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Die optischen Konstanten einiger Metalle im Ultrarot.

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B 2.
1913.
ANNALEN DER PHYSIK.
MEBTE FOLGE. BAND 40.
1. Dde optischen Kvnstamteri einiger Metalle
i m Uttrarot;
vom E. P o r s t e r l i m g und 7. P r e ' e d e r i c k s x .
Einleitung.
Aus der urspriinglichen Maxwell schen elektromagnetischen Lichttheorie ergibt sich zwischen dem Brechungsindex n,
dem Absorptionsindex x einerseits und dem Leitvermogen G,
der Dielektrizitatskonstante E und der Periode t der in Frage
kommenden elektromagnetischen Schwingung andererseits die
Relation :
nZ(l-xZ)=E,
n x = l E .
Hieraus folgt unter der Annahme, daB
lassigen ist :
x = l , n=+.
E
neben
G
zu vernach-
Diese letzte Beziehung ist im sichtbaren und ultravioletten
Teil des Spektrums sicher nicht erfullt, wie zahlreiche Beobachtungen erwiesen haben. Wohl aber konnten H a g en und
R u b e n s zeigen, da6 im tiefen Ultrarot das aus diesen Relationen berechnete Reflexionsvermogen verschiedener Metalle
mit dem beobachteten ziemlich gut ubereinstimmt; ja schon
bei einer Wellenlange von 4 p lie6 sich eine Tendenz der beobachteten Werte zum AnschluB an die theoretischen erkennen.
Da nun das Reflexionsvermogen beide Konstanten n und x
enthalt, so schien es uns interessant, die Annaherung dieser
einzelnen GroBen an die durch die reine Maxwellsche Theorie
geforderten Zzthlen zu verfolgen.
81s nachstliegendes Mittel zur Beobachtung dieser Konstanten gab sich die Beobachtung des Polarisationszustandes
des an einem Metallspiegel reflektierten Lichtes: die Aufsucbung des Haupteinfallswinkels und des Hauptazimutes.
AuBer den alteren Beobachtungen yon K n o b l a u c h waren uns
Annalen der Physik. 1V. Folge. 40.
14
202
K. Forsterling u. E Pre'edericksz.
bei Beginn unserer Arbeit keine Messungen dieser Art bekannt. Erst spater erschien die Arbeit von R. I n g e r s o l l l ) ,
die sich indes nur auf das Gebiet von 0,65 bis 2,25 p erstreckt.
Aber gerade die Untersuchung von 2,5 bis 5 p und weiter
bietet groBe Schwierigkeiten ; denn hier kiinnen als Polarisatoren nicht mehr Nicol sche Prismen verwendet werden.
Wir hatten deshalb von vornherein die von A. H. P f u n d 2 )
vorgeschlagene Methode, das Licht durch Reflexion an Selenspiegeln zu polarisieren, ins Auge gefaBt.
Der urspriingliche Plan war, in einer ahnlich der von
K n o b l a u c h benutzten Weise vorzugehen: Indem die Energie
des reflektierten Lichtes bei verschiedenen Azimuten des Analysator mittels einer Thermosaule gemessen wird, sollte direkt
die Gestalt der reflektierten Polarisationsellipse gefunden
werden. Dieser Versuch scheiterte an der zu geringen Intensitat der Nernstlampe, welche nach der Reflexion an den zwei
Selerispiegeln und an den suberdem im Strahlengange befindlichen acht Silberspiegeln sich als nicht ausreichend erwies ;
denn es ist zu bedenken, daB infolge der im Ultrarot grogen
Haupteinfallswinkel nur ein sehr schmales Lichtbiindel auch wenn die beobachteten Spiegel sehr groB sind - zur
Verwendiing gelangte.
Diesem Mange1 suchten wir abzuhelfen, indem wir die
Thermosaule durch Bolometer und die Nernstlampe durch eine
Bogenlampe ersetzten. Natiirlich konnte nunmehr die Beobachtung nicht in der beschriebenen Weise geschehen, da diese
ja gerade eine ganz konstante Lichtquelle voraussetzt.
Wir entschlossen uns vielmehr zu einer Nullmethode:
Der Analysator enthielt zwei Selenspiegel, deren Einfallsebenen
senkrecht aufeinander standen. Die eine Halfte des Lichtbiindels gelangte auf den einen, die andere auf den zweiten
Selenspiegel und jede HZilfte dann auf einen Zweig der Bolometerbriicke. (Eine ahnliche Anordnung mit einem doppelbrechenden Prisma statt der gekreuzten Spiegel hat Ingersoll3)
1) L. R. Ingersoll, Astrophys. Journ. 32. p. 265. 1910.
2) H. A. P f u n d , Physik. Zeitschr. 10. p. 340-346. 1909.
3) L. R. I n g e r s o l l , Phys. Rev. 23. p. 489. 1906.
Optische Konstanten einiger Metalle im Ultrarot.
203
gelegentlich seiner Versuche iiber magnetische Drehung beschrieben.) Das Prinzip der Messung ist folgendes:
Um den Haupteinfallswinkel zu finden, wurden die Polarisationsebenen des Analysators unter 45 O zur Einfallsebene
gestellt und der Einfallswinkel variiert, bis beide Bolometer
gleiche Intensitat erhielten. Der so gefundene Winkel ist
offenbar der Raupteinfallswinkel, da nur bei ihm die Ellipse
des reflektierten Lichtes mit den Hauptachsen in der Einfallsebene liegt.
Nunmehr werden die Schwingungsrichtungen des Analysators 11 und 1 zur Einfallsebene gestellt. Der Polarisator
wird so gedreht, daB wieder gleiche Intensifat auf beide Bolometer gelangt. Die Ablesung am Polarisator gibt das Hauptazimut.
obersicht iiber die Gesamtanordnung.
Das Licht liefert eine selbstregulierende Bogenlampe Q
mit horizontaler Kohle. Der Hohlspiegel 211 bildet den Krater
Fig. 1.
auf dem Spalt 8, eines Wad sw o r t hschen Monochromators
ab. Auf dessen zweiten Spalt S, treten die Strahlen von der
gewtinschten Farbe aus und werden durch den Hohlspiegel €14
parallel gemacht und in das Polarisationsspektrometer geworfen.
14'
204
K. porsterling
u.
7. FThedericksr.
Hier treffen sie nach Passieren des Polarisators P, auf den
zu untersuchenden Metallspiegel 22. Dieser erhalt durch eine
Vorrichtung, welche der gebrauchlichen Einrichtung zur Erhaltung des Minimums der Ablenkung analog ist, dauernd
eine solche Lage, daB er das Lichtbiindel in den Analysator P,
hineinschickt. An dem Analysator sind die Bolometer B befestigt. W ist ein Hilfswiderstand, um den Widerstand der
Zweige der Bolometerbriicke so abzugleichen, daB der Strom
in der Briicke verschwindet.
Der Monochromator und seine Juatierung.
Die Spalte des Monochromators standen im Fokus der
Spiegel H2 und H3. Diese hatten einen Durchmesser von
4 cm und eine Brennweite von ca. 35 cm. Das Prisma war
von Steinsalz und hatte einen brechenden Winkel von 60°.
Seine Hijhe betrug 4 cm, die Liinge der Seitenflachen war
6 cm. An die Basisflache des Prismas wurde mittels einer
Feder der Wadsworthsche Spiegel gepreBt. Der Schnittpunkt
der Spiegelflache und der Halbierenden des brechenden Winkels
mu8 hierbei auf der Drehachse des Spektrometers liegen.
Durch ein solches System von Spiegel und Prisma erfahrt bekanntlich ein Lichtstrahl, der das Prisma symmetrisch durchsetzt, nur eine parallele Verschiebung, wahrend seine Richtung
erhalten bleibt. Diese Tatsache wurde benutzt, um das
Prisma auf das Minimum der Ablenkung einzustellen. Zunachst wurde Prisma und Spiegel auf den Spektrometertisch
aufgesetzt, aber der Tisch so gestellt, daB das meiste Licht
an ihnen vorbeiging (etwa um 180° gegen die richtige Lage
verstellt). Ein planer Hilfsspiegel wurde nun so aufgestellt,
daB er dieses Licht in sich zuriick reflektierte, so dab es aus
dem ersten Monochromatorspalt wieder austrat. Nunmehr
wurde der Spektrometertisch so gedreht, daB das Licht nach
Durchgang durch das Prisma und Reflexion an den Wadsworthspiegel auf denselben ziemlich groBen Hilfsspiegel fiel.
