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Die Einwirkung magnetischer Felder auf das Wrmeleitvermgen von Gasen. IV Untersuchungen an Mischungen von Sauerstoff mit diamagnetischen Gasen

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D,ie E i n w i r k z c n y m a y n e t i s c h e r 3eLder
uuf clas W t i r m e l e i t v e r m i i y e n con Gasen. I V
U n t e r s u c l ~ n g e na m Misciiungen votb Sauerstojf
7nit diamagnetischen G a s e n
Von H e r rn a n .n S e nft 1e b e n u n d J o u c 18 6 V P L Pi e t x .ne r
(Mit ti Abbildungen)
Die GesetzmaBigkeiten des niagnetischen \~'ainneleitungseffekts
sind an Sauerstoff weitgehend untersucht und i n fruheren Veroffentlichungen l) (I,11,111) ausfuhrlich dargelegt worden. E s ergab sicli
dabei die Tatsache, daB der Effekt in dem Druckgebiet z\vischen
30 und 560 mni Hg eine Funktion des Argumeutes
sj
~
3
~
(I+
ist?),
wobei 8 die magnetische Feldstiirke, p den Druck, T die Temper:ttur
und C die S u t h e r l a n d s c h e Konstante bedeuten. -lusgedriiclit
durch molelrulare Konstanten kann man das Argument in der Form
@ t J c oder @ l / c 2 schreiben; hierin sind t, die mittlere Zeit zwischen
zwei ZusammenstoBen eines Molekiils. c die mittlere Geschwindigkeit
der Sauerstoffniolekiile und I ihre rnittlere freie Kegliinge. Eiue
theoretische Deutung fur das Zustandekonimen des Effekts existiert
bisher nicht, doch weist clas oben erwlihnte Argument darauf hin.
daB durch die Einwirkung des Magnetfeldes die mittlere freie Weglange oder. was dasselbe ist, der Wirkungsquerschuitt der Sauerstoffmolekiile geYtinclert wird.
E s schieu nun zunachst von W'ichtiglieit, festzustellen, ob es
sich bei dem Effekt um einen Vorgang handelt, der a n jedes einzelne Sauerstoffniolekiil gebundeu ist oder ob das Zusammenwirken
z\\ eier Molekiile beiin StoB erforderlich ist. Eine Entscheidung iiber
diese Fr'mge ist durch Untersuchuugen des Effekts a n Mischungen
von Sauerstoff mit diamagnetischen Gasen moglich. I n der VOYliegenden Arheit svll uber derartige Versuche berichtet werden.
1) H. S e n f t l e b e n , Phys. Ztschr. 31. S. 961. 1930; H. S e n f t l e b e n u.
.I. I ' i e t z n e r , Ann. d. Phys. [5] 16. S. 907. 1933; [5] 27. 8. 108, 117. 1936.
2) Die Teinperaturabhiingigkeit ist in einer demniichst erwlieinendeu
Brbeit VOII H. S e n f t l e b e n und E. R i e g e r untersucht und sichergestellt
worden.
542
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 30. 1937
Experimentelle Anordnung
Die MeBniethode und Versachsanordnung ist in I eingehend
beschrieben worden. Hier sol1 nur kurz clie Vorrichtung zur Herstellung einer homogenen Mischnng angegeben werclen. Es zeigte
sich namlich, daB beini einfachen Einleiten der beiclen Mischgase
in einen griiBeren Glaskolben selbst narh langerem Stehenlassen
keine homogene Mischung vorlianden war. Das iiuBerte sich darin,
daB Messungen des Effekts, die in verscliiedenen Zeitabstinclen
unter den gleichen Bedingungen gemacht wurden , nicht reproduzierbar waren. Es muRte daher eine geeignete Riihrvorrichtung zur
Forderung der Durchniischnng angewanclt werden. Benutzt wurde
ein Quecltsilberriilirer (AM. 1). bei dem ein
I Purnpe ~Purnpe
Glaskolben mit einem weiten Rohr von
etwa dem gleichen Volunien verbunden war.
