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Ein fr Thermoelektrizitt und metallische Wrmeleitung fundamentaler Effekt.

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1918.
an@
1.
ANNALEN DER PHYSIE
1.
E h far Th3ermoelektvMtUtemd rnetaLZ&che
WUr~neCed4~ony
ficndrummtaler Effekt;
von C a r 2 Beneddake.
I n ha1 t.
A. Einleitendes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I. Eine SchluPfolgwitng am der phoretieehen Elcktronenfheorie .
I I . Uber&ht der thennoelektrischen Effettr. - ProblernateUung .
B. Experimentelle Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . .
I . Versuehe iiber die Beziehungen zzthchen den Heterogeneffekten
und der Wanaeleitfahigkeit . . . . . . . . . . . . . . .
Versuch 1. Warmetransport des Stromes eines gew6hnlichenTheimoelements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuch 2. VergriiBerung der scheinbaren Wiirmeleitfiihigkeit einer
zusammengesetzten Plstte durch Seebeck-Peltier-Effekt
Versueh 3. Thermoelektrisch vergriiI3ert.e Warmeleitfahigkeit eines
zusammengesetzten Stabes . . . . . . . . . . . . .
I I . Vwauche i(bcr die Baiehungen :wiachen den Honogeneffekten
md der Wanneleitfahigkit . . . . . . . . . . . . . . .
Versuch 4. Technisches beziiglich der Verwendung eines fein unterteilten Kabels; erster Versuch uber den neuen Effekt
A. Technisches bezuglich der Verwendung des feinen
Kabels: 1. Sicheres Vrrlottm; 2. Wirkliche Drahtliinge; 3. Cewicht der lsolution. - B. Erster Versuch iiber den neuen Effrkt.
Versuch 5. Erstes positives Resultat . . . . . . . . . . . . .
Versuch 6. Priiziaionsausfiihrung . . . . . . . . . . . . . . .
A. Aufgabe und Anordnung. 1. Aufgabe; 2. h o d nung. - B. Eingehende Beschreibung der Versucheanordnung: 1. Dmhtbiindel; 2. Hohlzylinder; 3. Kalorimeter; 4. Befestigung; 5. Elektrische Leitfiihigkeit; 6. Thermische Einzelheiten. - C. Ausgefiihrte
Beobachtungsreihen: 1. EinfluR einer Verschiebung
der Mikroflamme; 2. Identitiit der Liitetellen; 3. Amgleieh der Oberfliichenbeschaffenheit; 4. Wiirmekapazitiit der Isolation; 5. Weiteres betreffend der
Beobachtungsweise; 6. Allgemeiner Erhitzungsvorgang des Apparatcs. - D. Ubersioht der Fehlerquellen: I. Material und Form der b i t e r ; 11. boIation; 111. Erhitzung; IV. Temperaturmeseungen.
E. SehluDergebnis VOII Versuch 6.
-
Annalen der Phydk. IV. Pulge. 66.
I
Beit.
3
3
5
7
7
7
9
10
12
12
15
16
2
C. Benedkks.
Vereaoh 7. Demonatrationevemuch . . . . . . . . . . . . . .
Versuch 8. Diinnnte Pt-Folie . . . . . . . . . . . . . . . . .
111. Vuiniche, welche die Exietenz des marlelen thermoelelllriedren
Effckta direkt bnccisen. 1. F& Mciulk und Legkmngen.
Verwch 9. Stmmdnrchfloeaenc Leiter dwhbar im feeten Magnetfelde..
Versuch 10. Hauptbestimmungen im Felde eines Elektromagneten
AnsgefIihrts Beobachtungmihen: a) Studium insbesondere der Schranbenwirkung; b) Beobachtungen an Kupfer; c) Beziehung zu den Thomsonkoeffizienten.
Versuch 11. Thermoelektrischer Motor. . . . . . . . . . . . .
Vemch 12. Das Analogon des Seebeckappamtes
Vemch 13. Thermoatriime in einem Kreise 8118 zuaammengelotetem
identischcn Material
Verauch 14. a) Thermostriime in einem dnrchaue homogenen Kreise
b) Verbesserte Awfiihnmg: nichtleitende thermische
Verdickung eines einzigen Drahtee . . . . . . .
Versuch 16. Wie sind stiirkere Thermospamungen in einem homogenen Kreise rationell zu ertielen? . . . . . . . .
1. Einfiihrung des I)rossolprineipes. - 2. Vorliiufiger
Demomtrationsverauch (Verauch 16a). - 3. Historische Bemerkungen. - 4. Konstante Hitzbedingungen (Versuch 16b). - 6. VemhweiBtes Drosselkwuz am O s m m Platindraht (Versuch 16c). 6. VemhweilJtes Drosselkreue aus 0,06 mm Platindraht (Versuch E d ) . - 7. EinfluB der Griih der
Beriihrungsfliiche einesl)rosselkreuzes (Versuch16e).
- 8. Drosselkreuz aus Silizi-Eisen (Versuch 16f).
- 9. ,,Thennoelement 1. Art" a m Graphit (Versuch 16g). - 10. ,,Thennoelement 1. Art" aw
Wolfram (Versuch 16h). - 11. EinflnB einer O q d schicht. - 12. Analogon dee Seebeckapparates,
d m h Droseelkreuz erhalten (Versuch 16i). 13. Zeichenbestimmungen des Effektes in den
wichtigeten Metallen und in einigen Lgierungen. 14. Zwei direkte Anwendungen.
I V . Vermhe, welche die Existenz ilea Effektes direkt beweisen.
2. F l ~ a i g mQuecksilber . . . . . . . . . . . . . . . .
Vereuch 16. Methode des Versuches 9 . . . . . . . . . . . . .
Versuch 17. Methode des Versuches 10 . . . . . . . . . . . .
Versuch 18. Methode des Versuches 11
Versuch 19. Bestimmung des Thomsonkoeffizienten des benutzten
Quecksilbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuch 20. Versuch, das Dmsselprinzip fir Hg zu benutzen . .
Vemch 21. EinnuB der Wiirmeleitung eincs den Drosselpunkt umgebenden Mediums
....................
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?‘lrarnioalektriz&tat u.iid nietallisclie It’amteZeitu?ig.
3
Selte
der c.xperimentellen Emngenschaften . . . . . . .
1. I’erspcche uber die Beziehungen zwimhen den Hehogeneffekten
und der Uarmeleitfahigkeit . . . . . . . . . . . . . . .
I I . Yersuehe iiber die Beziehungen zwiachen den Homogmffekten
rind Jer ll’unneleilfiihigkedt . . . . . . . . . . . . . . .
111. Versuche, welche die E:ziatenz cles erwartetmi thennoekktriechen
Effektes direkt beweisen. 1. Feste MetaUe und Legiezungen ,
I V . V e r m h e , welche die Exhtenz dea encarteten thennoelektrieehen
Effektes direkt beweisen. 2. Fliisadges Queckailber. . . . . .
U. Allgemeine Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Ersat,z fiir den ,,Magnussatz” . . . . . . . . . . . . . .
7. Betreffend die Theorie der Themoelektrizitiit
3. Friihere Beobachtungen: Auseinanderseteung des Begriffes
,Jnhomogenitiit “ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Beziehungen zu den iibrigen drei thermoelektriwhen Effekten
5. Beziehungen zur metallischen Warmeleitung . . . . . . . .
6 , Geeetz von W i e d e m a n n - F r a n z . . . . . . . . . . . . .
5. Aerodynamischc Analogie . . . . . . . . . . . . . . . .
8. Weitere theoretische Anwendungen . . . . . . . . . . . .
9. Moglichc praktische Anwendunpen . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(*. Ubmicht
.......
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148
A. Einleitendes.
I. E ine SohluSfolgernng 8116 der phorethhen Ellektronentheorie.
Einc’ eingehende Behandlung des gesamten vorliegenden
Bc o biiclitungslnaterials beziiglich der Elektrizittitsleitung der
Metalle i i n t l Lvgierungen hat Vc rf. zu Piney mit tler Agglomerationshypothese l) in nachstcni Zusammenhang stehenden,
nc-uen Grundauffaebung der IN( tallibchcn Leitung 2) gefiihrt.
Diese Auffassung - die die Leitung durch die 111. E. aus
anderen Griinden ala notwendig anzunehmenden Kontakte der
Metallatonir w k l i t - ergibt, wic ich zeigen konnte, betleutende Vorteile uber die gaskinetische Elcktronentheorie
( R i e c k e , D r u d e 11. a.), deren Grundauffassung ja ubrigens
nunmehr I ( cht allgeniein stark angezweifelt w i d .
Einti gtAwibw Schwkrigkc it bri cliesri. phetischen Ekktronentheorie (Kontakttheorie) bestand jedoch in folgendem
Unistantl .
Die gasliiiic.tische Throric. konntr als ihreii wohl am
nieisten auffiillig~n- o bgleich nunmehr verschiedentlich be1) C. B c n e d i c k s , Ann. d. Phys. 42. p. 133. 1913; Compt. rend.
166. p. 1626. 1913.
2) (‘. B r n e d i c k s , Jahrb. d. Radioakt. u. Elektr. 1% p. 361. 1916.
1*
4
C . Benedicks.
strittenen - Erfolg die Herleituiig des Wiedeniaiiri-Franzschen Gesetzes anfiihren (Drutle), t i . h. die anniihernde Proportionalitat zwischen Wiirme- untl Elektrizitiitsleitung der
Metalle. Zu diesem Zwecke genugte nun die erwahnte modifizierte Auffassung nicht. Es war notig, um die fraglichr.
Proportionalitiit erkliiren zu konnen, folgende besondere Annahme zu machen. Es ,,ware m. E. die hohe Warmeleitfiihigkeit der guten Elektrizitatsleiter etwa durch innere
Thomsonwarme zu erklaren ; ahnlich wie in einem heterogenen,
ungleich temperierten Leiter durch Peltiereffekt ein gesteigertrr
Temperaturausgleich zustande kommt, wiirde wohl auch in
einem homogenen, ungleich temperierten Leiter durcli Thomsoneffekt ein erhohter Temperaturausgleich zustande kommeu
konnen. Die betreffenden elektrimhen Strome wurden dabei
m a r sehr stark, aber wohl etwa als Mikrowirbelstrhe auftreten, so daB man ihre Exist,enz his jetzt noch nicht hat
featstellen konnen".l)
Also : urn eine Erklarung dc s Wied e iiiann - F r a n escheit
Gesetzes geben zu konnen - was von jcder Theorie der metallischen Leitung gefordert werden muB - war es notig, die
E'dstenz eines bisher unbekannten Effektes anzunehmen, dr:.
sogar mit dem sogenannten Magnusschcn Gesetze in auffalligem Widerspruch stehen wurde (vgl. p. 6).
Diese Schwierigkeit der Theorie gab zu einer Reihe Experimentaluntersuchungen Veranlassung, von welchen im folgenden berichtet werden soll.
Die Hauptsache ist dabei, daJ3 es gelungen ist, die Edstenz
des theoretisch erwarteten Ef fektes in sicherer Weise experimentell
aurzulegen.
EE hat sich ergeben, da6 der Effekt zu sehr kriiftigeu
W'irkungen Veranlassung gibt, und dap er fur die Themnoelektrizitat und fur die metallische Warmeleitung von fundnmgntaler Bedeulung ist.
Eine vorlaufige Mitteilung der wichtigsten Resultate ist
schon im vorigen Jahre erschienen.2)
1) C. Benedicks, Jahrb. d. Radioakt. u. Elektr. 18. p. 367. 1916.
t i la thermo-6lectricitb
et Blaconductibilitb thermique des mbtaux. Compt. rend. 168. p. 751. 1916.
Bemerkung wiihrend der Eorrektur: epiiter emohienen 2 weitere
Notizen: Compt. rend. 166. pp. 391, 426. 1917.
2) C. Benedicks, Un effet nouveau, relatif
-
Tliermoalektrizitat m d wtallische Wiirmekitung.
3
Es wild in vorliegentltr Arbeit das Hauptgewicht auf
eingehendes, sicheres Nachweisen des neuen Efftktrs geltgt . Eigmtlich quantitativc Messungen, die ja kompliziertere
Anordnungen verlangen und dcdialb fur den Existenzbewris
tlt s Effektcs wenigc'r geeignet sind. werden spiitc'ren Arbeitm
U I I hrhaltrm.
c 111
11. tfberaicht der thermoelektrieohen Effekte.
- Problemetellung.
N~lcIi tlrni. was ohen anpzfuhrt wurde, reduziert sich
(1;~s vorlirgendr Probleiu kuiz anf die Frage, ob von dena
lhomsoneffekt eine Umkehrung riachi zu beobachten ist. Diese
Fragrstrllung gibt clazu V~~Iitnlnssurig,znnaclist cl ie Bezie1iungt.n tlrr bisht.1 bekannttsri thei~i~iot~l~~ktriechen
Effektt-!
1,int.r Diskussiori zu untjt~rwt~rfen.
Dieselbe wird fur die nachiolgendtb t~xperinit~i~t~c.11~.
Arbeit tliv niitigrn Gesichtspunkte
1i t>f c rn
Uni (lit' 6brrsicht zii rrlt*ichtt~n.
sri folgende schematisclir
%:i.nmnicn~tc-lliin~
gygrbt.n.
.
Der Leiterkreie besteht
aue
~
-
zwei Metallen
(heterogen)
__
--
~
Temperaturdifferene
er 'bt
clektria&n Strom
1
Elektriecher Strom
ergibt
Temperatnrdiffirenz
'
,
Seebeck
(1821)
Peltier
(1854)
einem Metal1
(homogen)
I'
~
(Bin 1916 n i l t
feetgeetellter
Effekt)
nomeon
(1856)
Es liatte j u TIioiiias J o h u n l i S ( . t . b r c k W I . iiirhezu
1,undert Jahren die wichtige Entdtckung gc i r m h t , daS in
c.jnrrn I ~ c t ~ ~ r o g e n edn. , h. ilus zwei verechiudencn Metallen,
Lc,gieruiigcn usw. bestehenden Lriterkreis rin rlektrischer
St.rom zustantle kornm t, w n n rine Temptmturdiffercnz tier
J%.riihn.uiigsstrllr wrhnnden ist,.
Vori Trail C h a r l e s A t h a r i a s r P e l t i e r wurde d a m enttlcackt (1854), clsB uiiigekrlirt ein durch den Leiterkreis gesti iitlter rlektridier Stroni m einrr Temperaturdifferene d(*r
Horuhn.ungsst ellt~nVtwmlassung gibt.,
C . Benedicks.
fi
Die Entdeckung des Peltiereffekts ermoglichte, etwa eine
thermodynamische Wirkungsweise dem Seebeckeffekte beizulegen ; hervorgchoben wurde dies wesentlich schon von
J. C. Poggendorff (1838).l) Wir konnen die thermodynamische Wirkungsweise der beiden Effekte etwa folgendermabn
ausdriicken. Die eine Beriihrungsstelle sei von einer Wiirmequelle umgeben ; dann erfolgt eine Warmeuberfiihrung zur
kalteren Beriihrungsstelle auf zweierlei Wrise : 1. Einmal
(lurch r& Wumleitung (wie auch in Nichtleitern!); 2. weiter
dadurch, daB ein elektrischer Strom zustande konimt (Seebeckeffekt), der so gerichtet ist, daB derselbe durch Peltiereffekt
die Temperaturdifferenz zu vermindern bestrebt ist. - Durch
2. wird die Wiirmeleitung des heterogenen Kreises scheinbai.
vergroibert
SchlieBlich entdeckte ja William Tho msoii (theoretiscli
1864, experimentell 1856), daB ein dem Pdtiereffekt entsprechender Effekt in dem einfacheren Falle zu beobachten
ist, wo der Leiter homogen ist: kommt liings dem homogenen
Leiter ein Temperaturgefiille vor, so ergibt ein durchgeleiteter
elektrischer Strom eine Verhderung, clie (bei gewisser Stromrichtung) als eine scheinbare VergroSerung der Wiirmeleit fiihigkeit wirken kann.
Es fragt sich nun: Wenn der Peltiereffekt in1 Seebeckeffekt eine direkte Umkehrung hat, wie ist es zu erkliiren,
dnB noch nie eine Umkehrung des (wesentlich, wenn auch
nicht vollstiindig) analogen Thomsoneffektes beobachtet wurde 1
Bus Symmetrie(oder Analogie-)griinden wlre dies docli
zu erwarten.
Auf die soeben gestellte Frage antwortet die jetzigr
Physik, im AnschluB an W. Thomson, etwa folgendes:
,,Von Magnus wurde gezeigt, daB in einem homogenen Leiter
auf keine Weise allein durch Temperaturdifferenzen stromliefernde Potentialdifferenzen hervorgerufcn werden konnen"
(,,Satz von Magnus").B)
F. Braun*), welcher Forscher selbstlndige Versuche angestellt hat. schreibt : ,,Nach der freilich nicht direkt be1) J. C. Poggendorff, Pogg. Ann. 48. p. 324. 1838.
.
2) K. Baedeker, Die olektrischen Erscheinungen in metallisohen
Leitern. BraMechweig 1911. p. 61.
3) F. Braun, Thermoelektrizitiit. Winkelmanus Handb. d. Physik.
Bd. IV. 2. Aufl. Leipzig 1906. p. 743.
Thermoelektrizitiit und .metalliscke Wiirmeleitung.
7
wiesenen, aber sonst meist geteilten Auffassung des Vehssers,
bringt bloBe Verschiedenheit des Temperaturgefslles in ohemisch und mechanisch isotropen Korpern keinen Thermo
stroni hervor".
Oder, um noch ein Zitat herauszugreifen: ,,L& de Magnw.
- Dans un circuit homogane, il n'y a jamais de courant permanent, quelles que soient la forme du conducteur et les
variations de temperature qui existent entre les differents
points du circuit". l)
Nach diesen fiir die jetzige Auffas>ung bezeichnenden ,
auf die negativen Resultate von M a t t e u c c i , M a g n u s ,
Braun u. a. gegrundeten Aussagcn ware wohl zu erwarten,
tlaB dcr fragliche Effekt, wenn iiberhupt miiglich, auperst
schwach und schwierig zu beobacliten w8rc.
Andererseits - da der Seebeckrffekt leichter zu beobachten und als physikalisch wichtiger anzusehen ist als der
Peltiereffekt - wiire aus Analogiegriinden zu erwarten, daB
der fragliche Effekt leichter zu beobachteii und vielleicht
seinen h&erungen nach physikalisch wichtiger w8re als der
Thonisonr~ffrkt.
Die iiegativen Resultate unserer Vorgiinger diirfen deshalb
iiicht von weiterer experimenteller Forschung nach den neueii
Gesichtspunkten abschrecken.
-
B. Experlmenblle Untersnehngen.
I. Vernuohe iiber die Beaiehungen swisohen den Heterogeneffegten und der WiirmeleitShigkeit.
Ist nun die oben referierte, allgeniein geteilte Auffassung
der gegenseitigen Behehungen der Peltier- und Seebeokeffekte
richtig, so muBte m. E. folgender Versuch als recht instruktiv
zu bezeichnt.11 sein.
Versueh 1. - Warntransport des Stromes Sinss gew6hnlichen Thernwelements.
Aufgabe. - Es wai nachzuweisen, daB beim SohlieSen
des Thermostromes die Temperatur dcr h e i b n Ltitstelle
sinken muB.
1) E. biaecart et J. Joubert, LeGons sur 1'8lectricith e t le megnbtiame. 2. Aufl.
1896. p. 310.
8
C. Benedicks.
Anordnung. - A B bzw. A C (Fig. 1) sind zwei 24 cm
lange, bei A verlotete, (gegeii 1 mm) dicke Eisen- bzw. Konstantandriihte. Dieser Thermoelementhauptkreis kann bei BC
gcschlossen werden. A wird (isoliert)
J
init einei klcinen, aus 0,25 mm Chromiiickeldrah t bestehenden Heizwickelung
uingeben. Die Temperatur von A ist
durch ein isoliert anliegendes KupferKonstsntan - Element E (Drahtstiirke
0,20 mm; gelicfert voii C. J. Vogel,
a Adlershof bei Berlin, 1912) zu beobachten. Die Entlen von E werden uber
eine Kompensationssclialtung F (2 Volt ;
fester Widerstanti 0,s Ohm; Regulierwiderstand) Zuni Galvanometer G gefiihrt (Drehspulgalvanomcter von R. W.
P a u l ; Widerstand 206 Ohm; 1 SkelenFig. 1.
teil = 5.104 Volt; in der folgenden
Arbeit als das Vorlesungsgalvanometer bezeichnet). - Vor
Luftstromungeii schutzt c i a mit Watt($ ilbgetlichteter Glasxylinder H .
Durch B wird ein Hcizstroni gesandt (0,70Amp.); Kompensetionsstrom eingeschaltet, so daB G die Nullage beibehiilt ; Teniperaturgleichgewicht abgewartet. Es wird dann
bei BC (von der Ferne zu operiereii, uni A nicht durch Korperwiirme zu beeinflussen !) (1c.r Thermostroiii gcschlossen.
Resultat. - Zu beobachten ist nur ein ganz minimaler
AusschEag (in1 Mittel nur 0,9 Skalvnteile ; Grenzwerte 0,7
untl 1 ,l), der allerdings eiiicmr dbkiihlung von A entspricht. Beim
Abbrechen des Stromes ist eine Temperatursteigerung derselben minimalen Grol3e festzustellen.
Die Ursache tler Geringheit der Wirkung liegt auf der
Hand : der Widerstand des Iireises -4 BC ist bei weitem xu hock
urn eine betrachtliche Temperaturiinderung zu gestatten.
Es muB unbetlingt der Kreis schmz in michster Ndhe eon 4
geschlossen werden koniieii.
Dies zu bewerkstelligen, ist prsktisch sehr schwierig, da
j a jede fiemde Teinperaturiinderung auszuschlieBen ist.
Es wurde deshalb folgencle Anordnung gewiihlt.
Thermoelektrizitat und metallischc Warmeleitung.
9
Versueh 2. - 1veryroperurrg der scheinbaren Warmekitfiiliagkeit einer zusammengesetzte?r Platte durch Seebeck-PeltierEffekt.
