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Die elektrischen Bedingungen beim bergang vom Bogen- zum Funkenspektrum.

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643
7. D i e elektrischen Beddngungen
be4m Ubergany vom Bogen- xum Punlcenepelctrwm;
vom P a u l L w d e w d g .
(Auezug
SUB
der Freiberger Habilitationeechrift.)
I. Einleitnug.
In einer Arbeit von La Rosa') uber die Umwandlungen
des Spektrums des selbsttonenden Lichtbogens ist gezeigt, dafi
das vom tinenden Lichtbogen ausgesandte Spektrum einen
Ubergang vom Bogen- zum Funkenspektrum zeigt je nach
den relativen Grofien von Selbstinduktion und Kapazitiit im
Schwingungskreis. K. W. W a g n e r ? hat in seiner Dissertation
diesen qfbergang zu erkliiren versucht. Er definiert als
charakteristischen Widerstand des dem Lichtbogen parallel
geschalteten Schwingungskreises die Qrofie Q, die mit Selbstinduktion und Kapazitat durch die Beziehung
zusammenhangt ( L = Selbstinduktion, C = Kapazitat). Bei Betrachtung der Schwingungen zweiter Art findet er fiir das
Verhiiltnis der Zeit TI,wahrend der der Bogen erloschen ist,
zur Eigenperiode des Schwingungskreises T die Beziehung
1st dieses Verhaltnis klein, was bei gro6em i, oder grofiem e
eintreten kann, so nahert sich der Schwingungsverlauf dem
Typus erster Art, und umgekehrt tritt bei kleinem i, und
kleinem Q immer scharfer der Typus der Schwingungen zweiter
Art hervor, d. h. es wird die Zeit, wahrend welcher der LichtI) La Rosa, Ann. d. Phys. 29. p. 249. 1909.
2) K. W.Wagner, Der Lichtbogen ale Wechselstromerzeuger.
Gott. Dies. 1910.
644
P. Ludmig.
bogen erloschen ist, immer gro0er im Vergleich zur Zeit,
wiihrend welcher er brennt.
Beim Vergleich dieser Uberlegungen mit den L a Ros aschen
Ergebnissen findet Wagner, da0 die nach dem Ubergang vom
Bogenspektrum zum Funkenspektrum geordneten L a R o saschen
Spektrogramme zugleich nach einem stetigen Abnehmen von
Q geordnet sind.
Es scheint ihm fur das vom Lichtbogen
ausgestrahlte Spektrum nur auf die Grafie von 4 anzukommen.
W a g n e r gibt folgende ErkliZmng: ,,Am den Versuchen ergibt
sich zugleich auch eine sehr einleuchtende Antwort auf die
Frage nach der TJrsache der besprochenen Veranderung des
Spektrums, wenn man sich auf den Standpunkt stellt, da0 die
Temperatur der emittierenden Teilchen fiir ihre Emission ma0gebend ist, wobei die Temperatur eines Teilchens im Sinne
der kinetischen Theorie definiert sein SOU. Mit wachsendem
TJT, also abnehmendem p, wird die Maximalleistung i m Bogen
im Vergleich zur mittleren Leistung immer grober. Fur das
Volumen des leuchtenden Gases wird (wenn man gar zu langSam veranderliche Vorgange von der Betrachtung ausschlie0t)
in erster Linie die mittlere Leistung ma0gebend sein; es wird
sich nicht betrachtlich iindern, wenn die Leistung rasch genug
urn ihren Mittelwert schwankt. Die Maximalleistung in der
Volumeinheit ist darum um so groSer, je kleiner g ist; folglich
werden auch die maximalen Teilchentemperaturen mit abnehmendem g anwachsen miissen. Um die Versuchsergebnisse
zu verstehen, braucht man nur anzunehmen, dafi bei der
niedrigen Temperatur zunachst das Bandenspektrum erscheint
und d d es mit wachsender Temperatur mehr und mehr durch
das Linienspektrum verdrangt wird, wobei die Frage nach der
Art der Wager der Emission ganz au0er Spiel bleiben kann."
Es lag hiernach zuniichst nahe, zu untersuchen, ob die
andern Versuchsbedingungen, die einen fihergang von den
Schwingungen erster, zu denen zweiter Art begiinstigen , auch
den gleichen Einflu0 auf das Spektrum wie die b d e r u n g
der Kapaziat haben. Am einfachsten war dies bei Andernng
der Gleichstromstirke zu priifen.
Nach der Formel
Ubergang
vom
Bogen- t u m Punkenspelitrum.
645
muBte hier derselbe Einflu6 nachzuweisen sein, wie bei Anderung
des charakteristischen Widerstandes Q: Mit abnehmender Gleichstromstilrke mu6 bei sonst ungelinderten Bedingungen das
Spektrum Funkencharakter annehmen. Eine derartige Spektrogrammserie enthalt die Fig. 1, die bei Einschaltung einer
Fig. 1.
