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Die Axialitt der Lichtemission und Atomstruktur V. Dissymmetrie der Lichtemission im axialen Effekt der Kanalstrahlen

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B i e Axialitat der Lichte.)ndssioit und Atometruktur
V. Dissgmmetrie der Lichtemission im axia2en Effelct
der Aanalstrahlew
J%m J. Stcr..rlc
(Nit 11 Figuren)
J n h a l t : 1. Einleitung. - 2. Methoden und Fehlerquellen. 3. Beobachtungen an H-Linien. - 4. Beobachtungen an He-Linien, deren
gegenlaufende bemegte Intensitat groller als die gleichlaufende ist. 5 . Beobachtungen an He-Linieii, deren gegenlaufende bewegte Intensitat
ldeiner als die gleichlaufende ist. - 6. Verschiebung der Hg-Linie 4359
im elektrischen Feld. - 7. Bisherige Ergebnisse iiber die Intensitktsdissymrnetrie im axialen Effekt der Kanalstrahlen.
1. Einleitung
TTie auf der Hand liegt, besitzt die Bewegung eines
Kanalstrahlenteilchens eine Axialitat, die Achse seiner Geschwindigkeit und in dieser eine Dissymmetrie, welche gegeben
wird durch das Vorzeichen der Geschvindigkeit. Wie ich bereits in meiner Axialitatsschrift') folgerte und a i e sich aus
meinen neuen Beobachtungen ergibt, besitzt auch die Struktur
eines chemischen Atoms eine snsgezeichnete Achse und in
dieser Achse, bzw. in bezug auf eine Ebene senkrecht zu
dieser Achse eine Dissymmetrie wenigstens im Vorgange der
elementaren Lichteinission an einem einzelnen Atom. Aus
dem Zusammenwirken der Axialifit der Struktur eines A t o m
und der Axialitiit seiner Kanalstrahlenbemegung ergibt sich
eine Reihe von Erscheinungen, Jvelche ich unter dem Gesichtspnnkt dieses Zusaminenmirkens in der Bezeichnung
,,axialer Effekt der Kanalstrahlen" auf ihre genieinsame Ursache znriickfiihre.
1) Die Axialitat der Lichtemission und Atomstruktur.
nische Buchhandlung A. Seydel, Berlin 1927.
Polytech-
J . Stark
666
Am meisten untersucht und bekannt ist die Polarisation
der Lichtemission im axialen Effekt der Kanalstrahlen. Diese
Erscheinung habe ich bereits im Jahre 19U6 aufgefinden
und auf Grund quantitativer Untersuchung des F’alles der
Wasserstoff-Kanalstrahlen vermutet, da13 die Polarisation der
Lichtemission der H-Kanalstrahlen deren bewegter Intensitat
eigentiimlich sei. A. Weigl3) und R. Dope1 und R. v.Hirsch4)
haben dann nachgewiesen, dai3 die bewegte Intensitat der
H-Kanalstrahlen in der Tat in ungefahr dem Betrage polarisiert ist, wie er von mir und L u n e l u n d fur die Summe aus
bewegter und ruhender Intensitat gefunden worden war. Dariiber hinaus lie6 sich, wie ich in lneiner Axialitatsschrift mitteilte, feststellen, da6 auch die ruhende Intensitat der HKanalstrahlen polarisiert ist, wenn auch in viel geringerein
Betrage als die bewegte Intensitat.
Gleichzeitig mit der Polarisation der Lichtemission irn
axialen Effekt der Kanalstrahlen tritt die Erscheinung der
Dissymmetrie der Lichtemission in diesem Effekt auf. T i e
ich bereits im Jahre 1910 fand6), ist die bewegte Emission
der Quecksilberlinie A4359 von seiten von Hg-Kanalstrahlen,
die in Wasserstoff verlaufen, in der Richtung der Geschn-indigkeit intensiver als entgegengesetxt dazu. Wie ich dann in
ineiner Axialititsschrift mitteilte, ist die bewegte Emission der
Helium-Linie A3889 von seiten von He-Kanalstrahlen, die in
einem Gemisch von viel Wasserstoff und wenig Helium verlaufen, entgegengesetzt Bur Geschwindigkeit erheblich intensiver als in Richtung der Geschwindigkeit. Fur die ruhende
Emission dieser Linie in den Kanalstrahlen wurde bei diesen
Beobachtungen auch eine Dissymmetrie der Intensitat gefunden; sie war indes erheblich kleiner als fur die bewegte
Emission und vor allem ergab sich ihr Vorzeichen entgegengesetzt zu demjenigen der Dissymmetrie der bewegten Emission.
Nachdem ich die Erscheinung der Dissymmetrie der
Lichtemission im elektrischen Felde aufgefunden hatte, erhob
1)
2)
3)
4)
5)
J. Stark, Verh. d. D. Phys. Ges. 8. S. 104. 1906.
J. Stark u. H. Lunelund, Ann. d. Phys. 46. S. 68. 1915.
A. Weigl, Ann. d. Phys. 88. S. 1. 1927.
R.DOpel u. R. v. Hirsoh, Ann. d. Phys. 82. S. 16. 1927.
J. Stark, Phys. 11. S. 179. 1910.
Die Asialitat der Lichtemission und Atomstruktur. V
667
sich sofort die Frage, ob hinsichtlich des Vorzeichens der Intensitgtsdissyrnmetrie fur die verschieden sich verhaltenden
Linien eine gesetzmaBige fjbereinstirnmung zwischen dem Effekt
cles elektrischen Feldes und dem axialen Effekt der Kanalstrahlen
besteht. F u r die Beantwortung dieser Frage war es notwendig, die bis jetzt rorliegenden Beobachtungen iiber die
Intensitatsdissymmetrie im axialen Effekt der Kanalstrahlen
auf ihre Genauigkeit kritisch zu priifen und f u r den Zweck
des Vergleiches mit den Beobachtungen iiber den Effekt des
elektrischen Feldes zu erganzen.
