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Ein Demonstrationsversuch mit electrischen Schwingungen.

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VIII. E h Demolzstratiornsversuch rnit electrischen.
Schwhgumgern vow L. A r o w s .
1. L e c h e r hat bekanntlich eine Nethode angegeben, die
Bauche electrischer Schwingungen, melche zwischen parallelen
Drahten verlaufen , mittelst G e i s s 1e r ’ scher Rohren aufzufinden. Riickt man eine solche Rohre in die Nahe eines Schwingungsbauches, so leuchtet sie hell auf. E s lag der Gedanke
nahe, ob es nicht moglich sei den electrischen Schwiiigungszustand zwischen parallelen Drahten auf eine langere Strecke
gleichzeitig sichtbar zu machen, indem man die Drahte auf
dieser Strecke durch ein Glasrohr fuhrt, aus welcheni die Luft
fortgepumpt werden kann. Diesen Gedanken habe ich mit Erfolg ZUP Ausfuhrung gebracht.
2. Das von mir benutzte Glasrohr (Fig. 1) hatte eine
Lange von 250 cm bei einem Durchmesser von 6 cm. Dasselbe
Fig. 1.
lief an beiden Seiten in je zwei enge Ansatzrohre nus; zwei
Aluminiumdrahte von 2 mm Durchmesser durchliefen im Abstand yon 3 cm die Lange des Rohres; ihre beiderseitigen
Enden waren durch kleine Korkstopfen gezogen, welche die Ansatzrohre moglichst gut schliessen. Um die Drahte gespannt
halten zu konnen, werden dieselben, wie aus Fig. 2 ersichtlich,
auf jeder Seite durch eine ihrer
Lange nach durchborte kleine
Klemmschraube gefiihrt und
diese, nachdem der Draht mogIichst
straff angezogen war, dicht
Fig. 2.
an den Kork geschoben und festgeschraubt. Sodann wurde das Ansatzrohr, die Klemmschraube
und ein Theil des herausragenden Drahtes mit Siegellack um-
L. Awns.
554
schmolzen. Dieser Verschluss war hinreichend luftdicht und erlaubte Verdunnungen bis unter 1 mm Quecksilber tagelang
zu halten. l)
3. I n Fig. 3 ist eine erste Versuchsanordnung schematisch dargestellt. Als Schwingungserreger diente wie bei den
meisten Versuchen aitf diesem Gebiet quadratische Zinkplatten
%von 40 cin Seite. Die Kugeln, zwischen welchen der Funlie
des ziemlich kleinen, von 4 Accumuiatoren getriebenen Inductoriums J ubersprang, waren unmittelbar an den Tafeln angebracht, um miiglichst viele verschiedene Schwinguagszustar~cte
erzeugen zu konnen. 2,
Den erregenden Zinkplatten 2 standeii kleinere z , von
10 cm Seite gegenuber , welche den Anfang der Drahtleitung
bildeten. Die Gesammtlange dieser betrug von z bis E ca.
6 m; die Drahte im Glasrohr bildeten das Ende der Leitung
b
E $Cel
v
B
L. P6
c;
.-Ed
Fig. 3.
I
_
-+-I
zJ13
ron el el his e2 e 2 ; sie waren am aussersten Ende durch einen
durch den Glashahn 9 eingeschobenen Draht b uberdruckt, so
dass hier immer ein Schwingungsknoten lag. Das Glasrohr
wurcle vermittelst einer Wasserstf-ahlpumpe evacnirt, der Druck
in demselben betrug zwischen 10 und 20 min Quecksilber.
4. Befand sich ausser bei b keine Ueberbriickurig auf
den Driihten, so leuchtete der Raum zwischen den Drahtep
auf der ganzen Lange des Glasrohres. Wurde auf den freien
Theil der Leitung zwischen el e, und z z eine Brucke B aufgesetzt, so erlosch im allgemeinen das Licht ; ruckte man nun
mit der Brucke weiter, so fanden sich Stellungen, bei welchen
ein theilweises Leuchten der Drahte im Rohr zeigte, dass in
1) Ich hatte das Rohr zunachst von Hrn. M u l l e r (Geisslcr Nachfolger) in Bonn in der Weise anfertigen lassen, dass die Drlhte mittelst
angesetzter Platinenden in die engen RGhren eingeschmolzen waren. Beim
Transport war aber die Schmelzemaille Initsammt dem Platindraht a n
einer Stelle gebrochen.