Kapazitkt von 25,l Mikrofarad erhalten wurde. In der Tabelle I
sind die zugehorigen Versuchsdaten zusammengestellt. Wie
die Spektrogramme zeigen, treten mit abnehmender Qleichstromstiirke tatsachlich die Funkenlinien hervor.
Weiter ergibt die Theorie, da6 die Stiirke der Kahlung
der Lichtbogenelektroden fiir das Aubeten der Schwingungen
zweiter Art sehr wesentlich ist. Um such hier den EinfluB
auf das Spektrum zu priifen, wurden eine Reihe Spektrogramme
P. Ludewiy.
646
aufgenommen, bei denen die Dicke der benutzten Homogenkohlen geandert wurde, wahrend die iibrige Anordnung ungeandert blieb. Das Resnltat war das erwartete. J e diinner
die Kohlen, desto mehr Lichtbogencharakter im Spektrum, j e
dicker die Kohlen, je besser also die Kuhlung und daher die
giinstigen Bedingungen fur den Typus der Schwingungen zweiter
Art, desto mehr Funkencharakter im Spektrum.
T a b e l l e I.
Tonender Bogen. h d e r u n g der Gleichatromatiirke. Fig. 10 entsprechend.
25,l M.F. Kapazitiit.
Nr.
1)
I1I
i
I11
IV
I1
I!
Stromst&rke
5,O Amp.
379
3.5
3,0
2,7
?l
11
11
,l
Nach diesen Versuchen ist die Wagnersohe Annahme, da0
fiir das Hervortreten der Funkenlinien im Spektrum des tonenden
Lichtbogens die Versuchsbedingungen so zu wahlen sind, daO
Schwingungen zweiter Art auftreten, erwiesen.
11. Heretellnng der Kurvenform des tvnenden Bogens mit der
Hoohfreqaenzmesohine.
Die bisherigen Resultate lie0en es als wahrscheinlich erscheinen, da0 auch unter anderen Versuchsbedingungen die
beobachtete Umwandlung des Spektrums auftreten miisse, wenn
man nur dem Strom, der den Lichtbogen durchflieSt, eine
Kurvenform aufzwingt, die der den Schwingungen zweiter Art
charakteristischen gleich ist.
Zur Erreichung dieses Zieles benutzt man am einfachsten
die Hochfrequenzmaschine. Die unten beschriebenen Versuche
wurden mit Benutzung einer Hochfrequenzmaschine ausgeftihrt,
die maximal 900 Perioden pro Sekunde lieferte.
Die zunachst benutzte Schaltung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Die Batterie E von 440 Volt speist unter Zwischenschaltung eines Regulierwiderstandes R den Lichtbogen mit
einer Gleichstromkomponente. Man benutzt zweckmiibig einen
uberguny vom Bogen- zum finkenspektrum.
647
unsymmetrischen Lichtbogen, was in unserem Fall durch Verwendung einer moglichst diinnen und einer moglichst dicken
Kohle erreicht wurde. Uber diesen Gleichstromlichtbogen
lagert man den Strom der Hochfrequenzmaschine, der zweckma6ig noch durch einen Transformator vom Verhaltnis 1 : 1
geschickt wird. Zugleich hat man durch Einschaltung eines
nU
I
-=I=-
f
n
Fig. 2.
Kondensators C (etwa 20 Nikrofarad) dafir zu sorgen, da6 der
Gleichstrom seinen Weg nnr durch den Lichtbogen nehmen
kann. Und umgekehrt halt man den Wechselstrom durch die
beiden Drosselspulen L, und
von dem Gleichstromkreis fern.
Indem man nun den Strom im Wechselstromkreis relativ
zu dem Strom im Gleichstromkreis verschiedene Werte durchlaufen la64 kann man im Lichtbogen eine Stromkurve hervorbringen, die der beim tonenden Lichtbogen auftretenden analog
ist. Die im folgenden mitgeteilten Oszillogramme entsprechen
daher fast vollkommen den von Simon') mit dem tonenden
Lichtbogen aufgenommen.
Bei den Aufnahmen der Oszillogramme Pig. 3-6
war
der Gleichstrom gleich 2,5 Ampere. Dagegen wurde der
Widerstand im Wechselstromkreis (in der Schaltung versehentlich nicht gezeichnet) geandert. Bei der Aufnahme der
Fig. 3 betrug der Wechselstrom nur 0,5 Amp. Hier haben
wir die Stromkurve der Schwingungen erster Art. Bei der
Aufnahme der Fig. 4 ist mit 1,5 Smp. Wechselstrom fast
der Typus zweiter Art erreicht. Die Stromkurve geht noch
1) H. Th. S i m o n , Jahrb. f. drahtl. Telegr. u. Telephonie I. p. 16. 1907.
