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Die Kanalstrahlen in Kalium- und Natriumdampf.

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2. D i e Eanal.9trahlen
h Ealium- und Natriwrndampf;
v o n J. S t a r k : u n d K . Siegl.
Die Untersuchung der Kanalstrahlen in Kalium- und
Natriumdampf bietet sehr groBe Schwierigkeiten. Es ist notwendig, in Glasrohren einen Dampfdruck von 0,005-0,08 mm
herzustellen; zu diesem Zweck miissen die Rohren so hoch erliitzt merden, dab das Glas gut zu leiten beginnt. In diesem
Zustand geht aber d a m leiclit ein Teil des Glimmstromes
dnrch die Glaswand; indem er sich nuf eine Stelle konzentriert, bringt er hier die Rohre rasch zum Zerspringen. AuSerdem greift das Alkali das erwarmte Glas in wenigen Stunden
so stark an, daB die Rohre zerstort wird. Nun aber ist es
fur den angewendeten Spektrographen notwendig, selbst bei
betrachtlicher Lichtstarke der Kanalstrahlen 1-3 Stunden zu
exponieren, wenn man bei etwa 3000 Volt Kathodenfitll den
Doppler-Effekt im Linienspektrum des Natriums uiid Kaliums
erhalten will. Bevor wir diese Expositionsdauer erzielten, war
in den meisten Fallen die Rohre durch einen Sprung undicht
und damit unbrauchbar 'geworden. Von etwa 20 RBhren
lieferten uns nur vier je ein brauchbares Spektrogramm von
den Kanalstrahlen.
I n zeitraubenden Vorversuchen wandten wir auch die W a r burgsche Methode an, durch die Glaswand auf elektrolytischem Wege Natrium in die Versuchsrohre einzufuhren. Es
erwies sich hierbei unmoglich den Gasdruck 80 niedrig zu erlialten, daI3 der Kathodenfall auf 3000 Volt erhoht werden
konnte. Nach vielen fehlgeschlagenen Versuchen mit anderen
Methoden wandten wir mit einigem Erfolge die im nachstehenden beschriebene Methode an.
Die angemendete Rohrenform ist aus Fig. 1 zu ersehen.
Die Kathode hatte ihre gewohnliche Form; die Anode war ein
dunner Platindraht. Der Abstand zwischen der Anode und
der Kathode betrug bei diesen Versuchen 10-12 cm; das
J. Stark und K. Siegl.
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Rohrenstiicli hinter cler Kathode wiir 6 -- 8 cm lang. Das
Natrium- nnd Kaliummetall wurde in etwa 10-15 mm langen
diinnen prismatischen Stabchen in die Rohre durcli das 5 mm
weite Auspumprohr eingefuhrt und durch Schutteln unterhalb
der Anode angehauft.
Die Heizung der Rijhre erfolgte nuf clektrischem Wege.
Wie Fig. 2 zeigt, war die Rijhre auf ihrer ganzen Lange von
dem Heizdraht umwunden. Dieser durftc an keiner Stelle die
Glaswand direkt beriihren; sonst ging durch die erwiirmte
Glaswand nach dem Heizdraht der Glimrnstrorn uber und
Fig. 1.
Fig. 2.
Fig 3.
zerstorte in kurzer Zeit die Rohre. Uer Heizdraht muBtc
darum durch Asbest und Glimmer oder durch d u m e Stabchen
aus alkaliarmem, elektrisch schlecht leitendem Glas sorgfaltig
von der Rohre isoliert sein. Aber selbst bei Erfullung dieser
Bedingung konnte der Kathodenfall wenig iiber 3000 Volt erhijht werden, ohne daB an einzelnen Stellen die elektrische
Stromung von der Rohre durch die Luft hindurch nach dem
Heizdraht iiberging.
Auch das Ende der Glasrohre, auf welches die Kanalstrahlen auftrafen und durch dessen Wand hindurch deren Licht
zum Spalt des Spektrographen gelangte, muBte von auBen angeheizt werden ; eonst kondensierte sich hier entweder Metall
oder es schwarzte sich das Glas unter der Wirkung der auffallenden Kanalstrahlen so stark, da6 es undurchsichtig murde.
Die Heizung geschah durch mehrere Drahtwindungen, wie sie
Fig. 3 zeigt; diese wurden der Wolbung cler Rohre angepnWt
und in Serie mit dem iibrigen Heizdraht geschaltet. Die elektrische Heizung muBte vielfach durch eine Alkoholflamme unterstiitzt werden, falls in einem Teil cler Rijhre zu vie1 Metall
sich kondensierte.
Nachdem die Rohre mit Metall beschickt und an die
Pumpe gesetzt war, wurde sie zunachst unter gelinder Heizung
und unter Spiilung mit Wasserstoff ausgepumpt und von fremden
~ a n a l s t r a h l e nin Kalium- und Natriumdampf:
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Gasen gereinigt. Sank nach dem SchlieBen des Glimmstromes
nicht mehr rasch der Kathodenfall iufolge von Gasentwickelung,
hielt sich also der Gesdruck konstant, so wurde die Heiztemperatur soweit erhoht, daB geniigend Alkalidampf entwickelt
wurde und es wurde ohne Zeitverlust sofort mit der Exposition
begonnen, sowie der Kathodenfall liiiher als 2000 Volt war.