Bei derjenigen Stellung des Spektrometertisches, bei der jetzt die
gewiinschte Farbe durch den ersten Spalt austrat, ging das Licht
dieser Farbe symmetrisch durch das Prisma. Man hatte d a m
nur dem Arm des Spektrometers, der den zweiten Spiegel und
den zweiten Spalt trug, eine solche Lage zu geben, daft der
Optische Konstanten
Konstanten einiger
einiger Metalle
Metalle im
im ULtrarot.
ULtrarot.
Optische
205
205
zweite Spiegel voll von dem Lichtbiindel ausgenutzt wurde
und die Spiegelnormale so zu drehen, daB die dem Minimum
der Ablenkung entsprechende Farbe aus dem zweiten Spalt
des Spektrometers austritt. Da das Steinsalzprisma eine sehr
geringe Dispersion im nachsten Ultrarot hat, muBte die L8ge
der Natriumlinie , die wir als Ausgangspunkt benutzten, vor
jeder Messung kontrolliert werden.
Die Spaltbreite betrug im sicbtbaren und ersten ultramm. Dem entroten Bebiet (bis 0,8 p) 1 mm, spiiter
sprechen die durchgelassen Wellenliingen.
.
1 70
175
2,o
390
470
5,O
0,94
1,41
1,85
i::i
4,82
I
~
1,06
1,59
2,15
3,20
4,19
5,18
Die Flachen des Steinsatzprismas verderben an der Luft
sehr schnell. Daher muBte das Prisma fast vor jeder Messungsreihe abgenommen und neu poliert werden. Dies geschah
nach einer von Paschen') gegebenen Methode, indem ein
Stuck Kattun, auf eine Spiegelglasplatte ausgespannt, mit etwas
Alkohol befeuchtet und dann das Prisma auf ihm durch Reiben
poliert wurde.
Diffuses Licht falscher Farben, das etwa noch aus dem
zweiten Monochromatorspalt 8, austrat, war bei unseren Anordnungen weniger zu furchten, da der Lichtweg vom zweiten
Spalt bis zu den Bolometern noch uber 2 m betrug.
Naturlich muI3te nach jedem Abnehmen des Prismas die
Justierung in der oben erwahnten Weise wiederholt werden.
Die Polarisatoren.
Das Licht wurde polarisiert durch Reflexion an Selenspiegeln. Es war nun notig, durch weitere Reflexionen den
1)
F. Paschen, Ann. d. Phys. 26. p. 120. 1908.
206
K. Porsterling
u.
P. Fre'edericksz.
Lichtstrahl so zu leiten, dam er beim Austritt aus dem Polarisator dieselbe Lage hat, die er ohne Polarisator haben wiirde.
A. H. P f u n d hat dieses durch Reflexion an weiteren drei
Silberspiegeln erreicht. Unsere Polarisat oren schlieBen sich
mehr an ein Model1 an, das Prof. F. K r u g e r friiher hier gebaut hatte. Ein solcher Polarisator enthalt einen Selenspiegel S und zwei Silberspiegel S, und S,. Fig. 2 stellt das
Schema unserer Einrichtung dar. Die Spiegel befinden sich
in einem Messingkasten von der GroBe 14 x 25 x 6 . Der
Rahmen a a' b 6' tragt zwei kriiftige Rohrstutzen, durch welche
die Strahlung ein- bzw. austritt. Diese Stutzen sind in die
Lager L (Fig. 2) eingeschliffen und dienen als Achsen. Die
beiden groBen Seitenwilnde des
Kastens sind abnehmbar. Der
Selenspiegel hatte eine GroBe
4 x 12 c m ; dem entsprachen
dann die GrijBen der Silberspiegel. Der Selenspiegel war
auf eine MeRsingplatte angekittet,
und diese um die Achse A
Fig. 2.
drehbar befestigt. Mittels der
Schraube B konnte dem Selenspiegel die richtige Neigung gegen die Drehungsachse des
Polarisators erteilt werden. Die Silberspiegel 8, und S, waren
samtlich durch j e drei Schrauben in die richtige Lage zu
bringen. Ferner konnte der Silberspiegel S, der Schnittlinie
der Ebenen des Selen- und Silberspiegels 8 und 8, durch die
Schraubenverstellung C mittels paralleler Verschiebung genahert und entfernt werden. Diese Bewegungsfreiheit ist
offenbar notig, urn zu vermeiden, daB das austretende Lichtbiindel eine parallele Verschiebung gegen das einfallende er€ahrt.
Der Analysator war analog einem Halbschattennicol , bei
dem die Schwingungsrichtungen der beiden Halften einen
Winkel von 90 O miteinander einschlieBen, konstruiert. Dementsprechend wurde das Lichtbundel nach Passieren des ersten
Rohrstutzens, der auch hier die Achse des Apparates bildete,
durch eine Zwischenwand in zwei Teile geteilt. Jede Haifte
des Lichtbundels passierte nun fur sich je einen polarisieren-
Optische Ronstanten einiger Metalle im Ultrarot.
201
den Selenspiegel und fie1 nach einer weiteren Reflexion an
einem Silberspiegel je auf einen Zweig der Bolometerbrucke..
DemgemaB hatte der eine Selenspiegel eine GroBe Ton
2 x 12, der andere von 4 x 6 cm. Fig. 3 a zeigt die erste
Halfte des Analysators. Der ,Rahmen a,a’,b,b’ ist fest und
triigt die Achsen. Die Seitenwand ist abgenommen. Die
Fig. 3 b zeigt den Analysator nach einer Drehung urn 180O.
Die Stucke der Seitenwand a a” b b” und b’ b“ a‘ a” sind einzeln
Fig. 3a.
I
r
Fig. 3 b.
abnehmbsr (auf der Zeichnung sind sie abgenommen). Man
kann so, nachdem die Spiegel schon alle ihre endgultige Lage
haben, nach Wegnahme des zweiten Stiickes der Wand b’b” a’a“l)
immer noch kontrollieren, ob das Lichtbiindel richtig a d die
Bolometeriiffnungen fallt. In der ersten Halfte des Analysators
ist dies durch Fortnahme der gesamten Seitenwand miiglich.
1) Dm erete Stack u u ” 6 b” trlgt einen Silberspiegel, der daa
Licht yon dem Selenepiegel T nach dem Bolometer richtet.
208
a. Forsterling
u. P. Friedericksz.
Wir wollen gleich erwahnen, dab sowohl die Hartgummiplatte, welche die Bolometer trug, als die Riickseite des
Kastens, in dem die Bolometer sich befanden, hinter dem
Bolometer Glasfenster besaben, und so eine Kontrolle zulieben,
dab merklich die Bolometer gut beleuchtet waren. Da in
dem Polarisationsspektrometer keine Brechung des Lichtes
vorkam, sondern nur Reflexionen, so war der Verlauf der
Lichtstrahlen, wenn fur eine Farbe, dann auch fur alle richtig.
Dort, wo die Zwischenwand das Lichtbiindel beim Eintritt in den Analysator in zwei Halften teilt, was eine Blende
eingefiihrt, die so gewahlt war, dab alles Licht, das diese
Blende passierte, auch wirklich auf die Bolometer fiel. In
derselben Ebene befand sich noch eine verschiebbare Blende,
welche gestattete, die eine Offnung etwas zu verkleinern.
Zwecks Einjustierung war der Selenspiegel 27 (4 x 6cm)
um eine Achse (Fig. 3b) drehbar und wurde mittels Schraube
und Feder in des richtigen Lage fixiert. Alle anderen Spiegel
konnten mittels dreier Schrauben in die richtigen Lagen gebracht werden. Beide Polarisatoren trugen Teilkreise von
11 cm Durchmesser. Diese waren in ganze Grade geteilt;
der Nonius gab direkt 6 - Die Bewegung war arretierbar und
dann mikrometrisch verstellbar.
Die Herstellung der Selenspiegel ist ofters beschrieben
worden. Wir versuchten zwar erst, polierte Spiegel zu verwenden, es zeigte sich aber bald, dab diese bei weitem nicht
so gut reflektierten, wie zwischen Glasplatten gegossene. Eine
Schwierigkeit fanden wir darin, da6 wir Spiegel von regelmabiger Form haben mubten. Schlie6lich gelang die Herstellung auf folgende Weise. Vier Messingsfabchen von
ca. 3 x 10 mm Querschnitt wurden zu einem Rahmen von
passender lichter Weite zusammengeschraubt. Dieser wurde
auf die mit heiber Chromsiiure, Ammoniak- Alkohol und durch
Abziehen mit Collodium gut gereinigte Glasplatte gelegt. I n
diese vorgewarmte Form wurde das fliissige Selen gegossen.
