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Die magnetischen Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschlge.

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7. D i e magnetischen Eigemschwftem ezektro-
fiytischer EisennnBederschZaye;
v o n E. BchiZd.
Einleitung.
Die magnetischen Eigenschaften des durch Elektrolyse
gewonnenen Eisens sind verhaltnismaBig wenig untersucht
worden. Insbesondere haben sich B e e t z , L e i c k und M a u r a i n
mit der Prufung dieses Gegenstandes befaBt. Die Versuche
von L e i k geben AufschluB uber die Permeabilitat des elektrolytischen Eisens', wahrend B e e t z a und M a u r a i n 3 im wesentlichen der Frage nach dem magnetischen Verhalten von solchen
Eisenniederschlagen sich zuwandten, welche wahrend ihrer Bildung der Einwirkung einer konstanten magnetisierenden Kraft
ausgesetzt waren. M a u r a i n variierte diese Kraft innerhalb
der Grenzen H = 0 bis H ca. 10, also uber ein beschranktes
Interval1 hin. Uber die GroBe der Hysteresisarbeit fur elektrolytisch gewonnenes Eisen gibt die Literatur, soviel ich sehe,
keine Auskunft und es scheint, daB diese Frage noch nicht
behandelt worden ist. Diese Sachlage veranla8t mich
1. die Maurainschen Versuche au wiederholen und dabei
das Krnftintervall bedeutend xu vergrofiern;
2. die Hysteresisverluste elektrolytischer Eisenniederschlage
zu ermitteln und nebenbei auch
3. den Verlauf der Permeabilitat derselben festzustellen.
Die gewonnenen Versuchsergebnisse bilden den Inhalt
meiner im Eidg. physik. Institut Zurich entstandenen Habilitationsarbeit, welche ich in1 Auszug folgen lasse.
Die Versuchsobjekte und ihre Heretellung.
Zur Ausfuhrung der Elektrolyse benutzte ich folgenden
Apparat (Fig. 1).
1) W. L e i c k , Wied. Ann. 68. p. 691. 1896.
2) E. B e e t z , Fortschritte der Phjsik 1860.
3) Ch. M a ura i n , Compt. rend. p. 410. 1900.
i7Iugnet. Eigenschuften elektrolytischer Eisenniederschlaye.
587
Ein zylindrisches GlasgefSiB von ca. 4 cm lichter Weite
und 41 cm Lange, auf der einen Seite offen, auf der anderen
mit Schlnuchansatz versehen, diente zur Aufnahme, der Flussigkeit und zur Anbringung der Anoden. Als solche wahlte ich
Platindrahte von 1 mm Dieke und ca. 37 cm
Laninge. Das GlasgefaB trug bei der EinkrSpfung an der Stelle des Querschnittes a-b
drei um 120° gegeneinander versetzte kleine
Offnungen und ebenso war der Boden des
GefaBes mit drei korrespondierenden Lochern
versehen. Durch diese Offnungen wurden drei
Platindrahte eingefuhrt. Die Befestigung unten
erfolgte durch Umwickeln um kleine, am Boden
angebrachte Glaszapfchen. Nachdem die Platindrahte straff gespannt waren, wurden sie oben
an ein uber den Kopf der Glasrahre geschobenes Xessingband , welches die Stromzuleitung C trug, angelotet. In dieses zylinFig. 1.
drische GlasgefaB konnte der Kathodentrager
eingeschoben werden und zwar so, da8 die Kathode genau in
die Achse der Rohre fiel. Um diese axiale Stellung bequem
zu erreichen, gab ich ihrem Trager folgende Gestalt (Fig. 2).
Zwei Glassfabe c, d von ca. 5 mm Dicke
a
und 34Il2 crn Lange trugen an den Enden
kreisformige . Glasscheibchen von ca. 5 mm
Dicke und einem Durchmesser, der so bemessen war, da8 der ganze Trtiger ohne Muhe
gerade noch in die eben beschriebene Qlasrahre eingefuhrt werden konnte. A h Kathode
verwendete ich ausnahmslos Kupferdraht von
0,9 mm Dicke. Derselbe wurde durch die in
der Mitte der Scheiben gelegenen Offnungen
b
o -0’ hindurchgezogen und, nachdem das
untere Ende mit einem kleinen Knoten ver~ i 2. ~ .
sehen war, wickelte man das obere Ende urn
den kleinen zylindrischen Glasansatz f und fiihrte den Leiter
von hier nach auBen.
Das zylindrische GefaB konnte oben verschlossen werden
mittels eines Gummipfropfens, der zwei Offnungen besaB: eine
38 *
588
K. Schild.
kleine Offnung zum Durchlassen der Kathode und eine etwas
groBere, durch welche ein Glasrohrchen eingeschoben war, diente
zum Entweichen der bei der Elektrolyse sich bildenden Gase.
Da es nicht im Rahmen meiner Arbeit lag, die magnetischen Eigenschaften des elektrolytischen Eisens in Abhangigkeit von der Losung zu untersuchen, sondern da es mir nur
darauf ankam, ein moglichst reines Eisen zu erhalten, so wahlte
ich als elektrolytische Flussigkeit oxalsaures Ammondoppelsalz.
Nach den Angaben voq B. N e u m a n n erfolgt die Abscheidung
des Eisens aus diesem Doppelsalz am besten.
Mein Zersetzungsapparat faBte eine Fliissigkeitsmenge von
ca. 500 om3 und die Losung wurde nach folgendem, von Neum a n n gegebenen Rezept hergestellt:
Ich loste 3 g FeSO, in 150 cm3 Wasser. Ebenso brachte
ich 18 g Ammoniumoxalat in 325 cms Wasser durch Erwarmen
in Losung. Alsdann wurde die Eisenoxydullosung zu Ammonoxalatlosung gegeben und so lange geriihrt, bis der entstehende
Niederschlag gelost war. Es ist darauf zu achten, daB nicht
etwa aus Versehen in umgekehrter Weise verfahren wird,
denn dann bildet sich ein Niederschlag aus Eisenoxyduloxalat,
der nur sehr schwer wieder gelost werden kann. Es braucht wohl
kaum erwiihnt zu werden, daB es zum Gelingen eines glatten,
koharenten, tadellosen Niederschlages durchaus erforderlich ist,
absolut reine Salze in chemisch reinem, destilliertem Wasser zu
losen; ebenso mussen die Elektroden auBerst sorgfaltig vor Beginn der Elektrolyse gereinigt werden, ganz besonders die Kathode; wenn nur die kleinsten Spuren yon Unreinheiten, wie z. B.
Fett, hier vorhanden sind, so geniigt das schon, um mit Sicherheit den Versuch miBlingen zu lassen. Das niedergeschlagene
Eisen ist an diesen Stellen nicht koharent und fallt bei kleinen
Erschiitterungen ab. Ich habe mit folgender Behandlung der
Kathode gute Erfahrungen gemacht : Qor dem Einspannen des
Kupferdrahtes in den Kathodentrager wurde jener vermittelst
Schmiergelpapier mechanisch gereinigt, alsdann so lange durch
ein weiBes FlieBpapier gezogen , bis kein schwarzer Strich
mehr zuruckblieb. Nun folgte , nachdem der Kupferdraht an
seinem Trager befestigt war, die chemische Reinigung, zunachst durch Behandlung mit reiner, verdunnter Salpetersaure,
dann mit konzentriertem Alkohol oder f t h e r und schlieBlich
lWagnet. Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschlage.
589
mit reinem, destilliertem Wasser. - Die Elektrolyse wurde
mit einer Stromdichte von 1 bis 1,5& (pro 100 cm%) durchgefuhrt; dies erwies sich als zweckmaBig, da fur grijBere
Strome die Niederschlage oft rauh und bruchig, fur kleinere
oft schwammig wurden.
Das gewonnene elektrolytische Eisen hatte durchwegs
eine hellglanzende, graue Farbe und eine augerst glatte, homogene Oberflache.
I n folgender Tabelle sind alle Daten samtlicher hergestellten Versuchsobjekte enthalten.
