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Die Energie der aus glhendem CaO entweichenden Elektronen.

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5 69
8. D i e Emergie der aus glilhendem CaO
mtwdchendern Elektromen;
vow H a m s S c h n e % d e r .
(Auezug aus der Berliner Dissertation.)
Die Energie , die Elektronen einem gliihenden Korper
beim Entweichen entziehen, hat Hr. 0. W. R i c h a r d s o n 3 berechnet. Unter der Annahme, d& sich die Elektronen im
Metelle wie die Molekiile eines Gases verhalten und dem
B o l t z m a n n Max w e l l achen Geschwindigkeitsverteilungsgesetze
folgen, fand er fur die pro Oberflacheneinheit entzogene Energie
U die Formel
-
i
C = f l l + - -
a
@
2BT
)//Ye1:
~T
Es bedeuten T die absolute Temperatur, B die Gaskonstante
und m die Masse far ein Elektron, n die Anzahl Elektronen
in der Volumeneinheit des Metalles, @ die Arbeit, die ein
Elektron beim Entweichen leisten muS.
Die von 1 cmB entweichende Elektronenzahl ist
Daraus ergibt sich der Siittigungsstrom der Elektronen
pro Oberflacheneinheit zu
c
s = N e =ne
(3)
RT
Setzt man
1) 0. W. Richardson, Phil. Trans. 201. p.502. 1903.
37
Annalen der Phyuik. IV. Folge. 37.
H. Schneider.
500
so erhalt man die bekannte Formel
-B
(3a)
s = ~ 1 / F e
T.
Nach Formel (1) und (2) wird
(4)
U=N(@++BT).
Diese Energie ist von F. Jentsch') fiir die Elektronenemission von gluhendem CaO berechnet worden nach der
Formel
(5)
s berechnete er nach ( 3 4 fur verschiedene Temperaturen und
fand fur
4
cmp sec
0,0911.103
0,355* 10'
1,011.103
Zwecks Prufung der Theorie wurde die Energie der Elektronenemission von gliihendemCa0 von A. Wehnelt und F. J en t s ch q
nach folgender Methode gemessen.
Gluht man einen Platindraht im Vakuum, so verliert er
nur Energie durch Warmeleitung und Strahlung. Man mu6
ihm die Energie 4 2 w T pro Sekunde zufiihren, um ihn auf
konstanter Temperatur zu erhalten, wenn 4 der Heizetrom,
wT der Widerstand bei der Temperatur T ist. Sendet der
Draht Elektronen aus, so mul3 ihm noch mehr Energie zur
Konstanthaltung von T (bzw. w ) zugefuhrt werden. 1st ie der
dazu erforderliche Heizstrom, so wird dem Drahte die Energie
u = (i22 - ila)WT
(8)
mehr zagefiihrt.
Da die fnderungen der Stromstarke klein sind, kann man
schreiben
(6 a)
C = 2i8iwT,
1) F. J e n t s c h , Ann. d. Phya. 2 i . p. 155. 1908.
:?I A. W e h n e l t 11. F. J e u t s c h . Ann. d. Phys. 28. p. 537. 1909.
Eneryie der aus gliifiendetn CaO enheichenden Elektronen.
57 1
wenn i der Heizstrom, S i die durch Elektronenemission erzeugte
Anderung desselben ist.
A. W e h n e l t und F. J e n t s c h ' ) fanden fir U stets groBere
Werte als die nach (5) berechneten. Da sie keine Erklarung
daflir fanden, veranlabte mich Hr. Prof. W e h n e 1t weitere
Messungen der Energie 77 bis zu moglichst hohen Temperaturen
auszufiihren. Die Messungen werden im folgenden beschrieben.
Veraucheanordnung.
Der mit CaO uberzogene Platiniridiumdraht (10 Proz. Irid)
befand sich in dem von A. W e h n e l t und F. J e n t s c h l ) benutzten Versuchsrohre. Fig. 1.