Anortlii u7ig. - X w , i Ken- taiitaii- bzw. Kupferbander
(Ihclit. 0,10 iun1, Breitc. H , O I ~ I )wurtlen (uber einer Vorlag(>) gebogen, wic Fig. 2 zt igt. so (la5 drei rohrenformige
Riiume A , B, C entstanden. In drn mittlerm, B, paBte
gt m u (,in 3,O nini starker Kupfordraht,
(lessen nach vorne gebogencs Ende D
iiiit einer 5 nim hohen Mikroflariirnc E
(Zunclflanime eines Bunsenbrenncrs) erhitzt wercltm konnte. In den beiden seitlicht ii zylinclrischcn R5unic.n (innercr
I)urchnwsscr 1,5 nim), tlic. v011 R geriau
iiquidistant w a r m ( A B = BC' = 31,5 nini),
l i i ~ ~ dic
~ i i beiden Lbtstt 11t n I bzw. II
rbincas Kupf~r-Konstantan-Thc.rnio~,l~~iii[,iits,
(la> niit drni Vorl~sungsgalvanomet~rw r buiiden war. Die Lotstellen warcn voni
&tall durcli diinnc,, einseitig gtshlosscnt,
Fig. 2.
Glasrohrchen (mit Vaselin gvfullt) isoliert.
Die s t r c q e Syninit~t,iic~
witr nur dadurch gest,iirt, daB
tltsr Schenkchl A B i n i t t.ii1t.r unnirrklicli diinnen Zinnlotschicht.
sorgfaltig vtirlot'et war, w8hi~rntl tiic Schenkel BC (lurch ein
dunlies Glinimt,rblstt von leitrntlt,r Briihrung ge1iinclei.t waren.
Beobachtungcn. - Wrnn drni Kupferdraht D (dessen
hintcres Endr a n eintm Schiefrrstiick bcfestigt war) (lit. Mikroflnmme E streng syinnietriscli genahert wir!,
so entsteht alliniihlich ani Galvanometer (.in Ausschlag . von tler GriiBenortlnung von 20 Skalenteilen. So wurden beispielsweise bei
wiwhsender Annaherung von E (also in der Reihe tler Numint'rn stpigentler Temprlstur cler Mittr B) folgeritle Ausschlage
a tirlialtcn. Die L q c . tlrr Liitstrlltm in A und C wurde jedesnriil umgc4auscht ; a, (bzw. a2) entspricht dem Vorhantlensein
ron Lotstelle I (bzw. 11)i i i A ; a1 > 0 (bm.a2 < 0) brtleutet,
(!a13 I t l i v lit'i13t.w I,iitstmcllt~i5t. (Vgl. Tab. 1.)
Resultat. -~
Dic se Beobachtungen lassen hervorgehen, daB
A nicht unwcwiitlicli h e i k r wirtl alx C; sie demonstrieren
itlso, d a 5 die Strecke AB fhermisch besser kitet als BC, wie
jti, thcort4sch zn t~wartrri ist. Ein alinlicht s Rt .iiilt.at wurde
10
C. Benedicks.
Tabelle 1.
VergroBerung der Warmeleitung durch Seebeck- Peltier-Effekt.
I
Mittel
I
I
I
- 16
-17
- 17
I
+17
-16
- 20
- 20
mit einem anderen, kleineren Apparat (A B = B C = 20 mm)
gewonnen ;dabei wurde die Erhitzung elektrisch bewerkstelligt.
Es 1aBt sich also sagen, daS die Wiirmeleitfiihigkeit zweier
aneinander gelegter Metallbleche, welch aus (themnoebktrisch)
verschiedenen Matericrlden bestehen, nicht unwesentlich hoher
ist, wenn die Bleche zusammenhiingen, niedriger, wenn sie
voneinander isoliert sind . Der Unterschied berultt auffdligerw&e darauf, dab im ersteren Falle'kraftige Themnostriime im
zusantnrengesetzten Leiter entstehen, welche durch Peltiereffekt
die Wiirmeleitung verstiirken.
Die Warmeleitfiihigkeit eines zusammengesetzten Stabes
ist nicht einfach gleich der Summc der Wkrmeleitfiihigkeiten
der Stabteile, sondern ist eine thermoelektrisch vergro~erte.
Versucb 3. - Thermoelektrisch vergro/hte Wamleitfahg&ms zusammengesetzten Stabes.
Es erschien nicht ohne Interesse, denselben Versuch noch
auf folgende fiir Demonstration geeignete Weise zu repetieren.
Awdnung. - Durch Abfeilen langs der Achse eines
160 x 6 mm Kupfer- bzw. Eisenzylinders und sorgfaltiges
Fig. 3.
Zusammenloten (Silberlot) wurde ein zusammengesetzter, zylindrischer Stab I hergestellt (Fig. 8). Zwei genau gleiohe Stiicke
a w Cu bzw. Fey die aber durch Glimmer voneinander isoliert
waren, bildettm den Zylintlrr I I . Beide wereu an einem Kupferklotzchen A (Gewicht ca. 40 g) i i i i t Silberlot symmetrisch
angelotrt. I und I1 waren init teinperaturempfindlicher Farbe
(Cu@g J,; Farbenuinschlag hellrot zu braunschwarz bei +710 C)
angrstricht 1 1 . Als Handgriff dientt. cJin Holzstuckchen B.
Bwbachtungen. - Da -4 uber eineni Mikrobrenner gleichiiiiiJ3ig erhitzt wird, ist leicht fc+hmstrlle1i: 1 . daJ3 die Teniperaturgrenze der beiden Hiilfte (Cu, Fe) cles verloteten Stabes I
iiahezu zusammenfelleii, und 2. dap diese Grenze von der Wumequelle langer entfernt ist (Abstund = 12)) nls es einem Mittelwert der fur die kolierte Fe- bzzc. (:u-Halfte beobachteien L&ge
(1, bzzu. 13) entspricht.
So wcJrden z . B. in iiecheinanderfolgt.ndcn Zeitniomenten
folgende Liingen beobachtet ( i l l Millinirtc~).
T&b(.llt*2.
Warmeleitung und Srcbeck-Yeltier-Effekt.
4
I
31
1
I
4 I4
I
1,
4
1
r
1
y5;- ,
r
1
-
1,45
1,44
32
1,39
1,42
1,44
Mittel
136
1,32
1,s
1.39
I
I
'
I
1
!
1,57
1,55
1,51
1,56
1,57
1
1,46
1.48
1,52
m
Resultat. - Suii ist
1citlc.i. niclit ganz einfach, genau
mzugebeii, \vie proB Z2/Zl wan.. w w n (la.: Phanomen nur rein
thermisch wiire.
Die Werte, die in311 f u r Z.JZl
iiiiter verschiedeneii veitinfuchtwlm Annahnwn bereclmet , iibersteigen jedoch nicht
1,28; das bwbachtete Mittel (sowit, jt4rr Einzelwert !) 1,S9
iibersttigt also diesen Wert n&ht unbetriichtlich.
Das Resultat bestiitigt also tlasjeiiige von Versuch 2:
die resultierende, schehbare Wiirmeleitfiihigkeit e k e s heterogenen Leiters ist wegen der Thermoelektrizitiit (SeebeckPeltkr-Effrkte) iiicht unerheblich lioher, nls t h s c l i ~rein t
h
(2s
12
C . Benedicks.
mischen Leitfaliigkeit der eingehenden honiogeneii Teile entsprechen wurde.
Diese scheinbare Wiiirineleitfiihigkeit wird dentgemiip in
betriichtlicher Weise herabgesetzt, wenn man durch Isolieren der
Teik &fur sorgt, dap die fraglichen Seebeekstromc nickt entstehen kiinnen.
1st nun die an die Spitze gestellte Vermutung richtig,
tlaB auch im homogenen , ungleicli teniperierten Metalle elektrische Stromc entstehen konnen, welche durch den Thomsoneffekt die rein therniische Leitfahigkc-it erhohen, dann mup
auch fur einen homogenen Leiter die Warmeleitfahigkeit merklich
herabgesetzt werden, wenr, inan durch geniigende Unterteilung
tles Leiters dafur sorgt, daB (lie hypothetischen Strome nicht
-oder (loch nur in geringercni MaBe - zuiii Vorscliein kommeii
konnen.
"
11. Vereuche uber die Besiehungen swiechen den Homogeneffekten und der Wiirmeleitfiihigkeit.
Versueh 4. - Technisches bezuglich der Verwendung eines
feinunterfeilten Iiabels ; erster Versuch iiber den neuen Effekt.
-4. Technisches beziiglich dcr Verwendnng dcs feincn Kabels.
Uni in bequemer Weise cine erhebliche Unterteilung des
inessiven Kupfers in elektrisch isolierten Drahten zu erzielen,
benutzte icli in den folgenden Versuchen einen von der Allgemeinen Elektrischen Gesellschaft fur die Zwecke der drahtlosen Telegraphie (Selbstinduktionmormale) hergestellten Kupferkabel, drr aus 135 timail-isolierten Kupferdriihten von der
Dicke 0,07mni besteht.
Um dieses Material in einwandsfreier Weise fiir vorliegenden
Xweck benutzeii zu konnen, waren gewisse Vorversuche notig.
1. Sicheres Verloten. - Dasselbe bezweckt zunachst, eiii
sicheres Loten genau definierter LBngen des Kupferkabels ausfuhren zu konnen, was wegen der Isolation anfangs Schwierigliciten bereitete untl deshalb genau zu kontrollieren war. (Die
Lolation einfach wegzubrennen und die gegliihten Enden
(lurch Abschrecken in Athylalkohol zu reduzieren war hier
nicht angangig, weil keinc. genau definierten Liingen dabei
zu erhalten sind.)
Nach vorliiufigen Versuchen, wrlche sehr variierentie
Ubergangswiderstnde der Lotstellen ergaben, wurde folgende
Vorgerigsweise schlieSlich als zuvcxrliissig benutzt.
Die zii vt1rlotende.n Endcn (cles ein- oder mrhrfacheu
Kabels) werden (ca. auf 5 niiii) init 0,5 mni starkem Kupf[jrtlraht uniwickelt, so cIaS eiiw fttst uiiischlieI3ende Hulle entsteht. Die aufierste Windung cles Drahtes wird init ein wenig
JVeichlot befestigt, so tlaB man vinc. saubere, zur Liingsrichtung senkrechte Entlfliiche niit. csiner fcinen Feile herstellen kann (konstante Feilrichtung !). Diese Flache wild
sofort mit sicher saurefreier Lotsalbe bestrichen l) und niit
einem sauberen Lotkolben niit Lot ubt,rzogen; dies muI3 eint.
gleichmiifiig helle Oberfliiche ergc brn.
Als Brlegr der durch diesrs Verfahren gewonnenen, selir
grringen Ubergangswitlerstancit. mogen folgende Eiestimmungen
diencJrl.
Die h1lt.ssungt.n Wurtkn Init ( , h e r Thonisonbriickr. von
H a r t m a n i l & B r a u n ausgefuhrt.
Ein 39,s cm langes Stuck wurde an dicke Kupferdriihtr
angclotet; Widerstand pro 1 cni r = 0,334 . 10-8 Ohm. Enden
abgeschnittrn, neue Lotungen : Langtl 39,4 cm ergab r = 0,334
in gleicher Einheit. Das Stuck in (\car Mitte zerschnitten:
Halfte I crgab r = 0,335, I I r = 0,331.
Unter Zugrundelegen eiiws spezifischen Widerstandes cles
rc3intn Kiipftlrs bei +18O C ~ 0 1 11,67 .
Ohm pro cm/cm2 2,
berechnet sich niit dem von tler Films angegebenen Durchmesser des Einzeldrahtw 0,07 mni (,in Widerstand T = 0,321,
was init tlrm Mittel tler obigen Zahlen 0,338 gut ubereiiistimint. ( I h s Mittel wiirdc., init tlcm angenommenen Widerstandswert, genau einem I)rahttlurcliii~c~sser
voii 0,069 miii
entsprechen !)
Als antlere Belege seien angc'fuhrt : rin Biindel von 20 Kabelstuckcn bwafi zwischen zwei Entlstuckcn einen Widerstand voii
1,OS.
Ohm. Nach Auseinandtwwhmcln und erneuteni Vt,i.lotrn
war cler Witlcrst:tntl 1,11.
in tlirsrin Falle war das Bundel
nicht ganz fest gegen das Endstuckgedruckt, was die geringe Erhiihung von r leicht verstandlich inacht. Ein massiverKupferhoh11 ) Die Markc .,Physicon" der Finiiii J. Wall. Stockholm, Erfindcr
0. T e n o w , hat sirh vorzuglich bewiihrt.
2) C. Bent*dickw. Svrnsk kemisk tidskrift 27. p. 146. 1916.
14
'.
H enetlicks.
zylinder hatte ebenso einen W-iderstand 1,46. lo4 Ohm; nach
nener Verlotung war der Widerstand gleichfalls 1,46 . 10-4 Ohm.
2. WirkZiche DrahtZiinge. - Ein anderw festzustellender
Punkt war die Messung der in einer gegebenen U n g e des
Kabels vorhandenen, wirklichen Lange der Driihte. Ein Stuck
von 40,O mm wurde scharf abgeschnitten und gemessen;
wurde dann aufgelost . Sechs Einzeldriihte wurden ausgemessen
(an einer Glasscheibe geradlinig angeklebt).
Es wurde gefunden, daS die wirkliche Liinge der Einzeldriihte um 1,3 Proz. groBer ist als die Lange des Kabels. Uni
einen moglichst genauen Vergleich mit einem massiven Stuck
zu erhalten, ist dieses also um 1,3 Proz. llinger zu nehmen.
3 . Gewicht der Isolation. - SchlieSlich wurde eine Bnalyse
des von der umsponnenen Seide befreitc-n Kabels insoweit
vorgenommen, als festgestellt wurde, claB die isolierende Masse
6,O Pros. des lufttrockenen Kabels betrFgt. (Das Kabel wurde
durch Gliihen in WasserstoffatniosphIre von dem grohten
Teil der Isolierung befreit ; dabei zuruckbleibender kohlenstoffhaltiger Rest wurde durch kurzwieriges oxydierendes Gliihen
verbrannt; es wurde dann die Probe in Wasserstoff reduziert,
wobei sie gleichmaSig die Farbe des Kupfers annahm.)
Dies ermoglicht, wie aus den1 folgenden ersichtlich, die
Richtigkeit der rlektrischen liessungen gravimetrisch zu kontrollieren.
Nach dieser Vorbereitung gehen wir zuni eigentlichen
Versuche uber.
B. Erster Versuch uber den neuen Effekt.
Anordnung. - Es wurde ein Apparat
iI in strenger Analogie rmit demjenigen des
1 Versuches 2 hergestellt (Fig. 4). A B ist
rin Kupferdraht vom Durchmesser 0,81mm,
BC ein Stuck des h b e l s (auSerer Durchnmser ca. 1,3 nim); die Liinge beider
Stucke war (nahezu) 40 mm. Sie waren
verlotet einerseits an einem Kupferrohr B,
(18s (mit Wasserdampf) erhitzt werden
Fig. 4.
konnte, andererseits an zwei kleinen Kalorimetern A bzw. C , die zur Aufnahme der Lotstellen des
Thermoelements (lienten (Kupferzylinder Lange 7 mm, Durch-
'
messer 3! mm, ,4usbohrung 1 niin). Der Draht A B wurde
vorsichtig abgeschabt, bis sein elektrischer Widerstand gleich
tlemjenigen des Biindels BC war. Die Enden A und C
waren frei.
Resultat. - i\aclitleiii B crhitzt worden war, konnte
jrdoch nicht der geringste sichere Temperaturunterschied
zwipchen A und C festgestellt werden - was ja die allgemeine
Meinung uber die genaue Proportionalitjit nvischen elektrischer
und thermischer Leitfiihigkeit eines gegebenen Metalles zu
bestatigen und zu weiteren Versuchen kaum einmladen schien.
Da jedoch viel fur die Richtigkeit der obigen theoretischen
Erwaitungen zu sprechen schien, wurde folgender verbesserte
Versuch ausgefiihrt. - Die Ursache des Fehlschlagens von
Vrrsuch 4 wird spater angegeben.
Versueh 5. - Erstes positives Resultat.
Es bestantl zwischen den Versuchen 2 und 4 der Unterschied, daB in diesem die Wamableitung durch Strahlung
viel geringor war (bei Versuch 2 diinne Platte, bei Versuch 4
runder Draht). Es konnte deshalb der vorige Versuch daran
gescheitert win, daB die Temperatur des ganzen Apparates
wegen mangelnder Ableitung schnell einc. gleichmaBipe w r d e .
Anordnung. - Um besser definicrte
Umstiindc untl gleichzeitig einc erhohte
Empfindlichkeit zu bekonimen, wurde der
vorigr Apparat zu einer themiwhen Wheatstoneschen Briicke ausgebaut (Fig. 5 ) . Zu
B'
den mrigen Zweigen A B untl BC kamen
nun zwei moglichst genau glcichc, tliameFig. 5 .
tral gestellte, B C und A B'.
Es konnte direkt ftstgestellt werden, daB die 4 Bruckenmeige elektrisch ciquivalent waren (Galvanometer mit A , C ,
Stroniquelle mit B, B' vtlrbundoii).
Es m r d e , unter Innehalten strcng symmetrischer Verhiiltnisse, B mit Wasserdampf erhitzt, wahrend B mit Wassei
von Zimmcrtemperatur gekuhlt wurde.
Resultat. - Festgestellt wurde eine deutliche, ziemlich
konstunte Temperaturdifferenz zwischen A und C, so beschaffen,
dap A heiper als C war. Al:: Ausschliige wurden am Vorlesungsgalvanometrr Werte nvisclien
+ 16 und 26 Skalenteile
0
+
16
C . Benedicks.
erhalten, im Mittel ca. 20. Dies unsbhangig davon, ob der
Apparat von Baumwolle umgeben war, in freier, mgfreier
Luft stand oder von einem kraftigen Luftstrom gespiilt wurde.
Ebenfalls ergab sich kein merkbarer Unterschied, wenn die
Leiterzweige mit einem Anflug von Magnesia bedeckt wurden,
so daB das Strahlungsvermogen herabgesetzt wurde (sonst
waren die Leiter schwarz lackiert).
Durch diesen Versuch (ausgefuhrt am 2. Oktober 1916)
wurde demgemaB das positive Resultat gewonnen, daB ein
feinverteiltes Kupferdrahtbiindel die Warme merkbar schlechter
kiten dur@ als ein massiver Zylinder derselben elektrischen
Leitfuhigkeit.
AuBer den geringen Dimensionen des Apparates (welche
eine groBe mechanische Empfindlichkeit der Verlotungen vernrsachte), hatte die Anordnung den Nachteil, daS die verbesserte Leitung der massiven Driihte doch davon abhiingen
konnte, daB ihre Ausstrahlung wegen geringerem UmriS eine
kleinere war als diejenige der Biindel.
Versneh 6. - Priizisionsawfiihrung.
-
B. Eingehende Be.
ffbersicht: A. Aufgabe und Anordnung.
sohreibung der Vemnchsanordnung.
C. Ausgefiihrte Beobaohtungereihen. - D. Ubemicht der Fehlerquellen. - E. SchluBresultat.
A. Aufgabe und Anordnung.
-
1. Aufgabe. - Um den gefundenen EinfluS der feinen
Unterteilung eines Metalles, die thermische Leitfahigkeit herabzusetzen, in einwandsfreier Weise feststellen zu konnen, wurde
nach einigen nicht naher zu beschreibenden weiteren Vorversuchen folgende Arbeitsweise gewahlt.
2. Amdnung. - Es wurde zur Anordnung des Versuches 4
zuriickgekehrt. Als festgestellt konnte gelten, daB das negative Resultat von Versuch 4 nur davon abhing, daB die beiden
kleinen Kalorimeter in allzu kurzer Zeit - da nur geringe
Wiirmeableitung stattfand - die Temperatur der Heizquelle
nahezu annahmen. Auch bietet die Anordnung von Versuch 4
den Vorteil der grohren Einfachheit, da nur zwei beziiglich
der Kupfermasse und Elektrizitatsleitung nahezu identische
Zweige erforderlich sind.
Es wurde deshalb die hauptsiichliche Abanderung vorgenommen, daB die Leiter untl besonders die Kalorimeter-
Themwelektrizifi?t d metaUbche Warmeleitung.
17
bliickchen erheblioh grober genomnien wurden. Die Ausfiihrung konnte dadurch bedeutend priiziser gemacht werderi :
wegen langsameren Temperatursteigens konnten sichere Ablesungen der Temperaturdifferenz auch vor dem Eintreteu
des stationaren Zustandes gewonrien werden.
AuSerdem wurde dem massiven Leiter die E’orrii eines
Rohres gegeben, dessen Umri6 demjenigen des Biindels gleich
war. Kontrolliert wurde der EinfluS der Beschaffenheit der
OberflHche usw.
B. Eingehende Beschreibung der Versuchsanordnung.
1 . Dtcrhtbiindel. - Das I)rehtbiirdrl wurde aus 20 Kabelabsciiiiitteii verfertigt, d. h. es bestantl a m 2700 einzelnen
Driihten. Das Gewicht der 20 genau auf 60,5 mm abgrschnittenen, von der Umspinnuiig befreiten Kabelstucke war
6,3240 g. Nachdem die Enden in tler oben beschriebenen
Wrise mit 0,75 mm starkem Kupferdraht test umwickelt und
plan abgefeilt waren, betrug die Langr 59.1 rnm, was rinein
Grwichte von 6,1775 g entspricht.
Die Lange des so genau wie moglich vergleichbsrrn inassivrii (Hohl-)Zylinders mu6 tlenigemaB (vgl. p. 14)
59,l (1 0.013) = 59.9 niin
brtiagrii ; seine Kupferiiiasbr sol1
+
6.1775 (1 - 0,060) :
5.807
nicht iibersteigen.
Der Durchmesser des Biintlrls war 6,O mrn. Derselbe
Diameter sol1 den1 Hohlzylinder zukomnien ; seine lichte Weite
ergibt sich dann m 4,8 mm.
2. HohZzyZiader. - Der Hohlzylinder wurde aus dektrolytischem Kupfer von K a h l b a u m hergestellt, das einen ebenso
niedrigen spezifischen Widerstand ergibt wie das Kabel. Da
kein dickeres Material mr Verfiipng stand als Blech von
der Dicke 0,085 mm, verfuhr ich folgenderma6en.