Nach dem vollstandigen Erkalten lieB sich die Glasplatte durch
Verbiegen vom Selen losen, und die Sfabchen des Rahmenfi,
nachdem sie auseinandergeschrsubt waren , losbrechen. Nach
sehr vielen vergeblichen Versuchen erhielten w i r auf diese
Weise recht gute Spiegel von der angegebenen Griibe.
Optische lionstanten einiger Metalle im Ultrarot.
209
Um die Spiegel in die richtige Lage zu bringen, wurde
eine Art Autokollimationsmethode benutzt. Dicht neben der
Achse des Fernrohres befand sich eine Marke (Zahl einer
Skala). Das Fernrohr wurde auf den Spiegel gerichtet und
dieser so gedreht, bis das Bild der Narke im Fadenkreuz war.
Dies war bei allen Spiegeln durch passende Locher in dem
Rahmen der Spiegelung ermoglicht. Zur Einjustierung wurde
der Polarisator auf den Tisch eines groBen Meiersteinschen
Spektrometers gesetzt. Das Fernrohr, das parallel mit sich
verschiebbar war, befand sich in einem Abstande von ca. 2,5 m.
Um zunachst die Richtung der Achse des Polarisators zu
finden, wurde auf die Rohrstutzen ein Planspiegel aufgesetzt
und das Bild der Marke gesucht. Dieses durfte beim Drehen
des Polarisators urn seine Achse nicht wandern, wenn die
Spiegelflache senkrecht zur Fernrohrachse stand. Dann wurde
der Polarisator auf dem Spektrometer um den gewunschten
Winkel gedreht und der betreffende Spiegel so gestellt, daB
die Marke wieder im Fadenkreuz erschien. Die Entfernung d
des Spiegels 8, von der Schnittlinie der Flachen der anderen
beiden Spiegel S und L!$ wurde berechnet und entsprechend
regulier t.
Analog wurde mit dem Analysator verfahren. Nach J u stierung der einen Halfte wurde der Analysator um 90° urn
seine Achse gedreht, und dann wurden die ubrigen Spiegel
eingestellt.
Bolometer und Galvanometer.
Die Bolometer waren nach den Angaben von 0. L u m m e r
und K u r l b a u m l ) aus 0,3 p dickem Platin-Wollastonblech von
dem Mechaniker am Institut fiir angewandte Elektrizitatslehre
Ern. Muller angefertigt. Alle vier Zweige der Brucke waren
aus diesen Bolometern gebildet. Der Widerstand eines jeden
Zweiges betrug ca. 105 Ohm. Fig. 4 gibt das Schaltungsschema.
Der MeBstrom, welcher ungefahr 45 Milliamp. betrug, passierte
zuniichst den Hilfswiderstand W, mit dessen Hilfe der Widerstand der Briickenzweige so abgeglichen werden konnte, daB
die Brucke stromlos war. E r bestand aus ausgespannten
1)
0.L u m m e r u. F. R u r l b a u m , Wied. Ann. 46. p.
204. 1892.
210
h'. Forsterling
u.
Y. FrSedericksz.
Manganindrahten, mit gewohnlichen gut federnden Gleitkontakteii. Die rohe Abgleichung fand mit Hilfe des Drahtes D,
und des Schiebers S - dieser Gleitkontakt befand sich au6erhalb der Brucke - und eines Zeigergalvanometers von der
Empfindlichkeit lo-' Amp. statt. Einem Teil des Drahtes B
war ein zweiter Manganindraht B, parallel geschaltet , dessen
wirksame Lange durch den Schieber S, veranderlich war.
Hiermit erfolgte die Feineinstellung. Diese beiden Drahte
befanden sich zum Schutze von Luftstromungen in einem Holzkasten. Weiterer Temperaturschutz erwies sich als entbehrlich. Wohl aber war es wesentlich, da6 die Kupferdriihte,
4
D
Fig. 4.
welche von dem Hilfswiderstand zu den Bolometern fihren,
dicht nebeneinander in einem Gummischlauche liefen, so daB
sie gegen Temperaturschwankungen moglichst geschutzt und
ihnen beide in gleicher Weise ausgesetzt waren.
Alle vier Bolometerzweige wurden der Bestrahlung amgesetzt, indem a und d , 6 und c je in der Weise hintereinander angeordnet waren, daB die Streifen des einen in die
Lucken des anderen (die etwas breiter waren als die Streifen)
fielen. Die beiden Bolometerpaare waren auf einer Hartgummiplatte befestigt und diese wurde durch einen Hartgummizylinder auf der Ruckseite des Kastens , der die Bolometer enthielt, festgehalten.
Um eine bessere Ruhelage und groBere Empfindlichkeit
zu erzielen, wurden die Bolometer ins Vakuum gebracht. Deshalb befanden sie sich in einem gut gedichteten Messingkasten.
Dieser war aus starkem Messingblech gefertigt und innen verzinnt. Die Offnungen, die die Strahlung hineinlieBen, war
durch zwei FluBspatplatten von 20 x 30mm Flache und 5mm
Dicke, die mit Marineleim aufgekittet waren, geschlossen. Die
Optische Konstanteti einiger Metalle im Ultrarot.
211
Ruckwand des Kastens war abnehmbar. Sie trug die Bolometer und durch sie gingen die Drahtzuleitungen. Ebenso
besa6 sie einen Rohransatz, in dem das Rohr z u r Luftpumpe
eingekittet war, ferner die Fenster zur Kontrolle der auffallenden Strahlung (vgl. p. 208).
Nachdem die Ruckwand mit Marineleim eingekittet war,
wurde der Kasten zur Probe mit einer Qaedeschen Quecksilberluftpumpe evakuiert. Das erreichte Vakuum war grober
als l/,ooooo mm. Es zeigte sich aber auch bei diesen Vorversuchen, da6 die Empfindlichkeit erst bei kleineren Drucken
als l/lOOOmm
anfing, merklich zu steigern. Der Strom in der
Brucke betrug 45 Milliamp., da bei gro6eren Stromstarken
die Empfindlichkeit nicht mehr merklich stieg.
Das Vakuum bei den Beobachtungen wurde mit Hilfe von
flussiger Luft und Kokosnubkohle erzeugt, nachdem zunachst
mit einer Gaedeschen Olpumpe evakuiert war. Das Rohr
zum VakuumgefaB ging einigerma6en axial durch den zweiten
als Achse dienenden Rohrstutzen des Analysators zum Bolometerkasten. Die Verbindung zwischen diesem Kasten und
dem GefaB rnit KokosnuEkohle durfte naturlich nicht starr
sein, da der Analysator um seine A c h e gedreht werden
mu6te. Deshalb wurde sie zunachst aus zwei Kugelschliffen,
und als einer von diesen nicht gut luftdicht hielt, aus einem
System von funf Gelenkwinkeln, wie es bei L e y b o l d kauflich
ist, gebildet.
Als Galvanometer diente ein Panzergalvanometer nach
R u b e n s und D u B o i s mit dem kauflichen Gehange; benutzt
wurden gepanzerte Spulen von j a ca. 100 Ohm Widerstand.
Bei unseren Versuchen hatte das Instrument meist 8-10 Sek.
halbe Schwingungsdauer ; wenn es wunschenswert schien, auch
mehr. Die Astasierung ging sehr leicht und schnell vonstatten,
nachdem die inneren Magnete mikrometrisch bewegbar gemacht
waren. Die auBeren Magnete wurden ganzlich entfernt. Das
Instrumeut befand sich naturlich auf einer Juliusschen Aufhangung in einem hijlzernen Schutzkasten. Storende Erschutterungen wurden dann nicht bemerkt.
Die Zuleitungsdrlhte waren samtlich isoliert, und das
Galvanometer selbst stand auf HartgummifUBen. Beriihrte
ein Zuleitungsdraht (eventuell auch, wenn er im Bergmannrohr
2 12
K. Forsterling a. K Priedericksz.
verlief) die Zimmerwand oder dergleichen, so war von einer
Ruhelage nicht mehr die Rede.