2. Methoden und Fehlerquellen
Die oben erwahnten Beobachtungen uber die Intensitsitsdissgmmetrie an der Hg-Linie 14359 habe ich mit der auch
in Mitteilung IV beschriebenen Methode der sechs Prismen
durchgefuhrt. Diese Methode hat den Nachteil geringer Lichtstkke. Die oben angefuhrten Beobachtungen iiber die Intensitatsdissymmetrie an der He-Linie h 3889 im axialen
Effekt der Kanalstrahlen habe ich mit Hilfe der Methode der
zmei Spiegel gewonnen. Diese Methode liefert erheblich
gr6Bere Lichtintensitaten im Spektrographen als die Methode
cler sechs Prismen. Die Genauigkeit der Messungen, welche
mit ihrer Hilfe gemacht wurden und in meiner Axialititsschrift rnitgeteilt sind, ist indes durch mehrere Fehlerquellen
beeintrachtigt. Die bei jenen Messungen rerwendete Dispersion mar namlich verhaltlich klein, 60 A/mm bei 13889,
117 A/mm bei il4472, 372 A/mm bei h5876. Diese kleine
Dispersion bot den Vorteil groBer Lichtstarke, sie war indes
mit folgenden Nachteilen behaftet. Erstens lieferte sie den
Dopplereffektstreifen der bewegten Intensitat in so geringer
Breite, daS in ihm die bewegten Linien der rerschieden groBen
Geschwindigkeiten iiberlagert erschienen; es konnte darum nicht
untersucht werden, ob die GroBe der Intensitatsdissymmetrie
mit der Gr6Be der Geschwindigkeit der Kanalstrahlen variiert.
Zmeitens konnte eine fjberlagerung der untersuchten He- unci
El-Linien durch benachbarte Linien von Verunreinigungen eintreten. Dies traf, wie ich bereits in meiner Axialitatsschrift
darlegte, in mehreren Fallen zu; es ist a.ber mijglich, daB
dai-iiber hinaus noch in reiteren Fallen, Tor allem in dem
668
J . Stark
langmelligen Gebiet oberhalb 14400 diese Fehlerquelle wirksam mar.
Suf Grund der vorstehenden nberlegungen walilte ich
fiir meine neuen Beobachtungen nach der Nethode der zwei
Spiegel eine Dispersion, die ungefahr viermal groBer par als
diejenige in meinen friiheren Beobnchtungen, nainlich 16,45A/inm
bei l.3589, 29,63 ,4/mm bei A4772 und 66,B Blmm bei A587li.
Ich erhielt sie mit deln gro8en Steinheilschen Glasspelrtrographen unter Verwendung vun einem Prisma und dem achromatischen Kanieraobjektiv ron 72.5 mni Brennweite.
Wie ieh in meiner Axialititsschrift darlegte, benotigt man
in der Methode der zwei Spiegel zur Ermittlung des Verhaltnisses der Intensititen einer Linie in zwei Richtungen Vergleichs- oder Basislinien, welche den Effekt der Intensitatsdissymmetrie nicht zeigen. Hierfiir verwendete ich in meinen
friiheren Untersuchnngen die Kanten der negativen Stickstoffbanden bei A3914 und bei h.1378. Gegen die Vervendung
dieser Vergleichslinien besteheii nnch den vorliegenden Erfalirungen h u m Bedenken; ich habe darnin auch bei nieinen
neuen Beobachtungen die Stickstoffbande bei 13914 herangezogen. AuBer den genannten Stickstoffbanden habe ich bei
meinen friiheren Beobachtungen oberhalb 2.4300 als Basislinien Hg- und N-Linien verwendet und angenommen, daB
diese Linien die Intensitatssymmetrie im asialen Effekt der
Kanalstrahlen nicht zeigen, wenigstens nicht fiir clie ruhende
Intensitat. Diese Annahme halte ich heute auf Grund vermehrter Erfahrung fur bedenklich. Darum habe ich bei
meinen iieuen Beobachtungen auf die Verwendung clieser
Linien als Basislinien verzichtet. h n ilirer Stelle habe ich
fur die Ermittlung der Intensitiitsdissymmetrie in der hemegten Emission von He 14172 die ruhende Intensitat dieser
Linie, fiii- die Erniittlung der Dissymnietrie von He 3,5016
und He 25876 die ruhenden Intensit3,en yon He 14713 uncl
He 14922 verwendet. TJ’elche Uberlegungen hierbei zu beriicksichtigen sind, ist neiter uiiten dargelegt.
Bei den friiheren Beobachtungen nach der Nethode der
zwei Spiegel verliefen H-Kanalstrahlen in Helium oder HeKanalstrahlen in Wasserstoff, nachdeni sie den 10 cm langen
Kathodenkanal passiert hatten. Uin in meinen neuen Reob-
Die A xialifat der Lielitemission und A t o ~ e s t r u k l z r ~ T’.