Die Lange der benutzten Drahte betrug 12,5 cm, der
Durchmesser 0,03cm. Die wirksame Oberflache des CaO wurde
zu 1,131 cmz berechnet. Das Rohr wurde mit einer Gaedepulnpe evakuiert. Als Vorpumpe wurde eine Siemens-SchuckertOlpumpe benutzt. Der Druck wurde mit einem Mc Leodmanometer, das 0,0001 mm Hg anzeigte, gemessen. Der Draht war
zwischen zwei starke Messingstangen gespannt , deren Enden
in Quecksilbernapfe tauchten, und bildete den Zweig 1 einer
Wheatstoneschen Brucke. Im Zweige 2 befand sich ein
Normalwiderstand von 0,607 9, in Zweig 3 und 4 Widerstandskasten. Der Strom wurde von acht groben Akkumulatoren
(Kapazitat 60 Amperestunden) geliefert und mit dem Kompensationsapparat nach A. R a p s der Firma Siemens & Halske
durch Syannungsmessung an den Enden eines Normalwiderstandes von 1 Q gemessen. 1 mm Ausschlag des Kompensationsgalvanometers entsprach einer inderung des Heizstromes
bzw. 63
Amp. 1 mm Ausschlag des
von di = 5,3
Briickengalvanometers entsprach einer Widerstandsanderung
des Drahtes von d TC) = 27,8
bzw. 1,39
Q. Der
Strom wurde reguliert mit einem Kurbelrheostaten K der Firma
Siemens & Halske, der parallel zu einem Ruhstratwiderstand R
von 2 9 geschaltet war. Auf diese Weise konnte man den
Widerstand des Drahtes so konstant halten, daB das Bruckengalvanometer nur 1 Skt. vom Nullpunkte abwich.
-
-
-
1) A. W e h n e l t u. F. Jentsch, 1. c. p. 551.
37'
572
H. Schneider.
n
Fig. 1.
Nnergie der
aim
gliihendem CaO entweichenden Elektronen.
ST3
Um den Draht befand sich ein Messingzylinder, der mittels einer Batterie auf Potentiale vou 0-60 Volt aufgeladen
wurde. Die Spannung zwischen Draht und Zylinder wurde
mit einem Millivoltmeter gemessen. Zwischen Zylinder und
Spannungsquelle w a r ein Galvanometer zur Messung der Sattigungsstrome eingeschaltet. Alle drei Galvanometer waren
Drehspulengalvanometer von Siemens & Halske, deren Empfindlichkeit fur 1 m Skalenabstand 2,5 *
Amp. betrug.
Da sich die kleinsten Anderungen des Heizstromes am
Galvanometer bemerkbar machten, muBte avf gute Isolation
gro6er Wert gelegt werden. Samtliche Apparate der Versuchsanordnung wurden durch Paraffinplatten von Ekde isoliert und
moglichst kurze dicke Verbindungen gewahlt.
Temperaturmessung.
Die Temperatur des Drahtes wurde nach der Methode des
optischen Pyrometers von L. H o l b o r n und F. K u r l b a u m ’ )
gemessen. Der den Draht umgebende Messingzylinder wurde
an zwei diametralen Stellen aufgeschlitzt, und uber das Rohr R
(Fig. 2) ein geschwarzter Messingtubus MMvon 4,5 cm Durchmesser geschoben. Dieser Messingtubus besa6 auf beiden
Seiten ausziehbare Rohren N N , die am Ende mit Fassungen
fur Linsen versehen waren. Z1 ist eine Linse von 12 cm
Brennweite, D der Platindraht, B eine viereckige Blende,
L, eine Linse von 10 cm Brennweite, G eine rote Glasscheibe.
Mit der Linse L1 wurde durch Verschieben von N ein scharfes
Bild eines in ca. 80 cm Entfernung aufgestellten Platinbleches
bei D entworfen. L, gab dann ein vergroBertes Bild von
Draht und Blech. Das Platinblech war mit CaO bestrichen,
zwischen zwei dicke Messingklotze gespannt und wurde mittels
eines Wechselstromtransformators gegluht. Die Temperatur
dee Bleches wurde mit einem von der Phys.-T. Reichsanstalt
geeichten Thermoelemente Pt.-Pt. Rd (10 Proz. Rd) gemessen.
Die elektromotorische Kraft des Thermoelementes wurde mit
dem Kompensationsapparat bestimmt. Damit das Thermoelement dieselbe Temperatur annahm wie das Blech , wurden
1)
L. H o l b o r n u. F. Kurlbanm, Ann. d. Phys. 10. p. 225. 1903.
574
H. Schneider.
zwei Bleche aufeinandergelegt und das Thermoelement dazwischen geklemmt.
M
Fig. 3.
Lmryie der
ails
gluhendem CaO zntweichenden Elektrone~~.575
BesaB der Draht dieselbe Temperatur wie das Blech, so
verschwand er auf dem Bleche. Urn diesen Punkt genau zu
erhalten, wurde der Heizstrom so reguliert, da6 der Draht
Fig. 4.
zunachst etwas heller, dann etwas dunkler als das Blech war
und der Widerstand gemessen. Das Mittel aus beiden ergab
dann den richtigen Widerstand. Auf diese Weise wurde der
I€. Schneider.