P. Audewiy.
648
nicht ganz auf Null herab; dagegen zeigt das Oszillogramm
der Fig. 5 (in= 1,8 Amp.) einen Strom der genau den Schwingungen zweiter Art entspricht. VergrOBert man den Wechselstrom noch weiter, so ziindet der Bogen auch in umgekehrter
Richtung, wie das Oszillogramm der Fig. 6 , das bei einem
Wechselstrom von 4 Amp. aufgenommen wurde, zeigt.
Strom
f--
Fig. 3.
Fig. 4.
-
Strom
f---
Fig. 5.
Von dem Lichtbogen wurde bei diesen vier Versuchsbedingungen je ein Spektrum aufgenommen. Es ergab sich in
allen Fallen ein reines Bogenspektrum, ohne daB auch der
leiseste Ubergang zum Funkenspektrum zu bemerken war.
Der Unterschied zwischen den kiinstlichen Bedingungen
des tiinenden Bogens und dem wirklich tiinenden Bogen ist
der, daS hier bei Benutzung der Hochfrequenzmaschine das
&ergurrg vom Bogen- zicm Punkenspektrum.
649
Verhaltnis der Zeit, wahrend welcher der Lichtbogen erloschen
ist , zur Gesamtzeit einer Periode im giinstigsten Falle gleich
sein kann, wahrend man beim tonenden Bogen zu vie'
kleineren Verhaltnissen kommt. Wir miissen also schlieben,
damit bei Schwingungen zweiter Art ein Funkenspektrum
'I2
Sfrom
*--
Fig. 6.
auftritt, ist das Verhaltnis T l / T mindestens kleiner als 'I, zu
wahlen.
Immerhin ware es nicht ausgeschlossen, dab diese spezielle
Methode, bei der ein Hilfsgleichstrom verwendet wurde, schuld
an dem negativen Resultate sei, dafi bei anderen Versuchsbedingungen mit der gleichen Kurvenform dennoch Funkenlinien hervortreten. Es aurde daher versucht, ob es miiglich
sei, den unter die Nullinie fallenden Teil der Stromkurve der
Hochfrequenzmaschine abzudrosseln, so dab nur die Wechsel
einer Richtung den Bogen durchfliefien. Die erste dazu benutzte Schaltung zeigt Fig. 7. I n den von der Hochfrequenzmaschine gespeisten Stromkreis
sind zwei Lichtbogen hintereinander geschaltet; der eine ist
symmetrisch, testeht aus Homogenkohlen und wurde auf
dem Spalt des Spektrographen
abgebildet. Der andere ist stark
unsymmetrisch: auf der einen
Seite einedunne Homogenkohle,
auf der anderen ein dickes, von
Fig. 7.
AieBendem Wasser gekiihltes
Kupferstuck. Urn die Unsymmetrie noch zu verstarken, wurde eine Gleichstromspannung von
10 Volt mit der dem unsymmetrischen Bogen entsprechenden
i
Annalen der Physik. IV. Folge. 42.
42
P. Ludewig.
650
Polaritiit eingeschaltet. Man erreichte so eine Ausloschung
des einen Wechsels; die beiden hintereinander geschalteten
Bogen brannten aber so instabil, daS eine spektrographische
Beobachtung unmoglich war.
Ein vollkommen stabiles Brennen wurde schlieSlich mit
der Schaltung der Fig. 8 erreicht. Die Spannung der Hoch-
\
Spannuny
Fig. 9.
frequenzmaschine ist durch einen fur Hochfrequenz geeigneten
Transformator auf etwa iOOVolt transformiert. Statt zwei Licht-
h3ergang vom Bogen- rum Funkenspehtrum.
651
bogen sind deren drei hintereinandergeschaltet, von denen der
eine, symmetrische, zur spektrographischen Registrierung,
wahrend die beiden anderen (Kohle-Kupfer gekiihlt) zum Abdrosseln des einen Wechsels dienten. Es war ferner noch
eine Gleichstromspannung von 40 Volt einzuschalten. Das
Oszillogramm der Fig. 9 zeigt die so entstehende Kurve
Sie entspricht vollkommen der Kurve der Fig. 5.
Ein mit dieser Anordnung aufgenommenes Spektrogramm
ergab wieder ein reines Lichtbogenspektrum. Der oben dargelegte SchluB bleibt also nnter den verschiedensten Versnchsbedingungen bestehen.
111. Versohiedene Sohaltnngen mit Verwendnng einee Unterbreehers
znr Hersfellung einer zerhaokfen Stromkurve.