669
achtungen eine groBe Intensitat im Spektrographen zu erhalten, verkiirzte ich den Weg der Kanalstrahlen von der
Stirnflache der Kathode bis zum Beobachtungsgebiet (Kathodenkanal). Die verwendete Kanalstrahlenrohre war dieselbe, welche zur Untersuchung der Intensitatsdissj-mmetrie im
elektrischen Feld gedient hatte. Der 10 mm lange Kathodenkana1 hatte einen Querschnitt 2 x 1 mm2. Auf der Euckseite
der Kathode war als Trager fiir die zmei Spiegel von 1x 1 cni2
Flache ein 1 cm breites Messingblech in cler aus iler Fig. 1
ersichtlichen Weise befestigt. I n
K&Yhodenkana/
dessen Mitte war langs der Achse
der Kanalstrahlen ein 0,4 mm weiter
Schlitz (in der Figur nicht sichtbnr)
L + ~ ~ f h ~ d e
angebracht. Unmittelbar vor diesem
Spiegel
in streng gleicher Neigung zur Ebene
des Blechtriigers, also senkrecht zur Schh& +
<- Spiegd
Kanalstrahlenachse mit ihren einltnder
zugewandten Kanten in 4,5 mm d b stand maren die zwei Spiegel so ge- BIech i’
stellt, daB iiber den unteren Licht
aus dem Kanalstrahlenbiindel unter
Fig. 1
einem Winkel von 45O zur Richtung
der Geschwindigkeit cler Kanalstrahlen, iiber den oberen unter
einem Winkel von 135O hierzu in die Sehachse des Spektrographen lief. Die Achse des Spaltrohres des Spektrographen war
so gestellt, daB sie dnrch den Schlitz im Tragerblech dns Kanalstrahlenparallelepiped parallel seiner Breitseite (2 mm) durchsetzte. Der Schlitz und seine zmei Spiegelbilder murden niit
Hilfe des dem Spektrographen beigegebenen Iiondensors im
Verhaltnis 3,57: 1 verkleinert scharf auf die Ebene des m gefahr 1 mm weiten Spektrographenspaltes abgebildet. Es
erschienen also in der bekannten Weise im Spektrograinm
das Bild des Schlitzes zwischen den zmei Spiegeln, unmittelbar daruber sein iiber den oberen Spiegel laufendes
Bild (gegenlaufende Intensitat J,,,) und unmittelbar darunter das uber den unteren Spiegel laufende Schlitzbild
(gleichlaufende Intensitgt J,,). An diesen Spiegelbildern fiir
die verschiedenen Linien murden mit Hilfe des H a r t m a n n schen Mikrophotometers die Schwarzungen an den -i-oneinander
I
-
F
670
J . Stark
abgewandten Linienenden j e in 0,02 und 0,03 mm Abstand von
ihnen gemessen, und zwar sowohl fur die zu untersuchende
Linie, wie f iir die benachbarte Vergleichs- oder Basislinie. Ails
den erhaltenen Schwarzungsdifferenzen wurde clann in der in
Mitteilung I V angegebenen Weise das Intensitiitsverhaltnis der
gegenlaufenden und der gleichlaufenden Intensitat ermittelt.
Rei den neuen Beobachtungen strijmte das Gas, dessen
Linien untersucht werden sollten, von dem Vorratsgefal3 in
die Kanalstrahlenriihre , von da durch den Kathodenkanal in
den Beobachtungsraum und von da weiter zur Pumpe. Es
yerliefen also die Kanalstrahlen in dem gleichen Gas, aus dem
sie gebildet wurden, also H-Strahlen in Wasserstoff und HeStrahlen in Helium. I n ihrem Spektrogramrn erschien darum
eine Linie im allgemeinen sowohl in bewegter wie in ruhender
Intensitiit. Bei den He-Linien war die ruhende Intensitat sehr
lie1 groBer wie die bewegte Intensitat, obwohl der Gasdruck
ini Beobachtungsraum wegen des Druckabfalls im Kathodenkana1 kleiner als in der Kanalstrahlenrohre war. Umgekehrt
war bei den H-Linien die bewegte Intensitat sehr vie1 griiBer
als die ruhende. Das verwendete Helium enthielt eine Spur
Stickstoff. Dies war deswegen gerade erwiinscht, weil so die
N-Bande bei 13914 in gerade brauchbarer Schwarzung als
Tergleichslinie herauskam. AuBer dieser Bande erschienen im
Spektrogramm die intensivsten N-Fnnkenlinien, die C-Linie
4267 und sehr schwach die H-Linien Ha und HB' I n dem
Spektrogramm von den H-Kanalstrahlen erschienen schwach
lediglich die negativen N-Banden 3914 und 4278.
3. Beobachtungen an H-Linien
I n der Fig. 2 sincl die Schwarzungsmessungen an der
Linie HY dargestellt, die von einem guten Spektrogramm gewonnen wurden. Der Nullwert der Abszisse entspricht der
Mitte der ruhenden Linie. Wie die Figur erkennen IiiBt,
reichte die Dispersion nicht aus , den Dopplereffekt-Streifen
durch ein Intensitatsminimum von der ruhenden Linie zu
trennen; deren rechte Seite ist vielmehr von bewegter Intensicat uberlagert. Der erste Eindruck, den man beim Vergleich der Verteilungskurven fur gegenlaufende und gleichlaufende Intensitat hat, ist der, da8 die zwei Kurven lediglich
Die Axialitat
dey
Lichtenzission und Atomstruktur. V
671
um einen gewissen Abszissenbetrag gegeneinander verschoben
sind. Eine sehr sorgfaltige Messung der Lage der ruhenden
Linie ergab jedoch, daB ein Fehler in der Bestimmung der
Lage der ruhenden Linien fur die zwei Kurven nicht vorliegt.