Nachdem das Blech ausgegliiht worden war - um mit
dem weichen Draht so genau wie moglich vergleichbar 5u
sein - wurde es mit verdunnter Salpetersiiure abgebeizt,
gewaschen und getrocknet und dann mit feinster Stehlwolle
blank abgerieben. Es wurde dann ein 61,O mm breites Stuck
m (wenig iiber) dem richtigen Gewicht (5,807 .61,0/59,9-5,914 g
abgewogen, was einer Lange von 118 nun entsprach.
Annslen der Phflk
IV. Folge. 6.3
9
Dieses Stuck wurde, um einen 4,s mm dickeii Messingdorn gewickelt, fest zusammengepreSt (dadurch, daS der vom
Kupfer unigebene Dorn zwischen zwei in einem Schraubstoek
eingespannten Prehpannstucken umgedreht wurde ;das Kupferblech war dabei mit (twas Kitt am Dorn befestigt). Dann
wurden vorsichtig die iiuhren Enden des Bleches rnit etwns
Weichlot in diinner Schicht festgelotet. Dieser (quasiniassive)
Hohlzylinder wurde nun ZUI korrekten Liinge (59,9 mm)
vomichtig abgedreht.
Biindel bzw. Hohlzylinder sintl i i i tier Fig. ti illit ,4 bxw. -4'
bezeichnet.
&E
Fig. 6.
3. Kahimeter. - Mit ebenso groBer Sorgfalt wurden die
kleinen zylindrischen Kalorimeter B, B hergestellt :(8uBerer
Durohmesser 8,OO mm; Liinge 8,45 mm; Achse in der Verlangerung von A bzw. A'; vertikale Ausbohrung von 2,O mm
lichter Weite; Tiefe 7,Omm; Gewicht ohne Bohrung 3,793g,
ausgebohrt 3,5774 bzw. 3,5776g).
An jedeni wurde rnit 0,015 g Silberlot m e i biegsame,
diinne Kupferleiter (10 Driihte 0,15 mm) angelotet, die zur
elektrischen Widerstandsbestimmung dienen sollten.
B, B' sind rnit A, A' weich verlotet; ebenso rnit dem
14,5 mm dicken Kupferbolzen C (Llinge 22,5 mm; rechts zu
einer 8 mm breiten Planfliiche abgehobelt. Bei der letzteren
Verlotung wurde der Kupferblock C mit der ebenen Fliiche
horizontal nach oben in einem Halter befestigt und A, A'
(oorher mi%Lot versehen), ebenfalls durch Halter in richtiger
Lage gehalten, gegen C gedruckt.
Zylinder und Kalorimeter sind - wit. die Drtihte des
Kabels - schwarz lackiert. ,
4. Befestigung. - Zuni bequernen HantiertBn des eigentlichen Apparates d i m t c4nHolzrahmen D, D' (au&n 70 xlS5mm,
iiint3ii 48 x 94 inm). (' w i d darin von den Schrauben E, E'
gc,halten ; tliesc-, mit t l ~ rKlrnirnschraube F leitencl verbunden,
dirncn gleichzeitig zui' Stiomeufiihrung hi der elektrischen
Wid tatantlsmrssung (andererseits ruhen A, A' auf einer nicht
gt.zcsichnthi Korkschnt id(.). Zwritr Stromzufiihrung h i den
Klclmnschrauben (,' bxw.
; Spannungsabnahnir einerseits
b6.i t l ( v i , i C zeiitral angebracht8thn Schraube H. andrrcrseits
twi c l c m Klt~ninischraubei~
li bzw. K'.
Zuni bcquenicm Unischalten bei der Wi,lt~r.staiitlsniessung,
t l i t . mit, dt.r Thonisonbriickc ausgefiihrt wird, dienm die drripoliyc,ii tJnischalt,r.r L. M.
5 . EZeklrische Leitfdhigkeit. - Da nun der Widerstand der
Ilcaitrr ill der ThornFonbrucke bestimnit wurde, ergab sich
fast genau derselbe Widerstand. Dies spricht h g u n s te n sowohl
tl t , r sorgfiiltigen Darstellung als auch der Reinheit beider
Kupferpro ben.
F3 wurdc. nun d i > r Zyliiider vorsichtig abgeschabt, so dap
s&r
Widerstand sicher uberwog. Danach ergaben sich bei
1 8 0 (I' folgc~litlrWidrrstantlt~:
w.
Biindel 1.060 . lop4 O i i i i i .
Zylintler 1.067.
Oiinr.
Die letztcrcn Drziinalen konnen auf einige Einheiten unsicher sein; vollstandag sicher ist, dap die elektrische Leatfdihigkemt des Zylinders die geringere war.
Nach Abschlufi der thermischen Bestimniungen w u r d ~ n
t i i v ~1ektrischt.iiwit-derholt. Dabei rrgaben sich die Widerst.iinde :
Biindel 1,068. lo-' Ohrii,
Xylinder 1,075 . lW4Oliiit.
ist also rine geringe Steigerung des Widerstandrb:
t-ingetreten (wolil nur einer geringen Temperaturerhohung
wegen) ; diese beeinflufit abw krineswegs die gegenseitige Beziehung der Widerstiindc.
6 . Themnische EinzeUleiten. - 81s Heizqwelle bewiihrt sich
wlir gut eine Mikroflemiue (Ziindflamme; Hohr zur leucht 8 t d e n Spitze 9.5 m m ; lichte Weite bzw. iinBerer Durch2*
C. Bmedicks.
20
niesser des Ausstromrohres 0,7 bzw. 1,7 mm). Um wohldefinierte Stellung der Flamme zu erzielen, war der BrennerfuB an einem Schlitten befestigt, der nach einer mit der Achse
des Kupferstuckes C parallelen Millimeterskala verschiebbar
war. Die Lage der Flammenmitte beziiglich A und A' wurde
genau festgestellt. Die Flamme stand so hocb, daB sie mit
ca. 2 m m C bespiilte.
Das Themnoelement (Kupfer-Konstantan-Draht 0,20 mm ;
Llingt! des letzteren 12 cm) wurde nahe an den sorgfiiltig
hergestellten Lotstellen durch diinne, an der Fig. 6 nicht
gezeichneten Holzpinzetten festgehalten. - Vorlesungsgalvanometer.
Die Kalorimeterchen waren mit fliissigem Paraffin gefiillt ;
die Thermodriihte waren untereinander und vom Kalorimeter
(lurch diinne Glasrohrchen isoliert.
C. Ausgefiihrte Beobachtungsreihen,
VorbereitenSle Versuche zeigten so gut wie ausnahmslos
(.in(. g r o k r e Erhitzung des Kalorimeters B an. Es kamen
aber unregelmiiBige Schwankungen vor, die in erster Linie
1. von der Lage der Flamme (die oben angegebene Fiihrung
kani im Anfang noch nicht zur Anwendungs, weiter 2. von
niangelnder Identitiit beider Lotstellen abhingen. Diese Faktoren miissen deshalb niiher untersucht werden.
1 . Einflup einer Verschiebung der Milurofbmme. - Der
EinfluS einer Verschiebung in der Lage der Mikroflamrne
(durch die Liinge L bestimmt) geht aus folgenden beiden
Fkobachtungsreihen hervor. Positives Vorzeichen bedeutet
hohere Temperatur von B (mit dem Zylinder verbunden).
Die genau symmetrische Stellung der Flamme zwiscben
A und A' entsprach L = 42,5 mm.
T a b e l l e 3.
Abhiingigkeit der Flammenlage.
Lage der
Lage der
Flamme L
mm
Flamme L
mm
~ _ _
33,5
85,O
37,5
40,O
_
+ .9
+ 8,5
+ ll,5
+ 14
+ 12
+ 13
+ 14
+ 19
Auaechlag
Reihe 1 Beihe 2
Skalenteile
I
Tlmoelektrizitat uwl metallkche Warmleiturrg.
21
Die Beobachtungen xind ill Fig. 7 graphisch wiedergegebeii ;
ringeeeichnet ist debt4 aucli die Lage des Apparates.
Es ist ersichtlich, daS die
Lage des erhitzten Punktes von
erheblichem EinfluS ist. Aber auch
in dem Falle, dab C ganz seitZich
whitzt wLrd (I,= 32,5) (SO dap
die Leitung des Biindels erheblich
begiinstigt wird), ist noch ein
bedeutender Temperaturunterschded
zwischen B und B vorhanden, und
mar ist B' immer noch der warmere.
Es leitet also das Biindel weniger
gut ak; der massive Hohlzylinder.
Einer p n a u zentralen Stellung der Heizquelle ( L = 42.5)
cntsprechrn in Reihe I CB. 20, in
Hoilitb 2ca. 23 Skalenteile (miwhen
twidtsn Rriheii war die Flainnir
c a i n wenig sritlich verschoben wormm
10 90 40 W
t1t.n). I k s bedeutet eine TempeFig. 'I
raturdifferenz uotc 2,S-q O ('.
2. Idenfitiit der fitstellen. - DaB tlir Identitiit (lei Lot~tt~llrm
geniigentl genau re~lisirrt~
werden konnte, beweisen
folgende Beobachtungen, welche noch - wie schon Tab. I die Reproduzierbarkeit des Effektes gut hervorgehen lesseii .
Nach jeder Beobachtung wurdrn die beiden Lotstellen vrrtauscht. Positives Voreeichen (urspriingliche Lage des Thermoelementes) entspricht hoherer Temperatur von R' ; den in
umgetauschter Lage erhalknen Zahlen ist noch t1in Minuszeichrn zugefiigt.
T 8 be 1 1 4.
J&
(2
Identitiit der Lotetellen.
42,5
42,s
48,6
42,5
i- 25
~
- - 81
+ 24
- - 82
Mittel + ii
~
C . Benedicks.
22
Es wirtl demgenliil3 nahezu derst~lbeEffekt in beidtw
Richtungen erhalten.
3. Ausgleich der Oberfldichenbeschrrffenheit. - l& wiire j a
moglich, dal3 dem Biindel, trotz demselbcn iiuBeren Unifang
(Durchmesser 6,O mm) wie beim Zylinder, doch ein g r o k r e r
Strahlungsverlust zukomme (wegen der Feinverteilung). Urri
dies zu priifen, wurden beide gleichmiifhg mit einem Lager
von Baumwollfaden umgeben (ca. 70 Windungen eines Faclrns,
von dem 1 m 0,163 g wog). Die so erhaltenen Bestimmungen
seien in folgender kleinen Tabelle gegeben (Reihe 1).
-~
__
42,5
42,5
42,5
42,5 _ _ _
-
+ 34
+ S6,5
- 18
- 17
’
+ 18
+ 20
- 18
-
Bei &ever Reihe war von tler t-iiien cler iiubtarat duniit,ii,
isolierenden Kapillart. unten t i n Stiickchen ibbgebrock(-lt, h o
daB eine Beiiihrung etwas uber tlrr Liitstcllr stahtfinden konrilt..
Dies erkliirt die hier vorhandenr Asyiiiiiietric.. Eine spiitt8r
gemachte 2. Reihr rrscheint von diewin k’elilt~i~
fni.
Es geht also hervor, claJ3 der Effrkt (Lurch dieser: vt’rbesserten Ausgleich der OberflZichen nicht abnininit.
4. Wamkapazitat der Isolatwu. - Zu briiicbichtigen ist
noch folgender Urnstand. Wenn (lit1 Warnieleitung ejne stationiire geworden ifit - wie bei den Beobaclitungen in Versuch 5 -, so hebt sich ja die Wiirinekapazitiit der i n BPriihrung stehenden Korper heraus. In vorliegendein Vermcht\
gelangt nun kein wirklich stationgrer Zustand zur Beobaclitung. Es besteht also (lie Moglichkcit, tlaJ3 die I.Varmekapazi!ut
der i m Budel urnhandenen Isolation als rine Fc.hlerqnelle thintreten kann : sie wiirde eine scheinbaw Vernii~itleniii~t l i ~
Wiirmeleitung verurrachen konnen. l)
_ _
-
1 ) Vemnlaasung eu folgenden Kontrollbestiiiiniurigen c%.tb eiiic.
diesbeziigliche Remerkung, die ich eineh nieiner Schtiler, Hm. Tor
Be rger o n , vwdanke.
Urn die Moglichkeit, tiirstar Fehlerquelle zu priifrn, wurcl t’
so vvrfahren, daS der Xylintlrr init rinrr isolierenden fhhicht,
von nahezu tlersrlbeu Warniekapazitiit wie be.i dehi Bundfbl
uiiigcbhen wurtle. Dabri stand man der 8chwierigkeit gegeit u k r . dal3 die spezifische Warme tler organischen Isolierschichb
unbekannt war. Es geht aber aus tler Zusammenstellqng i n
L a n (lo1t - Born s t e i n s l j Tabellen hervor, dab den verschitder\strri organischen Korpern wit. Bauntwolle, Cellulose, Ebonit ,
Rintlsletler, Wt~izrnstiirkr, Wolle, cine spezifische Wiirnie zukoniriit,, ditb von 0,36 nur wenig ubwricht. Fib Korprr, die
brim Erhitsen c.rwrichen, ist, (Lie spezifische Wiiririr rrhrblicli
1iohc.1.: Pwaffin 0,69. Wachs 0,82. Es kann aus tliesen Angabrn grschlossrn wrrtlen, tlaS ein - vorziiglich isolirrrntler Korpw wir eingetlunstetes Picrin 2, sls Vergleichssub~tanzvc’rwt~ntlbar ist ; als sichrr ist anzunehinen, daS r s wenigstens
nicht. kleiiit.re spezifischtb Wiirmti be&zt als (lie wiirnirbrstiintligtart. Isolitsrschicht.
Es wurtlr tltinnrs Stbitltmpspicfir(Grwicht pro 1 ( 1 1 1 1 ~0,156 g)
einstaitig niit eingrdunstetent Picein imprggniert (Grwicht I I U I I nirhr pro I clm2 1,342 g). Die gliinzmdr Obr~rfliichewar tlrrjenigrn tlcr IRolirrung stshr iihnlich. Von tlirseni 1solierpapic.r
wurctc. null ein Stuck 59,O x 46.9 mni9 abgeschnitten. niit
eineni Gewichttb voii 0,372 g. Das Gewicht tler Isolic.riin&
drr; Bundt-1s hetrhigt. nach friihr~rx.Ii Angaben, 0.371 g .
Nun wiirdr. diesr Isolatiori i n zwei gleiche Triltd m’rschriitkeit . Die eint. Hiilfte wurde, ~lrrchdenidrr Kalorinietrr H’
abgrlotet, worden war, im Innrrtm tles Zylinders angebractit,
niit tler Piceinwitr tleni Metalle anliegend ; niit t.inern erhitsten Metalldraht wurtle frstgetlruckt. Nachdein (\as Kalorimeter wicAder angdotet wortlen war, wurtlth die anderr Hiilfttl
an tlrr &uSeren Oberfliiche d c v Zylinders fest, snvchmiegentl
aiigebrrrcht. Darm h m schlieBlich (lie Bauniwollschicht.
-4uf diesr Wt+c. ist der Zylinder . niit einrr Isolationuschioht versehen wortlen, die wenigstcm dieselbe - wohl etwav
hohere - Warinrkapazitiit~ be&t wie diejenige des Kabels.
Es liegt, (lurehaus krinr Vcranlassung vor, anzunehmrn. tlaB
1) R. B o r n s t e i n 11. W. A. R o t h , hdolt-Barnsteins Pbyaihalisch
ctli-ui~hcheTabellen. 4. Aufl. Bedin 1912. p. 772.
2 ) R. W a l t e r . Ann. d . Pbys. 18. p. 860. 1906.
24
C. Beneaicks.
tlieser L.olationsschicht eine verhiiltnismiiibig hohe Wanneleitfiihigkeit zukommc.
Die Messung der elektrischen Widerstiinde ergab
Biindel 1,070. lo4 Ohm,
Xylinder 1,175.
Ohm.
Obgleich der um 10 Pros. g r o h r e Widerstand des Xylinders - der auf ungeniigende (mvorsichtige!) Erhitmng h i m
Wiederherstellen der Lotfuge richtig zuriickgefiihrt wurde einen Vergleich kaum mzulassen schien, wurde eine therrriische Bestimmung vorgenommen. Gefunden wurde :wlihrend
40 Sek. nech Erhitsen kein Ausschlag; dann ein solcher bis
-7 Sblcnteile (dem Biintlel zugunsten); nach 2 Min. wieder
Null; nach 4 Min. bis -9 Skalenteile entgegengesetzter Richtung; Schwankungcn.
Es Ring hervor, daI3 das Biinrlel, o b s c h rund 10 Proz.
besser elektrisch leitend, doch kaum thermisch besser leitete.
Nach neuer Verliitung dt.3 Kalorimeters B ergab d i e
elektrische Messung
Biindel 1,070. lo-' Ohm,
Zylinder 1,120. lo-' Ohm.
d . h. der Zylinder besaS immer noch einen um ca. 5 Prox.
grohren Widerstand.
Die therniischm bstimmungen ergaben nunmehr (init
chmaligem Umtauschen der Lotstelle des Thermoelenwnts) :
T a b e l l e 6.
E f f e k t be I g I e i c h c r War 111c k a pa e i t a t d e r
1 8 0 1i e
r u t i g.
Lage der
Flnmme L
- mE.--
44,5
42,5
48,6
42,5
42,5
42,5
B e Ausschliige finden etwas langssmer statt als friihw,
so daS die Ablesungen erst nach 4 Min. vorgenommen =den
(nach S1/, Min., wie bei den iibrigen Bestimmungen, ergab
sich filr die ersten mei Bestimmungen -18). - Die gro&
Therwwelektrdzttat und metallische Warmleilung.
25
Konstanz drr beobachteten Werte erscheint einigerma&n euftillig, da in dieser Reihe gro&rr Schwankungen als in den
friiheren vorkamen.
Nech den thermischen aiederholte elektrischr Bestinimuiigen ergabeii (Zimmerteinprratnr etwas erhoht)
Biindel 1,092 . lo-* Ohm,
Ohm.
Zylinder 1.102.
Es ist also vine Ausgleicliung ringetreten ; tlei Widerstand
Zylinders ist aber immerhin uin ca. 1 Proz. hoher.
Es geht soniit aus dirsem Kontrollversuch hervor, dlsS
dem Zylindrr imnier noch (lie hohere Wiirnieleitfiihigkeit mikommt : durch &s dem Zylinder geschehene Hinzufiigen eirm
lsolierstoffes ist keine rremmswerte Anderung eingetreten.
tleh
3 . Weiteres betreffend der Beobochtungsweise. - Betreffriiil
der Beobachtungsweise ist folgendes noch hinzuzufiigen. Nachdein (lie Mikioflamnie in eineni grgebenen Zeitnioment (Chrono-
graphenuhr !) in richtiger Lagr (Anschlag vorgesehen !) ringemhoben war, stieg der Trmperaturausschlag allniahlich und
regelmiiJ3ig. Ein Maxiniumwert trat im allgemeinen nach
h e r Zeit Pin, die 3 'I2 Min. nicht iiberschritt; dieser Wert
wurde als Auuschlag aiigegebrn. (Dabei kamen gewisse, regelrnaibig wiederkehrendr Schwankungen vor, die spater verfolgt
werden sollen; f i b die C;r& der angegebenen Ausschliigr sirtd
cir ohne &lung.)
Die nachfolgende Abnahnie dri Ausschliigts bthr uht offexibai
dsrin, daS die Tcmperatur des ganeen Apparates allmiihlich
ansgeglichen wird, so daS der Unterschied in Wiirmeleitftihigkeit zwischen Biindel und Zylinder in mnehmentlem Grade
seinen EinfluB verliert.
6. AUgedner Erh&!zuqsvorgang des Apyurates. Uin
rinr Vorstellung des allgemeinen Erhitmgsvorgangrs deu
Apparates zu erhalten, wurden folgende ungefiihren Tenipraturablesungen in zwei besonders angeatellten Versuchen
(unter denselben Bedingungen wie die iibrigen) vorgeriommen.
Gemessen wurde 1 . TemperaturiiberschuS t, des Kupferblockes C iiber die Umgebung (+ 1 7 O C'); dabei stak eine
Ldtstelle in dem mit fliissigem Paraffin gefiillten Ebhrloch
der Schraube N (Fig. 6); 2. Temperaturdifferrnz 1, mischm
C uod B'.
26
Tabelle 7.
Allgemeiner E rhit zungsgang.
-_
&it
in
Minuten
~-
in
-
3,O
3.5
490
4,s
5,O
7
I
'
'
85
92
96
101
103
Die Temperatur des Kupferblockw stirg drmgenrii6 wall rend der Versuchszeit ( 3 3 Min.)
von ca. +17 bis ca. l'i 92 = $1090 ('.
+
Nach jeder Erhitzung wurde mit einenr elektrischrn Vmti
lator wghrend 9 Min. angeblasen, was einen sicheren Ten+
peraturausgleich zum folgenden Versucl: ergab. Dabei sank
der Ausschlag schnell und wurcle regelmiiSig rkgativ (von
einem Betrage etwas groSer als der vorige). Dies ist offenbur
nur eine Folge der in radialer Richtung stark herabgesrtztrri
Wiirmeleitfiihigkeit des Biindels (der Xylintlrr kiihlt aich crhcsblich schneller ab).
D. t'bcrsicht d r r E'c~hlcrqurllen.
I . Material uvKd Fnrm der Leitrr.
1. Material. - Sowohl im Zylindei. wie im Biiiidcl kmi
elektrolytiscbes Kupfer vor, dessen Reinheit aus den1 w h r
niedrigen elektrischen Widerstand hervorgeht (fur beide fast
genau gleich 1.67 Mikrohm bei $180 ('. wir fur tlas rcsiiistt:
Kupfer).
2. Liitungm. - Durch besontlwr Vwsuclie ging hervor,
daS Weichlotungen in angegebener Weise liergestellt, rir i m
regelmiiBigen, sehr geringen Widerstand cbrgaben (p. 12).
3. Dimensiom. - a) LBnge. Es wurde beim Abiiit~sstm
des Zylinders die wirkliche Liiiige der Kabeldriihte geneu
berucksichtigt (p. 14). b) Durchmesser. DaB die Leiter
korrekten Durchschnitt batten, geht aus dem urspriinglich
als nahezu.identisch gefundenen y ) e l e k t r i s c h e n Widerstaiid
hervor (p. 19). Es wurde, um gegen etwaigr hderurigen
l‘hwwdektri.-itiit und metnllische M’amLe1rifun.g.