1.
Beechreibung dee Unterbreohem.
Es galt jetzt zu priifen, inwieweit durch andere Mittel eine
Stromkurve zu erreichen ist, die der des Lichtbogenstromes bei
Schwingungen zweiter Art naher kommt, als die im Kapitel I1
besprochenen. Der einfachste Weg, der hier zum Ziele fiihren
konnte, war der, einen Gleichstrom mittels Unterbrecher so
zu zerhacken, da6, wenn moglich, die resultierende Stromkurve
der Stromkurve der Schwingungen zweiter Art ahnlich wurde.
Der dazu benutzte Unterbrecher war von der Firma Dr. Max Levy,
Berlin, geliefert. Es ist ein Quecksilberstrahlunterbrecher der in
Fig. 10 wiedergegebenen Konstruktion. Die im unteren Teil des
QlasgefaBes montierte Turbine m laat einen kontinuierlichen
Quecksilberstrahl aus der Diise f austreten. Dieser spritzt gegen
die Kontaktstiicke s, die anf einem Metallkranz g festgeschraubt
sind. Durch die Moglichkeit, eine beliebige Zahl von Kontaktstiicken anzubringen, und durch die Tourenregulierung des
den Metallkranz drehenden Motors laBt sich die sekundliche
Unterbrechungszahl in weiten Grenzen variieren. Es besteht
weiter die Moglichkeit, die Dauer eines Kontaktes zu andern.
Die Kontaktstiicke haben die Gestalt der Fig. 11, und da (auch
wahrend des Betriebes) die Diise f mit der Schraube in ihrer
Hohe verstellt werden kann, kommt der ausspritzende Quecksilberstrahl auf langere oder kiirzere Zeit mit dem Kontaktstuck in Beriihrung. Dieser Unterbrecher, der nur fiir Nieder42
P. Xudewig.
652
Spannung gebaut ist, hat bei den folgenden Versuchen bei
Spannungen bis zu 3000 Volt (natiirlich mit Benutzung einer
Parallelkapazitat zum Funkenloschen) ohne Storung gearbeitet.
0
/
?ig. 11.
I
\
Fig. 12.
Zu den Versuchen stand ein von H i l g e r neubeschaffter
Quarzspektrograph zur Verfiigung. Dieser gestattet das Gebiet von 12100 bis il 8000 auf einer Platte zu photographieren.
In den unten reproduzierten Spektrogrammen habe ich mich
auf das Gebiet zwischen il 5000 bis 12300 beschrankt. Der
Spektrograph besa6 die Einrichtung, nach jeder Aufnahme
eines Spektrogrammes eine Wellenlangenskala auf die Platte
mitphotographieren zu konnen, die bei der Entwicklung direkt
iiber dem Spektrogramm erscheint und so eine bequeme Bestimmung der Wellenlange der einzelnen Linien ermoglicht.
obergang vom Bogen- zum Funkenspektrum.
653
Leider war nicht Zeit genug vorhanden, die sehr zeitraubende
Einstellung der Skala genau vorzunehmen, so da6 in den spater
beschriebenen Spektrogrammen die Ablesungen der einzelnen
Linien mit einem Fehler von 1--2O/,
behaftet sind. D& aber
fur die folgenden Untersuchungen eine genaue Bestimmung
der Wellenlange einzelner Linien unnotig ist, tut die Skala
zur rohen Orientierung geniigende Dienste.
Es zeigte sich bei allen folgenden Versuchen, daS zur
Erreichung eines Funkenspektrums eine gute Kuhlung der
Kohlenelektrode von grofiter Wichtigkeit ist. Bei dicker Elektrode steckt man zweckmafiig quer durch die durchbohrte
Elektrode einer Kupferrohre, die man von Wasser durchflieben
la& (Kiihlung A Fig. 13).
Bei diinnen Elektroden erreicht man eine gute Kuhlung
mit der in Abbildung Fig. 14 wiedergegebenen Anordnung.
Fig. 13.
Fig. 14.
Das Kohlestabchen wird in eine gut passende Durchbohrung
eines Kupferstiickes hineingesetzt, das durch zwei eingelotete
Wasserkiihlrohren gekiihlt wird. Bei allen folgenden Versuchen
war die Abnutzung der Kohle so gering, da6 man die Kohle nur
etwa 1mm aus dem Kupferstiick herausragen zu lassen brauchte.
Es ist die -Kiihlung dann recht gut (Kuhlung B).