2) R u b e n s , Wied. Ann. 42. p. 163. Anrn. 1. 1891.
555
Electrische S~hwin~qungen.
der Leitung Schwingungen zustande kamen, indem die beiden
durch die bewegliche Briicke abgegrenzten Theile in Resonanz
standen. Ich konnte auf diese Weise 1, 2, 3, 4 und selbst
5 Schwingunsbauche gleichzeitig im Glasrohr sichtbar machen.
Fig. 1 mag von der Erscheinung ein Bild geben, fur den Fall
dass sich 4 Schwingungsbauche im Rohre befanden. Wahrend
an den Knotenstellen die Drahte dunkel blieben, glimmten sie
an den Bauchen auf eine Iangere Strecke in blaulich weissem
Licht ; kleine spitzzulaufende Zungen liefen an diesen Stellen
in der Ebene, welche beide Drahte aufnahm, aus. Dieselben
werden nach beiden Enden der leuchtenden Strecke hin seltener und klirzer, in der Mittelparthie reichten sie hier und
da von einem Draht bis zum anderen.
5. Wenn auch die beschriebene Methode nicht gerade
zu Messungen verwendet werden wird, so ist es doch ganz
interessant, dass man weiiigstens eine ungefahre quantitative
Orientirung uber die Erscheinungen erhalten kann. Ich spannte
langs der Drahtleitung ein Bandmaass aus und bestimmte die
Stellung der Briicke , sowie die entsprechenden Schwingungsbauche in der RGhre. Zu letzterem Zweck werden, da die
Beobachtungen im verdunkelten Zimmer ausgefiihrt werden
mussten, Faden iiber die Mitte der leuchtenden Stellen gehangt und die Lage nach Erhellung des Zimmers abgelesen.
Ich gebe die erste Beobachtungsreihe wieder, wobei je nur eine
Einstellung ohne besondere Sorgfalt gcmacht wurde, sodass eine
solche Versuchsreihe bequem in der Vorlesung auszufiihren ist.
Die Spalte 3 und 5 der folgenden Tabelle geben die Einstellungen der Briicke B und der Bauche im Rohr.
--
__
_
I
Nr.
~
6ahl der
1
4
auf der
__
Leitung
1
2
5
3
9
4
7
11
Stellung der
Briicke B
Lage der Bauche im
Rohr
beobachtet
berechnet
beobachtet
526
370
561
284
430
573
582
510
370
548
290
428
566
579
136
138
100
103
___
berechnet
P
86
83
218
73
185
221
70,5
183,5
~
1
2
1
2
beob- ierechrchtet net
__ __
~
-
248
132
138
112
113
178
5. Arons.
556
Nr.
Briicke B
Lage der Bauche im
Rohr
berechnet
beobachtet
berechnet
590
62
155
62
157
252
55,4
138
22 1
50,5
123,5
196,5
46,7
112
178
243
43,6
103
162
221
41
95
149
203
257
~~
5,
6
7*
8*
593,6
l m Endc el
56
138
218
50 (?)
131
207
52
117
184
598
602
Am Ende e,
9
1o*
605
45
103
160
-
608
43
94
148
197
Am Ende e,
93
95
ii
83
81P)
73
65
67
66
;;
59
51
54
49
54
76
6. Die Bedeutung cler iibrigen Spalteii der Tabelle ergibt sich aus folgender Betrachtung. Da das Ende der Glasrolire bei b dauernd einen Knoten enthiilt, die Endplatten z
iniiner einen Banch bilden, so muss die ganze Lange der Leitung stets in eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlangen zerfallen. Urn aus dieser Anschauung heraus die Lagen der moglichen Knoten und Bauche bezeichnen zu kijnnen, muss noch
die Lange bekannt sein, welche die Endplatten reprasentiren.
Aehnlich wie R u b e n s ' ) berechnete icli diese Llinge aus den
linter Nr. 3 angefiihrten Beobachtungen; der Mittelwerth ist
30 cm. Mit Hiilfe dieser Zahl berechnete ich die in der dritten
und vierten Spalte der Tabelle enthaltenen Zahlen unter der
Annahme, dass die gesammte Lange der Leitung von z bis e2
in soviel Viertelwellen zerfallt, wie die zweite Spalte angibt.