2’7
sichergestt.llt zu st,iri, tltar Wiclerstanti tl(.s Zylinders dann absichtlich uni 0.7---0.9Proz. groper g e m m e n . 9) A u S e r e r
( X I ’ tl1.r beiden Verglrichskorper war der ntimliche
(vgl. 6).
4. i3t.e h’ndusrsta~rkuryetld r s Biindels (umwundener Kupferdraht, [p. 173) i n u w m in geringein Grade die Wiirmeleitung
des Biindrls begiiristigen ; bein1 Zylindrr waren die VerBtiirkungrn als entbrhrlich abRichtlich fortgelassen (da s k hier
vielli.icht t r u f antlere Weise gewirkt hiitten).
.iDer
. unvolktandige Zwwmmenhang des Zylindrrs (Blech,
nicht massivkbs Material) kanii nur dazu fuhrm, daS dtv beobachtete Effekt. klpiner ausgefalleii ist, d s w’nn dcr Zylindw
gana rnwsiv zh.iir(..
11. Iaolutiou.
U y l e d t e Y’emperatur der Obarfliiclmchicht. - D8 bein;
Xylinder - tlesstm Leitfiihigkeit in radieller Richtung div
hohert. ist - die Teniperatur der Oberfliiche eine hoherc war,
PO nruS win StrahlungsverZust, da der Umfang der niiniliche
war, sichtBr itin wrnig uberwiogen (Schutsdecke aus Bauniwollfadeii wirkt jetloch ausgleichcnd !).
i . Dies WtimteZeitfuhigkezt tler Isolation - die wohl \’ITnachlassigt, werden h i i n - kiiniibr (in den fruheren Versuchm)
nur (lie Wiirnieleitung tles Biindels verstiirkeri ; bei d rr letaten
Bestinimung war tliesrr Untrrschietl vrrmiederi worcltm (1). 22).
S. IXc. spezifischr! W a r m des Isoliermaterials kaiiri nur
bei nicht~stationiirt~ni
Zustande csinm EinfluS awiiben. BPsontlers angestellte Beobachtungen habrn festgestellt, dafi diese
Fehlvrqurlle - obgleich der Bustand nicht eigentlich stationiir
wai. ~kfintw rnwklichen EinfluB ausziiiibtm inrstande i d
ti.
(1). 24).
Ill.
~Tilit2U)I~l.
9. Etwaige dsymmetrie der h’rhitzung durch die Mikroflaiiiiiit‘ ist durch (lit. zuerst angestelltm Beobachtungen (Tab. I )
vollstiintlig elimiiiiert, worden (p. 20).
10. Eine As ymmtris deer Befestigungsawdnung ist kauiri
antlr~rb:vorhandw a16 cladurch, t l s D der mit dem Xylinder
verbiindrne Kelorinirt.er dem Holzrahxnen unbetriichtlich nliher
stand, WAS nur aHf tlenselben (unerheblich !) kiihtend einwirken
kalll~.
C. Bensdieks.
28
Die Aufstellung war sonst frri und einseitig airkende
Luftstrorne in1 Zimmer nicht knierkbar.
1
v.
Tempwatunne8su?tgen.
11. Di’e Kalorimefer hatten, praktisch genommen, idrntische Ma& und Strahlungsvermogen.
12. Eine Ungleichhit der LiitsteUen des Thermoelementes
- (lie sich l ~ i c h tbemerkbar macht - ist durch Vertauschen
praktisch vollstLndig eliminiert worden (Beobachtungen insbesondere der Tab. 4).
Aus dirsrr Ubersicht geht hervor, daB samtliche in Betracht gemgene Fehlerquellen, die nicht als vollsthdig elimirriert zu bezeichnen sind, in der Richtung beeinfluBt wwden,
tlaB sie die Wiirmeleitung des Zylinders herabsetzen miissen.
Ohne diese Fehlerquellrn wiirde also der Zylindrr a fortimi
besser leitrii.
Anderr Fehlerqut4rn als die oben angefiihrten konnten
trotz eingclivnder Brhandlung nicht, tntdtckt wrrden.
P. SchluSergebnie v o n Vereuch 6.
3)ieser PO sorgflltig wie nur moglich angeordnete Hauptvtlrsuch dieser Abteilung scheint mir in einwandfreier Weise
bewiesen zu habexi, daB einem Biindel &us isoliertem, feinem
Kupierdraht eine geringere Warmeleitfahigkeit zukommt als einem
Zylinder am demselben Material von genau derselben Querschnittsfldche und elektrischer Leitfiihiqkeit.
Um quantitative Beziehungen geben zu konnen, sind eingehendere Versuchr niitig ; der Unterschied scheint jedoch (bei
der benutsten Untrrtrilung tles Biindels) wenigstens voii drr
GroBenordnung 5- 10 Proz. zu win.
Vcrsnch 7 . - Demonstratknsversuch.
Die gefundene Differens der Warmeleitfahigkeiten war so
wheblich, daS es der Miihe wert erschien, eu versuchen, ob
Hie nicht sogar ohne Thernioelement und Galvanometer rm
demonstrieren sei, wie bei einem heterogenen Leiter in Versuch 3.
ZU diesem Bwecke wurden Apparate zusammengesetzt in
naher ifbereinstimmung mit demjenigen von Versuch 6, nur
waren (Fig. 8) die beiden Kalorinieter durch Kupferstiibe B, B’
(4 x 115 mm) ersetzt. Diese waren wie in Versuch 3 mit
dem 81s Temperaturindex benuteten Kupfer-Mercuri- Jodid
+
(CuagJ,) uberzogen, welches bei
$1 O C einen Umwandlungspunkt besitzt, wo die Farbe vori Hellrot xu Dunkelbrauii
iibrrxrht.
Fig. 8.
])as Bundrl A bestand aus 1‘3 58 nim langen Abschnittc~~i
des Kabels; der Zylinder (Liinge 58.8 Inni) hatte einen iiubren
Durchmesser von ca. 2.95 mm, ocler war rin Hohlzylinder (A’)
vom HuBerrn Durchmesser (4,5 111111) und demselben Querschnitt wie A. Als Handgriff bt>i tler Demonstration dientv
ein Holzstuck D.l) An dem aufb 5orgfaltigste ausgefiihrtrn
Apperat warm A untl A’ mit ilrnr Kupftxrklotz C rnit Silbrrlot
verlotet.
wurdc. (bei verMit solchen I)r.iiionstrationsapp~~~trii
schirtleneri Ausfiihrungen) jedesnial cbirit. deutliche Verschiebung
der $1 O-Isotherm zugunsten des Zylinders brobachtet ; die Verschiebung - welchr also angab, tlaB deni Biindel geringere
thermische Lritfahigkth zukan~- betrug bei verschiedenen
Ausfiihrungeri 6--12 111111.
Die Ausfuhrung war abrr in kti1it.m Palle beziiglich der
genauen Abgleichung der elektrischcw Widerstiinde URW. RO
prazis wie bei dem (nachher ausgefuhrtrn) Versuche 6, so
daB fur tlir Sicherheit des Resultatrs Vrrsuch 7 nichts Neues
ergibt. Nur fiir Demonstrat8ionszwecktx rrschirn dieser Versuch von gewissrm Werte.
Versueb 8. - Iliinnste Platinfolic~.
dufgabe. - Wie wenig verschieden die in dem vorigen
Vrrsuche 6 (u. a.) benutzten Kupferproben sein konnten,
ware es doch von Interesse, wenn moglich, beiderseits genau
identisches Metal1 zu vergleichen, Ptdt und ohne Isolation.
Gleichzeitig werden wir im folgenden Versuche die Moglichkeit finden, einem recht wesentlichen Punkte nachzuforschen.
1 ) Nicht w h r zu twpfehlen, wril die Zinnlotung swischen A und B’
gefiihrdet w i d .
30
(:.
Hmedicks.
Wenn unserer Auffassung geinIl3 die erhohtr Leitfiihigkeit eines homogenen Zylinders auf elektrische Strome (netmt
Thonisoneffekt) zuriickzufiililm ist, dann muqjen diese Strome
clatlurch zustande koninien, tlaS clip Mitte (iiotwrntlig) Iiei&r
ist als die auSeren Teile. Das brdeutet, dal3 jell(. Strome
ubrrwiegend in radial (zur Aclise parallel) gelegencw Ebmen
verlaufen miissen. Dann aber ist es nur not@, eine rinterteilung
des Metalks in radieller Richtung vorzunehmen. UVL (lie Warmeleiffahigkeit merkbar herabzusetzen.
Wir gelaiigen somit zu folgendein Veisuchsp,.i7lxil): es
werden zwei identische, lange untl moglichst tliinne Mctallfolien in Spiralen aufgewickelt : die eine mit einer (lihiiieii,
olektrisch isolierenden Schicht, die andere iiiit bestniiiglicheni
Kontakt zwischen clrn einzelnen Windungen.
Awdnung. - a) H e r s t e l l u n g d e r P l a t i u k o r p e r . Zu
diesem Versuchr wurde tliinnste Platinfolie voii cler Dickc voii
ca. 0,Ol nim verweiidrt, wie solche von W. C. Herac>us,
Hanau a. M., fiir Bewickelung von Widerstandsofcbn gelirfert
tvi Id .
Es wurden xwei Platinstreifeii voii tler Liingr 1000 inm
untl tler Breite 25 niin abgeschnitten; Gewicht pro Stuck
3,889 g (bt4 eineni speeifischen Gewichte 21,4 entspricht tlic s
(liner Dicke von 0,0073 mm). Beide wurdeii sorgfiiltig a w gegliiht. Der eine Streifen I wurde flachlicgend durch ein
Sieb hindurch niit feinstem Glimnicr (Muskovit) bestaubt, SO
daS eine gleichmiiSig diiniie Schicht entstand. Die Menge
dnvon betrug 0,158 g ; bestimmt wurde dies cladurch, dal3
unmittelbar liings den1 Plstinstreifc n ein genau ebenso grof3er
Pepierstreifen gelegt wurde ; nacli der Bestiiubung wurde der
daraufgefallene Anteil gesanimelt und gewogen.
Es wurde nun cler Platinstreifen auf eineni eben abgtdrehteii Griffel (Durchmesser 5 mm) vorsichtig aufgewuntler! .
Es entstand dadurch eine glimmerisolierte, zylindrische Spirale
vom auSeren Durchmesser 10 mm (zum Schutze zuniichst
mit Asbestpapier umwickelt).
Der Platinstreifen I1 wurde auf einem glatten Messingdorn \-om Durchmesser 9,50 nim miiglichst dicht sufgewunden.
Der iiul3ere Durchmesser war sehr annahernd 10 mm (dies
entspricht 32,5 Windungen niit einer Dicke von 0,0077 mi,
was rnit der gravimetrisch gefundenen Dicke 0?0075gut iibereinstinimt).
Ihe schwierigste Aufgabe war nun, die (eiemlich lose)
Spirale ( I ) init ganz rbenen, eur Lotung geeigneten Endfliiohen zu versehen. Zu diesem Zwecke wurde sie (wie in
der botanischen Mikrotechnik!) in geschmolzenem Paraffin
(Owkerit, Schnielxyunkt 75-80 O) untergetaucht und damit
gefiillt. Sic, wurde tlann in eineni kureen Metallrohre festgegossen, die eiu sicheres Befestigcn in1 Drehstuhl gewiihrte.
Es bestand nunniehr kcine Schwitirigkeit, die Spirale beiderReitig mit einem gut geschiirften Drcthstahl abzudrehen, bis
ganz ebene Endflachen m tstan d m. Der Abstand zwischen
den somit st,re!g parallelen Entlfliichm der Spirale betrug
dann 24,13 mm.
Zu derselben Liinge wurtlt. tlaiiii dt.r Zy1indt.r (11) abg d r e h t (ebenso durch Paraffin gesohiitzt.)
Das Paraffin wurde d a m (lurch vorsichtiges Schmelzen
mtfrmt. Schliefilich wurde die initere Oberfltiche cles Zylintlers init derselben (im Verhiiltnis 24,13 : 25 reduzi&en)
Glinimermenge uberzogm (mit Wasser und einer Spur Wasserylas ausgeriihrt). Nach den1 Trocknen warm die Massen der
Spirale und r l w Bylinders auf weniger als 1 cg gleich.
b) K a l o r i n i o t c r . Spirale ( A ) und Zylinder (A') (Fig. 9)
wurden mit Silberlot iinerseits an zwri identische zylindrische
Kupferkaloriinrtrr B . B' frstgelotet, derm Dimensionen
(Durchmessrr 15.75 nim.
Hohe 5.70 min) geniigend
waren, uni vinr t.rhebliche
Warineausstrahlung au ergeben. (Dicb ,4usbohrungt.n
der Ke1orintrtt.r waren
2 ,K 13 inill; dic, behufs
Widerstaid sbestiininung
vorgeseheneii Zuleiturigr~~
(ZU U , D', E. E'] warm
rnit kleinen Kupferschraubm befestigt ; Gewicht der
Fig. 9.
fertiggestelltm Kalorimeter, inkl. Schrauben, 9.756 g.) Andererseits wirden A , A'
an einem rrchtrckigen Kupferblock C' (71,s x 14,5 x 14,5 mm)
festgelotet (Abstand dcr Mittellinien 22 mm).
Befestigung und iibrige Einzelbeiten wie bei Versuch 6
(Fig. 6 ) .
C. Benedicks.
82
Die Erhitzung geschah, streng zentral, mit derselben
kleinen Flamme wie in jenem Versuch.
c) Ele k t risc h e Lei t f a h ig ke i t. Nach der Liitung wurden
bei Zimmertemperatur folgende elektrische Widerstfinde beobachtet :
Spirale 4,33 . lo-* Ohm,
Zylinder 4,52 . 1O-O Ohm.
Der Zylinder besal3 also einen entschieden (ca. 4,2 Proz.)
hoheren Widerstand als die Spira1e.l)
Bwbachtungen. - In folgender Tab. 8 bedeutet t die
nach dem Fkginn der Erhitzung verflossene Zeit in Minuten
und u der zugehorige Ausschlag des Galvanometers in Slralenbedeutet, dal3 die Temperatur in dem mit dem Zylinder
teile:
verbundenen Kalorimeter die hohere ist.
+
Tabelle 8.
Herebeetzung der Wiirmeleitfiihigkeit fur Platin.
1o;o
10,5
11.0
1 l$
12,o
12,6
13,O
14,O
15,O
16,O
17,O
-128.5
+31
+30,5
++3738
+35
+36
++3536,5
+-+ 39
37
Die Bestimmungen sind in Fig. 10 zur graphischen Darstellung gebracht.
Im Anfang ergab sich also ein schwacher negativer Ausschlag u; nach 3 Min. ist u schon positiv und nimmt wahrend
der folgenden Zeit krhftig zu, so daS schlieBlich ein nahem
stationfirer Azcsschlag w o n ca. 38 Skahteilen beobachtet wurde,
1) Der Bauptgrund zu d i e m Differem liegt wehracheinlich im
rerscbidenen Verhalten bei dem Silberloten.
iind .:war derjenigen Richtwig. die ein el. hohere?e therm k c h e t i
Leitfdhigkeit des Z y1inder.s ontspriciit .
Die vorhantlenen UnregelmiiSigkeiten hiingeii voii Liifl atriiiiiungen nb.
Eine wiederholtr Ekobachtungsrrihc. brstiitigtr. die f i uhr1.c.
in mifriedenstellender Weise (schlirBlicht~r Ausschleg c i i . 42).
.5 0
I
a
4
i
8
6
I
10
IZ
14
18
18 mn
Fig. 10.
Zwri spater wiederholtv Rrihen ergaben zwar ebriibo iiii
g:ro&n und ganzen denselben Vrrlauf ; der Hochstwrrt wurdt~
itber bedeutend geringer (bis ca. 25). Vemmutlich hlingt diest,
-4bnathmr von h e r verschlechtrrttbn Isolation a b ; tlciiii i i i
cler Tat zrigtr sich bei einer eingreifentlen Untersuchung dei.
Obrflachensahicht, daS die einzrlnrn Windungen te~ilwr4si*
~tiiteinantlerin gutem Kontakte st.antlrn.
I& Darstrllung eines neuen Appamtes iiiit s i c I i ( ~ ~Is1i
lation konnt,rJ wegvii Materialniangt~lslc~itlt~r
niclit erfolgm.
Resultut. - ,411s clirsem Vrrsuclri~sclic.int jedoch als sichill.
Iiervornigfbhen, did3 dent ZyZ,indw ((I. h . t1c.r unisolirrtrn Spiralr)
e k e betriichtlich hoherc! thermische Leiffahigkeit zirkomnit n l s (Epr
(isolierten) h’pirde. h b dtlr Xylindt~i.c~hkt,risch4,’2 Proz. bwstai.
leitet, 1st tlrr Unterschitd auf wcmigst8t~iis5-10 Proz. scliiit.zungsweise anzunc~hnirn
.
Dies bestatipt also fiir Platinfolie das in Vt.rsucli 6 f u i .
rin Kupferbundel frstgcstcllttb R(,sult,at: isolkrte Tjnft~rt~ilung
des Metalles rermindert die Warmeleitfaihzgkeit.
SchZupbemerku.ng. - Wir (liirfcari i$lso die Riclitigkrit
unserer theoretischen Erwartungm brt8reffentl d w Wiirint~leitung als erwiesen betrachten kiinnrm.
j-
Annalen der Physit. IV. Folpe. 66.
3
34
C'. Benedicks.
111. Vemuche, welche die Existens des erwsrteten thermoelektrieohen Effektes direkt beweisen. 1. Feste X.etatle und
Legierungen.
Voii den1 somit gewonnenen i n d i d t e n Beweise fur die
Existenz der verniuteten Therniostrome wollen wir nun zu
i hreni direkten Nuchzceise iibergehen .
Fig. 11.
Orirntirrt wurclen tiabei die Versuclie ~iaclidrii beitlen
Hauptinethoden, die fur galvaiioin~trischeStromniessung beiiutzt wertlen, naiiientlich : a) der stromdnrchflossene Leiter
wird lricht drehbar in eineni Magnetfelde aufgehiingt (Drehspulgalvanonieter; Ratlioiiiikromrter!); b) cler stronidurcliflossene Leiter wirkt in fester Stelluiig auf cine leicht#bewegliche
Magnetnadel ein (Nndelgalvaiioiiieter USW.).
Versueh 9. - Thermoelekfrisclte Dreltuiig i n eineni feste),
Magnetf elde.
Aufgabe. - In c.ineiii festen horizontalen Magnetfelde ist
ein diinner, flacher Leiter parallel zur Feldrichtung aufzu-
Thermoelekirkitiit und metallkche Wiirmeleitung.
36
hangen; nachweisen ist, daB bri aSynmt&chm Erhitzuy
im Leiter Thermostrtirne, welche eine Drehung verursachen,
zustande kommen.
-4nol.dnung. - Der zuerst benutzte Apparat ist in Fig. 11
abgebildet. A B ist das (8 mm weite) hterfemkum zwischen
zwei horizontal befestigten, permanenten Hufeisenmagneten
(Durchschnitt 8 x 19 mm); bei C ist eine Zwischenlage aus
weichem Eisen. Eine ins Interferrikum hineinaebrachte kleine
Magnetnadel wendet das Nordende nach links:
Das mittelst des in vertikaler und horizonC
taler Richtung verstellbaren Stabes D (Torsionsknopf) an einem Quarzfaden aufgehlingte, leitende
System besteht a u 0,08
~ mm starkem Kupferblech
(KHhlbaum) und ist. in Fig. 12 niihrr verdeutlicht. a, a' sind zwei (im grohn) rektangullre
Plattell 22 x 6 x 0,08 mm), tlir in der Mitte
oben untl unten ein wenig (in vertikaler Richtung) aufgeschnitten sind. Die rechtsstehenden
halben Ober- b m . Unterkanten sind (mittels
sehr w n i g Weichlot) mit den runden Scheiben
b, b' (Durchmesser 6,4 mm) metallisch verbunden.
Die linken Hiilften sind dagegen mit b, b' nicht
in B r r u h g . Ein durch in b, b' vorhandene zen- Fig. 12.
tralr Locher gehender Glasstab c, c' (hrchmesser
0,s imn, Liinge ca. 50 mm) ist oben zu einem Hlikchen uingebogen und trlgt unten einen Spiegel d (7 x 8 x 0,6 mm).
Da> Gesamtgewicht des beweglichen Systemes war O,S9 g.
Urn die obere oder untere Scheibe b, b' (beide sind geschwiirzt) erhitzen zu konnen, sind die Hitzdrhhte E, E
(Figg. 11 u. 12) in leicht verlinderlicher Lage angebracht
(Chromnickeldraht 0,546 mm, in zwei symmetrischen Schleifen
gebogen; Bleisammlerspnnung 10 Volt).
Wenn nun z. B. die obere Scheibe durch die Strahlung
Ton E erhitzt wird, so muS eine unsymmetrimhe TemperaturT-erteilung in den sonst symmetrischen Platten a,a' mstande
kommen, und demnach auch - wenn unsere Erwartungen
richtig sind - in jeder Platte eine Thermostriimung, we&
so gerichtet ist, dap sie durch Thomoneffekt den Wamausgleich
der Plotte zu e r W M bedrebt kt.
Bei einer Anzahl vorbereitender Versuche machten sich
3.
36
C:. Benetlicks.
die von Hitzdraht E odrr E’ verursachten Luftstroniungen
in storender Weise bemerkbar. Diese wurden jedoch dadurch
unschiidlich gemacht, daB (lit. Liinge des Hitzdrahtes recht,
klein (ca. 15 niin zwischen tlrn Kupferzufiihrungen) und dir
Stromstiirke verhaltnismaBig gering (im allgemeinen 1 Amy.)
genommen wurde, wozu noch die Lage des Hitzdrahtes iii
bezug auf den Quarzfaden moglichst syniinetrisch einzujnstieren war (sonst entstehen beim StromschlieSen Induktionsstob?, die allerdings einen dauernden Ausschlag iiicht
verursachen konnen!). Der dem Hitzdraht am nachsten \-el bundene Pol der Batterie wurde geerlet.
