 ' -137
I
1
1
1
2,57
_
. ..
~~
-
0
-31
-
160
48
1,721
-
~
_ _ _ _
70 - 50 -40
.-
-192
1 1142
-80
-
-78
1
-34
-16OC.
1 -60
-48
0,1 mm
-59
-48
,,
j
1 0,683 1 0,630 0,620 0,615 0,606 Ohm
~
_
_
f17
' +66 5 1 5 0 f225OC.
I
~.
-21
!
8
0,620
0,640
I
,
~
~~
~~
~
i
'
-
-~
.
-
.-
.
- 7
-31
0,606
__.
~
-101
94
-
-225
-
-
1
j - 1
I 0,763
,
1 0,lmm
1
,,
0,980
Ohm
1 -
H. (I'eipel.
194
Zugrunde gelegt sind in Tab. X X I a (Fig. 14,Kurve a) die
Werte desTransversaleffektes fur den Zeitpunkt 5 0 . 1 9 . I O-'Sek.
nach dem Abschalten des eingepragten Stromes, da hier der
Einfluh der Nachwirkung auBerhalb des Feldes zu vernachlassigen ist, wie sich aus Beobachtungen ergab.
Temp in GradCr/s.
Fig. 14.
T s b e l l e XXI1.
Draht XVII.
Verachieb.
1,
Galvanometerausschlaige bei den Temperaturen
-36
15
20
30
50
80
130
200
300
500
- 1-123 -82
-94 1 122
82
89
120
83
k220OC.
1
- 53
-39 - 2 1 -11 - 1
2
36
21
12
4
36
53
21
15
21
17
8
55
8
22
19
57
::
~
51
71
61
42
1
I
111
91
66
I
78
69
49
57
50
- 2
2
5
9
10
10
10
11
9
40
8
6,66
Stiirke des eingeprllgten Stromes - Amp.
Feldatarke 8500 Gauss.
Widerstsnd
1 1,064 10,47110,436
(0,42010,423(0,43010,4711 0,508 1 0,701 Ohm
_____~~
_____
_
_
_
I
_
Temperatur1/-192
1 1 1 1 1 1
-70
-50
-22
0
+I8
+85
lvechselstrom-Gleichstromeffelit on
Bi-,56-
u.
195
Te-Drahten.
Benutzt wurden bei Tab. XXIIa (Fig. 14, Kurve 6) die
Werte im Zeitpunkt 130.19.10+ Sek. nach dem Ausschalten
des eingepragten Stromes, da hier die auBerhalb des Feldes
hestehende geringe Nachwirkung bereits so weit abgeklungen
war, daB sie keinen EinfluB mehr ausubte. Sie ist erkennbar
aus den Maximis in den Kurven, die, da jene mit wachsender
'J'emperatur zunimmt , starker ausgepragt sind bei hoheren
Temperaturen.
Der EinfluB der Temperatur auf den Transversaleffekt hei
Wismut auBert sich dahin , daB er mit sinkender Temperatur
steigt und zwar von dem Werte 0 beim Schmelzpunkt bis etwa
O o C. langsamer, dann rascher. Bei -looo erreicht er ein
Maximum, von wo an er nach der Temperatur der fliissigen
Luft und des fliissigen Wasserstoffs zu wieder rasch sinkt;
so daB er bei der Temperatur des letzteren wieder unmeBbar
klein geworden ist. Bemerkenswert ist, da8 auch unter
-- 192 O bis - 253 O der Widerstand im Magnetfeld weiter steigt.
T a b e l l e XXIIa.
--
-
__ __
__
-
-192 - 70 -50
Temperatur
Beob. Galv. -- 80 -1191-82
R.edue.Effekt - 32 -107'-79
Widerstand
1
~
-36
-18
0 +18 +120 +220°
;
-57
-31
-31
-20
-23
-19
-
10 -1Omm.10-'
- 8,- 6
,,
1,064 0,471 0,436,0,4200,420 0,423 0,430 0,508 I 0,701 Ohm
-57
-23
c.