Gegen au0ere magnetische Storungen war indeasen das
Instrument trotz aller Panzerung noch immer sehr empfindlich,
so dab, da es an solchen im hiesigen Institut nicht fehlt, nur
am Abend beobachtet werden konnte. Uberhaupt war das
Arbeiten mit der oben beschriebenen Einrichtung sehr unangenehm. Die Nullage der Bolometer hing stark vom
Vakuum sowie von der Starke des Briickenstromes ab. Das
Vakuum muf3te wenigstens 4 Stunden vor der Beobachtnng
hergestellt werden und wahrend dieser Zeit mu6te das GefaB
mit Kokosnu6kohle dauernd mit dem Bolometerkasten in Verbindung stehen. Da jedoch der Analysator, an dem der Bolometerkasten befestigt war, mit den Handen zuweilen beriihrt
werden mubte, so erhielten wir stets Schwankungen des Nullpunktes. Ferner fanden wir, daB eine geringe Erschutterung
der Bolometer, wenn diese im Vakuum waren, gelegentlich
einen solchen Ausschlag des Galvanometers hervorrief, daB
das Gehange sich an den Wanden des Galvanometers festhangte. War die Erschutterung voruber , so erhielt man
wieder die alte Lage des Galvanometers. Solche Erschutterungen lieBen sich durch Wattezwischenlagen unter den Tischbeinen und zwischen der Tischplatte und dem Spektrometer
vermindern. Ferner konnten wir nicht den ublichen KlappverschluJ3 auf demselben Tisch, wie das Spektrometer , benutzen; wir hatten dafur einen photographischen ZeitverschluB
von Go e r g e n in Munchen, welcher ganz erschutterungsfrei
arbeitet.
Da wir nicht die GroBe der Galvanometerausschliige mafien,
sondern eine Nullmethode benutzten, so war ein Iangsames
Wandern des Galvanometers weniger storend.
Das Polarisationsspektrometerund seine Justierung.
Die Qrundplatte des Spektrometers bildete eine groBe
Marmorplatte, welche die selbstgefertigte Teilung trug. Diese
war hinreichend genau, denn der Durchmesser des Kreises
betrug 1lOcm. Der Polarisator wurde von einer fest auf
diese Platte aufgeschraubten Eischenschiene U U (Fig. 1 ) gegetragen, auf der zugleich der Hohlspiegel H4 befestigt war.
Optische Konstanten einiger Metalle im Ultrarot.
21 3
Der Analysator befand sich ebenfalls auf einer Eisenschiene TT (Fig. l), die um die Achse des Spektrometertisches
drehbar war. Die Verlangerung T T dieser T-Schiene trug zugleich das GefaB mit KokosnuBkohle sowie das DewargefAB
mit fliissiger Luft, so daB diese GefiiBe beim Variieren des
Einfallswinkels mit bewegt wurden. DaB zugleich der Spektrometertisch mit dem Analysator passend mechanisch mitgedreht
wurde, war schon erwahnt.
Nachdem im einzelnen die Spiegel im Polarisator und
Analysator auf die oben beschriebene Weise justiert waren,
wurden beide auf die Eisenschienen aufgeschraubt. Steht die
Achse des Polarisators nicht 11 der einfallenden Strahlenrichtung, so wird das Lichtbiindel nach dem Passieren des
Polarisators parallel mit sich verschoben erscheinen, und beim
Drehen des Polarisators auf einem Zylindermantel wandern.
Um die Achse parallel dem einfallenden Lichtstrahl zu stellen,
wurde auf den als Achse dienenden Rohrstutzen ein Planspiegel aufgesetzt.
Neben dem zweiten Spalt des Monochromators erschien
dann das reflektierte Spaltbild. Der Spiegel H4 wurde nun
mittels dreier Schrauben so gestellt, daB das Spaltbild auf
den Spalt zuriickfiel und beim Drehen des Polarisators nicht
wanderte.
Bei dieser Einstellung konnte zugleich kontrolliert werden,
ob der zweite Spalt des Monochromators im Fokus von H4 stand,
denn nur dann war das reflektierte Spaltbild wieder in der
Spaltebene scharf.
Diese Justierung mu6te vor jeder Messungsreihe kontrolliert oder wiederholt werden, da sie durch eine kleine
Verschiebung des Monochromators verdorben werden kann.
Um die Achse des Analysators ebenfalls It dem einfallenden Lichtstrahl zu stellen, bedienten wir uns derselben
Methode, nur war es praktischer, nicht das Spaltbild zu beobachten, sondern ea wurde zwischen den Hohlspiegel H4 und
dem Polarisator ein Schirm mit einem kleinen Loch gestellt,
und der reflektierte Lichtfleck auf diesem Schirm beobachtet,
wahrend der Analysator um seine A c h e gedreht wurde. (Um
die Achse in die richtige Lage (horizontale) zu bringen, waren
Justierschrauben vorhanden.) Da die Entfernung zwischen
214
K. Fiirsterling u. P. Fre'edericksz.
dem Schirm und dem Analysator 1 1 / 2 m etwa betrug, so ist
diese Justierung ziemlich genau.
Die so gefundene Stellung des Analysators auf dem Horizontalkreise, war der Nullpunkt, die ,,gerade Durchsicht".
Da die Spiegel des Polarisators schlielllich doch nicht
ganz genau die richtigen Lagen hatten, fand sich die gerade
Durchsicht fur die verschiedenen Polarisatorazimute etwas verschieden, doch betrug dieser Fehler nicht mehr als 18' und
konnte bei den Messungen beriicksichtigt werden.
Urn die Nullpunkte der Polarisatoren zu finden - d. h.
die Lagen, bei denen ihre Schwingungsrichtungen senkrecht
oder parallel zur Spektrometerachse sind - wurde ahnlich
wie bei der Justierung der Spiegel der Polarisatoren (vgl.
p. 209) verfahren. Zunachst wurde mittels einer Wasserwage
die Spektrometerachse senkrecht gestellt. Auf den Spektrometertisch wurde nunmehr eine planparaliele Glasplatte gestellt und Platte und Fernrohrachse so justiert, daB bei einer
Drehung der Platte um 180° das Bild der Marke im Fadenkreuz blieb. Dann wurde das Fernrohr in der horizontalen
Ebene (mit einer aufgesetzten Wasserwage kontrolliert), auf
die Selenspiegel des Polarisators so gedreht, daS die Marke
wieder im Fadenkreuz erschien.
Damit waren die Nullpunkte gefunden und das Polarisationsspektrometer justiert.
Vorvereuche.
Immerhin ist die Zahl der noch ubrigen und bei den Beobachtungen 'zu berucksichtigenden Fehlerquellen nicht unbedeutend.
1. Die Zweige der Bolometer sind etwas verschieden
empfindlich, und die Spiegel in den beiden Halften des Analysators haben ein verschiedenes Reflexionsvermogen , so daB,
wenn gleichviel unpolarisierte Energie in die beiden Analysatcarhalften einfallt, das Galvanometer doch einen Ausschlag gibt.
2. Die Spiegel im Polarisator reflektieren nicht an allen
Stellen gleich gut, so daS dadurch die beiden Halften des
Strahlenbundels eine verschiedene Schwachung erfahren.
3. Schon das in dem Polarisator eintretende Strahlenbundel
zeigt an verschiedenen Stellen verschiedene Intensitat. Dies
Optische Konstanten einiger Mefalle im Ultrarot.
2 I5
kann von UnregelmaBigkeiten im Prisma usw., vor allem aber
daher riihren, da6 die Strahlen der verschiedenen Farben, die
ja das Biindel immer noch enthalt, eine etwas verschiedene
Richtung haben, und sich daher auf der einen Seite des
Biindels mehr Strahlen kurzer, auf der anderen Seite mehr
langerer Wellenlangen befinden.
Man miiBte offenbar alle diese Fehler elirninieren konnen,
wenn man Analysator, Polarisator und den Querschnitt des
Lichtbiindels um die gleiche Achse drehen konnte, und bei
zwei urn 180O verschiedenen Lagen beobachtet. Das ist nun
moglich , denn infolge der Spiegelung dreht sich der Querschnitt des Lichtbundels urn seine Achse, wenn man den
Polarisator dreht, aber doppelt so schnell; man dreht also
den Querschnitt des Lichtbundels urn 180°, wenn man den
Polarisator um 90O dreht.
