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Die Strahlung der Quecksilberbogenlampe.

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834
6. D i e Str ct h lior y der Queclcsil b erb ogezt,lamp e;
v o n L. G r e b e .
Die Gasstrahlung scheint in vielen Fallen wesentliche
Unterschiede gegeniiber der Strahlung fester und fliissiger
Korper zu zeigen. Vor allem scheint die Energieverteilung
im Spektrum von Gasen, die durch chemische oder elektrische
Vorgange zum Leuchten erregt werden, ganz andern Qesetzen
zu folgen, wie bei festen und tliissigen Korpern, die durch
Temperaturerhohung zur Lichtemission gebracht werden. Wollte
man gleich starke Emissionen bei diesen erhalten, wie sie etwa
die Funken- und Bogenspektra der Metalle im Ultraviolett
liefern, so miifhe man gani ungeheure Temperaturen anwenden.
Solche hohen Temperaturen sind aber weder in1 Funken, noch
im Bogen jemals gemessen wordeu.
Andererseits zeigen nun aber die Emissionen der Gase
auch wieder manche Ahnlichkeit mit der Strahlung fester und
fliissiger Korper, oder was dasselbe ist, mit der des absolut
schwarzen Korpers, auf die sich jene imrner zuriickfiihren 1aBt.
Hier wie dort gilt wenigstens qualitativ das Kirchhoffsche
Gesetz, insofern leuchtende Oase und Dampfe da auch Absorption zeigen, wo sie emittieren. Eine weitere Ahnlichkeit
zwischen der Gasemission und der schwarzen Strahlung ist
kiirzlich von P f l i i g e r l) aufgezeigt uud vom Verfasser8) bestatigt
worden. Es wurde gezeigt, da6 in der Quecksilberbogenlampe
bei einer einzelnen Linienserie die Intensitat fur die verschiedenen Wellenlangen auf einer der Emissionskurve des
schwarzen Korpers ahnlichen Kurve verlauft, und daB mit
zunehinender Belastung der Lampe, was nach Versuchen von
K u c h und R e t s c h i n s k y 3 ) einer Temperaturzunahme gleich
1) A. P f l i i g e r , Ann. d. Phyeik. 26. p. 789ff. 1908.
2) L. G r e b e , Physik. Zeitschr. 11. p. 1121-1122. 1903.
3) R. K i i c h u. T. R e t s c h i n s k y , Ann. d. Physik. 22. p. 595ff. 1907.
Strahluny der Quecksilberboyealarn~~e.
835
kommt, die Intensifat der kurzeren Wellen schneller wachst,
als die der liingeren. Es ergaben sich allerdings fur die verschiedenen Serien ganz verschiedene Energiekurren; wenn wir
einmal fiir den Augenblick annehmen, da8 die Gasstrahlung
mit der Temperaturstrahlung des schwarzen Korpers iden tisch
ist, so wurde das heiben, da6 sich die Emissionszentren der
einzelnen Serien .auf ganz verschiedener Temperatur hefanden.
Die folgenden Zeilen sollen einen weiteren Beitrsg zu der
Frage liefern, ob es moglich ist, die Lumiiieszensstrahlung
mit der Temperaturstrahlung zu identifizieren. Haben wir
wirklich in einem leuchtenden Gase Teilchen wesentlich verschiedener Temperatur , so wird auch die Emission dieser
Teilchen eine wesentlich verschiedene sein. Wir wollen uns
iiber die Lichtemission etwa folgeudes Bild machen:
Auf gro5eren Teilchen, Atomen oder Molekiilen, befinden
sich Elektronen, deren Schwingungsenergie die Strahlung liefert.
Die kleineren von diesen Atomen oder Molelriilen haben infolge
des im Gase herrschenden Temperaturgleichgewichts die gr o6eren
Geschwindigkeiten und werden daher mehr Zusammenstoben
ausgesetzt sein. Dadurch wird die innere Konstitutian dieser
kleineren Teilchen mehr Storungen erfahren, als die der grol3eren;
es wird also die Energie, die zur Rewegung von Teilen des
Systems, in diesem Falle also der Elektronen die mit dern
Teilchen verbunden sind, verwendet wird, griiBer sein. Modifizieren wir den ublichen Temperaturbegriff etwas und lassen
die Temperatur eines l'eilchens, von der zu sprechen j a eigentlich keinen Sinii hat, durch die Energie der an das Teilchen
gebundenen Elektronen bestimmt sein, so haben wir in unserm
mechanischen Bilde des Vorgangs die Moglichkeit wesentlich
verschiedener Temperaturen fur die einzelnen Emissionszentren
festgestellt.