Das Rohr war niit Quecksilber gefullt, das
durch Heben und Senken eines Vorratsz MeBgPfah
,,p~&;y
gefaBes gehoben und gesenkt werden konnte.
I n den Glaskolben wurden die einzelnen
Komponenten der Mischung eingeleitet.
Durdi oftmaliges Heben uncl Senken des
Quecksilbers wurde clas Gasgeiiiisch auf
die Hiilfte seines Volumens ltoniprimiert
und wieder ausgedehnt, bis eine geniigende
Al)b. 1.
Hg-Ruhrvorrichtung
Durchmischung zu erwarten war. D a m
erst wurde die Mischung i n das MeBgefd3
geleitet und es ergab sich, daB jetzt die Effektmessungen zu verschiedenen Zeiten unter gleichen Bedingungen reproduzierbsr waren.
Es war daher anzunehmen, daB die Mischuug geniigend honiogen war.
Die veranderliche Quecksilbersaule wurcle gleichzeitig zur
Druckniessung benutzt. Bei der Mischung wurden die Komponenten
anf ein konstantes Volumen bezogen, so daB die Mischungsverhaltnisse clie Verhiiltnisse der Partialdrucke, bzw. der Zahl der Molekiile im Kubikzentiiiieter angebeu. Der E'ehler in der Zusammensetzung der auf cliese Weise hergestellten Mischungsverhiiltnisse
liegt unter 1 o/i,.
Als MeBgefiiB wurde das in I beschriebene zylindrische Glasgef43 von 1,s cm Liinge und 0,s cm Durchmesser benntzt. Es
wurde stets so geniessen, [claB MeBdraht und magnetische Kraftlinien einanrler parallel lagen, cl. h. daW der Warniestroni und das
Magnetfeld zueinander seukrecht verliefen.
Als diamagnetische Mischgase dienten Wasserstoff', Helium,
Methan, Neon, Stickstoff, Argon, Kohlensiiure und Krypton. Die
'lli
Senftbben u. Pietzner. Einwirkung niagnetischer Felder usw.I V
513
Edelgase wurden von der Gesellschaft f u r Linde’s Eismaschinen zur
Verfiigung gestellt, der wir besonders fiir die fiberlassung des
Kryptons ZLI grot3em Dank verpflichtet sind. Der Wasserstoff
wurde elektrolytisch hergestellt und mit P,Oj und in flussiger Luft
getrocknet. Das Methan wurde aus Aluminiumcarbicl und Wasser
gewonnen, zur Trocknung und Reinigung von C 0 2 durch zwei Gefitfie mit Natronkalk geleitet. Die Bindung des vorhandenen Wasserstofis geschah in einem Rohr mit Kupferoxyd bei etwa 200’ C.
Der Stickstoff wurde den im Handel befindlichen Bomben entnommen; er enthielt etwa 3 O / , , Sauerstoff, dieser wurde durch
Leiten des Gases iiber gluhendes Kupfer entfernt. Die Iiohlensiiure
wurde aus den handelsublichen Bomben gewonnen, in fliissiger Luft
verfestigt und beim Einleiten iu das MischgefiiE durch eine Kiiltemischung Ather-feste-CO, vom Wasserdampf befreit. Die Moleknlargewichte cler Gase xvnrden durcli Wiigung bestimmt.
Die Besiehungen swischen dem Warmeleitvermogen einer Mischung
und den molekularen Konstanten derselben
Um zu einer Diskussion der Messungsergebnisse zu gelangen,
envies es sich als notwendig, einen brauchbaren Ausdruck f u r das
KBrmeleitverniogen einer Mischung zu finden. Am zweckmat3igsteu
ist es, von der Zahl der ZusamiiienstoBe auszugehen, da es sicher
ist, clat3 sich diese aus der Zahl der StijBe der Komponenten unter
sich und der Zalil der gegenseitigen StoBe additiv zusammensetzt.