Zu erwahnen ist noch, daB die hier ausgefiihrten Reduktionen erlaubt sind, da Proportionalitat zwischen dem Potentialgefalle pro Zentimeter und dem Effekt bei dem hier angewendeten Potentialgefalle pro Zentimeter des eingepragten
Stromes besteht.
8. Die Natur d e s
Transversaleffektes.
Bereits die Versuche, die zum Nachweis dienten, da6 die
an den Enden des Wismutdrahts vorhandenen Elektrizitatsmengen grog genug sind, so daB die Potentiale durch Anlegen
des Kondensators praktisch nicht verandert werden, lieBen es
wahrscheinlich erscheinen, daB auch die den Transversaleffekt
hervorrufenden Spannungen nicht von verhaltnisma6ig geringen
Anfladungen des Drahtes durch den eingepragten Strom herriihren.
13*
196
H. Geipel.
SchloB man die Enden des Wismutdrahtes kurz, so konnte
man direkt dariiber AufschluB erhalten, denn sind die Spannungen von Aufladung des Drahtes hervorgerufen, so miiBten
sie nach dem KurzschluB verschwunden oder wenigstens betrachtlich kleiner geworden sein.
Die Versuche wurden nach Schaltungsschema Fig. 9 in
analoger Weise wie in Abschnitt VIII, 6 gemacht. Nach Aufhebung des Kurzschlusses war kein Unterschied zwischen dem
Reste der Abklingungskurve und der ohne KurzschluB aufgenommenen zu bemerken. Der Anstieg der Spannung erfolgte momentan. (Naheres vgl. Diusert.)
XII. Nachweis der beiden an Wismut und Antimon beobachteten
elektromotoriechen Kriifte an Tellur.
Wir haben e8 bei Tellur insofern mit ganz anderen Verhaltnissen zu tun, als der Widerstand der untersuchten Drahte
so auf3erordentlich vie1 hoher war, als es bei denen aus Antimon
und Wismut der Fall gewesen ist. Man muf3te also, urn
Stromdichten zu erhalten, wie sie bei Wismut und Antimon
verwendet wurden, enorm hohe Spannungen anlegen. Trotzdem gelang es mit 16 Volt die beiden EMK., die zuruckbleiben, nachzuweisen. Sie sind allerdings so klein, daB sie
eben noch gut wahrgenommen werden kSnnen bei der Exaktheit, mit der die Versuchsanordnung arbeitet. Wir miissen
uns freilich mit ihrem Nachweis begniigen, da eine genauere
Verfolgung mit der verwendeten Versuchsanordnung insofern
unmoglich ist und zu ganz unvergleichbaren Resultaten fuhren
wurde, als bei den hohen Widerstanden der Drahte, nach der
in Abschnitt V gegebenen Diskussion der MeBanordnung bereits
enorme Fehlbetrage der Kondensatorladung eintreten. Der
Kondensator ist noch wahrend der Messungen in der Aufladung begriffen. Dieser Spannungsanstieg ist aber so steil,
daB sich hier die Unsicherheiten der Pendelkontakte schon
stark geltend machen. Will man also das Verhalten des
Tellur eingehender untersuchen, so muB man sich einer ganz
anderen Versuchsanordnung bedienen , die vor allem auf den
Kondensator als MeBinstrument verzichten muf3, da er die
Tragheit der MeBanordnung bedingt. Man wird vielleicht den
Versuch rnit einem Elektrometer machen kbnnen.
Wechselstrom-Gleiclistromeffekt an Bi-,Sb- u. Te-Uriihten.
197
Die untersuchten Drahte zeigten einen ausgepragt kristall m h e n Schichtenbau, wie er an den Antimondrahten und den
umgewandelten Wismutdrahten beobachtet wurde.
Die GroBe der Kapazitit des Kondensators betrug bei
Sek.
diesen Messungen 1,O Mikrofarad, die Aufladezeit 55,3
Es seien die Beobachtungsresultate angegeben. (Tabb. XXIII
u. XXXV.)
