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Die magnetische Ablenkbarkeit electrostatisch beeinflusster Kathodenstrahlen.

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16. D i e magnetische Ablemkbarkeit
oZectrostai56sch beein,u.sster EathodenstrahZen;
won W. Kaufmann.’)
1. I n einer friiheren Arbeita) habe ich gezeigt, dass die
magnetische Ablenkbarkeit der Kathodenstrahlen umgekehrt
proportional ist der Quadratwurzel aus der Potentialdifferenz
zwischen Anode und Kathode. Dieses Resultat entspricht ‘den
aus der Emissionstheorie zu ziehenden Folgerungen , wenn
man der Grosse s l m , d. i. der Ladung pro Masseneinheit,
einen constanten Werth beilegt.
Es ist namlich fur kleine Ablenkungen
Xo
0
2
0
worin yo die Ablenkung, r/, die Potentialdifferenz der Electroden, H die magnetische Feldstarke in Richtung der 2-Axe
im.Punkte x , q, die dem Endpunkte des Strahles entsprechende
Coordinate bedeutet.
Da nun der Werth des Integrales in G1. (I) nur von den
Dimensionen der Magnetisirungsspulen und der Stromstarke J
in denselben abhangt, und deshaib gleich const. J gesetzt
werden kann, so erhalt mail
yo= const. J I f F i
in Uebereinstimmung mit der empirischen Formel.
2. G1. (I) und (11) gelten aber nur d a m , wenn man es
mit gewohnlichen Entladungsrohren zu thun hat, in welchen
fiir alle nicht in unmittelbarer Nahe der Kathode befindlichen
Punlrte das Potential gleich dem der Anode zu setzen ist.
1st dagegen aus irgend einem Grunde (vgl. w. u.) das Pol) Vorgetragen in der physik. Gesellsch. zu Berlin am 18. Mtirz 1898.
2) W. K a u f m a n n , Wied. Ann. 61. p. 544-552. 1897.
3) 1. C. 62. p. 596-598. 1897.
432
19; liaufinaian.
tential (I, langs der X-Axe (d. h. der Fortpflanzungsrichtung
des Strahles) variabel, so ist an Stelle von (I) zu setzen:
To
5
0
1)
wobei (b0das Potential der Kathode darstellt. Hat (4 langs
einer gewissen Strecke den Werth @’= const. und ist ein
magnetisches Feld nur innerhalb dieser Strecke vorhanclen,
so erhalt man, wenn man ( W - (I,,,)= V’ setzt:
0
oder
0
yo= const. J / vF (vgl. G1. (11)).
Es kommt also j e t z t fur die magnetische Ablenkbarkeit nicht
mehr die Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode in Betracht , sondern. diejenige zwischen dem Raume, innerhalb dessen
die Ablenkung stattfindet, und der Kathode.
3 . Die im Folgenden zu beschreibenden Versuche sollen
dazu dienen, die in GI. (IV) und (V) ausgesprochene Folgerung aus der Emissionshypothese experimentell zu prufen.
Ich hatte bereits gelegentlich meiner ersten Arbeit uber die
magnetische Ablenkung ahnliche Versuche in Angriff genommen,
war jedoch infolge fehlerhafter Anordnung zu keinem Resultat
gelangt. Zur Wiederaufnahme der Versuche wurde ich durch
eine neuerdings erschienene Arbeit des Hrn. Th. D e s Coud r e s l) angeregt, in welcher derselbe zeigt, dass durch electros t a t i s d e Einfliisse die Absorption L e n a r d’scher Kathodenstrahlen in Luft verandert wird, und gleichzeitig darauf
hinweist , dass die Emissionstheorie auch eine entsprechende
Aenderung der magnetischen Ablenkbarkeit verlange.
4. Die Versuchsanordnung war im wesentlichen entsprechend der friiher zur Messung der magnetischen Ablenkbarkeit benutzten (vgl. Fignr). Die Aenderung bestand, ab1)
Th. Des C o u d r e s , Verhandi. der physik. Gesellsch. zu Berlin.
4. Februar 1698.
43 3
Kathodenstrahlen.
gesehen von den (in der Figur angegebenen) etwas anderen
Dimensionen der Riihre, in der Anbringung zweier Metallcylinder m und n ; die beiden Cylinder waren concentrisch
mit einem Zwischenraume von etwa 2 -3 mm angeordnet.