Xach der klassischen kinetischen Theorie berechnet sich das
Wiirmeleitvermogen il zu
wobei f die Zahl der Freiheitsgrade eines Molekiils, k die B o l t z m a nnsche Konstante, c und 7 die mittlere Geschwindigkeit bzw.
mittlere freie Weglange eines Molekuls und v die Zalil der Molekiile im Kubikzentimeter bedeuten.
Nun ist:
1=
z’
(Z’= Sto6zahl eines Molekiils) ,
wenn Z die Gesamtzahl der StoBe aller Molekiile ist.
Geht man in dieser Gleichung, die f u r ein reines Gas gilt,
zur Mischung iiber, so mu6 man fiir Z die Gesamtzahl aller St66e
544
Annnalen der PIipik. 5. Folge. B a d 30. 1937
in der Mischung eiusetzen. Fiir f und c henutzen wir Mittelwerte li,
die man in erster Niiherung in gewiihnlicher Weise berechnet.
wobei v1 und v2 die Zahl der Molekiile im Knbikzentinieter fiir
jede Komponente des Geniisdies ist.
Dann ist:
k
r1 f , + c2
=----.
1"
ist Zl,,= Z,, + Z,, + Z,,
Y2
1,
~
Y2
I Y , CI
Hierbei
zeichnungsw eise.
2f
c,P
,' 1
v
nl
. -.1
Zm
in leicht verstiindlicher Be-
Hieriu bedeuten:
m,. m, die Moleliulargeitichte der beiden Komponenten.
cl. c2 die niittleren Geschwindiglieiten der Moleltiile.
3;, 3, die Durchrnesser der Molekiile der beiden Komponenteu.
c=-. d,
+ d,
2
Ersetzt mau c2 durch cl. ml. w z 2 , so ~ i r d :
Fiihrt mau clas ~Iilischungsverhaltnisv = 5 ein, und faBt man
V1
die hier nicht wesentlicheu Konstnnten zu C zusnmmen, so erhiilt
man schlieBlich:
1
f, + 3 f,
Lm = C 1 Ptll . l + c *(1+$-:)2
(1)
II
.~
-
8,'+
1
~~
1'
I/
~~
~
2 (m,
- m l + 1tZ2) IJ2
pi/a,?
~
~
~~
+ v?
Diese Formel stellt. wie sicli Aeigen liiBt, eiue brauchbare
Mischungsregel dar. Zu ihrer Priifuiig geht man am besten so vor.
daB man durch Einsetzen der Konstauten die Werte fiir da5
Warmeleitvermogen verschiedener Mischungen ansrechnet, uud diese
Werte mit den Messunf;sergrebnissen, wie sie z. B. im LandoltBornstein vorliegen, vergleicht. Da der Zahlenfaktor C. der nacli
1) Dies enthiilt naturlicli eine Willkiir. Es ist aher bereits jetzt dnranf
liinzuweisen, daB bei den endgiiltigen Betrachtungen iilier den magnetischeii
Etfekt in Mischungen ivgl. S. 549) durch geeignete Quotientenbildung diese
Mittelv erte sich Iierauslieben and dadnrch die LViIlkur heseitigt wird.
.
Senftbben u. Pietzner Einwirkung magnetisc~~er
Felder usw. I V
545
der klassischen Theorie mit Unsicherheit behaftet ist, und auch die
Absolutwerte von Warmeleitvermogen nur schwer festzulegen sind,
wurden in Tab. 1 in Spalte 2 die nach der Formel mit C = 1 berechneten Werte, in Spalte 3 die gemessenen Werte (LandoltBornstein 11, S. 1304, Erg.-Bd. 11, S. 1279) zusammengestellt. Die
Brauchbarkeit der Formel kann dadurch gepriift werden, daB die
Verhiiltnisse 3, (ber.) : ii (gem.) konstant sein miissen. Die Werte der
Spalte 3 zeigen geniigende Ubereinstimmung, so daB die Formel
auch fur die weiteren Uberlegungen, bei denev es stets auf e k e
Verhaltnisbildung ankommt, brauchbar ist.
