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Die thermoelectrische Stellung und das electrische Leitungsvermgen des Stahls in ihrer Abhngigkeit von der Hrtung.

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C Barus.
383
11. D i e thewnoelectrisehe Stellung und das
electrisehe LeitungsverrnBgerz des Stahls in ilirer
AbhiingigJireit uorz d e r HtWtu,n,g;v o n C a r l B a r t r s
aus Cirzcinnati.
(Der physik. medicin. Gesellschaft zu Wurzburg am 18. Januar 1879
im Auszuge mitgetheilt.)
~
I. E i n l e i t u n g .
Behufs weiterer Bestimmung der Beziehungen zwischen
Harte, Gestalt und Magnetismus eines Stahlstabes wnrde die
vorliegende Arbeit auf Veranlassung von Him. Prof. K oh1 r a u s c h ausgefuhrt. Das Studium der neueren Literatur.
z. B. der Beobachtungen von R u t h s l ) , R o w l a n d 2 ) , G a u ga i n3) , F r o m m e 4 ) , Tri.ve und D u r a s s i e r 5 ) , G r a y 6 ) ,
zeigt deutlich, dass der Hartezustand eines Stabes einen
grossen und scheinbar verwickelten Einfluss auf seinen
Magnetismus ausubt. 7 .
I m Eolgenden erlaube ich mir, die Resultate von zahlreichen Versuchen mitzutheilen, durch die ich mittelst der
Messung der thermoelectromotorischen Kriifte und des
Leitungswiderstandes versuchte die Har te eines Stahlstabes auf ein Maass zuriickzufiihren.
Um den Einfluss der S t r u c t u r miiglichst zu eliminiren,
wurden die Hauptversuche mit d iin n en (0,678 mm Durchmesser) Staben angestellt. Als Material dienten die im
Handel unter dem Namen ,,englischer Stahldraht" vorkommenden Stahlsorten.
)
1) Inaugural-Dissertation p. 31. Darmstadt 1874.
2) Phil. Mag. (4) L. p. 361. 1875.
3) Comp. Rend. LXXXII. p. 145. 1676.
4) Gott. Kachr. p. 157 E. Kr. 7. 1876.
5) Ann. de Chim. et P h p . (5) V. 11. 266. 1875.
6) Phil. Nag. (5) VI. p. 321-323. 1878.
7 ) Vgl. auch die nlethode von v. W a l t e n h o f e n , die Harte durch
die magnetische Anziehung zu bestimmen. Dingl. Journ. CCYVII.
p. 357, 1876.
384
C! Bnms.
11. A p p a r a t z u r H a r t u n g v o n d u n n e n S t a h l s t a b e n .
Die schwierige Aufgabe, einem langen diinnen Stahlstabe eine iiber seine ganze LBnge gleichmassige HSirte
zu ertheilen, lisst sich dnrch folgenden einfachen Apparat
losen.
I n eine 200 mm lange, 8 mm meite Glasrohre wurden
in einem Abstancle von 80 nim von dern einen Ende zwei
diametral gegeniiberstehende Liicher a a (Taf. I11 Fig. 1)
von etwn 3 mm Durchmesser gebohrt; dieser Theil der
Rohre wurde mit einem Korke A umgeben, welcher senkrecht zur Axe der Rohre in der Richtung der Loclier a a
durchbohrt war. Die Rohre ist unten mit einem Schlauche C
versehen uncl wird in einein Stative befestigt. Das eine
Ende des z u hartenden Drahtes wurde urn einen genau
in die Durchbohrung b n u b passenden Nessingstab b h umgewickelt, so zwar, class es sich leicht anf demselben verschieben liess. Das so gebogene Drahtende wurde alsdann
in die Rohre von oben hineingesteckt und anten durch
den durch die Durchbohrung b a a 6 und die Spirale
gesteckten Messingstab befestigt. Das obere Drahtende
wird bei d um die aus dickem Messingdrahte gefertigte,
parallelepipedische Feder K d gewickelt. Letztere war an
der an den1 zweiten h rn ie des Stativs angebrachten
Klemmschraube befestigt. Durch Richtung der Stativarine konnte man den Draht hinreichencl genau in die
Axe der Rollre bringen and ihni niittelst der Feder K d
eine beliebige Spannung ertheilen. Zum Gliihen diente
ein kriiftiger, dnrch y und h geleiteter galvanischer Strom.
Um die Oxydation des Drahtes wahrend des Gliihens zu
verhindern, liess man durch den Schlauch C einen hinlanglich raschen, trockenen Kohlensaiurestrom l) dnrch die
Rohre passiren.
1) Bei feiichteln C02-Strome zeigt sich an der Niinduug deq
Xohres eine kleine Wasserstofl'flamme, welche ihre Entstehung der
Dissociation des Wassers dorch den gliihenden Draht, linter Bindung
des Sauerstoffs, verdnnlrt.
C! Bariis.
385
Hatte der Draht die gehorige Gliihhitze erreicht, so
wurcle der Schlauch C mit dem Finger zugekniffen, die
Verbindung mit dem Kohlensaureapparate geliist und dafur
mit der Wasserleitung hergestellt. Man unterbrach nun
den Strom und iiffnete gl e i c hz e i t i g den Wasserhahn.
Das durch die Rohre heraufstiirzende Wasser ertheilte
dem Drahte die gewiinschte Harte. Vor jedem Versuche
wurde die Rohre durch einen warmen Luftstrom gut ausgetrocknet.
Mittelst dieser Vorrichtung kann man dnrch verschieden starke Strome dem Drahte. eine innerhalb gewisser Grenzen liegende Harte zu ertheilen; da die Drahte
durch die Fecler tllK gespannt erhalten bleiben, da ferner
die Hartung in einer gleichmiissigen Weise vor sich geht,
so bleiben dieselben nach cler HBrtung g e r a d e . Die sehr
geringe Oxydation des Stahls kann nur der nicht zu vermeidenden Wirkung des Wassers zngeschrieben werden.
Hingegen lksst sich der Apparat nur bei diinnenz Stahldrahte anwenden, und miiglicherweise kiinnte der im Drahte
entstehende Circularmagnetismus I) auf spatere Versuche
einen Einfluss ausiiben. Da aber der electrische Strom
immer v o r dem Wasserhahne geoffnet mird, wird letzterer
Einwand beseitigt. Ich beobwhtete bei jedem Versuche
die Strecke des gleichmassigen Gliihens und brach den
iibrigen Theil des Drahtes nachher ab.
111. N e t h o d e n z u r B e s t i m m u n g d e r H a r t e .
Soviel mir bekannt, ist die thermoelectrische Stellung
and der Leitnngsmiderstand des Stahls als Maass seiner
Harte noch nicht benutzt worden. Ich habe deshalb diese
beiden Eigenschaften in ihrer Abhangigkeit von der Hiirte
nncl voneinander einer genauern Priifung unterworfen.
~-~
1) Sehr gnt liesse sich der Apparat roraussichtlich zur Anfertigung
intensiv-transversal oder longitudinal magnetischer Stabe gebranchen,
indem man entrveder ohne Stromunterbrechung nbloscht oder die Rohre
mit einer Spirale umgibt, durch melche vahrend des Abloschens ein
starker electrischer Strom fliesd.
Ann. d. Php. 11 C h e a N. F. VII.
25
~
386
C. Barus.
a) H a r t e u n d t h e r m o e l e c t r i s c h e S t e l l u n g d e s
S t a h l s . Verbindet man einen harten (durch A b l o s c h e n
geharteten) mit einem weichen Stablstabe zu einem Thermoelemente, so entsteht ein Stronl, welcher an der heissern
Stelle vom h a r t e n zu m w e i c h e n M e t a l l e g e h t , und
dessen electromotorische Kraft bei eineni und demselben
Elemente mit der Temperaturdifferenz der Lothstellen.
bei verschiedenen Elementen mit der Temperaturdifferenz
und dem H a r t e u n t e r s c h i e d e der Stnhlstabe s t e t i g
wachst.l)
Versuche uber Thermoelectricifat und Harte verdankt man hauptsachlich M a g n u s %), T h o m s o n 3, und
M o u s s o n. 4, M a g n u s , welcher seine Versuche auf Drahte.
die durch den Drahtzug gehartet wurden, beschrankte. fand
im allgemeinen eine Stromrichtung, welche der oben angegebenen entgegengesetzt ist. Ich glaube aber unten beweisen zu k6nnen5), dass die Hiirtung, welche man einem
Stahlstabe durch Drahtzug mittheilen kann, Ton derjenigen,
welche man durch Abloschen erzielt. wesentlich verschieden
isL6) Dagegen stimmt die von W. Tlio m s o n angegebene
Stromrichtung fiir Stahl oder Eisenstabe, welche man durch
Abloschen hartete, mit der meinigen uberein. Die verschiedensteii Stahlsorten lieferten immer dasselbe Resultat.
Nach F. K o h l r a u s c h ' ) kann man die zum Gebiete
der Thermoelectricitat gehiirigen Erscheinungen durch die
Annahme erklaren, dass der WSirmestrom einen zu ihm
in bestimmtem Verhaltniss stehenden Electricitatsstrom
1) Hierbei ist die Temperatur der kaltern Lothstelle als der
W d l nahe vorausgesetzt. Die der heissern Lothstelle darf 1000 nicht
iibersteigen, weil sonst eine Aenderuug des Hartezustandes schon zu
hefurchteu wSre. (Vgl. VII. g. p. 410.)
