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Die Abhngigkeit der Ionisierungszahl von der Feldstrke und die mittlere ДIonisierungsfeldstrkeФ in Flssigkeiten.

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D i e Abhangl'gkeit d e v Iornisierzcngsxahl
von d e r FeldstiZr7ce und d i e m i t t l e r e
, , l b n i s i e r ~ ~ n g s f e Z d s t a r kin
e ~Pziissiykeiten
~
Von A l e x a n d e r N i k u r a d s e
(Elektrophysikalisches Laboratoriuiu des Elektrotechnischen Instituts
der Techiiischen Hochschnle Miinchen)
(Mit 23 Figuren)
I n h a1 t : A. Einleitung; B. Ionisierungszahl in Abhiingigkeit von
der Feldstarkr und von der Natur der Fliissigkeit. - I. Der Exponentialkoeffizient c der fitroinspannungsgleichung ist unabhangiq von der Elektrodenentfernung. - 11. Der Exponentialkoeffizient c der Stromspannungsgleichung ist eine Funktion der Elektrodenentfernung. - 111. Die Versuche
in entsasten Fliissigkeiten. - 1V. Die lonisierungszahl und die inittlere
Feldstlrke go, bei der der Wiederanstieg des Stromes beginnt, in Abhhgigkeit von der Natur der Flussigkeit. - C . Zusammenfassung.
A. Einleitung
Es wurde friiher gezeigt I ) . claB die Bezieliung zv isclien
iler Stromstarlre J wid der Elektroclenentfernuiig i, Lei konstaiit
gehaltener mittlerer Feldstiirke Q,, in gereiiiigteii Mineralblen
durch den Ausdruck:
(1)
J = JseaS
gepeben verden kana. u ist (lie Ioiiisierungszahl und giht die
ion einem Ladungstriiger auf 1 cm Keglange erzeugte Ionenzahl an. Der Faktor J , hat die Bedeutung des Siittigungsstromes;
nian erhiilt ihn, wenn in der obigen GI. (1) 6 = 0 gesetzt xircl.
Diese Beziphung (1)ist nichf imnzer erfiillt. Einige Fliissigkeiteii
zeigen, daB der Logarithmus des Stronies lg J als Funktion der
Elektrodenentfernung keine Gerade clarstellt, I\ ie das die Gleichung verlangt, sonclern dab der Steigungsivinkel Ton lg J init
I\ xchsendeni B abnimmt.
Den Zusammenhang zx-ischen J uiicl cler Spannung C, bziv.
cler niittlereii Feldstiirke 6., stellt die Gleichung:
J = J . ecuU= J . e c J @ m
dar, werin die angelegten S1)annungeahbher als die des Sgttigungs-
[a
stromgebietes sincl.
Der Eaponentiallioeffizient c gibt die Ge-
l) A N i k u r a d s e , Naturwiss. 10. S. 333. 1931.
852
Annalen der. Ph,?jsik. 5 . Folge. Band. 13. 1932
schwindigkeit cles Stronianstieges mit wachsencler Spannung an.
Die Konstante J,, erhalt man, wenn die Kurve Ig J = f, ( U )auf
U = 0 estrapoliert qir(1. Die GZ.(2) besitzt im his Setzt untersnchten MeWbereiche allgemeine Giilttigkeit.
Nachdem diese fiir den Stroinleitungsmechanismus beachtenswerte GriiBe cc bestimmt worden var, sollten die Untersnchungen in folgender Richtnng erweitert werden: Es sollte
die Bbhangigkeit der Ionisierungszahl cc von der Katur der
Pliissigkeit, von cler mittleren Feldstarke Eqnstudiert und die
unterste mittlere Feldstarlie, bei der die lonisierungsfunktion
gerade in Wirliung tritt, ermittelt werclen. Diese mittlere
Feldstk-ke kiinnen wir als mittlere Ionisierungsfeldstarke Go
bezeichnen. AuBerdem sollte die GroBe J8 studiert werden. Uni
diese B'rage z u klaren, waren die Untersuchungen der Bbhiingigkeit der obigen Kurren J = f , ( U ) yon dem Abstarid der
Elektroden unerlail3lich. Es murde folgendermaBen vorgegangen :
Zuerst murclen die Stromspannungscharakteristiken bei verschiedenen Elektrodenentfernungen aufgenommen, dann daraus
die Stromfeldstarkenkixrven abgeleitet uncl aus diesen die Ahhangigkeit des Stromes von clein Elektrodenabstnnd bei verschiedenen mittleren Feldstirken ermittelt.
Die Versuchshedingungen und die Snordnung, die bei cler
Dnrchfuhrung der Arbeit angewendet wurden, sind in clen
vorhergehenden hrbeiten l), 2, geschilclert worden. Die Stromspannungs- bzw. Stromfelclst~rkeiilturvenstellen die statischeii
('harakteristiken dar.
Die Messungen wurden in gut gereinigtein Hesan, Chlorbenzol, Nitrobenzol, Toluol und in funf verschiedenen Minerald e n , die mit 0 1 I, 11,111, I V uncl V bezeichnet werden iiiBgeii,
ansgefuhrt.
B. Ionisierungszahl i n Abhangigkeit von der Feldstarke
und von der Natur der Flussigkeit
Die Experimente haben ergeben, daD der ELxponentialkoeffizient c der Stromspannungs- bzw. Stromfeldstiirkencharakteristiken [GI. (a)]sicli in einigen Fliissigkeitsproben unabhangig
von cler Elektrocleaentfernung S und in anderen als Funlition
voii d erwieseii hat. Es wird weiter gezeigt, daB die Grol3e c
f u r die Ionisierungsfunlrtion a von groBer Bedeutnng ist. Es
sei deshalb die Betrachtung der Sbhiingigkeit der Ionisierungs1) A. N i k u r a d s e , ,,ober die spontane Ionisation der reinen
Fliissigkeiten", Arch. f. El. 1932.
2) A. N i k u r a d s e , ,,Experimentelle Untersuchungen der Stroinleitang bei hohen Fcldern in dielektrischen Fliissigkeiten", Arch. f.El. 46.
S. 250. 1932.
A . Nikuradse. Die Abhungigkeit
dey
Ionisieruizgsxahl
USZL'.
S53
zahl a von der mittleren Feldstiirke Q!n in z\\-ei Teile geteilt. Der
erste Teil sol1 clen Fall schilclern, in Clem c = coust. ist iincl cler
zweite Teil erstreckt sich uber clen Fall, in deiii c = c(8) darstellt.
Ks sei hier gleich henierlit. claB die GriiDe c sich als unallhiingig von Druck, Teiiipcratur imd Spannung ini untersuchten Bereich ern iesen hat.
Teil 111 schildert die MeBergebiiisse in eiitgasten Flussigkeiten. AnschlieDeucl daran solleti in Teil I V dieser Ausfiihrmg
einige esperiinentelle Ergebnisse kurz initgeteilt werden, (lie
die dbhiirigigkeit der Ionisiernngszahl iuiid der mittleren Ionisiernngsfeldstiirke Ton der Natur der Fliissigkeit schildern.