Jeder trug ein engeres Ausatzstuck, das etwa 2 cm weit in
den engen Theil des Entladungsrohres hineinragte. Die voii
der Kathode K kommenden Strahlen gingen zuerst durch deli
0,3 mm weiteii horizontalen Spalt 8, des stets zur Erde abgeleiteten und sls Anode dienenden ausseren Cylinders, drangen
dann durch den 1 mm weiten, mit 8, parallelen Spalt 8, in
den inneren Cylinder und gelangten nach dem Durchlaufen
des letzteren durch die beiden senkrechten Spalte S, und S,
von 2 mm Weite auf die mit Kreide bestrichene getheilte
Platte P, welche direct auf den Boden des ausseren Cylinders
geklebt war.
oder - Pol einer
Wurde der innere Cylinder mit dem
Hochspannungsbatterie verbunden , so konnte demselben eine
Spannung von & 3250 Volt ertheilt werden, ohne dass zwischen
beiden Cylindern eine Entladung uberging. Es w a r namlich
die Entfernung der Cylinderwande voneinander so gering gemacht, dass sie kleiner war als der Durchmesser des Crookes'schen dunklen Raumes; wenn dies der Fall ist, so ist nach
+
Ann. d . Phys. u. Chem. N. F. 65.
28
lK Kaufmann .
434
H i t t o r f l) eine Entladung unmoglich. Wenn Kathodenstrahlen
in den Cylinder eindrangen, so trat trotzdem eine schwache
Entladung ein infolge der durch clie Kathodenstrahlen hervorgerufenen Leitfahigkeit der Luft; wegen des geringen inneren
Widerstandes der Batterie bedingte diese Entladung jedoch
keine Potentialverminderung des Cylinders.
Es war also moglich , durch Ladung des inneren Cylinders
in dessen Innenraum ein constantes Potential herwstellen, dessen
Werth von dem der Anode (des ausseren Cylinders) bedeutend
abwich. Da ferner die Strecke, innerhalb deren das Potential
variabel ist, namlich der Zwischenraum zwischen S, nnd S,
nur 2 mm betragt, so kann man fur die Rechnung mit genugender Genauigkeit eine sprungweise Aenderung des Potentiales bei S, annehmen. Es ist also die erste der beiden der
GI. ( I Y ) zn Grunde lieyenden Bedingungen vdstandig erfullt.
Ein Einfluss der Cylinderladung auf den eigentlichen Entladungsvorgang in der Rohre war hierbei vollig ausgeschlossen,
da ja der zur Erde abgeleitete aussere Cylinder einen vollstandigen electrischen Schirm gegen die Wirkungen des Inneren
bildete. Wie aus der Figur ferner ersichtlich, sind die Magnetisirungsspulen so angeordnet, dass die magnetische Ablenkuny zum
grossten Theil im Inneren des Cylinders stattfindet, sodass auch
die zweite der in 8 2 aufgestellten Bedingungen nahezu vollstandig
erfiillt ist. Ueber den durch die Streuung der Kraftlinien bedingten Fehler vgl. w. u.
Zur Messung der Qrosse 7 wurde die Kathode mit der
Nadel, der innere Cylinder mit dem Gehause eines auf Paraffin
isolirt aufgestellten B r a u n’schen Electrometers verbunden.
Als Electricitatsquelle zur Erzeugung der Kathodenstrahlen
diente, wie fruher, eine durch einen Electromotor getriebene
Influenzmaschine; der Spulenstrom wurde mit einem Pracisionsampkremeter von S i e m e n s & H a l s k e gemessen.
5. Die Ausfuhrung der Versuche erfolgte in der Weise,
dass die Ablenkbarkeit bestimmt wurde:
a) Wenn der innere Cylinder zur Erde abgeleitet war:
F = 5.
1)
H i t t o r f , Wied. Ann. 21. p. 96. 1884.
435
Kutfioden.strahlen.
b) Wenn derselbe positiv geladen wtr: f-'= To+ 3'250.
c) Wenn clerselbe negativ geladen war: F-'- 7" - 3250.
