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Dispersion und Absorption zher Flssigkeiten bei Hochfrequenz.

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Dahms. Dispersion u.Absorption z d l w Fliissigkeiten b. Hochfrequenz 177
DJepersion u w d Abeorption xdlher Z'L~ssigkeitem
bei Hochfrequenx l)
Von WiIheErn D a h m e
(Mit 13 Figuren)
A. Problemetellung
Bei Messungen des Zeiteffektes von Elektrolyten in Rohrzuckerlosungeu stellte D o b e n e c k e r a ) eine starke Zunahme der Leitfiihigkeit infolge des Dipolverlustes fest. Jedoch wurde dieser Verlust hauptsachlich nur bei einer einzigen konzentrierten Zuckerlosung
und nur fur wenige Wellenlangen bis zu 10 m herab gemessen, da
der Hochfrequenzeffekt des Losungsmittels lediglich fur Korrekturzwecke gebraucht wurcle. Eine systematische Untersuchung derartiger
Losungsmittel fehlt bis jetzt. Eine merkliche Abnahme der Dielektrizitatskonstante (DK.) schien auch bei den kiirzeren Wellenlangen kaum
zu bestehen, trotz gleichzeitiger starker Verluste 7.
I n der Torliegeden Arbeit wurden zunachst einige polare Flussigkeiten und dann als Fliissigkeiten mit starker innerer Reibung
Rohr- und Fruchtzuckerlosungen gemessen.
B. Formeln
Nach De bye gelten fur polare Molekeln folgende Gleichungen
fur die DK. B und fiir den Verlust A K , worin n den Brechungsexponent, eo die statische DK., 7 die Relaxationszeit und w die
Kreisfrequenz bedeuten:
AK=
+
4 2
___
3 , 6 . n . l o L x na + 2
7 (80
--n4
+2
I _ - - ~
80
1
+
so*
$.
(m)
Diese Gleichungen erhalten eine einfache Form, wenn man die
Wellenlange
bei der die DK. auf ihren Kttelwert
E,,
+ n4 ab-
1) Gekiirzte Jenaer Diesertation. Vgl. aucli Phys. Ztschr. 37. S. 158. 1936.
2) 0.D o b e n e c k e r , Ann. d. Phys. [ti] 17. S. 699. 1933.
3) P. W e n k , Ann. d. Phys. [5] 17. S. 679. 1933.
4) Die von J . M a l s c h (Ann.d. Phys. [5] 12. S. 865. 1932)eingefuhrte Kon-
stante y.
Annalen der Physik. 5 . Folge. 26.
12
178
Annalen der Physik. 5. Folge. B a d 26. 1936
gesunken ist (Sprungwellenlinge) und den ,,Sprung(' S = to
fiihrt. Es ist dann
- n2 ein-
Durch Vereinignng dieser beiden Gleichungen bekommt man auch
die Beziehungen
Wir sehen a m den G1. (A), daB der Verlauf der ganzen Erscheinungen
der Anderung der DK. sowohl als auch der Leitfahigkeit durch den
Sprung S = e, - n2 und #?. wiedergegeben wird. e0 und na lassen
sich leicht messen, A,, die Sprungwellenlange, jedoch meistens nicht
S& leicht, weil man bei sehr kurzen Wellenllingen nicht genaue
Messungen ausfuhren kann. Hingegen erlauben die obigen Gleichungen
entweder aus der beobachteten Anderung der DK. oder aus der ZUnahme der LeitfLhigkeit AR fur eine Wellenlang die Sprungwellenlange und damit den ganzen Verlauf voraus zu berechnen, soweit
die Theorie von D e b y e gultig ist. Die DK.-Anderung bei langeren
Wellen ist in der Regel klein und schwer zu messen, hingegen l%Bt
sich die Anderring der Leitfahigkeit leichter bestjmmen und ist auch
in vielen Fa.1len schon bei ziemlich langen Wellen merklich. Im
folgenden sol1 an verschiedenen Flussigkeiten f u r ein groBeres Gebiet von Wellenlangen die Anderung der Leitfahigkeit und soweit
als moglich auch die Anderung der DK. gemessen und das Ergebnis mit den obigen theoretischen Formeln verglichen werden.