2. Unterbrechung einea (Ileichetromee.
Zunachst wurde der Unterbrecher in der Schaltung der
Fig. 15 benutzt. E r ist mit einem Regulierwiderstand und
einem mit der Kuhlung B versehenen Lichthogen hintereinandergeschaltet zu einem Stromkreis, der von 440 Volt gespeist wird. Man kann parallel zum Unterbrecher noch eine
Kapazitat schalten; jedoch machte dies bei der spektrographischen Beobachtung keinen Unterschied. Es zeigte sicli,
P. Ludewig.
654
da6 bei 440 Volt nur dann ein Lichtbogcn zustande kam, wenn
die Amplitude des Stromes etwa 20 Amp. betrug. Auch nimmt
man fur stabiles Brennen zweckmii6ig sekundlich eine moglichst groSe Anzahl von Kontakten. Das Resultat war, da6
der Bogen, der relativ unruhig brannte, im Spektrogramm nur
ein Lichtbogenspektrum zeigte, da6 bei visueller Beobachtung
mit einem Spektroskop dagegen ab und zu bei starken Strornschwankungen E'unkenlinien aufblitzten , die jedoch zu lichtschwach waren, um im Spektrogramm herauszukommen.
Um die Versuche auch mit kleinerer Stromamplitude fortsetzen zu konnen, wurde als Stromquelle eine Hochspaunungsmaschine benutzt, die bis zu 5000 Volt Gleichspannung bei
Fig. 15.
Fig. 16.
3 Amp. zu liefern imstande war. Die folgenden Aufnahmen
sind mit 3000 Volt gemacht. Die Schaltung zeigt Fig. 16. An
Stelle der Niederspannung treten die 3000 Volt und parallel
zum Unterbtecher ist ein von Meirowsky bezogener Hochspannungskondensator von 1 Mikrofarad geschaltet, um die
Funken moglichst zu reduzieren. Der induktionslose Widerstand w,, diente dazu, die Stromkurve mit dem Oszillographen
aufnehmen zu konnen. Ein derartiges Osirillagramm zeigt
die Fig. 17. Es ist also hier tatsachlich eine kurze Kontaktdauer vorhanden und dazwischon relativ lange Stromunterbrechungen. Der unterbrochene Lichtbogen hatte eine Lange
fibergang vom Bogen- rum Funkenspektrum.
Fig. 17.
-
655
- t
I (45b)
I1 (35a)
111 (46a)
IV
(38a)
V (42b)
VI (42a)
VI1 (61)
VIII
(50a)
IX (56a)
X
(54d)
XI (52b)
XI1 (56b)
XI11 (51 c)
XIV
(57 b)
XV (51a)
XVI (job)
SVII @?a)
XVIlI ( 5 0 ~ )
XIX (Sod)
Fig. 18.
666
P. Ludewig.
von etwa 2 mm. Es war daher bei der Projektion auf den
Spalt des Spektrographen eine starkeVergrol3erung (1 : 10) notig.
Befanden sich zunachst 500 Ohm im Stromkreis und w a r
die Kontaktdauer durch Heraufschrauben der Diise des Unterbrechers moglichst lang eingestellt, so erhielt man das Spektrogramm Nr. I1 der Fig. 18. Vergleicht man dieses Spektrogramm mit demjenigen der Nr. I, welches das Spektrum des
reinen Gleichstrombogens enthalt, so findet man keinen Unterschied. Wurde dann die Kontaktdauer durch Herabschrauben
der Diise des Unterbrechers so kurz wie moglich eingestellt,
so zeigte sich bei 500 Ohm im Stromkreis das Bild der Nr. 111,
bei 1000 Ohm das Bild der Nr. IV. Man sieht ein allmahliches, hier noch schwaches Heraustreten von Linien. Urn die
Kontaktdauer noch weiter zu reduzieren, wurden Kontaktstiicke
von der Form der Fig. 12 eingesetzt. Das 80 aufgenommene
Spektrogamm V geht noch einen Schritt weiter vom Lichtbogenspektrum fort. Spexiell die beiden aul3ereu Banden treten
hier schon ein wenig zuriick und losen sich in Linien anf.
Urn zu sehen, ob die Zahl der Unterbrechungen von Einflul3 ist, wurde noch eine Vergleichaufnahme gemacht. Nr. V
wurde bei hoher Tourenzahl des den Unterbrecher treibenden
Motors gemacht, Nr. VI bei kleiner Tourenzahl. Ein Unterschied ist nicht zu konstatieren.
Das bereits besprochene Oszillogramm der Fig. 17 entspricht den Versuchsbedingungen des Spektrogrammes Nr. V.
Berechnet maD aus der Umlaufszahl der Oszillographentrommel
die einzelne Kontaktdauer, so ergibt sich die Zahl
.
4,6 10-3 sec
.
3. Unterbrechung dee Hochfrequensetromes.
Auf dem bereits beschrittenen Wege lieB sich eine weitere
Verkiirzung der Kontaktdauer nicht mehr erreichen. Dagegen
bin ich auf folgende Weise noch einen Schritt weiter gekommen.