576
Widerstand des Drahtes bei verschiedenen Temperaturen vor
und nach jeder Messungsreihe bestimmt.
Figg. 3 u. 4 geben die Widerstandskurven zweier Driihte
B, und B, wieder. Als Abszissen sind die elektromotorischen
Krafte des Thermoelementes in Millivolt aufgetragen. Die
beiden folgenden Tabellen geben die Zahlenwerte fur die
Widerstandskurven.
Zu Fig. 3.
I,
Mittel
4
Millivolt
W
R
13,5
12,o
10,5
1,070
1,015 vorher
0,965
13,3
12,l
1,073
1,029 nachher
0,973
0,929
10.7
970
13,51
13,3
12,25
11,85
10,8
10,35
w JC
ToC.
1,073
1,070
1,029
1,015
0,973
0,965
1345
1329
1242
1209
1121
1102
II
Zu Fig. 4.
Mittel
D,
Millivolt
~
2v
R
_
-_
13,5
12,l
10,7
10,6
976
1,058
1,009
0,959 vorher
0,959
0,919
14,4
12,9
11,5
10,3
912
1,100
1,045
0,996 nachher
0,952
0,913
Millivolt
~
14,5
13,4
13,O
12,9
11,65
10,6
10,46
9,35
9,35
WR
1,100
1,058
1,045
1,009
0,996
0,959
0,952
0,919
0,913
T oC.
_ -~
-
_
1420
1336
1306
1222
1193
1107
1094
1009
1002
Die Temperatur des Drahtes konnte mit der beschriebenen
Anordnung auf ca. 0,s Proz. genau bestimmt werden. Bus
den Widerstandskurven sieht man , da6 der Widerstand des
Drahtes durch langes Gluhen wachst.
~
Eneryie der aus yliihendem CaO entiueichendeir Elektronen.
57 7
Die Temperaturmessungen waren genauer als bei den
Messungen von A. W e h n e l t und F. J e n t s c h . Letztere stellten
das Vergleichsblech dicht hinter dem Rohre auf, so daS die
Warmestrahlen des Bleches die Temperatur des Drahtes
beeinfluSten.
Mdeesungen.
Um konstante Verhaltnisse im Rohre zu erhalten, muBte
der Draht mehrere Stunden lang gegliiht werden. (Temperatur
iiber 1400O C.) Der Draht, die Glaswiinde und die Metallteile
im Rohre, die sich auch sehr stark erwarmten, gaben so viel
Gas ab, da6 der Druck nicht unter 0,001 mm Hg sank. In
kurzen Zeitraumen wurde zwischen Draht und Zylinder eine
Spannungsdifferenz von 30 Volt angelegt, die eine starke leuchtende Entladung hervorrief. Der von den Elektronen getragene
Strom zwischen Draht und Zylinder (Sattigungsstrom) war im
ersten Moment ziemlich stark (0,l Amp.), nahm d a m aber sehr
schnell ab. Diese Erscheinung erklart sich aus der starken
Zerstaubung des Drahtes und dem Abplatzen von Oxyd, das
man am ungieichmaBigen Gliihen des Drahtes erkannte. Das
Rohr wurde daher noch einmal gesaubert und der Draht frisch
mit CaO iiberzogen. Man erhielt jetzt schon nach einer Stunde
einen Druck von 0,0005 mm Hg und ziemlich konstante Strijme
zwischen Draht und Zylinder. Diese Art der Reinigung der
Oberflache erschien vorteilhafter als das lsnge Auskochen mit
Salpetersaure. Sobald das Vakuum so gut war, da6 man
wirkliche Sattigungsstrome erhielt, wurde der Widerstand des
Drahtes bei verschiedenen Temperaturen in der beschriebenen
Weise gemessen.
Bei den Messungen wurde stets mit den hohen Temperaturen begonnen, weil sich die Oxydschicht dann viel weniger
veranderte, a19 wenn man von tiefen zu hohen Temperaturen
iiberging.
Nachdem der der gewiinschten Temperatur entsprechende
Widerstand in der Briicke gestopselt war, wurde der Heizstrom
so reguliert, dab das Briickengalvanometer auf Null stand. Es
wanderte jedoch noch etwas stark, weil wahrscheinlich zwischeri
der Gasnbgabe des Drahtes und der Evakuation kein Gleichgewichtszustand eingetreten war. Die Pumpe muBte bei den
H. Schneider .
578
Messungen dauernd arbeiten, um ein gutes Vakuum und konstanten Widerstand zu erhalten.