2) Pogg. Ann. LXXXIII. p. 486. 1851.
3) Phil. Trans. 111. 11. 709-727.
1856.
4) Mittheilungen der naturf. Gesellschaft, Zurich I. p. 113.
5 ) Vgl. VII. c. p. 406.
6) Nach Mo nsson zeigt der Leitungswiderstand des Stahls ein
ihnliches Verhalteu. (Vgl. VIII. d. p. 412, die Anmerkung 2).
7) Pogg. Ann. CLVI. 11. 601. 1875.
C. Barus.
mit sich fuhrt.
drucke:
387
Er gelangt dadurch zu folgendem AusE,
=
(t?’-
wo Ez die in einem Elemente aus zwei verschiedenen
Rfetallen A und A” fur die Temperatur z der einen Lothstelle, (mahrend die andere 0 O bleibt) auftretende electromotorische Kraft , 8’ und 8” Constanten bedeuten.
Eierdurch lasst sich die durch den Versuch gegebene
electromotorische Kraft E, in zwei roneinander u n a h h ii n g i g e Glieder zerlegen , von welchen das erste
7Y’z (1
f ( z ) ) ausser von der Temperaturdifferenz nur
yon dem Metalle A’, das zweite if.”z(l +f(z)) nur von
dem Metalle A” abhangig ist.
Die durch die thermoelectrischen Eigenscllaften der
Metalle A’, A” bedingte Grijsse 9.‘ oder i?” andert sich
erfahrullgsgemass mit dem HBrtezustande der Metalle.
Man kann daher setzen:
8‘= 9,‘+ 8’.
a”= 8()“+8”.
+
wo 9,’und 8,“nur von der c h e m i s c h e n Katur der
Bletalle A’ und A” abhangige Constanten sind, 8‘ und 8“
liingegen mit der m e c h a n i s c h e n Beschaffenheit derselben variiren. So wird:
Sind nun A‘ und A zwei aus d e m s e l b e n Metalle
geschnittene Stabe, denen man jedoch rerschiedene HtirteD a fur den vorgrade mitgetheilt hat, so ist a,’=
liegenden speciellen Fall der eine Metslldraht (A”) ausgegliiht angewendet wird, so will ich annehmen, dass
Of‘= 0 sei. Setzt man dann noch:
E,
= O’t(1
+ f ( r ) ) oder E, = a t
+btz
mit geniigender Annaherung; wo also E, nur von A und z
nbhiingig ist, so folgt dauaus weiter:
25 *
388
(7.
Barus.
Diese Grasse, also den G r e n z w e r t h des Verhaltnisses der e l e c t r o m o t o r i s c h e n K r a f t e i n e s a u s
einem ansgegliihten u n d beliebig h a r t e n S t a h l s t a b e b e s t e h e n d e n T h e r m o e 1em e n t s z u r T e m p e r a t u r d i f f e r e n z , wenn diese gegen die Null convergirt nnd
die eine kgltere Lothstelle auf O o erhalten wird, nehme
ich als M a a s s d e r H a r t e des hartern Stabes an. Der
Kiirze halber will ich sie im Folgenden niit thermoelectrischer Harte ( T - E .H.) bezeichnen.
b) H a r t e u n d L e i t u n g s w i d e r s t a n c l d e s S t a h l s .
Der s p e c i f i s c h e W i d e r i ; t a n d d e s S t a h l s w a c h s t
m i t d e r H a r t e l ) s t e t i g an. Dem Obigen analog lasst
sich demnach der specifische Widerstand S eines beliebigen
Metallstuckes darstellen durch:
S = S o + JSO,
wo So eine von cler c h e m i s c h e n Natur des Metnlles abhangige Constante bedenten soll, AS, hingegen mit deimechanischen Beschaffenheit desselben variirt. Setzt man
fiir einen ausgegliihten Stab (Stahl) AS, = 0, so kann das
auf diese Weise fur einen beliebig harten Stab pracisirte
AS, als M a a s s d e r H a r t e desselben gelten.
Ueber den Einfluss der Strnctur anf den Widerstand
liegen von mehreren Beiten Versnche vor. Specie11 fiir
Stahl hat besonders M o u s s o n z, Beobachtungen angestellt. Neuerdings sind aucli von C h w o l son 3, Resultate
1-eroffentlicht worden. Die Angaben beider Physiker
stimmen untereinander und mit meinen Resultaten nicht
iiberein.
IV. B e s t i m m u n g d e r t h e r m o e l e r t r i s c h e u H x r t e .
Zur Bestimmung der therinoelectrischen Kraft bediente ich inich zuerst des genannten Ohm’schen Verfahrens. Spater jedoch zog ich es vor, wie R o h l r a u s c l i
~~~~
-
1) Durch Abloschen und Anlassen erzielt.
2) 3T.Denkschr. 6 . Schw. Geseltsch. XIV. (8) p. 1-90.
3) Ndl. phgs. de St. Petersbnrg X. p. 379. 1577.
1855.
C Barzis.
389
und A m m a n n I) die thermoelectromotorische Kraft zu
compensiren, um von der Polarisation durch Peltier’sche
W k m e unabhangig zu sein. Das Verfahren lasst sich
leicht aus der bekannten Bosscha’schen Methode mit einer
Vereinfachung fiir die Messung kleiner electromotorischer
Rrafte ableiten.
I n Taf. I11 Fig. 4 bezeichnet E die compensirende
Kette (1 Daniel1 = 11,7 Weber-Siemens angenommen), e die
zu bestimmende thermoelectromotorische Kraft, beide in
der Richtung der Pfeile tvirkend; C ist ein Weber’scher
Commutator, welcher als Doppelschlussel gebraucht wird,
G das Galvanoskop. Es sei der Widerstand des Zweiges
a 6 = x, der des Zweiges a E 6 = W k , wobei W den
(grossen) Widerstand eines eingeschalteten Bheostaten.
k den des iibrigen Theiles des Zweiges a E b (incl. E ) bedeuten soll. 1st der Strom im Galvanometer gleich 0: so
folgt:
r
X
+
1:’- WT+ k
+x
D a nun das Verhaltniss e : E , also nothwendiger
Weise aucli.9 und 3: (im Maximum = 10 S.-E.) gegen T P
(20000 S.-E.), sehr klein ist, so kann inan mit genugencler
Gennuigkeit setzen:
E
e=
x = const. x.
I n den Versuchen wurde der Zweig x clurch einen kleinen,
noch 0,l S. - E. angebenden Widerstandskasten dargestellt.
Ob der Strom im Galvanometer Null ist, lasst sich
am besten daraus erkennen, dass die Nadel beim Schliessen
und Oeffnen des Stromes in Ruhe bleibt. U m dies zu
ermoglichen, miissen die entgegengesetzten StrSme e und
Zweigstrom E simultan geschlossen werden. Z u diesein
Zmecke werden die Sapfchen 1 und 2 des Commutators
bis zum Rande xnit Quecksilber, die \-on 3 und 4 hingegen
nur bis zur Halfte gefiillt, es schliesst sich also zuerst der
-
-
1) Pogg. Ann. C’XLI. p. 489. 1870.
390
C. Bnrzis.
nicht durch G gehende Strom (EC, C, b a W E ) , wahrend
durch den im nachsten Augenblicke erfolgenden Schluss
C,C, die beiden Strome e und E simultan in Wirkung treten.
Auch die beim Schlusse des Daniell’ im Rheostaten
moglicherweise auftretenden Inductionsstrijme veranlassen
auf diese Weise keine StGrung.
D a die zu messenden Thermokriifte sammtlich sehr
klein waren, konnte man den grossen Widerstand W ungeandert lassen. Man richtete den Widerstand s so ein,
dass die Intensitat des Thermostromes die des Zweigstromeq
von E zunachst um ein Geringes iiberwog. Es nimmt nun
die electromotorische Kraft e mit T - t (Tcmperaturdifferenz der Lothstellen) ab, sodass bei sinkender Temperatur
( T )ein Augenblick eintritt, in melchem der Strom im Galvanometer auf Xu11 herabsinkt, und obige Formel Gultigkeit hat. Die Genanigkeit des Resultats hangt von der
Empfindlichkeit des Galvanoskops und cler Thermometer
ab, ausserclem von der Constanz der Kraft E.
Thermoelement. - Anstatt die thermoelectromotorische Kraft zwischen hartem und weichem Stahle direct
zu untersnchen, zog ich es vor, sammtliche Stabe rnit
eincm und dernselben Kupferdrahte zu vergleichen. Hierdnrch wird der Apparat im wesentlichen vereinfacht, und
viele praktischen Schwierigkeiten (Zerbrechen cler harten
Stabe, Rosten des weichen Stabes 11. s. w.) werden umgangen. Die Anordnung des Thermoelements zeigt Taf. III
Fig. 2 in verticalem Durchschnitte. Um die Enden des
Drahtes tluf 1-erschiedene Temperaturen zu bringen, dienten zwei doppelt tubulirte Glasballons von gegen 1 dcm
Durchmesser. Man stellte die Ballons auf schlechtleitende
Unterlagen so auf, dass die Tubuli A und R horizontal, die
beiden anderen vertical zu liegen kamen, versah erstere
mit durchbohrten Korken, in welche ein Glasstab c d
wasserdicht passte. Man konnte auf diese Weise die
Ballons belie big voneinander entfernen. Auf der einen
Seite des Glasstabes wurden die als Pole des Elements
dienenden iibersponnenen Kupferdrahte If und yli ein fur
C! Bnrus.