T a b e l l e XXIII.
-
Draht I 1336 Ohm Widerstand,
Draht I1 11200 Ohm Widerstand.
~~
Galvanometerausschlsge
Verschiebung des
mm
Kont. I1 in
_
~
_
-~
___
~~
0
10
15
+4
4
20
30
50
3
3
3
80
3
2
2
130
200
300
500
1000
1
1
0
Stromausschalten
+ 5
4
4
3
2
2
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Feldstarke 0 Gauss. EMK. des eingepragten Stromes 16 Volt.
Es ist also eine Spannungsdifferenz nach dem Ausschalten
des eingepragten Stromes auBerhalb des Magnetfeldes vorhanden, die dasselbe Vorzeichen hat, wie die an Wismut und
Antimon zuriickbleibende elektromotorische Kraft. Fiihrt man
die Rechnung nach der in Abschnitt V gegebenen Formel fur
die beiden Widerstande der Drahte I und II durch, so findet
man, daB man bei Draht I nur 1/24., bei Draht I1 nur 1/99 der
vorhandenen Spannung infolge der Tragheit der MeBanordnung
bei diesen Widerstanden miBt. Berucksichtigt man dies, so
wurde der vorhandenen Spannung ein Anfangswert der Abklingungskurve bei Draht I von 96, bei Draht I1 von 495 in
Galvanometerausschlagen (0,l mm) bei voller Aufladung der
H. Geipel.
198
Kapazitat entsprechen. Benutzt man die Eichungskurven in
Pig. 4, so iindet man, daB die zuruckbleibende Spannungsdifferenz bei Draht I
Proz., bei Draht I1 113 Proz. der angelegten Spannung des eingepragten Stromes an den Enden des
Drahtes betragen wiirde. Alle diese Berechnungen haben natiirlich nur Naherungscharakter.
Es wurde nun noch ein Draht im transversalen Magnetfeld untersucht. (Tab. XXIV.)
'Il6
T a b e l l e XXIV.
Draht 111.
Verschiebung des Kont. I1
in
mm
Galvanometerausschlage
bei der Feldstarke von 26000 Gauss
0
15
20
30
50
80
130
200
300
500
Stromausschalten
- 2
- 2
- 3
-5
- 7
- 7
- 8
- 7
- 7
-7
-6
- 3
- 2
800
1200
1600
2000
Feldstarke
Widerstand
0 Gauss
a52 Ohm
26000 Gauss
946 Ohm
Der transversale Magneteffekt tritt also ebenso wie bei
Wismut und Antimon auf. Er ist hier kraftiger als bei
Antimon und sehr deutlich ausgepragt. Wie man an dem
Maximum der Kurve erkennt, besteht auch der auBerhalb des
Feldes beobachtete Effekt im Magnetfeld fort. Die Widerstandsanderung im Magnetfeld ist ziemlich betrachtlich, sit3 hat
bei 26 000 Gauss eine GroBe von 1 1 Proz. des Wertes bei 0 Gauss.
W ir konnen also hier bei Tellur ein vollstandiges Analogon
zu Wismut und Antimon feststellen.
Wechselstrom- Gleichstromefikt an
Bi-,Sb-
u.
I’e-Draihten. 199
Fuhrt man hier die Berechnung des Fehlbetrags der
Kondensatorladung durch, so findet man, daB man 1/14 der
vorhandenen Spannungsdifferenz mi&. Extrapoiiert man von
tiem Rest der Kurve nach dem Zeitpunkt 200.19 lo-? nach
Clem Ausschalten des eingepragten Stromes auf den Anfangswert der Kurve, so wiirde man etwa den Wert 10 erhalten,
der dem Transversaleffekt ohne den storenden EinfluB der
auBerhalb des Magnetfeldes bestehenden Nachwirkung entspricht. Man wurde dann fur die Volladung des Kondensators, die der vorhandenen Spannung entsprache, einen Galvanometerausschlag von ungefahr 140 (0,l mm) bekommen,
was einer Spannungsdifferenz von 1 pro Mille der angelegten
elektromotorischen Kraft des eingepragten Stromes entsprache.