Die Objekte I, 11 und IIX wurden zur Messung der Yermeabilitat und der Hysteresisverluste benutzt. Da die gefundenen Werte der Permeabilitat nicht unerheblich abweichen
von denjenigen Werten, welche L e i c k in seiner Arbeit angibt,
so stellte ich nachtraglich, um einen Kontrollversuch ausfuhren
zu konnen, einen Eisenniederschlag her unter genau denselben
Bedingungen, wie sie bei L e i c k bestanden. Dieser Eisenuberzug triigt in der Tabelle die Marke ,,AL'. 81s Kathode wurde
bei der Bildung dieses Objektes in Ubereinstimmung mit L e i c k
ein Stab aus ,,reinstem kauflichen Eisen" verwendet. Ferner
benutzte ich als Flussigkeit, wie L e i c k , eine Losung von
FeSO, und zwar brachte ich 10 g FeSO, in 500 cm3 Wasser
in Losung. Die Eisenmasse des Stabes A ist naeh Tabelle
A2 = 3,8793 g.
10 g FeSO, enthalten aber nur 2,Ol g Eisen. Sobald
diese 2 g elektrolytisch nahezu ausgeschieden waren, wurde der
Zersetzungsapparat entleert, gereinigt und mit frisch hergestellter
Losung wieder in Tiitigkeit gesetzt. - Diese Erneuerung der
Flussigkeit war fur die Objekte A und I11 eine Notwendigkeit; sie
ist indessen iiberall da empfehlenswert, wo sich die Elektrolyse
iiber mehrere Stunden hin erstreckt, denn es kann sich leicht
im Laufe der Zeit der Elektrolyt verunreinigen, so daB unhomogene Niederschlage erhalten werden.
Die Orientierung des Apparates, in welchem die Ausscheidung des Eisens vor sich geht, darf wtihrend der Dauer
der Elektrolyse keine beliebige sein. Schon B e e t z hat die
Beobachtung gemacht, daB eine beliebig kleine, wahrend der
Ausscheidung wirksame magnetisierende Kraft genugte, um die
cm8
VOl.
33,98
cm
Lange
27,62
28,32
cm
Pol,bstsnd
0,212
0,0468
mm
0,0340
,I
1
0,1258
ca.
l,ll*
ca.
-
.
.
.
.
-
0,2
-
-
-
__
Maase
0,03641
33,14
27,46
0
1,oo
.
g
0,2856
0,04875
33,43
1,12
0,0455a
2,10
-
I
0,3822
0,2223
0,127
,l
0,0853
3,70
13
-
1,174
0,873
0,702
0,547
0,360
0,260
-
29,0
21,50
17,30
13,50
8,87
6,40
,
,
7,
,>
,,
17
1,07
H
I1
1,7433
0,01964
,l
,l
0,1504
Stromdichte
I11
0,1540
0,01713
>I
77
1
Dicke der
Cisenschichi Elektrolyse
1
0,1343
0,01820
1,
Lasung
2
0,1427
0,01839
Nr.
3
0,1442
-~
~
4
0,01906
,l
0,1495
Mittel
5
0,01706
7,
0,116
>7
0,1338
0,01799
,f
0,0177
6
0,1411
0,01781
7,
27,08
7
0,1397
0,01605
32,50
8
0,1259
0,448
9
28,66
0,01938
34,39
0,1520
0,4948
10
3,8793
7)
A
illagizet. Bgenschaften elektrolytischer Eisenniederschlage.
59 1
Eisenmolekiile teilweise zu ,,richten" und so dem niedergeschlagenen Eisen permanenten Hagnetismus zu verleihen.
Schon der EinfluB des erdmagnetischen Feldes geniigt, um
dieses Resultat zu erzielen.
Urn nach Maglichkeit die sich niederscblagenden Eisenmolekiile dem Einfluf3 der erdmagnetischen Richtkraft zu entziehen, stellte 'ich vor Beginn der Elektrolyse die Zersetzungsrohre in der Ebene des Meridians so auf, da6 ihre Achse 1
stand zur Richtung der erdmagnetischen Kraft. Die so erhaltenen Eisenniederschlage besaf3en denn auch keinen wahrnehmbaren permanenten Magnetismus. Es war mir daher
moglich, den Verlauf der Permeabilitatskurve auch fur kleine
magnetisierende Krafte zu bestimmen, was bei den L eickschen
Versuchen nicht der Fall war. L e i c k gibt selbst an, daf3 er
wegen des Einflusses des erdmagnetischen Feldes seine Magnetisierungskurven erst von Kraften H = ca. 5 an aufzunehmen in
der Lage war.
Die Eisenniederschlage, welche in der Tabelle der Versuchsobjekte die Ziffern 1 bis 10 tragen, waren wahrend ihrer
Bildung einer konstanten magnetisierenden Kraft ausgesetzt.
Um dies zu erreichen, schob ich das zylindrische Zersetzungsgefab, das eine Lange hatte von ca. 41 cm und einen Durchmesser ca. 45 mm, in eine Magnetisierungsspule (Fig. 3)hinein,
deren Daten die folgenden sind:
d
mm
L = 64,O cm
I = 59,96 ,,
-l,
~
= 48,O
_
I
Fig. 3.
Auf diese Spule waren 1177 Windungen aus Kupferdraht
von 15 mm Dicke aufgewickelt. Fiihren dieselben den Strom i,
dann liefert die Spule ein Feld H von der Gr06e
H
4. . n 1177
= -L0--.'p
59,96
= 24,65
.iamp..
.
2,
2% Sclrild.
592
Ein jeder der Stabe 1 bis 10 wurde nun wiihrend seiner
Bildung einem Feld ganz bestimmter Starke ausgesetzt. Diese
Feldintensitaten konnen der Tabelle in Kolonne ,,H" entnommen werden. Die Bedeutung der iibrigen dort zusammengestellten GroBen diirfte ohne weitere Erlauterung klar sein.
'
Die Maseenbestimmung.
Anfanglich versuchte ich, die Massen der gewonnenen
Eiseniiberzuge dureh Wagung zu bestimmen, dureh Wagung
der Kathode vor und nach der Elektrolyse. Verschiedene
Griinde veranlaBten mich, diese Methode zu verlassen, und
die Massenbestimmung meiner Versuchsobjekte durch die
chemische Analyse vorzunehmen. Zum guten Gelingen der
Eisenniederschlage ist es aufierst wichtig, daB die Kathode
in sorgfiiltigst gereinigtem Zustande ins Eisenbad kommt.
Hierfiir durfte man die hochste Gewahr haben, wenn unmittelbar nach dem ReinigungsprozeB zur Elektrolyse geschritten
wird. Durch eine Wagung nach der Reinigung ware es moglich, daB Staubteilchen der Luft usw. an der Kathode haften
bleiben, und nur durch ein wiederholtes Reinigen brach$e man
sie in den Zustand, wie er fur die Elektrolyse gefordert wird.
Aber auch ein weiterer Grund, der zusammenhangt mit der
Anordnung und Befestigung der Kathode wahrend des Versuches, spricht gegen die Wagung, j a schlieBt sie beinahe vollstandig aus.
Wie schon erwlhnt, wurde die Kupferkathode an einem
glasernen Trager in der Weise befestigt, da6 man jene unten
bei 0 (Fig. 3) umbog, so daB sie nicht mehr durch die kleine
Offnung in der Glasscheibe hindurchgezogen werden konnte.
Oben am Trager erfolgte die Fixierung des Kupferdrahtes
durch paarmaliges Umwickeln um den kleinen glasernen
Ansatz f. Wohl wurden nun, um eine Ablagerung des
Eisens an den Stellen der Kathode oberhalb der Scheibe a
zu verhindern, die paar Windungen bei f und die Abieitung
nach auBen durch Auftragen einer diinnen Schellackschicht
unleitend gemacht. Die beschriebene Anordnung der Kathode
zwang mich aber doch, nur ein Stuck derselben von passender
Lange als Versuchsobjekt zu benutzen. E s handelt sich nun
darum, die Eisenrnasse zu kennen, welche auf diesem heraus-
Magnet. Eigenschaften elektrolytischer 3isenniederschlage. 593
geschnittenen Stiicke abgelagert ist ; an eine Bestimmung derselben durch Wagung kann wohl kaum gedacht werden.
Ebenso durfte die Massenbestimmung aus dem elektrochemischen Aquivalent heraus ausgeschlossen erscheinen, so daB als
einziger Weg noch die chemische Analyse verbleibt.