Nachdem diese Feststellung gernacht ist, kann man vermuten,
daB die Ordinatendifferenzen der zwei Schwarzungskurven
clurch den Unistand bedingt xerden, daB der obere Spiegel,
iiber welchen die gegenlaufende Intensitat (rJ,3j) lief, eine
3r
'07mm
Abstand yon ruhender Link /i? 407
Fig. 2
groBere Neigung als 135O gegen die Geschwindigkeit der
Kanalstrahlen hatte uncl darum eine Verschiebung der gegenlaufenden bewegten Intensitat nach grijBeren Geschwindigkeiten
bedingte. W k e diese Vermutung richtig, dann miifiten die
Langen der zwei Spiegelbilder im Spektrogramm, gemessen
parallel der ruhenden Linie, voneinander verschieden sein, da
ja die zwei Spiegel gleich gro6 waren und ihre Lange und
Neigung gegen die Achse de1- Kanalstra,hlen die Lange der
spektrographischen Spiegelbilder bestimmt. Bei sorgfaltiger
Messung der Langen der Spiegelbilder parallel der Achse der
ruhenden Linie ergaben sie sich indes innerhalb der Genauiglieit der Messung als gleich. 80 bleibt zur Deutung der Orcli-
672
J . Stark
natend8erenzen der zwei Kurven iiur die nachstehende h f fassung ubrig.
Wie die Figur erkennen l&Bt, ist fur die ruhende Linie
im Abszissenbereich von - 0,04 bis 0,04 mm die gleiclilaufeiide Intensitat grii8er als die gegenlaufende; dies ist aucli
cler Fall fur die bewegten Intensitiiten in dem Geschwindigkeitsbereich von Null bis eta-a 3-10? cmlsec. Bei g r o h r
werdender Geschwindigkeit iiberwiegt indes melir und mehr
die gegenlaufende iiber die gleiclilaufende bewegte Intensitit.
Uas Verhaltnis der gleichlaufenden bewegten Int,ensitat (J4a)
zur gegenlaufenden Intensitat (J13j)
ist in der Fig. 3 dargestellt. Diese murde in folgender Weise erhalten. Es nurde
das Verhiiltnis der bewegten Intensitaten auf dmjenige der
ruhenderi Intensitaten bezogen, indem dieses gleich eins gesetzt und zur Schwkzungsdifferenz der bewegten Intensitiiteu
fur die einzelnen Geschwindigkeiten die SchwBrznngsdifferen;I,eren~
der ruhenden Intensitaten (ungefahr 3 inm Keilstellung) addiert
wurde. Aus dieser Summe der SchwBrzungsdifferenzen wurde
clann in der Weise, wie sie in Mitteilung ITT besclirieben ist,
das Iutensit~tsrerh~ltnis
berechnet.
Wie die Fig. 3 erkennen IiiWt, ist das Verhiiltnis der
gleichlaufendeii zur gegenlaufenden bewegten Intensitiit bis
ungefiihr 3-10?cmjsec nnr wenig kleiner als eins; hei weiter
steigender Geschwindigkeit nimmt es indes bis z a 0,5 bei
8.107 cmjsec Geschnhliglreit ab. Es wircl also die Linie HY
von seiten von H-Kanalstrahlen, die in Wasserstoff verlaufeu,
entgegengesetzt zur Richtung der Geschwindigkeit der Kianalstralilen bei Geschwindigkeiten iiber 3 lo7 cmjsec el-heblich
intensiver emittiert als in Richtung der Geschwindigkeit.
Die vorstehenden Angaben iiber das Intensitatsrerhiiltnis
der gleichlanfeiiden und der gegenlaufenden bewegten Intensitat bediirfen noch einer kleinen Korrektur. Es ist angenommen worden, dnD das Verh51his der ruhenden Intensicaten gleich eins sei; diese Annahme ist nicht streng richtig.
Kin Vergleich der Scliwarzungsdifferenz der zweiKurven in Fig. 3
fiir den Abszissenwert - 0,02 mm mit der Schwarzungsdifferenz der Stickstoffbanden 4275 und 3914 ergab, da8 jene
nngefahr um 0,5 min Keilstellung gro8er als diese war. Es ist
also in der ruhenden Emission der Linie H y dnrch H-lianal-
-
Die Axialitat der Lichtemission ~mclAtonutruktzir. T'
673
strahlen die gleichlaufende Intensitat uin etwa 5 Proz. grol3er
nls die gegenlaufende Intensitat und zwar fur eine mittlere
Strahlengeschwindigkeit ron 4 - 1 0 ?cmlsec. Wie in dem eingangs erwahnten Falle der He-Linie 3889 ist demnach bei der
Linie HY die Intensitatsdissymmetrie fur die ruhende Emission
entgegengesetzt derjenigen der bewegten Emission, indes erheblich kleiner als diese.
AuBer der Linie HY habe icli auf meinen Spektrogrammen
auch die Linien H , und H , erhalten; indes sah ich von ihrer
Fig. 3
Photometrierung ab. Bei der Linie H , war namlich infolge
der hier kleinen Dispersion meines Spektrographen der Dopplerstreifen zu schmal, als daB eine geniigende Trennung der
Schwarzungen fur kleine und groBe Geschwindigkeiten miiglich
gewesen ware. Und bei H , war die Schwarzung fur eine genaue Photometrierung zu klein. Indes stellte ioh bei dieser
Linie dnrch den Vergleich mit dem Auge unter der Lupe fest,
clafl bei ihr ebenfalls wie bei HY die groBten Geschwindigkeiten im Dopplerstreifen fur die gegenlaufende Intensitit eine
griil3ere Schwarzung aufwiesen als fiir die gleichlaufende Intensitat. Dasselbe stellte ich fest fiir Ha an einem Spektrogramm,
clas ich an Kanalstrahlen in Helium mit etwas Wasserstoff
erhalten hatte.