Die hier an Tellur ausgefiihrten Rechnungen konnen
naturlich nur als Orientierung uber die GroBenordnung der
:suruckbleibenden Spannungsdifferenzen dienen.
-
XIII. Versuche an anderen Metallen.
Es wurden schlieBlich noch an einigen teilsparamagnetischen,
teils diamagnetischen Metallen sowohl auBerhalb als innerhalb
ties Magnetfeldes Versuche gemacht, um zu sehen, ob die
beobachteten Erscheinungen auf die drei Metalle Wismut,
Antimon and Tellur beschrankt seien. Die Versuche ergnben,
da6 Nickel, Kupfer, Zink, Zinn und Quecksilber bei der Temperatur der flussigen Luft keine Spur einer zuruckbleibenden
elektromotorischen Kraft sowohl innerhalb als auBerhalb des
Magnetfeldes aufwiesen. Bei Nickel konnte man im transversalen Magnetfeld eine Abnahme des Widerstaiides konstatieren, was bereits bekannt ist. Zink zeigte auBerhalb und
knnerhalb des Magnetfeldes gleiche Leitfahigkeit. Die Versuche
an Zink auBerhalb des Magnetfeldes schienen insofern aussichtsreicher , als es eine grobe kristallinische Struktur zeigt.
.Aber bereits das Zerbrechen der ausgezogenen Drahte zeigte,
daB hier im Gegensatz zu Wismut, Antimon und Tellur doch
ganz andere Verhaltnisse des metallischen Zusammenhanges
bestehen. Spaltete namlich ein Draht aus den drei vorherqenannten Metallen auBerst leicht bei geringem Druck langs
einer quer durch ihn hindurchziehenden Kristallflache, so
muBte man bei Zink sehr kraftig ziehen, bis man den zaihen
200
H. Geipel.
Metallfaden zerriE. Die Bruchflache zeigte keine einheitliche
Kristallflache, sondern ein Aggregat von mehreren kleinen.
XIV. Zusammenbssung der Resultate.
Die Versuche, fiber die in den vorangehenden Abschnitten
der Arbeit berichtet wurde, erbringen den Beweis fur das Vorhandensein zweier wesentlich verschiedener elektromotorischer
Krafte, die an von Strom durchflossenen Wismut-, Antimonund Tellurdrahten nach dem Ausschalten des eingepragten
Stromes zuriickbleiben. E s sollen nun die fur sie gefundenen
Gesetze zusammengestellt werden. Wir durften dabei von der
wohlberechtigten Annahme ausgehen, daE die EMK. bei allen
drei Metallen den gleichen Gesetzen gehorchen, wir wollen
jedoch die Resultate speziell fur das Metall, an dem sie gewonnen wurden, niederschreiben.
I . Verhalten v o n Antimon aufierhalb des magnetischen
Feldes.
An von Strom durchflossenem Antimondraht bleibt nach
dessen Ausschalten eine EMK. zuriick. Die Richtung des
Potentialgefalles ist dieselbe wie die des eingepragten Stromes.
Verzogerung des Stromabfalles nach dem Ausschalten beeinfluEt die GroBe der Nachwirkung und ihre Abklingungsgeschwindigkeit nicht, sie erscheiut nur zeitlich verschoben.
An demselben Draht ist die zuriickbleibende EMK. proportional der Starke des eingepragten Stromes und der Lange
des Drahtes. Es folgt daraus die Proportionalitat mit dem
Potentialgefalle pro Zentimeter des primaren Stromes im Draht.
Die GroEe der Nachwirkung betrug im maximalen Falle 0,12Proz.
der angelegten Spannung bei Zimmertemperatur, also ungefahr
den 8. Teil des von S e i d l e r bei Wismut (1 Proz.) beobachteten
Wertes.