Stellte man z. B. die Pumpe ab, so stieg der Druck nach
fiinf Minuten von 0,0001 mm auf 0,001 mm, der Widerstand
wuchs um 0,001 1 9. Das Briickengalvanometer wanderte um
40 Skt. weiter. Der gliihende Draht ist also ein sehr empfindlicher Uruckmesser. Wenn das Briickengalvanometer ziemlich
ruhig stand, wurde mit den Messungen begonnen.
Zunachst wurden die V - i-Kurven aufgenommen, d. h. die
Abhangigkeit des zwischen Draht und Zylinder fliefienden
Stromes von der angelegten Spannung bestimmt und aus der
(25-30 Volt) abgelesen.
Kurve die Sattigungsspannung
Dann wurden die Heizstrome unter Konstanthaltung des
Widerstandes gemessen.
4
1. Bei Erdung des negativen Drahtendes,
Zylinder geerdet, Strom i, (keine Elektronenemission),
Zylinder auf + V, geladen, Strom i2 (Elektronenemission),
Zylinder geerdet, Strom is (keine Elektronenemission);
2. bei Erdung des positiven Drahtended,
Zylinder auf
V , geladen, Strom i4 (Elektronenemission);
3. bei Erdung des negativen Drahtendcs,
Zylinder geerdet, Strom is (keine Elektronenemission).
+
Durch Kompensation wurde nur der erste Strom jeder
Messungereihe gemessen, die iibrigen Strome i2-i6 wurden aus
den Ausschlagen des Kompensationsgalvanometers bestimmt.
Die Tahb. 1--3 geben die Ablesungen am Kompensationsgalvanometer, 1 a-7 a die berechneten Strome wieder.
Ablesungen a m Kompensationagalvanometer.
1
Tabelle l a .
T a b e l l e 1.
-~
3
~
~
0
-12
-19
-10
+
1
7
+13
+23
+
-25
-43
-42
-32
-24
-21
-10
- 9
4
~
- 10
- 17
12
- 6
-
+ 7
10
+
+ 26
+65 -12
+ 60 -19
+ 62 7 1 0
+73 + 1
+ 73 + 7
+80 + 13
c 18 c 88
+89
- 8
+28
+24,7 - 16,25
13,2
+23,52
+35,7 - 5,2
5,5
+19
+19,5 c 10
4-23 +21
18
23,7
+20 +16,2
+
+
+
4,8494
42
60
4,8511
4,8579
607
657
693
176,2
156,5.10-4
146,2
163,O
119,6
122,8.10-'
132,2
102,3
h e r g i e der aus gluheadem CaO enhoeiddenden Elektronen.
/
Tabelle 2a.
T = 1209' C.
Tabelle 2.
__ -
.__
~
~~
0
-1
-3
-3
6
S I 4 l 5
__ __ __
~
s = 37,6.10-4 A ~ P .
1
2
1
519
-6
-5
-7
-8
-1
-1
-3
+20
+19
+11
$14
-3
-3
-3
-3
-3
+7,75
+ 9,5
+5
+6
-0,7
4,2743
31
28
28
- 2,5
-3
-3
4097
59,8*10-'
31,2
37,6
Tabelle 3a.
T = 11020 c.
Tabelle 3.
S = 3,17.10-4 Amp.
- - -- - __
2
1
__
__
~
-6
-9
-5
0
4
~~
~
r
5
___
~
+45 -4
+44 +4
+42 -4
+25 -6
+28 -7
+40 + 12
+2
-4
+3
-5
-5
- 12 -2
-1
+3
+1
-~
--
3
~
~
~
0
-4
+4
- 1
__
~
d i Amp.
6
~
-~
-
19,5
19,5
17
15,7
10,5
14,2
_
10,3
10,3
f 1,5
79
-3,7
- 2,5
3,7675
75
79
+ 5,2
_
*lo-'
923
793
5,56.10-4
7,55
Tabelle 4a.
!l'
= 1336' c.
S = 175,5.10-'
Tabelle 4.
-- i
1
i Amp.
I
d i Amp.
~
~
~
~
0
- 2
3
2
1
~
~
Amp.
-a7
- 25
- 1
- 1
+10 - 8 +16
+ 14 - 10 + 17
+ 17 - 13 + 17
+ 18,T
26
122,8
130,3
182,l. lo-*
118,l
121,2
_
580
H. Schneider.
T a b e l l e 5%.
T a b e l l e 5.
_~ _
_~
_ _
_
0
-5
+4
+5
+6
-1
+1
+7
f2
0
T = 1222O C.
S = 21,7.10-4 Amp.
di Amp.