I n meiner Axialitatsschrift habe ich bereits Beobachtungen
uber die Intensitatsdissymmetrie an H-Linien mitgeteilt. Diese
Beobachtungen konnen indes, wie ich dort darlegte, keinen
Anspruch auf groBe Genauigkeit erheben und ich habe mir
ihre Richtigstellung ausdrucklich vorbehalten. Ihr Vergleich
init den neuen Beobachtungen ergibt folgendes. fjberein-
674
J . Stark
stimmend mit diesen erhielt ich friiher fiir die ruhende
Emission von H das Verhaltnis von gleichlaufender zu gegenlaufender I n t e d i t a t etwas groBer als eins, namlich zu 1,05
im Mitte! aus drei Messungen. Nit diesem Resultat fur HY
stimmt iiberein der friihere Befund fur H p , daB f u r die
ruhende Emission dieser Linie das Verhaltnis der gleichlaufenden zur gegenlaufenden Intensitat im Mittel aus zwei
Beobachtungen zu 1,04 sich ergab. Dagegen ist keine obereinstimmung des friiheren Resultates fiir H p mit dem iieueii
Resultat bei H y fur die bewegte Emission vorhanden. F u r
diese ergab sich namlich friiher bei H8 das Verhaltnis der
gleichlaufenden zur gegenlaufenden Intensitat im Mittel zu 1,04
bei einer mittleren Geschwindigkeit von 6 - 1 0 ?cmlsec, wahrend
oben fiir dieses Verhaltnis bei H y der ungefahre Wert von 0,s
erhalten wurde. Nun ist freilich zii beachten, daB in den
friiheren Beobachtungen eine oberlagernng der Schwarzungen
fur groBe und kleine Geschwindigkeiten infolge der kleinen
Dispersion statthatte und entsprechend einem Intensitatitsiiberwiegen der kleinen Geschwindigkeiten der ihnen nach den
neuen Beobachtungen zukommende groBere Wert jenes Intensitatsverhaltnisses iiberwog; aber dieser Umstand reicht nicht
aus, um zu erklaren, warum sich fiir H8 friiher ein Wert
etwas groBer als eins sich ergab; es mu8 darum gefolgert
werden, da5 der friihere Wert durch eine Fehlerquelle etmas
iiber eins hinausgehoben wurde.
Wertvoll ist der Vergleich der Ergebnisse meiner neuen
Beobachtungen mit denjenigen, welche ich vor fast 20 Jahren
nach der Method; der sechs Prismen erhielt. Ich glaubte dainals aus meinen Beobachtungen folgern zu konnen, daI3 fiir
die bewegte Emission der Linie H, in H-Kanalstrahlen keine
merkliche Intensitatsdissymmetrie besteht. Ich verglich nainlich
die Werte der Maxima in den Schwarzungskurven und, wie
die hier aus meiner friiheren Mitteilung wiedergegebenen
Figg. 4 a und 4 b erkennen lassen, sind fur sie, also fiir eine
Geschwindigkeit von etwa 2,4. l o 7 cm/sec die Schwarzungsdifferenzen entgegengesetzt gleich groB, so dal3 das Intensitatsverhaltnis nur wenig von eins verschieden sein kann.
Es ist aber zu beachten, daB dieses Resultat nur fur eine
Geschwindigkeit von ungefahr 2,4. lo7 cm/sec gilt; auch nach
Die Axialitat der Lichtemission und Atomstruktur. V
675
meinen neuen Beobachtungen ist in fjbereinstimmung mit dem
friiheren Resultat fur diese Geschwindigkeit das Verhaltnis
der gleichlaufenden zur gegenlaufenden Intensitat nur sehr
wenig kleiner als eins. Lenkt man jedoch auf Grund des Ergebnisses meiner neuen Beobachtungen sein Sugenmerk auf die
Verhaltnisse fur Geschwindigkeiten groBer als 3.10* cmlsec in
den Figg. 4 a und 4b, so erkennt man, da8 iibereinstimmend in
beiden Figuren fiir diese groBeren Geschwindigkeiten die Schwarzungen fur die gleichlaufende Intensitat merklich kleiner als fiir
die gegenlaufende Intensitat sind und daR die Schwarzungs-
-Ruhende/ntensitat
x-+
o..-Q
6/e;ch/.6en!htens.
6egen/.6 e /ntens.
~
differenzen mit wachsender Geschwindigkeit zunehmen. Es besteht also hinsichtlich der Intensitatsdissymmetrie in der bewegten Emission zwischen meinen neuen Beobachtungen an H,,
und meinen friiheren Beobachtungen an Hs sowohl fiir verhaltlich' kleine wie fur groBe Geschwindigkeiten fjbereinstimmung.
4. Beobaahtungen an He-Linien, deren gegenlaufende bewegte
InteneitZlt grSBer als die gleichlaufende ist
In den Figg. 5, 6 und 7 sind Schwarzungsmessungen dargestellt, die von drei verschiedenen Spektrogrammen fiir die
676
J . Stark
wichtige H-Linie 3889 gevionnen wurden. Die Bezugnahme
auf die lienachbarte Vergleichslinie 3914 (negative Stickstoffljande) ist in den Figuren in der Weise vorgenommen, da8
die Schwiirzungen fiir die gegenlaufende Intensitit um die
Schwiirzungsdifferenz in der Vergleichslinie (0,9 nim Keilstellung) mrinehrt wurden. In Fig. 8 ist die Abhangigkeit
des Verhiiltnisses der gleichlanfenden zur gegenlaufenden Inten-
sitiit dargestellt, wie sie sich in der oben nngegebenen Weise
aus den Schwarzungskurfen ergibt.
Gend3 den rorstehenden E’iguren ist in der bewegten
Emission von He-Kanalst8rahlen, die in Helium verlaufen, bei
cler L i nk 3889 die gegenlanfende Intensitat groBer als die
IJ,,, von
gleichlaufenile nnd zwar nimmt das Verhiiltnis J45
ungefiihr 0,95 fur eine Geschwindigkeit von 3,4.107cmlsec
mit machsender Geschwindigkeit auf ungefiihr 0,62 fur
5,2-lO7 cmjsec ab. Dieses Ergebnis stimmt gut mit meinen
friiheren Beobachtungen nach der Methode der zwei Spiegel
fiberein; sie lieferten niimlich fiir das Verhaltnis J,,/J,,, den
T e r t 0,6S fiir eine mittlere Geschwindigkeit von 4,6 10*cmlsec.