C. XeSmethode und Vemuoheanordnung
Znr Messung der DK. und der Leitfahigkeit polarer Fliissigkeiten
im Ultrakurzwellengebiet wurde die von M.Wien und seinen Schiilern l)
entwickelte Barrettermethode benutzt, die den groSen Vorzug hat, daB
man mit ihr Leitfilhigkeit und DK. gleichzeitig bestimmt. Im folgenden
wurde wesentlich die Versuchsanordnung von P. W e'nk8) verwandt.
Das Prinzip dieser Methode ist, daB die zu untersuchende FlSssigkeit in der MeBanordnung durch eine andere bekannte Fliissigkeit
ersetzt wird. Wenn die ,,Resonanzkurven'' bei beiden Fltissigkeiten
1) M. W i e n , Phys. Ztschr. 17. S. 793. 1930; Ann. d. Phys. [5] 11. S. 429.
1931; 0. h'eese, Ann. d.Phye. [5] 8. S.929. 1931; P. Wenk, Ann. d. Phye. [5]
17. 6. 679. 1933.
2) P. Wenk, a. a. 0.
Dahms. Dispersion u. Absorption zaherFliissigkeiten b.Hochjrequenz 179
sich decken, so stimmen die DK. und die Leitfahigkeit beider
Fliissigkeiten tiberein. Es mu6 also die bekannte Flussigkeit beziiglich Leitfahigkeit und DK. verandert werden, bis durch Niihernng
die Ubereinstimmung der Resonanzknrven erreicbt wird. Da es meist
nicht moglich ist, dies bei einer Flilssigkeit
auszufuhren, so wurden in einem Doppelkondensator (Haupt- und Nebenkondensator
vgl. Fig. 1) zwei bekannte Fliissigkeiten
parallel geschaltet; in dem Hauptkondensator wurde die DK., in dem Nebenkondensator die Leitfahigkeit fur sich geandert,
bis das Ziel erreicht war.
Fur die folgenden Versnche m d t e , da
die DK. zwischen 80 und 18 variierten,
Grund-1k.c
die passenden DK. durch die Mischnng
von Aceton und Wasser oder Aceton und
$ 5
Tetrachlorkohlenstoff erzielt werden, in den
Nebenkondensator wurde stets eine verFig. 1
dunnte Losung von Kochsalz zur hbanderung der Leitfahigkeit gebraucht. Die Kapazitat dieses Nebenkondensators blieb sich merklich gleich, da bei schwachen 1 :1 wertigen
Elektrolyten nur
eine sehr geringe
1I
0
I r n
Anderung der DK.
mit der Konzentration vorhanden ist.
Die Versuchsanordnung
setzt
sich aus dem Sender I, dem Empfanger I1 und dern
Barretter J I I zusammen (vgl. Fig. 2).
I. Sender. Der
Bau eines IJltraWZ
G
kurzwellenseuders
macht auch heute
Fig. 3
noch
Schwierigkeiten, wenn man
nicht nur eine gewisse Leistung, sondern auch Konstanz von Amplitude und Frequenz verlangt. Folgende Sender haben sich bei
meinen Versuchen bewahrt.
0
B
s
12*
180
Annalea der Physik. 5. Folge. Band 26. 1936
1. Zwei R E 134-Rohren wurden in der Gegentaktschaltung nach
H o l b o r n l) verwandt. Der Sender wurde mittels eines Turmalins
gesteuert, der mir von Dr. H. S t r a u b e l liebenswiirdigerweise zur
Verfiigung gestellt war. Bei Benutzung von keramisch hochwertigen
Isolierstoffen war dieser Sender noch bis kurz unter I = 3 m einwandfrei zu gebrauchen.
2. Zur Erzeugung noch kiirzerer Wellen wurden die Telefunkenrohren RS 245 in der Gegentaktschaltuog mit Selbsterregnng verwandt. Die besonders fur Kurzwellen geeigneten Herausfiihrungen
von Gitter und Anode auf dcm Xopf der Rohre ermoglichen einen
Aufbau ohne jegliche Verwendung von Isolierstoffen im Schwingungskreis. Dieser Sender schwingt zwar bis zu einer Welle von 1,30 m.
Hierbei war er fur die nachfolgenden Messungen nicht mehr gut
zu gebrauchen, da wegen der Inkonstanz von Frequenz und Amplitude
die Fehler zu gro6 wuden. Wellen zwischen 2 m und 1,30 m dienten
daher nur zu orientierenden Versuchen. Von 2 m ah arbeitete der
Sender jedoch durchaus zufriedenstellend.