Beobachtungen. - Nach Innrhalten (hauptsiichlich) (lei
genannten VorsichtsmaSregeln miirden durchaus reprodwierbare,
regelmapige Ausschliige erhalten. wie von dens angenommeueit
Effekt zu erwarten.
So ergaben sich z. B. (bei einriii Hitzstroin von 1,3 h i p . )
bei einem Skalenabstand von ca. 110 cni folgende Ausschliip
( - bedeutet eine Drehung mit dcr Sonne):
+20 nim, wenn oben (bei E ) erhitzt wuidt..
-21 ,, , ,, unten (bei E’) ,,
*
Polwechseln bci tleni Hitzstronw hatte keinen mrrkbarrii
Einflul3.
Ergebnis. - Aus diesen ersten clirekteii Versucheii (voi~i
24. untl 25. Oktober 1916) wuixle nuf die fafsiichlicheEzisten:
des vermuteten Effektes geschlossen.l)
J *
Versueh 10. - HauptbestimmungeqL im E’elde eines Elektromagneten.
Aufgabe. - l)er schwierigste Einwand, welcher gegeii
Versuch 9 gemacht merden konnte, war m. E., daB die Auswhliige etwa durch eine Schraubenicirkung (Propellerwirkung)
der beim Erhitzen aufsteigenden Luftstrome entstehen konnteii.
Um diesem vorzubeugen, wurden die runden, leicht ebeii mi
erhaltenden Scheiben ( b b’ Fig. 12) sorgfaltig in der horizontalen Drehungsebene angebracht, was jedoch diesen Fehlei
nicht mit Notwendigkeit ausschlieBen konnte.
1) Auch seine Richtung war die als die wahrscheinlichste erwartete:
der Strom geht im groBten Temperaturgefiille (vertikal, reehts) voii
Warm zu Kalt, was bei dem positiven Thomsoneffekte des Kupfers eineii
thermoelektrischrn Wiirmetransport auf kurzeatem Ii‘ege bedeutet .
Thermoelektrinitat und metallkche Wamleitung.
57
Auch war es von Wichtigkeit, feststellen rm konnen, ob
die erhaltenen Aussohlijge mit der Riohtnng des Feldes umkehren usw., was bei einer eventuellen elektrostatisehen Fehlerquelle ausgeschlossen wiire.
Dam sind nooh verschiedene Metalle m untersuchen, die
in bezug auf den Thomsoneffekt charakteristisch sind.
Fig. 13.
Anordnung. - L)as variable Magnetfeld wurde mit einem
Elektromagnet von M. Th. Edelmann (fur den kleineren
h i t engalvanomet er speziell eingericht et) erhalten (Fig. 15)
(Breite des Interferrikums 10 mm).
Die Aufhiingung des beweglichen Systems geschah mittels
eines besonders geformten Holzstuckes A, an einem mit Torsionskopf versehenen Messingstiel B.
M s Hitzquelle bewiihrten sich am besten kurse Chromnickeldr&hte,mit Sorgfalt in der symmetriachen Form (Fig. 16, d ,
1). 39) gebogen. Der Hitzkorper sol1 so wenig ausgedehnt
6‘. Benedicks.
38
srin wie iiur ~noglioh (dainit (fir in Luft unrernieidlicheii
Stromungen sehr schwach wertlen) ; niuD auBerdeni geringe
Wiirmekapazitiit brsitzeii (uni schnell konstante Ans~chliigr
zu ergeben).
Die beiden Hitxquc4leii C C’ (Fig. IS) waren durcli brsondere Halter so angebracht, tlaB tin genauc s Einjuhtierw
in jeder Richtung rrniijglicht \wi ; aucli lionnte C C‘ ohnr
gtigenseitige Verstellung herausgeschobm werclrn. 1)rr freir
Abstand mischen Hitzquelle untl Entlfliiche tles be\\cglichen
Systems war (knayp) 2 mm.
Gegeri Luftstrijniungen scliutztr eiii
in tler Figur nicht abgebilcleter Glaskd *t en.
Das Sehaltungsscheina ist aus Fig. 14
rrgiohtlich untl ohne weiteres verstiintllicli.
9 1 s Stromquellen w-urden (in den nachhei
mgegebenen Reihen) zwei getrennte Rleisammlerbatterien von 10Volt benutzt. Dit.
Strommessungen geschahen init z w i Pi%xisionsmilliampri~emetei~yon Si e 111 (’11 *
& Halskr.
Die Ausschliigr w i d e n a n riner vui1
tlrr Drehungsachsr 1180 inm entfernteii .
tlurchsichtigen Millimetrrskala objrktiv hrFig. 14.
obachtet (Nernstlanipe). VergriiSertc, AhIesungszalil bedrutcht einr Drehung tles Spiegels gegeii t l i t jenige der Sonnr.
Unter a) wirtl ini folgrndrn tlirjenige Richtung des Jhigiietisieivngsstromes bezeichnet, wlche veranlaSt, dab d w Nordende einw ins Inteilerriknni liineirigebrachten Magnetiiudrl
sich nach rechts (R) rinstrllt. Unter b) die unigekehrtr Richtung des Magiirtisierungssti o i i i t * ; Sortlentle n i e in) i-oriptan
Vwsuchr nach link>.
I
-4usgafiihrto Heobuc/itiiwysreihe,e.
a) Stud
i c b
11
i 11sbc.s o 11 tl c I’ 11 d c I’ S c hr su be n \v i r ku 11 g.
Spezielle d ufyabe. - Urn insbesondere dic als 1iioglicli~Frhlrrquelle in Betracht liomiiiende Schraubenwirk~ng dei
horizontalen Entlfliichrii zu wrfolgen, stellen wir a11 (lit.
Spitze folgenclr zwei Beobachtungsrtihen (die nachtr8plic11
gemacht wurtlen).
Thermoeklctrizitat and meta;llische Warmeleiturcg.
39
Awdnzmg. - Das aufgehiingtt! metallische System bestand aus 0,04 mm diianem Platinblech (ohne jede Spur von
Lotmetall). Zwei Streifen wurden wie in Fig. 15, (I mgeschnitten ; die Halbkreise wurden senkreoht umgebogen. Zwei
(spiegelbildliche!) solche Streifen
len, mit diinnem Glimmer voneinander isoliert, mit 0
rn dieken Glassttiibchen
msammen befestigt, so daB das in Fig. 15, b-d ersichtliche
System entshnd (Gewicht, mit Spiegel, 0,54 g).
.-I
r
a
b
C
Fig.
d
15.
Die horizontalen (zusammengesetzten) Teile, welche zux
Wiirmeaufnahme bestimmt sind (geschwkiret!), waren mniichst
ein wenig schiefgebogen (um deutliche Schraubenwirkung
hervortreten zu lassen).
Beobachtung und Dds3czcssiolz. - iWn. bzw. H sind rnagnetisierender Sirom bzw. Feldstilrke ; a Ausschlag (Differenz
zwischen den Einstellungen ,,Erhitzung unten" und ,,Erhitmng oben").
-4us den ersten Beobachtungen in Tab. 9 ersehen wiry
daB die Schraubenwirkung in diesem Falle eine recht becleutende fiir H = 0 war; dabei war die Richtkraft (des
Quaraftdens) eine geringe.
Aus den darauffolgenden Beobachtungen geht indessen
hervor, daB diese Wirkung bei mnehmender Feldstiirke immer
c' . Benedicks .
40
T a b e l l e 9.
EinfluB der Schraubrnwirkung.
System aus Pt. Stellung: ,,Hitzstellen" rechts (wie in
Fig. 16b).
Quandraht: 27 mm; 0,010 mm.
Hitzstrom : 1 ,O Amp.
Iningn.
II
~
453
45 I
406
1
25( 1
50L
537
49i
500
498
534
do0
529
566
53;
535
528
564
.564
365
650
586
880
565
598
0
1,
il
il
0,60
1)
..
;I
j
oi)c.ll
0,80
..
740
1)
550
586
;I
1.00
980
565
600
1)
).
il
1,40
11
..
-
1
u.00
..
0,40
IJ .,
I
Erhitzung
urlteIl
A ~ ~ ~1 ~(:HllsS
) .
;I
-
I-
1400
.
..
586
612
401
582
601
598
'
obc.n
451
450
586
612
111111
- 46
- 49
- 2,s
- 35.5
- 8,5
- 28
L 14
- 21
11
:
-
17
.. 15,s
-
11
iiiehi abiiiiiiiiit ; die Ursache ist dtJr Ptiraiiiagnetisnius deb Pt,
welcher einc niit H stark zunehiiiendc Richtkraft resultieren
la&.
Sctioii btli H = 500 bcobachtclii wir - ungroclitet dei
bei H = 0 starkeii Schraubenwirkung - bei der Feldrichtung a
t~incnpositiven Ausschleg (+S,5). Die absolute GroBedes l m i t i v w
Ausschlagcs nimmt iinnirr zu (diejenige des negativeii Aus schlages iinmer ab), bis etwa i n der Nahe von H = 1000
beide Ausschlage nahezu qmmetrisch erfolgen.
Hieraus liil3t sich sclilieBtm, tlaB der Scliraubenu;irku,rg,
oucli wenn sie (sbsichtlich) eine erhebliche ist, einen bei zuiiehiiiendein H iriinier abnehmenden EinfluB zukommt . DaI3
sie als mrrkliche Fehlerquelle bei den folgenden, eigentlicheii
Beobachtungen niclit zu befiirchten ist, wircl noch von folBenden Beobachtungen bewiesen.
Sic. wurden unter genau drnselbrn Bedinguiigen erhalten
wie diejenigen der Tab. 9; nur wurtle zuerst das bewegliche
System herausgenonimen und (lurch vorsichtiges Biegen die
Endflachen so gut wie moglich als zur Drehungsrichtung
senkrechte Ebene justiert .
Thermoebktdtdt wtd ntstdlkhe Wam&tung.
41
Nach diesem Anniihern an die beabsichtigte geometrisohe
Form wurden folgende Beobaohtungen gewonnen.
Tabelle 10.
Schreubenwirknng eliminiert.
Erhi tsung
U
oben
480
486
B
0,40
il
0,80
52i
i10
510
540
,547
575
mni
+ 2
+ 2
+17
- 17
+21
- 12,5
Wir entnehmen diesen Ziffern, daS nunmehr die fragliche
Schraubenwirkung schon bei H = 0 sehr stark herabgedmokt
worden ist. Auch wurden schon bei H = 260 symmetrische
Ausschliige (f17) erhalten. (Es ist als Zufall zu beseichnen,
daB dieselben ganz gleich waren ; bei dem benutzten Apparate
-mit einem nur unbequem zu handhabenden Torsjonsknopf war rine solche Symmetrie nur schwierig zu erreiohen.)
Vwlaufiges Ergebnis. - Nachdem auf diese Weise festgestellt worden ist, daJ3 der erwartete Effekt deutlich m beobachten ist auch in vollsttindiger Abwesenheit von jedeni
(fremden) Liitmetall, wird zur urspriinglichen Form des beweglichen Systems (Fig. 12) d c k g e k e h r t , da dieselbe vie1
leichter geometrisch genan und deahalb mit geringerer Schraubenwirkung rlarzustellen ist.
b) Beobachtungen an Kupfer.
Beobachtungen. - Zuerst folgen pie an'Kupfer angestelIten
Beobachtungen. (Vgl. Tab. 11.) .
Allgewwim D i s k u s s h . - Aus Tab. 11 - teilweise schon
aus den vorhergehenden - geht folgendes hervor:
1. Auch mit dem neuen Apparat tritt der Effekt sehr
deutlioh hervor. - Sowohl Richtung wie GroSenordnung
stimmen mit Versuch 9 gut iiberein.
2. Die durchaus notwendige Forderung, daB die erhaltenen
Ansschlgge mit der Richtung des Feldes umkehren, ist tatslchlich erfiillt.
42
c'. Heiiediclis.
Tabellr I l a .
Kupfer K a h l b a u m , 0,08 min Blech (Grwicht des Syeterns 0,:Ng).
Hitzstrllr rechts. Quarzdraht ca. 17 iiim; Dickc 0,022rnni.
Hitzst mni
Amp.
I ,o
(1
ohc-n
01~1'11
530
53 I
53 I
33 I
5W,5
505.5
52!)
529
498
499
529
529,s
1.2
495
196
524
192
523
.i24
486
4%
523.5
1n111
1Y3
523
524,s
3. Ebrtiso ist t i i t s l?or(ltnttg ( ' 1 fiillt, c l d 3 c l i c b Aii3~cltliigt.
ilir Zeichen wcdi.selii, w n n (lit. Hitxstrlleii des Systcwls W I I
iwhts (wir soiist iiiiiiiw) iiacli link3 (wits iit Tab. I1 1)) W I Irgt wrrden (Spiegel 11111 180O grtlrelit !).
4. Dic Ausschlagr bri H = 0 siiid, in Verglrich iiiit tlcti
iibrigen, reclit lilein (+6,
2) ; die Schraubenwirkuiig i$t8
bei hiiheren Feldrrn ( i w clip 1)irektionskraft wegen cles Paramagnetismus des hrnutztrii c'u stark wachst) zu ~-rriiacliliissigrn .
+
DaS diese Nullausschliige (6bzw. 2) voneinander etwas abweichen, diirfte weniger auf einer stattgefundenen Deformation
der Endbleohe lwruhen als darauf, dell die Lage des Systems
in bezug auf Hitzdriihte und Polschuhe nicht identisoh sein
konndr .
5. Die Gro& der Aussehliige iiimrnt mit der Feldstiirke
xu - wie iin allgrmeinen zu erwarten ist.
6. Die Gro& cler Ausschliige nimmt mit der Stiirke des
Hitzstromes zu, was dwch die Beobachtungen mit deni Hitzstrom 1,2 Amp. exemplifiaiert wird (Tab. 11 a).
Die regelmiiJ3ig verwendete Hitzstromstiirke 1,O Amp.
w r d r so gewiihlt, daS von einem Gliihen der Hitzdriihte nicht
die R d e war. Erst bei 1,2 h i p . konnte nach einigem Verweilen im ganE verdunkelten %imiiier ein schwaches Gliihen
walirgenomnien wertlen.
Fehbq*.
- Hinzugrfligt st4 iioch, daS die in den
Tabellen ersichtlicht. Unsymmetrie der Ausschliige - die von
mehreren, in h e r iieuen Apparatanordnung nur schwierig
genau zu kontrollierenden Umstlinden abhiingt - in erster
Link zuiiickzufiihren ist auf folgende zwri Punkte:
A. Die urspriingliche Nullage des Systems sfimmte niit
der Nullage in einem gegelwnen Felde nicht genau iiberein.
B. Die Feldrichtung selbst verlief nach Urnkehren des
Magnetisierungsstronies nicht iiiehr liings derselben Linie (Remanenzwirkung des Eisens) ; ein jedesmsliges Einjustieren der
Nullage war nicht angebracht.
Diese beiden Urnsthde rrkliiren geniigend dic im allgemcinen noch vorhandene Insyxnmetrie der Ausschllige.l)
l u s dein angefiihrten Beobachtungsmaterial geht hervor,
tlaS u. a. als Fehlerquellen ausgeschlossen sind : Luftetrome
(,,Schraubenwirkung") ;elektrische Einwirkungen (solche wiirdeii
voii tler Richtung deu Magnetfeldes unabhiingig sein) ; elektromagnetischc. (Induktions-) Einwirkung (kann bleibende Ausschlage nicht ergeben) ; eventuelles Ionaussenden der Hitzdriihte (wegen ihrer niedclligen Temperatur ausgeschlossen) usw.
--
1) Ale einc gewisse Kontmlle atreng symmetriecher Lage u8w.
kann der sonat beim Feldwechsel eintretende (allemiing13 scbnell verwchwindende) Induktione~toS verwertet werden; um tsdellos zu funktionieren, miiseen die Apperatteile 80 einjustiert werden, daS der Jndnk-
tionsstos verschwindet, was nicht immer lcioht darchenflibrrn iat.
C‘. Ben ediclis .
44
Hauptergebnis. - Es muB deslialb m. E. als direkt festgestellt erachtet werden, daB, wie schon in Versuch 9 gefunden wurde, der emartete thermoelektrische Effekt tatstichlicli
bestelct und sogar kraftige Ausschlage ergibt.
c) Beziehung zu d e n Thomsonkoeffizienten.
Beobachtungen. - Von besonderer Wichtigkeit war nun
das Erforschen, in welcher Weise Zeichen und GroBenordnung
des neuen Effektes von dem ‘l‘homsonkoeffizienten 0 des betreffenden Metalles abhangt.
Als besonders charaktrristiscli tvurde, auBer Kupfer (IS
schwach positiv), das Metal1 Blei (iiahezn = 0) und die LrJ+rung Konstantan (a stark negativ) ausgewBhlt.
Die auBeren Dinlensionen dcr liergestellten beweglichw
Systenie waren genau wie bei Kupfrr (Fig. 12). Der Quarztlraht war derselbr. Hitzstellen wic dort nach rechts.
T s b e l l e 12.
Blei Kahlbauni (zu 0,s
nini Blech ausgewalzt). Gewicht dqrc Systems
0,77g. Hitzstroni: 1,0 Amp.
Krhi t zung
i
untrii
I
669
666
6.57
650
. :I
.
- 9
-2,5
. I .5
.-0.5
0.5
Eine xweitc. Be0 bscl~tungsrt~ilit~
fur Blri ergeb iiiit Tab. 12
aehr gute ijbereinstimniung.
Ergehisse. - Aus den in Tab. 1.2 angefulirtm Beobachtungen geht hervor, dap fur Blei ein me/i’barer Effekt ?zichf
oder doch kaunt fesfstallbctr war.
T a b v l l r 13.
t i o n a t n n t a n b l e c h , 0,lOmm. Gewicht des Systcnifi: 0.47 g.
Hitxstronr: 1,0 Amp.
I1
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E:rhitzung
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491
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431
431
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489
,,::,,
IIIIVII
-184
491
4x5
395
433
1%
4% I
9
~
-.9 2
-
37
56
:$:I)
4 I!!
JI:{
493
4I3
4lMl
34.5
499
402
56
:tn.r,
33.4
31 I
:$!45
- 104
- . 60
-125.5
:Mi
:i!l:t
41
:jwl
393
386
391
382
518
3H.5
:w
47
. 80
~
66
.. 136
1
1
(0,
-
nb)
0, I
46,5
6.4
8()
93
101
h r g t h i i t i t ~ i i t ~scliwacli posit,ivc. Effrkt ubersteigt die
(;roBtb tler Mt~ssungsft~hl~~i~
nicht ot1t.i. tloch kaum.
Dies steht in besfer i%ereinstimmung mit der Tatsache, dap
tlrm tier n t w Effekt sich verhalten
tiiirft,t. wit, t4wa der Srebrckrhffekt zum Peltiereffekt - fiir
Blei merklich, gleich Null nnzusetzen ist. Nach P . C e r ni a k
ist Blei selir schwach positit.. was mit deti vorliegenden Beobachtungen ?loch besser stimmf. (Ausschliigtb tlcw:rlben Richtung
wic. b\.i Cii !)
AUH drii Bc~baclitiingen d t ~ rTab. 13 gelit hrrvor:
I . Dab der Effekt fiir Konstanfnii sehr krtiftig ist im V'e7.gleich zu demjenigen des Kwpfers .
In der Tat ist tlcr Unterschitd iioch vie1 gi%Bt>r, als eb
aus eineni Vergleich zwischen den Tubb. I l a untl 13 zunachst
tlen AnschcJin hat,. Die Magnetisic~rba~ktitdes Konst'antans
ubertrifft nanilich cArht.blich diejcnip, d t , s Kupftt1.s ; tiuritus
folgt, daB fur jene Legierung die Dirrktionskraft, - trotz
unverandertrr Fatlrnaufhangung - vine clrheblich groBrre ist
(wic aus cs t l w ubcjr:iiiG kurzeri SchwinpngszcLit hrrvorging !).
der Thomsoneffekt - zu
I ) P. C c r n i a k . Ijiab. GieUen 1910, p. 12. - fouitivcr Thonrson
rffekt fur Pb schon fruhrr yon A. Bat t r l l i , S c a d . d. Lincci 3. p. 212. 1887
gefuntlen.
46
Uni diese hohe Uirektionskraft ohnt. besondere Anordnungen herabzusetsen, wurde in dem schwachen Felde \-on
H = 160 Gauss
clas bewegliche Systeiii so aufgeliiingt, daS es nahezu i i i 900
gegen die Feldrichtung hing. Die (lurch die Erhitzung verursacbten Ausschliige warm in tliesem Falle in der a- bzw.
b-Richtung des Feldes so bedeut.end \vie
Ein Il'ril dicsrr gm&n Ausscliliigr diirftc. tliLrlbUf h*ruht*lit
lag^ tler Paramagnet.ismus tlrii
Drehungswinkel vergrohrt ; es ist. abw c*inleuchtencl,(lid3 es
sich um ansehnliche EG.iSfte Iiantlelt .
Weiter gcht claraus tlrr wichtigr Uiirstirntl lirrwr:
2. Dap der Effekt iii Konstontmi das cit.tgegeqesettle Tor.
zeichen hat wie in Iiupicr.
Dies stelit iii bemerkenszocrter i.'bercitrst.i,~~~nilulcy
niai tlcr
Z'ulswhe - wt.lclir voii vornlierein miii Herauswiihlen des
Konstuntans gefiihrt liat.tt*-. drip der Thonismieiiekt iur diese
Legieruny als &in ,wgativer. ~cnd mar sell r starker. qeilcwr~ew
IGW&TI
ist.
Stelleii wir tliv brtrt~ffciihiTlioii~soiiIroeffizientcnu und
die z. B. fur H = 1400 gefundeiwn Ausscliliige nocli tler
&ersichtlichkrit \wpw zusanimen, so erhalten wir') :
claS umgekehrt in clieser
1) Pb nach P. Cerniak. 1. c. p. 12: ubrige Angaben nach
.deke r8 Z\leammenatcllung.
K. Bav-
Thermoelektrizitdt und rnetallische Warrneleitung.
47
Es besteht demgemdp eine a u f f a l W Parcalklitat xwischen
ilem Thomoneffekt und dem neuen Effekt.1)
Versuch 11. - Thmelektrischer Motor.
Sufgabe. - Durch die Beobachtungsreihen des Versucbes 10
ist die Existenz der fraglichen Thermostrome nach dem Prinzip
tler in1 fest,en Magnetfelde drehbaren, stromdurchflossenen
Leiter erwiesen worden.