Wenn wir uns etwa in der Art dieses Bildes den Emissionsvorgang denken, so haben wir zwei Moglichkeiten , eine
Ubereinstimmung zwischen der Gasstrahlung und der schwarzen
Strahlung festzustellen. Wir konnen einmal die Strahlung
betrachten, die von Teilchen gleicher Temperatur herriihrt und
die Energieverteilung fur die verschiedenen WellenlBngen untersuchen, indem wir fur jede dieser WellenlBngen die Emission
und die Absorption messen und das Verhaltnis von E / A fest-
836
L. Grebe.
stellen. Dabei miiBte sich dann die fur den schwarzen Korper
geltende Isotherme ergeben. Das setzt voraus, daB man eine
geniigende Anzahl von Wellenlangen hat, die sicher von demselben Emissionszentren stammen. Bei Serienlinien ist das
aber der Fall und so ist in den Arbeiten von P f l u g e r und
mir (1. c.) die Frage angegriflen worden.
Der zweite Weg ist der, daB man eine einzige WellenIange bei verschiedener Temperatur betrachtet. Es entsteht
dabei zunachst die Schwierigkeit, die Temperatur der einzelnen
Teilchen meBbar zu andern. Bei dem Bilde, das wir uns oben
machten , wird aber die Temperatur der einzelnen Teilchen
proportional der Gesamttemperatur des Gases wachsen. Diese
Gesamttempemtur ist nun , wie oben schon erwiihnt wurde,
von Kiich und R e t s c h i n s k y (1. c.) fur die Quecksilberbogenlainpe gernessen worden, wobei sich ergab, daf3 bei ungefahr
konstanter Stromstarke die Temperatur in der Mitte des Leuchtfaclens proportional der Spannung , also auch der Belastung
der L a m p in Watt wachst. Es konnte also einfach fur die
Beantwortung der Frage die Intensitiitsanderung einer beliebigen
Linie mit steigender Wattbelastung der Lampe bei angenahert
konstant gehaltener Stromstarke untersucht werden. Wurde
dann gleichzeitig die Absorption der Lampe an derselben
Stelle gemessen, so konnte die sich ergebende Funktion direkt
mit derjenigen des absolut schwarzen Kiirpers verglichen werden.
Die Versuche sollten zuerst mit Thermosaule und Galvanometer ausgefuhrt werden. Es war dabei zwax mit Leichtigkeit
die Emission einer Lampe zu messen, aber es erwies sich als
nicht angangig , die Absorption mit geniigender Genauigkeit
zu ermitteln, da die Lampe, deren Absorption durch eine
andere gemessen werden sollte , naturgema6 weiter vom Spalt
entfernt sein mu6te als die Lampe, deren Emission allein gemessen wurde. Die hintere Lampe war dann in ihrer Wirkung
zu schwach, die Fehler infolgedessen zu grol3.
Es wurde daher vorlaufig auf die Messungen an ultravioletten Linien verzichtet und photometrisch gearbeitet.
Die Versuchsanordnung war demnach folgende:
Durch eine Linse 1; (Fig. 1) wurde das Bild einer Quarzquecksilberlampe &, der Deutschen Quarzlampengesellschaft
(normal 220 Volt 3,5 Amp.) auf clem Leuchtfaden einer zweiten
Strahluiig der Quecksilber6ogenlampe.
837
Quarzquecksilberlampe Q2 der Firma Heraeus, die in der Mitte
mit planparallelen Wanden versehen war, entworfen. Damit
das Licht von Q1 wirklich durch den Leuchtfaden von Q2 hindurchgehen mubte, war vor diesem eine rechteckige Offnung Sl
von 0,5 x 1 cm angebracht, die sich genau in der Mitte des
leuchtenden Teiles von Q2 befand. Das Licht beider Lampen
wurde dann gemeinsam durch eine zweite Linse L, auf den
Fig,1.
Spalt des Photometers geworfen. Durch eine Klappe K konnte
Q1 abgeschirmt werden.
Als Photometer diente ein Bracesches Instrument, das
infolge seiner grofien Linsen und seines grogen Prismas eine
sehr groBe Lichtstilrke hat. Als Vergleichslichtquelle diente
eine dritte Quarzquecksilberlampe. Bei allen drei Lampen
wurde der Stromverbrauch und die Klemmenspannung durch
S i e m enssche Prazisionsinstrumente genau gemessen. Die Vergleichslampe und die Lampe Q1 wurden konstant gehalten ;
der Verbrauch der Lampe Qa wurde wahrend des Versuchs
mit Hilfe eines Regulierwiderstandes verandert.
Gearbeitet wurde in der Weise, dafi immer zuerst die
Intensitat der vorderen Lampe Q2 allein, dann nach Offnung
der Klappe K die Intensitat beider Lampen gemessen wurde.
SchlieBlich wurde naoh Ausschaltung der Lampe Q2 die Intensitat von Q1 allein bestimmt. Jede einzelne Messung jst das
Mittel von 3 bis 7 unabhangigen Einstellungen.