39 1
allemal eingekittet, auf der andern fiihrte man rorher den
zu nntersuchenden Stahlstab s s durch passende Locher
ein. Die freigelassenen Enden der Kupferdrahte wurden
mittelst flacher Klemmschrauben mit den Enden des Stahlstabes verbunden. Die Ballons wurden mit destillirtem
Wasser bei T,resp. t, wobei t mit der Zimmertemperatur
nahezu zusammenfiel, gefiillt. Man las die Thermometer mit
dem Fernrohr ab, und zwar das sich wenig reriindernde t
zuerst, dann (wenn der Strom in G gleich 0) T , alsdann
wiederum t. Tor jeclem Versuche wurde fleissig geriihrt.
Galvanoskop. - Als Gxlvanoskop diente ein sehr
empfindliches, mit astatischer Nadel versehenes Sauerwald’sches Instrument. Die Ablesnng geschah mittelst
Spiegel und Scala. Da das Fernrohr des letztern neben
Clem Fernrohre des Thermometers stand, liessen sich beide
Beobachtnngen leicht von einer Person ausfiihren.
V. B e s t i m m u n g d e s s p e c i f i s c h e n W i d e r s t a n d e s v e r s c h i e d e n
h a r t e r S t a h 1s t ii b e.
Znm Xessen der Widerstande bediente ich mich einer
Wheatstone-Kirchhopschen Brucke. Mittelst eines zweckmassigen Quecksilbercommutators konnten die zu bestimmenden Widerstande miteinander vertauscht werden, ohnedass
an den iibrigen zum Apparate gehorigen Widerstanden irgend
etwas verandert wurde. Zur moglichsten Vermeidung des
Einflusses cler Thermostriime innerhalb der Stromzweige
schloss ich den Strom (1 Smee mit grossemWiderstande) nur
auf kurze Zeit. Spater eliminirte ich denselben vollstandig, indem ich zur Erzeugung des Hnuptstromes, ahnlich
wie schon friiher K o h l r a u s c h l), einen Weber’schen
1) Pogg. Ann. CXLII. p. 418. 1871. Den Gebrauch des Weber’when Xagnetinductors fand ich auch deswegen sehr vortheilhaft, meil
man die Nadel eines empfindlichen Galvanoskops immer vollstandig
beherrschen kann. Xaturlich diirfen innerhalb der Zmeige keine
Nebeninductions- oder Extrastrcime hervorgerufen werden. Bei feststehenden Widerstanden a, b und veranderlichen W, R lasst sich
nach der Nultiplications- oder der Zuriickwerfungsmethode interpoliren.
392
C.
Bnrtrs.
Magnetinductor henutzte. Sanimtliche zu bestiinmend(.
Widerstande wurden auf einen den iibrigen Grossen entsprechenden, sonst willkiirlicli gewahlten Widerstand L)’
(= 0,0312 S.-E. bei 0O) aus Kupferdraht bezogen. da es
sich nur um TTerhaltnisszahlen handelte. Als Galvanoskop
diente das oben schon angefuhrte Sauerwald’sche Instrument.
D a die zu messenden Wiclerstande simmtlich sehr
klein waren (0,Ol bis 0.1 S.-E.), so inussten die Zuleitungswiderstiinde moglichst ausgeschlossen werden. Hierzu wurden die Enden der sorgfiiltig gereinigten Stahlstabe mit
einer etwa 1 cm langen. festhaftenden. diinn e n Kupferschicht galraniscli iiberzogen und letztere alsdann amalgamirt (durch sofortiges Eintauchen in Quecksilber leicht
bewerkstelligt). Man kittete den Stahlstab seiner Zerbrechlichkeit halber , Bhnlich m-ie beim Thermoelemente,
mit einem Glasstabe in zwei Korke und iiberzog das Ganzr
Init Ausnahme des amalgainirten Endes mit einer dieken
Firnisschiclit. Letzteres stand durch znrei mit horizontalen
und verticalen Oeffnungen ’iersehene Quecksi1berniipfcllc.n
mit dem betreffenden Zweige der Briicke in Verbindung.
Zur Bestiminung der Lange zog man ’ion der ganzen
Lange die des amalgamirten Theiles ab. Bei der Bestiinmung cles Qnerschnittes musste ich mich init den
Angaben des Mikroskops begniigen. T o n der Bestiinmung
desselben durcli Messnng ties specifischen Gewichts mittelst
des Pyknometers inusste ich absehen, da ich die S t a h
nicht zerbrechen wollte.
6 e r s II cli s r e s u l t a t e.
A. T h e r m o e l e c t r i s c h e H i r t e (T.-E.-H.) v o n
diinnen S t a b e n , bei verschieden hohen T e m p e r a t u r e n a b g e l 6 s c h t. Folgende (altere) Resultate
wurden mittelst der Ohin’schen Methode erhalten. Man
setzte E, = const. z (was bei Elementen aus Hart- und
Weichstahl zvischen O o und SOo nahezu der Fall ist).
Die Zahlen gelten fur im Apparat 5 I1 gehsrtete Stabe
C! Barus.
393
von 0,678 mm im Durchmesser. Die mit einem Punkt bezeichneten Zahlen wurden nachtraglich mittelst der Compensationsmethode controlirt. T-E. H ist in Weber-Siemens’schen Einheiten ausgedriickt.
In der dritten Rubrik ist die Zahl der zum Gliihen
gebrauchten grossen Bunsen’schen Elemente angefuhrt:
in der vierten die Gluhfarbe des Drahtes zur Zeit des
Abliischens.
2’:E. H.
zEi.
__
-~
0,000 0004
0,000 003
-
0,000 012
0.000 000
5
0,000 000
0.000 000
G
0.000 052
0,000 049
0.000 054
Nr.
,
.
4
J
6
7
7
7
B. I1 Bemerknngeu
T.-E.H. Elem.
1
-____
_.
______
I
Ausgeglulit
10. ’ 0,000 056
Y
Ziegelroth
Blau augelauf.
11. 0,000057
Y
12. 0,000063
8 I
Dunlielroth
.13. 0,000064
9
14. 0,000065
9
15. 0,000064~ 9
Bemerkungen
1
-
~
II
1
I
I
I
1
Beim Einschalten der Bunsen’schen Elemente blieb
der iihrige Stromkreis ungeiindert, hingegen war die Lange
des zum Gliihen gebrachten Drahtes nicht immer dieselbe.
Die folgenden Bestimmungen der T-E.H. wurden im
Sommer 1878 hei einer sich sehr constant erhaltenden
Zimmertemperatur von 20 O angestellt. Getztere war der
Temperatur t des kiiltern Ballons nahezu gleich. Zur
Bestiminung von T diente ein in Zehntelgrade getheiltes
Geissler’sches, zur Bestimmung Ton t ein gewiihnliches, in
Fiinftelgrade getheiltes Thermometer. Alle Grassen sind
in Siemens-Weber‘schen Einheiten angegeben.
I n den Tabellen ist unter z die Temperaturdifferenz
der Lothstellen, unter E, die entsprechende electromotorische Kraft fur die Elemente Kupfer und Stahl
angefuhrt. u und p sind die Constanten, welche der
Gleichung E, = a z -/?r2geniigen. Zur Berechnung derselben bestimmte man zuerst nus zwei weit auseinander
C Burus.
394
liegenden Beobachtungen Naherungswerthe derselben u1
und PI, erganzte letztere alsdann durch zwei aus den fiinf
zuverlassigsten Beobachtungen mittelst der Methode der
kleinsten Quadrate berechneten Correctionsglieder. Sind
die Constanten fur ein Thermoelement harter Stnhlweicher Stahl a und 6 , so ist, wenn fur die Elemente
weicher Stahl-Kupfer E, = az - Pr2? harter Stahl-Knpfer
E,'= u't - p'z', ist:
E,
- E,'=
(OC-
a')t - (,8- 13) t2)
also nach dem Frincipe der Spannungsreihe die electromotorische Kraft Hartstahl-Weichstahl E, = E, - Ez',
ist:
wenn n = u - a', 6 = /3 -
E,
= at
- br2.
Die Constanten a nnd b sind in den letzten Columnen
aufgefuhrt, u ist der oben &her definirten T-E.-H;
numerisch gleich, da die thermoelectrische Kraft der
Elemente Hartstahl-W eichstahl nahezu eine lineare Fnnction der Temperaturdifferenz ist.
B. 1. Thermoelectrisches Verhalten verschieden harter
dunner Stahlstabe. Staibe 0,678 mm dick.
-~~
Nr.
T
4
1
E:
__ leobachtet berechnet
I
~~
Lz
a
'
______
~
b Bemerkungen
~
I
13,92
25,68
39,78
-19,34
62,65
4959
6 031
17,90
31,39
47,58
56,53
63,72
0,001 815
3 104
4 567
5 328
5 972
'
Ausgegliiht uad in
Holzasche langsam
abkuhlen lassen.