Ich benutzte denn auch zur Bestimmung der Massen die
maSanalytische Methode nach M a r g u e r i t t e , welches Verfahren
darauf beruht, daB Ferrosalae in saurer Losung durch Kaliumpermanganat zu Ferrisalzen oxydiert werden. 1st die Oxydation
vollkommen beendet, so bewirkt schon der niichste Tropfen
des Permanganats eine bleibende Rotung der Losung, so
intensiv, daB der Endpunkt der Reaktion a d e r s t scharf erkannt werden kann. Bei der Herstellung der Permanganatlosung, bei der Stellung des Titers sowohl, wie bei der Durchfuhrung der Analyse selbst, folgte ich strenge den Angaben
von Treadwe1l.l) Die durch dieses Verfahren gelieferten
Massen Bind in der Tabelle p. 590 enthalten.
Die MeBmethode.
Die Stab- bzw. RiShrenform meiner Versuchsobjekte bedingt zur Ermittelung ihrer rnagnetischen Eigenschaften die
Wahl einer Magnetometermethode. Da die gegebenen Eisenmassen nur gering sind, so werden auch die Magnetometerausschlige nur klein sein k8nnen. Wohl liefie sich durch
passende Astasierung die Empfindlichkeit des Magnetometers
erhiihen. Friihere Erfahrungen haben mich indessen belehrt,
daS der so erreichte Gewinn an Empfindlichkeit eine nicht
wesentliche Verfeinerung der Methode bedeutet, weil der
astasierte Magnet in vie1 haherem MaBe storenden %uBeren
Einfliissen preisgegeben ist, und daB zudem die Kompensierung
des Ausschlages, der herriihrt vom Feld der Magnetisierungsspule , ganz besondere Schwierigkeiten bietet. AUS diesen
Griinden habe ich von vornherein es unterlassen, a d dem
angedeuteten Wege eine Verfeinerung meiner MeBmethode zu
erreichen. Vielmehr war ich bestrebt, die Methode so zu
wahlen, daB alle auBeren Einfliisse nach Moglichkeit unschadlich gemacht werden und Vorkehrungen zu treffen, um die
1) Treadwell, Analyt. Chem. 2. p. 66.
594
E. Schild.
,,Kompensierung der Magnetisierungsspule" zu einer miiglichst
vollkommenen zu machen. Um jenes zu erreichen, schien mir
die Wahl einer Nullmethode am zweckmaBigsten zu sein, einer
Nullmethode, wobei ahnlich dem Vorgehen von Lord R a y l e i g h l)
und W. S c h m i d t z, der Magnetometerausschlag kompensiert wird
vermittelst der berechenbaren Kraft eines stromdurchflossenen
kreisformigen Leiters. Th. S i m o n und E. M a d e l u n g veroffentlichten in der Physik. Zeitschr. (p. 410. 1904) eine Abhandlung, betitelt : ,,Uber ein neues magnetometrisches Verfahren zur Messung magnetischer Momente". Wurde auf
diese Arbeit aufrnerksam aus dem Grunde, weil ich glaubte,
eine wirklich neue Methode zu finden, die sich fur meine
Zwecke vielleicht verwenden lieBe. Dieses dort dargelegte
Verfahren enthalt indessen keine neuen Gedanken ; prinzipiell
wird lediglich von der Methode gesprochen, von der W. S c h m i d t
vor ca. 10 Jahren schon Gebrauch machte. AuBer der groBeren
Unempfindlichkeit gegen au6ere Einfliisse bietet eine Nullmethode gegenuber der iiblichen Magnetometermethode noch
weitere wesentliche Vorteile. Es ist namlich nicht erforderlich, da6 man fur den Ort des Magnetometers die QroBe der
Horizontalintensitat der erdmagnetischen Kraft kennt. Dieser
Umstand hedeutet bei der Vornahme absoluter Messungen
nicht nur eine Bequemlichkeit, sondern hat auch den Vorzug,
daB die Messungen von Schwankungen der Horizontalintensitat
vollig unabhhgig sind. Wenn aber die Nullmethode unabhangig von H ist, so liegt hierin ein weiterer bedeutender
Vorzug, auf den Erhards) hinweist. E r h a r d konstatiert, daB
die Nagnetometermethode mit der ublichen Anordnung mit
einem erheblichen Fehler behaftet ist. Die Wirkung , welche
das Feld der Magnetisierungsspule auf die Magnetometernadel
ausiibt, wird in der Weise kompensiert, da6 man den Magnetisierungsstrom durch eine zweite Spule, die ,,Kompensationsspule" hindurchsendet , welche auf der anderen Seite des
Magnetometers aufgestellt ist. Hat man durch passende Verschiebung derselben erreicht, da6 die Kompensation eine voll1) Lord Rayleigh, Phil. Mag. 23. p. 225. 1887.
2) W. S c h m i d t , Wied. Ann. 64. p. 655. 1895.
3) Th. Erhard, Ann. d. Phys. 9. p. 724. 1902.
595
Magnet. Eiqenschaften elektrolytischer Eisenniederschlage.
kommene ist, so darf hieraus nicht geschlossen werden, dafl
die beiden Spulenfelder keinerlei Kraftwirkungen auf die
Magnetometernadel auusiiben. E s konnen ganz wohl Kriifte
auftreten , welche in der Ebene des magnetischen Meridians
wirksam sind, und unter ihrem Einflusse wird die Nadel sich
nicht bewegen. Wohl aber bedingen solche Krafte eine Qergro8erung oder Schwachung der Horizont,alintensitat B, die
aber als konstant vorausgesetzt wird. Th. E r h a r d bringt
nun in seiner erwahnten Arbeit die Resultate von Messungen,
die er iiber die durch die Spulenfelder bewirkten Anderungen
von H angestellt hat.
E h r h a r d fand:
fur H=
,, a=
,,
0,92 Anderung der Horizontalintensitgt =
3,04
H=128,3
7)
,,
71
13
>?
9)
+ 0,024 Proz.
+
= 0,os
= L 3,4
,)
,)
Bei sehr starken Feldern stieg die Anderung der Horizontalintensitat sogar an auf 8 Proz., war aber in diesem Falle
negativ.
Hieraus geht hervor, dafl die Horizontalintensitat um
mehrere Prozent gefalscht werden kann und ein Fehler von
derselben Gr6Be mii8te auch im MeBresultat stecken. Eine
Nullmethode macht die Kenntnis von H uberfliissig ; diese
Gr68e tritt bei der Berechnung der magnetischen Mornente
gar nicht auf. Es darf daher der Satz ausgesprochen werden,
daW eine Nullmethode der ublichen Magnetometermethode ganz
entschieden uberlegen ist, und zwar sowohl was die Bequemlichkeit der Messung anbetrifft, als, was schwerwiegender ist, was
die Zuverlassigkeit und Genauigkeit der Meflresultate anbelangt.
So kam ich dazu, zur magnetischen Ausmessung meiner
Versuchsobjekte eine Nullmethode zu wahlen, die mit ihren
Einzelheiten in folgendem dargelegt werden sol1 (Fig. 4).
Als Magnetometer wird eine Tangentenbussole I’ benutzt,
welche einen Magnetring m und einen drehbaren Spiegel p besitzt. Auf einem
zum Meridian stehenden Balken ruhen,
zu beiden Seiten des Magnetometers, verschiebbar angeordnet,
zwei Spulen: die Magnetisierungsspule A und die Kompensationsspule B. Diese beiden Spulen sind so aufgestellt, da8
sie eine gemeinschaftliche geometrische Achse haben (c-d),
596
K. Schild.
die durch den Mittelpunkt des ringfiirrnigen Magneten m geht,
horizontal verlkuft und senkrecht zum magnetischen Meridian
steht. Bevor der zu untersuchende Eisenstab q in die Spule A
hineingeschoben wird, verstellt man Spule B langs der Achse c-d
so lange, bis ein magnetisierender Strom i keine, oder doch nur
eine kleine Ablenkung der Magnetometernadel hervorruft. Das
feine Kompensieren erfolgt dann mittels des verschiebbaren
Stromkreises k, welcher in der Ebene des magnetischen
Meridians liegt und dessen Zentrum in die Achse c-d fallt.