_
+I
+5
+6
+6
+7
+is
+14
+16
+16
+17
I
I
1
I
+4
+5
+6
+7
+8
+2,5
1
1
+1,7
+2,2
+2,2
+2,2
+1,5
+4,7
5,7
6,2
6,2
1
+
+
+
__6
0
-9
-11
-18
-5
-13
-23
-30
-25
-27
-33
-35
-39
-41
-44
-29
-38
-40
f12
-11
+3
-11
-14
-25
-28
-17
-27
-35
-39
-41
T a b e l l e 7.
15,7
ll,o
20
23
i4,2.10-4
29
14,2
14,2
T a b e l l e 6a.
T = 1222O C.
S = 33,4.10-4 Amp.
Tabelle 6.
__.
-~
4,1894
4,1913
7
1
iAmp.
1
diAmp.
+6,7
+6,O
.+4,5
+6,5
+4 p
+4,O
- 30
-40
2 5,2
l
T a b e l l e ‘la.
T = 1107O c.
S = 2.10-* Amp.
Das T - Zeichen bedeutet eine Verminderung bzw. Verstarkung des Heizstromes. Man erhalt bei Erdung des negativen Drahtendes eine kleine Stromabnahme, weil sich der von
den Elektronen getragene Sattigungsstrom S zum Heizstrome
addiert, bei Erdung des positiven Drahtendes dagegen eine
Energie der aus qluhendem CaO entweichenden Klektronen.
581
starke Stromzunahme, weil der Sattigungsstrom S gegen den
Heizstrom flieSt. Im ersten Falle erhalt man daher eine dem
Energieverlust durch Elektronenemission entsprechende zu
kleine, im zweiten Falle zu groBe Anderung d i des Heizstromes. Die dem wahren Energieverlust entsprechende Anderung di wurde folgendermaBen berechnet.
Das Mittel aus Spalte 1 und 3 weniger Spalte 2 gibt die
Stromanderung dil bei Erdung des negativen Drahtendes. Das
Mittel aus 3 und 5 weniger 4 das entsprechende di2 bei
A i. + A i,
Erdung des positiven Drahtendes. -ist dann die dem
2
wahren Energieverluste entsprechende Stromanderung di. Als
mittlerer Wert des Heizstromes wurde das Mittel aus
(3 f 5 )
( 1 1- 3)
$7
2
genommen. Die Spalten 1-5
entsprechen den vorher erwahnten Stromen il-i5.
Spalte 6 enthiilt d i, + d is ,
Ypalte 7 zeigt gleichzeitig den Gang des Heizstromes w a r e n d
einer Messungsreihe.
Bei Temperaturen iiber 1200O ist er etwas starker als
unter 1200°, weil der Draht zerstaubt.
Messungen und Theorie.
Nach der Theorie kann man di berechnen aus den Gleichungen (5) und (6a). Da wir den gesamten Sattigungsstrom
und die dem ganzen Drahte entzogene Energie messen, k6nnen
wir schreiben
(8..
+ 2 -RT )
di = S
(7)
e
.
ZWi
Die Werte von R und e sind von Planck’) aus der
Strahlungstheorie berechnet zu
R = 1,346 . 10-1G erg
e = 4’69
1)
-
Grad
’
elektrost. Einh.
M. Planck, Theorie der Warmestrahlung. p. 162 u. 163.
If. Schnaider.
582
Das Verhkltnis ist
R = 2,si.
I()---
era
Grad x Elektrizitilulmenge
e
R T wurde fur die benutzten Temperaturen
2-
in Volt be-
rechnet.
1107
1329
1336
0,236
0,237
0,255
0,256
0,275
0,877
Da sich fur iiy zunachst kleinere Werte als die bisher
an CaO beobachteten ergaben.
A. W e h n e l t ' ) = 3,69 Volt
F. Deininger') = 3,76 ,, 13.6,
F. J e n t s c h s )
= 3.45 ..
wurde es an den benutzten Driihten D , und B, noch einmal
nach der von 0. W. R i c h a r d s o n 4 ) angegebenen Methode hestimmt.
Ich erhielt an einem stark zerstiubten Drahte den Wert
4.5 Volt (CC, = 7,03
erg), an einem frisch bezogenen, gut
entgasten Drahte (D,)den Wert 3,45 Volt (a= 6 , 1 7 .
erg).
Letzterer Wert ergab sich aus mehreren anderen Messungen
der Sattigungsstrome und wurde fur die Berechnungen von di
benutzt.
DaS die Arbeit @ an einem stark zerstaubten Drahte
groBer ist, laSt sich leicht erklaren. Sind in der Oxydschicht
kleine Platinteilchen eingelagert, so konnen die CaO-Elektronen
nicht so leicht entweichen und es gesellen sich zu ihnen die
.