8
4862
6030
8
0,001 807
3100 1
4572
5349 1
I
I
~
1
g
2
8
Durchden electrischen
Strom bis zum Bleuanlaufen erhitzt und
abgeloscht.
Nr.
.
.-
z
1
__
IV
20,25
29,20
46,50
59,90
61,35
1
V
VI
2 752
2 510
2 761
2 810
18,07 0,000 S78
21,93
1054
47,713
2 10s
61,32
2 576
63,44
2 636
0,000 681
1056
2 105
l5,75
43,51
45,06
5!3,42
0,000 703 0,000 700
1347
1343
1i 5 6
1765
1815
1818
2263 ,
8278
19,04
0,000761
31,84
I
VII
I
~
m
i 0,000764
E
o
D
o
g
0
0
8
. 0
O
I
bei erreichter
Dunkelrothgluth abgeloscht.
,
8
X I
3
0
O
1
I
l
bei erreichter
Ziegelrothgluth abgeldscht.
8 8 8 3
2 ,
0
I'-
)
;
1I
*
g
53,64
63,40
68,30
bei erreichter
Gelbgluth abgeloscht.
1) Diese Bestimmung murde spiter gemacht. Beziiglich ihrer
Genauigkeit gilt das iiber die folgenden Versuchsreihen C und D zu
Sagende.
C. Barus.
396
B. 2. Thermoelectrisches Verhahen verschieden harter
d i c k e r Stabe. Stabe 2?65 mm im Durchmesser, vom hiesigen Mechaniker, Hm. B a r t h , gehartet.
c
' 20,32
131,98
\32,90
47,93
49,80
B
32,40
33,08
50,47
I G1,OO
G2,25
-I ~
60,37
Die beiden folgenden Tabellen enthalten die Leitungswiderstande der unter B 1 und B 2 erwahnten Stahlstabe.
Die Angaben beziehen sich auf Quecksilber. Unter S
sind die specifischen Widerstande, unter ASo die entsprechenden Unterschiede zwischen dem specifischen Widerstande des hartern und dem des ausgegluhten Stabes I.
Versuchsreihe B 1 , angefiihrt. Die letzte Rubrik enthalt
das Verhaltniss ir;EK..
A so-.
1) Der Stab A (wie auch die Stabe der folgendeu Versuchsreihe C)
siud gegen Kupfer electronegativ.
C!
397
Barzcs.
Man bezeichne mit a und 6 die beiden Theile des rnit
Theilung versehenen Briickendrahtes, mit K und K die
Widerstande der entsprechenden Kupferschenkel, mit W
nnd R die links und rechts eingeschalteten, auf ihren
Widerstand zu priifenden Stahldrahte, schliesslich rnit 8
den Maassn-iderstand (Kupferdraht), auf welchen sammtliche Widerstande zu beziehen sind.
Fur den Strom Null im Galvanometer gilt dann bei
einer bestimmten Stellung des Commutators, wenn man
einschaltet :
1. W und R allein
3.
Wund R mit S links
a"
T,,~ -
w + Ii + 3
-R + K F *
Drei ahnliche Gleichungen ergeben sich auch fiir die
zweite Stellung des Commutators, da nur W und R
miteinander vertauscht werden. Aus diesen sechs Gleichungen folgt dann :
77'
+
R'
1
r) -;i- = -6'
-~
b'
--b"
3
und
KV
b
W
~
+=,-K"
ii
a
_
_
u"
a
~
wurden nach demselben Plane vor den Ver-
suchen sorgfaltig bestimmt uncl von Zeit zu Zeit beziiglich
ihres Werthes controlirt.
Beim Vergleichen der Stabe (I bis I X und A bis D)
verfuhr man nach folgencleni Schema :
C. Barus.
398
Sammtliche Widerstandsangaben sind demnach als Mittel
aus vier Bestimmungen erhalten m*orden, wobei auch eine
Heterogeneitit des mit Theilung vessehenen Briickendrahtes
von geringer Redentung wird.
Als Beispiel fuge ich Bestimmungen bei, welche mit
dem Stabe C (Widerstand = 0,005 12 S.-E.) angestellt
wurden.
~~~
1. Stellung
2 . Stellung
I
..
..'
~
-
~
I
~
W :d'
=
I Mit, A vergl, 1 Mit B vergl.
,
w :d' = I
Mittel:
~
_
_
1 Mit 1)vergl.
_
~
_________.--____
~~
~~
~~~
0,1648
1
0,1630
I
0,1632
0,1639
I
0,1643
0,1654
i
0,1649
_ _ ~
0,1639
~
_
0,1644
_
_
1
I
Mit dem Stabe I (Widerstand = 0,05417 S.-E.) murden
a n verschiedenen Tagen und bei verschiedener Einschaltung fur W : S die Zahlen 1,735 und 1,741 erhalten.
Das Hauptgewicht wurde auf Verhaltnisse gelegt, indess bestimmte ich auch den Werth von 5' (bei Oo=O,0312)
angenahert in S.-E. Die angegebenen Widerstande beziehen sich also auf Quecbsilber, kiinnen aber ihrem a b s o l u t e n Werthe nach bis zu fiinf Procent fehlerhaft sein.
Nimmt man namlich die Drahte lang, so ist freilich
die Widerstandsbestimmung sicherer, die Hartdng aber
ungleichmassig, und umgekehrt. Die von mir meist benutzte
IJange 100-200 mm diirfte die zweckmassigste sein.
Nimmt man an , dass der TemperaturcoEfficient des
Stahls gleich dem des Kupfers ist, so gelten die durch
den Versuch erhaltenen Widerstinde direct fur Oo. Obgleich dies nnr annahernd richtig ist, so hat doch dieser
Uebelstand auf die V e r h a l t n i s s e wenig Einfluss, da die
Zimmertemperatur sich ziemlich constant erhielt.
Leitungswiderstand der unter B. 1 schon angefiihrten
verschieden harten diinnen Stahlstibe.
_
C. Bums.
399
~~
Nr.
I
I1
* IV1)
V
VI
VII
VIII
* IX
A so
__
A so
Viderstanc
S
0,05417
0,04305
0,11130
0,11060
0,07846
0,08740
0,15330
0,09417
0,1361
0,1400
0,2337
0,2483
0,2592
0,2648
0,2779
0,2810
___T.-E.H.
____
1260
1990
2020
2030
2010
2050
2070
Null
0,0039
0,0976
0,1122
0,1231
0,1287
0,1418
0,1449
1) Bei den mit ,,* " bezeichneten StBben wurde der Hauptstrom
durch den Magnetinductor, bei den ubrigen durch eine Hydrosaule
erzeugt.
Leitungswiderstand der unter B. 2 schon angefuhrten
verschieden harten, dicken Stahlstiibe.
____
~~
Nr.
I
S
IWiderstand
I
D
C
B
A
~
-
___
0,002091
0,00512
0,00595
0,00908
0,1654
0,2065
0,2271
0,3804
1
,
0,0293
0,0704
0,0910
0.2443
080
T.-E.H.
_____
2320
'
2860
I
2150
2090
i
Die unter C und D folgenden Versuche haben mehr
einen orientirenden als einen genau messenden Charakter.
- Die Resultate sind daher mit einer Decimale weniger
angefuhrt. Zur Bestimmung der 'T.-E.H. verglich man
die hierher gehiirenden Stabe mit dem Stabe TI11 (B. l),
indem man fur den Werth der T.-E.H. des letztern die
oben gefundene Zahl 0,000069 annahm. Unter S ist der
specifische Widerstand bezogen auf Quecksilber, unter
ASo der der Hartung zuzuschreibende Widerstandszuwachs
angegeben.
C. T.-E.H. und ASo fur einige glasharte Stabe;
Durchmesser = 2,30 mm. Dieselben wurden mittelst der
GeblHseflamme gehartet. Letztere war zu diesem Zwecke
horizontal direct uber ein mit Wasser gefulltes Gefass gefiihrt, sodass man bei erreichter Gelbgluth den Stab rasch
aus der Flamme in das Wssser tauchen konnte.
C. Barus.
400
*rlI1]
*LIVI
*[V]
I
'
-
130 - 1 130'0,0129 0,442 10,306
116
107 10,366 0,230
i
~
___
* 1
0,000010
-*2
* 3
13
11
~
Koih a b g e k c h t .
1
__-__
0,0211 2100
0221 1700
I m Leinolbade langsam
0231 2100
0 2 7 ~ 1900
bis zu 3000 erhitzt.
I)
1
~
* T
2300
2000
~
~
* 6
,
T.-E.H.
Nr.
*5
,9
-
16
24
I
* 8
* 9
*10
*11
*12
.
I
I
~
I
1
33
31
36
57
56
w 1-0,000
~ 004
~
~
E. B e s t i m m u n g v o n AS, b e i lain ge re n D r a h t e n .
Die geringe Grosse der Widerstande in obigen Versuchen
1) Die T .E . H dieser Stiibe in glashartem Zustande variirte zmischen 50 und 60.