Nach dem Oszillogramm Fig. 17 wird die Kontaktdauer dadurch unglinstig vergrobert, dab bei der Unterbrechung ein
eine gewisse Zeit danernder Unterbrechungsfunken an der
Kontaktstelle entsteht. 1st dieser zu beseitigen, so geht auch
die Kontaktdauer zuriick. Dieses wurde dadurch erreicht,
cbergang vom Bogen- zum finkenspekltum.
657
daS der Stromkreis nicht mit Gleichstrom, sondern mit (hochtransformiertem) Hochfrequenzstrom gespeist wurde. Die Schaltung
zeigt Fig. 19. Auch sind hier die Elektroden nach der Art der KuhlungB gekiihlt. Nimmt man untervermittlung des Widerstandesw,
das Oszillogramm des so zustande kommenden Stromes auf, so
Fig. 19.
erhalt man das Bild der Fig. 20. I n beliebiger Weise werden
aus der kontinuierlichen Kurve der Hochfrequenzmaschine
durch den Unterbrecher Gruppen von 1-3 Wechseln herausgeschnitten. Die Unterbrechung erfolgt jeweils, wenn der Strom
Fig. 20.
durch die Nullage hindurchgeht. Die so erhaltene Kontaktdauer lag zwischen den Grenzen 0,6-2 10-3 sec, ist also
um ein Betrachtliches kiirzer als die bei Gleichstrom gefundene.
Das unter diesen Bedingungen erhaltene Spektrogramm ist in
Nr. XI reproduziert. Es ist wesentlich von dem Bogenspektrum
abgeriickt ; zwei der Banden sind fast vollkommen verschwunden.
-
4. Modi.5siert.e Oochialini-Schaltung.
Es war nach diesem Resultate moglich, daS zur Umwandlung des Spektrums Hochspannung notig ist. Es wurde
daher versucht, auch mit geringer Spannung eine ahnliche
Stromkurve mit nicht zu groSer Stromamplitude herzustellen.
Da dies nach den obigen Erfahrungen nicht mit zwei gekiihlten
P. Ludcmig.
650
Elektroden maglich war, mu6te nach besonderen Schaltungen
gesncht werden. Ein positives Resultat nurde mit folgender
Anordnung erreicht, die ein wenig einer von O c c h i a l i n i ' )
beachriebenen Schaltung Phnelt. O c c h i a l i n i hat gefunden,
datl in der Schdtung der Fig. 21 zwischen der Elektrode C
and dem zwischen A und B brennenden Lichtbogen, eine
Lichterecheinung tibergeht, die Fnnkencharakter z e i g Nach
I
Fig. 21.
Fig. 22.
Fig. 22 wird such bei unserer modifizierten Schaltung ein
Gleichatrom Dreileitereystem benutzt Der negative AnSenleiter (- 220 Volt) und der Nulleiter speisen einen Gleichstromlichtbogen, den man zweckmit3ig auf etwa 2 cm auszieht
Eine dritte mit Kbhlung versehene Kohlenelektrode steht
dieaem langen Flammenbogen gegenuber, a i e es in Fig. 23
noch naher beechrieben ist. In der Zuleitnng zu dieser E l e t
trode liegt der Unterbrecher. Ee gehen dann zwischen der
Hilfselektrode und dem Flammenbogen einzelne von dem
Unterbrecher gesteuerte StromatbSe aber. Projiziert man
dieee Lichterscheinung auf den Spalt dea Spektrographen, M)
d9B der Spalt zn den Elektroden in der in Rg. 23 gezeigten
Stellong steht, so e r h a t man im Spektrogramm daa Bild von
-
1)
O c c h i a l i n i , Pbydk. Zeitrcbr. IS. p. 088. 1912.
Uberyany vom Boyen- zum Punkenspekitum.
659
Nr. VII, ein Beweis, daS die hohe Spannung zur Umwandlung
des Spektrums nicht niitig ist.
E n ganz ilhnliches Resultat bekommt man, wenn man
nach Schaltung Fig. 24 den Hilfsflammenbogen durch ein
r?
U
Fig. 23.
Fig. 24.
gluhendes Kohlestabchen ersetzt. Da sich aber die Kohle
schnell verfluchtigt, wird die Erscheinung binnen kurzem unterbrochen.
IV. Spektrographische Vergleiehsanlnahmen be1 den von La Rosa,
Oechialini nnd Sehnster and Hemealeeh nntersnabten
Versnehebedingnngen.
1. Tonender Bogen.
Nach diesen Resultaten echien es wahrscheinlich, daS
zwischen den beiden Extremen des Bogen- und Funkenspektrums
eine kontinuierliche Skala von ffberglngen vorhanden ist , die
sich zugleich nach den dabei verwendeten elektrischen Versuchsbedingungen ordnet.