3. Fur einige Messungen ebenfalls bis zu 3. = 2 m diente ein
turmalingesteuerter Sender mit einer RS 245-Rohre in der Dreipunktschaltung, der sich durch schnelle Einstellung und gro6e Konstanz
auszeichnete. Der Aufbau lie6 sich so ausfuhren, da8 zur Halterung
keine weiteren Isolierstoffe benotigt wurden, da die Schaltelemente
allein geniigten.
Bevor der Sender fur Messungen verwendet wurde, wurde seine
Konstanz mit Hilfe eines Schwingungskreises, der an die eioe Seite
des Barretters angekoppelt war, beobachtet. Durch Abanderung der
Schaltelemente im Gitter- und Anodenkreis und geeignete Wahl des
Riderstandes im Oitterltreis und der Betriebsspannung wurde der
jeweils beste Schwingungszustand des Senders festgestellt. So lief3
sich eine groBe Konstanz der Sender erzielen. Z . B. war der Ausschlag des Galvanometers am Barretter im Maximum der Resonanzkurven in einem Fall iiber 9 Std. so ‘konstant, da6 diese Zeit hindurch Leitfahigkeit nnd DK. mit wenigstens 1 O/, Sicherheit gemessen
werden konnten. Die Senderohren wurden mittels einer gro6en
Akkumulatorenbatterie geheizt. Als Anodenstromquelle dienten anf anglich ebenfalls Akkumulatoren. Wegen ihrer geringen Kapazitat
war es nicht moglich, viele Messungen hintereinander auszufuhren.
Sie wurden durch ein Wechselstromgleichrichtergeriit rnit Glimmlichtstabilisatoren ersetzt, das zur vollen Zufriedenheit arbeitete. Der
Sender blieb zur Konstanthaltung von Frequenz und Amplitude
1) F.Holborn, Ztechr. f. Phys. 6. S. 328. 1921.
D a h m . Dispersion u.Absorption ziiher Flussigkeiten b.Hochfrequenz 181
wahrend der ganzen NeBreihe dauernd in Betrieb. Zum Einlauf
wurden bis zu 2 Std. benotigt.
II und 111, Die MeBanordnung und der Barretter waren im
Prinzip die gleichen, wie sie fruher von Wenk') benutzt wurden.
Lediglich im Rarretter wurden an Stelle der sonst als Lampchen verwendeten Heizfaden der R E 054-Bohren solche nach Angabe von
J. Schieles) eingesetzt. Die hierbei benotigten Wollastondrahte wurden
jedoch nicht angelotet, sondern auf kleine Nickelbleche geschweiBt.
So lief3en sich die Lampchen beim Buspumpen an der Quecksilberdiffusionspumpe gleichzeitig ausheizen. Hierdurch wurde erreicht,
daB der Barretter nach Einsetzen neuer Lampchen gleich zur Messung beuutzt werden konnte, ohne - wie friiher - anfanglich
Schwankungen zu zeigen. Diese Schwankungen hatten ihren Grund
in dem allmilhlichen Abdampfen der Salpetersanre, die sich vom
Abatzen auf dem Draht befindet. Es wurden Lampchen von ungefiihr 30 80 Ohm Widerstand angewandt. Die Ankoppelungswiderstande T (vgl. Fig. 2) wurden stets moglich gering gemacht,
z. T. bestanden sie nur aue einem 5 mm dicken Messingdraht, der
merklich durch seine Selbstinduktion koppelte.
-
Mefiverfahren
Die Reihenfolge der Versuche war bei dem MeSverfahren folgende : Znnachst wurde eineVoreinstelIung gemacht, urn eine passende
Lage dos Resonanzmaximums zu erhalten und urn die eigentliche
Messung abzukiirzen. Bei dieser wurde mit einer Widerstandsmessung der zu untersuchenden Fliissigkeit mit der Kohlrauschbriicke begonnen, darauf die Resonanzkurve der zu untemuchenden
Fliissigkeit aufgenommen, dann die Ersatzflussigkeiten eingefiillt und
die Resonanzkurve abgeglichen, die zu untersuchende Fliissigkeit
nochmals eingefiillt und wiederum die Resonanzkurve aufgenommen.