Urn zu priifen, ob sich so in der Tat alle Fehler eliminieren, haben wir die vier Lagen des Polarisators aufgesucht, bei denen das Galvanometer keinen Ausschlag gab,
und dies bei zwei um 180O verschiedenen Analysatorstellungen.
Das Mittel aus diesen acht Einstellungen mu6te von den erwahnten Fehlern frei sein, und in der Tat stimmte es stets
bis auf f6’ mit dem geometrisch gefundenen Werte iiberein.
Han hatte nun versuchen kijnnen, bei den Reflexionsbeobachtungen ebenfalls acht in der erwahnten Art angestellte Beobachtungen zu kombinieren ; indessen ware diese Methode iiberaus zeitraubend gewesen, da, urn nur fur eine Farbe n und x zu
erhalten, 16 Einstellungen notig sind, und die Oberflache des
Spiegels hatte sich wahrend der Beobschtungen verhdert.
Wir gingen daher in anderer Weise vor. Analysator und
Polarisator erhielten die Lage, welche sie bei der Reobachtung des Haupteinfallswinkels einnehmen sollten. Mittels
einer Schlittenfiihrung wurde hinter dem Polarisator ein
1,14- Wellenlangenglimmer so eingefiihrt, daB das Licht zirkular
polarisiert wurde. (Unser Glimmer gab bei 1=0,70p l/* Wellenrange Gangunterschied und diese Farbe wurde bei der folgenden Justierung benutzt.) Nunmehr wurden mit einer Hilfsblende am Analysator die beiden Strahlenbiindel so abgeglichen,
daB das Galvanometer stillstand.
Wurde nun, nach Entfernung des Glimmers, der zu unter-
216
1% Forsterliny
u.
7.lir7ietlericRs.z.
suchende Spiegel genau so aufgesetzt, daB der Strahlengang
im Analysator ungeandert blieb, so lief3 das Fehlen eines
Ausschlages am Galvanometer auf einen Polarisationszustand
schlief3en , der keine der beiden Schwingungsrichtungen des
Analysators auszeichnete, lie6 also, wenn diese Schwingungsrichtungen um 45O gegen die Einfallsebene geneigt wareu, erkennen , da6 die Reflexion am Haupteinfallswinkel stattfand.
Hierbei ist allerdings vorausgesetzt, dab, wenn die Strahlenbiindel fur A = 0 , 7 0 p abgeglichen waren, dies fiir alle Farben
annahernd der Fall war. Dies priiften wir, indem wir den
Analysator in seiner Lage unter 45O gegen die Einfallsebene
lieBen, den Polarisator aber 11 oder 1 zur Einfallsebene
stellten. Wir suchten dann die Stellungen des Polarisators
auf, bei denen kein Ausschlag erfolgte. Diese Kontrollheobachtungen wurden zu Anfang und am Ende der Arbeit
gemacht. Wir geben eine Messungsreihe wieder, welche die gro6ten
beobachteten Abweichungen zeigt. Statt 320,3 O erhielten wir
1 = 0,78
320,i'O
1,l
320,8O
290
319,8O
4,o
319,7O
571
319,7O
Nun andert sich aber die Lage der Ellipsenachse in der
Nahe des Haupteinfallswinkels sehr rasch mit der Farbe, wie
sowohl die Theorie, als auch einige Experimente, die wir in
dieser Richtung anstellten, erkennen lieben. Daher diirften
diese kleinen Abweichungen uberhaupt keinen merklichen
Einflu6 auf die Messungen gewinnen.
Es sei gleich noch bemerkt, daf3 d a m , wenn der Analysator
gerade eine solche Lage hatte, da6 die eine Halfte mehr kurze,
die andere mehr langere Wellen erhielt , die Einstellung auf
gleiche Beetrahlung starker von der Farbe abhing. Sie betrug
ausnahmsweise fur eine einzige Wellenlhnge zu Anfang 2 O, am
Ende, als die Silberspiegel im Strahlengange etwas verdarben,
5O, fur alle anderen Wellenlangen wesentlich weniger. Wir waren
gezwungen l) bei einer solchen Analysatorstellung die Haupt1) Der Monochromatorspalt ist vertikal, ebenso die Kante des zu
untersuchenden Spiegels. Damit der ca. 2 mm breite Schirm, der die
beiden Analysatorhalften trennt, aus dem schmalen reflektierten Lichtbiindel nicht zuviel Energie wegnimmt, mnS er horizontal liegen. Der
Polarisator aber, wenn er unter 45O steht, dreht den Querschnitt des
Lichtbiindels um 90
Optische kbnstanten einiger Metalle im Ultrarot.
21 7
azimute zu messen; hierbei aber la6t sich dieser Fehler, vgl.
p. 220, leicht eliminieren.
Auf diese Weise wurden die Haupteinfallswinkel gemessen.
Wir hatten auch Vorversuche angestellt, ob die verschiedenen
Polarisatorlagen verschiedene Resultate gaben. Da die GrOBe
der Abweichungen aus den Tabellen der endgiiltigen Messungen
zu ersehen ist, geben wir hier nur zwei Messungsreihen, die
bei positivem und negativem Einfallswinkel gemacht sind, da
bei der zeitraubenden Umjustierung des Spektrometers bei den
endgiiltigen Messungen nicht beide Positionen benutzt werden
konnten.
Platinspiegel.1)
*F
I , , in p
1- in p
83
1,09
1,03
84
1,70
1,76
85
3,U2
3,14
86
3,58
3,37
Zur Probe wurden ferner noch einigo Haupteinfallswinkel
auf die eben beschriebene Art und durch Kombination von
16 Beobachtungen ohne vorherige Abgleichung mittels des
Glimmers vgl. p. 215 gemacht. Wir erhielten
Gold.')
i. = 0,93
= 78,6O
q2 = 78,7O
1,40
82,6O
82,7O
1,80
84,6O
84,9'
2,63 P
86,3O
86,6O
Bei der Beobachtung der Hauptazimute ist es sehr angenehm, daB beim Haupteinfallswinkel die Azimute sich wenig
mit dem Winkel andern - dies gibt sowohl die Theorie wie
auch einige angestellte rekognoszierende Beobachtungen so daB durch einen etwas falsch angenommenen Haupteinfallswinkel keine merklichen Fehler der Azimute entstehen konnen.
Bei der Messung der kleinen Hauptazimute, z. B. von
Platin, muB der Polarisator ziemlich weit ./aus der Lage, in
,
Diese Spiegel
Spiegel waren
waren schon
schon alt
alt und
und sind
sind daher
daher nicht
nicht mit
mit den
den zu
zu
1)1) Diese
den endgiiltigen
endgiiltigen Beobachtungen
Beobachtungen verwandten
verwandten zu
zu vergleicben.
vergleicben. Bei
Bei diesen
diesen
den
Vorversuchen sind
sind ja
ja Absolutwerte
Absolutwerte gleichgiiltig.
gleichgiiltig.
Vorversuchen
Annalender
der Phpdk.
Phpdk. IV.
IV.Folge.
Folge. 40.
40.
Annalen
15
15
2 18
K. Forsterling u. P. Trkedericksz.
der or bei gerader Durchsicht stehen mug, damit das Galvanometer stillsteht , herausgedreht werden. Es konnte dann infolge ungenauer Justierung z. B. der Polarisatorachse 11 der
Achse des Lichtbiindels die Strahlung etwas geandert auf den
Analysator und die Bolometer fallen. Wir uberzeugten uns,
da6 dies nicht der Fall war? indem wir wieder den Glimmer
einsetzten und (bei A = 0,70p) bei gerader Durchsicht dieselben
Drehungen des Polarisators ausfiihrten, ohne daI3 das Galvanometer einen merklichen Ausschlag gab.
Die endgultigen Meaaungen.