1
1
f*-fc
Fig. 4.
Hierdurch gelingt es, die Kompensierung in iiu6erst feiner Weise
durchzufiihren. Nun wird das Versuchsobjekt Q in die Spule A
eingefuhrt und die axiale Lage desselben in der ublichen Weise
fixiert. Durch die Fernwirkung der Pole des magnetisierten
Eisenstabes wird die Magnetnadel aus der Ebene des Meridians
hinausgedreht und die GroBe dieses Ablenkungswinkels ist es,
woraus man bei der ublichen Magnetometerrnethode das magnetische Moment ermittelt. Ich schlug indessen folgendes Verfahren ein: Betrachten wir eine Windung S der Tangentenbussole (Magnetometer) T, die so aufgestellt sein moge, dal3
Xagnet. Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschlaye.
597
ihre Ebene in den magnetischen Meridian fallt. Es wird nun
moglich sein, durch diese Windung einen Strom i, von solcher
SUrke und Richtung zu senden, da6 die abgelenkte Magnetnadel gerade wieder in den Meridian zuriickkehrt, d. h. es
wird durch dieses Verfahren moglich sein, die Magnetometerausschliige zu kompensieren.
In folgendem sol1 der Zusammenhang erlautert werden
zwischen Kompensationsstrom i, und magnetischem Moment Ml
pro Volumeneinheit (Fig. 5):
7
I------
I
I
Fig. 5.
Die magnetischen Momente seien:
M, = 2 4 m , ,
M =21m.
Zur Berechnung des Drehmomentes so11 die Potentialfunktion aufgestellt werden. Es ist :
(1)
P=
-m.m,
_ _ _ _ ~
v ( r - l)% + I! - 2 ll ( r - I) sin v
+ K--- l)z
-!-1: f 2 1,
r
(3)
f1/(.+1)2
+
m.ml
1: - 2 lI (r + 1) sin v
(2)
m.m,
(r - I ) sin v
(4)
-
m.ml
f
i
~
~
+4 +2
)
2
(r -+ 9 sin v
‘
Das erste Glied dieses Summenausdruckes (1) laBt sich
schreiben in der Form:
Der bewegliche Magnet ist ein kleiner Ringmagnet, bei
welchem der Polabstand 2 Zl ca. 1cm betragt. Fiir die GroBen
r + l wiiren einzufiihren die Werte
K . Schild.
598
45 cm
1 -- ca. 14cm
r = ca.
}
fur die Versuchsobjekte
I, 11, 111 und A .
fur die Versuchsobjekte
I = ca. 14cm
1-10.
Das Verhaltnis (l,/r-i)a nimmt daher Werte von folgender GrBBenordnung an :
(g)
*
(%)
=
0,25
- -
960
0,25
=
=
ii4u] I, 11, 111 und A.
1
= __
1024
] 1 bis
10.
Die Einheit unter dem Wurzelzeichen im Ausdruck fur
Glied (1) des Potentials P ist die bei weitem dominierende
GroBe, da das subtraktive Glied (2 II 11.-1, sin v nur klein ist.
Wenn wir daher das Verhaltnis (I, / r-l)a vernachlassigen, so
ist das statthaft, da der hieraus entstehende Fehler kleiner
als 1 Promille ist. Demnach l&Bt sich Glied (1) die Form
geben :
oder entwickelt :
Es kann nun sofort iibersehen werden, wie die ahnlich
umgeformten Glieder (2), (3) und (4)beschaffen sind. Man erhalt
d aher :
(3)
und
(4)
also :
(3)
+ (4)
-
2m.m,
(r
+
I1 sin v.
.Maynet. Eigeuschaften elektrolytischer Eisenniederschlage.
599
Und das Potential P ist somit:
_-
.
2 m m, lI sin v .
4rl ( r 2- la)2
.
Da nun aber:
21m
= JI
21, m,
=
und
N1
ist, so hat man:
Das Drehmoment D ist gegeben durch
Schickt man nun einen Strom ic durch die eine Windung S
der (Tder) Tangentenbussole Z!,' so laBt sich das nun entstehende
Drehmoment herleiten wie folgt (Fig. 6):
I
I
Fig. 6.
Ein Element des Kreisstromes ds iibt auf die magnetische
Masse + m eine Kraft dk aus, welche gegeben ist durch:
m
. i, . d s
dk = ~-
Q2
und die Komponente dieser Elementarkraft nach der Ricbtung a ist:
WL. i,. d s
dk cos rd = _ _ cos~a.
e'
K. Schild.
600
Welches Element des Stromkreises wir auch wiihlen,
immer hat die Kraftkomponente nach der Richtung a die
272
obige Form; daher ist:
Pkcosu =K =
0
/
Pole des abgelenkten Magneten
ausgeiibte Kraft der GriiBe und
Richtung nach d u d die Ablenkung nicht verandert. In
I
1
I
/
Li/
c
/
M, . i , . 2 R 2 ncoslr.
v@zTaGj5
1st der Magnetometerausschlag durch passende Wahl des
Stromes i, kompensiert , so miissen diese beiden aufgestellten
Drehmolnente einander gleich sein.
M, i,. 2 R 2 n .C O S Y
- .-
v@Gp
-- 2 M . M , T . cos v ,
(r*- Zz)2
Magnet. Eiyensehaften elelitrolytiseher Eisenniedersehlage.
601
Das magnetische Moment der Volumeneinheit hat also
die Form:
Setzen wir:
so ist:
114 = Konst. i,.
Die Abszissen der Magnetisierungskurven, die Feldstarke H
wurde erzeugt mittels einer Spule von folgenden Dimensionen
(Fig. 8):
I = 59,96 cm
7
,
t<
.
I
-
d = 4,80
,,
4s
99
630
Fig. 8.
und die angebrachte Wicklung besa6 1177 Windungen. Schickt
man durch dieselben einen Strom i, so ist das im Innern entstehende Feld langs der Spulenachse ein homogenes, sofern
man nur Punkte derselben betrachtet, welche geniigend weit
von den Enden der Spule abstehen. Ein zu untersuchender
Eisenstab wird bekanntlich so in der Spulenachse fixiert, da6
er symmetrisch zur Spulenmitte ist. - Da mir nun nur
L
-
AI
L
d
Fig. 9.
Solenoide von den erwahnten Dimensionen zur Verfugung
standen, so muBte nachgesehen werden, welche maximale
Lange den Versuchsobjekten gegeben werden durfte, damit
Annalen der Physik. IV. Folge. 26.
39
AT,Schild.
602
sie bei der Magnetisierung ihrer ganzen Lange nach im homogene11 Felde stecken. Eine kleine Uberlegung gibt uber diese
Frage AufschluB (Fig. 9).
Ein Solenoid von der Lange 21 und dem Radius R sei
gegeben. Die Wicklung sei so beschaffen, daB auf die Langeneinheit n Windungen entfallen. Auf der Spulenachse im Abstande 5 befinde sich eine magnetische Masse + 1, so ist die
Kraft, welche von einer den Strom i fuhrenden Windung im
Abstande x1 auf dieselbe ausgeubt wird, in Richtung der Achse
wirksam und hat die GroBe :
Geben wir nun der Abszisse xl einen unendlich kleinen
Zuwachs d x l , so liegen auf dieser Strecke n.dx, Windungen
und es ist die auf die betrachtete Masse + 1 ausgeubte Kraft
n,=O
Setzt man :
71
=
I
+a,
w1+ cos PJ *
= 276 in. {cos
Bei der verwendeten Spule ist nun
I = 30 cm,
R
= 3,O cm.
JKaynet. Eiyenschuften elektrolytischer Eisenniedersehlage.
603
Bezeichnet man die KlammergroBe mit y, so nimmt sie
folgende Werte an:
fur a = 0
y
= 1,990
= 5cm
=
= 10
),
=
= 15
= 20
,,
1)
= 25
,,
,,
= 30
=
=
=
=
1,989
1,986
1,978
1,953
1,855
0,999
Wenn man eine Anderung der Feldstarke von ca. 0,5 Proz.
zulaBt, so ist man auf das Intervall a = f 15 cm angewiesen.