1. D e r E x p o n e n t i a l k o e f f i z i e n t c
d e r S t r o m s p a n n u n g s g l e i c h u 11g i s t u n a b h a n g i g
vou der Elektrodenentfernung
Itii GI I 4 n d die Stromspaiiiiutigscliarakteristiketi in -11)liiingigkeit voii der Elrktrodetieiitferiii~n~
aufgeiioiiimen mrdeii,
uutl zuar bei 0 = 0,6;
J = f(@d
2 ; 3 ; 4 nnd 5 iiini.
Daraub nur(1eti die
Stromfeldstrirkecharak- 'O
teristikeii abgeleitetuiid 5
in Fig. 1 lg J als Funktion der niittleren Feldst'irke Em aufgetragen.
Sie >tellen Geracle
dar, die eineni gemeni- Fig. 1. &Iineraliil Ia, erste Probe von I.
&amenSchnittlrulikt zll- Die Abhiingigkeit des Stromes J von der
streben. &t der ange- mittleren Feldstiirke 0, bei verschiedenen
lex&yi Spanllang \v.urde Elektrodenentfernungen. Filtriertes uud
Rbsichtlich nicht zll getrocknetes 01. Offenes Versuchsgef;iiB,
kein hoher Reinheitsgrad
liocli gegangen, nni die
Gefalir der Funkenentladung zii Termeiden. Hiihere Poteiitiale
wurdeii in anderen noch zu heslmdienden Versnchen angew endet.
K i r hahen bereits geselieii [Gl. (1 claB der Zusammenliatlg
znischen J und 8 bei koiistaiit gehaltener niittlerer Feldstkke
durch den dusdruck:
lgJ=IgJ8+a*d
dargestellt werden kann. Durch Variation der mittleren Feldstiirke Tvird in dieher Gleichang die Ionisierungszahl cc veriindert
und J q niclit heeinflutlt; dieses ist in Fig. 1 leicht z u erkennen.
Die Knrvetischar in Fig. 1 kann durcli die Gleichung:
lg J - lg J s = ??a (Ern- Q,)
clargestellt werdeu. Es liiBt sich zeigen, dab 771 = c * 6 ist,
)I,
554
Annalen
dey
Physik. 5 . Folge. Band 13. 1932
wobei c den Koeffizieiiten des Exponenten in der Stromspannungsgleichung darstellt. Es ist also:
lg J = c S(G,- QJ lg J 8 .
(3)
Q, ist als unabhiingige Variable mid S als Parameter aufzufassen. Die obige G1. (3) gilt auch d a m , wean c von S ahhiingig ist.
Die Pig. 2 zeigt den Zusamnienhaiig zwischen Strorn J und
Elektrodenentfernung d in logarithniischer Darstellung, in der
die niittlere Feldstarke als Parameter client, nnd zwar siiicl die
Kurven bei Em= 70, 50, 40, 30 kV/cni gezeichnet. Differenziert
man den Ansclrnck lg J [Gl. (3)] partiell nach der Elektrodenentfernung 8, so erhalt man die von den1 Ladungstrager auf
1 cm Wrgliinge erzeugte Ionenzahl u.
(4)
u = C(Q,Go).
Die Ionisier~mgszahlu stellt die Neignng der logarithmisclien
Kurven dar (Fig. 2). Der geradliiiige Verlauf dieser Kurven
+
Fig. 2. Mineral61 Ia. Der Strom in
Abhiingigkeit von der Elektrodenentfernunp, bei verschiedeneii mittleren Feldern. Die Kurven sind
aus den in Fig. 1 dargestellten
MeBergebnissen gewonnen
Fig. 3. Die Abhangigkeit der
Ionisiernngszahl a von der Feldstiirke, errechnet aus den.Kurven jg J = f ( a ) , die in 01 I a
und 01 I b geradlinigen Verlauf
zeigen (vgl. Figg. 2 und 5 )
zeigt, daki von einem Elektrizitatstriiger in jedem Punkte des
Elektrodenzwischenraunis liings cler Feldlinien ein und dieselbe
Anzahl der neuen Ionen aus den neutralen Fliissigkeitsmolekiilen
gebildet wird. Das ist aber nnr dann moglich, wenn die fiir
die Ionisierung erforderliche (mittlere) Feldstarke gleichma/3ig
zwischen den Elektroden verteilt ist. Es wird spater noch
gezeigt, daki der geradlinige Verlauf Ig J mit S nicht immer
vorhnnden ist. Rechnet man u bei verschiedenen mittleren
Feldstarken Q, am, so gewinnen wir die Abhangigkeit der
lonisiernngszahl von G.,. Die aus den esperimentell ermittelteii
Daten gebildete Beziehung zwischen der Ionisiernngszahl u und
cler mittleren Feldstiirke Q, ist in Fig. 3 durch die Kurve dar-
A. Nikuradse. Die Abhangigkeit der Io?zisierwzgs.sxnhlusw. 855
gestellt, die den Messnngen in 6 1 1 (Ia erste und l b zweite Probe)
entspricht. Diese Beziehung, die bis zu nioglichst kleinem gmgilt,
wird dnrcli die G1. (4) gut wiedergegeben. Es ist eine einfache Proportionalitiit zwisclien diesen GroBen vorhanden. Der ProportionalitY~tsfaktorc ist cler Kxponentialkoeffizient der Stronispannungsgleichung. Nan sielit hier deutlich, welche phgsikalische
Deutung den1 Expoiientialfaktor c zukommt. I n einer friiheren
-%rl)eitl) wurde erwv8hnt, daB c f'ormal den Ionisierungszahlen a
und
in Gasen entsprechen konne. Der Faktor c gibt an, rkievie1 neue Laduiigstriiger von einein stoflendem Elektron gebildet
werden, wenn auf dieses Elektron auf 1 cm Kegliinge eine Feldstiirke von 1 kV/cm iiber die mittlere Ioiiisierungsfeldst&rkeQ,
wirkt, cc = c wenn EnL- cF0 = 1 liV/cm betriigt. Uie Unabhangigkeit
des Faktors c yon Druck, Temperatur und Spannung bedeutet,
daB kein nenes Nonient fur den IonisierangsprozeB hinzukomnit,
enii wir den Druck, die Temperatur ..und die Spannung in
Clem untersuchten XeBbereich variieren. Uberschreitet 01, gerade
den T e r t a,, so fiingt die StoBionisierung an und a beginnt niit
kleinen TTerten. Bei 6,n= 6, ist a = 0. -Ins der in Fig. 3
dargestellten Knrve ist ersichtlich, claB die loiiisierungsfunktion a
den1 TVert Null zustrebt, wenn die niittlere Feldstarke Emden1
T e r t 17-16 kV/cm genahert wird. Diese Grenzfeldstiirke, bei
der es gerade zn ionisieren beginnt, wollen wir Jonisiernngsfeldst~irke"6,nennen. Sie ist also in dieseni konkreten Falle:
6,,
= 1 7 -+ 16 kV/cm.