Dies Umfiillen wurde so lange wiederholt, bis die Resonanzkurven
sich deckten. SchlieSlich wurde der Widerstand mit der Kohlrauschbriicke gemessen. Aus der Differenz der beiden Widerstandsmessungen ergab sich der Verlust.
Die endgiiltige Messung muBte von einem 5 m von der MeBanordnung entfernten Fernrohr aua geschehen. Diese Entfernung
er'wies sich als notwendig, um keinen EinfluS des Beobachters auf
die MeBanordnung auszuiiben. Die Messungen wurden in der Regel
nachts ausgefiihrt, um sonstige Storungen zu vermeiden.
1) P. Wenk, a.
8.
0.
2) J. S c h i e l e , Phys. Ztschr. 3ii. S. 632. 1935.
18'2
Annulen der Physik. 5. Folge. Band 26. 1936
In den meisten Flllen wurde eine vollige Deckung der Resonanzkurven erreicht, nur bei wenigen wurde interpoliert '). Die
Empfindlichkeit der Messung war so groll, daB die MeBgenanigkeit
f u r die DK. etwa lo/,, betrug, die fiir die Leitfahigkeit etwa 2
bis 3O/,,.
Nur bei sehr geringer Leitfahigkeit war die Empfindlichkeit geringer, blieb aber immer innerhalb von 1 ,lo. Der Barretter liif3t
sich prinzipiell noch empfindlicher machen. Dies hat jedoch keinen
Zweck, da die Anforderungen an die Konstanz des Senders dann
zu hoch werden und sich nicht mehr erfiillen lassen.
Wie oben erwahnt wurde die passende DK. durch Mischung
ron Wasser und Aceton erzielt. Aus dem spezifischen Gewicht
dieser Nessungen und nach Messungen von G r a f f u n d e r 3 wurde
die DK. entnommen.
Bei den Zuckerlosungen dauerte eine solche Messung ungeflhr
2112 Std. nber diese Zeit mullte also der Sender und die Temperatur konstant bleiben. Wie oben erwahnt, war eine Konstanz
des Senders sogar uber 9 Std. rorhanden, bei Wiederholung einer
Messung an Nitrobenzol wurde sogar 24 Std. spater dieselbe Resonanzkurve der Hohe und Lage nach gefunden, nachdem der
Sender wieder eingelaufen war. Die Gesamtapparatur entsprach
daher den gestellten Anforderungen. Nitrobenzol liell sich wesentlich schneller messen als die Zuckerlosungen, etwa in 45 Min.
Um die Messungen direkt hintereinander ausf uhren zu konnen,
wurde bei ein und derselben Wellenlinge eine Anzahl von Substanzen verschiedener Konzentration untersucht, wobei der Sender
dauernd weiterlaufen konnte. Dadurch fie1 das jedesmalige Einlaufen des Senders fort. Es wurde Zeit gespart. AuBerdem konnte
die angesetzte Zuckerlosung besser ausgenutzt werden. So konnten
bis zu 5 MeBpunkte an einem Tage aufgenommen werden.
D. Ergebniese
I. Messungen an N i t r o b e n z o l
Nitrobenzol wird oft als Vergleichsfliissigkeit zu DK.-Messungen
benutzt. Die bisher von verschiedenen Butoren angegebenen Me&
ergebnisse weichen stark voneinander ab 3).
Die von mir angewandten Wellenlangen waren 8,O; 7,O; 6,6;
6,O; 4,15; 3,14; 2,O m. Das Nitrobenzol wurde yon S c h e r i n g K a h l b a u m (e. benzole cryst.) geliefert.
1) M. W i e n , a. a. 0.
2) W. Graffunder, Ztechr. f. Phys. TZ. s. 144. 1931.
3) Vgl. z. B. H. G. Kionka, Jena, Dissertation 1935; H. K e S l e r ,
Zbchr. f. Hfr. u. Ak. 46. S. 391. 1935.
Dahms. Dispersion u.A b s o r p t h zaher Fliissigkeiten b. Hochfrequenz 183
I n Fig. 3 ist zunachst A I< in Abhangigkeit von l / A Z a.ufgetragen.
Bis zu A gleich 3 m herab ist A K annahernd proportional l/ha.