1) A. W e h n e l t , Ann. d. Phys. 14. p. 146. 1904.
2) F. D e i n i n g e r , Ann. d. Phys. 26. p. 306. 1908.
3) F. J e n t s c h , Ann. d. Phys. 27. p . 145. 1900.
4) 0. W. Richardson, 1. c.
Kneryie der
ails
Pt-Elektronen.
Platin nahern.
gliihendem CaO entweicftenden Blektroneri.
583
6cp mub sich daher dem Werte fur reines
Dies ist in der Tat der Fall. F u r Pt fanden
0. W. R i c h a r d s o n ' )
F. D e i n i n g e r e )
= 4,l
Volt,
= 5,1
,.
Die nach Formel (7) berechneten diT sind mit den beobachteten dib in den Tabb. 8 und 9 zusammengestellt.
T a b e l l e 8.
Messungen am Drahte D,.
~
1'0
c.
di,
lo4
~
~
b
di-
~
1102
1102
10,3
10,3
970
1,82
793
1,82
4,93
5,56
7,55
1209
1329
1329
48,7
69,8
31,2
37,6
176,2
156,5
l46,2
163,O
119,5
122,8
132,2
102,3
18,2
77,52
77,60
77,40
77,49
77,88
77,34
77,26
77,20
Tabelle 9.
lldessungen am Drshte 0,.
1)
0.W. Richardson,
1. c.
2) F. D e i n i n g e r , 1. c. p. 306.
5,64
5,64
4,OO
3,04
4,13
2,67
372
1,71
2,06
2,27
2,Ol
1,88
2,lO
1,54
1,58
1,71
1,32
H. Schneider.
504
T a b e l l e 9 (Fortsetzung).
b
T oC.
d i L 104
1222
42,5
37,8
28,2
40,9
28,2
25,2
16,4
1222
15,7
11,o
14,2
14,2
14,2
10,79
1,45
1,Ul
1,31
1336
122,s
130,3
132,l
118,l
121,z
72,6
72,6
72,4
1,69
d i, lo4
di-
2.59
2;30
1.71
2,49
1,71
143
1,79
1,82
1,63
1,67
Die beobachteten di sind stets groBer als die berechneten.
Das Verhiiltnis dzJdir nimmt mit wachsender Temperatur ab.
Die Ursache hierfur ist die StoSionisation. Uber 1200O C.
erhiilt man stets leuchtende Entladung. Die durch StoS erzeugten positiven Ionen fliegen unter dem Einflusse des Feldes
auf den Draht und fiihren ihm Energie zu. Daher beobachtet
man bei schlechtem Vakuum stets eine Erwarmung des Drahtes
bei Elektronenemission.
Konnte man die leuchtende Entladung vermeiden , so
wurde das Verhiiltnis Si,/Si, noch grbBer werden.
Einen Beweis hierfiir liefern die Messungen. Bei den
Beobachtungen am Drahte D, sind die di bei derselben Temperatur gr8Ser als bei denen am D,,d. h. das Vakuum war
besser. B, war niimlich ein sehr oft benutzter, gut entgaster
Draht, der nur zeitweise mit frischen CaO uberzogen wnrde.
J e sorgfiiltiger die Messungen gemacht werden, urn so
mehr weichen sie von der Theorie ab. Messungen der d i bei
Temperaturen tiber 1350O C. konnten nicht mehr ausgefiihrt
werden, da der Draht so stark zerstiiubte, daS sich sein Widerstand fortwiihrend hderte.
Es wurde auch versucht, mit Netallen von hoherem
Schmelzpunkte (Wolfram) zu hoheren Temperaturen zn ge-
Eneryie (lev
aus
gliihendeni C‘aO entweichende~iBZekt~oneii. 585
Iangen. Die WolfrsmfAden lieB en sich aber nicht mit CaO
iiberziehe n.
An der Luft gegluht, oxydierten die Faden so stark, daB
sie durchbrannten. Ich versuchte das CaO nicht mit CaN0,Losung, sondern in Form von Kreide aufzutragen. Es blieb
jedoch bei hohen Temperaturen nicht haften.
Die Energie der Elektronenemission.
Die Energie, die die Elektronen der Oberflacheneinheit
des Drahtes entziehen, erhiilt man
In den Tabb. 10 und 11 sind U, und U, angegeben.
-
Tabelle 11.
T a b e l l e 10.
~
Z J c!.