Es sol1 noch gezeigt werden, ob die Feldstsrke G,, (bzw.
Spannung U 2 ) , [vgl. Fig. 191, bei der das clritte Gebiet der
Charakteristik beginnt , der GroBenordnung nacli niit der
, die nach der oben gemittleren Ionisiernngsfeldstiirke 6,,
schilderten Weise gewonnen ist, ubereinstimmt.
F u r die Beantwortung dieser Fragen genugt es niclit, sich
mit den Messnngen ini dritten Gebiet der ('harakteristik zu
begniigen, sondern die Me:>ungen miissen auf das zn eite Gebiet
erweitert werden, weil das Ubergangsgebiet zwischen deni zv-eiten
und dritten Gebiet hier eine wesentliehe Rolle spielt.
Die Stromspannungskurl en iiii 01 I b zeigen eine dentliche
Siittigung uncl die Spannung U,, bei der das dritte Gebiet der
Charakteristik beginnt, hat den IVert
bei 6 = 6 mrn t T 2 m8.0 kV und danach ist E m z m13,5 kV/cm,
bei 6 = -2 mm CT2m7,O kV und clanach ist ETn2ml7,5 kV/cm.
Zeichnet man die J = ,f, (U)- in J = fz (E,)-h-urven un1. und
m a r in loqarithniischer Darstellung, so erhiilt man die Fig. 4.
1) A. N i k u r a d s e , Ztschr. f. techn. Phys. 10. S. 641. 1929.
856
Annalen der Physik. 5 . Folye. Band 13. 1938
Nit Hilfe dieser Charakteristiken leiten wir J = J ( 8 ) , die in
Fig. 5 dargestellt sind, und daraus a = cc(B,) ab. Diese letzte
Kurve in Fig. 3 ergibt eine Ionisiernngsfeldstiirke von
g
Unterschrift zu Fig. 4:
Mineraliil I b , zweite
Probe von I. Die Abhgngigkeit von lg J von
der Feldstarke
%
~~
lTnterschr.ift z%c Pig. 6 :
Mineral61 1b. Die Abhangigkeit des Stromes
von der Elektrodenentfernung , bei verschiedenen Feldstitrken
f
5
4
7
Fig. 4
Fig. 5
(So = 16 kV/cm. Die fjbereinstimniung zwischen Bqn2und Q,
ist ganz gut.
E s sei noch kurz die Gr6/3e J , betrachtet. Aus der Fig. 1
sieht man, daB J9 fur alle Feldstarken, die hier in Betraclit
kommen, konstant ist. Es ist J 8 = 1,95. LO-'" Amp. (Elektrodenflfllache P = 12,G cmz). Physikalisch ist dieser Refund damit zu
erkliiren, daB im vorliegenden Fall bei der Erzeugung der urspriinglichen Ionen, die iin ersten und zmeiten Gebiet cler
('harakteristik den Stronitransport besorgen, die Fliichenionisation an den Elektroden eine wesentliche Rolle spielt. Der
QriiWe J , kann der Bepriff cles Siittigungsstromes zugeordnet
werden.
Dieser .,theoretjsche
Siittigungsstrorn" J , hat im 0 1 I b
6
$
J,=ria/
den Wert von e h a 4,5 10-lOArnp.
5L ?
xLX.>4
Bestirnilit man auf direktem M'ege
,--Y-~,
die Sattigungsstriime J8 bei ver1
b -+dTh 70
72 schiedenen ElektrodenentfernunFig. 6. nfineralijl I b . Der Sntti. gen c7 in derselben Olsorte I h , so
gungsstrom J, in Abhgngigkeit
erhalt man die Kurve in Fig. 6.
von der Elektrodcnentfernnngr
Estrapoliert man diese Kurre
Js= F (6)auf 6 = 0, so sieht man,
daB Jpeinem Stroinivert von cler GroBe etwa 4,5. 10-lo Amp.
zustrebt, wenn 8 dem Grenzwert Null geniihert wird.
3s: muD hier besonders hervorgehoben werden, daB cler
ohen geschilderte geradlinige Verlauf von lg J mit der Elektrodenentfernuiig Ir' selir selten vorkoinnit.
-
!'
4
A. Nikuradse. Die Abhanyigkeit der Ionisierungszahl usw.
857
11. D e r E x p o n e n t i a l k o e f f i z i e n t c
der Stromspannangsgleichung ist eine F u n k t i o n
der Elektrodenentfernung
Leider liegen die Verhaltnisse gewohnlich nicht so einfach,
wie sie in den Figg. 1 und 2 dargelegt sind. Der geradlinige
Terlauf von lg J mit der Elektrodenentfernung 6 bei konstanter
E’eldstiirke ist nicht immer vorhanden.
I n ein und derselben Fliissigkeit, in der ein geradliniger
Verlauf von lg J mit der Elektrodenentfernung 6 festzustellen
war, wurde oft eine Abnahnie der Steigung von lg J mit der
Elektrodenentfernung d (dbnahme von ct und c mit wachsendem S) beobachtet. Die Untersuchungen, den BuBeren Grund
hierzu zu erklaren, fehlen noch.
Uns interessiert hjer hauptsachlich die ,4bhangigkeit der
Ionisierungszahl ct von der mittleren Feldstarke Q, in solchen
Fliissigkeitsproben , in denen der Exponentialkoeffizient c der
Stromspannungs- bzm. Stromfeldstarkegleichung (2) eine Funktion
der Elektrodenentfernung darstellt.
Wir haben gesehen, daB durch Differentiation der G1. (3)
partiell nach 6 die Ionisierungszahl cc als Funktion der Feldstiirke grnerhalten werden kann [Gl. (4)],und d a c = c (a) darstellt, erhalten wir ails G1. (4):
ct = c @) *
- Go).
Die Esperimente haben ergeben, daU der Faktor c mit der
Elektrodenentfernung abnimmt. Hier sind wahrscheinlich indirekte Einfliisse wirksani, mie z. B. Feldrerzerrung oder Bnlagerung oder Diffusion und Rekombination. Die GroBe c kann
in diesem Fall nicht so einfach gedeutet werden, wie dieses
im vorherigen Abschnitt geschehen ist. Sie stellt hier den Integraleffekt aller Elernentarprozesse (Ionisierung, Anlagerung,
Riickbildung usw.) dar, die fur die Stromleitung bei hohen
Feldern von Bedeutung sind und kann in xiemlich komplizierter
Form mit der Ionisierung, Anlageraug, Riickbildung us\\.
zusammenhkngen.
Die Messungen der Stromspannungscharakteristiken sind
im 61 I11 bei vier verschiedenen Elektrodenentfernungen, und
zwar bei (Y = 0,25; 0,5; 1 uncl 2 mm durchgefiihrt. Die Messungen bei S = 0,5 mm sind hiichstnahrscheinlich als falsch
anzusehen. Deshalb sollen sie bei I\eiterer L4uswertung unberiicksichtigt bleiben. Die Geraden der Stronispsnnungscharakteristiken in logarithmischer Darstellung (E’ig. 7 ) zeigen
verschiedene Neigungen, also verschiedene c. I n Fig. 10 ist
durch die Kurve c(6) die Abhangigkeit des E’aktors c von der
Elektrodenentfernung 6 dargestellt; c nimmt niit 8 ab. I n
Annalen der Physik. 5 . Folge. 13.