Allen meinen Versuchsobjekten habe ich daher eine Lange
von ca. 30 cm gegeben, wie aus der Tabelle (p. 590) ersichtlich
ist. - Da die G1.ijBe y in dem in Frage kommenden Bereich
weniger als 1 Proz. von der Ziffer 2 verschieden ist, so darf
gesetzt werden :
H =4niM
Die VeTsuchsergebnisse.
A. D i e P e r m e a b i l i t a t .
Der Verlauf der Permeabilitatskurve des elektrolytischen
Eisens wurde ftir die Versuchsobjekte I, I1 und 111 bestimmt,
und zwar fur ein Intervall der magnetisierenden Kraft von 0
bis ca. 120. Wahlt man fur die magnetischen und elektrischen GroBen die Bezeichnungen :
H = Feldstiirke,
HI = Moment der Volumeneinheit,
B = Magnetische Induktion,
R = Suszeptibilitat,
p = Permeabilitat,
i, = Magnetisierender Strom,
i, = Kompensationsstrom,
so konnen die gewonnenen Versuchsresultate in folgender Form
gegeben werden :
39 *
K. Schild.
GO4
Stab I.
- -~
H
i,
K
HI
--
_ _ - ~
B
~-
P
. __
~-
0,100 a
2,46
0,00080a
24,s
loll
314
0,190
4,70
0,00207
64,3
13,7
812
~1137
172
0,289
7,lO
0,00334
104
14,6
1313
184
0,392
9,67
0,00466
145
14,9
12,3
0,00630
196
15,9
1831
2474
189
201
0,624
15,3
0,00836
260
16,9
3281
214
0,816
20,l
0,01092
340
16,9
4290
213
0,970
23,9
0,01384
430
17,9
54'25
222
1,136
27,9
0,01625
505
18,l
6371
228
1,303
32,O
0,01865
580
18,l
7317
228
1,457
35,s
0,0209
650
18,l
8200
229
1,610
39,6
0,0224
697
17,6
8794
222
1,79
43,9
0,0241
750
17,O
9464
215
1,97
48,3
0,0256
796
16,4
10046
208
2,14
52,7
0,0263
818
15,5
10327
195
2,62
64,6
0,0300
933
14,4
11783
182
3,08
76,O
0,0326
1014
13,3
12812
168
3,55
87,5
0,0350
1094
12,5
13828
158
3,93
97,l
0,0370
1150
11,s
14541
149
4,43
109,4
0,0388
1207
1l,o
15269
139
0,0398
1238
10,4
15668
132
0,503
4,82
118,7
Daten :
!
I = 14,16 cm,
r = 44,92 ,,
R
=
a =
Masse =
Vol. =
MI =
I
19,95 ,,
2,4 >,
0,2856 g,
0,03642 cm3,
31095.&.
Die GroBen MI und K , in Funktion der magnetisierenden Kraft H aufgetragen, liefern die Kurven in Fig. 10.
Ich stehe davon ab, auch die Versuchsresultate der Niederschrage II und I11 hier in ausfuhrlicher Weise wiederzugeben
und begniige mich mit der Bemerkung, daB die Abweichungen
der drei gewonnenen Magnetisierungskurven untereinander so
Jfagnet. Eigenschaften elekirolytischer Eisenniederschlage.
605
unwesentlich sind, da6 sie sich fast vollkommen decken. Entnimmt man nlmlich allen drei Kurven fur einige runde Werte
70
20
J0
40
50
70
60
80
.90
700
770
720
*E
Fig.10.
von H die Momente JIG, so ergibt sich folgende Zusammenstellung:
H
Stab I1
Stab I
Stab ZIT
a,
_ _ ~
-~
_ _ . ~ _ .~
.
5
10
15
20
25
30
35
40
50
60
70
80
90
100
110
120
64
151
246
345
450
546
633
703
815
902
975
1047
1111
1167
1211
1250
I
,
73
162
254
351
454
555
640
707
809
892
972
1046
1110
1163
1210
1246
68
153
250
353
453
543
622
693
810
900
973
1045
1112
1162
1207
1240
K. SchiZd.
606
Diese befriedigende Ubereinstimmung der Resultate durfte
eine Gewahr bieten fur die Sicherheit und Zuverlassigkeit der
Messung. - Aus der abgerundeten Form der erhaltenen
Magnetisierungskurven geht hervor daI3 das elektrolytische
Eisen betrachtliche magnetische Harte besitzt. Der Wendepunkt der N--H-Kurve ist ein wenig ausgesprochener und
daher verlauft die Kurve der Suszeptibilitit K in der Gegend
des maximalen Wertes sehr flach. Es ist daher schwierig,
diejenige Kraft, fur welche K ein Maximum wird, schnrf zu
bekommen. Wahrend dasselbe bei weichem Eisen bei einer
Kraft El ca. 2 bis 3 auftritt und von der GroBenordnung etwa
200 und daruber sich ergibt, so ist das Verhalten des elektrolytischen Eisens durch folgende Ziffern charakterisiert:
.
Kmax.= 18,2
fiir H = 28,O
Stab I:
,, 11: Kmax,= 18,4 ,, H = 30,O
H = 25,O
,, 111: Kmax,= 18,3 ,, _______
Mittel fCmaX, = 18,3 Mittel E = 27,7
Bei kleinen Kraften nimm t die spezifische Magnetisierung
nur geringe Werte an, Es verhalt sich im Interval1 H = O
bis H ca. 15 das elektroiytische Eisen ahnlich wie das reine
Kobalt, welches nach E w i n g und R o w l a n d eine bei H= ca. 25
auftretende maximale Magnetisierungsfunktion von K = ca. 15
aufweist. F u r groI3ere Krafte indessen ist das Verhalten dieser
beiden Metalle ein vollig verschiedenes, indem bei ganz grogen
Kriiften dem elektrolytischen Eisen Induktionen von ahnlicher
Kohe, wie sie weiches Schmiedeeisen aufweist, erteilt werden
konnen, wahrend Kobalt bei B = ca. 10000 schon nahezu
magnetisch gesattigt ist.
Die durch die L e i c k schen Versuche I) gelieferten Magnetisierungskurven fur elektrolytische Eisenniederschlage weichen
betrachtlich von meinen Resultaten ab, und es sol1 versucht
werden, die Ursachen der Differenzen aufzudecken und zu beleuchten. L e i c k fuhrte in seiner Arbeit unter anderen auch drei
Versuchsobjekte an, die mit I,, II,, 111, bezeichnet werden
mogen und welche die Massen besitzen:
Io:
11,:
111,:
1)
&f = 0,004 g
M = 0,016 ,,
M = 0,060
,,
W . L e i c k , Wied. Ann. 68. p. 691. 1896.
Magnet. Eigenschaftefi elehtrolytischer ~iseianiederschlage. 607
Die Versuchsergebnisse dieser drei Niederschlage sind in
folgenden Tabellen enthalten :
-= = 110
~
H
Xl
K
-
1363
1500
4
h-
.9
14,4
23,4
36
54
63
75,6
149
335
623
806
1060
1190
1320
16,6
23,3
27,O
22,3
19,6
17,3
17,5
- -__
-__
-
72
90
H
111,
13
17,4
19,6
20,3
21,7
22,3
23,5
23,5
23,5
23,O
22,3
21,4
18,9
16,7
22,1
Die drei Niederschlage Io, 11,, 111, hat L e i c k unter genau
gleichen Bedingungen sich bilden lassen und es mug daher
auffallen, dai3 ihre Kurven so betrachtlich voneinander verschieden sind. Urn die Differenzen bequem iibersehen zu
konnen, ist es zweckmaBig, den Knrven fur einige gleiche Werte
von 8 die Ordinaten zu entnehmen. Dann ergibt sich:
111,
H
5
10
15
20
25
30
35
40
50
60
70
80
90
42
164
292
420
555
702
824
921
1070
1196
1313
1412
1500
-
-
176
330
484
606
705
790
867
1005
1131
1252
246
376
498
603
700
780
853
988
-
-
-
64
151
246
545
450
546
633
703
815
902
975
1047
1111
K. Schild.
608
I n Kolonne I sind die Resultate, die mein Versuchsobjekt I lieferte, enthalten. Man erkennt, da6 diese Werte
durchwegs bedeutend kleiner sind, als die Leickschen. Das
ware nun wohl erklarlich, denn L e i c k stellte seine Niederschlage unter Bedingungen her, die mit den meinen nicht
identisch sind. Er verwendete als Anoden nicht Platin, sondern
Stabe aus ,,reinstem" Eisen und zudem gewann er die Niederschlage I,, 11, und 111, nicht aus einer Losung von Ferroammoniumoxalat, sondern aus Ferrosulfat. Wie L e i c k selber
festgestellt hat, ist der Einflu6 der Natur der Fliissigkeit auf
das magnetische Verhalten des susgeschiedenen Eisens kein
nennenswerter. Die Ursache der Differenzen muBte demnach
mit der Verwendung von Eisenanoden zusammenhangen. Da
nun aber die Leickschen Resultate unter sich betrachtliche
Verschiedenheiten zeigen, so ist es vielleicht doch fraglich,
ob die Eisenanode tatsachlich eine so gro6e Rolle spielt. Denn
j ener Umstand durfte vielleicht darauf hinweisen, daB eine
gewisse Unsicherheit in den Leickschen Resultaten steckt. Zu
dieser Vermutung konnte man auch etwa durch folgende Erwagungen noch gelangen :
Nach den Angaben von L e i c k sind die Massen seiner Stabe :
I,:
XI,:
111,:
34 = 0,004g
211 = 0,016 ,,
M = 0,060 ,,
Ein jeder Fehler in der Massenbestimmung beeinflufit in
proportionaler Weise das Resultat. In diesen Angaben sind
nun aber moglich die Fehler:
I,:
11,:
111,:
ca. 18 Proz.
ca. 6 ,,
ca. 1,5 ,,
Wohl darf nun angenommen werden, daB diese Fehler
nicht bestehen und da6 obige Ziffern die wahren Massen sind.
Es ist aber auffallend, da6 dieselben, um jeden Zweifel zu
beseitigen, nicht praziser gegeben werden.
Weiterhin benutzte L e i c k zur Ausmessung seiner Stabe
das ubliche magnetometrische Verfahren, welches aber nach
E r h a r d , wie fruher erwahnt wurde, mit einem Fehler behaftet ist, der bis ca. 8 Proz. heranreichen kann.
609
Magnet. E9enschaften elektro?ytischer Eisenniederschlage.
I n Anbetracht dieser Erwagungen erachtete ich es als
von Interesae, einen Eisenniederschlag auf seine magnetischen
Eigenschaften zu untersuchen , der unter genau Lei ckschen
Bedingungen gebildet wurde. Dieser Niederschlag ist in der
Tabelle (p. 590) mit der Marke A angefiihrt und seine Ausmessnng ergab folgendes Resultat:
-
___.
,?,
H
i,
MI
__
____
0,176 a
0,338
0,443
0,525
0,649
0,849
0,997
1,164
1,328
1,430
1,624
1,974
2,337
2,765
3,125
3,490
4,101
4,48
4,33
8,33
11,o
13,O
16,l
20,9
24,5
28,6
32,6
35,2
40,O
48,8
57,5
68,l
77,2
86,O
101,o
110,5
Daten:
70
20
B
K
P
0,00706 a
33
419
796
0,0200
1176
93
10,2
0,0305
1795
142
12,9
0,0380
2236
13,6
177
0,0510
238
3006
14,7
0,0740
4353
16,3
345
0,0910
425
5362
17,2
0,1115
521
6572
18,2
0,1285
600
7569
18,4
0,1383
8136
645
18,3
0,1544
720
17,9
9083
0,1785
833
10511
17,O
0,1972
920
11613
16,O
0,2160
14,7
1008
12728
0,2277
1062
13415
13,7
0,2385
1112
14153
12,9
0,2535
1182
14946
11,7
0,2650
I236
15634
11,l
T = 55,60cm,
Masse = 3,8793 g,
I = 14,33 ,,
vol. = 0,4948 cm*,
R = 19,95 ,,
31 = 4663.i,.
a = 2,40
30
40
50
60
Fig. 11.
70
80
90
700
7?Q
96,7
141
163
172
186
207
218
229
232
231
227
215
201
185
173
163
147
141
720
h: Schiid.
610
Diese Ergebnisse liefern als graphischen Ausdruck die
vorstehenden Kurven (Fig. 11).
Es sollen nun diese an Stab rl gewonnenen Resultate
verglichen werden einmal mit den Leickschen, und dann auch
mit den vom reinen Eisen der Stabe I, 11, I11 gelieferten
Werten. Uber ihr gegenseitiges Verhaltnis gibt folgende
Tabelle AufschluB :
I
fi
MI
5
10
15
20
25
30
35
40
50
60
70
80
90
100
42
164
292
420
555
702
824
921
1070
1196
1313
1412
1500
64
151
246
345
450
546
633
703
815
902
975
1047
1111
1167
41
122
216
32 1
435
551
643
720
848
943
1017
1080
1132
1180
Hiernach verhalten sich tatsachlich die Niederschlage A
und I etwas verschieden. F u r Krafte von 30 an aufwiirts sind
die Momente von Stab A etwas groBer, unterhalb E = 30
etwas kleiner als diejenigen von Stab I. Die Differenzen sind
jedoch bei weitem nicht so hoch wie diejenigen zwischen den
Staben I und I,,, so daB die Vermutung, die Leickschen Werte
seien besonders fur grogere Erafte, etwas zu hoch, bestatigt
erscheinen durfte.
B. Die H y s t e r e s i s a r b e i t .
Zur Ausmessung der Hysteresisverluste des elektrolytischen
Eisens benutzte ich die Objekte ,,IIItcund ,,A", d a dieselben
von allen hergestellten Eisenniederschlagen die grodten Eisenmassen besitzen. ,,Stab 111'' ergab folgende Resultate:
Magnet. Eiyenschflen elektrolytischer Eisenniederschla~e. 61 1
Zyklus 1.
Zyklus 2.
-- - -
--
~~
4
H
2,
-~
-~
0,998" 24,60
0,760
18,7
0,450
11,l
0,146
3,60
0
0
-0,145
-3,57
11,l
0,450
18,7
0,758
0,996
24,5
0,758
18,7
11,l
0,450
6,145
3,57
0
0
+0,146
+3,60
11,lO
G,450
0,760
18,75
0,999
24,6
0,1062"
0,0946
0,0776
0,0556
0,0417
0,0266
-0,00941
0,04375
0,0686
0,0596
0,0420
0,0192
0,00568
t 0,00824
0,0448
0,0794
0,1072
Daten:
1
I
1,950
1,285
0,829
0,353
0
+0,354
0,820
1,280
1,945.
H
1,480 a 36,5
1,018
25,l
0,730
18,O
12,o
0,486
0,1014
2,50
0
0
-0,1010 - 2,49
0,487
12,o
18,2
0,734
25,l
1,020
36,5
1,480
1,020
25,l
0,734
18,2
12,o
0,487
2,49
0,:010
0
0
+0,1014 f 2,50
0,486
12,o
0,730
18,O
1,015
25,l
1,480
36,5
r = 44,83cm,
I = 13,93
R
= 19,45
a = 2,40
2.rn
540
482
395
283
212
135
-48
223
350
304
214
98
29
t 42
229
405
545
i,
48,l
0,1448'
31,7
0,1200
20,4
0,0978
8,71
0,0691
0,376
0
- 8,72 -0,00491
0,0657
20,2
31,4
0,1153
0,1615
47,9
j
I
4
~
~~
0,1360"
0,1166
0,1034
0,0874
0,0569
0,0475
0,0372
- 0,O 1155
0,04337
0,0733
0,1145
0,0965
0,08204
0,0670
0,0365
0,02765
0,O1650
t 0,03373
0,06516
0,09405
0,1366
Masse = 1,7433g,
vol. = 0,2223em3,
Mi = 5095. i,.
,,
,,
,,
-MI
738
611
498
352
192
-25
335
589
825
i,
1,280
0,820
0,364
0
+0,353
0,829
1,285
1,950
H
31,4
20,2
8,72
0
+8,71
20,4
31,6
48,l
0,0569
0,1176
693
594
527
445
290
242
190
-59
221
374
583
492
418
341
186
141
84
172
332
480
697
K. Schild.
612
Zyklus 4.
-
-- -
Zyklus 5.