1102
0,00662
662
578
469
351
485
Mittel1209
ub.10-7
ur.10-7
1222
0,00117
0,0373
458
239
288
Mittel 0,0439
1329
1107
0,01397
1222
0,1616
1434
1067
1496
Mittel-
u,.
0,00291
283
275
Mittelo,o0283
0,00074
0,0322
286
214
309
213
Mittel 0,0269
0,0124
0,0118
083
107
107
107
M i t t e l m
0,00807
0,0711
1336
1329
___
10-1
0,1098
1103
1217
943
Mittel0,109
0,07 11
Annskn der Phpslk. IV.Folge. 37.
0,1109
1177
1196
1069
1098
blitt010,113
38
0,0656
586
H. Schneider.
Das Anwachsen der Energie U mit der Temperatnr zeigen
die Figg. 5 und 6.
50
Fig. 3 .
Ener-p'e der uus gliihendem CaO entweichenden Elektrown.
507
Fig. 6.
Die beobachtete Energie steigt etwas schneller mit der
Temperatur an als die berechnete. Qergleicht man die Energie U
mit der Energie E eines schwarzen Korpers von derselben
Temperatur, so kommt man zu dem interessanten Resultat,
da8 U vie1 schneller wachst mit der Temperatur als E.
38 *
588
1% Schneider.
I n Tab. 12 ist E nach dem Stefan-Boltzmannschen
Oesetze
3 = 5.36 . 10-6 T4 -!%-
-
emt see
berechnet und in Fig. 7 graphisch dargestellt.
T a b e l l e 12.
TO c.
10-7
T oC
lo-'
1102
1107
1121
1193
1209
1'722
19,l
19,4
20,2
24,7
25,s
26,i
26,2
1305
1329
1336
1345
1420
1500
33,2
35,3
35,9
36,i
44,O
52,9
124"
Das Ferhaltnis UJE whhst sehr schnell. F. Jentsch')
berechnete U 7 / X fur
T = 1050° zu 0,002 Proz.
T = 1500' ,, 1,;
T = 17000
123
,.
.,
))
Die Messungen ergaben
1102
1209
0,026 Proz.
0,131 ,,
1329
1329
0,39
0,54
77
,)
llOi
0,015 Proe.
1222
1222
1336
0,1
0,04
0,32
1,
?I
,,
Die beobachteten U J E diirften wohl den von F. J e n t s c h
berechneten entprechen.
Bei sehr hohen Temperaturen wird also die Energie der
Elektronenemission griiler als die Strahlungsenergie eines
schwarzen Korpers von derselben Temperatur. R i c h a r dean?
1) F. J e nt sc h , Ann. d. Phys. 2 i . p. 155. 1908.
2) 0.W.R i c h a r d s o n , 1. c.
gnergie der aus giiihendem CaO entweichendetl h’lektronen. 589
590
H. Schneider.
berechnete fur Kohle die Temperatur, bei der IT= E wird, zu
20000 c.
Dieses Resultat war die Veranlassung zu den Energiemessungen bei hoheren Temperaturen. Es sollte versucht werden,
moglichat nahe an den Schnittpunkt der Kurven U - 2’ und
E - T heranzukommen. Dieses Vorhaben scheiterte jedoch an
den schon erwahnten Veranderungen der Metalle bei hohen
Temperaturen.
Warum ist die beobachtete Energie Lib grb6er als die berechnete?
Wir berechneten I; aus der Formel
5
[ - = ,(e6rp
eE
+ PRT).
Hierin sind 5, e, F,R,T wohldehierte GroBen.
A = e a y ist die Arbeit, die ein Elektron beim Austritt
leisten muB.
S
I;= = ( A
+ 2RT’).
Wurde in dieser Gleichung A gro6er werden als das beobachtete @, so wiirde sich U, dem tib nahern. Es erscheint
also die Annahme nur der dustrittsarbeit edrp nicht ausreichend. Wahrscheinlich spielen sich noch andere Vorgange
an der Oberfliche bei der Elektronenemission aus CaO ab,
z. B. entziehen die zerstaubten Platinteilchen dem Drahte auch
Energie. Die Oxydschicht sieht auch nach langem Gluhen
ganz verandert pus.
Geechwindigkeit der von gluhendem Calciumoxyd ausgeaandten
Elektronen.
Qliiht man einen mit Calciumoxyd iiberzogenen Platindraht elektrisch im Vakuum , so erzeugt der Spannungsabfall
langs des Drahtes ein elektrisches Feld, das den Elektronen
alle mbglichen Geschwindigkeiten erteilt. Um die Geschwindigkeit v der entwichenen Elektronen zu messen, darf man daher
den Draht nicht elektrisch gluhen. Durch folgenden vorlaufigen
Versuch wurde Y bestimmt: Ein mit Calciumoxyd iiberzogenes
Platinblech B von der GroBe 3 qmm, der Dicke 0,004 mm wurde
Bnergie d e r aus gliihendeni C a 0 eiitweichenden Elektroneii.