56
858
Annabn der Physik. 5. Folge. Band 13. 1932
Fig. 8 sind die entsprechenden Stromfeldstiirkecharakteristiken
logarithmisch dargestellt. Die Neigung der Stromfeldstirkekurven haben wir mit nt = c d bezeichnet. Wir sehen, daS m
p%
C'
0
Fig. 7. Logarithmische Darstellnng der Stromspannungscharakteristiken
bei verachiedenen Elektronenentfernungen in 01 111. Die Geraden zeigen
verschiedene Neigungen, also verschiedene c
Fig. 8. Die Stromfeldstiirkecharakteristiken.
bei verschiedenen Elektronenentfernungen im 01 111
mit d zunimmt. In derselben (Fig. 10) sind die c-Kerte als
Funktion fur die Elektrodenentfernung auch fur Mineral01 IV,
Toluol (entgast), Minerslol V (entgast), Chlorhenzol (entgast) und
Hexan eingetragen. Es ist auffallend, daS die c-W-erte ver-
A . Ki’ikuradse. Die Abhangigkeit der Ionisierungszahl usw.
859
schiedener Fliissigkeiten sich nicht wesentlich voneinander
untcrscheiclen.
Die -1bhiingigigkeit des E’aktors c yon der Elektrodenentfernung jcurde auch bei Trerschiedenen ElektrodenfliichengroBen (parallele Plattenelektrodenanordnung mit Schutzring)
stutliert. Die Esperiniente sind in zmei verschiedenen voneinander getrennten GefLiiBen in demselben Xineraliil mit demselben Reinheitsgrad der E’liissigkeit der Elektroden und des
VersuchsgefiiiWes durchgefiihrt. I m ersten GefaB betrug die
x-irksame Flache tler gcerdeteg Elektrode F = 12,55 om2. Beide
Xeflreihen ergeben eine gute Uluereinstimniung. Die Elektrodenflackengrolje beeinflupt weder die Zahlenwerte ron c noch den
T7prlauf der Abhangigkeit des Fnktors c‘ von der Elektrodenentfern ung.
Die Reziehung z u ischen dem Exponentinlkoeffizienten c
der ?itromspaniiungsgleichun~und cler Elelitrodeiientfernung J
kann naherungsweise durch den folgenden analytischen Ausclruck
dargestellt werden, indern -4, B und D Konstanten sincl. Bei
ganz kleinen ~lektrodeiientfernungenhahen wir
und ails G1. (4) erlialten wir
a
=
A
(%
+ L)) l\Em- 6,).
Mit dieser Gesclitvindigkeit f Bngt der Strom mit der Elektrodeiientfernung a n zu steigen. Nit griiBer werdendem Elektrodenabstand wird der erste Klakmerausdruck der obigen Gleichung
kleiner. Man sieht clam&, dafl durch die Inkonstanz des
E’aktors c mit zmclasendem S der nichtlineare Anstieg cles
l g J nzit d bedingt wird. Die logarithmische Darstellung der
Stromfeldstiirkecharakteristiken in Fig. 8 zeigt, daB sie einen
genieinsamen Schnittpunkt besitzen, bei 6,= 35 kV/cm and
Amp. Bei diescr E’eldstiirke 1st keine AbhangigJg = 3 .
keit des Stromes von der EIektrodenentfernung vorhanden.
Rei Elektrodenentfernung J = 0 ist theoretisdi keiiie Abhkngigkeit
des Stromes %Lon der Feldstiirke (wenigstens bei nicht zu hohen
Feldern. Von den Feldstiirken, die in cler Lage sind, Elektronen
aus dem Aletall ausreiflen zu kiinnen, sol1 hier ahgesehen
Tyerden). Infolgedesseu rnussen die Kurven, die die Funktion
des Stromes von der Elektrodenentfernung bei verschiedener
konstanter Feldstarke darstellen und die fur die Existenz eines.
56*
860
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 13. 1932
Volumeneffekts bei Feldstarken, die hoher als E0liegen, sprechen,
aus einem gemeinsamen Punkt (3 = 0 ; J = J8 = 3
Amp.)
ausgehen. Bei 3 = 0 kann noch kein Volumeneffekt wirksaru
sein. I n Fig. 9 ist die Beziehung zwischen dein Logarithnius
-
4
Qll
+
.
x
s
61 111
OlIV
Entgastes 61 V
Entgastes Toluol
Entgastes Chlorbenzol
c Hexan
Fig. 9. Die Abhangigkeit des Logarithmus des Stromes .yon der Elektrodenentfernung im 01 I11 bei verscbiedenen Feldstlrken
Fig. 10. Die Abhangigkeit dar
GroBe c von der Elektrodenentfernung d in verschiedenen
Fliissigkeiten
des Stromes und der Elektrodenentfernung gegeben, die
den Messungen in 01 111
eiitspricht. Man sieht deut8 k_
. J mit
lich daraus, wie _
ad
wachsendem 6 abninimt: Die
MeRresultate, die im 01 I V
gemonnen a-urden, aeigen
iihnliches Verhalten. Die
Elektrodeneiitfernung wurde
hier unidas 100fachevariiert.
sPflflu*gukv Bei konstanter Feldstarke
70
aiichst der Strom mit der
Elektrodenentfernung. Aus
Fig. 11. Die Abhgngigkeit des Log- diesen Messungen ist die Bearithmus der Stromstiirke von der ziehung c = ~ ( 0 )abgeleitet
Spamung im Hexan
worden, die in Fig. 10 eingetragen ist. Auch in Hevan beobachtet man die dbiiahme
von ___
a dlgS . Die Stronispaiinuiigrscharakteristiken,die in Fig. 11
-2
p
A. Xikuradse. Die Abhangigkeit der Ionisierungszahl
USW.
861
dargestellt sirid, sind in Hexan aufgenommen. Die Elektrodelientfernnng wurde von S = 1 mm bis o ' = 4 mm variiert.
Daraus sind die Stromfelclstiirkecharakteristiken (Fig. 12) gebildet. Die BIessungen
beiB= 4mmsinctwahrscheinlich falsch, a e i l
sie sich in Fig. 12
nicht richtig einordnen
lassen. Am der Fig. 12
kann man die Ahhangigkeit der Btromstarke Ton der Elektrodenentfernung bilden. 3
Sie ist in der Fig. 13 2
R-iedergegeben und To
m a r bei Q = 90, 120,
140,150 11.180kV/cm. 125
Man sieht daraus, wie
die Steigung Ton lg J
mit wachsendem 6 abnimmt.