Zwar schienen mir kauni einige schwerwiegende Einwlinde
zu erwarten sein; es wird doch von Interesse sein, dieselbe Tatsache auf eine abgesnderte Weiw nachzuuweisen, bei der dk moglichen Fehlerquellen dadurch stark herabgedruckt werden,, dap durch
den. 11 euen Ef fekt eine kontinuierliche Rotation erhalten wird.
Anordnunq. - Eine Anzahl Metallamellen, die einer unsymnietrischen Erhitzung ausgesetzt werden konnen, sind in
c4neni Magnetfelcle urn eine Spitze clrehbar angebracht.
Beschreibung des Apparates. - 8 Strrifen aus Kupfer
Kalilbaum (Dicke 0,08 m n ~ ;Breite 8 mm; Hohe 31, bzw.
15 nlm) a,, a,, . . . %
(Fig. 16) sincl an den
(durch Driicken am Drehstuhl erhaltenen) aus demselben Material bestehenden Ringe b uncl b' angelotet (&uBerer Durchmeseer 50 mm). Der mit
Boden versehene Ring b
wird von einem einseitig
geschlossenen Glasrohre c
getragen, welches an einer
Stahlspitze drehber ist.
d, d' sind zwei kleine perFig. 16.
inanente Magnete (Hufeisenmsgnete fiir Fernhorer) , deren gleichnamige Pole in
symmetrischer Lage beiderseits der Achse sich befinden ( N be1 ) Die aus anderen Gesichtspunkten vorgenommenen, mit verschiedener Anordnung gewonnenen Bestimmuugen der auf Pt sich beziehenden Tab. 9 Bind weniger zum Vergleich geeignet; an und ftir sich
miirde man fiir Pt negatives Vorzeichen erwarten, da Mr reinea Pt u < 0
angegehen wird; indesaen sind beksnntlich die thermoelektrischen Konstanten des Pt starken Schwankungen unterworfen.
C. Benedicks.
48
tleutet, daI3 das Nordende einer Magnetnadel nach
gemgen wird). - Das Rad hat streng radiale
((1. h. keine Drehungsrichtung ist geometiisch
Zum Apparat gehoren noch drei Stellschrauben
Schreube, welche zuni Fixieren tler Hohenlage
client (vgl. Fig. 17).
dort lieranSyninietrit,
bevorzugt).
sowie einv
der Spitm
Brobachtungsresul tat.
Kupferrad. - Wird nun b in der Nahe eines Magnet\
schwach erhitzt, z. B. mit eineni Mikrobrenner oder durch
die Strahlung eines ca. 1 cm entfernten Nernstbrenner3
(0,25 Amp.; die auBere Oberfliiche von b, b' ist geschwarzt!),
so fa@ dos Rad an zu rotieren, und zwar ist der Rotationssinn entgegengesetzt demjenigen der Sonne. Wird b' erhitzt,
so setzt sich das Rad in die entgegengesetzte Rotationsbewegung.
Konstantanrad. - Ein analoges Rad wurde aus Iionstantaiibiindern (0,l mm) hergestellt, nntl zwar unter Vermeidunc
jedes Lotmetalles (Nietungen !).')
Es zeigte sich, daI3 der Rotationssinn des Konstantanrotors im allgemeinen der entgegengesetzte war wie derjeniqe
des Kupf errotors.
Wegen des hohen Paraniagnetismus cles Konstantsn.
muSte eine gewisse Kraft ausgeiibt werden, um sie in Bewegung rm setzen ; die Rotation des Konstantanrades wm
deshalb @ei nur 8 Streifen!) gar nicht so gut wit. beini Kupferrad.
Beiderseitige Rotation moglich. - Es ist noch zu bemerkc.11,
nicht
tlaI3 der Bewegungssinn - auch beini Kupferrad
ganz eindeutig bestimmt ist: wircl dein Rotor die entgegengesetzte Bewegung mechanisch gegeben, so kann dieselby
unter Umstanden bei der nachfolgenden Erhitzung beibehalten
werden. (Dies ergibt eine gewisse, spater zu besprechendr
halogie.)
Die Rotationszeit des Kupferrades myar im allgemeinen
z. B. unter Benutzen einer kleinen Mikroflamme, 6-7 Sek.
Am besten geht die Rotation, wenn die Hitzquelle etaas TOT
-
-
1) Diese Arbeit - wie die Hentellung des Rotationsapparates
uberhaupt - ist vom Institutsmechaniker C. Artur Andersson mit
groBem Geschick ausgefuhrt worden.
Thermoelektrizitat und metallische Warmeleitung.
49
dem Eintritt jeder Lamelle in dem angrenzenden Magnetfelde liegt.
N u r ein Magnet erforderlich. - Um clas zur Aufhebung
der Spitzenfriktion notige Rotationsmoment herbeizufiihren,
war die urspriingliche Absicht, beim in Fig. 16 gezeichneten
Apparat zwei kleine Hitzquellen zii benutzen. Dies erwies
sich aber keineswegs als notig.
Eine Konsequenz davon ist, del3 der eine -Maywet am
besten zu entfernen ist, da derselbe eine unnotigr (spezirll
Fig. 17.
elektromagnetische) Bremsung hervorruft. In dieser einfachereii
Form ist der Apparat in Fig. 17 photographisoh abgebilclet.
Die Rotationszeit war dadurch zu 4-5
Sek. herabgedriickt.
Einf lup des Temperaturgradienfen. - Die Rotation setzt
sich in stationarer Weise unbegrenzt fort, geht aber im ersten
Moment etwas rascher, weil der Temperaturgradient dann
groSer ist. Im stlationarenawegungszustande wird tatsiichlich
auah der nicht direkt erhitzte Ring erheblich erwsrmt.
Wird ein ringformiger Brenner oder ringsum erhitzter
Metallring zur Erhitzung von b gebrauoht, so wird die Rotationsgeschwindigkeit betriichtlich herabgesetzt. Dies stellt nur
eine Konsequenz des Umstandes dar, daB der TemperaturAnnslen der Physik. I\'. Folge. 55.
4
gratlieiit jecler ins Jllagiietfelcl riiitretenden Lanielle durch die.
groBere Erliitzungsflaclii~ herabgetlriickt werden mu13.
Eventuelle Eiiiuirkung angrenzerider Lantelle. - Die uncmmrtet kriiftige Wirkung dieses nruen Rotationsapparate,.
gab niir Veranlassung. clahinzustt.llen, ob als treibende Kraft
tatsachlich nur die beabsichtigten geschlossenen Strombahnen
in den 8 Lamellcii wirksani sind, oder ob noch etwa mit
einer Elektrizitiitsstromung in den1 angrenzenden horizontalen
Teile tles Rotors zu rechnen ist. Um diese Frage zu entscheitlm, verfertigte ich (Zusaniniennieten !) nachtraglich einen
Rotor (Cu K a h l b a u n i ) , wo die Lainellen nicht radial, sondern periplierisch gestellt wurden (Fig. 17, links). Derselbr.
obgleicli sehr leicht beweglich, ergab keine Rotation, auch dann
nicht, wenn die genieteten Kontakte niit Zinnlot reichlich
verlotet wurden. Es scheint demgemab jede andere F i r k u n g
als die beabsichtigte, vernachldissigt werden z u konnen.
T'erschiedene Fehlerquellen durcli die kontinuierliche Arbeitsleistuny und verschiedene Hitzweise ausgeschlossen. - Der soebeii
beschriebenr Versuch beweist die Existenz cler von einer ungleichmaBigen Temperaturverteilung im homogenen Metal1 herriihrenden Thermostrome in grunclsatzlich tlerselben Weist. wie
cler vorige Versuch.
AuBer der direkten Bestiitigung jenes Versuches in abgeiinderter Weise, ergibt cler neue Versuch, besonders durcli
die entstehende kontinuierliche A rbeitsleistung eine erheblichr
Hrrabsetzung der moglichen Yehlerquellen.
Jeder Gedanke an Luftstroniungen, elektrische Laclungeii
usw. ist als Ursache der kontinuierlichen Rotation ausgtschlossen, insbesondere weil die Hitzquelle in mannigfaltigei
Weise abgeantlrrt werden kann, wie die angefiihrte radial
- oder drr Bewegung entgegen - grrichtete Mikroflamme, die
Strahlung rines Nernstbrenners. Sehr ansprechend ist es, als
Hifzquelle ein (lurch eine Xammellinse erhaltenes Sonnenbild zii
benutzejc. Der neue Motor sfellt dadurch eine huPersf einfaclre
Sonnenmascliine dar.l)
Eine von tler Temprraturiinderung eventuell verursachte
-biderung des Paraniagnetisniw des Kupfrrs als trcibenclii
1 ) Ob praktisch verwendhar, mu13 die Zukunft lehren! Nine Hauptbedingung einer Sonnenmaschine mit geringerer Ternpwaturdifferrnz
arbeiten zu konnen, ist allerdinga erfiillt.
Thermoelektrizitit und ntetallisclie IVarmeleitung.
51
Kraft ilnznnc~hmen, 1st schoii wegen dei Reinheit des verwentlrtrri Meta1lt.b (Cu K a h l b:rn in) wohl als ausgeschlossen
zu bezeiclnieii.
Hiiiziigef%t h c ' i iiocli, tlaB die Rotation des leichten CnRotors (Qewicht 9,25 g) so gleichrnaBig erfolgt, dal3 auf tlio
Ibmt.seiihrit jeder nennenswerten Inliomgenitat der Kupferlamellr zu schlieBen ist (es wiirde z. B. sehr gut eine gewisse
Lanicallc von den iibrigen ihrer Wirkung nach abweichen konnen,
was nicht der Fall ist).
I h B die geringen Lotfugen ail hich nicht in nennenswerttsi
Weiilx zur Rotation beitragen konnen, geht daraus hervoi.
tlaB beini Konstantanrotor jedes Lotnietall fehlte und daB
(lerjenige niit peripherischen Lamellen keine Rotation ergab.
Zusamnienfusswzg. - Die Tatsache, deB es moglich wai,
clen neuen Effekt fur einen kontinuierlich wirkenden Motoi,
ausznnutzen, ist wohl - wenn es sich uni Existenzbeweist.
handelt - als eine recht iiberzeugende zu bezeichnen.
Versuch 19. - Das a4~U10g0ndes Seebeckapparates.
-4ufgabe. - Nachdeni die Existenz der fraglichen Thermoitronie in Versuch 10 und 11 nach dem Drehspulprinzip dargelegt worden ist, werden wii uns nunmehr dem Magnetnadelprinzip zuwenden.
Es sol1 zunachst iiii folgeiiden Versuche eine grope Sfronasturke angestrebt werden, um, wenn nioglich - wie ini vorigen
Versuche - einen einfachen Demonstrationsapparat zu ei inoglichen, und zwar in Analogie mit dem klassjschen Demon*trationsapparat See becks.
Der Gedankengang, der zu dieseni Apparate fiihrte, war
- ob richtig forniuliert oder nicht - der folgende. Nach
cler Grundvoistellung, die zu ( h e r ganzen Albeit gefiihrt
hat, entstehen in eineni einseitig er-crarniten,homogenen Metallttabe gewisse Therinostronie, die zur Warmeleitfahigkeit einea
betrachtlichen Beitrag liefern. Nun 1st im Vorigen nachgewiesen worden, tlaB eine isolierte Untertcailung eines kupferneii
Leiteis auf 0,07 min dicke Diiihte vollstandig ausreicht, uui
die Warmeleitfahigkeit iuerkbar hrmbzusetzen. Demnach ist
zu erwarten, daB Rich solehe feinverteilte Biindel thermoelektrisch anciers verhalten als Inahhives Metall. Kurz gesagt :
es lBBt sich vorhersehen, daS ein Krt'is, der aus einem Biindel
nntl rinem honiogmen Lei ter dessclben Materials besteht,
4*
Fig. 18.
tles oben t~I~vii111it~r11
Kupft~rli~iLt~ls
wurclm (unter gewisscqi
Vor~ichtsiiial3naliiiien, wrlcht. b(,x\vt cktrn, (lie IsolaOion iiicht
zu beschiitligen) a n tlrn Entlrii niit Silberlot vrrliitrt ; wurdrn
dann niit eincani ni;tssiven Kupfrrbltcli (120 x 20 x 1 111111)
zusamn~engeliitrt~untl gebogt.n, so ( I d 3 das hussrhen d w
Fig. 18 entstantl. In tliesrni nioiioiiic~t~~llische~~
Kreise wurdr
tlas astatische N a d t ~ l ~ y s t ~ ities
i i 8tirbt:ckapparates hineingebracht,.
Beobachtungeti. - Wen 11 die rill t h Liitstrlle d ieses Apparates
mit einer klrinrn Bunsc~nfll~iiiint~
scli\vach erhit.zt' wird , so ent-
l~iel.7).Loelekt,rizitaitwnd nretallische Warmeleitwq.
53
stehen Ausschllige, die leicht ccuf 20--25 O zu brirtgen sind.
Dies entspricht einrm Stloin von ca. 0,10-0,15 Amp. (isolierte Drahtschlinge in ungefiihr derselben Lage herumgefiihrt !).
Wenn ein millimeterbreiter, ca. 40 em langer Strejfen
des Kupferbleches mit eintm nietrrlangen Stuck des Kabels
zusammengelotet wurde, zeigte sich, da8 die Erhitzung der
Lotstelle auf +200-250°
C einr auBerst geringe elektromotorische Kraft ergab; eine besonclere Messung mit an das
Kupferblech cles Demonstrationsapparates angelegten Konstantandriihten ergab eine maximale Differenz seiner Lijtstellen von ca. 200O.
Es scheint daraus hervorzugelien, tlaB ein Materialunterschjed mischen den Kupferproben nicht oder doch nur in
untergeordnetem Grade f i b die brtrachtlichen Ausschlagr kann
verantwortlich gemacht werden.
Die Stromrichtung ist eine solehe, daB der Stroiii gegen
die Richtung des groBten Temperaturgefiilles (im inassivrn
Leiter also vom erhitzten Ende) geht.1)
SchZuPfolgerung. - Dieses Experiment ergibt also e i w
auffallend kriiftige - wenn auch b u m ganz biindige - Bestatigung der Erwartungen. Es ist nun in genauerer Weise
auszufuhren.
Versueh 13. - ThermostromP iri eineni ICreisP a m zuwn nr mengelotetem dentischen Ma,teriul.
Aufgabe. - Gegen den vorigen Versuch konntr, wie angefuhrt, der Eiiiwand erhoben werden, claB das Kupfer in
beiden Teilen des Kreises nicht identisch war. Es ist deshalb
der Kreis in folgendem Versuche ans beiderseits identischeni
Material herzustellen.
Dies wurde in folgender Weise rrreicht (Fig. 19).
Anordnung. - Der mit tleni Biindel des vorigrii Vermches waloge Teil a b besteht aus eineni Stuck cles Kabels,
welcher , urn einen hoheren Tempersturgradienten bokommen
zu konnen, nur zu 15 mm bemessen war. b e, d a sind langerr
Abschnitte (je 30 em) desselbeii Kabels. Bei a und b sind
diese Abschnitte mit zwei zugespitsten Kupferstreifen A bzw. B
(ca. 60 x 10 x 0,5 mm) mit Silberlot sorgfaltig verliitct. Die
1) Diese Strornrichtung hat sich
perim enten irnmrr bestiitigt.
In
den mhlreichen spiiterm Ex-
C'. Benedick.s.
54
Enden c b z .~d hind niit einein rmpfindlichen, objektiv ablrsbareii Pa)izeryalrn,zontefer niediigeii Widerstandes (voii dei
Konstruktion nntl husfiihrung tles Verfassers) wrbunden.
Uabei entspricht (Skalenabstand 254 cm) 1 inn1 A4uhschla:.
(streng synimetrisch !) eine Spannung von
5,3 . 10-8 TTolt ;
gleiclizeitig ist cIei Widerstand 12.7 Ohni.
Beobachtungeiz. - Wird i i u i i A iiiit viiirr ui~teigrstrlltrn
Jlilii.oflaniine erliitzt, 1valiren(l €3 al:, Liiftkiihlung dient, b o
beobaclitet man am Galvanometer rineii au/3elw.dentlich kraftigen Ausschlag. Wrci
H orhitzt, w8hrend A durcli
Luftkuhlung eine niedrigerr
Tt~niperaturbesitzt, so bekomint man sehr anniihernti
(lcn entgegengesetzte?~ L4usscltlag.
So erliielt icli z. B. iiiit
r h r r 10 min hohen F la iiiii~ .
so uiiter tlas Eiidr A bzw. B
geschoben, tlaB sicli tlazwisclim eiii freier Abstantl
Fig. 19.
roii CLI. 10 mi11 vorfantl. folgende (iiscli ca. 2 l l i i r . konstaiitt~)Aiisschliigr.
T ibbt!llt* 15.
'I'hrrmoy'ronie
111
cine111 1101noge11cn Ki-rise.
Erhitzuug
bei
Ausschlag
mm
A
B
A
+ 130
- 120
B
- 114
- 128
Eryebjcis. - Dir gexiiiiltr liioidiiung eigibt also btroiulicferndc Theriiiospaiinunge~i. Dir Richtunp der Aiisschliigfrntspricht folgender Rthgel :
Im Gebiete des starlieii T~,niprruturgefalles(zwischen u
uiid b!) grht der entsttehmtlr positive Stroni zur erhitztm
Ther.l,zoelektr~zitatund metdischa Warmeleitung.
55
Seitct oder, iiiit nnderen Worteii. es verhalt sich S O , d s ob
der erhitzte Teil bei Cu Elektronen in Richtung des Wchste9z
Y'emperaturgefalles abgibt.1)
Versuch 14a. - Thermostrowbe i n einem durchaus Iro~noyenen Kreise.
Aufgabe. - Gegen den vorigen Vt~rhuchkonnte iiiaii iiiimei
iioch einwenden, daB das Vorliandensein des Lotmetalles das
Resultat inoglicherweise beeintrachtigen kann. AUP diesem
Grunde fiihrte ich eineii Versuch mit clurchau!: homogeiir~n
Kreise auf folgendr Weise sus.
Anordnung. - An der Mitte
rines langeren Stuckes des kupfernen Kabels a b (Fig.20) wurtlr
die seidene Uinspinnung (auf ca.
3,5 em) entfernt; die einzelnen
Drahte wurden in der Mitttt
moglichst ebeu parallel gemlegt. Unter Zwischenlage meiei
A
diinner Glimmerscheiben c c'
Fig. 20.
(0,OS mni) wurde rechts ein
umgebogener Streifen A aus Kupferblech (35 x 3
1 mm)
niit einer Parallelzange angedriickt ; links, niit eineiri freien
Abstand d = 2 mm, kam ein ebengleicher Streifen B. Das
Ganze F I V ~ ~ Can einem Asbestrahmen befestigt ; (lie freien
Enden a, b mit dem Panaergalvanonieter verbunden.
Beobachtungen. - Auch bei diesem Apparate rief die
Erhitzung des einen Streifens mit einer Gasflamnie sofort
sehr regelma@ge, bald statioiiiire =1u.ssckllge hervor, so regelniiiBig, wie es die Erhitwng mit offener Flamme (ohiie besonderer Fiihrung) - die einer elektrischen Erliitaung entschieden vorzuziehen ist - rs irgendwie zuliiBt. Die Beobachtungen werden in der inittleren Spaltr der folgenden Tsbelle
gegeben (Reihe 1).
Diese Beobachtungen liegen jar sehi sywmetrisch (Mittel
tler positiven
18,2, der negstiren - 17.6).
In der letzten Spalte befindeii sich die init eiii~iiiBhiilichen Apparatr geniachten Beobnchtungen (Reihc 2). Dip
I
+
1) Es bleibe vorliiufig dahingestellt, wie diese Regel mit der Stromrichtung der Versuche 9 und I0 iibereinstimmt; ansrheinciid 1st die
Richtung dn die entgegengewtzte.
(I.Henedicks.
1
Tabellti 16.
Tli(*rluotitrijrnc- i n t.inc.m homoge nc n Kreise.
hei
Erhitziing
-~
_
_
~~~~
~~
20
20
-4
16
H
I5
A
“0
R
~
;2
H
~
~~
A
H
B
A
~
mnl.4~issihlagc
~ ~ i 1 l ~ ~Reihe
:
2
( d = 2,0 mm) ( d = 0,2 mm)
__
~
~
~ _mui
’
~-
18
16
15
19
20
-
~
~
II
20
11
19
10
21
12
20
10
- 25
Kupftsrstrc.ifrii legen bier tlicht. nebeneinantler, so daB aucli
tler nicht tlirekt erhitzt.tb Sheifen verhiiltnismiil3ig stark er-
wiirmt \vurtlt~. Die Ausscliliiigr sintl tleshalb nicht grol3er als
in1 vorigen Vslle - was sonst zii rrwarten ware.’) In dieseni
Fellti bestrht cine gewisse Unsyninietrie der Ausschliige (negatiw griiBer), mas einfach zu erkliiren ist aus der Annahmr,
t l d 3 (lit, bcitltw Streifen nickit, rb(.nsogut gegc’n tlic Kabel(Iraht,t. anlirgm. DaS tlir Ausschliige ini Verglrich zii denjenigen (IPS Vtwuchtts 13 zirnilicli schwach sind - durcli
W~lsserkulilungt l r s riiclit tdiitztc.n St,reifens lassen sic sicli
;tllrrtlings vervirlfiiltigen - tlarf nicht wuntlernehmen, tlenii
tlt.1. thrrniisclir Kontibkt, zwischc~nden Kupferstreifen untl den
Drahtrn cles Kabels ist ja, wtigcn tlt~r (loppelten Isolierung,
krinrswegs cine guti3. Das Teniper~ztnrgefiilleiin Kabel - das
voii einsclineitlrnder Betleut,uiig ist - kann demgeniiiI3 liicfir
iiiclit ssc4ii. hocli hinaufgetriebrn \vrrtltan.
Die Hichtung tlrr Ausschliigil brstiit.igt vollstiintlig das
Ht.sultat tles vurigen Ve,rsuclies fur Kupfer: Elektront~n i i i
11i ch t8uiig t l ~s hiiclist,cbi i Terii p t w turgef Blles fortgrfiihi t..