Von da ab wachst es langsamer. Wir sind hier also an der Grenze
des Sprunggebietes. Die Messung der DK. ergab ebenfalls bis zu
etwa 12 = 3 m keine merkliche Abweichung yon E = 36,4, wahrend
fur A = 2 m E zu 32 gefunden wurde? also eine merkliche Abnahme.
Nach obigen Formeln berechnet sich f u r ?. e 3,14 cm und der
beobachteten Leitfahigkeit A K = 3,9 x
die Sprungwellenlange zu
*
= 6,8 cn1.
A, = e, - ny
''
Aus meinen Messungen ergibt sich also, daf3 Nitrobenzol sicher
bis zu etwa 5 m herab als Vergleichsfliissigkeit fiir DK.-Messungen
benutzt werden kann, wenn seine Dipolleitfahigkeit nicht stort.
Irgendein Absorptionsmaximum in diesem Gebiet zeigte sich nicht.
Fur rl = 2 m ergibt die Forrnel
wahrend 7,3
beobachtet wurde.
Zur Erhohung der inneren Reibung wurde Nitrobenzol mit
Benzylbenzoat! einer Fltissigkeit mit einer inneren Reibung von
0,l Poise gemischt. Benzylbenzoat besitzt eine kleine DK. von 4,86
und zeigt nur geringe Absorption. Durch Mischen wird einerseits
die Zahl der polaren Molekeln des Nitrobenzols und damit d K
herabgesetzt, andrerseits wird die Absorption durch VergroSern
der inneren Reibung grof3er. Bei geringem Zusatz iiberwiegt die
184
Annalen der Physik. 5. Folge. B a d 26. 1936
Zunahme durch die innere Reibung. Bei weiterem Zusetzen wird
jedoch ein Absinken der Absorption eintreten, da sie sich dem
Wert des Benzylbenzoats annahern mu& Fig. 4 zeigt die 'ijbereinstimmung der Messungen mit diesen Voraussagen.
0
25
MO
75
50
75
50
25
I
MOj%X
0%61
Fig. 4
11. M e s eu n g en an Lavulose u n d R o h r z u c k e r
Die Zuckerlosungen wurden durch vorsichtiges Erhitzen bei
Temperaturen bis zu 60° im luftverdiinnten Raum, der mit Hilfe
einer Wasserstrahlpumpe erhalten wurde, hergestellt. Es wurden
nur frische Losungen benutzt, urn jegliche Garungsprozesse auszuschalten. Das spezifische Gewicht wurde mit dem Ostw aldschen
Pyknometer gemessen. Hieraus lief3 sich dann die Konzentration
entnehmen. Bei jeder Wellenlange wurden mit den Kontrollmessungen
nngefahr 25 Werte gemessen.
Lavulose
Bei Messungen an Lavulose, die in der Qualitiit pur cryst.
von M e r k bezogen wurde, konnten erhebliche Abweichungen der DK.
von ihrem statischen Wert gefunden werden. Die MeSergebnisse gibt
Tab. 1. Den Verlauf der DK. in Abhangigkeit von der Konzentration fur die einzelnen Wellenliingen zeigt Fig. 5. Wir sehen eine
Abnahme der DK. gegeniiber ihrern statischen Wert mit c = 1,2i
beginnend, die fur kiirzere Wellen recht erheblich wird. MeSergebnisse bei 1 = 147 cm sind ihrer Ungenauigkeit wegen nur durch
Xreise angedeutet. Der Dispersiossbeginn verschiebt sich mit Zunahme der Konzentration zu langeren ,Wellen hin, wie es auch zu
erwarten ist. Die Konzentrationen, bei deoen eine .Abweichnng der
D a h m . Dispersion u. Absorption xaher Flussigkeiten b. Hochfrequenz 185
DK. von lo/, von ihrem statischen Wert gemessen wurde? sind in
der folgenden Tabelle fur die einzelnen Wellenlangen angegeben.
rz
U
1
830
1,316
1
-
415
1,305
I
207 cm
1,293
Die prozentuale Abnahme der DK. fur die einzelnen Konzentrationen
ist in Fig. 6 wiedegegeben.