Es zeigt sich, dass diese Spalte sammtliche ungerade Zahlen
von 5 bis 23 enthalt; 3 war die ltleinste mogliche Zahl, der ihr entsprechende Schwingungszustand ist unter Nr. 3 und 6
1) R u b e n s , 1. c. p. 161. 1891.
Eleetrische Sch~nin~qunyen.
557
(9 und 15 Viertelwellen) mitenthalten, in Nr. 9 (21 Viertelwellen) ist gerade dieser sonst besonders scharf hervortretende
Bauch iibersehen worden.
Die Mehrzahl der i n der Tabelle verzeichneten Schwingungszustande wurden aufgefunden, indem icli die Briicke B von
el bis z wandern liess, ohne vorher irgendwelche Rechnung
angestellt zu haben. Die vier, in der Tubelle durch Sternchen
gekennzeichneten, ergaben sich beim nachtraglichen Aufsuchen
ohne Miihe. Erwahnenswerth ist noch, dass bei Nr. 1 bis 3
die Rriicke B auf allen der Schwingung entsprechenden Knoten
ausserhalb des Rohres liegen durfte , wahrend die hoheren
Theilungen nur durch Auflegen :tuf den letzten bei z befindlichen Knoten erhalten wurden.
7. Die Uebereinstimmung zwischen den beobachteten und
berechneten Werthen ist eine leidlicbe. Bei den unter Nr. 8-10
angefiihrten Beobachtungeii lag die Brucke B innerhalb eines
Centimeters von den Platten z entfernt. Schon dieser Umstand weist darauf hin, dass den Platten z nicht fiir alle
Schwingungszustande die gleiche Lange substituirt werden darf,
wie es bei unserer Rechnung geschehen ; in den Abweichungen
zwischen Beobachtung und Rerechnung der Lage von R zeigt
die Tabelle denn auch eincn ausgesprochenen Gang von positiven .zu negativen Werthen. Die Differenz zwischen der beobachteten und herechneten Lage der Bauche ist in einzelnen
Fallen grosser, als erwartet werden durfte ; die Erklarung
scheint darin zu liegen, dass bei den Stellungen der Briicke B
in unmittelbarer Nahe der Endplatten z gewisse Combinationen
auftreten. So liegen die unter Nr. 7 gegebenen Beobachtungen
ziemlich genau zwischen den fur Nr. 6 und 7 berechneten
Zahlen. Bis auf Nr. 7 stimmen auch die in der vorletzten
Spalte der Tabelle angegebenen Abstande der sichtbaren Bauche
mit dell in der letzten Spalte enthaltenen berechneten halben
Wellenlangen recht gut uberein.
8. Ich bemerkte oben (5 7), dass den Endplatten z nicht
fur alle Schwingungszustande eine gleiche Drahtlange substitnirt werden diirfe. Der Beweis fur diese Behauptung lasst
sich in sehr augenfalliger Weise mit dem beschriehenen Rohr
fiihren. Zu diesem Zweck stelle ich wieder eine Drahtleitung
von ca 6 m her, bei welcher die Driihte im Glasrohr ungefahr
558
1;. Arons.
die Mitte der Leitung bilden. Das Ende e, des Rohres ist
jetzt von den Endplatten z z nur noch ca 175 cm entfernt,
ebensolang ist jetzt die Entferniing des Rohrendes ez vom Ende
E der Drahtleitung. Aus dem Glasrohr ist das bei der vorigen
Anordnung benutzte iiberbriickende Drahtstiick b entfernt;
auch das Ende E der Drahtleitung bleibt offen. Dagegen befindet sich zunachst unmittelbar am Ende ez des Glasrohres,
aber ausserhalb desselben eine verschiebbare Rriicke p. Lassen
wir nun zwischen den Endplatten z und dem ihnen zugekehrten
Ende der Glasrohre el die Briicke B wandern, so erhalten
wir wiecier bei gewissen Stellungen dieser Briicke Schwingungserscheinungen, die j e nachdem 1, 2, 3 oder 4 Bauche im Rohr
sichtbar werden lassen. Legen wir jetzt die Briicke B fest
und bewegen die andere p vom Ende ez des Glasrohres gegen
das Ende der ganzenLeitungE hin, so erloschen die Schwingungen
nicht sofort, sondern die Bauche im Glasrohr folgen der Bewegung der Briicke, - wir erhalten langere Wellen in dem
Theil der Leitung zwischen den beiden Briicken B und p.