Tabelle 1
Werte fur dae Warmeleitvermogen einer Mischung
L.
kgem.. 10-7
Agem.
3:l
1:s
4,30
1,75
2760
1100
1,56
1,58
Ar:H,= 6:4
Ar:H,= 1:4
1,9s
415
1260
2700
1,57
1,65
CO2:H2= 1:l
CO,:H,= 3 : l
CO,:H, = 1 : 9
2,31
1,28
5,28
1360
770
3150
1,71
1,66
1,67
Ar:He =11:9
A r : H e = 3:17
1,80
3,80
1080
2320
1,66
1,64
H,:O,=
H,:O,=
Ergebnisse und Diskussionen der Messr
Die Messungen wurden bei Zimmerternperatur ausgef iihrt in
cler Weise, daB fur ein bestinimtes Mischungsverhsltnis und konstanten Druck die Abhangigkeit des Effekts von der magnetischen
Feldstirke gemessen wurde. Derartige MeBreihen wurden bei Gesanitdrucken zwischen 50 und 700 mm Hg innerhalb eines MischungsTerhdtnisses ausgefiihrt. Bei allen Gasen wurden die drei Mischungsverhaltnisse p (Gas): p (0,)= 1 : 2, 1 : 1, 2 : 1 gemessen, dazu noch
Luft, die ja eine Stickstoff-Sauerstoff-Mischung vom Verhaltnis 79: 21
darstellt, wenn man die iibrigen Bestandteile vernachlassigt.
ills Ergebnisse der Messungen ergibt sich zunachst, daB der
Verlauf des Effekts mit Feldstarke und Druck in den Pvlischungen
der gleiche ist, wie im reinen Gas. Allerdings liegen bei gleichen
Bedingungen die Absolutwerte der Mischung wesentlich tiefer; der
Zusatz des Fremdgases driickt also den Effekt herab, und zwar
bewirkt ein starker Fremdgasgehalt auch eine grogere Herabsetzung
Annalen der Physik. 5 . Folge. 30.
36
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 30. 1937
546
als eine kleine Beimischung. I n der Abb. 2 sind fur die Mischungen
N,: 0, = 1 : 1 die Kurcen eingetragen, die die Sbhangigkeit des
Effekts von der Feldstarke wiedergeben.
Bereits hieraus ist die Beantwortung der eingangs gestellten
Frage, ob der Effekt an jedes einzelne Sauerstoffinolekul gebunden
ist, oder ob das Zusanimenwirken zmeier Molekiile beim StoB er-
:vl
P s''u"
I"'
I
I
0
7000
ZOO0
300
4'000
5000 6000
l~
7000 8000 9RRO 70000 77000
Abb. 2. Effekt in der RIischung y (N,) : p (0,)
= 1: 1
0
7OUO
ZUUO
3000
4RRR
5000
6000
7000
8000
9000
7RURR n0UO 12000
Abb. 3. Effekt in verschiedenen Mischungen
beim Mischungsverh~ltnisp (Fremdgas) :p (0,)
= 1 :2
forderlich ist, moglich. Der Effekt sinkt nicht mit dem Quadrat
des Sauerstoffpartialdruckes, sondern (2. B. bei der Mischung mit
Stickstoff 1: 1) anniihernd proportional dem Partialdruck selbst
(Sattigungswert in reinemO, : 118.10+; in der Mischung (1 :1):56.
Hieraus folgt schon, daf3 der Effekt nicht an die StoBe der Sauer-
Senjtleben u. Pietzner. Einwirkung wgnetisclter Felder usw. I V
547
stoffmolekule untereinander gebunden ist. Es zeigt sich vielmehr,
dnB das Magnetfeld auch aaf die Energieiibertragung zwischen
Sauerstoff- und Fremdgasmolekiilen einwirkt.