Die nachwirkende EMK. ist in hohem Grade abhaugig
von der kristallischen Struktur der Drahte. Bei Drahten von
ausgepragt einheitlicher kristallischer Struktur ist sie am
starksten, bei Antimonfaden aus einem ungeordneten Aggregat
von Kristallnadeln ist sie unmeBbar klein. Parallel den Hauptspaltflachen der Antimonkristalle ist der Effekt vorhanden,
Wechselstrom-Gleichstromeffekt an
Bi-,Sb-
u. Te-Drahten.
20 I
doch betragt er hier nur etwa '1, des maximalen Wertes, der
an Drahten beobachtet wurde, bei denen die Hauptspaltungsflachen schrag gegen die Stromrichtung lagen. Fliissiges
Antimon weist die Nachwirkung nicht auf.
Der EinfluB der Temperatur ist gering. Das starke
Wachsen der Nachwirkung zwischen - 192O und + 100O ist
molekularen Umlagerungen des Antimons zuzuschreiben.
Ein KurzschluB der Enden des Drahtes ist auf den Teil
der Abklingungskurve der zuriickbleibenden Spannung, der
nach seiner Aufhebung gemessen w i d , ohne EinfluB. Die
Spannung steigt nach Unterbrechung des Kurzschlusses auf
ihren Endwert momentan an.
Die Abklingungsgeschwindigkeit der zuriickbleibenden
EMK. ist abhangig von der Struktur der Drahihte. Sie ist
daher bei hoheren Temperaturen kleiner als bei tieferen, weil
hier die kristallische Struktur besser ausgepragt ist.
Die Kurve, die die Abhangigkeit der Nachwirkung von
der Zeit darstellt, sinkt zuerst rascher, dann langsamer, sie
'ist also nicht durch die Exponentialfunktion dargestellt.
Das Magnetfeld verst'irkt die zuriickbleibende Spannungsdifferenz und den Widerstand des Antimons in geringem MaBe.
2. D a s V e r h a l t e n v o n Antimon im M a g n e t f e l d , dessen K r a f t l i n i e n senkrecht zur D r a h t r i c h t u n g stehen.
Zu dem auBerhalb des Peldes beobachteten Effekt tritt
hier ein neuer von entgegengesetztem Vorzeichen. Er auBert
sich in einer scheinbaren Verkleinerung des ersteren, der aber,
wie aus dem Maximum in den beobachten Kurven hervorgeht.
auch im transversalen Magnetfeld fortbesteht.
Seine GroBe betragt in einem Feld von 15000 Gauss
etwa die Halfte der auf3erhalb des Magnetfeldes beobachteten
N achwirkung.
3. D a s V e r h a l t e n v o n W i s m u t im M a g n e t f e l d , d e s s e n K r a f t l i n i e n p a r a l l e l der D r a h t r i c h t u n g verlaufen.
Im longitudinalen Magnetfeld tritt eine Verstarkung der
augerhalb des Magnetfeldes beobachteten Nachwirkung ein,
die ein Analogon zu der an Antimon gemessenen ist. Sie ist
202
II. Geipel.
an demselben Drahtstiick proprn%ional der Starke des eingepragten Stromes und der Lange des Drahtes, also dem
Potentialgefalle pro Zentimeter des eingepragten Stromes
im Draht.
Die Verstarkung ist proportional der Starke des Magnetfeldes.
Sie ist in hohem Grade abhangig von der Struktur der
Drahte. Gewohnliche gepreBte Drahte zeigen sie in fast unmeBharem Betrage nur, wahrend sie bei umgewandelten
Drahten, die eine deutliche, einheitliche kristaIlische Schichtung
quer zur Drahtachse zeigen, einen Betrag erreicht, der im
Mittel bei 115 Proz. fur ein Feld von 15000 Gauss liegt, die
Prozentzahl bezogen auf den Wert bei 0 Gauss.
4.
D a s V e r h a l t e n v o n Wismutdraht, d e s s e n R i c h t u n g s e n k r e c h t z u r R i c h t u n g der M a g n e t k r a f t l i n i e n v e r l a u f t .