1st die Briicke B von den Endplatten z noch erheblich entfernt, so ist die Verschiebung der Briicke ,d bis zum Erloschen
der Schwingungen sehr klein; befindet sich dagegen B sehr
nahe an den Endplatten, deren Wirkung nun gegen diejenige
der kurzen Drahtstrecke erheblich w i d , so kann die zweite
linter Umstanden bis an das Ende der Leitung, also urn l3/, m
verschoben werden, ohne dass die Schwingungen aussetzen.
Die Bauche folgeii im allgemeinen der Bewegung der Briicke;
einer nach dem andern tritt aus dem einen Ende der Rohre
Bus, andere treten an der entgegengesetzten Seite ein. Da
der Abstand unter ihnen gleich bleiben muss, wandern die
der zweiten Briicke zugekehrten Bauche schneller als die entfernteren. Ich erhielt z. B. folgende Ergebnisse:
Nr.
Entfernungdar
Verschiebung der
dcrersten
End- Zahl der sichtbaren zweiten
BrCcke
Briicke bis
platte in cm
Bauche
zum Erllischen in cm
105
42
19
1
2
3
4
6
10
1
< 0,5
I
Unmerklich
1
1
2
3
3
4
13
18
41
1
94
mehr als 175
Electrisehe Schwinpngen.
559
9. Bei den Versuchen unter 5 und 6 betrug die Verschiebung mehr als die zuerst beobachtete Entfernung zweier
Bauche; hierbei findet keine regelmassige Bewegung der Bauche
in gleichem Sinne statt; sie scheinen an gewissen Stellen zuriickzuspringen, urn dann von neuem die Wariderung im ersten
Sinne aufznnehmen. Ein solclies Zuriickgehen der Bauche muss
jedesmal eintreten, wenn sich die zweite Briicke einer Stelle
nahert , welche einem Knoten fiir den zuerst eingestellten
Schwingungszustand entspricht. Demgemass stimmt auch nur
fur die im oberen Theil der Tabelle angefuhrten Versuche
die Aenderung der Wellenlange mit den Verschiebungen der
zweiten Briicke uherein. I m Versuch Nr. 4 betrug die Verschiebung fast ein Viertel der ursprunglich eingestellten Wellenlange (die Halfte des zuerst ahgelesenen Abstandes zweier
Bauche). Das Stuck der Leitung von den Endplatten bis zur
ersten Briicke konnte in diesem Falle Wellen erregen, deren
halbe Lange von 96 bis 106 cm variirte.
10. Bei den zuletzt beschriebenen Versuchen war ich uber
die mit der Wasserstrahlpumpe zu erhaltenden Luftverdunnungen
im Glasrohr hinausgegangen. Mit Hiilfe einer selbstthatigen
Raps’schen Pumpe, l) die wegen des grossen zu evacuirenden
Volumens viele Stundeii hindurch arbeitete und vorziigliche
Dienste leistete, trieb ich die Verdiinnung his auf Bruchtheile
eines Millimeters Queclrsilberdruck. Mit der Verdiinnung andert
sich das Aussehen der Entladungen erheblich; doch eignen sich
fur Anstellung der Versuche zu hohe Verdiinnungen nicht;
die Erscheinungen werden nicht stationar ; durch langsames
Einlassen von Luft gelingt es einen moglichst giinstigen Druck
herzustellen. Derselbe liegt, wie es scheint, nicht wesentlich
unter dem mit einer guten Wasserstrahlpumpe zu erreichenden.
Dieser Umstand ermoglicht es , die beschriebenen Versuche,
welche ich durchaus nur als Demonstrationsversuche betrachtet
wissen mochte, mit einfachen Mitteln zur Darstellung zu bringen.
Berlin, Phys. Inst. d. Univ. 1892.
1) Raps, Wied. Ann. 42. p. 629. 1891.
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