A1
704
w i
I
ma zooa m a
o
I
1
I
I
I
I
room
I
4ano 5000 m a 7am 8000 joaa
roo0
Abb. 4. Effekt in verschiedenen Mischungen
beim Mischungsverhiiltnis p (Frerndgas) : p (0,)= 1 : 1
-5
Abb. 5. Effekt in verschiedenen Mischungen
beim Mischungsverhiiltnis p (Fremdgas) :p (0,)= 2 : 1
Weiterhin ergibt sich aus den Messungen, dab die einzelnen
Znsatzgase den Effekt keineswegs in gleicher Weise herabsetzen,
sondern daB jedes Gas einen individuellen EinfluB auf den Effekt
ausiibt. Die dbb. 3-5 zeigen, wie bei 100 mrn Gesamtdruck und
den drei Mischungsverh~ltnissen der Effekt durch die einzelnen
36 *
548
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 30. 1937
Fremdgase herabgesetzt wird. Den geringsten EinfluB zeigt Ne,
wahrend H, und He den Effekt am starksten beeinflussen. Zuin
Vergleich ist die entsprechende Kurve bei reinem 0, eingezeichnet.
Es handelt sich nun darum, den Einflui3 des Fremdgases genauer zu fassen. Hierzu ist es zweckmiABig, den Effekt in irgendeiner Mischung und reinena Sauerstoff miteinander zu yergleichen,
und zwar unter gleiclien au5eren Bedingungen beziiglich des
Druckes, der Temperatur und der Felclstarke. Hinsichtlich der
Feldsthrke und der Temperatur sind gleiche Redingungen leicht zu
erfullen, indeni man die Effekte eben bei denselben Werten dieser
Variablen vergleicht. Dagegen ist beziiglich des Druckes schwieriger
zu entscheiden, wann gleiche Bedingungen vorliegen. Denn es ist
ja zu beriicksichtigen, daB es sich einmal um eine Mischung handelt, und daB in diesem Fall erst festgestellt werden muB, ob der
Partialdruck des Sauerstoffs oder der Gesamtdruck oder ein anderer
Wert fiir den Effekt ma8gebend ist. Dementsprechend ist auch
bei dem Vergleich der Druck des Sauerstoffs uncl damit der Wert
des Effekts zu wiihlen. Wie oben bereits erwiihnt, ergaben die
Messungen, daB der Effekt durch die Zeit zwischen zwei ZusammenstoBen, d. h. bei konstanter Temperatur durch die mittlere freie
Weglange des Sauerstoffs, bestimmt ist. E s liegt daher nahe, bei
den) Vergleich der Effekte in Mischung und reinem Sauerstoff beide
auf die gleiche freie Weglange der 0,-Iviolekiile zu beziehen; d. h.
in reinem Sauerstoff sind die Effektwerte bei einem solchen Druck
zu benutzen, fur welchen die freie Weglange der 0,-Molekiile in
reinem Sauerstoff mit der in der Mischung identisch ist.
Unter so festgelegten Bedingungen wurde fur verschiedene Drucke
und E’eldstiirken das Verhiiltnis q = Effekt in der Mischung ( E ~ , ) zu
Eflekt im Sauerstoff (€0,) gebildet (vgl. Tabelle 5 und 6). Es stellte
sich heraus, daB nur bei den Gasen, deren Molekulargeiiicht anniihernd mit dem des Sauerstoffs iibereinstimmt, die Verhiiltnisse q
f iir alle Drucke uud Feldstarken innerhalb eines bestinimten
~~iscl~ullgsverh~ltnisses
einen nahezu konstauten X e r t besitzt. Fur
alle Gase, deren Molekulargewicht wesentlich von den1 des Sauerstoffs abweicht, zeigt sicli in den m’erten cles Verhaltnisses ein Gang
init deiii Druck und der FeldstBrke. Es lie$ daher hier schon
nahe, anzunehmen, da5 auBer der freien Wegliinge auch das Molekulargewicht eine entscheidende Rolle spielt.