&as von der YYieorie verlangte Hesicltnt ist, class yoIj'li'i J
in ullen clrei Fullen. denselben Mertlt hut; es m i s s also bei ir.r/enrl
einem bestimmten, Wertlre uon
w t c l J, j e nncfidem cler Cylinder
f oder - geladen ioird, eine C;errniizderur!c/ oder Vermeiirung
cler AhlenRun.y eintreten. Der Versuch best,iitigt cliese Voraus'
setzung vollstandig. Die Erscheinung wird allerdings dadurch
etwm complicirt, dass die Ladung des Cylinders auch eine
kleine electrostatische Ablenkung in dem .Felde zwischen S,
und Sz hervorruft ; dieselbe wird jedoch dadurch eliminirt,
dass stets dnrch Commutiren des Spulenstromes die doppelte
Ablenkung beobachtet wurde. Die folgenden drei Tabellen
zeigen , dass auch quuntitativ die Theorie geniigend bestatigt
wird. Die kleine systematische Abweichuiig der drei Mittelwerthe fur y o l F / J voneinander lasst sich der Grijsse und
dem Sinne nnch hinreichend erklaren tlurch die Streuung der
Magnetkraftlinien, welche schon vor dem Eintritt in den Spalt,8,
eine Ablenknng der Strahlen bewirkt (vgl. w. u,).
Es enthiilt die erste Columne der Tabellen 7' in Volt;
die zweite unter y o die Halfte der durch Commutireii des
Spulenstromes erhaltenen wirklichen Ablenkung in Centimetern ;
die dritte unter .yb die auf unendlich kleine Ablenkungen recluT a b e l l e I.
v,.
V'=
.____
V'
.
10900
10500
9700
9550
7400
6650
6100
6050
5300
4700
Y6
Yo
~
~~
1,49
1,40
1,60
1,4S
1,67
1,45
1,37
1,55
1,14
1,61
1,47
1,57
1,43
1,59
l,54
1,49
l,52
1,53
1,57
1,52
..
-
J
yb
~
V'FI J
fJ
Ol0
~~
~~
0,942
0,890
0,950
0,880
0,880
0,745
0,i45
0,750
0,700
0,650
~~~
160
+ 1,3
- 0,6
+ 1,3
+ 0,7
157,5
-
156,5
- 1,5
0,4
0,7
- 2.5
151
158
161
159,s
160
155
160,5
Mittel 158,9
28 *
0,9
+
+
+ 1,0
Pt.;Kaufmann.
436
cirtenl) Werthe von yo; die vierte den Spulenstrom J in Ampbres; die fiinfte die Grosse y; I F / J ; die sechste die procentualen Abweichungen vom Mittelwerth.
-V'
.
Yo
T a b e l l e 11.
V'= V,+ 3250.
-~
Y:l
J
fJ " 0
-~
12200
12100
11500
10600
10000
1,40
1,40
1,48
1,55
1,45
1,37
1,37
1,44
1,50
1,41
0,955
0,945
0,955
0,965
0,875
158,5[136]9,
160
162
160
161
- 1,l
- 0,2
9700
9200
8800
8100
1,58
1,51
1,40
1,47
1,53
1,45
1,37
1,43
0,955
0,875
0,790
0,810
158
161
163
159 [124]
- 1,4
0,4
1,7
- 0,8
+ 1,l
- 0,2
+ 0,4
+
+
Mittel 160,3
T a b e l l e 111.
V'= To- 3250.
~~
T
Yo
Yb
J
7250
7000
6650
6400
5600
1,51
1,31
1,25
1,12
1,28
1,47
1,28
1,23
1,11
1,25
0,805
0,695
0,650
0,570
0,610
156 [187,518)
154
154,5
156
153,5
4950
4700
4300
3250
1,29
1,27
1,17
1,15
1,26
1,24
l,l5
1,14
0,570
0,540
0,485
0,420
156
157,5
155,5
155 [219]
yb
p l J -
9 "0
+ 0,5
- 0,8
- 0,5
0,5
- 1,2
+
+ 0,5
+ 1,4
- 0,l
-
0,2
1) W.K a u f m a n n , 1. c.
3) Die in Klammern befindlichen Zahlen der ersten und letzten
Zeile werden erhalten, wenn in yol/F/Jan Stelle von V' der Werth Po
gesetzt wird; sie geben ein Maass fur die durch die Ladnng bewirkte
VerLnderung der Ablenkung, dieselbe betrgigt 14,s Proc. fur das hochste,
22 Proc. f i r das niedrigste Potential der Tabelle.
3) Die durch die Ladung bewirkten Aenderungen der Ablenkung
betragen hier 20,2 Proc. fur das hiichste, 41 Proc. fur das niedrigste
Potential.