30
10C
150
2w
29
-41s rrsache der AbFig. 12. Die Abhiingigkeit des Logarithmus
@,
nahme
*
a s konnten
der Stromstarke yon der Feldstarke im
Hexan
Pig. 13. Die Abhangigkeit des
Logarithmus der Stromstarkevon
der Elektrodenentfernung bei
konstanter Feldstarke im Hexan
Fig. 14. Die Abhangigkeit des Logaritbmus des Stromes von der
Elektrodenentfernung bei verschiedenen Feldstarken in Nitrobenzol
Z M ei Griinde angegeben werclen. Es kann eine Feldverzerrung
dabei eine Rollc spielen. die ilirerseits eine Funktion der Elektrotleneritfernung sein kann. Den zweiten G r i d hat man
862
Annalen der Pliysilc. 5. Folge. Band 13. 1932
vielleicht in dem AiilagerungsprozeB zu suchen, der ebenfalls
eine Punktion der Elektrodenentfernung sein kann. Son oh1
die Feldvcrzerrung als auch die Sthlie deb Anlagerungspro~esses
kiinnen vom Zustand der Flussigkeit abhangen. [Man denke
z. B. an den EinfluB der Verunreinigungen auf die Feldverzerrung
bei niedrigen Feldstarken.]) Offenbar
E
ist der EinfluW auch hei hohen
Feldern.]
Die Messungen in Nitrobenzol
sind auf groDere Elektrodenentfernungen ausgedehnt worden. Die
Experiniente sind bei 3' = 1, 2, 3,
4, 6, 8 uncl 10 min durchgefiihrt.
Hier seien nur die Kurven mitgeteilt,
die die Abhangigkeit des Stromes von
der Elektrodenentfernung in gereinigtem Nitrobenzol darstellen (Fig. 14).
Alle in diesem Abschnitt mitgeteilten Kurven, die die Funktion
lg J von d darstellen, haben bei
h = 0 eincn gemeinsamen Schnittpunkt, der den Betrag des Sattigungsstromes J8 angibt. Zuerst steigen
die Kurven sehr schnell an, und bei
meiterer Steigerung von d nimmt die
Zunahme wieder ab. Aus diesem
Verlauf kann man die Ionisierungszahl a nicht ohne weiteres errechuen.
kY
Sollte man aber doch versuchen,
einige Zahlenwerte von a zii beg 0'0 /& 'oQ2flm- lrommen , so ist es nalieliegend anFig. 15. Die Abhangigkeit tler mnehmen, daB die x e r t e Yon ci am
Ionisierungszahl M von tier nachsten den m irklichen Zahlenrnittleren Feldstarke bei ver- merten liegen, me sicll
den T ~ ~ schiedenen reinen Fliissigkeiten
genten der Kurven bei d = 0 errechnen lassen. Es ist anzunehinen,
daB das Feld desto homogener nird, je kleiner die Xlektrodenentfernung ist. Die auf diese TTeise errechneten a-IYerte
M eichen verniutlich nicht stark uon denen, die sich bei gleichniaBiger Feldverteilung ergehen wiirden, ab. Zu dieser Bnnahme merden mir mehr erinutigt, wenn wir eine gemisse
Analogie zwischen drr Abhsngigkeit der Feldverzerrung
1) J. D a n t s c h e r , Ann. d. Phys.
[a]
9. S. 179. 1931.
A . n’ikuradse. Die Abhuqigkeit der Ionisierungsxnhl usw.
863
voii der Elektrodenentfernung in Guseu nnd der in Fliissig-
keiten zulassen. Die E’eldrerzerrung in Gasen ist bei lileiner
Elektrodenentfernung gerjng und ninimt niit xxlisender Elektrodenentfernung zu. E s ist zu erwarten, daB auch der An1agerungsprozeW bei sehr kleinen Schichttlicken keine wesentliche Rolle spielt. I n der Fig. 15 ist die dbhiingigkeit der
lonisierungszahl e von der inittleren Feldstarke kei T-erschiedenen
Fliissigkeiten eingetragen. Bei Chlorbenzol, Mineral01 I a
und I b zeigt lg J = J (6) einen gradlinigen Verlauf iiiit
der Elektrodenentfernung bei konstsnter FeldstLke, woraus
die Ionisierungszahl a leicht zu berechnen ist. Bei anderen
Fliissigkeiten (Toluol, Xineraliil 111, Mineral61 V und Kesan)
sind die e -1Terte aus den Tangenten, die bei li = 0 zu den
Kurven lg J = J ( S ) gehoren, gewonnen. Man sieht aus den
Kurren der Fig. 15, daB diese le@ten a-TTerte nicht wesentlich yon denen fur Chlorbenzol, 01 I a und I b ah-eiclien.
111. D i e V e r s u c h e i n e n t g a s t e n F l u s s i g k e i t e n
Das f u r die Messungen in entgasten Fliissigkeiten rerwendete VersuchsgefiiA (Fig. 16a) ist den1 yon H. E d l e r und
C:. A. K n o r r l) benutzten GefiW
iihnlich konstruiert.
Die Klektroden aus V29Stahl (sailrefeest) sincl in den
VersuchsgefaEen V , , V 2 , TT3
und V , eingeschmolzen. Eine
Elektrode in jedem GefaB hesitzt einen Schutzring (Fig. 161)).
Durch Erdringe r und B, die innen
und auBen am GefatB passend angebracht sind, werden die Gleitstrorne k n g s der GefiiBwand Fig. 16 a. Schematische DarstelTon innen und auBen sbge- lung des VersuchsgefiiBes fur entgaste Flussigkeiten.
fangen nnd in die Erde geleitet.
Die Leitung zlyischen der Elek- Durch d wird in I1 die E’liissigtrode E2 mit Schutzring und der keit hineinfiltriert. B AnschluB
ITl, r2,V, und V4
StrommeBapparatur G wird oon f u rdiePumpe.
eigentlichen MeWgefS3e
iiuBeren Einfliissen abzeschirmt.
Das ganze GefiiBu(Fig. 16a) niit den Elektroden wird niit
Schm~efelsiiurebichromat gereinigt. Uni dann die Saurereste
zu entfernen, wird das GefaB rnit Leitfiihigkeitsv-asser, dann
1) H. E d l e r u. C. A . I C n o r r , Forschungsheft S r . 2 der Studiengesellschaft fur Hb;chstspannungsanlagen.
864
Annalen der Yhysik. 5. Folge. Band 13. 1932
stundenlang mit Wasserdampf (Kondensation an den Wanden)
und hiernach mit vielfach destilliertem Wasser ausgespult.
An l3 wird eine Punipe angeschlosseri, mit deren Hilfe ein
Vakuum von p = 0,l inm Hg erzeugt wird. Durch stunden-
Pig. 16 b. Schematische Darstellung des MeUgefiiRes V (vgl. Fig. 16 a).
D AnschluB f u r Strommefiapparatur. C AnschluB f u r Hochspannung.
E, und E, Elektroden. SR Schutzring. R Erdung, um die GleitstrGme,
die langs der GefiiBwand von auBen striimen, abzufangen. r Erdring,
um die GleitstrGme, die langs der GefiiBwand von innen striimen, abzufangen. f Glas, um das der Erdring r umgewickelt ist. S H Schutzhiille und B K Bleikabel = Schutz gegen die Ladungstrager der Luft
und sonstigen Einflusse. G StrommeBapparatur. B’ Anschlufi f u r die
Erdung des Schutzringes der Elektrode E9.