Um den Haupteinfallswinkel zu bestimmen, wurden nach
p. 203 die Schwingungsrichtungen des Analysators unter 45 O
geneigt zur Einfallsebene gestellt. Ebenso wurde die Schwingung des Polarisators orientiert. Nunmehr wurde auf den
Analysator und Polarisator j e ein Spalt aufgesetzt, der verhindern sollte, da6 etwa am Spiegel vorbeigegangene Energie
in die Bolometer fiel. Der Spalt am Analysator muBte sehr
genau zentriert sein, d. h. derjenige Strahl, der durch die
Achse des Spektrometertisches ging, mu3te genau die Spaltmitte treffen. Xunmehr wurde ein Viertelwellenlangenglimmer
eingesetzt und der beweglichen Blende am Analysator einc
solche Lage gegeben, da6 das Galvanometer keinen Ausschlag
gab, wenn (bei Anwendung der richtigen Farbe) die Bolometer
bevtrahlt wurden. Der Glimmer wurde alsdann entfernt und
der zu untersuchende Spiegel aufgesetzt. E3 kommt offenbar
alles darauf an, daB das an ihm reflektierte Lichtbiindel genau
80 den Spalt am Analysator trifft, wie bei gerader Durchsicht
ohne Spiegel. Dies wurde erreicht, indem, wie beim Bestimmen
der ,,geraden Durchsicht" (p. 2 13), ein Diaphragma eingeschaltet
und auf den Analysator ein Spiegel aufgesetzt wurde. Der
reflektierte Lichtfleck mu6te sich ohne Spiegel bei gerader
Durchsicht und mit Spiegel bei Reflexion unter einem beliebigen Winkel stets an derselben Stelle des Schirmes befinden, und durfte beim Andern des Einfallswinkels nicht
waudern. Naturlich muI3te auch genau darauf geachtet werden,
daB die Spiegelflache die Drehungsachse des Spektrometertisches enthielt. Nach Wegnahme des Hilfsspiegels und des
Optische Konstanten einiger Meialle im Ultrarot.
2 19
Diaphragmas wurde hijchstens der Spalt am Polarisator noch
ein wenig verschoben, um etwaiges Nebenlicht zu vermeiden,
doch wurde keinesfalls das Licht, das bei gerader Durchsicht
in den Analysatorspalt fiel, hierdurch irgendwie abgeblendet.
SchlieBlich wurde noch einmal der Analysator um die Spektrometerachse hin- und hergedreht und kontrolliert, dab das Lichtbiindel stets in gleicher Weise den Analysatorspalt traf. Ab
und zu wurden auch die Seitenwande des Analysators abgenommen und nachgesehen, daB das durch den Spalt und
das oben erwahnte Diaphragma im Analysator begrenzte Lichtbiindel beim Andern des Einfallswinkels seine Gestalt behielt,
wie es sie bei geradem Durchschnitt gehabt hatte.
Wie man sieht, war diese Jushierung sehr miihsam und
zeitraubend. Sie muate indessen stets sehr sorgfaltig gemacht
werden. D a m aber stimmten die bei verxhiedenen Justierungen gemachten Eeobachtungen unter sich stets uberein.
Jetzt war alles fertig zum Messen. Ein beliebiger Einfallswinkel wurde vorgegeben und diejenige Farbe gesucht, bei
der das Galvanometer beim Bestrahlen keinen Ausschlag zeigte.
F u r diese Farbe ist der vorgegebene Winkel der Hitupteinfallswinkel. Zumeist gingen wir zunachst von kleinen Einfallswinkeln zu grijBeren, und dann zuriick, indem wir solche Punkte
nahmen, die zwischen den zuerst eingestellten lagen. Zuweilen
wurden auch die einzelnen Messungen wiederholt ; aber stets
ergab sich dieselbe Ablesung mit groSer Genauigkeit. Die
Differenzen hierbei sind sehr vie1 kleiner als solche zwischen
zwei Messungsreihon mit neuer Einjustierung des Spiegels,
neben denen iiberhaupt alle anderen Differenzen kaum ins
Gewicht fallen.
Daher wurden stets wenigstens zwei Reihen bei neuer
Justierung beobachtet mit verschiedener Lage des Polarisators.
Waren auf diese Weise die Haupteinfallswinkel bestimmt,
so wurden die Hauptazimute beobachtet.
Hierzu mu8ten die Schwingungsrichtungen des Analysators
1 und I zur Einfallsebene stehen.
Zunachst wnrde wieder der Analysatorspalt zentriert, und
bei gerader Durchsicht und einem Polarisatorazimut von 45 O
mit verschiedener Analysatorblende die auf den Bolometer
fallende Einfallsebene so abgeglichen, da8 das Galvanometer
15.
bei Bestrahlen der Bolometer mit einer mittleren Farbe ruhig
stand. Nunmehr wurden fur die ubrigen Farben, fur die der
Haupteinfallswinkel gemessen war, dasjenige Azimut des Polarisators gesucht, bei dem jetzt das Galvanometer keinen Strom
anzeigte. 1st die relative Schwachung der Amplituden in den
beiden Bolometern Po, so muB sein:
tg VGJ = P o .
Bei dieser Lage des Analysators zum Polarisator konnten
die Abweichungen von yo von 45O, wie oben gesagt (p. 216),
recht erheblich sein und mugten in Rechnung gesetzt merden.
Nunmehr wurde der Spiegel in der oben beschriebenen
Weise aufgesetzt und das reflektierte Licht untersucht, namlich das Azimut des Polarisatom aufgesucht, indem das Galvanometer keinen Ausschlag gab. 1st die relative Schwachung
der Amplituden bei der Reflexion tgx, so ist offenbar
tg qJ = P o tg x
und
Diese Messungen wurden in einem anderen Quadranten
des Polarisators und bei ganz neuer Justierung wiederholt.
Es zeigte sich, daB, wenn der Polarisator eine um 90° andere
Lage erhielt, die Azjmute bis zu 2O abwichen. Das ist sehr
wohl denkbar, da in diesem Falle der Querschnitt des Lichtbundels gedreht wird, und die beiden Bolometer die etwas
verschiedenen Farben, die sie erhalten, vertauschen. Aus diesen
zwei Einstellungen wurde das Mittel genommen.
Auf diese Weise sind die folgenden Tabellen und Kurvelm
gewonnen. Die Tabellen enthalten die Ergebnisse der einzelnen
Messungsreihen , wahrend die Kurven durch die Mittelwerte
konstruiert sind. Die GroBe der spiegelnden Flache betrug
stets 22 x 4 cm. Wegen dieser groBen Dimension standen uns
keine Spiegel aus massivem Metal1 zur Verfugung , sondern
chemisch oder galvanisch niedergeschlagene oder zerstaubte l)
auf einer planen Spiegelglasplatte von 0,5 cm Dicke.
1) Der Zerstaubungsapparat war von Hrn. Dr. Riirnelin und Frau
N. G a l l i , denen wir fur ihre Hilfe und Ratschlage beim Zerstauben m
gro6em Dank verpflichtet sind, gebaut und ausprobiert. Er wird an einer
anderen Stelle heschrieben werden.
Optische lionstanten eiitiger Metalle im Ultrarof.
221
Alle untersuchten Spiegel hatten eine sehr gut reflektierende gleichmafiige Oberflache. Nur der Platinspiegel war an
den Randern etwas dunner als in der Mitte, doch durfte dies
htichstens die letzte Messung ein wenig beeinflufit haben.
Die Fehler von Sp und
ergeben sich aus den Differenzen
der zwei rnitgeteilten Messungszeichen.
Die Werte von n und x haben, wenn das Hauptazimut
groB ist, eine geringe Genauigkeit, d a
x=tg2?p
in diesem Falle durch Fehler von .17j iiberaus stark beeinflu6t
wird. Daher sind auch wohl die Abweichungen des Reflexionsvermogens von den Werten von H a g e n und R u b e n s zum
Teil zu erklten.
Rilber.
Der Spiegel war chemisch niedergeschlagen und durch
die Firma R. W i n k e l bezogen. Die Beobachtungsresultate
sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Die Bezeichnungen
in dieser Tabelle sowie in allen anderen sind folgende:
oj
*1' , }
bedeutet den Haupteinfallswinkel.
zwei ihm entsprechende und beobachtete Wellenlangen.
2.
das Mittel aus 1, und R,.
")
beobachtete Werte von den) Hauptazimut.
F
2
da3
den
12
den
n x den
R das
R' dss
Q
x
Mittel aus ql und q2.
Absorptionsindex.
Brechungsindex.
Absorptionskoeffizient.
Reflexionsvermtigen.
Reflexionsvermogen nach R u b e n s und Hagen.
Die Figur 5 stellt den Verlauf von q und
dar.
K u p f er.