4
70 -
#--
___
1,30
1,34
1,38
1,42
61
59
57
48
___-pl--__LL
__
2,l
2,l
2,2
2,2
56,9
56,9
54,s
45,8
A X . 106
8
1 =830cm 415 cm 207 cm 830 ern1415 cm(207cm
_ I ~ _ _ _ _ _ ~ _
60
55
45
32
59,5
52,s
41J
27,5
59
50
37,5
21,O
6,6
11,s
18,2
22,O
22
30,O
38,6
38,2
56,5
75
89
70
Wenn wir dies mit der Theorie vergleichen wollen, so beginnen
wir zunachst mit der Frage, ob die Dipolleitfahigkeit proportional
dem Quadrat der Frequenz wachst. Falls dies der Fall ist, so mul3
186
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 26. 1936
im logarithmischen MaBstab jeder Konzentration eine Gerade im
Winkel yon 45O mit der Abszissenachse entsprechen, die mit hoherer
Konzentration sich parallel in die Hohe schiebt. In Fig. 7 sehen
wir, dah die Versuchsergebnisse dieser theoretischen Forderung nicht
entsprechen. Die Kurven verlaufen nicht parallel, sondern sind urn
so weniger geneigt, je hoher die
Konzentration ist, so dal3 sie nach
den kurzen Wellen zusammenlaufen. Aufierdem sind die Kurven
71
Fig. 6. DK.-Anderung
in Prozent Lavulose
Fig. 7
gekriimmt, so daB auch mit steigender Frequenz die Neigung kleiner
wird. Die ganzen Ergebnisse zeigen, dah das Quadratgesetz iles
Verlustes bei Lavuloselosungen nicht mehr erfiillt ist. Da die Zunahme der Leitf ahigkeit mit der Frequenz um so langsamer erfolgt,
je hoher die Konzentration und je hoher die Frequenz ist, so ist
die Folge, dafi bei den hijchsten Frequenzen und starksten Konzentrationen die Kurven schlieBlich diejenigen fiir niedrigere Konzentrationen schneiden.
In Fig. 8 sind die Ergebnisse fur die 3 Wellenlangen 830, 415,
207 cm als Parameter aufgetragen und man sieht, dal3 bei allen
Wellen die hochsten Verluste nicht bei der starksten Konzentration
Dahms. Dispersion u. Absorption zuher $'liissigkeiten b. Hochfrequenz 187
auftreten, sondern sie ein Maximum zeigen, das mit kiirzeren Wellen
immer weiter nach niedrigeren Konzentrationen riickt.
Da mithin die Gleichungen fur die A K einfacher polarer Losungen
hier nicht mehr giiltig sind, so konnen eigentlich auch die anderen
Formeln nicht mehr gelten, vor allem auch nicht mehr die Formel
fur die SprungwellenIange 1,. Trotzdem wollen
wir versuchen, die obigen
Formeln so weit als moglich anzuwenden, um die
Abweichungen besser beurteilen zu konnen. Wir
konnen hierbei natiirlich
nicht von den ganz langen
Wellen ausgehen, sondern
mussen uns moglichst in
der Umgebung der Sprungwelle halten. Wir beginnen
damit, da8 wir nach der
Formel
?,s
=
GO * AK (Ia + 12)
s
aus dem beobachteten Wert
von A K bei 1 = 830 cm
Fig. 8
1, fur die verschiedenen
Konzentrationen berechnen und aus diesem berechneten Wert die Dielektrizitatskonstante
fiir die verschiedenen Wellen und die Verluste fiir die Wellen
1 = 415 und 207 cm nach den Formeln(A) ableiten. Die Ergebnisse
sind in Tab. 2 gegeben. Wir sehen, da6 die vorausberecbneten
Verluste wesentlich groBer sind als die gemessenen (vgl. auch
Fig. 9) und auch bei den Dielektrizitatskonstanten erhebliche
Tabelle 2
Lavdose, Bereehnung nach Formeln (A)
A K . 105
- _ _ ~
-~
1,30
1,34
1,38
1,42
6,6
11,s
18,2
22,O
60
55
45
32
60,s
58,4
55,5
43,3
59,5
52,5
41,5
27,5
60,3
56,6
51,3
38,5
59
50
37,5
21,O
58,3
50,5
39,6
24,7
22
26
30
46
38,6 67
38,2 74
~
56,5
75
89
70
161
162
206
185
Annalen der Physik. 5 . Folge. Band 26. 1936
188
Abweichungen vorhanden sind. Immerhin ist der groBe Gang in
Dbereinstimmung mit der Theorie, vor allem ist die gemessene DK.
bei der Welle 207 cm also in der Nahe von Ad = 211 cm tatsachlich
auf etwa den halben Wert
/
der
Dielektrizitatskonstan/
/
ten e0 gesunken. Wir befinden uns also an der
Sprungstelle.