I n den Fig. 9 und 10 sind Schwiirzungsmessungen fur die
hewegte Emission der He-Link 4472 dargestellt, in Fig. 11,
-
Die Axialitat der Lichfewiission Und Atomstruktur. T.'
677
die aus ihnen sich ergebende Abhangigkeit des Verhalininisses
J,,/J,,5 von der Geschwindigkeit. Wie man sieht, ist in der
bewegten Emission der He-Linie durch He-Iianalstrahlen, die
in Helium
die gleichlaufende und zwar urn so mehr, je gr6Ber die Geschwindigkeit der Kanalstrahlen ist; fur eine Geschwindigkeit
von 4,6.107 cmlsec hat das Verh&ltnis J,,/J,,, in den neuen
Beobachtungen den Wert 0,8, in den friiheren Beobnchtungen
den Wert 0,87 im Mittel ails drei Messungen. E s besteht also
fur die bewegte Emission yon 4472 eine gute obereinstirnmung
Annalen der Physfk. 5. Folge. 4.
45
678
J . Stark
zwischen den friiheren und den neuen Beobachtungen.
trifft aucli zu fiir die ruhende Emission derselben Linie.
Verhaltnis J,,lJ,,,
ergab sich friiher zu 1,04, jetzt zu
Fur die ruhende Emission der scharfen Nebenserielinie
ergab sich dtts Verhaltnis J,,/J,,, neu zu 1,04, friiher zu
Dies
Das
1,05.
1713
1,04.
Fig. 9
Den Wert, den ich friiher fur die bewegte Emission dieser
Linie erhielt, habe ich bereits friiher als fraglich charakterisiert.
Uer Vollstandigkeit halber sei erwahnt, daD die scharfe Nebenserielinie 4121 gem%Bden friiheren Messungen im axialen Effekt
sich wie die Linien 3589 und 4472 verhalt; fiir ihre bewegte
zu 0,94, fiir ihre
Emission ergab sich das Verhaltnis J4&/JIa5
ruhende Emission zu 1,04.
Die Axialitiit dcr Lichte?wissio?b und dtvwistruktur. V
(s; 6-
35
qj’
Y7
679
43
Fig. 11
eins ist. I n meinen friiheren Beobachtungen erhielt ich jedoch f u r die bewegte Emission der Linie 4922 den Wert 1,00,
fur die Linie 4385 den Wert 1,07. Indes diirften diese Werte
durch die oben angegebenen Fehlerquellen gef Llscht sein. Sie
bedilrfen der Nachpriifung. Die genannten Linien haben daher
vorderhand aus der Diskussion anszuscheiden.
$5 *
650
J. Stark
5. Beobaohtungen an He-Linien, deren gegenlaufende bewegte
Intensitiit kleiner als die gleichlaufende ist
I n meinen friiheren Beobachtungen nach der Methode
der zwei Spiegel ergab sich fu r die bewegte Emission der
He-Linie 5016 das Verhaltnis J,,/J,3, zu 1,13. Obzwar meine
damaligen Messungen in dem Spektralgebiet dieser L i n k nicht
genau waren, so diirfte an jenem Wert doch so vie1 richtig sein,
daB er grijBer als eins ist. Nun war bei meinen neuen Beobachtungen weder die Dispersion noch die Lichtstarke hinreichend groB, als dalj ich die bewegte Emission derLinie 5016
untersuchen hiitte konnen. Dagegen war mir dies fur die
ruhende Emission moglich. Ich erhielt fu r diese den Wert
des Verhiiltnisses J,,/J,,, im Mittel aus drei Beobachtungsreihen zu 0,90. Dieser Wert bedeutet, insofern er kleiner
als eins ist, eine Bestitigung des fruheren Wertes fur die
loewegte Emission der Linie 5016. Es kann darum als sichergestellt gelten, daB die Intensitatsdissymmetrie im axialen
Effekt der Kanalstrahlen fiir die Para-Hauptserienlinie 5016
entgegengesetztes Vorzeichen hat zu derjenigen der OrthoHauptserienlinie 3889 , daB also in der bewegten Emission
seiteus He-Kanalstrahlen bei der Linie 3889 die gegenlaufende
Intensitat, bei der Linie 5016 die gleichlaufende Intensitat
gr6Ber ist.
Dieses merkwiirdige Ergebnis erschien mir so wichtig, da8
ich es in gewisser Weise durch Untersuchung der Linie 3965
nachpriifte. Diese Linie folgt namlich in der Para-Hauptserie
unmittelbar auf die Linie 5016; es war darum zu erwarten,
daB sie dasselbe Verhalten wie diese zeigt. Dies ist in der
Tat der Fall; ich erhielt namlich fur die ruhende Emission
der Linie 3965 im Mittel aus drei Beobachtungen den Wert
des Verhiiltnisses J,, / J I s 5zu 0,92.
Noch eine zweite Linie im He-Spektrum sclieint sich jm
axialen Effekt 3er Kanalstrahlen hinsichtlich des Vorzeichens
der Inteusitatsdissymmetrie a i e die Linie 5016 zu verhalten.
Es ist dies merkwiirdigerweise die Ortho-Nebenserienlinie 5876.