Hauptergebnis. - Wtugtw tlcr Abwrwnhcit jetles rnrtullischen Kontirktes zw\.ischc~n
den I(i1pferstrrifen untl tlrn DriiihttJii.
;tlso jeder Spur Freriitlinetalles ini stromliefrrntlen Krristb,
rowic. wegt~ntles gmnu glt4clic.ii pl~ysiknlische?~
Zusta,ndes. Ah-
Thervr~oelektrizitaiund nietallische Warvneleituny.
57
wesriiheit jeder nachherigen Bearbeitung usw. der Driihte,
diirfte obiges Resultat fiir sich als ein biindiger Beweis zu
betrachten sein dafur, dal3
in einem homogenen Leiter durch Verschiedenheit des Ternperaturgefalles allein strmlkfernde Themspannungen auftreten, welche durch einen Galvanometer zu'messen sind.
(Wenn auch in einem einzelnen Drahte geringere lokale
Abweichungen cles physikalischen Zustandes angenommen werden
konnen: in einem Biindel von 135 nrahten ware tliese Annehme srhr willkiirlich !)
Versueh 14b. - Verbesserte Ausfiihrung: nichtleitende thernhasclie Verdickung eines einzigen Drahtes.
Aufgabe. - K'ochdem Verfasser in den h s i t z des ini folgentlen Abschnit t besprochenen Drosselprinzipes gekommen
war, konntr eine nicht unwesentlich verbesserte Variante des
vorigen Versuches zur Darstellung kommen. Es handelt sich
darum, an einem gegebenen (gleichdicken) Drahte ein schroffes
Temperaturgefallr zu erzielen . Dies geschah in folgender
uberaus einfachen Weise.
Awdnung. - uber ein gut ausgegluhtes Stuck Platiridraht von 0,lO mm Dicke wird eine kleine, liingliche schwarzr
Glasperle geschoben und im Gebliise rundum festgeschmolzen.
Eine zweite, gleiche Glasperle wird neben die erste hinzugefugt ;indem die Erhitzung am BuSeren Ende beginnt, erh5lt
man im Geblgse ein zweites, festgeschmolzenes Kiigelchen
(Durchmesser ca. 2,5 mm), die vom ersten ein wenig (ca. 0,3
bis 0,4 mm) absteht. Die Drahtenden werden mit dem Panzergalvanometer verbunclen.
Beobachtungen.-Indem eine minimale Mikroquarzflamrnel)
unter die einp ocler andere Glasperle geschoben wird, erhdf
man tiuperst schnell am Galvanometer regelmiipige, stationare
Ausschlage won & 100-1 50 Skalenteile.
Die ver.hiiltnismal3ig bedeutende GroSe dieser Ausschliigr
ist tler guten Beriihrung zwischen Glasperle und Draht zuzuschreiben; dadurch, daB die eine erhitzt, die andere durch
Strnhlung gekuhlt wird, entsteht im Drahte ein erhebliches
Temperaturgefiille.
Der Effekt ist wesentlich clerselbe, wenn gewohnliches,
dnrchsichtigt s Glas zur Anwendung kommt.
1 ) Vgl. p. 64.
C’. Hmedicks.
58
Andere dusfiihrungen. - I k r Versuch liaiiii iiocli iiielir
vereinfacht werden - untei. gleichzeitigeni Erhalteii verg r o k r t e r Ausschliige - intleni iiur cine einzige Glasperle vorgesehen wirtl Indeni cliese thermische Verdickung des Dralites
auf der einen oder anderen Seitr mit tlrrii Mikroquarzbrennei.
tArhitzt wird , entstehen aul3erordeiitlich kriiftige (+ oder -)
.4usschlage (z. B. f250 mni), jedrnfalls \veil der Draht sehi
l i d 3 wird, wiihrend tlicl Glasperle eine tiefere Temprratur brhalt uiitl der Obeygang (.in rrcht schroffer ist.
Vorzuzieheii ist jrdoch die Anortlnung iiiit zwei Perleii,
wril dabei der Draht von den Flaiiiinrngasen nur iiid irekt,
tArhitzt wirtl.
ubrigens ist die - vrrhHltiiisnial3ig liolie Trniyrmtur
furtlernde - Ft&chnielzung nicht notig. W a n Quarzpulvel
init ein wenig Wasserglas angeruhrt w i d , und der Dm1it8
tlamit a n zwei nebeneinander lirgeiiden Punkten - oder an
rinem einzigen - thermisch rrrtlickt wird, erhalt man fast
(Jbenso grol3eii Effekt.
Fmerfester Ton, iiiit c4was Wassvr angerulirt. targibt
einen weit schwacheren Effekt : es ist sowohl die lV&rnieleitfiihigkeit des Tones wie besondeis (lie iiiiiige B&ihiung
mit dem Drahte cine weit geringrrt..
Ergebnisse. - Dieser Versucli ist, wie schoii 1 4 u . uertvoll als Beweis, tlaS kraftigtv Effekt aucli dann zu rrzieleii
ist, wenn tlrr (elrktrische) L t h r uberall genau dens&m
Durchschnitt besitzt uiitl iii ungeriihrtem Zustande sicli befintlet. Drr Kunstgriff, welchei. tl&iiiniichst (Jiiigefiihrt wiicl
(lokale Verjiingung des Leiters srlbst), ist tlenigemiiB - wit,
wir ubrigens schon auf etwas andereni Wege durch t l i c Veisuchr 9 untl 10 erfahren haben - fur tlas Entstchcw clei
Thermostronie iiii hoinogenen Kreisv keiiit svegs weseiitlich.
Das HauptergtJbnis tleclit sich niit deni bei Vri.sucli 14a
irngefuhrten.
Versnch 16. - Wie s i t i d starkere Tlwwwspairti utrqw iu
eineni h o m o g e m i Iireise ratioii ell
erzielen ?
1. E i n f u h r u 11g d e s Dross e 1 prin zi pe s .
In tleii It-tztrn Versuchen, tlir ni. E. als sehr reine zu
brzeichnen sintl, waren allertlings die auftretendeii Spaiiiiungeii, bei aller RegrlmlBigktLit , rrclit klein : von der GiORenortlnung 7 Mikrovolt.
.
l'hPmroel~ktrazifaifulul mefallische H'armeleifung.
59
Xti fragt sich nun, wie wir vorgehen miben, damit be1
,QusschluS jeden Fremdmetalles oder sonstiger Inhomogenitiit
cles Materials hohere Spannungen zu gewinnen seien.
Das Vorhergehendr hat nun gelehrt, daS dafiir in erstel.
Link zwei Bedingungen von ausschlaggebender Bedeutung
sein miissen.
a) Der spannungsliefernde -4 bschnitt inuB f e h unterteilt.
otler sehr tliinn srin : iiur dadurcli werden unniittelbare, die
rrrfiigbarc Spannung vernichtentlr Wirbelstrome vermieden.
b) Der Tcniprraturgradient mu6 in1 fraglichen -4bschnitt
so hoch Wie nur miiglich sein, sonst wird tlir themiiscke dsymn~etrietles Lritrrs zu gering ausfallen.
e ) Erst als drittrr FaMor ist noch tlas M a i e r d t l r s Leiteis
aufzufuhren .
Gesetzt , die verfiigbareii konstanten Temperaturen seien
TI und T,,tlanii w8re nach Bedingung b das anzustrebende
Ideal der Tenipraturvrrteilung eines homogenen Leiters, dessen
Endtemperaturen bei TI gehalten w r d e n , etwa durch d m
Linienzug a b c d der Fig. 21 versinnbildlicht.
Unter Bciiicksichtigung
der Bedingung a konnrn wir I
TI
b
als einfachc Losung die in a
. - e
0
d
der F i p r (unten) gezeich- -Lmlurachae
-nete geometrischc Form deb
Leiters angeben, t i . h. der
Leiter bestrhr aus zwei iden0
tischen Zylindern, Czeren anFig. 21.
einandergrenzende Endf 2dichen
etwa sphikkch g e f w m t &d (untl tlenselbn Halbniesser bes itzen).
Durch tliese Konfiguration tles Leitrrs 1st eine Teiiipe&urwrteilung zu erzielen, die sich tlem Linienzuge a b c d nahert.
Weil die Zylintlrr init ihrem vollen Durchmessrr bis nahe
an den Punkt 0 lieranreichen, wirtl clas eigentliche Teniperaturgefiille b c t4n sehr schroffes win. Weiter ist ja derjenige -4bschnitt des h i t e r s , wo dieses eigentliche Tr3mperaturgefiille wirkwii ist, auhrordentlich scharf auf einen minimaleri
hrchschnitt hrxchrankt.
Dirse Konfiguration, die etwa rinr Drosselung des Leiteir,
clarstellt, rrfiillt also in mfried~nstellrndrrWeixe jenr zwei
A
c==-
~
Bedingungeii. Diese l?olgt~iu~ig,
tilts sich uls hrhr wichtig herauhgestellt hat fur die Erhslturig \-on hoheri Thermospannungen
iin homogrrien Kreisc, wrrdm wir im folgenden ids Drosselptinzip brzrichnrn.
Nun ist es aber oliricb w i t e r r s rinleuchtencl, tlilfi tlir (der
Ubersichtlichkcit wegen angenoninienrn) spharixhen Flachen
giinzlicli ent brhrlich siiitl : wir erhalten genuu dieselben giiiistigsten Bedingungen, wenn (lie beideti Q l i n d e r einfach i n senkrechter Luge mat den Zylinderfliichetr aneinandergelegt zoerden.
Mit antleren Worten : wenn zioei ungleich temperierte Metulldrahte desselben A%iMnierinls yegenei?innder gelegt werden, so da/;
sie sich kreuzen. tlnnn miissen die Bedingungen zur Erlraltuny
hohe r thermoe leki rische r Span M An 9 e rf iill i sei n .
2. V e r s u c h 16n. - Vorliiufigcr Demonstrationsversuch.
Das von dieseni Grsichtspunktq ausgefiihrte Experiment
hat nun in vollstrrn, gersdr unrrwarteteiii Mi&t die Richtigkrit tlirser Schlulifolgerung bewiesen.
Es wurtlc. besonders, uin hohe Erhitzuiig zu gestattrri
iintl gleichxeitig jede annehnibare cheinische Veranderung auszuschlicBen, ein so rdles Ifeta11 \vie Platin gewahlt, und zwar
in tler Forni vines 2 ni lilngen, 0,l nini tlicken, elrktriscli
ausgegliihten 1)mlitrs. 1)ir Entlen wurdrn zuin (wenig empfindlichen) Vorlesuiigsgnlvanonit.tcr (p. 8) gefiihrt ; die durch
einen Schriitt in tler Mitt(. t1ntstanclrnen freien Entlen wurdtm
beidrrseits liiiigs t l r n Grrirratrizcln zweier Porzellankapillarrii
befrstigt . Nachtlrni (lick rint. Kapillere (lurch Einfiihren i n
t 4 i m kleinen c.lektrischvn Ofrii aiii Entlt. zu schwacher Rot glut whitzt worclcit w t r , wurtle sit. qurr iiber tlir andert .
kaltr, gelegt, so did3 sicli beidti 1)rahthiilftt.n beruhrtrn.
Es entstaiitlrii Ausschlaye, welche iiber die game Galcanometerskula spielten, tl . 11. zur (;rol3rnortiiiiiiilg 1 Millivolt hinitnf
kaiiien. Erhitzm tles tindtwn Entlrs usw. rrgab ebensogrolic.
Ausschliiige in eiitgegengesetzter Richtung. Die Ausschlagcj
iirliiiien nur langsaiii init tleiii Ahkiihlrn der erhitzten Kapillarcl
ab. - Als 1)rmonstration ist clirsr rinfache Anortlnung subgezeichnet . Niiniiit iiian pintmeits (oder beiderseits) Plat infolie statt Uraht, so sintl keinr Ausschlage zu erhalten.
3. Historische Brmerkungen.
Ehr auf einr verbesserte, fur Messungen mehr geeignetca
Ausfuhrung eingegangrn wird. sei zuerst darauf hingewiesen,
Themelektrizdtiit und metallische Wlirnseleitung.
61
daI3 unsere systemstisch weitergefiihrte, durch suhessive Experimente gestiitzte ElchluSfolgerungen uns sohlieSlich zu einer
einfachen Anordnung gefiihrt hat, wo der nachgegangene
Effekt so au@rordentlwh stark, mit den &fachaten Mitteln
80 k h t naehweisbar dst, dus die .-i'u&wungen davool. friiheren
Bmbachtern unn@lich entgehen konnten.
So haben nach G. Wiedemannl) schon R i t t e r (1798).
Becquerel (1828), E m m e t , Magnus (1851) u. a. beobaohtet, daS ,,beim Aneinanderlegen der ungleich warmeii
Enden meier Stiibe von gleiohem oder verschiedenem Metal1
ttlektrische Strome erm@ werden konnen". An diese Beobachtungen reihen sich eine Anzahl von Le Roux') gemachten
Studien uber den wentuellen Einflul3 der nmehiedenen &lie
pines Leiters.
Historisch wichtig ist es, festzustellen, daI3 bei diesen
Versuchen tatsiichlich Thermostrome hiiufig btobschtet warden.
da hit! aber -wie es scheint -fast ausnahmlos a&en Faktoren
ala dem blopen Temlperaturgefiilk im iMetaU zugeschrieben wurden .
So schreibt Magnuss), dessen Arbeit eine sehr sorgfiiltige war, die von ihm beobachteten Strome - miiglicherweise mit Recht - aussohlieSlich einem (im allgemeinen absiohtlich hervorgerufenen) verschiedenen KalfAearl)t?itungszustulstcrnd
des Metalles zu ; moglicherweise konne auch eine Oxydschicht
mitspielen.
Diese beiden Ursachen, wozu noch die Annahme geradr
durch die Erwiirmung entstehender mechanischer Spannungen')
kommt, scheinen rmraeit als Erkliirungsgrund aller bisher
beobhteten Thermostrome in einem homogenen Metalle
(nicht stark anisotrop, wie Bi!) allgemein als hinreiohend angenommen zu werden. Der Beweis, daS diese Auffassung
- bei aller Anerkennung der kritischen Vorsicht, wovon sie
zeugt
doch unrichtig ist, ergibt sich schon durch die vorhergehenden Versuchsreihen. Und ganz besonders wird dieser
-
~-
1) G . Wiedemann, Die Ishre. von der Elektrieitiit. 2.
Aufl. 2. Ed.
p. 2Bl.
2) F. Le R o u x , Ann. d. Chim. et de Php. (4) 10. p. 221. 1867:
naoh G. Wiedemsnn, 1. c. p. 270.
3) G . Megnua, A m . 88. p.469. 1861.
4) Vgl. G. Wiedemsnn, 1. c. p.270; E. Braun, Winkelmanns
Handbuch. 2. A d . Bd. IV, 1. p. 745. Leipa& 19011.
Beweis durch tliejenigen Beobaclitungen ail fliissigem Metall
erhartet, welche ini folgenden Abschnitt angefuhrt werden.
Hinzugefiigt sei noch folgendes. Die Entscheidung, o b
tlie von der Beruhrung zweier aneinander gelegter, ungleicli
warmer Drahteiiden hervorgerufenen Strome wirklich den1
homogenrn Metall eigen sind untl also nicht von Heterogenitaten herruhren, niuD als eine :ruffallend schwierige Aufgabe bezeichnet werden und wurtle vielfach als solche anerkannt. Wenn es hier gelungen ist, diese Aufgabe zu losen,
hangt dies ausschlieBlich davon ab, daB Verfasser durch die
vorhergehenden, grundsatzlich einfacheren, theoretisch veranlaBten Versuche Gelegenheit gehabt hattr, sich zu uberzeugen, daB solche Thermostronie Clem honiogenen Metall an
sich eigen sind.
4. Versuch 16b. - K o n s t a n t e Hitzbedingungen.
Aufgabe. - Das Aneinanderlegen der beiden Driihte nacli
vorangehender Erhitzung ist weniger befriedigend . Es sintl
konstante Hitzbedingungen zu wahlen, urn stationare Zuxtiinde zu erzielen.
Anordnung. - AB (Fig. 22) ist eiii in der Mitte plan
abgeschliffenes, wasserdurchflossenes Quarzrohr. C, D sind
enge Glasrohren, welche als
Fuhrung der beiden Halften
ties Versuchsdrahtes dienen ;
cliese kreuzen sich in eineni
bestimmten Punkte E der
Quarzflache. Gegen diese
w r d e n die
Drahtenden
A
E
schwach angedruckt durch
clc11i ferlcrnd
angebrachten
Stift F (Halterstift eines
-4uerstruinpfes), welcher a n
tier unteren Seite plan abFig. 42.
geschliffen ist und auBertlem als Hitzquelle tlieiit
(tias einige Zentinieter hinausiagende Encle von F wird
(lurch eine Bunsenflamme G erhitzt).
Sehr temperatuxlionstant ist diese Hitzanordnung ja noch nicht (wegen tiel.
Benutzung der Bunsenflamme); sir ergibt aber den zunachst
bedeutenden Vorteil, daD die Driihte vox Flammengasen sicher
@
I$
Thermoekktrizitiit und metall4sche Warme2eitung.
63
geschiitzt sind . Erhaltene Ausschliige konnen also unm6glich
einer chemischen Einwirkung der Flamme zugeschrieben werden.
Beobachtuqen. - Mit dieser Anordnung sind z. B. folgendt. Ausschlage (am Panzergalvanonieter) gewonnen.
a bedeutet, daJ3 die Drahthiilfte I oben liegt und demgemiiJ3 erhitzt wird, b, daS I unten liegt und also abgekiihlt
wird. Positiver Ausschlag bedeutet, daJ3 die mit I verbundene
Galvanometerklemme Anode wird .
Versuchsobjekt war derselbe Platindraht 0,1 mm wie in
Versuch 15a.
Tabelle 17.
Thermostramc i m homogenen Platindrnht, 0,l mm.
- 58
+ 70
Bgebnis. - Es verlaufen also die Ausschliige sehr s y m metrisch. Irgendwelcher Unterschied zwischen verschiedenen
Punkten desselben Drahtendes konnte nicht gefunden werden. Bei stlSrkerem Erhitzen als dem obigen, mtiglichst konstant
gehaltenen, steigen die Ausschliige sul3erordentlich stark.
Die Richtung der Ausschliige ist fur PIatin die entgepnp e t z t e zu dwjenigen, die fur Kupfer in den Versuchen 12, 13
und 14 gefunden wurde und die mit vorliegender h o rd n u n g
fiir Cu wieder bestltigt wurde.
5. Vereuch 15c. - VersohweiDtes Droseelkreue a u s 0 , s mm
Platindreht.
Aufgabe. - Ein Forscher, der an der Annahme der durch
die Erhitmng entstehenden mechanischen Spannungen als Erk l h g s g r u n d festhielte, wiirde vielleicht z u diesem Versuch,
obsohon an sich sehr rein, anmerken konnen, daB durch den
federnden Druck des erhitzten Stiftes moglicherweise mechanische Spannungen auftreten und stromliefernd wirken konnten.
Urn diesen moglichen Einwand zu beseitigen, wurde folgender modifizierter Versuch angestellt.
Ausfuhrung. - Ein liingerer Platindraht (Dicke 0,25 mm)
wurde bei hoher Temperatur ausgegliiht (im guJ3ersten Ge-
bietti rinc~sKnallgasgc~bliises)urid i i n das ~ ~ b I l Z ~ ~ g ~ l ~ ~ - i 6 l l t ~ l i i t ! ~ ~
angeschlossen. Ein niittleres Stuck tles Drahtes wurde so
iiufgelegt, tlaB rint. (sp8t.er zii brsprechwde) Mikroflitinnw
bequem langs tlrm Draht8tbzu fii1irt.n war.
Es wurdr zunachst fwtgestellt , (la13 tlabri iiiclit g r d k i x ~
(uni~geIn~LBige
!) Ausschliip am Gii,lvanonir~trrerhalten wiiidtw
S l S ca. + 6 111111.
])it, i i i i I)iiilitt~ i~iixuiic~lili~t~ntl~~i
Inlio~iiogc~~iitatrii
iintl
soinit stJhr gering.
Es wiirdr tluiin t1t.r I.)i.alit, i i i t l t i i . Mit.ttL abgeschnittt~ii
untl so zwischrn zwri Bsbest,sclitbiben festgcklrnimt, tlaB v o i ~
ilthn (nrurii) Entlen j i t CIL. 25 niiii noch vorsprmgtw, uiiil zwa.1.
in tler E'orni (sines reclitwkigeii Kreuzes, init, 10 111111 langrir
(gegeneinsiitlt~i.fetlwntlt-n) freitsn Schrnkeln (a b, bc, Fig. 23).
Diest~s Kreuz w i r t l t ~ nun in1 auBrrrn Teil t l t ~Kna1lga~fliiiniiit~stark (Lrliitzt,. so da/3 die Drahteiiden am T i r e u z p t k t r
zusani.niR,z.schu:Ripfeit. h n w i r somitt wietler iiii Uesitzr einr.s
Mefnllstiiclies, tliis abrr tlurcli t l i t w i i Kiinst,griff t l i t . nach deni
Obigrn 211111 Erlialtrn starker Thrrniost~riinit.grrignrtv Konfiguration 1,t saB. Dic ses tliernioelel;tri,sclic!Drosselkrsuz, \vie icli cis
bezeichnrn will, wurde liorizont ;LI s o I,efrst,igt,, tlaB t4nr klrinr,
scharf konzrritrit~tc.Hit,zqut~llt~
iiiirigi a b bzx. b c bequtLiii gtmfuhrt weidt.n koiiiitc. (niit blilliiiit.tc~i~s~~~~1~
n ~t,rst,hriit,Anschl~iae
!).
1)ir Hitzquc.llt~lx&mtl iius c.iiic.r cii. 0,9 iiini hohen Nikrofltminw 1) ; (lit, Aniitriiniiiiijiiiiffiiiiiifi b(,fantl sicli c i i . 2 nini
1) Fiir aehr vicle Arbriton drr physikalisrhcn Technik iintl
ni,.
wir selicm wcrdcn -- auch fiir die nwsscndc Physik, ist dic Herstt,llung
iiuBrnt kleinrr Gasflammrn von g r o h n S u t z m ; da sic fur dic vorliegendc Arbeit von crhchlicher Brdcutung war, sci sic hiri beschrieben.