2) Die Stibe 6 und 7 murdeu beide bei derselben, zwischen 260
und 3000 liegenden Temperatur angelassen. Wegen eines im IIalse
des Quecksilberreservoirs enthaltenen mikroskopischen Luftblischens
sprang der Faden bei etwa 2600.
C: Bums.
401
gab der Befiirchtnng Raum, dass trotz ihres gesetztnassigen Verlaufs sich heim Einschalten Fehler eingeschlichen
haben konnten. Deshalb wurde mit lgngeren Drahten,
welche man direct mit der Siemens'schen Einheit vergleichen konnte , operirt. Znr gleichmassigen Hartnng derselben wickelte man rie spiralfijrmigl) so auf, dass sie
miihrend des Gliiliens Pollstiindig von der Geblaseflamrne
umhiillt wurden. I m iibrigen wnrde wie unter C. (GlashArtung) verfahren.
-- WiderXr.
stand
-
_.
-
~
I
Liinge
is
-
~~
~
ASo
Bemerkungen.
1,260 ,124 Gelb abgeloscht.
296 160
.)
293 l5i
,,
342 206 Rothgelb abgeloscht.
301 255 Heilgelb
,,
354 218 Rothgelb
.,
*VI
0,643
3i9
245
121
105
0,0169
0,680 m
917
923
932
556
1,1733
*VII
0,0155
1,1732
325
189
\ Rothgelb abgeloscht,
1 aber Ende dunkler.
*VIII
0,0169
1,1i40
352
216
Rothgeib abgeldscht.
I1
I11
IV
v
>f
Die Spiralen P I nnd IV wurden nachtriiglich in Gasbrennern ausgegliiht nncl gaben im weichen Zustancle (Querschnitt dem friihern gleich angenommen) :
*II Sn= 154,
*IT sn= 159.
Schliesslich wurden noch, nm schiitzen zii kiinnen, wie
genau die mit den Hydroshlen bestiinmten Widerstande
mit den durch Inductionsstijsse erhaltenen iibereinstimmen,
einzelne Versuche wiederholt. Es ergab sich fiir den Stab
*J7111(siehe p. 399) S = 279 und fur Spirale *I1 S = 299
(in obigem, liartem Zustande).
Folgerungen und erggnzonde Versuche.
VII. H a r t c u n d t h e r m o e l e c t r i s c h e S t c l l u n g d e s S t a h l s .
a. X n s obigen Zahlen (VI, 8 2, D) erhellt, dxss bei
Stahlstiiben derselben Drahtsorte d i e t h e r m o e l e c t r i s c h e
-~
1) Wie ich spater erfuhr, hat R. T h o r n s o n eine ahiiliche Xethode
zllr Hartung langerer dtahldrahte angemandt.
A m . d. Phgs. 11. Chem. N.F. V I I .
26
c. Ba?~Zls.
402
S t e l l u n g sich init d e r m e c h a n i s c h e n H B r t e s t e t i g
\-er s c h i e b t .
1) Stabe derrelbeii Drahtsorte. wplclie man in derselben Weise glasbart geiiixht (V1: C), stehen sich thermoelectrisch selir nahe. 2 ) Dies ist sogar dann noch der
Fall. wenn die Stahe ziim zlf-veiten M i l e gehBrtet nerden
(VI C , Stabe [HI] und [Y]'). 3) Geht man \ o n gleichliarten Stiitben aus so gelit der Therinostrom iniiner voln
weniger angelassenen dnrch warm zum mehrangelassenen.
b. Ein Tergleich der Zalilen verscliiedener Drahtsorten (diuk und diinn) lehrt 1). d a s s f u r ausgeglCihte
u n d f u r g l e i c l i a n g e l a s s e n e S t i i b e d i e T.-E.15 d e r
u n t e r gleiclien Beclingungen g e h a r t e t e n Stiibe
naliezu denselben W e r t h besitztl); 2). dass g l s s h a r t e S t s b e 2 ) s i c l i LeLfiglich d e s M a x i m u m s d e r
T.-E.H j e n a c l i d e r D i c k e b e d e u t e n d u n t e r s c h e i d e n . Bei den StHbeii der Reihe C: z. B. erreicht 31e
T-E.h
' heinahe den M'erth 140. 10- 6 . wahrend bei den
dunneren Staben (I31) der Maximalwerth nur etwa 70. lU-"
betragt.
Dieser Gegcnstnnd I\ urdc nun durch folgende T e r suche meiter verfolgt:
1) KBufliche (4-5 cin lange) Stahlstahe 1-011 verschiedenem Durchmesser wurden in der Geblaseflamme in der
~~
1) Urn die Oxyclf,ir'wn, 51 elthc einer bestimlnten z\u!ssGtemperat Lir
entyxechen, hestimmen zu Iconnen, hediente ich mich der Zahleo.
welchc in Yriclr's plrysikalisdie Technik. 3. Autl. p. 3 i ' i (auch\Vagu(xi ' b
chemisehe Techuologie, h. Anfl., 1). ?9) z n finden siad. Daselbst wird
angcgeben, dass LULU Gelhrmlassen cine Temperdtiir ron 2300, ziim
Blananlsssen 2'30'l des J3ades crforderlieh ist. Stabe 8 und 9 stelien
also untcrhalb der gelhangelassenen, S t a b 6 und 7 bei deu blanangelassenen. Ersterc stiminen niw aiich mit dcm Stabe B, letztere mit C (Versiichsieilic €3 2 ) ko g e n ~ r u . wie dips zii erwarteu,
ni3eiein.
2) 1)nnne (kanfllche) Sttibe. rrelclie mail sellxt 1)is zur ansaersteii
W e i i ~ g l u t herhitzte iuld abloscl~tc,migteu sich ebenfdln, gegen ICuiifrr
e1i.i tropositix . T.-E.I€. also hltsiuer als 1oi . toe.
unter V I C angegebenen Weise gehartet.') Man priifte
dieselben der Reihe nach beziiglich der beim Verbinden
zmeier Stiicke und Betupfung der Contactstelle mit cler
scharfen Kante eines keilfiirmigen Eisstiicks statthabenden
Stromrichtung.
I m allgemeinen kann man liiernach kauflichen Stalildraliten, deren Durchmesser zwischen 1.5 mm nnd 2 inn1
liegen, ein Maximum der T.-E.EL durch Hartung ertheilen. Bei Drghten, deren Durchmesser grosser als 2 111111
und kleiner :~1s 5 mm ist, ist die 27-3H;
. grosser als bei
solchen, deren Durchmesser lileiner als 1 mm ist. Mit
diesem Resultate stimmten auch Tersnche von frischgehiirteten Niihnadeln iiberein.
2 ) 13tmas anders verhielten sich diinne Stiibe, welche
man durch Feilen n u s demselben dicken Stabe bereitete.
Zwei Stiicke eines 5 mm dicken Stabes wurden zur HRlfte
his 3 mm, resp. 1 mm verjungt.2) Beim Harben achtete man
darauf, dass dns ganze S t ~ c l imiiglichst gleichfiirmig gliihte.
Beim Betupfen mit dem Eislieile ging der Strom vom
kleinern durch warm zum griissern Durchmesser. hucli
bei einem aus clemaelhen Xatcriale bereiteten, coniich zulaufenden Stahlstucke ging der Strom beim Betupfen einer
beliebigen Stelle vom diinnern dnrch warm zum riickern
Theile. S u r a n der Spitse wurde diese Beobnchtung unsicher. Dasselbe Resultat erhielt man bei einem zweiten.
in derselben Weise gehkteten Conus, sowie bei eirizelnen
Stahlstaben verschiedenen Durchmessers. Berm Zusammenbringen cler Kegel mit Clem Stnbe [IV] der Keilie C
zeigte sich die Spitze hiirter, die Basis weicher a13 diesel..
Hingegen ging der Strom beini Zusmxnenbringen einer
1) L h dickere Stabe laiiger als duiine znr Erreichung derselben
Glulitarbc i n die k'lamine yehalten aerden mussen, so hat inan schon
liier e,nru Uebelitaud. d e r die Aimahme einer g1eichm;~ssigenHnrtiiiig
a priori uicht gcstattet.
2) Hier ist zu Leachten. d,is, die dannereu Theile eher die Gelhgluth erreichen iind 1:iiigcr in diesein Zustande rerhleiben nis die
ditlreien. Dies gilt nuth fhr die hegel.
"h
*
404
C. B u m s .
sehr feinen Spitze dieses Materials mit dem Stabe [LV]
in umgekehrter Richtung; die feine Spitze ist also weicher
als letzterer.
3 ) Dieselben Experimente a n Draihten, welche im
kkuflichen Znstande etwa 2,s mni Dicke besassen, angestellt, zeigten selir deutlich bei einem Durchmesser yon
H. Bei den aus
etwa 1,5 inm ein Maximum der T-E.
diesem Nateriale gefeilten Spitzen zeigte sich z. B. beim
Betupfen der dickeren Theile mit dem Eiskeil eine Stromrichtnng vor. diinn zu dick durch warm, beim Betupfen
der Spitzen von dick zu diinn durch warm. Endlich war
beim Betupfen etwa 1,3 nim diclierTheile gar kein Strom
wahrzunehmen. Dieser T’ersuch murde a n einem zweiteu
Conus mit clenselben Resultaten wiederholt.