Es wurde deshalb zunachst der tiinende Lichtbogen mit
dem Spektrographen aufgenommen. Nr. XZII ist mit groSer
Kapazitat und dunnen Kohlen ohne Kuhlung gemacht, wahrend
Nr. XV dieselben Bedingungen benutzt, nur ist die Kiihlung B
benutzt.
P. Zudewig.
6 60
2. Induktorfunken mit Selbstinduktion.
Es wurden ferner auch mit einer vom Induktor betriebenen
Kohlefunkenstrecke Vergleichsaufnahmen gemacht. Die dazu
benutzte Schaltung zeigt Fig. 25. Zum Betriebe diente primar
Fig. 25.
50 periodiger Wechselstrom. Sekundtir wurde eine Batterie
L e y d e n e r Flsschen und in den Entladungskreis die Selbstinduktion L eingeschaltet. Bei verschiedener Windungszahl
dieser Selbstinduktionsspule (Durchmesser = 18,5 cm) wurden
folgende vier Aufnahmen erhalten.
T a b e l l e 11.
Nr.
VIII
XVI
XVIII
XIX
Windungszahl
11
311,
2
0
Man sieht, daB sich die erhaltenen Spektrogramme vollkommen in die Reihe einordnen.
Wahrend bei dem tbnenden Lichtbogen die verschieden gute
Kiihlung, wie oben dargelegt, die Zeit des Stromschlusses im Bogen
relativ znr stromlosen Zeit andert, hat die Einschaltung der
Selbstinduktion in den Funkenkreis einen iihnlichen EinfluB.
Mit zunehmender Selbstinduktion nimmt die Dampfung der
ubergang vom Bogen- t u m finkenspektrum.
661
Schwingungen ab, jeder Schwingungskomplex dauert daher
langer.
Es ordnen sich also die Spektren nach der verschieden langen
Bauer eines Stromschlusses des im Lichtbogen vorhandenen Stromes.
3. Funken bei niedrigem Potential.
Wie oben erwahnt, war es Occhialini') nicht gelungen,
bei seiner Schaltung auch mit Kohle ein Funkenspektrum zu
erhalten. Dieses trat bei meiner Wiederholung seiner Versuche
sofort auf, wenn die seitlibhe Elektrode gut gekiihlt wurde
Fig. 26.
(Kiihlung B). Man erholt dann eine kontinuierliche Folge von
Stromiibergangen, deren RegelmaBigkeit aus dem Oszillogramm
der Fig. 26 hervorgeht. Schaltet man in die Zuleitung zur
Elektrode C einen Widerstand ein, so nehmen die bisher
+
Fig. 2'1.
Fig. 28.
1) 1. c.
P. Audewig.
662
scharfen Knalle wesentlich an Scharfe ab. Die beiden Oszillogramme der Fig. 27 und 28 zeigen den EinfluB des Widerstandes auf die Stromkurve. Das erste ist ohne, das zweite
mit einem Widerstand von 5 Ohm aufgenommen. Es ist daher
zu erwarten, daB die Spektrogramme bei Einschaltung verschiedener Widerstiinde sich naoh dem oben dargelegten Gesichtspunkt auch in unsere Abstufungsskala einordnen. Das ist in
der Tat der Fall. Es wurden mit dieser Schaltung vier Aufnahmen gemacht, und zwar
Nr.
IX
XI1
XIV
XVII
I n Tabelle IV sind zum SchluB die Zahlen zusammengestellt, die sich fur die StromschluBdauer aus den aufgenommenen
Oszillogrammen errechnen lieBen.
T a b e l l e III.
Nr.
Dauer des Stromschlusses
VI
XI
4,6
sec
0,6-2.10-3
,,
i,6. 10-3 ,,
unter lo-* ,,
XI1
XV
-
V. Znsammenstellung der Versnohsbedhgnngen der in Fig. 18
entbaltenen Spektrogramme.
Zur besseren Ubersicht uber die in Fig. 18 reproduzierten
Spektrogramme seien hier die elektrischen Versuchsbedingungen
kurz zusammengestellt.
I. Gleichstrombogen 440 Volt 3 Amp.
11. 3000 Volt Gleichspannung. Unterbrecher: lange Kontaktdauer. 500 Ohm.
111. 3000 Volt Gleichspannung. Unterbrecher : kurze Kontaktdauer. 500 Ohm.
IV. 3000 Volt Gleichspannung. Unterbrecher : kurzer Kontakt. 1000 Ohm.
V. 3000 Volt Gleichspannung. Unterbrecher : sehr kurzer
Kontakt. 2500 Ohm. Motor schnell laufend.
ubergang vom Bogen- zum finkenspektrum.