6. Die Unterschiede der drei Mittelwerthe fur y , v B ' / J
sind zwar nicht gross; jedoch zeigte sich bei Wiederholung
der Beobachtungen, dass es sich jedenfalls um einen systematischen Fehler handelt; derselbe riihrt von der schon weiter
oben erwHhnten Streuung der magnetischen Kraftlinien her,
welche zu einer Ablenkung schon vor Eintritt in den Spalt 8,
Veranlassung giebt; es muss desha,lb die Wirkung einer Ladung des Cylinders stets etwas zu klein erscheinen. Urn die
GrGsse dieses Fehlers zu bestimmen, wurde nach Entfernung
der Rohre eine kleine Magnetnadel an einem Platindraht parallel der X- Axe aufgehangt und an verschiedenen Punkten
der letzteren %us der Ablenkung der Nadel die Feldstiirke
bestimmt ; den Verlauf der Feldstarke giebt folgende Tabelle :
T a b e l l e IV.
e
o
h
100
e
10
h
4,9
11
2,l
2
99,6
12
0,42
3,5
96,7
5
87,4
13
-0,37
6
74,3
14,5
-1,03
n
S
9
50,O
21,7
11,5
1s
16
-1,3S
-1,6
20
-1,6
Es bedeutet 8 den Abstand von der Spulenaxe, h die
relative Feldstarke , wenn diejenige in cler Spnlenmitte gleich
100 gesetzt wird.
Ferner ist die Entfernung der einzelnen Punkte der
Strahlenbahn von der Spulenmitte die folgende :
Kathode : 17 cm, Spalt 8,: 8 cm, getheilte Platte : -2,l cm.
Es machen nun die durch S, eintretenden Strahlen einen
Winkel sp mit der X-Axe, der durch die Gleichung bestimmt ist :
8
n
Bezeichnet man die Strecke S, bis S, mit I (= 10,1), so
.erhalt man fur die Gesammtablenkung :
s
17
-2,l
8
,o
8
438
W. Kaufmann.
Das zweite Glied auf der rechten Seite von G1. (VII) ist
also derjenige Theil der Ablenlrung, fur welchen die in 5 2
entwickelte Theorie gilt.' Bezeichnet inan dieses Glied mit
yo (corrig.j, die gesammte rechte Seite m i t yo (beoh.), so erhalt man:
(VTII)
oder, mit genugender Annaherung fur den vorliegenden Zweck
Durch Einfuhrung der nach GI. (IX) corrigirten Ablenkungen in Spalte 2 der Tabellen erhalt man fur die Mittelwerthe von yb VP'J die Zahlen:
___
1" =
~
yb ] / " / J =
1
1
V,
.~
~
-41
_~IT',
+32501 &--3250
-
I
147,O
Die Unterschiede dieser drei Zahlen sind klein genug,
um auf Beobachtungsfehler zuriickgefiihrt werden zu konnen.
7. Wenn man bei einem sehr kleinen Werthe von P,
(<5000 Volt) den Cylinder negativ ladet, sodass P' < 1750Volt,
so kann man dadurch den Kathodenstrahlen im Inneren des
Cylinders eine Geschwindigkeit geben , die einem Entladungspotential entspricht, bei welchem im allgemeinen noch gar
keine Kathodenstrahlen bemerkbar sind. l) Diese stark verlangsamten Kathodenstrahlen breiten sich in dem stark verdiinnten Gasinhalt der Rohre ahnlich aus wie gewohnliche
Kathodenstrahlen iu Luft von atmospharischem Druck 2), d. h.
sie treten aus dem Spalte 8, nach allen Richtungen gleichmassig aus ; zur Beobachtung dieser Erscheinung wurde die
Platte P entferiit und statt ihrer die Verschlussplatte der
Rohre mit einem Kreideanstrich versehen. Man erhalt dann
bei ungeladenem Cylinder eiiien scharfeii Fluorescenzfleck,
wiihrend bei negativ geladenem Cylinder die game Platte
aufleuchtet.
1) Vgl. auch T h . des C o u d r e s 1. c.
Vgl. Ph. Lenard, Wied. Ann. 61. p. 225. 1894.
2)
KatJiodenstrahlen,.
439
8. Die Grosse e l m , welche ich friiher') zu 1 . 7 7 . 10' angegeben habe, berechilet sich aus deu obigen Beobachtungeii
unter Beriicksichtigung der in 5 6 angegebenen Correctur zu
1.86.lo7 C. G. S.-3. pro Gramm.
Bei dem erhohten Intereese, welches die Emissionshypothese iieuerdings gefunden hat, mochte ich eine moglichst genaue Bestimmung dieser Grosse unter Beriicksichtigung aller
etwaigeii Fehlerquellen als sehr wiinschenswerth bezeichnen.
B e r l i n , Phys. Inst., Februar 1598.
_
_
1) W. K a u f m a n n , 1.
C.
(Eingegaugen 19. MLrz 1895.)
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