Wir konnen auch noch
einen anderen Weg einsc,hlagen und zur Bestimniung von ;1, die Formeln (B)
I
= 60. AKA’
- nz
benutzen, wobei au6er der
gemessenen Dipolleitfahigkeit d K auch. die gemessene
Dielelektrizitatskonstante B
eingeht.
Wenn wir das
machen, erhalten wir die
Tab. 3. Auch hier sehen wir
Fig. 9. Abweichung des gemessenen A K
grogere Abweichungen zwivon dem berechneten, bei Lavulose
schen Theorie und Reobachtung. Bei den Leitfahigkeiten ist die Dbereinstimmung noch etwas schlechter. Die DK.-Wese
liegen etwas unter den gemessenen, mahrend bei der obigen Berechnung
die berechneten groBer waren.
- - - ~~~
-
-__
_~____.
&
18
U
_
_
1,30
1,34
1,38
1,42
cm
-~
47
92
176
305
I = 207 cm
j
___--r
-~
9
b58
49,6
34
16,6
7
69
50
37,5
21,o
z.==
____
A K . lo5 1 = 207cm
~
56,5
75
89
70
- .____
105
171
241
223
Rohrzucker
Tab. 4 gibt die MeBergebnisse wieder. Den Verlauf der DK.
von Rohrzucker bei den verschiedenen Wellenlangen zeigt Fig. 10.
Eine Sbweichung der DK. von ihrem statischen Wert, den H a r -
Dahms. Dispers;on u. Absorption zuher Fliissigkeiten b. Hochfrequenz 189
Tabelle 4
-
MeBergebnisse Rohrzucker
~
I
U
I
I
207 cm
___
~
~
~~
1,14
1,22
1,34
70,s
62,5
43,O
A K . 105
830 j 415 207 cm
.
~~
1,0
3,04
11,3
1
I
3,6
9,8
31,3
-__
13,6
203
71,O
r i n g t o n und P o s s n e r l ) angeben, konnte bei den von mir benutzten
Wellenlangen nicht festgestellt werden. Selbst Messungen bei 167 cm
zeigten noch keine sicher feststellbaren Abweichungen. Bei dieser
Frequenz war jedoch, wie oben erwahnt, der Sender nicht mehr
konstant genug und erlaubte fu r die Messungen der DK. nur eine
Genauigkeit yon 3O/,. Die bei h = 167 cm gefundenen Werte fur E
sind deshalb in der Fig. 10 nicht aufgenommen.
IR Fig. 11 ist der Verlauf von A K mit der Konzentration der
Zuckerlosung fur die Wellenlangen von 830, 415, 207 und 167 cm
wiedergegeben. Die ,!ibsorption nimmt zugleich mit der durch die
Konzentration vermehrten Zahigkeit immer mehr zu. Fig. 12 zeigt
die Abhangigkeit der Leitfahigkeit der einzelnen Konzentrationen
von der Wellenlange. duch hier laufen wie bei Lavulose (Fig. 7)
-
__
1) E. A. H a r r i n g t o n , Phys. Rev. 8. S. 581. 1916; H. P o s s n e r , Ann. d.
Phys. [5] 6. S. 815. 1930.
190
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 26. 1936
die Kurven nach rechts zusammen, d. h. die Zunahme erfolgt nicht
genau quadratisch mit w ; die Abweichungen sind jedoch geringer
als bei Lavulose. I m Gegensatz zu Lavulose sind hier bei der DK.
auch bei den kiirzesten verwandten Wellenlangen noch keine Abweichungen von den statischen Werten feststellbar. Hingegen ist
I
Fig. 11
Fig. 12
die Dipolleitfahigkeit d K etwa von der gleichen GroBenordnung
wie bei Lavulose- und steigt auch mit der Frequenz und der Konzentration. Berechnen wir wieder nach den Formeln (A) - Formeln (B)
geben nichts wesentlich anderes - aus den Werten von A K fiir
I = 830 cm I , , und aus A, und X die Werte yon 8 und A K fur die
verschiedenen Konzentrationen und Wellen, so erhalten wir Tab. 5.