663
VI. 3000 Volt Gleichspannung. Unterbrecher : sehr kurzer
Kontakt. 2500 Ohm. Motor langsam laufend.
VII. Occhialini-Schaltung ohne Kondensator mit Unterbrecher.
VIII. Induktor. Spule 11 Windungen.
IX. Schaltung nach Occhialini. w = 5 Ohm.
X. Schaltung nach Occhialini. Regulierwiderstand an
falscher Stelle. w = 0.
XI. Strom der Hochfrequenzm aschine. Unterbrecher.
XII. Schaltung nach Occhialini. w = 2,5 Ohm.
XZII. Duddellbogen. QroSe Kapazitat. Elektroden schlecht
gekuhlt.
XIV. Schaltung nach Occhialini. ‘w = 1,5 Ohm.
XV. Duddellbogen. GroSe Kapazitat. Elektroden gut gekuhlt.
XVI. Induktor. Spule von 3lI3 Windungen.
XVII. Schaltung nach Occhialini. w = o Ohm.
XVIII. Induktor. Spule von 2 Windungen.
XIX. Induktor, ohne Spule.
VI. SeblnSfolgernngen.
Die SchluBfolgernngen, die wir aus unseren Versuchen
ziehen mussen, sind folgende:
1. Das Auftreten des Funkenspektrums ist nicht an das
Vorhandensein hoher Spannung gebunden.
2. Das Auftreten des Funkenspektrums ist nicht an das
Vorhandensein von elektrischen Schwingungen gebunden.
3. Ein Punkenspektrum tritt dann aufi wenn die 8tromkurve
aus plotzlichen Stromstiipen mit dazwischen liegenden, genugend langen Pausen besteht.
4. Die Dauer dieser Stromstope mup kleiner sein als
sec.
5. Zwischen dem Funkenspektrum und dem Lichtbogenspektrum gibt es eine kontinuierliche Reihe von ffber-
gangen, und zwar niihert man sich durch Verlangerung
der Dauer der erwiihnten StromstiSBe mehr und mehr
dem Lichtbogenspektrum.
6. Es ergibt sich daraus, da6 das Funken- und Bogenspektrum nur insofern eine spezielle Stellung in dieser
Skala einnehmen, als sie die bis jetzt bekannten End-
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P. Ludewig.
Ubergang vom Bogen- zum Funkenspektrum.
glieder dieser Kette bilden. Es lieBe sich denken, daB
bei geeigneten Versuchsbedingungen eine Verlangerung
der Skala moglich ist.
Bei den obigen Versuchen ist auf eine Erklarung der gefundenen Erscheinungen nicht nilher eingegangen. Es sei hier
angefiigt, dab die Versuche es wahrscheinlich machen, daB im
Funken eine hohere Temperatur herracht a19 im Lichtbogen
und daB daraus der verschiedene Charakter des Spektrums
resultiert. Bei den kurzen StromstbBen des Funkens nimmt
nur ein relativ kleines Luftvolumen an der Elektrizitatsleitung
teil, und es ist wahrscheinlich, daB dadurch die Erwarmung
des einzelnen Volumteilchens groBer ist als im Bogen, der sich
auf 'einen relativ vie1 groBeren Querschnitt ausdehnt. Eine
Entscheidung, ob die Verschiedenheit im Charakter des Spektrums auf rein elektrische Erregung oder auf Temperaturerscheinungen beruht, ist aber aus den mitgeteilten Versuchen
nicht moglich.
Die in dieser Arbeit mitgeteilte Experimentaluntersuchung
wurde in der Zeit vom Januar bis September 1912 im Gottinger Institut fur angewandte Elektrizitatslehre ausgefuhrt.
Meinem hochverehrten Lehrer Herrn Professor Dr. H. Th. S i m o n
bin ich zu groBtem Dank verpflichtet, daB er mir abermals
Qelegenheit gab, in seinem Institute zu arbeiten, um so mehr
als die beschriebenen Versuche das Vorhandensein von Apparaten (Spektrograph, Oszillograph, Gleichstromhochspannungsmaschine, Hochfrequenzmaschine, Hochfrequenztransformator
usw.) verlangten, die wohl in keinem zweiten Institut zugleich
anzutreffen sind.
Herrn Professor G. B r i o n sage ich besten Dank fiir das
Interesse, das er der vorliegenden Arbeit entgegenbrachte.
Meinem Kollegen, Herrn Dr. H a n s B u s c h , bin ich sehr
dankbar fur manchen guten Rat, ebenso den beiden Herren
cand. phil. E. M e r k e l und F. S e i d e l , die mir bei der Ausfuhrung eines Teils der Versuche halfen.
(Eingegangen 22. Juni 1913.)
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