Erde
+=
langes Evakuieren und Erhitzen des Gef&Bes wird es mit den
Elektroden entfeuchtet. Hiernach wird trockene und filtrierte
Luft hineingelassen.
Jetzt wird durch A die Pliissigkeit in I I hineinfiltriert,
die Pumpe in Betrieb genommen und stundenlang evakuiert.
Die eigentlichen VersuchsgefaBe (V,, V,, V,, VJ und die Verbindung zwischen I und den GefaiBen V , , V,, V,, V4 werden
dabei nochmals erwarmt, um die Beuchtigkeitsspuren zu eutfernen, die sich wahrend der Filtration an den GefaBwanden
eventuell gebildet haben. D a m wird das GefaB abgekiihlt,
wahrend die Pumpe da? GefaB weiter evakuiert und erst
hiernnch wird I I in das Olbad eingetauclit uncl die Temperatur
stufenzoeise langsanz bis zur gewimschten Hohe gesteigert. Die
leichtfluchtigen Bestandteile werclen durch die Pumpe fortgeschafft, wahrend die Temperatur steigt. Die Temperatur
und der Druck werden m ahrend der Destillation konstant
gehalten. Das Nachdestillat bleibt in 11. Die Schliffe A und B
werden vor der Destillation gefettet. Nach Beendigung der
Destillation wird der H ahn abgedreht und die Versuche unter
gewiinschtem Vakuum ausgefuhrt.
Mineralol V filtriert mit Pergamentfilter, destilliert bei
t = 180° C und 2) = 0,l mm Hg. Die Stromspannungskurven
sind bei zwei Elektrodenentfernungen anfgenommen, d = 1,OZ mm
und d’ = 0,52 mm. Der Schnittpunkt der Stromfeldstiirke-
A . Nikuradse. Die Abkangigkeit der Ionisierungsznhl mu;. 865
charakteristiken in logarithmischer Darstellung liegt etwa bei
Srnp. Bestimmt man am
den Anfangsstejgungen (Tangenten bei B = 0) der Abhaingigkeit des Logarithmus des Stromes von der Elektrodenentfernung
die u-Werte bei yerschiedenen mittleren Feldstarken, so erhalt
man die Abhangigkeit von u von der Feldstarke, die in Fig. 15
eingezeichnet ist. Tiederholt man die Messungen unter genau
denselben Bedingungen (dieselbe Behandlungsmethode des VersuchsgefaBes, der Elektroden und der Fliissigkeit), so ist es
moglich, daB die Strommerte bei bestimmter Feldstarke und
konstanter Elektrodenentfernung voneinander etmas abweichen,
E,, = 80 liV/cm und J s = 4,3
-
P
Unterschiift zu Pig.17:
Die Abhaingigkeit des Logarithmus des, Stromes der
Feldstarke. 01 V gereinigt,
destilliert, entgast
Cnierschrift zu Fig.18:
Die Abhlngigkeit des Logarithmus des Stromes von
der Elektrodenentfer nuag bei
verschiedenen
konstanten
mittleren Feldstiirken. 01 V
gereinigt, destilliert, entgast
Fig. 1 7
Fig. 18
aber die u-Werte stilnrnen gevohnlich ganz gut iiberein. I n
cler Fig. 1 7 sind die Stronifeldstarkecharakteristiken bei
d = 0,52 mm uncl d = 1,02 mm in clerselben Olsorte
(Nineralol V) gezeichnet, die eine Wiederholung der Messung
clwrstellen. Der Schnittpunkt der Kurven ist bei Q, 'u 80 kV/cni
Amp. Nan sieht dwraus, daB die Werte von
und JB= 1
6,, ganz gut iibereinstimmen. Zwischen den Werten von JI ist
hingegen eine Abweichung festzustellen. I n der Fig. 18 ist
die hbhiingigkeit des Stronies von der Elektrodenentfernung
bei verschiedenen Feldstarken 'iz iedergegeben. Bestiinmt man
aus den Tangenten clieser Kuroen bei B = 0 die u-Werte, SO
bekommt man eine ganz gute Ubereinstimrnung mit den
rorhergehenden Nessungen. [Val. die Kurven fur 01 TT in
der F&. 15.1
Toluol. Die Fig. 19 stellt die Ahhangigkeit der Stromstarke
von der Feldstkrke "he; Elektrodenentfernkg 3' = 0,52 mm in
-
-
\
v
Annalen der Pliysilc. 5 . Folge. Band 13. 1932
686
gereinigtem uiid entgastem Toluol dar. Man sieht darnus,
daR clas Siittiguugsgebiet sehr stark ansgepragt ist; es erstreckt
sich bis zu Feldstkrken (3, znischen 100 und 120 kV/cin.
Der Sattigungsstroni betrkgt in diesem Fall etwa 4.
Amp.
Die Steigerung des Sixornes im dritten Gebiet (iiber das
SjBttigungsgebiet) mit der Feldstarlie ist sehr stark. Bei der Feld-
Fig. 19. Stromfeldstarkecharaktrristik im gereinigten
und entgasten Toluol.
Elektrodenentfernung B = 0,52 mm. Elektrodenflache F = 1,16 em2.
Sattigungsstrom J , = 4 * lo-" Amp. Beginn des dritten Gehietes
eQ= (1,10-1,20) 10' Voit/cm. Funkenentladungsfeldstarke
Ed = 1,3 * lo* Volt
starke Q = 400 kV/cm hat der Strorn etwa den 10000fachen
Betrag des Sattigungsstromes. Das sieht man deutlich nuf
der logarithinischen Darstellung lg J =fig) der Fig. 19. Die
Durchschlagfeldstarke , die in schr gut gereinigtein Toluol
gemessen werden kann , erreicht gewohnlich den TT'ert
1,3 l o F Volt/cm. Der Ionisierungsvorgang, der bei hohen
Peldern hervorgerufen wird, spielt sich also ab zn-ischen den
Feldsfarken 1,2 . l o 5 Volt/cm und 1,3 106 Volt/cm (Kirkungsbereich: h d e r u n g der Peldstiirke um eine Potenz).
Fig. 20 stellt die Bbhiiiigigkeit des Stromes von der
Feldstarke bei zwei verschiedenea Elektrodenentfernungen
d = 0,52 mm und 6 = 0,11 mni dar. In Fig. 21 ist der Stroni
als Funktion der Elektrodenentfernung aufgetragen. Aus den
Tangenten dieser Kurven bei 6 = 0 sind die Ionisierungszahlen a lsei E,n = 200, 210, 260 und 310 kV/cin ausgerechnet.
.
A. hTikuradse. Die AblkimJigkeit der Ionisierungszahl
USM.