Tabelle 6
Rohrxucker. Vergleich zwischen Messung und Beobachtung
E
J K . 105
’I
0,04
0,17
2,3
Wir sehen, daB bei der DK. eine erhebliche Abweichung vom statischen Werte bei B = 1,34 und I = 415 und 207 hatte eintreten
miissen. Urn die Sprungstelle bei Rohrzucker festzustellen, miiBten
Dahms. Dispersion u. Absorption xtiher Fliissigkeiien b. Hochjrequenz 191
die Messungen auf wesentlich kiirzere Wellen ausgedehnt werden.
Die MeBergebnisse und die fur h = 207 cin errechneten Kurven sind
in Fig. 10 u. 13 gezeichnet.
Die Fig. 12 zeigt, da6 A K auch bei Rohrzucker nicht proportional ma wachst, sondern langsamer, Jedoch sind die Abweichungen
nicht so stark wie bei Lavulose. Die Kurven laufen
nach
rechts
zusammen,
schneiden sich aber nicht.
Die Werte von h, steigen
mit der Konzentration, aber
nicht proportional der Zahigkeit r ] , sondern langsamer
(Tab. 5).
Die aus S und ha errechneten Werte yon A K
sind auch hier wesentlich
hoher als die gemessenen
(vgl. Fig. 13).
am ganzen ist es trotz
der Abweichungen wohl unzweifelhaft, dab die beobachtete Dispersion der DK.
und der Leitfahigkeit auf
Dipolwirkungen beruht. Die
Fig. 13. Absorption bei LiivuloseAbweichungen konnen einabweichung der Beobachtung
von der Brechung
ma1 ihren Grund in einer
Inhomogenitat der Losung
haben, in dem Komplexe mit hoheren h, und groberen Relaxationszeiten vorhanden sind, die zu ahnlichen Folgeerscheinungen fuhren
konnenl). Andrerseits ist es jedoch auch moglich, da6 die unter
vereinfachten Annahmen abgeleitete Theorie auf die sehr zahen
Zucker- und Lavuloselosungen nicht direkt angewendet werden kann,
sondern einer Erganzung bedarf.
Zusammenfaesung
Zur Priifung der D e b yeschen Theorie wurden Messungen mit
der Barretteranordcung, wie sie M. W i e n und seine Schuler entwickelt haben, gemacht. Durch geeignete Barretterlampen konnte
die Empfindlichkeit noch wesentlich gesteigert werden.
1) Vgl. M. W i e n , Phys. Ztschr. 37. S. 155. 1936.
192
Annalen der Physiic. 5 . Folge. Band 26. 1936
Nitrobenzol Ferhielt sich ziemlich ubereinstimmend mit der
D e b yeschen Theorie. Bei den Zuckerlosungen traten aber erhebliche
Abweichungen auf. Diese bestehen einmal darin, daB die Dipolleitfahigkeit langsanier steigt als proportional w2, bei konzentrierter
LavuloselSsung sogar etwa proportional w. Ferner darin, daB die
DK. bei Rohrzucker auch bei der kiirzesten Wellenlange von 207
and 167 cm kein merkliches Sinken von E feststellbar war, wahrend
E bei Lavubse schon bei langeren Wellen erheblich unter den
statischen Wert eo sinkt.
Die vorliegende Arbeit wurde im Physikalischen Institut der
Friedrich-Schiller-UniversifatJena unter Leitung von Herrn Geheimrat
Prof. M. W i e n ausgefuhrt. Ihm, meinem hochverehrten Lehrer,
bin ich fur sein stets forderndes Interesse und seine zahlreichen,
wertvollen Ratschlage zu tiefstem Dank verpflichtet.
J e n a , Physikalisches Institut der Universitat, Februar 1936.
(Eingegangen 25. Februar 1936)
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V e r a n t w o r t l i c h : fur die Redaktion: Prof. Dr. E. Gruneisen, MarburgiL.; fur Anzeigen:
Bernhard v. Ammon Leipzig. Anzeigenannahme: Leipzig C 1, Salomonstr. 18 B, Tel. 70861.
Verlag: Johann Amdrosiiis Barth. - Druck: Metzger & Wittig, Leipsig C 1. DA. 1075. I.Vj. 1936.
Zur Zeit gilt Preisliste 3. Printed in Germany.
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