-
2,
MI
H
-~
0,2420
958
5,02 a 123,7
3,240"
79,s
0,1880'
0,2245
818
3,96
2,085
97,6
0,1605
51,4
O,t914
65,6
629
2,66
0,1233
48,O
419
1,94
0,1707
0,0822
0,1393
31,O
229
1,260
0,0487
0,0917
61
0,400
9,84
-0,01196
517
-0,400
- 9,84 0,02845
0,1013
31,O - 0,0785
0,1710
87 1
1,260
0,1354
1121
1,97
0,2195
48,2
65,8
976
2,67
0,1805
0,1914
98,l
796
3,98
0,2300
0,1560
591
5,03
0,2485
124,O
12,s
0,1160
0,520
393
3,97
0
97,8
0,2350
0,0771
0
106
2,66
65,6
0,201
0,02075
+0,517
t 12,7
0,1821
48,2
1,95
1,220
30,l t 0,0606 I- 309
0,1512
30,7
687
1,250
2,090
0,1347
51,5
0,1040
9,84
949
0,400
3,240
0,1864
79,9
0,041 1
0,400 4- 9,84
1,260
31,O t 0,0667
1,97
48,O
0,1267
2,67
0,1688
65,s
3,97
0,2160
97,s
5,03
0,2414
124,O
-
+
4
~
1233
1144
975
870
710
467
145
- 400
690
920
1172
1265
1197
1025
928
770
530
210
- 340
646
860
1100
1230
Die Ausmessung der Flachen der Rysteresisschleifen ergibt :
%lax.
_____
5627
8062
9857
13105
15773
4, - -
____
.~
7442 Erg
19600
21800
40000
56900
Bei magnetisierenden Kraften von der drol3e H = ca. 120
steigt die Magnetisierungskurve elektrolytischer Eisenniederschlage immer noch verhaltnismaBig steil an. Der magnetische Sattigungszustand ist daher bei Kraften, solcher GrOBe
offenbar noch lange nicht erreicht. Die Hysteresisverluste,
Hagnet. Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschlage.
613
bezogen auf 1 Zyklus und die Volumeneinheit, werden daher
fur einen Zustand, welcher der Sattigung nahe ist, Werte annehmen, die vermutlich weit uber 57000 Erg liegen. Demnach verhalt sich elektrolytisches Eisen bezuglich der Hysteresisverluste ahnlich wie harter Stahl.
Nachfolgende Kurve (Fig. 12) gibt die Abhangigkeit der
Verluste von der maximalen Induktion:
Fig. 12.
Entnimmt man fiir einige runde Werte der Induktion die
Verluste A,,, so findet man:
Mittel: 'I
= 0,2256.
K. Schild.
614
Die Verhaltnisse A,,/(Bm,,)2sind fast konstant und es
IaBt sich daher die vorige Kurve durch die Form ausdriicken.
A,, = 0,0003256 B&, .
Bus den Hysteresisschleifen geht weiterhin hervor , daB
elektrolytisches Eisen sehr betrachtliche Koerzitivkraft ( H J besitzt. Weiches Eisen verlangt hochstens eine Kraft von
1-3 Einh., um ein remanentes Moment beliebiger Hohe vollkommen aufzuheben. Eisenniederschlatge indessen erfordern
hierzu vie1 gr6Bere Krafte, namlich 5 bis ca. 15 Einh., je nach
der GroBe der Induktion. H, nimmt mit Bmax.
fast linear zu,
wie folgende Tabelle zeigt, in welcher zudem eine weitere
charakteristische GroBe der Hysteresisschleifen, das remanente
Moment iYr enthalten ist.
Zyklus
MI max.
1
2
3
4'
5
13,5
17,O
781
1037
1246
48,l
79,7
Die Untersuchung des Niederschlages
Resultate:
310
365
,,A
((
ergab die
Zyklus 2.
-
-
H
1,267 a
1,025
0,720
0,430
0,142
0
-0,146
0,435
0,720
1,027
1,267
31,2
25,3
17,5
10,6
375
0
3,6
lo,?
17,5
25,3
31,2
-
Daten:
MI
-
0,1646 a
0,1547
0,1387
0,1220
0,0906
0,0685
0,0396
0,0198
0,0800
0,1340
0,1767
1
540
507
455
400
297
225
130
-65
262
440
580
1 = 14,33 crn,
r = 50,OO ,,
R = 19,95 ,,
a.= 2,40 ,,
1,027"
0,720
0,430
0,146
0
+0,142
0,430
0,720
1,025
1,267
0,1410
0,1005
0,0807
Masse = 3,8793 g ,
vol. = 0,4948crnS,
MI = 3278. i,.
545
500
430
330
265
175
44
230
403
545
+
Nagnet. Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschlage.
Zyklus 3.
Zyklus 1.
_____
am
____
6 15
~
I
i,
__-
MI
~- -_
394
384
1 ___H
_
__ _
2m
~
~
i,
-___
M,
1
~~~
2,060
50,s
0,2600"
852
1,760
43,4
0,2510
823
376
1,430
35,2
0,2384
782
0,1112
365
1,210
29,s
0,2253
740
0,243
0,1067
355
1,010
24,s
0,2105
691
0,212
0,1084
345
0,860
21,l
0,2008
659
0,166
0,1016
334
0,630
15,5
0,1801
592
0,136
0,0985
323
0,420
10,3
0,1590
521
0
0,0855
281
0
0
0,1073
352
-0,136
0,0714
234
- 0,420
- 10,3
0,0305
100
0,166
0,0686
225
0,640
15,7
- 0,0366
- 121
0,473
0,1203"
0,402
0,1170
0,334
0,1146
0,286
0,212
0,0630
206
0,860
21,l
0,1029
337
0,245
0,0589
193
24,s
0,1397
458
0,288
0,0533
175
1,010
1,220
30,O
0,1831
601
0,337
0,0165
152
1,430
35,2
0,2171
112
0,408
0,0363
119
1,76
43,4
0,2480
815
0,481
0,0260
85
2,06
50,8
0,2694
884
0,408
0,0308
101
1,75
43,l
0,2610
860
0,339
0,0356
117
1,420
34,9
0,2509
823
0,290
0,0397
131
1,210
29,s
0,2394
784
0,246
0,0436
143
1,000
24,6
0,2274
746
0,213
0,0461
151
0,860
21,l
0,2175
713
0,166
0,0500
164
0,630
15,5
0,1996
655
0,137
0,0533
175
0,420
10,3
0,1793
587
0
0
0,1247
410
130
0
070643
211
+0,137
0,0796
26 1
0,165
0,0820
269
0,640
15,7
0,212
0,0878
288
0,870
21,4
1-0,0244
0,0845
0,244
0,0916
301
1,010
24,s
0,1204
395
0,287
0,0959
314
1,220
30,O
0,1988
522
0,336
0,1016
334
650
0,1100
361
25,4
43,4
0,1984
0,402
1,435
1,76
0,2360
0,474
0,1195
393
2,060
50,8
0,2584
775
848
+ 0,420 - 10,3
0,0396
-
80.
278
.
K. SchiZd.
616
Zyklus 4.
- -1,
4,08 a
3,69
3,18
2,79
2,06
1,430
1,010
0,630
0,420
- 0,420
0,640
1,020
1,440
2,07
2,81
3,lS
3,67
4,04
H
100,6
90,9
78,2
68,6
50,s
35,2
24,9
15,5
10,3
- 10,3
15,7
25,l
35,4
51,O
69,2
78,2
90,3
99,3
~
a*
6
-
1196
1170
1140
1045
936
840
147
676
239
36
i-328
617
857
991
1042
1087
1120
0,3480
0,343
0,335
0,327
0,304
0,277
0,252
0,223
0,202
0,0740
0,0140
-0,1000
0,195
0,274
0,323
0,338
0,356
0,369
Die Arbeitswerte der Flachen dieser vier Hysteresisschleifen sind :
A,
31,2
1130
16450
34200
62500
A,,, au _etragen in punktion von B,,,, ergibt die Kurve
(Fig. 13), deren Verlauf ein von
dem fur Stab I11 gefundenen
etwas abweichender ist; sie
la6t sich durch die Form darstellen:
A,, = 0,000 606 (Bmax.)1~92.