867
Die Abhiingigkeit der Ionisierungszahl cc VOJI der Felclstiirke Q,,
ist in Fig. 15 dargestellt. 1ni Einklang mit cler Fig. 19 ergiht
4
Fig. 20. Die Abhangigkeit des Logarithmus des Stromes von der
Feldstarke bei zwei verschiedenen
Elektrodenentfernungen im gereinigten und entgasten Toluol, unter
erniedrigtem Druck,
Zimmertemperatur
Fig. 21. Die Abhiingigkeit des Logarithmus des Stromes von der
Elektrodencntfernung bei konstanten Feldstarken im gereinigten und
entgasten Toluol unter ernieclrigtem
Druck, Zirnmertemperatur
die Fig. 21 etwa dieselhe GrtjRenordnung der Feldstiirke Q,,
bei der die Triiger die Fiihigkeit erlangen ionisierend zu mirken:
Fig. 22
Fig. 23
Unterschrift z u Fig. 22 :
Stromfeldstarkecharakteristiken in logarithmischer
Darstellung bei zwei verschiedenen Elektrodenentfernungen im pereinigten und entgasten Chlorbenzol unter erniedrigtem
Druck, Zimmertemperatur
Unterschrift zu Fi.9. 23:
Die Abhangigkeit des
Stromes von der Elektrodenentfernung in logarithmischer Darstellung
bei konstanten Feldstgrken im gereinigten und
entgasten
Cblorbenzol
unter erniedrigtem Drucli,
Zimmertemperatnr
Q" = (120 t 130)kV/cm. Auch eiitgaste Toluolproben zeigen die
Abnahme der Steigung von lg J mit der Elektrodenentferriung S.
868
Annalen der Physik. 5 . Folge. Rand 13. 1932
Chlorbenxol. Die experimentell gewonnene Stromfeldstarkecharakteristik in gereinigtem und entgastem Chlorbenzol bei
der Elektrodenentfernung S= 0 3 2 mm zeigt, daB das Sattigungsgebiet bis beinahe 100 kV/cm reicht; E, hat den Wert etxa
90 kV/cm.
Die Kursen der Fig. 22 stellen die Messungen der Abhshgigkeit der Stromstkke von der Feldstarke bei zwei verschiedenen Elektrodenentfernungen 6= 0,52 nim und 3’= 1,02 mm
dar. Uaraus sind die Kurven der Fig. 23 gewonnen worden.
Sie stellen die Bbhiingigkeit des Stromes von der Elektrodenentfernung bei verschiedenen konstanten Feldstarken dar.
Man sieht daraus, da8 sie einen gemeinsamen Schnittpunkt
besitzen. Rechnet man aus diesen Eiurven die Ionisierungszahl bei verschiedenen Feldstarken aus, so erh&lt man den
in Fig. 15 fur Chlorbenzol dargestellten Zusammenhang.
Auch in gereinigtem und entgastem Chlorbenzol ist die
ad_
beobachtet worden.
Abnnhme von _
S
’‘
IV. D i e A b h i i n g i g k e i t d e r I o n i s i e r u n g s z a h l u n d d e r F e l d starke
bei der der Wiederanstieg des Stromes beginnt,
von der Natur der Flussigkeit
e0,
Die Messungen sirid in Hexan, Toluol, Kitrobenzol, Chlorbenzol und in fiinf verschiedenen MineralGlsorten durchgefiihrt
worden.
Aus cler Fig. 15 and Tab. 1 sieht man, claO die Ionisierurigszahl u Ton der Natnr der Flussigkeit abliiingig ist. So
ist sie z. B. (vgl. Tab. 1) bei 01, = 200 kV/cni bei Toluol 120
Tnbelle 1
Die Abhangigkeit der Ionisierungszahl u von der mittleren Feldstarke
bei verschiedenen Flussigkeiten
I
Ionisierungszahl a
Ionisierungszahl a
FeldFeldpro Zentimeter
pro Zentimeter
stiirke E
~ _ _ _ _ _ starke E
in kV/cm 01 I a ( 0 lI blchlorbenzol _~in kV/cm
IHexai O
v1_~
-~
~ _ _
~_ ~30
120
40
130
__
70
150
100
1
13,7
_120
150
zoo
1so
33.3
310
3E5
lg J = f ( S ) verliiuft geradlinig
Ig J = f ( S ) verlauft nicht geradlinig. Die a-Werte sind aus den
Tangenten bei S = 0 ausgerechnet.
,Tolii
~
~
1
~~
~
1
A. Nikuradse. Die Ab7aangigkeit der Ionisierungsxahl usw.
869
und fur Mineral61 V 87,O 1)ro Zeiitiineter. Anch Mineralijle
unter sich 11 eiseii verschieclene Werte der Ionisierungszahl auf:
Bei Q, = 130 kV/cm ist u = 28,G pro Zentimeter f u r Mineralol I11
uncl u = 21,s pro Zentinieter f u r Mineralol V. Die obigen JTerte
f u r u sind aus den Tangenten der Kurven lg J = f ( h ) gev oniieii.
Betrachtet man aber die Werte aller Fliissigkeiten, die in cler
Fig. 15 eingetragen sind, zusammenhiingend, so e m ecken sie den
Eindruck, als wurden 51e einer Kurre angehoren, deren X e S punkte eine bestiinmte Streuung aufneisen. Die v-MTerte hangen
von der Natur der Flussigkeiteii ab, aber die Cnterschiede sind
niclit sehr groW.
Daraus kann man keine Entscheidung treffen, ob iiur die
Fliissigkeitsmolekule oder nur die fremden Substanzeu, die
erden. DaW
nicht ganz restlos zu beseitigen sind, ionisiert ~i
cliese letzten dabei eine Rolle spielen konnen, ist naheliegend.
huffallend sind die u-Werte von Nitrobenzol, die in Fig. 15
niclit eingetragen sind, uncl die durchweg hoher liegen als die
in Fig. 15 eingezeichneten u-Terte. Das ist vielleicht daniit
zu erkliren, daW Nitrobenzol (Tom Standpunkt der dielektrischen
Flussigkeiten) ein ganz guter Leiter ist.
Versucht man, alle die in cler Fig. 15 angegebenen Kuroen
ilurch eine ,.niittlere" Kurve darzustellen, so bekoiiimt niaii
eine yuadratische Funktion. Leider sind Jyir nicht in cler Lsge.
zu behaupten, da8 die obige Bezieliung allgemeine Gultigkeit
besitzt. Dam mare es notwendig, die u-Werte als Funktion der
mittleren E'eldstarke bei hohen Feldern in verschiedenen
Flussigkeiten geiiauer zu bestiuinien.
Die Konstante c der StromspannunXsgleicl.lung, die angibt, urn nelchen Betrag der Strom Tyachst, aeiiii die ailgelegte Sparinung um 1 kV bzw. nenn die niittlere Feldstirke
um 1 kV/cm gesteigert wird, karin aus der Stromspannuny3bzw. Stromfc>ldst&rkecliarakteristikherechnet werden. Aus den
Charakteristiken kiinnen (lie Str oiiie J , und J , abgelesen
werclen, die den E'eldstiirken E, und 01, entsprechen bei eiiier
konstanten ElelrtrodeneiitfeInuiig. Dann erlialten wir
X-iililt ninn
_
J, - 2,718 ...