Es fragt sich nun, wie weit aus der uben abgeleiteten Forinel (1)
fiir das Warmeleitvermiigen einer Mischung das Verhalten des
EtTekts gefolgert werden kann. I n der Einleitung ist darauf hingewiesen worden, da5 es wahrscheinlich ist, da5 der Kirkungsquer-
Senftleben u. Pietzner. Einwirkung magnetischer Felder usw. I V
649
schnitt bzw. der Durchmesser der Sauerstoffmolekiile , d. h. die
GroBe &, der Einwirkung des Magnetfeldes unterliegt. Mit dem
Index 1 ist im folgenden stets der Sauerstoff gemeint, wahrend der
Index 2 sich auf das diamagnetische Zusatzgas bezieht. Es ist
also in der Formel (1) d, als Funktion von @ anzusehen. Es ist
yon vornherein nicht selbstverstandlich, da6 die Einwirkung des
Magnetfeldes auf den Rirkungsquerschnitt des Sauerstoffmolekiils
die gleiche ist fiir Stofie zwischen Sauerstoff und Sauerstoff (Stol3durchmesser 8,) wie fiir Stofie zwischen Sauerstoff und Fremdgas
(Stofidurchmesser S,'). Mit Einfuhrung dieser beiden Varinbeln wird
aufi Formel (1):
Es ist:
a+
a
a i,
__.
aa, + --aal',
34
a if,'
oder ausgerechnet
oder die relative Anderung:
Setzt man in dieser Gleichung v = 0, d. h. geht man zu reinem
Sauerstoff iiber, so ergibt sich
(31
Bildet man nun das Verhaltnis q, so erhalt man
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 30. 1937
550
Der zuletzt stehende Quotient
(%)m
:
(F),
ist gleich 1, falls in
Miscliung und reinem Sauerstoff Temperatur- und Druckverhaltnisse
f a r die StoBe zwischen den Sauerstoffmolekulen identisch sind; d. h.
falls man die Effekte in der Mischung ins Verhdtnis setzt zu denen
des reinen Sauerstoffs bei gleicher Feldstarke, gleicher Temperatur
und gleicher freier Weglange des Sauerstoffs. Unbekannt ist in der
Forrnel (4) d a m nur noch der Quotient dcYj’/dcYl. Er gibt das
Verhiiltnis der Anderung des Sauerstoffmolekiil-Durchmessers beim
StoB auf frernde oder gleichartige Molekiile. Setzt man den Quotienten
znuachst gleich 1, setzt man also voraus, daB der EinfluB des Feldes
snf das Sauerstoffniolekiil ganz unabhangig davon ist, was dieses fur
einen StoBpartner findet, so kann man durch Einsetzen der gaskinetischen GrBBen die Werte fiir (r fur die einzelnen Mischungen
berechnen. Die fur die Rechnung notwendigen Werte der StoRdurclimesser wurden aus Werten des Wailmeleitvermogens berechnet,
die den Tabellen des L a n d o l t - B o r n s t e i n entnommen wurden uud
neuesten Messungen entstamnien. Auf diese Weise wurden dje
folgenden Werte fur die Veihaltnisse q berechnet (Tab. 2).
Tabelle 2
Berechizete Werte dea Verliiiltnisses q = 5
H, : 0,
He : 0,
CH,: 0,
Ne : 0,
N, : 0,
Ar : 0,
c0, : 0,
ICY : 0,
0,39
0,64
0,4S
0,56
0,43
0,51
O,24
0,48
0,33
0,38
O,27
0,38
Zum Vergleich niit der Messuug sind zunachst die Werte q am
geeignetsten, die bei Drucken und Feldstiirken gemessen sind, welche
einer Sattigung des Effekts, d. h. einer Unabhangigkeit von diesen
beiden Variablen entsprechen. Denn in diesem Fall ist der
Quotient
(%)*(y)oa
sicher gleich
:
1. Tab. 3 enthalilt: die ge-
messenen Werte.