F u r sie ergab sich das Verhiiltnis J,,/J,,, in der rulienden
Emission nus meinen neuen Beobachtungen zu 0,93, wahrend
fiir das nachstfolgende Glied clerselben Nebenserie der Wert 1,05
erhalten wurde. Es widerspricht indes diesem Werte das Ergebnis meiner friiheren Beobachtungen an der Linie 5876
welche f u r die bewegte Emission einen Wert kleiner als eins,
fur die ruhende Emission einen Wert groBer als eins geliefert
hatten. Nun machten sich freilich in dem Spektralgebiet der
Linie 5876 die oben angegebenen Fehlerquellen , insonderheit
der Mange1 einer naheliegenden zuverlassigen Vergleichslinie
besonders geltend; gleichwohl mochte ich aber das neue Resultat noch nicht fiir gesichert halten. Die Linie 5876 hat also
vorderhand noch aus der theoretischen Disknssion auszuscheiden.
6. Verschiebung der Hg-Linie 4359 im elektrischen Feld
Diejenigen He-Linien, bei welchen im axialen Effekt der
Kanalstrahlen die gegenlaufende bewegte Intensitat groBer als
die gleichlaufende ist, haben im Effekt des elektrischen Feldes
auf sie das gemeinsame, daB sie nach Rot verschoben werden.
Diejenigen bis jetzt untersuchten He-Linien, bei welchen im
axialen Effekt der Kanalstrahlen die gegenlaufende Intensitat
kleiner als die gleichlaufende ist, haben im Effekt des elektrischen Feldes auf sie das gemeinsame, daB sie nach Violett
verschoben werden. Fur die Hg-Linie 4359 habe ich in meiner
ersten Untersuchung iiber den axialen Effekt der Kanalstrahlen
vor fast 20 Jahren geftinden, daB in ihrer bewegten Emission
die gegenlaufende Intensitat kleiner als ihre gleichlaufende ist;
ihr Verhalten im axialen Effekt der Kanalstrahlen ist also
analog demjenigen der zweiten Gruppe von He-Linien. S u f
Grund dieser Analogie erhob sich die Frage, ob die Analogie
auch f u r den Effekt des elektrischen Feldes hinsichtlich des
Vorzeichens der Verschiebung vorhaiiden ist, ob also die HgLinie 4359 ebenso wie die entsprechenden Ke-Linien von dem
elektrischen Feld nach Violett verschoben wird. Leider fand
ich in der Literatur keine zuverlassige Angabe uber den Effekt
des elektrischen Feldes auf die Hg-Linie 4359. Da mir die
Beantwortung der aufgeworfenen Frage wichtig erschien, entschloB ich mich, eine Untersuchung iiber den Effekt des elektrischen Feldes auf die Hg-Linie 4359 anzustellen.
Von vornherein war zu erwarten, daB der Effekt des elektrischen Feldes auf cliese Linie sehr klein ist; denn sonst
ware eine positive Beobachtung daruber mohl schon gelegentlich gemacht worden. Bus diesem Grunde wiihlte ich fiir die
geplante Untersuchung die groBte Dispersion, die niir zur Verfiigung stand, nimlich die Einstellung des Steinheilschen
682
J . Stark
Spektrographen mit drei Prismen und dem Objektiv von 640 mm
Brennweite fur I 4 3 6 0 im Minimum der Ablenkung im Interesse gro8er Lichtstarke. Die Dispersion hatte bei dieser Einstellung f u r I 4359 den Wert 9,6 A/nim. Zur Herstellung des
elektrischen Feldes bediente ich niich cler Nethode der ersten
Kathodenschicht. Die erste der verwendeten aus Quarzglas
bestehenden Stronirohren hatte in ihrem kathodischen Teil
einen Durchmesser von 2 mm. Dieser Teil wurde scharf auf
den 0,03 mm weiten Spektrographenspalt abgebildet. Zur
Fiillung der Stromrohre diente Wasserstoff. Um in ihm die
Hg-Linien zur Emission zu bringen, wurde das KiihlgefiiB
zwischen der Stromrohre und der Pumpe und den1 Vorratsgef a8 fortgelassen; auBerdem war in einer seitlichen Ansatzrohre an der Stromrohre ein Tropfen Quecksilber in Beriihrung mit dem Gas der Rohre. Der Gasdruck und die Strombelastung der Rohre wurden bei okularer Reobaclitung an der
Linie Elfi so gewahlt, claB die Feldstkke an der Kathode (Aufspaltung der Linie H,J moglichst grog und konstant und die
Lichtstarke so groR nar, da8 in einer Belichtungszeit yon ungefiihr 5 Minuten die Linie 4359 ausreichend intensiv herauskam.
Selbst das beste Spektrogramm, das ich auf diese Weise
erhielt, zeigt wohl bei der Hg-Linie 4347 eine auch schon
yon T. T a k a m i n e und N. K o k u b u l ) beohnchtete ziemlich
groBe Verschiebung nach Rot, aber die Linie 4359 ist in ihrem
auf der Kathode aufsitzenden Teil so wenig nach Violett verschoben, daB sie niit dem Auge unter der Lupe nicht mit
Sicherheit festgestellt werden kann. Als ich jedoch die Linie
im H a r t m a n n scheu Mikrophotometer sorgfaltig so einstellte,
da8 die Olrularmarke streng entlang der Bchse der Linie kurz
oberhalb ihres kathodischen Teiles glitt, wenn der Tisch des
Photometers parallel der Linienachse verschoben wurde, zeigte
sich bei der Verschiehung der Linie aus ihrem feldfreien in
ihren feldbeeinflugten Teil eine Verschiehung des Linienendes
urn 0,Ol mm, also um 0,l A nach Violett. Ich hielt es fur
notwendig, dieses Resultat durch eine Aufnahme zu kontrollieren , in der die Violettverschiebung der untersuchten Linie
so groB war, dab sie mit dem Auge unter der Lupe bemerkt
werden konnte. Dies erreichte ich durch Verwendung einer
1 ) T. T a k a m i n e u. N. Kokubu, Proc. Tokyo Math.-Phys. Soc.