I m transversalen Magnetfeld tritt bei Wismut wie bei
Antimon eine zweite zurtickbleibende EMK. auf, die in kurzer
Zeit abklingt. Ihr Potentialgefalle im Draht ist dem des eingepragten Stromes entgegengerichtet.
Sie gehorcht den folgenden Gesetzen:
Die Abhangigkeit von der Starke des eingepragten Stromes
ist derart, daB die zuriickbleibende EMK. fur niedere Stromstarken ihnen proportional wachst, fur hohere langsamer
als diese.
Der Transversaleffekt ist bei ein und demselben Drahtstuck proportional seiner Lange. Daraus folgt, daB er fur
niedere PotentialgefaIIe pro Zentimeter des eingepragten Stromes
im Wismutdraht proportional mit ihnen wachst, fur hbhere
langsamer als diese. Die Grenze, bei der die Abweichang von
der Linearitiit beginnt, liegt bei etwa 0,2 Volt pro Zentimeter.
Die Abhangigkeit von der Starke des Magnetfeldes stellt
sich folgendermaBen dar: Das Anwachsen des Effektes bis zu
8000 Gauss erfolgt schwacher als fur hohere Feldwerte. I n
Feldern iiber 8000 Gauss nimmt der Transversaleffekt proportional ihrer Intensitat zu. Die GroBe des Transversaleffektes
ist unabhangig von .der Richtung des Drahtes in der senkrecht
zu den Kraftlinien stehenden Ebene.
Clrechselstrom-Gleichstromeff~ktan Bi-, Sb- u. Ye-Draihten.
203
Die Verzogerung des Stromabfalles verandert die GroBe
dies Transversaleffektes und seine Abklingungsgeschwindigkeit
nicht. Sie verschiebt ihn nur zeitlich.
Die Struktur gepreBter und umgewandelter Drahte gibt
keine deutliche Einwirkung auf die GriiBe des Effektes zu
erkennen, doch scheint er bei umgewandelten Drahten etwas
groBer zu sein.
Die GroBe der Nachwirkung betrug im maximalen Falle
bei 26000 Gauss Feldstarke 6,7 Proz. der angelegten Klemmens pannung des eingepragten Stromes. Parallel den Hauptspaltflachen des Wismutkristalles tritt der beobachtete Effekt ebenfalls auf, er ist jedoch hier nur der achte Teil des an gepreBten
Drahten beobachteten maximalen Wertes. Er ist also offenbar
von der Richtung der kristallischen Hauptachse abhangig.
Der EinfluB der Temperatur macht sich in hohem Grade
geltend. Der Transversaleffekt zeigt ein Maximum bei - 100 O C.,
das nach beiden Seiten steil abfallt, so daB sein Wert bei - 70'
das 6-7 fache des bei Zimmertemperatur beobachteten Wertes
hetragt. Bei - 192" ist der EfTekt wieder auf einen Wert
berabgesunken, den er bei - 20° hat, bei - 253O ist er zu
Null abgeklungen.
KurzschlieBen der Enden des Wismutdrahtes hat auf die
elektromotorische Kraft nach Aufhebung des Kurzschlusses
und auf ihre Abklingungsgeschwiiidigkeit keinen EinfluB. Der
Endwert der Spannungsdifferenz wird nach Aufhebung des
'thrzschlusses augenblicklich erreicht.
5. Das Verhalten von Tellur auBerhalb des Magnetfeldes.
An stromdurchflossenen. Tellurdrahten ist nach dem Ausxhalten des eingepragten Stromes die an Wismut und Antimon
auBerhalb des Magnetfeldes beobachtete elektromotorische Kraft
vorhanden. Ihre Richtung ist dieselbe wie bei diesen Metallen.
lhre GroBe betrug im maximalen Falle ca. 0,3 Proz. der angelegten Spannung.
6. Tellur i m Magnetfeld, dessen Kraftlinien senkrecht
z u r Drahtrichtung stehen.