4) Verbindet man die dicken Enden zmeier 8hnlicher Kegel mit den G:ilvanonieterdrahten uncl bringt die
Spitzen in Contact, so wird beim Erwarmen cler Spitzen,
sclion weil die liarten Stahlstiiclie im allgemeinen einancler
niclit thermoelectrisch gleich sein werden, ein Strom in
irgend einer Richtnng entstehen. Nun zeigt sicli aber, class
das Erwarmen der Theile, welche symnietrisch links und
rechts von den in Contact sich befindenden Spitzen liegen,
Strome i n e n t g e g e n g e s e t z t e r R i c h t u n g hervorruft.
Daraus folgt, dass die letzteren Strome ihren Ursprung je
in eineni Conus haben miissen.
Eine methodische ITntersuchung dieser Vorgange
miisste auf die folgenden vier Punkte Riicksicht nehmen :
a) variirt clas lCIaximum der T-E.
N. mit dein Procentgelialte an Kohlenstoff. Die T-3.I% eines Elements aus
ausgeglyihtem nnd abgeloschtem Schmiedeeisen ist z. B.
gegen die entsprechende der Elemente Hartstahl-Weichstahl zu vernachlassigen (Vgl. VII, e) ; b) ist die Gliihtemperatur uncl die Dauer des Gliihens von Einfluss ; c) wird
je nach der F o r m (und Xethode cles Abloschens) die Structur
des harten Stabes eine verschiedene sein; d) kiinnte man
noch hervorheben, dass diinne Stiibe sich in cler Zeit,
melche zwischen der Entferiiung des Stabes aus cler Flamme
und dem Abliischen verstreicht. sich mehr abgekiihlt hahen
werden als dickere.
Diese Einfliisse im Auge behaltend, glaube ich a m
den beschriebenen Beobaclitungen folgern z u diirfen , dass
der Maxiinalwertli der durch Hartung zu erreichenden
T.-3.H mit abnehinender Dicke zunimmt, solange letztere
Glriisse nicht unter den Werth 1.5 inn sinlit. Bei nocli
geringerer Diclie scheint der Wertli der T.-E.H. wahrsclieiiilich wegen einer rerhiiltnissmassig griissern E n t kohlung beim Gliilien TI ieder abzunehmen.
Wenn die T.-E.IZ ein Maass €ur den Hiirtezustand
liefert, so ist endlich noch zu betonen, dass man bei Untersnchungen iiber das magnetische T'erhalten glasharter
StaiLe sich in1 Irrtlinme liefindet, wenn man GlashBrte bei
Staiben rerschiedeneii Durchmessers als denselben Zustand
annimmt.
c. Die in der T-ersuclisreihe A bei versehiedenen
Temperaturen ahgeloschten Stabe geben zu folgenden Betrachtungen hnlass:
D i e H i i r t e (T.-E. H.) xvachst niclit m i t d e r
Temperatur des Stabes zur Zeit des Abliischens
gleichfiirmig an: sondern es t r i t t bei e i n e r dem
A n f a n g e d e r G1ii h f a r b e D u n 1~e l r o t li e n t s p r e c h e ii d en T e mp e r a t u r p 1o t L 1i c h G1 ;Is h ai-t e ( S p r 8 d i g k e i t ) ein. T'on dieser Temperatur an ist jedoch der
ZUM
uchs der Hiirte (T.-E.H.) niit der Temperatur eiiie
stetige. Diese beachtenswerthe Beobachtung zwingt inich
zu der Annahme, dass man es bei der Hartung inittelst
Abliischen mit eineni Processe chemischer Natur zii thun
hat. Z u demselben Schlusse ist man jetzt anch ziemlicli
allgemein auf rein cheinischeni Wege gekomnien, indeni
nian annimint dass beim Abliisclien eine cliemische Bindung des Eohlenstoffs erzielt werden kann. Hierfiir spricht
schon die bis ins Detail gehende Analogie zwischen dein
zur Fabrikation des Bessemerstahls verwendeten , wegen
seines grossen Gehaltes an gebundenem Kohlenstoff beliannten meissen Roheisen. und dem gem-ohnlichen , a n ge-
406
C. Burus.
hundenem Kohlenstofl iirmern ? granen Roheisen mit dem
harten, resp. weichen Stah1e.l)
Da andererseits beim Harten durch Drahtzug das specifische Gewicht voraussichtlicli vergr6ssert , beim Abliischen hingegen vermindert m i d ? cler Thermostrom iin
allgemeinen vom weichen zuiii hartgezogenen Drahte 2, durch
warm, also in uingekehrter Richtnng, wie der sich aus den
Thomson’schen und den obigen Versuchen ergebende, geht,
und der specifische Widerstand des Stalils diirch Ziehen
vermindert 3), clurch Abliischen hingegen uergr6ssert wird,
so muss man zwischen einer rein mechanischen und einer
chemischen K&rtung unterscheiden. Dies hindert uns
jedoch nicht, neben dem chernischen einen auf physikalischen Erscheinungen berulienden, gleichzeitig vor sich
gehenden mechanischen Process anzunehmen; j a es zwingt
tins sogar die im Innern dicker, harter Stiibe constatirte
Diclitiglieitsvertheilung (analog wie bei den Bologneser
Tropfen) zu einer solchen Annahme. Schliesslicli gehiircn
noch die bei cler Hartung hinfig eintretenden Kriimmungen
u. clergl. hierher. Ich glsnbe daher schliessen zu durfen,
class beim Harten des Stahls clurcli Abliisclien 1) eine
als Hauptnrsaclie der IIartung nnzunelimcnde chemische
Bindung des Kohlenstoffs entsteht; 2) infolge der das
Abliischen begleitenclen mechanischen Erscheinungen der
Grad der cheniischen Hartung j e nach den Dimensionen
und der Form des Stnbes modificirt wird. Ans denselben
Grunclen ist die Structnr der harten Stabe zu erlrliiren.
Diesen Punkt hat F r o m m e 4 ) weiter erliiutert.
d. Die sich aus dem Versuche ergebende Z-E.
H.
1) Vgl. W a g n e r ’ s chern. Technologie, 8. Aufl. p. 14-15. 29.
2) l’ogg. Ann. LXXXIII. p. 469. 1851.
3) N o u s s o n , N. Denkschr. der schweiz. Gesellsch. XIV, 8. p. 1-90.
C h m o l s o n (&GI.p h p de St.-Pdtersb. X, p. 379-417), h a t dies nur
dann besthtig-t gcfunden, wenn der kaufliche (gezogene) Draht mit
einem stark ansgegluhten verglichen wird. (Original nicht zuganglich;
man vrg-I. Beibl. I. 6. p. 363. 1877).
4) Gotting. Nachr. p. 157. 1876.
C Brmrs.
407
kann niir d a m direct als Mans5 der Hkrte angesehen
werden, wenn der uiitersnchte Stab eine iiber seine ganze
L i n g e und seinen ganzen Qaerschnitt gleiche H a r t e beiitzt. Dies ist annahernd bei diinnen Staben der Fall.
Bei dickeren Staben, die n i m sich 81s aus conaxialen
Schichten, deren H a r t e ton aussen nach innen abnimmt,
bestehencl zu clenkcn h a t , ist also die durch den Versiich
direct erlialtene T-E.
H., da jede iinendlich diinne Scbiclit
H. besitzt, von comeine ihrer Hiirte entsprechende T-E.
plicirterer S a t u r .
Es miiszen sogar im Innern eines dicken Staber, d e i w i
Endfificlien eine rerschiedene Temperatnr haben, Thermostriime entstehen, welche sich irn Stnbe selbst schliessen.
Der electrischc Znstand des Innern lasst sich becpeni
reran5chaulichen , incleni man clen von der m&rmei-n ziir
kfiltern Enclflache stattfindenden TVBrmestrom , als von
einem thcrmoelectrischen begleitet I ) , darstellt. X a n gelangt anf diese Weise zii Stiiimen, Tvelche durch Taf. 111
Fig. 3 jhsenclurchsclinitt) angedeutet werden sollen. W i e
man sirlit, ist dieser Zustand clem eines Circiilavmagneten
analog.
E m diese Frage zii priifen, liess ich mir einen 5 cm
langen , 3 em dicken Stnhlcylinder drehen und glashart
imchen. Derselbe wurde (Axe vertical) r o r einer init
Spiegel T ersehenen Magnetnaclel so aiifgestellt , dass letztere ihre fruhere Gleiclrgetvichtslage genau beibehielt.
W e n n man nun clas Pine Elide erwarmte oder erkiiltete,
Leigten sich cleutlich Ahlenkungen nach der einen oder
mclern Seite, welche mit dem Temperaturunterschiede
cler Enden verschmanden. Da. der Stab unmagnetisch war,
glnube ich nicht, dass innn cliese Erscheinung auf Aenderung der magiietischen Vertheilnng cliirch Temperatur ZUriickfiihren kann. Bezuglich der sich aus den Ablenkungen
der Xaclel ergebenden Stromrichtung im I n n e m des Cylinders
gelangte man jedoch nuf keine einfachen Beziehungen.*)
1) Pogg. Ann. CLVI. p. 601. 18T5.