Der erste untersuchte Cu-Spiegel war durch gnlvanische
Verkupferung eines chemisch hergestellten Silberspiegels von
der Firma W i n k e l hergestellt. Da im UItraroten die von
un8 beobachteten Werte von den Ingersollschen stark abweichen, auch das berechnete Reflexionsvermogen mit den von
R u b e n s und H a g e n gefundenen gar nicht ubereinstimmt,
0,63
0,74
0,92
1,12
1,38
3,20
3,60
4,81
750
80
82
83
84
85
85'30'
78
0,65
0,75
0,94
1,15
1,51
241
2,90
3,38
3,95
750
78
80
82
84
86
87
87O 30'
88
88O 15'
1,
~
0,64
0,73
0,88
1,08
1,26
3,11
3,59
4,40-
0,75
0,94
l,15
1,44
2,to
2,88
3,39
4,11
4,37
0,63
(474
0,90
1,lO
1,32
3,11
3,60
4,61
0,65
0,75
0,94
1,15
1,47
290
2,89
3,38
4,04
4,37
I
36,2 O
36,2
34,l
32,2
29,5
30,O
24,l
27,s
43,6
44,3
44,l
43,s
42,7
42,7
4?,3
42,O
41,2
43,4 O
44,O
44,2
44,l
43,8
43,O
42,9
42,4
42,O
41,2
Y
~.
.
37,2 O
37,8
35,O
32,O
28,8
30,O
26,2
26,2
36,7 O
37,O
34,6
32,l
29,1
30,O
25,l
27,O
Tabelle 2. Kupfer.
43,4 O
44,4
44,l
44,l
43,8
43,2
43,2
42,5
4%
T a b e l l e 1. Silber.
~
18,l
28,6
36,2
31,2
23,9
14,3
13,7
11,l
9,5
794
x
- ~-
1,25
1,93
3,09
4,32
4,74
7,12
7,61
1,oo
0,19
0,16
0,15
0,23
0,36
1,oo
1,39
2,06
2,98
4,34
'19
X
375
4,5
5,0
6,2
695
8,1
9,2
9,9
3,42
4,57
5,62
7,18
8,85
14,3
19,o
22,9
28,8
32,6
9)
84
78
76
78
750'0
82
98
98
98
I}
1)
82,9 o,'o
97,5
96,6
223
Optische Konstanten einiger Betalle im Ultrarot.
lieBen wir einen zweiten Spiegel herstellen. Dieser zeigt etwas
andere Werte - er w a r wahrscheinlich etwas dicker - als
der erste, die Kurven haben aber durchaus denselben Verlauf.
dar.
Die Fig. 6 stellt deli Verlauf von ij5 und
Fig. 6 . Kupfer (galvanisch).
In der Tabelle 3 sind die von uns beobachteten Werte
mit denjenigen VOQ Hrn. I n g e r s o l l verglichen.
T a b e l l e 3.
R
n (FGrst. u. FrBed.)
n (Ingersoll)
x
x
(FGrst. u. FrBed.)
(Ingersoll)
0,75
1,25
0,90
1,93
093
?,6
10
1
1,lO
1,32
3,OS
095
2,o
12
4,32
096
195
13
Von einer Ubereinstimmung kann keine Rede sein.
224
K. Porsterling
?I,.
K Preedericksz.
Es liegt nun nahe, zunachst eine zu geringe Dicke der
Cu-Schicht anzunehmen. Dagegen sprechen aber verschiedene
Griinde. C. S t a t e s c u hat galvanisch an Silber niedergeschlagene Cu-Scbichten untersucht.l) Mit wachsender Dicke
fhllt bei ihm der Haupteinfallswinkel und erreicht bei 0,6 p
Dicke fur Natriumlicht etwa 68'. Unsere Spiegel hatten etwa
68 O Haupteinfallswinkel. Ferner laBt sich angenahert theoretisch leicht ubersehen, in welche Richtung eine zu geringe
Dicke der Kupferschicht auf die Lage des Haupteinfallswinkels
und des Hauptazimuts wirken konnen. Nehmen wir die
Ingersollschen Werte als richtig an, so muBte dann der Haupteinfallswinkel zu klein, das Hauptazimut zu grop erscheinen.
Dasselhe Resultat ergibt sich, wenn man die Drudeschen
Konstanten fur Natriumlicht einsetzt. In der Tat verlaufen
auch die Beobachtungen von C. St a t e s c u bei verschiedener
Schichtdicke in dieser Weise.
Da die Beobachtungen an auf Silber galvanisch niedergeschlagenen Kupferspiegeln mit anderen sonst bekannten
Beobachtungen nicht ubereinstimmten, so untersuchten wir
schlieBlich noch einen dritten Cu-Spiegel, der durch Kathodenzerstaubung hergestellt war. Dieser Spiegel zeigte im Na-Licht
ziemlich genau die I> r u d e schen Werte.
Es ergab sich fur i= 589
@ = '7lU30', q = 38' 10'
und P. D r u d e gibt an
= 71' 38', q = 38' 57'.
Dieser Spiegel ergab uns auch vollkommen andere Werte, die
mit H a g e n und R u b e n s und Ingersollschen Werten schon
wesentlich besser ubereinstimmen (Tab. 4).
Die Beobachtungen sind graphisch in der Fig. 7 dargestellt.
3. G o l d .
Gold war auf einem Sil berspiegel galvanisch a) niedergeschlagen worden. Der Ypiegel war durch die Firma R. W i n k e l
bezogen.
1) C. S t a t e s c u , Ann. d. Phys. 33. p. 1032. 1910.
2) Es gelang uns nicht, durch Zerstaubung einen hinreichend dicken
Goldspiegel zu erhalten, da eolche stets abblatterten.
87
87 30'
88
88 15'
85
86
86 30'
87
87 30'
88
77O
1
,1
I
1
3,11
3,49
4,08
3,59
4,lO
4,91
2,11
3,02
3,20
0,75
1,Ol
1,23
1,53
1,80
2,41
3,08
3,29
3,59
4,30
,
1,27
1,53
1,77
2,28
3,05
3,25
3,59
4,20
1,03
42,5
43,O
43,3
42,7
43,O
43,O
43,O
43,O
42,5
41,8
42,O
43,O
43)5
43,3
43,2
43,8
43,9
43,7
43,s
43,9
44 ?
'
1
TI
41,7 '
___
45,O
45,O
44,O'
44,s
44,8
45,O
45,O
45,O
45,O
44,3
44,6
42,5
43,6
43,O
~
I
I!
1
~
1
,I
43,3'
43,9
44,O
43,9
44,O
44,O
43,7
43,8
43,8
43,4
43,4
42,8
4 3,5
43,l
I
18,O
18,O
18,O
26,O
28,6
26,O
28,6
28,6
22,O
23,6
23,6
995
998
13,O
19,l
15,l
13,O
16,8
15,9
15,l
13,6
11,9
0,28
0,2 1
0,25
0,36
0,40
0,50
0,73
0,80
0,96
1,60
1,83
0,53
0,73
0,68
0,90
1,OS
1,39
1,92
2,98
0,W
0,43
0,43
n,
5,1
574
791
9,4
11,4
14,3
16,5
18,9
22,6
25,8
33,O
492
596
7,1
8,O
975
11,4
14,G
16,4
18,9
22,8
2S,4
-~
?L x
-
98,6
99,O
99,0
99,2
99,2
9877
98,4
9877
98'0
98,2
9770
97,8
92 'iO
94,5
95,5
95,6
1
Ij)
I}
96,7
97,8
97,9
97,3
9771
95,5
93,8
9071 " 0
226
K. Porsterling u. Y , Freedericksz.
Fur Natriumlicht erhielten wir sehr nahe die Drud eschen
Werte. Am Schlusse der Beobachtungen hatte sich die Oberflache sehr wenig geandert; Tab. 5 zeigt die Resultate.
Die Fig. 8 gibt den Verlauf von rj3 und $.
1
z
3
4
5
p
Fig. 8. Gold (galvanisch).
4. Platin.
Der Platinspiegel wurde durch Kathodenzerstauben erhalten. An den Riindern war er etwas dunner als in der
Mitte.
I m Natriumlicht erhielten wir
rj3 = 77' 0',
= 30° 3'.
Bei P. D r u d e und W. Meier') b d e t man dagegen bzw.
cj5 = 78' 30',
= 77' 36',
3 = 32' 35',
3 = 27' 20'.
1; W -Erleier, Diss. Giittingen 1909; Ann. d. Phys. 31. p. 1017. 1910.
Optische Konstanten einiger Metalle im Ultrarot.
22 I
So zeigt unser Spiegel keine grQ0eren Abweichungen von den
Drudeschen Werten als der von W. Meier.
Die Resultate sind in Tab. 6 gegeben.