Es zeigt sich gute Ubereinstimmung bei CH,, Ne, N,, Ar
und CO,; dagegen weichen bei den extrem leichten Gasen H, und He
und bei dem schweren Kr die gernessenen Werte stark von den
berechneten ab, und zwar in dem Sinne, daB durch diese Gase der
Senftleben 21. Pietzner. Einwirkung inagneiischer Felder usw. IV
551
Tabelle 3
Gemessene Werte des Verhaltnisses q = 8,im Sattigungsgebiet
&O,
H, : 0,
He : 0,
CH,: 0,
Ne . 0,
N, : 0 ,
Ar
0,18
0,30
0,51
0,5i
O,72
0,63
0,67
0,59
0,57
: 0,
co, : o,A
Kr : 0,
0,09
0,18
0,25
0,29
0,39
0,60
0,47
0,51
0,42
0,44
0,31
0,33
0,26
0,25
0,40
Effekt noch starker herabgesetzt wird, als nach der obigen Formel
zu erwarten ist. Rechnerisch bedeutet dies, daB die Voraussetzung,
dS’
dab die GroBe 9 = 2= 1 ist, bei diesen Extremgasen nicht
4
erfiillt ist; es hangt rielmehr hier die Wirkung des Magnetfeldes
auf clas Sauerstoffmolekul vom StoBpartner ab. Bestimmt man hier
fur eine Mischung die GroBe z’f durch Einsetzen des experimentell
gefundenen Wertes fiir q , so zeigt sich, daB auch f u r die aizderen
Mischungen mit demselben Gas der nun berechnete Wert von q mit
dem gemessenen iibereiustimmt. Diese Tatsache ist besonders zu
betonen, denn sie bestktigt die Brauchbarkeit der zugrunde gelegten
nberlegungen. Es muB auch darauf hingewiesen werden, daB durch
Variation der j a immerhiu nur mit beschrankter Genauigkeit bekannten Werte der StoBdurchmesser keine wesentlichen h d e r u n g e n
der Zahlenwerte eintreten, so lauge man nicht vollig unwahrscheinliche Werte von 6 zulaBt. Die Tab. 4 gibt eine nbersicht iiber die
gemessenen und berechneten Werte von q, in der letzten Spalte sind
Tabelle 4
Werte des Verhaltnisses q = 5 im Sattigungsgebiet
&O.
I
1 : 2
__
gem.
1:l
__
gem.
ber.
__
ber.
gem.
__ __ ___ __ ___
~
H, : 0,
He : 0,
CH,: 0,
S e : 0,
N, : 0,
AT : 0,
co,: 0,
Kr : 0,
0,31
0,48
0,56
0,78
0,65
0,72
0,59
0,58
0,30
0151
0,57
0,72
0163
0,67
0,59
0,57
0,lE
0,31
0139
0,64
0,48
0,56
0,42
0,41
0,18
0,29
0,39
0,60
0,47
0,N
0,42
0,40
__
2 : l
0,09
0,18
0,24
0,48
0,32
0,38
0,27
0,25
0,09
0,16
0,25
0,44
0,31
0,33
0,28
0,25
79 : 21
-4
__
~
0,15
0,22
1,oo
1,oo
1,oo
1,oo
1,oo
0,45
552
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 30. 1937
die Werte fur 8 angegeben. Die nbereinstimmung der gemessenen
mit den berechneten Werten ist sehr befriedigend; die Abweichungen
liegen innerhalb der Fehlergrenzen der Messungen.