Im transversalen Magnetfeld tritt wie bei den Metallen
Wismut und Aptimon zu der eben erwahnten Nachwirkung
204
H. Geipel.
eine zweite elektromotorische Kraft hinzu, die jener entgegengerichtet ist. I n dem einen Fall, in dem sie gemessen wurde,
betrug ihre GrOBe 0,l Proz der angelegten Spannung bei
26 000 Gauss Feldstarke.
7. Das Verhalten anderer Metalle.
Die Metalle Nickel, Kupfer, Zink, Zinn und Quecksilber
bei der Temperatur der fliissigen Luft zeigen die beiden
elektromotorischen Kzafte nicht.
XV. Theoretische Betrachtungen.
Bereits S e i d l e r hat aus seinen Versuchen iiber Wismut
au6erhalb des Magnetfeldes geschlossen, da8 man die Ursache
des auBerhalb des Feldes beobachteten Effektes in die Schichten
verlegen musse, die sich beim Erstarren des Metalles zwischen
die rein metallischen einlagern. Diese Anschauung scheint nach
meinen Versuchen besonders an Antimon groBe Wahrscheinlichkeit zu gewinnen, wenn man annimmt, da8 diese Zwischenschichten von einem Medium erfullt sind von solcher Beschaffenheit , daB die dielektrische Polarisation nicht verschwindet
gegenuber seiner Leitfahigkeit. Vielleicht darf man annehmen,
daB es sich dabei um Gase handelt, die durch die angelegte
Spannung ionisiert werden, durch die Bildung einer Doppelschicht an den metallischen Begrenzungen der Zwischenschichten Spannungen hervorrufen , die erst verschwinden, wenn
das Gas sich vollstandig neutralisiert hat.
Die Annahme, daB es sich um schlechtleitende Schichten
handelt, wird durch die starke Widerstandserhohung der Metalle
beim Erstarren gerechtfertigt (Wismut LO Proz., Antimon ca.
30 Proz.).
Es wiirde sich aus dieser Hypothese die Abhangigkeit der
Nachwirkung von ausgepragter kristallischer Struktur in befriedigender Weise erklaren (naheres vgl. Diss.).
Was den Transversaleffekt bei den untersucbten Metallen
betrifft, so liegen Griinde vor, ihn der Reihe der Hallerscheinungen zuzuordnen (vgl. Diss.). Jedenfalls scheint man den
transversalen Magneteffekt , da er ein zeitlich andauernder
ist, ebenfalls in die postulierten Zwischenschichten verlegen
zu miissen.
Wechse2strom- Gleichstromeffeht an
Bi-,Sb-
u. A-Drahten.
208
Die Widerstandserhohung an Wismut im Magnetfeld, die
man bisher als einen longitudinalen Halleffekt bezeichnet hat,
also als verursacht durch eine sekundare elektromotorische
Kraft in Langsrichtung des Drahtes, scheint durch die Ablenkung und somit der Verlangerung der Strombahnen in den
schlechtleitenden Schichten eine einfache Erklarung zu finden.
Hierrnit hangt die Verstarkung der Nachwirkung, die au6erhalb des Feldes besteht, in diesem speziell im longitudinalen
Magnetfeld, wo sie genauer untersucht wurde, zusammen. Im
ubrigen mu6 fur die Begrundung dieser Angaben auf die
Bissertation verwiesen werden.
Die Versuche wurden vom November 1910 bis zum Juli
1911 im Theoretisch-Physikalischen Institut der Universitat
Leipzig ausgefuhrt. Es ist mir eine angenehme Pflicht, Hrn.
Prof. Dr. Th. D e s C o u d r e s fur die Anregung zu dieser Arbeit,
sein reges Interesse an ihrem Fortgang und die Liebenswiirdigkeit, mit der er mir die Mittel des Instituts zur Verfiigung
gestellt hat, zu danken. Seinem Assistenten, Hrn. Privatdozent
.Dr. C. F r e d e n h a g e n , bin ich fur mancherlei Ratechlage zu
Dank verpflichtet.
(Eingegangen 26. Februar 1912.)
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