Es mischte sich zunachst noch die Emission des Wnsserstoffspektrums in diejenige des Alkalispektrums, aber mehr und
mehr trat unter Sinken des Druckes jene gegen diese zuriick
und schlieBlich muBte bestandig ein wenig Wasserstoff eingelassen werden. Es erfolgte namlich offenbar eine chemische
Bindung des Wasserstoffs durch Alkali. Die Temperatur der
RGhre konnte nicht soweit erhoht werden, daB der Druck des
Alkalidampfes groB genug war, den Glimmstrom bei 3000 Volt
Kathodenfall zu ermoglichen; darum muBte dies durch Einleiten von Wasserstoff bewirkt werden. Die Qegenwart von
Wasserstoff war auch deswegen erwiinscht, weil die GroBe
des D o p p 1e r -Effektes an seinen Linien zum Vergleich mit demjenigen bei dem Natrium- und Kaliumlinien dienen konnte.
Dieser Vergleich war deshalb notwendig, weil der D o p p l e r Effekt nicht auf einen bestimmten Wert des Kathodenfalles
bezogen werden konnte. Es war namlich nicht miiglich, diesen
konstant zu halten; er schwankte in den Versuchen zwischen
1500 und 4000 Volt.
Die Farbe der Gesamtemission der Kanalstrahlen in
Natriumdampf ist gelb; sie ist fast genau dieselbe wie diejenige einer Bunsenflamme, welche Natrium enthalt ; es uberwiegt also in ihr an Intensitat die Emission der Hauptserie.
Die besten Spektrogramme, welche wir von der negativen
Glimnischicht und den Kanalstrahlen in Natriumdampf erhalten haben, zeigen folgende Duplets der ersten Nebenserie:
4983,53-4979,30;
4669,4-4665,2;
4393,7-4390,7
4500,O-4494,3;
und folgende Duplets der zweiten Nebenserie :
4752,19-4748,36;
4546,03-4542,75;
4423,7-4420,2.
Das erste Duplet der Hauptserie, die zwei B-Linien, ist auf
den im Gelb wenig empfindlichen Platten nur schwach; auf
460
J. Stark
14.
K. Siegl.
einer Schleussnerschen Viridinplatte haben wir sie intensiv
erhalten. Die Duplets der zweiten Nebenserie sind betrachtlich schwacher als diejenigen der ersten Nebenserie. Nur ein
Spektrogramm von den Kanalstrshlen ist so intensiv, da6
wir bei ihm mit Erfolg nach deru Doppler-Effekt suchen
kBnnen. Bei den zwei am intensivsten erscheinenden Duplets
4669,4-4665,2; 4500,O-4494,3 ist auf diesem Spektrogramm
(die Kanalstrahlen liefen auf dell Spa1t zii) unmittelbar neben
der brechbareren Kante der Linieii ein sehr weiiig intensiver feiner
Streifen wahrzunehmen; die GroWe Ahm (vgl.6 6 in der vorhergeh.
Abhandl.) ist nicht mit Sicherheit zu messen. Wir konnen
also auf Grund unserer Beobachtungen lediglich behaupten,
dab die erste Nebenserie des Natriums positive Natriumionen
als Trager hat. Die B-Linien und die zweite Nebenserie sind
auf unseren Spektrogrammen zu schwach, als da6 ein D o p p l e r Effekt bei ihnen wahrnehmbar ware.
Die Gesamtemission der Kanalstrahlen in Kaliumdampf
ist schon violett uiid gleicht in der Farbe derjenigen einer
Bunsenflamme, in welche ein Kaliumsalz eingefiihrt ist. Das
zweite Duplet der Hauptserie des Kaliums 4047,36-4044,29
ist auf allen unseren Spektrogrammeri von der negativen Glimmschicht und von den Kannlstrahlen in betrachtlicher Intensitat
vorhaden. Auf drei Spektrogrammen (die Kanalstrahlen liefen
auf den Spslt zu) ist neben den ruhenden Linien auf ihrer
brechbareren Seite deutlich der Doppler-Effekt zu sehen.
Wie schon in der vorhergehenden Abhandlung (§ 14) erwahnt
wurde, ist bei ihln ein Intensitatsminimum nicht wahrnehmbar.
Auf einem Spektrogramm ist sowohl bei Ha wie bei 4044,29
die maximale Verschiebung d hm im Doppler-Effekt me6bar.
Das Verhaltnis beider Verschieburigen ist
(A
<d i...i;
-
3,528.1,768
0,731.1,699
Das Quadrat dieses Verhaltnisses gibt das Verhaltnis der
spezifischen Ladungen der Trager der zwei Linien, namlich
Fur ein einwertiges Kaliumion ist als Wert dieses Verhaltnisses die Zahl 39, fur zweiwertiges die Zahl 19,5 eu er-
Kanalstrahlen in Kalium- und Natriumdampf 1
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warten. Obwohl 25 naher 19,5 liegt als 39, ist es doch wahrscheinlich, daB der Trager des zweiten Duplets der Hauptserie
ein einwertiges Kaliumion ist. Der herechnete Wert 25 ist
namlich wahrscheinlich kleiner als der wirkliche Wert aus
folgendem Grunde. Wie oben mitgeteilt wurde, sank infolge
der Absorption des Wasserstoffs von selbst der Druck unter
Zunahme des Kathodenfalles. Bei den niedrigen Werten des
Kathodenfalles ist demnach der Wasserstoff mit einem hoheren
Prozentsatz an den Kanalstrahlen heteiligt als die Iialiumionen.
Die maximale Verschiebung im D o p p l e r -Effekt des Wasserstoffs entspricht also einem kleineren Wert des Kathodenfalles
als diejenige im Doppler-Effekt des Kaliums.
Die vorstehenden Versuche hat der eine von uns (Stark)
zum Teil zusammen mit dem anderen (Siegl), zum Teil allein
ausgefiihrt; bei der Behandlung von drei Rohren wurde er in
dankenswerter Weise von Hrn. S. K i n o s h i t a unterstutzt.
(Eingegangen 14. September 1906.)
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