Es ist vielleicht nicht ohne Interesse, zu erwahnen, da6
Hagen und Rubens') fur il = 1,2, n = 4,5 ausrechneten, was
mit unseren Beobachtungen ubereinstimmt.
Fig. 10. Iridium.
5. Iridium.
Der letzte von den untersuchten Spiegeln, Iridium, wurde
auch durch Zersvauben hergestellt. Die Oberflache war tadellos
und gleichmaI3ig dick (vgl. Tab. 7).
Im Na-Licht fanden wir
9,
= 78O,
3 = 26'.
Die Fig. 10 gibt den Verlauf von (p und I$ Man sieht,
da6
und ji3 den ahnlichen Verlauf haben wie bei Platin.
1) E. Hagen u. H. R u b e n s , Ann. d. Phya. 8. p.454. 1902.
30
30
30
30'
81 O
83
84
85
86
87
82
84
84
85
85
86
86
87
87
800
1,66
2,65
3,24
4,71
0,84
1,15
1,94
2,64
3,24
3,58
4,60
0,71
0,98
1,53
0,88
1,16
1,48
2,89
3,48
4,50
4
5,5?
4,7 1
1,Ol
1,51
1,74
2,01
2,62
3,29
__._
0,86
1,16
1,57
2,17
3,36
4,60
i
29,6
29,O
29,s
39,7
28,3
27,O
25,8
24,O
28,6'
28,6
28,8
28,O
26,2
26,O
q 2
Tabelle 7.
V'r
28,s
28,4
27,l
29,O
29,8
i
~
29,2O
29,l
28,5
27,5
26,O
25,O
9
Iridium.
29,2
28,7
3O,2
_ _ _ _ _ _ ~ _ ~ _ _ _
Tabelle 6. PZatin.
x
1,63
1,61
1,54
1,43
1,28
1,19
1,62
1,56
1,41
1,65
1,83
1,76
__-~
n
3,28
4,26
5,16
6,55
8,80
12,28
7,50
8,82
10,9
5,93
3,42
4,7 1
12
j
5,35
6,86
7,96
9,36
11,28
14,61
39
15,5
nx
86
88
83
77 Olio
81
13,5
12,2
98
6,3
8,3
83,5
87,5
79,0
82,0
7 115 " 0
77,5
M
91
80
88
70,4°/0
76
Uptische Konstanten einiger MetaEle im Ultrarot.
229
Theoretisches.
Versuchen wir nunmehr, unsere Resultate mit der Theorie
zu vergleichen. Unter der Annahme, dab die Dielektrizitatskonstante neben der Leitfahigkeit keine Rolle spielt , gilt die
Beziehung :
x = 1, n = faz.
Daraus wiirde in der D r ud e schen Annaherung , welche hier
wegen des gro6en n sehr gut erfiillt ist, folgen:
t g 2 q = 1 und
1
n = -sin@tgqp,
d. h.
v2
jj = 22,5O.
Man sieht sogleich, daB die erste- Relation bei Silber,
Gold und zerstaubtem Kupfer auch nicht anniiherungsweise
erfiillt ist. Man wird daher versuchen, ob die durch die
Elektronentheorie erweiterte Maxwell sche Theorie imstande
ist, die Beobachtungen darzustellen. Die Gleichungen sind
von P. D r u d e entwickelt worden und enthalten zwei Parameter A‘ und C , wenn man im Metal1 nur Leitungselektronen
annimmt. Sie sind
Nun ist bei allen unseren Beobachtungen n2(1 - xz) groB
neben 1. Wir konnen daher fur die zweite Relation schre;ben:
1st ii klein neben A’, so geht die letztere Formel iiber in:
tgq =
?*C.
Aus unseren Kurven haben wir il’ und C gemal3 dieser
Gleichungen nach der Methode die kleinsten Quadrate berechnet. Es finden sich die folgenden Werte:
K. Forsterling
2 30
Silber .
Gold. .
Platin .
Kupfer .
Iridium .
u.
P. Prdcdericksz.
C
I’
. .
. .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
50
17,6
37
1,6
25
0,83
44
49
27
100
Offenbar ist der mogliche Fehler von C = tg2@ bei den hohen
Werten von sp sehr grob
Setzt man ruckwarts die gefundenen Werte von il’ und C
in die Gleichungen ein und berechnet $5 und q , so ergeben
sich die Werte in Tab. 8.
T a b e l l e 8.
__
_ ~ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _
Silber
Gold
bcob. ber. beob. bcr.
1
1
Kupfer
Pletiu
Iridium
beob. ber. beob. ber. beob. ber.
F
1
1
1
9
F
F
Bei 1 y ist die Ubereinstimmung noch meist schlecht,
flatin und Kupfer auch bei 2 p noch nicht besonders gut,
dann aber befriedigend und die Abweichungen hier liegen bei
weitem innerhalb der Fehlergrenze.
Far sehr lange Wellen, wenn il groB neben il’ist, sind
2n2x= CXL, n2(1-%~)=-Cil’~.
Da offenbar
1 - xe
lim -__ = 0
I=oo
xB
23 1
Uptivche Konstanten einiger Metalle im Ultrarot.
ist, so mu6 x nahezu 1 sein. Wir erhalten also:
x = 1 , 2 n 2 = C?,'il
und kommen auf die Maxwellsche Relation, wenn wir
2"=
C1'
0
setzen, wie e8 auch der D r u deschen Theorie der Elektrizitatsleitung entspricht. Berechnen wir D aus dem beobachteten C
und X, so erhalten wir folgende Tabelle:
u (berechnet)
IJ
(sol1 sein)
I/
Silber
1
1
1,,4
5,7
1
Gold
23
4,2
I Kupfer 1
1
i:: 1
Platin
0,12
0,85
I Iridium
1
0,13
1,'l
Wie man sieht, stimmen die LeitfAhigkeiten gar nicht
iiberein. Die aus den Polarisationsbeobachtungen berechneten
sind immer zu klein. Das fand auch W. Meier, als er il'
und C aus den Dispersionskurven von n und x im Ultraviolett
und sichtbaren Gebiet berechnet hatte. Da wir galvanisch
niedergeschlagene oder zerstaubte Schichten hatte, so kiinnten
diese etwa infolge kleiner Diskontinuitaten zwischen den kleinsten niedergeschlagenen Teilchen allerdings eine kleinere Leitfahigkeit gehabt haben, als massive Metalle. Ferner ist j a
C = t g 2 q nur ungenau aus den Beobachtungen berechenbar.
Wahrscheinlich aber ist auch die D r u desche molekulare
Theorie noch nicht so vollstandig, daB sie eine Extrapolation
auf il=m erlaubt.
Das Reflexionsvermogen ist in Annaherung gegeben durch:
Wenn il klein neben 1' ist, folgt:
Wenn I, so gro6 neben X, da6 1' neben il selbst fortbleibt:
n
232
K. Piirsterltiig u. 7'. Pre'edericksz. Optische Konstanten usw.
Wenn 2, = X I 2 ist, so gibt offenbar die Formel (1) - sie gilt
in roher Naherung, da 118 neben 1 weg bleibt - denselben
Wert fur 1 - R , nie (2). Dies trifft nun bei Cu zu, und fur
1 = 12 ,u fuhren die Formeln (1) und (2) zu demselben R.
Hier und wohl auch bei Silber ist bei der doch nicht grogen
Genauigkeit, mit der 1 - R megbar ist, wohl keine Entscheidung zwischen der Max wellschen und der Elektronentheorie in dem Gebiete bis 1 2 p aus den H a g e n und R u b e n s schen Beobachtungen zu fallen. Bei Platin ist Y = 1,6. Hier
ist schon fur relativ kleine A die Relation
l-R=-
2
rn
erfullt und beide Theorien ergeben denselben Wert des
Reflexionsvermogens. Eine grogere Abweichung ware bei Gold
zu erwarten, aber nach der anderen Richtung, als sie bei
H a g e n und R u b e n s von dem berechneten Wert sich findet.
Die meisten in der vorliegenden Arbeit verwandten Apparate
waren aus Mitteln beschafft, welche auf Antrag von Hrn. Prof.
Voigt dem hiesigen Institut von der Giittinger Vereinigung
zur Bearbeitung einiger Probleme aus dem Gebiete der Warmestrahlen zur Verfugung gestellt waren.
G o t t i n g e n , Physik. Inst., Math. Abt., 20. Oktober 1912.
(Eingegangen 23. Oktober 1912.)
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