2) Sach b. l a d sich ein grcisserer Werth der T.-2. N.an den
408
e. Nach c glaubte ich den grossern Werth der 57.-E.H;
des harten Stabes dem relativ grossen Gelialte des letztern a n gebundeneni Kohlenstoff zuschreiben zu miissen.
Dann miissen anch weiches Eisen nnd ausgegluhter Stahl
sich thermoelectrisch sehr nahe 9tehen.l) Dass dies in der
That der Fall. zeigt der fur ~ ~ e i c h eEisen
s
gefundene
Werth. (Vgl. T’ID) Hiermit stimmt auch ein a m den
Versuchen von K o h l r a u s c h und A i n n i a n n 2 ) zu entnehmender Werth, in Anbetracht der verschiedenen Umstinde,
hinreicliend genau iiberein.
Hiergegen rerhalt sicli, wie schon J o u l e s ) fand, gewijhnliches Gusseisen selbst gegen Knpfer stark negativ,
also uni so mehr gegen weichen Stahl. Diese Tliatsache
stimmt wieder mit dem grijssern Gehnlte des Gusseisens
a n gebundeneiii Kolrlenstoff ii13erein.l)
D i e M i n i m a l \ +e r t h e d e r T - E .El.? w e l c h e d u r c h
A n s g l u h e n zu e r h a l t e n sind, sind also f u r v e r s c h i e d e n e S t all1 - II n d 8 t a Ir e i s e n so r t e n e i n a n d e r
naliezu gleicL. - h i n g e g r i i d i f f e r i r e n d i e M a x i m a l w e r t h e d i e s e r Griisse ( d u r c h Ahliischen e r h a l ten) j e nach d e r Zusammensetzung der Stahlsorte
s e h r b e d e u t e n d , u n d z v a r n i i t den1 K o l i l e n s t o f f g e 11 a 1t e z u n e h m e n d.
f. W. T h o 111 s o n 5, hat nachgewiesen, dass in einem
Thermoelemente , bestehend aus einem magnetisclien und
unmagnetischen Stahlstahe derselben Hiirte und Form.
Kanten des Cylinders, als aof di)r OberAsche vermuthen. Selbst hier
hat man es dernnach schon rnit Strnctorverschiedenlieiten zu thun.
1) Nach G. W i e d e m a n n , Gal$. (2) I. 11. 811, ist dagegeu die
thermoelectrische Kraft zwivchen (hartem) Stahl und Eisen etwa 7maI
so gross als zwischen Zink uud Kupfer.
2) Pogg. Ann. CXLl. 11. 459. 1870.
3) Phil. Mag. (4) XV. p. 538-39. 1857. (Origiual nicht zugauglich.)
4) Die kritische Prage. ob sich dem Obigeu analog auch wei8se.s
R o h e i s e n g e g e u g r a u e s n e g a t i v r e r h a l t , moge, da mir im
Augenblicke ersteres Material uicht zii Gebote steht . spateren Untersuchungeri vorbehalten hleiben.
5) Phil. Trans. 111. p. 722-721. 1856.
C. Barus.
409
Thermostriime geweclit werden konnen. Letztere haben
bei longitudinal magneti>irten Staben die Richtnng vonl
unmagnetischen durch warm zuin magnetischen. bei transversal rnagnetischen Staben voin transversal magnetischen
dnrch warm zum weniger magnetischen, also auch 1on1
transversal durch n arm z L i m longitudinal magnetischen
Stabe.
Urn mich iiber die Griisse der et1r.a hier anftretenden
T - E .Ii. orientiren zu kijnnen. stellte ich folgende TTersucbe
an. Ein weicher Stab (I, Reihe B) wnrde in ineineni
Apparate in obiger Weise auf seine T - E .H. gepriift.
Alan construirte aus funfzehn, mit grosser Sorgfalt mgestellten Beobachtungen die der Gleichung :
E; = %
. t - (3 L
entsprechenden Curl e. Nun naherte ich den1 Stabe einen
grossen, 40-pfiindigen Hufeisenmagnet so. dass die Pole
cles Magnets je einen Ballon berhhrten. Der Abstand
zwischen den Magnetpolen und Enden des Stabes hetrug also
liiichstens 5 cm. &Ian stellte eine zmeite Reobachtungsreihe an. Die Curve dcr letzteren Beobachtungen fie1
nun so nahe mit der der ersteren zusammen: dass
nicht die Spur eines Einflusses zu erkennen war. Hier:LUS glaube ich, schliessen zu diirfen, dass die v o n T h o ms o n e n t d e c k t e n , vom m a g n e t i s c h e n U n t e r s c h i e d e
d e r S t a h 1s t B b e h e r rii h r e n d e n T h e r m o s t r iiin e g e g e n
d i e , TI e 1c h e d ur c h Ha r t e u n t e r s c h i e d h e r o r g e r u f e n w e r d e n k o n n e n , z u v e r n a c h l a s s i g e n sind.
17
g. Die durch die Versuclie von F r o m m e l ) iiher den
E i n f l u s s d e r H a r t n n g auf d a s s p e c i f i s c h e G e w i c h t
des Stahls erhaltenen Zahlen harmoniren mit den nieinigeii
inittelst der T.-E.11. gefundenen vollkommen. Fr ornine
beschrankte seine Versuche (so vie1 ich ersehe) auf Stabe,
deren Durchmesser grosser als 2 mm und kleiner als
7 inm )Tar.
_ _ ~
1) Gdtting. Kachr. p. 1. 5, 7. 1876.
C. Burzis.
410
Seine Resultate sind am folgender Tabelle zu ersehen,
in -der das Volumen des ausgegliihten Stabes Eins gesetzt ist.
1 yolumen
~
Blau angelassen .
Gelb
,,
:
Glauhart
. . .
.
' v e ~ ~ ~ ~ ~ ;T.-E.
, l s H.
A__
___----
~
.1
.
.
000
1,002
1,005
1,010
I
I
,
0,000
0,002
0,005
0,010
I
0,000000
I 0,000024
0,000042
0,000 117
I n der vierten Rubrik sind die fiir die Stabe A, B,
C, D der Reihe B. 2 , (welche den Fromine'schen Staben
wohl ziemlich entsprechen werclen) hinzugefiigt. D e r
P a r a l l e l i s m u s cler Z a h l e n ist in Anbetracht der 1-erscliiedcnen Cmstiiincle, nnter mrlchen sie erhalten wiirden, iiberraschend. Den grossen Unterschied zwisclien
gelb und glashart gegeniiher den geringeren zwischen blnn
nnd gelh, aiisgegliiht uric1 blau mijchte ich nochmals besondrrs hervorhebcn. Glasharte d i c k e Stabe lassen sich
diilier Imge vor dem Ersclieinen der Osytlfarbe betrgchtlich
anlassen, ein Umstand, der auf den hijchst unnaturlichen
(gespannten) Zustancl des glasharten dicken Stabes hinweist. Eiir die oben untersuchten diinneren Stabe ist dies
iiiir in geringerem Grade der Fall.
&!nchdas Resultat von F r o
e , clash clunnere Stahlstkbe bei cler Nartung eine gr
re Abnahnie des specifischeii Gewichts crfaliren als clickere, stimmt mit den
0 V I I b angegehenen Folgcrungen fiber die T.-73H.; clickerer Stiibe.
VIII. H i r t e n n d s p e c i f i s c h e r W i d c r s t z t n d d e s Stahls.
Ans den fur clen specifischen Widerstand gefundenen
Zahlen lassen sich dem vorigen Paragraphen analoge Folgerungen ziehen.
a. D e r s p e c i f i s c h e W i d e r s t a n d d e s S t a h l s
m a c h s t m i t d e r H i i r t e s t e t i g a n ; 1)) d e r M a x i m a l we r t h d e s s p e c i f i s c h e n W i d e r s t a n d e s, welchen man
einem Stahlstabe dnrch Hartung ertheilen kann, hling t
CI Batws.
41 1
y o n d e r D i c k e d e s s e l b e n ab (11. 399 bis 401, C, D, El),
5. VI.). c. Berechnet man das Verhaltniss der Griissen
As;) und T-E.E l , so findet man: d a s s cler Z u w a c h s d e s
s p e c i f i s c h e n W i d e r s t a n d e s ( A S , ) d e r T.-E. €1 a n g e n a h e r t p r o p o r t i o n a l ist. Man kann allerdings diesen
Satz nur als erste Annaherung betrachten. Bei den diclieAs()- zu gross
ren Stiiben fjillt der W e r t h des Factors T.-E.
H.
aus, ein Uinstnnd, der sich sehr leicht erkliiren lasst, da
der beirn Einschalten nicht z u vermeidende Uebergangsmiderstand wegen cler Busserst kleinen Wiclerst~ncle der
Stiibe relatir bedentender sein muss. Auch bei den angelassenen Stkben stellt sich dieser Factor. wenn man von
den weniger sicheren Eestinimnngen fiir weiclie Stabe abiieht. zii gross hernus. Bei Staben cler Reihe C: mar es
nicht miiglich, iiber den ganzen Stab die gleiche Gliihfarbe
zii erzielen. Die Enden blieben iinmer dnnkler als die
H liaupts?~chlicli
Nitte cles Stabes. Da nun aber die T-3.
von den Enden, A S , liingegen von cler inittlern Harte cles
gmzen Stabes abhangt, so lxxt inan liier noch eine andere
t-rsache fiir einen zu groqsen Werth des Vei-hiiltnisses
il so
T T X X . z,
Die hierher gehiirige Curve, Taf. I11 Fig. 5,
bednrf keiner weiterii Erklarnng.
d. Besondere Erwahnung rerdient noch da.: inerkmiirdige Besidtat, dass man den specifischen Widerstand
eines Stahlstabes dnrch Hartnng fast h i s a u f d a s D r e i 1) >Ian findet hier mieder zmischen den Spiraleu V1, V I I , VIII,
welche von dernselben Durchmesser sind und in deiselben Weise gelitlrtet murden, eine gute Uebereinstimmung.