591
an einem sehr diinnen Platindraht innerhalb einer sehr diinnwandigen Glaskugel au fgehangt. Innerhalb der Kugel befand
sich ein geerdetes Kupferblech, die Kugel wurde mit der
Oaedepumpe bis auf 0,0001 mm Quecksilberdruck ausgepumpt.
Das Blech brachte ich dadurch zum Gliihen (ca. 800-900° C.),
da8 ich die Strahlen einer gro8en Projektionslampe P, mit einer
Lime von 7 cm Brennweite auf dem Bleche B konzentrierte:
Die Kugel war durch einen geerdeten Blechkasten A gegen die
elektrostatische Wirkung der Bogenlampe geschutzt (Fig. 8).
L) p
I
Fig. 8.
Das Blech sendet negative Elektronen Bus, ladet sich also
positiv auf. Die Aufladung 7 in Volt wurde mit dem Fadenelektrometer von E l s t e r und G e i t e l gemessen, dessen Empfindlichkeit 1 Skt. = 0,104 Volt betrug, und war im Mittel
1,66 Volt. Dieser Wert diirfte wegen schlechter Isolation noch
etwas zu klein sein. Die Verbindung mit dem Elektrometer
war durch einen diinnen Kupferdraht, der sich nur in einem
dickwandigen Glasrohre befand, hergestellt. DaB diese Aufladung nur durch die vom gliihenden Bleche entweichenden
Elektronen verursacht wurde, konnte ich leicht nachweisen.
H. Schneider.
598
Ich blendete die Strahlen der Bogenlampe durch einen Schirm
ab und erdete das Platinblech. Das Elektrameter stand auf 0.
Nahm ich die Erdung fort, so zeigte das Elektrometer keine
Aufladung. Sowie ich aber den Schirm fortzog, stellte sich
das Elektrometer fast momentan auf den Wert 1,66 Volt ein.
Die Aufladung konnte also nicht durch Ionisation der Luft,
die die Bogenlampe erzeugt, hervorgerufen sein. Nimmt man
f i r die Aufladung im Mittel P = 2 Volt an, so ergibt sich die
Geschwindigkeit der entwichenen Elektronen zu
nz v=
- e lo87,
a
2
= 5,95
Y
vr=8,41-lo7cm/sec.
J e n t s c h l) berechnete die mittlere Austrittsgeschwindigkeit
nach der Formel
bei 700° C. zu
,7
1200O C.
u = 2,5.107: cm/sec,
,, u = 3,08
lO':cm/sec.
Die gemessene Geschwindigkeit ist die Maximalgeschwindigkeit der Elektronen, also groBer als die berechnete mittlere
Geschwindigkeit.
Zueammenfassung.
Es wird die Energie der Elektronenemission aus gluhendem Calciumoxyd in dem Temperaturintervalle 1100-1350O C.
gemessen. Die gemessene Energie wird stets goSer als die
berechnete Energie gefunden. Die Messungen von A. Wehnelt
und F. J e n t s c h werden somit bestatigt. Die Energie der
Elektronenemission wird mit der Strahlungsenergie eines
schwareen Karpers von derselben Temperatur verglichen; sie
steigt vie1 schneller mit der Temperatur an a18 letztere. Das
Verhaltnis beider entspricht den von F. J e n t s c h aus den
beobachteten Sattigungsstromdichten berechneten. Die Ge1) F. J e n t s c h , l. c.
Energie der aus gluhendem CaO entweichenden Xlektronen.
593
schwindigkeit der von gluhendem CaO ausgesandten Elektronen
wurde zu v = 8,41- 10’cmisec gemessen.
Diese Arbeit wurde im Physikalischen Institut der Universifat Berlin auf Anregung und unter Leitung von Hm. Prof.
Dr. A. W e h n e l t ausgefuhrt. Es sei mir hier gestattet, meinem
hochverehrten Lehrer fur das vielseitige Interesse an der
Arbeit meinen ergebensten Dank auszusprechen. Dem Privatdozenten Hrn. Prof. Dr. von B a e y e r danke ich herzlichst fir
die vielfachen Ratschliige, die er mir jederzeit gem erteilte.
B e r l i n : Phpsik. Institut der Universitit, September 1911.
(Eingegangen 2. Januar 1912.)
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