J1
so ist
1
.
870
Annalen der Ptiysik. 5 . Folge. Band 13. 1932
Die auf diese Tl7eise errechneten c-Terte siud in der Fig. 8
als Funktion der IClektrodenentfernung bei verschiedenen Fliissigkriten eingetragen. d u s dieser Figur und der Tab. 2 sieht man,
c\aW die Konstante c vori cler Natur der Fliissigkeit abhangig ist.
Bei 8 = 0,20 cni (vgl. Tab. 2) ist c fiir Hexan beinalie doppelt
so groB wie fur Mineraliil I V oder 111. Bei B = 0,20 cni betriigt c fur Toluol 0,581, fur Chlorbenzol 0,213 und f u r
Mineral61 V 0,482. Auf der Fig. 8 sehen die c-JTerte bei
verschiedenen Fliissigkeiten so aus, als wiirden sie einer Kurve
angehiiren, deren MeWpunkte strenen.
Tabelle 2
Tabelle 3
Die Abhangigkeit des Exponentialkoeffizienten c der Stromspannungsgleichung von der Elektrodenentfernnne
Die Abhangigkeit der Feldstarke Go,
bei der der Wiederanstieg des Stromes nach dern Sattigungsgebiet beeinut, von der Natur der Fliissigkeit
1
~lektrodenIioeffizieiit c
entfernung
d in em
Hexad01111 o
1
0,200
0,300
0,400
0,500
I
~-
-~~
0,202 0,12
I 0,180 , 0,17 I 1 ~
~
E0 in kV/cm
Fliissigkeit
z
Toluol , . .
Chlorbenzol .
.
.
110-120
s5--100
0,11
0,OSl
-
0,066
I n der Tab. 3 sind auch die Ii’eldstiirken eingetragen, bei
denen der Wiederanstieg der Stromfelclst&rkecharalrteristik nach
den1 Durchlaufen des Siittigungastromgebietes beginnt (Anfang
des dritten Gebietes). Diese T e r t e von Q,,sind aus den direkten
Messnngen cler Stromspar~riungschsralrteristikengewonnen. Man
sieht. daB E,, von der Natur der Fliissigkeit abhangig ist, aber
die Sbhiingipkeit ist riiclit sehr groB, wenn nnr die Fliissigkeiten sehr gut gereinigt worden sind. Es sei hier gleich hemerkt, daI3 der Wert von Q, elavon abhiingt, welchen Reinheitsgrad die zu untersuahende Pliissigkeit anfweist. J e reiner
die Fliissigkeit, desto griiWer ist E(,. Dieser letzte experimentelle Befund spricht clatiir, daB die frrniden Eeilnengungen
beim Ionisierungsvorgang bei hohen Feldern eine Rolle spielen.
C. Zusammenfassung
1a. Es wurde die dbhdngigkeit der Ionisierungszahl u von
der mittleren Feldstiiike Q, studiert und in einem Spezialfall
folgende Beziehung erhalten
u = c (qn- Q,).
A. A7ikuradse. Die Abhungigkeit der Iowisierungsxahl usw. SS1
Der Proportionalit~~tsfal~tor
c stellt gleichzeitig den Eqonentialkoeffizienteii der Stromspannungsgleichung dar. Diese Reziehung gilt f u r niclit zu hohe Feldstarken. Ern ist die mittlere
Beldstarke. 6, ist die Feldstiirke, bei der die Ionen anfangen,
ionisiereiid zu iyirlien.
1b. I n einer yroben Annaherung kann man die Beziehung
zwischen den a - K e r t e n und der mittleren E’eldstarke Q, verscliiedener Flussigkeiten durcli eine quadratische Gleichuug beschrieben uncl zwar gilt clas f u r hohe Feldstarken.
2. Der Esponentialkoeffizient c der Stronispannungsgleichung ivurde als Funktion cler Elektrodeneutfernung studiert.
Es wurde festgestellt, datl c in einigen Fliissigkeitsprolien
unabhangig voii der Elektrodenentfernung ist, meistens aber
stellt c eine Funktion des Elektrodennbstancles tlar.
3. Die Abhangigkeit der Konstanten c vou der Elektrodenentfernung ist unabhiingig yon der GroWe der Elektrodenfliiche.
Auch die Zahlenwerte von c n-erden von der Elektrodenfliichengriitle niclit beeinflufit.
4. Die Esperimerite hahen ergeben, daB ilie Feldstgrke 6,,
bei der nach dein Durchlaufen des Ssttignngsgebietes der
Wiederanstieg des Stronies mit der 11-achsenden Feldstarke
beginnt, Ton der Reinheit der Fliissigkeit abhangt. J e reiner
die Fliissigkeit ist, desto hiiher liegt 6,. Uns laBt die h n nalinie zu, daB die fremdeii Substanzen beim Ionisierungsvorgang bei hohen E’eldern eine Rolle spielen. Durch Reinigung
TI erdeii Suljstanzen entfernt, ilie bei geringeren Feldstiirken
ionisiert werden kiinnen.
Fiir gut gereinigte Fliissigkeiten betrngt 6, etm-a 90
bis 120 kV/cm.
5. Gut gereinigtes T o l ~ o lweist eine Durchschlagsfeldstarke 6, von etwa 1.3.106 Tolt/cni auf.
6. Die Experiniente liaben ergellen, daB son~ohldie Ionisierungszahl cc bzw. c, als aiich die .,mittlere lonisierimgsfelditarke” 6, von der Natur der Fliissigkeit ahhaingig ist.
7. E s nurde festgestellt, claB die Beziehung zwisclien dem
Logarithinus des Stronies Ig J und der Elektrodenentfernung c7
iiicht imiiier durch eine Gerade dargestellt n erdeii kann. I n
wrniegenden Fillen ist eine Sbnahme von ___
a l‘ init wachsen8s
dem S zu konstatieren, uiid zwar sowohl in verschiedenen
Mineralden , als nucli in chemisch definierten orgariischen
E’liiisigkeiteii (Nitrobenzol, Tolnol, Hevan usw.).
872
Annalen der Physik. 5 . Folge. Band 13. 1932
8. E s wurden entgaste Fliissigkeiten untersucht. Auch in
cliesen Fliissigkeiten siiid die obigen Feststellungen geniacht
worden.
Die vorliegende Arbeit wurde im Elektrophysikalischen
Laboratorium des Elektrotechnischen Instituts der Technischen
Hochschule Miinchen aiisgefiihrt.
Hrn. Prof. Dr. W. 0. S c h u m a n n bin ich zu bestein Dank
fiir sein Interesse und die Vnterstiitzung dieser hrbeit verpflichtet.
Auch der Kotgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft
mochte ich a n dieser Stelle meinen grofien Dank fiir die Gewahrung der Apparate und Geldmittel, niit denen die Durchfiihrung dieser Brbeit ermoglicht marde, aussprechen.
M i i n c h e n , Dezernber 1931.
(Eingegangen 18. Febraar 1932)
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