Die in dieser letzten Tabelle enthaltenen Werte fur q sind, wie
oben gesagt, fur solche Werte von Feldstarke und Druck angegeben,
bei denen der Effekt gesattigt ist. Fur alle andern Werte von
Feldstkke und Druck mii6ten dieselben Zahlenwerte gelten, solange
die Quotienten
(F)va
(y)o,
und 17 konstant, d. h. von den
:
beiden Variablen unabhangig sind. In den Tabellen 5 und 6 sincl
die gemessenen Werte von q fur die Drucke 100 und 300 mm Hg
k’
fiz
a
I
1
1
ro
zo
30
1
1
YO
50
Abb. 6. Werte des Verhaltnisses p =
-
Mo/eku/argewihl
70
80
m
Ern
~
im Sattigungsgebiet
und einen groflen Bereich der Feldstarke (1000- 11000 Gauss) dargestellt. Es zeigt sich, daB bei den Gasen, fur welche in der
Sattigung Messung und Berechnung ubereinstimmen, die berechneten
Werte nicht nur dort (in der Sattigung), sondern iiber einen groBeren
Bereich der Feldstarke durch die Messungen bestatigt werden. Der
geringe vorhandene Gang mit der Feldstarke, der ubrigens auch
vorhanden ist, wenn inau die Werte bei konstanter Feldstarke und
verschiedenen Drucken vergleicht , weist darauf hin , daB die oben
erwahnten Voraussetzungen nur annahernd erfullt sind. Gnnz
deutlich tritt dies bei den Gasen H,, He und Kr hervor. Hier ist
ein starker Gang mit Druck und Peldstarke vorhanden, der darauf hindeutet, dah der Quotient 9. von den genannten Variablen abhangt.
Ganz deutlich tritt auch bier wieder die Tatsache hervor, daB das
Molekulargewicht des Stohpartners eine entscheidende Rolle spielt.
Tragt man die Quotienten q fur das Sattigungsgebiet als
Funktion des Molekulargewichts auf, so ergibt sich nach den bisher
vorliegenden Messungen die Abb. ti. Es tritt hier die besonders
groBe Einwirkung der Edelgase hervor, die auf ihren kleinen
Wirkungsquerschnitt zuruckzufuhren ist. Wie bei anderen Erscheinungeu ist dies auch hier bei Ne am meisten ausgepragt.
Senflleben u. Pietzner. Einwirkulzg magnetischer Felder usw. IV
553
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Annalen der Physik. 5. Folge. Band 30. 1937
Die Einwirkung des Molekulargewichts zeigt sich aucb in den
Werten von 8,die nur fiir extrem leichte und schwere Gase von 1
verschieden sind. Genaueres uber den Gang derselben mit dem
Molekulargewicht sollen weitere Messungen ergeben.
Zusammenfassung
Es wird der niagnetische Rarmeleitungseffekt a n Mischungen
von Sauerstoff mit cliamagnetischen Gasen uutersucht. Durch den
Zusatz der Fremdgase wird der Effekt herabgedruckt. Die Messungen
ergeben, da6 der Effekt nicht an den StoR von Sauerstoffmoleliiilen
untereinander gebunden ist, soudern auch beim StoB zwischen Sauerstoff- und Fremdgasmolekiilen auftritt. Der EinfluB des W'irkungsquerschnitts und des Molekulargewichts des Zusatzgases l&Rt sich
rechnerisch verfolgen ; es ergibt sich bei diamaguetischen Gasen,
deren Molekulargewicht niclit stark von dem des Sauerstoffs abweicht,
eine gute Ubereiustirnniuug zwischen Messung und Rechnung. Bei
extrem leichten und schweren Gasen hort diese 'ijbereinstimmung
auf, laBt sich aber wieder erzielen rlurch Hinzunahme der Arbeitshypothese, daR in diesem Fall die Einn-irkung des Magnetfeldes auf
den StoB zwischen Sauerstoffinolekulen untereinander groBer ist
als auf den Sto6 zwischen Sauerstoff- und Fremdgasmolekiilen.
Der Helmholtzgesellschaft hind wir zu groBem Dank verpflichtet
fur die Bereitstellung der Mittel fiir die zum Teil kostspieligen
Apparaturen. Der Deutschen Forschungsgemeinscliaft danken wir
fiir die Gewahrung eines Forschungsstipendiums a n den einen von uns.
Miins t e r (Westf.), Physikalisches Institut der Universitat, den
29. Juli 1937.
(Eingegangen 30. J u l i 3937)
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