9. 8. 407. 1918.
Die Axialitat der Lichtemission und Atomsfrukfu,r. T7
683
Stromrohre, die in ihreni kathodischen Teil einen Durchmesser
von nur 1 mm hatte. I n dieser Rohre erschien eine groI3e Aufspaltung der Linie H8 bei vie1 kiirzerem Rathodendunkelrauin;
die Strecke, auf welcher in diesem das elektrische Feld auf
die Linie 4359 wirkte, verkiirzte sich, gemessen im Spektrogramm, uon 1,l mm bei der ersten Rohre auf 0,5 mm bei der
engeren Rohre. Nunmehr erschien der kathodische Teil der
Linie 4359 bei Betrachtung mit der Lupe deutlich nach VioIett abgebogen. Eine Messung im Hartniannschen Photometer ergab als linearen Betrag der Violettverschiebung
0,013 mm. Diese nur wenig grogere als die zuvor gemessene
Verschiebung entsprach den1 Umstand, daI3 auch, wie ich durch
okulare Beobachtung im Spektrographen feststellte, die groBte
Zerlegung der Ginie H8 bei der zweiten Rohre fur das gewonnene Spektrogramm nur wenig groBer als fur das zuvor
besprochene Spektrogramm war. Die gr68te Feldstarke unmittelbar an der Kathode betrug fur dieses 166 kV/cm; sie
wurde berechnet aus der Aufspaltung der Linie H y .
Das Resultat der vorstehenden Untersuchung ist demnach,
daB die Hg-Linie 4359 ahnlich den He-Linien 5016 and 3965
durch ein elektrisches Feld nach Violett verschoben wird.
7. Bisherige Ergebnisae uber die Intensitltsdissymmetrie
im axialen Effekt der Krtnalstrahlen
An Wasserstoffkanalstrahlen die in Wasserstoff oder
Helium verlaufen, ist die bewegte Emission fur die Linien
H a , H 8 , H y und H , entgegen der Richtung ihrer Geschwindigkeit intensiver als in Richtung der Qeschwindigkeit.
Umgekehrt ist an den ruhenden Wasserstoffatomen, welche
von H- oder He-Kanalstrahlen gestoJ3en und zu Lichtemission
angeregt werden, die ruhende Emission fur die Linien H p und
HY in Richtung der Geschwindigkeit der Kanalstrahlen intensiver als entgegen deren Richtung. Diese Intensitatsdissym+
metrie ist fur die bewegte Emission erheblich grofier als fiir
die ruhende Emission, Das Verhaltnis der gleichlaufenden zur
gegenlaufenden bewegten Intensitat nimmt erst oberhalb einer
Strahlengeschwindigkeit von etwa 3 . lo7 cm/ sec einen Wert
merklich kleiner als eins an, nimmt aber dann rasch mit
wachsender Geschwindigkeit ah.
An He-Kanalstrahlen, die in Wasserstoff oder Helium
verlaufen, ist die bewegte Emission fur die Linien h 3889,
A 4472 und 1 4121 entgegen der Richtung ihrer Geschwindigkeit intensiver als in Richtung der Geschwindigkeit. Umgekehrt ist an den ruhenden He-Atomen, welche von H- oder
He-Kanalstrahlen gestoBen und zu Lichtemission angeregt
werden, die ruhende Emission fiir die genannten Linien in
Richtung der Geschwindigkeit der Kanalstrahlen intensiver als
entgegengesetzt dazu. Diese Intensitatsdissymmetrie ist fiir
die bewegte Emission erheblich groBer als fiir die ruhende
Emission. Das Verhaltnis der gleichlaufenden zur gegenlaufenden bewegten Intensitat nimmt erst oberhalb einer
Strahlengeschwindigkeit von etwa 3 . l o 7 cmlsec einen Wert
merklich kleiner als eins an, nimmt aber dann rasch mit
wachsender Geschwindigkeit ab.
An He-Kanalstrahlen, die in Wasserstoff verlaufen, ist
die bewegte Emission fur die He-Linie 5016 in Richtung ihrer
Geschwindigkeit intensiver als entgegengesetzt dam. Umgekehrt
ist a n den ruhenden Atomen, welche von He-Kanalstrahlen
gestoBen und zu Lichtemission angeregt werden, die ruhende
Emission fiir die genannte Linie entgegen zur Richtung der
Strahlen intensiver als in ihrer Richtung. Das gleiche Verhalten zeigt fiir die ruhende Emission die He-Linie 3965.
An Hg-Kanalstrahlen, die in Wasserstoff verlaufen, ist
die bewegte Emission fiir die Hg-Linie in Richtung der Qeschwindigkeit der Strahlen intensiver als entgegengesetzt dazu.
Diejenigen He-Linien, deren bewegte Emission gegen die
Richtung der Geschwindigkeit der sie emittierenden lianalstrahlen intensiver als in ihrer Bichtung ist, werden durch ein
elektrisches Feld nach Rot verschoben. Die He-Linien 5016
und 3965 und die Hg-Linie 4359, welche im Vergleicli zu den
eben charakterisierten Linien die entgegengesetzte Intensitatsdissyrnmetrie im axialen Effekt der Kanalstrahlen zeigen,
werden durch ein elektrisches Feld nach Violett verschoben.
Zwischen der Intensitatsdissymmetrie im axialen Effekt
der Kanalstrahlen und der Intensitatsdissymmetrie im Effekt
des elektrischen Feldes besteht hinsichtlich des Vorzeichens
der Dissymmetrie Ubereinstimmung hei den bis jetzt untersuchten Linien.
G r o & h es s elo h e - Miin c h e n , Dezember 1929.
(Eingegangen 29. Januar 1930)
~
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