2 ) Bei der Bestimmung der l'.-E.H. neniger homogener Stabe
( z . R. derjenigen der Reihen C , B 2 ) muss man noch folgenden Umitand beriicksichtigen, I n den ersten Versnchen zur Restimmung der
Grosse A'=fur einen bestimmten Stab kommen fast nnr die Enden
desselben in Betracht. N i t der Zeit hingegen stellt sich iiifolge der
Warmeleitnng eine Temppraturgle;chgemi~ht4vertheilang her, wodurch
im Falle der Ileterogeneitat der ganze Stab mehr oder weniger in Wirkung tritt.
c. Bcc T1l.9.
41 2
f a c h e vergrijssern kann. Obgleich diese Angaben diejenigen von M o u s s o n l ) weit ubersteigen (letzterer fand
eine Vergrijsserung von G L I ~etwa 25Oi0). glanbe ich doch,
da sich in meinen sammtlichen TTersuchen keine einzige
Ausnahme vorfand , daran festhalten zu niussen. N a n
vergl. 0 VI. E. p. 400.
Schliesslicli niochte ich noch hervorheben, d a s s d e r
T h e r m o s t r o m i m a l l g e n i e i n e n vain S t a b e i n i t
g r 6 s s e r c m z u m S t a b e m i t g e r i n g e r e in W i d e r s t a n d e
g e h t . Wierlon zeigen sich in den Tabellen einige Ausnahmen. Eine nachtriigliche directe Priifung heziiglich
der Stromrichtimg bestgtigte diesen Satz jedoch vollliornmen.z) Die in der Tabelle 11 zii finrlenden Ausnahmen
sind daher Versuchsfelilern zuzuschreiben.
e. Wie die T.-E.H., Y O i s t a n c h d e r speccifische
W i d e r s t a n d des ausgegliihten Stalils dem d e s
a u s g e g 1ii h t e n E i s e n s n a h c z u g 1e i c h ; j edoch ist der
fur dns Verhiiltniss d b2' gefundene anomal kleine W e r t h
T.-E. I€.
*750 (Ygl. Reihe D , weiches Eisen) wohl der Natnr des
Eisens zuzuschreiben. Mit Gusseisen stellte icli keine Versuche an.
~
~
IX. A n w e n d n u g d e s V o r h e r g e h e n d e n a u f dax r n a g u e t i s c h e
M o m e n t d e s p e r m a n e n t e n ill a g n e t i s m u 8.
Setzt iiian den Wertlt der T.-E.H glasharter Stiibe
sclilechtweg gleich 120 : lo6, den der gelb angelassenen gleich
40 : lo6, der blauen gleich 20 : lo6, tragt diese Griissen als
1) Physilr (2) 11. 30s
Leider stand mir die Origiiialabhandlung
(N. Denkschr. d. schweiz. Gcs. XIV. 8. p. 1-90.) nicht zu Gebote.
2) Dieser Sate hat vielleiclit allgemeinere Bedeutnng ; z. B. fand
M a g n n s gezogenen Stahl gegen mrichen gemohnlich positiv; D I o u s s o n entsprechend den specifischen Widerstand des letztern grosser.
T h o m s o n fand transversal rnaguetischen gegen unmagnetischen, diesen wieder gegen longitudinal luagnetischeu ( h a r t e n ? ) Stahl positi\.
Dem entsprechend fand A n e r b a c l i (Wied. Ann. V. 11.316. 1878), da5s
der Riderstand des harten Stahls vom Znstande des gesattigten Longitudinalmagnetismus zum Zustande des gesattigten Circularmagnetismus stetig machst.
C. B w u s .
413
Abscissen, dle entsprechenden Momente des permanenten
Xagnetismus nach R u t h s (,,in Millionen absoluten Maasses!')
ttls Ordinaten anf, so erhklt man .fur jedes Axenverhaltniss
der Stabe je eine Curve, deren allgeineiner Verlauf in
Taf. I11 Fig. 6 angedentet ist. Einer jeden Curve ist das
entsprechende Asenverhaltniss beigefiigt.
Bei den diinnerenl) Staben hat aber die T - E .€1
einen grijsseren, bei den dickeren wxhrscheinlich einen
geringeren Werth als den oben angenommenen (120).
Den oberen Cnrven kommt also maiirscheinlich eine stiirlrere Kriimmiing zu. Wenn man weiter, urn den Eintiuss der Structur z u eliminiren, mit fnliiglichst diinnen
(diinneren als 1 mm) StIlben arbeitet, so durfte sich das
Maximum des perinnnenten Magnetismus einfach als Function der T - E ,H. nnd des Axenrerhaltnisses darstellen
lassen. Diesbeziigliche Versuche hoffe ich bald nachfolgen
lassen zu konnen.
X. P r a k t i s c h e A n w e n d u n g .
Am obigen Tabellen geht herror, dass die Stahlstaibe
sich in zwei Classen theilen, von welchen die einen (harteren) gegen Kupfer electronegativ , die weicheren hingegen
positiv sind. Bei den ersten ist der Tlierth der 27-E.H.
also grosser als 107: loF, bei den zweiten kleiner. Ebenso
liessen sich nun auch Legirungen ausfindig machen, die
zur weiteren Eintheilung der Stabe dienen konnten. Bequemer ist es jedoch, Stahlstabe von bekannter 57-E.H.
direct zu diesem Zmecke zu verwenden.
Wird ein Stab von bekannter Harte in zmei Theile
gebrochen, werden die einen Enden der beiden Halften mit
den Drahten eines Galvanometers verbunden, und beriilirt
1) R u t h s fitellte seine Hauptversuche mit Staben an, deren Lange
120 mm, deren Ihrchmesser jedoch der Reihe nach 1,7 mm, 2,1 mm,
2.9 mm, 3,8 nim, 4,9 mm , 5,9 mm betrug. Da ferner diese Versuche
rnit demselben Xnteriale, das ich benutxte, angestellt wurden, glauhe
ich, dass auch in diesen die Abhangiglceit der Harte von der Dicke
einen Einfluss ausgeu'ut habeii vird.
C. Bayus.
414
nian nun niit den freien Endeii (nennen wil: sie T und t )
cine zu priifende, heliebig geformte Stahlmasse, erhitzt die
Contactstelle T (z. B. rnit einem feinen Dampfstrome).
so geht der Thermostroin, menn die Stahlinasse in der
Wahe des Endes T weicher ist als cler Tnststab, vom letztern zum erstern, im andern Falle in der iimgekelirten
Richtung. E s i s t a l s o h i e r m i t d i e M o g l i c l i k e i t g e l) o t e n b e l i e b i g g e f o r in t e St ah1 s t ii c k e o h n e TI e i t e r e s i n H a r t e c l a s s e n e i n z u t h e i l e n . Zweckinassig ware
es, als Taststabe solche anzuJvenden, deren Z E . €1. der
Reihe nach von 10 zu 10 steigt.
Von der Anvendbarkeit iiberzeugte icli mich dnrch
folgenden Versucli. Als Taststnb diente der unter D angcfiihrte Stab 7, als Galvanometer ein altes, jedoch selir
empfindliches Melloni'sches Instrument init tloppelt umwundener astatischer Nailel. Als Priifungsmaterial waiidte
ich breite Uhrfedern an. Bei der Beriilirung erhielt man
Ausschkge stark nach h d i s . wenig nach links, starker
nach rechts, sehr stark nacli rechts, je nachdem man die
Uhrfeder ini glaslinrten , hellgelb- , rothangelassenen oder
ausgegliihten Zustande der Priifiing unterzog.
Eine Bhnlicbe Methode liesse sich zur Priifung yon
Stahl- oder Eisenniasse auf Homogeneitat anmenden , i n d e m m a n a l s T a s t s t a b e i n RUS d e n i s e l b e n M a t e r i a l e
g e s c h n i t t e n e s S t a b c h e n g e b r a u c h t e.
Bei momentaner Ermiiimung gilt das ltesultat nur
fur die in nachster Kahe cles heissern Endes (T)
liegenden Theile der zu priifenden Stahlmasse. Eei liingerpr
Erwsrmung liomnien aucli die zwischen den Tastenden
liegenden entferntcren Tlieile zur Wirkung.
I c h erlnuhe inir schliesslich Hrn. Prof. DP. F. K o h l r a u s c h ineinen verl)inc\lichsten Dank fur seine giitigc.
Unterstiitzung mit Ratli nnd That auszusprechen.
Physikalischcs Laboratorinin der m i v . 17iir z b ur g .
16. Febr. 1879.
.
~~~
~~
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