Fig. 13.
Stab A weist demnach wesentIich hohere Hysteresisverluste
Magnet. Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschliige.
6 17
auf als Stab 111. Dieses Resultat ware verstandlich dann,
wenn der Niederschlag A magnet,isch harter ist a h 111. Hieruber geben aber Aufschlufi: die Koerzitivkraft und die Lage
des Wendepunktes der Magnetisierungskurven.
Die Koerzitivkraft fiir den Niederschlag B kann folgender
Tabelle entnommen werden :
4
13,O
17,O
561
867
1165
7077
10940
14695
245
383
490
Tragt man fur die Stabe A und I11 Hc in Funktion von
Bmax.auf, so zeigt sich, daB die Kurve ,J" durchwegs iiber
der Kurve ,,III" verlauft (Fig, 14).
Fig. 14.
Wenn aber Stab A tatsachlich magnetisch hiirter ist als
Stab 111, so wBre zu erwarten, dafi bei diesem das Maximum
der Permeabilifat friiher, d. h. bei einer kleineren magnetisierenden Kraft H auftritt, als bei jenem. Diese Erwartung
bestatigt sich, denn es ist:
fur Stab 111: K,,,
,, ,, A : K,,.
Annalen der Physik. IV. Folge. 26.
= 18,3 bei
= 18,4
,,
H = 25,O
IT= 33,O.
40
K. &child.
618
Das Verhalten des im magnetischen Feld gewonnenen elektrolytischen Eisens.
E s waren, wie in der Einleitung angedeutet wurde, die
einschlagigen Arbeiten von B e e t z , die mich zu den nun folgenden Versuchen anregten. Nachforschungen , die ich nachtraglich in der Literatur anstellte, ergabeq, daB uber diesen
Gegenstand schon gearbeitet worden ist. Es hat C. Maurain')
hieriiber einige Resultate veroffentlicht, die zunachst besproohen
werden sollen.
M a u r a i n elektrolysierte zur Gewinnung von Eisenniederschlagen eine Losung von Ferroammoniumoxalat , wobei die
Elektroden bestanden aus:
Kathode: Messingdraht von 50 cm Lange und 4 mm Dicke.
Anode: Platinspirale.
Flussigkeit und Elektroden waren in einem zylindrischen
GlasgefaB untergebracht. Dieses wurde, um den Niederschlag
schon wahrend seiner Bildung magnetisieren zu konnen, vor
Beginn der Elektrolyse in eine Magnetisierungsspule hineingeschoben. Diese Niederschlage verhielten sich nach M a u r a i n
wie folgt:
Wurde die Elektrolyse unterbrochen und der Magnetometerausschlag abgelesen, so blieb derselbe unverandert, auch
wenn das wiihrend der Bildung tatige Feld H aufgehoben
wurde, d. h. das temporare Moment blieb auch nach Aufhijcen der magnetisierenden Kraft H als permanentes Moment
bestehen, ein Resultat, das durch Beetzsche Versuche bestatigt ist.
Nacheinander, unter vollkommen analogen Bedingungen
stellte nun M a u r a i n sechs Niederschlage her; dabei wurde
einzig die wahrend der Rildung wirksame Kraft H variiert.
Er fand fur die remanenten Momente (stimmen uberein mit
den temporlren) der Stabe folgende Resultate:
H
= 0,67
1,30
1,72
2,70
5,70
10,60
MI
= 33,6
43,8
51,O
11 9,0
124,O
167,O
~ ~ _ _
1) Ch. Maurain, Compt. rend. p. 410, 1800.
Magnet. Eigenschaften elektrolytischer Eisenniederschliige.
619
welches Ergebnis die Kurve (Fig. 15) liefert:
Fig. 15.
Da nur vier Punkte der Kurve in Betracht fallen kbnnen
die zwei anderen fallen vollstandig heraus), so diirfte dieser
Verlauf der Momente keine groBe Sicherheit bieten, und Maurain
gibt selbst zu, daB von diesen Messungen keine groBe Genauigkeit erwartet werden kann , besonders weil die Eichung
seines Magnetometers unzuverlassig war.
Ich habe nun, da eine solche Kurve mancherlei Interesse
hat, versucht , den Verlauf derselben wombglich praziser festzustellen. Zu dem Zwecke erachtete ich es als unumganglich,
viele Punkte derselben aufzunehmen und es sind die Stabe
mit der Bezeichnung 1 bis 10, welche mir die gewiinschten
Resultate liefern sollten. Die Gewinnung dieser Niederschliage
ist eine den Staben I, 11, 111 analoge und ist demnach auch
in Ubereinstimmung mit der Maurainschen Anordnung.
Die gewonnenen Resultate sind in folgender Tabelle euthalten:
K. Schild.
620
Fortsetzung der Tabelle.
I/
I
Bezeichnung
i,
R
0,360
0,547
0,703
0,873
1,174
9
10
(
Daten:
I
I
I
-_____T(__
I
i,
I
M1
0,06117
0,06564
0,06641
0,06131
0,07548
21,7
29,2
r = 29,67 cm
1 = 13,54
= 19,95
a = 2,40
R
,,
,,
1978
MI = _ _
Mosse
,,
.
'"
Die Momente MI in Funktion von H aufgetragen, ergeben
die Kurve Fig. 16:
A
T
30
20
70
10
+x
20
JO
Fig. 16.
Wir gewinnen damit das Resultat, daB die Momente mit
wachsender , wahrend der Bildung der Niederschlage t'atigen
Kraft H stetig zunehmen. Die Maurainschen Werte sind so
bedeutend kleiner als die obigen, daB die Vermutung nahe
liegt, die Maurainschen Ziffern seien nur Relativwerte.
Vom Gesichtspunkt der Theorie des Magnetismus aus betrachtet erscheint es wichtig, die Kurve I zu vergleichen mit
Magnet. Eigenschaften elektroly5scher Eisenniederschlage.
621
einer gewahnlichen Magnetisierungskurve 11, welche identische
Eisenniederschlage liefern, die im Feld von der Starke Null
gebildet wurden und erst nachher der Wirkung magnetisierender Krafte ausgesetzt sind. Die eingezeichnete Kurve I1 ist
die fruher gefundene Magnetisierungskurve fur Stab 111.
Bei H = 10 z. B. ergibt Kurve I1 das Moment MI = 155,
Kurve I: MI = 905. Letzterer Wert bedeutet das hochste
Moment, welches das Eisen unter der Einwirkung einer Kraft
H = 10 uberhaupt annehmen kann; die Differenz A der beiden
Momente liefert daher ein MaU fur die Oro8e der Molekularkrafte, welche der Magnetisierung entgegenwirken. Die GroBe
dieser widerstrebendcn Kraft hangt offenbar ab von der Feldstarke. Es erscheint wichtig, sich ein Bild jener Molekularkrafte zu verschaffen. Zu dem Zwecke sollen fur ejnige runde
Werte von El die dazugehorigen Momente der Kurven I und I1
entnommen werden; die Verhaltnisse A dieser Momente, aufgetragen in. Funktion der Feldstarke, werden das gewiinschte
Bild liefern. Man findet:
H
Kurve I
Kurve I1
4
MI
0,s
240
1,o
400
15
1,5
520
21
2,o
2,5
620
27
670
33
570
7,s
840
70
886
110
10,o
903
158
12,5
920
205
15,O
930
252
17,5
943
310
20,o
953
360
22,5
968
410
10
25,O
980
460
27,5
986
503
30,O
990
540
A
6 22
K. Schild. Magnetische Eigenschaften
usw.
Der Verlauf der Ziffern A beweist, daB die der Magnetisierung widerstrebenden Molekularkrafte sich mit der Kraft H
stark verandern. Es ist bemerkenswert, daB ihre Abhangigkeit durch eine Kurvenform gegeben ist, welche an den VerIauf der Permeabilitat der magnetischen Metalle erinnert.
Dieses Resultat diirfte in seinen Konsequenzen geeignet
sein, einiges Licht zu bringen in das Wesen der molekularen
Kraftwirkungen und auf die inneren Vorgange bei der Magnetisierung. Auch die so charakteristische Form der Magnetisierungskurven diirfte hierin ihre innere Begriindung haben.
(Eingegangen 3. Januar 1908.)
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