Was die Belastung der Lampen angeht, so wurde darauf
geachtet, daB die Stromstarke in nicht zu weiten Grenzen,
hochstens urn 0,5 Amp. schwankte. Mit den Messungen wurde
immer so lange gewartet, bis die Lampen vollstandig konstant
brannten.
In der folgenden Tabelle sind die Versuchsresultate mitgeteilt.
L. Grebe.
838
I. Griine Hg-Linie A = 546pp.
--
Watt
Vordere
Lampe
Beide
Lampen
Hintere
Lampe
Lbsorption
~
116
145
198
222
229
312
324
405
420
459
465
517
&,2
216
376
472
4i5
8,s
8,O
13,6
14,s
16,7
17,O
209
5,s
694
699
7,s
679
10,6
10,5
14,6
15,6
17,3
17,3
20,4
5,9
0,396
0,362
0,446
0,395
0,489
0,642
0,574
0,831
0,872
0,897
0,977
0,947
5,6
7 72
891
10,6
9,2
13,2
14,0
16,3
17,0
18,6
17,5
21,3
11. Blaue Hg-Linie A = 436 pp,
118
130
156
174
193
229
258
316
364
408
456
538
771
499
78
5,3
870
612
8,7
7.4
ll,o
993
14,l
11,3
0,306
0,345
0,264
0,418
0,306
0,400
0,431
0,561
0,665
0,762
0,777
0,781
698
428
9,5
694
98
972
10,1
11,3
12,9
13,3
16,1
16.4
In Figg. 2 und 3 sind diese Resultate graphisch dargestellt.
Man sieht, daS die Kurven fur E / A ungefahr gerade Linien
sind. Im Anfang der Kurven scheinen die Abweichungen
ziemlich grofl; wenn man aber in Betracht zieht, da6 die
Beobachtungsfehler ziemlich grog werden
bei den Anfangswerten macht ein Ablesefehler von 1/500 Schraubengang des
MeSspaltes am Photometer einen Fehler von 15 Proz. in E I A
aus - so ist die Ubereinstimrnung eine auBerordentlich gute.
Wenn nun die eingangs angestellten Uberlegungen richtig
sind, so bedeuten diese geraden Linien, dafl die Zunahme der
-
839
Strahltmg der Quecksilberbogenlampr.
Intensitat einer einzelnen Wellenlange proportional der Temperaturzunahme ist,. Das wiirde aber eine Ubereinstimmung
der Strahlung mit dem Rayleighschen Strahlungsgesetz fur
IUO
iiu
200
250
3O:r
3511
4uIi
450
;uu
j5U
Fig. 2. Grune Hg-Linie E / A fur 1.00-520 Watt.
den schwarzen Korper sein. Von vorne herein sollte man bei
so kurzen Wellen, wenn iiberhaupt die Anwendung der Gesetze der schwarzen Strahlung gestattet ist, die Giiltigkeit des
20
18
I6
il
I2
10
8
6
4
2
I
IjU
200
250
300
3511
,IOii
150
500
550
Fig. 3. Blaue Hg-Linie E / A fur 100-540 Watt.
Wienschen Strahlungsgesetzes erwarten. Dann miibten die
Logarithmen der Intensitaten in der Abhangigkeit von den
reziproken Werten der Temperatur eine gerade Linie ergeben.
Fig. 4 zeigt, da6 davon keine Rede ist.
Das Rayleighsche Strahlungsgesetz gilt nun bekanntlich
fur groBe Werte von I . 1'. MiBt man die h in p, so mu6 I . T
jedenfalls gro6er als 3000 sein. In der Tat hat das Gesetz
fur groBe h vielfach Bestatigung gefunden. Hier haben wir
840
Strahlung der Quecksilberbogenlampe.
I/. Grebe.
es mit sehr kurzen Wellen zu tun. Sol1 also die Ubereinstimmung mit den Gesetzen der schwarzen Strahlung gelten,
so mu8 T hier sehr groBe Werte haben. Das stimmt aber
I
T
- .-
1.1
IJJ
U8
1
o.oo1
002
003
o.004
0.00;
OUOb
o.007
0.008
o.ooz 2
wan
Fig. 4. Logarithmische Isochromate der griinen Hg-Linie.
mit den zu Beginn entwickelten Anschauungen' uber die Temperatur lumineszierender Teilchen vollkommen uberein. Die
Temperatur mu8 hier Werte von uber 1000Oo haben.
Wir haben also hier wieder einen Fall, W D wir die qualitative nbereinstimmung der Gesetze fur Temperaturstrahlung
und Lumineszenz erkennen konnen, wo diese Ubereinstimmung
sogar eine gewisse quantitative Bestatigung erfahrt.
Der Firma H e r a e u s sei fur die Uberlaseung der Quecksilberlampen wiederholt der Dank des Verfasvers ausgesprochen.
Bonn, im September 1911.
(Eingegangen 21. September 1911.)
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