Dic Schwirrigkeit lirgt darin, zii vrrhindern, da.8 bci geringsten
1,uftstrijmungen die Plammc~vrlischt. Urn dice cffektiv zu verhindrm.
ist es nijtig und grniigend, tlaR die kleinr Flamnir die Spitze, aus drr
sie ausstromt, hoch whitzen kann. Ilazu ist es aber nBtig, daB 1. dic.
Wandstarkc gering, 2. die Wilrmeleitfiihigkeit nicdrig und 3. die Wiirmc.bcstandigkeit, hoch ist fiir das Material der Ausstromspitze. Diesen
Forderungen genugrn in ausgezcichneter Weise diinn und kurz ausgezogenc
Quarzkapilluren (au8ercr Durchmesser CR. 0,4-0,7 mm). Es ist zu rmpfchlen, die Gaszufuhr (lurch cinen ablesbaren Priizisionsregulierhahn (z.H.
von R. FUCRS)
zu rc>gulieren. l k i cincr Gasquantitiit, welche gcradc.
(lie Spitze gut zum Gliihen rrhitzt. ist diese Mikmquurzflammr k a u n ~
tlurch heftige Bcwegung auszuliischrn. - Man erhalt ohne Pchwierigkri t
Flammen, dprrn hlaulruchtendrr Kern nur 0.3 mm hoch ist.
ThermoelektrizCtiit und metouisohe Wamleitung.
65
unter dem mittleren Niveau der Driihte. Dies ergibt, auch
in ungeschiitater Luft, eine sehr gut definierk, solroaf bepnsta
Erhitzung.
Beobachtungen. - Folgende Tabelle enthiblt die beim
sukaeesiven Wandernlassen der kleinen Flamme Ungs a b und be
(am Panzergalvanometer) gewonnenen Beobachtungen. Um
nicht allzu groBen Effekt zu bekommen, muSte die Flamme
80 gering genommen werden, daS sie, in die Mitte von ab oder bc
gebracht, auch in ganz dunklem Zimmer kein sichthres Gliiben
hervorbrachte. Die Ausschliige stellen eich auhrordentlich
schnell ein.
Tabelle 18.
UngepreBtes, frei erhitetee Droeeelkreue aua 0.2bmm Pt.
(a)lO,O
9,0
8,0
1 --
6,O
4,O
3,O
2,O
1,0
-
+-
(b) 0,o
-
8%
109
130
180
238
S66
198
67
58
i
(b) 0 4
sp
+
58
+ 101
-
Lkkussion. - Aus Fig. 23,
welehe die Beobachtungen graphisch
wiedergibt, ersehen wir, daS sie
I0
0
10
au&wor&n&ch
regeld& liegen, was
pig. as.
um so bemerkenswerter ist, als ea
sich nur um Einzelwerte, obwthon durchaus stationiire, handelt.
~
a v e g r o h r t sich suerst der Betrag,
Ausgehend V Q Punkte
der negetiven Awchhge in mhwauh besohlemi&& W&e bei
071
hnnden der Physit IV. Folge. 66.
5
66
C . Bensdioks.
Anniiherung zum Kreuzpunkte b; ein sehr ausgepriigtes Minimum entspricht offenbar dem Punkte, wo die Hitzquelle such
das andere Drahtende bc direkt zu erwiirmen anfiingt. Es
tritt dann ein heftiger Umschlag ein, von -265 bis +226,
wonach der Effekt wieder abnimmt. Der Sinn der Ausschliige
ist derjenige, der in den vorigen Versuchen fiir Pt gefunden
wurde.
Die einzige nennenswerte Abweichung vollstiindiger Symmetrie liegt darin, daS der mittlere Ast etwas nach oben
verschoben ist: im Kreuzpunkte findet sich ein gewisser positiver Ausschlag. Dies beruht nur darauf, daS im Kreuzpunkte
offenbar der unten liegende Draht (bc) etwas stlirker erhitzt
wird als der obere (ub).
Ergebnis. - Die Ausfiihrung des vorliegenden Versuches
mit dem tatskhlich aus &nenz Metallstuck bestehenden, von
jeder 8uSeren Spannung befreiten Drosselkreuz erscheint mir
fiir die Realitlit der fraglichen Thermostrome so klar beweisend und durchsichtig, daS, wenn es sich um Existenzbeweise handelt, fiir feste Metalle jeder weitere Versuch iiberfliissig erscheint. In Anbetracht der groSen Bedeutung des
Gegenstandes sind allerdings noch einige Versuche anmfiihren.
6. Verench 16d.
- VerechweiBtes Droeselkrenz
aue 0,M mm
Platindraht.
Aufgabe. - Im vorigen Versuche war das thermoelektrische Drosselkreuz aus 0,25 mm dickem Platindraht hergestellt worden. In Anbetracht der friiheren Bestrebungen,
alle in monometallischen Leitern beobachteten Thermostrome
am sekund8r auftretende, mechanische Spannungen d c k mfiihren, erschien es von einigem Interesse, daJ3 Drosselkreuz mit miiglkbt feinem Draht hermstellen.
Anordnung. - Gewiihlt m d e Platindraht 0,05 mm
(Heraeus 1905). Nach dem Ausgliihen eines Ibgeren Stiickes
wurde es in der Mitte abgeschnitten und die entstehenden
Enden zwischen zwei mit einer seitlichen, halbrunden Busstanzung versehenen Stiicke Asbestpappe befestigt. Sie wurden
dann durch hohe Erhitrmng verschweiBt.
I 3 e d m c k w . - Das Experiment gestaltet sioh gans
besondere anmutig. Mit einer Mikroquadamme von ndten
oder von oben erhitat, ergeben Sich mumntan aclgerOt.dentlich
regclm@tge konstunte AusscMiSge von demselben Charaktrr
wie in Pig. 23.
Von besonderem Interesse ist aber der Urnstand, daB der
Draht, seiner geringen Dicke wegen, von der win4;igsten untergestellten Mikroflamme zum skhtbaren Gliihn gefiihrt Wird.
Es ist leicht, die Lmge der Flamme so einzujustieren, dal3 ein
dem Auge genau gleichschenkliges gliihendes &ens (,,griechisches Kreuz") sichtbr Wird: dann steht auch das angeschlossene Panzergalvanometer recht genau auf seiner Nulllage. Wird die Flamme dann iiuhrst wenig verschoben, so
dal3 cin Kreuz mit einem ltingeren Schenkel (,,latehiaches
ZGeuz") entsteht, so macht das Galvanometer sofort einen
krtiftigen Ausschlag, oder -, je nechdem der h g e r gliihende
Schenkel dem einen oder dem anderen Drahte gehort. (Ob
der Hitzpunkt fiir einen gegebenen Draht au/krhdb oder
inwhZb des Kreuzpunktes liegt, hat sehr wenig EinfluS.)
Auch nach liingerer Anwendung konnte keinr Veriinderung
des Drosselkreuzes beobachtet werden.
Durch das Galvanometer geht der positive Strom - wie
fiir alle untersuchten Platindriihte - immer von dem kdiltcrsn
Drahte aus. (Das h e i b Pt absorbiert Elektronen vom Ulteren
Drahte in Richtung gegen das schroffe Tempersturgeftille !)
Hraupterghzis. - ,,In ungleichen Spannungen infolge der
Wgirmeverbreitung"l) den Erkliirungsgrund der beobachteten
Thermostrome zu sehen, ist bei dieser geringen Drahtdicke
(0,05 mm) und hohen Temperatur (Gliihhitze!) wohl als ausgeschlossen zu betrachten.
+
7. Vereuoh 16e.
- EinfluB der GriiBe der Bertihrungefliiohe
einee Droeeelkrenses.
Aufgabe. - In Versuch 15d (Pt 0,06 mm) waren die
Ausschliige, trots htiherer Temperatur dea erhiteten Drahtes,
erheblich geringer als in Versnch 15c (Pt 0,26 mm). ES
konnte dies von vornherein darauf rmriickgefiihrt werden, daS
die Beziehung zwischen der kleinsten Belttion des Drosselkreuzes (Beriihrunge&he) und dem W-e
mfiihrenden
Drahtdurchechnitt eine vemhiedene war.
Es ist nun wichtig, m erforschen, toiS fiir ek gsgebs1268
D m w l k m u mit gmau lO0nsta;nt gehazhr 8tdbM.iY6T Erhitzung
1) a. Wiedemann, Die Lehre VOPI der Elektrisitlit. 2 Ad. 2. Bd.
Eraunwhweig 1894. p. 270.
b*
C. Benedicks.
68
die Stiirh dcs entstehenden Stromes van dw Grope dar B&rungsfliiche abhangt.
Awdnung. - Die Grofie der Beriihrungsfliiche ist nicht
direkt gemessen worden; als Mas wurde gewahlt der auf
den Kreuzpunkt meier groberer Drlihte angewendete Druck;
es ist ja sohon gezeigt worden, daJ3 der Druck an sich belanglos ist (wenn es sioh um kleineren Druck handelt).
Aus awei 20 am langen, 1,0 mm dicken Platindrahten
wurde, unter den genannten Vorsichtsmahegeln, ein thermoelektrisohes Drosselkreus hergestellt Es war so angeordnet,
dal3 der Kreuzpunkt (10 mm von jedem Drahtende entfernt) durch einen geeigneten Hebel konnte belastet werden.
Das Eigengewioht des Hebels entsprach einer Belastung von 9 g;
das Aufsetzen der Gewichte erfolgte, um StoSe in einfacher
Weise zu vermeiden, auf einer diinnen Schicht von Baumwolle. Das Kreuz wurde nur von m e i beiderseitigen Asbestplattchen (6 x 6 mm) beriihrt.
Die E r h i t m g geschah mit einer (einige Millimeter vom
Kreuzpunkte) nahe oberhalb dem einen freien Schenkel fest
angebrachten Mikroquareflamme.
Beobachtungen. - Die vollstiindigere der m e i ausgefiihrten
Beobaohtungsreihen wird in Tab. 19 angefiihrt. Unter P
werden die aufgesetzten Gewiohte angegeben; auf dem Kreuzpunkte selbst wirkt nur etwa die Htilfte von P (genauer 0,645 P).
Die Ausschlage a sind am Panzergalvanometer erhalten ;
die vorziiglich konstante Nullage wurde bei Temperaturgleichheit des Kreuzes bestimmt.
.
Tabelle 19.
Abhangigkeit der Thermospsnnung eines Drosselkreuzes von
der GroBe der Beriihrungsfliiche.
-Belastung
P
6
AuseChlag
a
mm
9
38
268
66
60
92
120
170
220
320
620
51
41
32
19
18
10
114
Bemerkung
betreffend
Belastung
-
nicht stoSfxei
nicht stoBfrei
--
Themcoelektrizitat und metallischc Warmekitung.
69
Bemerkenswert war, daS ein nach gewisser Belastung erhaltener Ausschlag nicht oder doch iiuperst wen9 bei vorsichtiger Entlastung zuriickgiw~.
Daraus geht hervor, einmal, daB es sich urn oerbleibende Defmtionen der Beriihrun.gsstelle handelt (A. F o p p l ,
F. M. Schwerd!'), was mit den bekannten Eigenschaften
ausgegliihten Platins ubereinstimmt ; weiter, daS der Druck
an sich ohne merkbaren EinfluS ist, wie schon frtiher festgestellt.
fig. 24.
Fig. 24 gibt eine graphkche Darxtellung d i e m b o b achtungen.
Hauptergebnis. - Wie dtrrlrus twiclitlich, ist die Thermo
spannuq eines DrosseuCrewes fiir eine Verdndetung der G%@e
der Beriihrungsfliiche auperst empfindlich. wenn dieselbe noch
k2kn ist.
Uer groSte Ausschlag verhiilt sich zu demjenigen, der
bei htiherem Drucke entsteht, nahezu wie 26 : 1 .
Fiir die Erhahung e i w h o h Spannung ist es von ein
aehneidenrler Bedeutung, dap dw Beriihrungsfuiche minim1 ist,
.
I ) Vgl. etwa F. Auerbach
Bd. 1. Leipzig 1908. p.868.
in
Winkelmanns Handbueh. 2. Aufl.
C. Benedicb.
70
ww ehfach durch moglichst sanftes Aufeinadrlegen der Lei&
zu er.&len ist.
8. Versuch 16f.
- Drosselkreuz aus Silioinm-Eisen.
Aufgcrbe. - Aus spater anmgebendem Gesichtspunkte
(p. 147) stellte ich ein thermoelektrisches Drosselkreus aus
einem als Detektorsubstanz anwendbaren Korper (SilioiumEisen) her, um zu erfahren, ob tlerselbe nicht besondem hohe
Thermospannung ergeben wurde .
Awdnung. - Das Material, CH. 50proz., war im Juni 1915
von dem El ek t ro t h e rm i v c h e n Werke in Gullsp&ngl) erhalten, und m a r als Probe des serfallenden Silisid.
Darch den Zerfall entstehen u. A. bis zu 20 mm lange,
1,5-2 mm dicke, grob nadelforniige Splitter. Zwei solche
ausgewahlte Splitter wurden init Kupferdraht an den dickeren
Enden einige Millimeter lang umwickelt . Die Kupferdrahte
wurden so befestigt, daB die Splitter nahe an der Spitse
unter leisem Drucke ein Drosselkreuz bildeten.
Beobcrchtungen. - Sowohl niit tleiii Panser- als mit dein
Vorlesungsgalvanometer ergab sich, daJ3 dieses Thermokreuz
aupermdentlich empfindlich ist gegen dae geringste Temperaturanderung cler eiwn oder anderen Spitze.
In diesem Falle ergibt einr wegen der Kiirze der Stiibe
schwer gans zu vermeidentle ErwiSrmung der heterogenen
Kontaktstellen Kupfer-Silicium-Eisen eine Thermospannung
und m a r von derselben Richtung wit. diejenige, die durch
Erwarmung desselben Splitters in der Niihe des Drosselpunktes
entstand. Es war aber leicht, zwischen diesen beiden Thermospannungen zu unterscheitlen. Schori eine gans kurzdauernde
Anntiherung einer minimalen Mikroquarzflamme an die eine
oder andere Spitze ergibt augenblicklich Ausschliige iiber die
ganze Skale (in der einen ocler der anderen Richtung, je nach
der erhitzten Spitze), die sofort beinahe vollstanaig zuriickgehkn.
Eine Erwarmung der Cu/FeSi-Kontaktstelle erfordert dagegen
bedeutend mehr Zeit (und Warnie !), uni irgendwelche groSere
Ausschliige zu ergeben; diese gehen aber dann nur recht
langsam zuriick. - Mit einer gewohnlichen Mikroflamme
(Messingrohr) konnten uberhaupt keine regelmaSigen Resultate
1) Gullsfings Elektrotermiska Aktiebolag. Ich verdnnke
diese und andere Proben Hm. Direktor M. Hedlund.
erzielt werden ;die IKikroquardlamme (Durchmesser ca.0,6 mm !)
bewiihrte sich dagegen ausgezeichnet.
Der (positive) Strom ging durch das Galvanometer
von dem kalten Schenkel cles Kreuzes aus. (Heibs FeSi
nimmt Elektronen von b l t e m FeSi auf dem kiirzesten Weg auf !)
Nach diesem rein qualitativexi Versuche, der allerdings
rnthhrxnals mit verschiedenen Splittern repetiert wurde, zu
urteilen, ist die Thermaokraft 1.Art bei SiFe auhoraentlich pop.
Bezekhnung .,1. Art". - Wir werden uns niimlioh sohon
jetzt der Kiirze wegen der spiiter (p. 128) einzufiihrenden
Bezeichnungen Themnoelement 1. Art, Thernwspannung 1. Art
ubw. bedienen, um anzugeben, (lab e~ sich um ein aus eiwm
&nzigen lmmogemn Stoffe besteehendcs Thernroelsment und darin
entstehende Thermospannungen usw. handelt.
9. Versuoh 15g.
-
,,Thermoelement 1. Art" aua Graphit.
-4ufgobe. - Als ein fiir genauere Versuche bedeutend mehr
geeignetes, lrichter zugiingliohes Material - das ebenso fiir
Gleichrichtermeck Anwendung gefunden hat - wurde noch
Graphit herangezogen. Namentlich bleibt sicher festmtellen,
daS die heterogenen Beriihi-ungsstelltm nicht das vorige Rcsultat , vorgetauscht haben.
-4wdnung. - Ein 25 cm langer, 6,2 mm dicker, runder
Stab aus Achesongraphit (etwa im Jahre 1905 bemgen) wurde
halbitart und die entsfandencn Enden am Drehstuhl 16 nun
lang auf 2 rrim verjiingt (besondere um die Wiimrkapzitiit
herabmsetzen). Die sndrren Enden wurdcn mit genau passenden, mit Kleninischraubtm AUEF(('I iisteten MesPinghiiisen versehen.
Vortcilhaft i h t bei Graphit - au&r der Leichtigkeit,
lange Stiibe zu erhalten - noch der Umstand, daS die Thermokraft gegen Messing oder Kupfer sehr gering ist, und dazu
noch der gefundenen Therniokraft 1. Art des Grapliits ent9egengaeM.
Von einer Ehtstellung der Resultate clurch die Thermoh a f t Graphit/Zulcitung kann dcshalb ghzlich abgesehen
werden.
Beobcrchtungen. - a) Die Graphitstiibe wurden vorerst
an dae Pansergalvauonieter angeschlossen und lose liegend
gdKr(~U!zt.
Es geniigte sdwn die nieht beruhrende Anniiherung ekes
Fingers zu der einen abgedrehten Spitze, urn einen sehr erheblichen Awrschkrg herowmrufen ; die Anniiherung zur anderen
Spitze ergab immer den entgegengesetzten Ausschlag.
Bei gleicher Erhitmng beider Graphitspiteen war kein
Ausschlag mehr vorhanden (der Achesongraphit ist j a wegen
seiner groSen Homogenitiit b e h n n t !).
b) An das Vorlesungsgalvanometer angeschlossen, ergaben
die Stiibe schon bei Anniihrung einer minimalen Mihoflamme
AusschUige iiber die gowe verfiigbare SkaIa; dies entspricht,
fe nach dem erhitzten Stabende, einer so hohen Spannung
wie etwa
f 0,8 Millivolt.
Es wurde dann dem einen Stab Handwiirme ( + 5 7 3
gegeben, wiihrend der andere die Zimmertemperatur (+19 O)
behielt. Bei Aufeinanderlegen ergab sich ein Ausschl~gvon
24 Skalenteilen.
Mit vertauschten Stsben wurden
- 23,5 Skalenteile
erhalten.
Ein Temperaturunterschied von ca. 18O ergibt alrm eine
= 120.
Volt, d. h. die ThemSpannung von 24 . 5 .
hiaft 1. Art war bci den froglichen Graphitstha etwa
6,7 Mikrouolt pro Grad.
Dies ist oolz hseZben Gropenordnung wie die Thermokraft
das (wegen seiner Bestiindigkeit und betrhhtlichen Thermokraft benntzten) Le Ckotelierschn Thmnoelementes Pt/PtRh
10 Proz., die bei Zimmertemperatur ca.
5 Milctovolt pro Grad
betriigt. Die neue Thermokraft ist also bei Zimmertemperatur
ca. 1,Smal grohr.
c) Die Graphitstisbe wurden schlieSlich an ein m m Le
Chatelier-Thermoelement gehoriges Millivoltmeter von Sie me ns & Ha 1s ke angeschlossen.
Die Anniiherung der Mikroflemme ergab Spannungen
von ca.
0,7--1 Millivolt,
in Bestiitigung des obigen Befundes. Die Stromrichtung wsr
bei allen Versuchen immer dieselbe (wie bei Pt und FeBi),
+
Thermoelekt&itat und metallwche Warmekitung.
73
die so beschrieben werden kann: drr heifk Graphit nimmt
vom kalfen Graphit Elektroneii auf dem kiirzesten Wege auf.
d) SchlieSlich wurde der eine Stab duroh eine untergestellte Bunsenflamme (ca. 4cni von dem Ende) Bum Gliihen
gebracht, wiihrend der andere, lose aufliegend, nur d m h die
Luft gekiihlt wurde. Besonders vorteilhaft bei Graphit ist,
daS die Bildung einer Oxydschicht wegen der Gasformigkeit
des Oxydes ausgeschlossen ist .
Das Pyrometerinstrument gab rinr stationiire Spannung
10,70-10,75 Milliuolf
von
an.
Da die Hochsttemperatur des rrhitzten Stabes nach
Schatzung mit dem Pt/PtRh-Element nicht hoher ala 800
bis 9000 war, entsprechend (liner Spannung dieses Thermoelementes von ca.
8 Millivolt
so ist hiermit festgestellt, dup die Thermokraft 1. Art d4s
Graphits, mit dem aqewendeten Drosselhew gemessen, a w h
bei M b m Temperaturen die Thermokraft des PtlPtRh-Themoelements nicht unwesentlich iiherfrtfit (Vrrhiiltnis~ahlauch hier
ca. 1 3 .
10. Versuch 15h. - .,'l'hrrnioeIrmt~nt I . Art" aua Wolfram.
a) &i der Bestimniung deu Vorzeichens der Thermospannungen 1 . Art der mir zuganglichen Metalle (p. 76)
war es auffallend, daS die Thermospannuug von Wolfram
besonders kriiftig war. h n l i c h wie bei Graphit, wurde deshalb eine Messung der erhaltenen Spannung mit demselben
Pyrometerinstrument von Siemens & H a l s ke vorgenommen.
Daa Material war Wolframdraht (0.28 inm) von T u n g s t en
Wire Works A.-B., Gtocklioliii.
Tatsiichlich ergaben sich au&rordentlicth hohe Spannungen. Mit einer Mikroflamme von ca. 5 mm Hohe, welohe
eine Hlichsttemperatur von schiitzungsweise 900° C herbeifiihrte, wurde in geeigneter Lage eine Thmwspannung erhalten, die gTij@ als dcrs Mepbereich h
e
s PymmaWimtm~t~
war, d. h.
19 *Millicolf
iibertmf.
b) Es war jedoch notig, sich davon m iiberzeugen, o b
nicht in diesem Fslle etwa eine gebildete, fesk Oxydschicht
+
74
C'. Benedicks.
mitspielen konnte. Es wurde gefunden, daS dies i~iCht der
Fall ist: sind die Driihte mit einer geniigend dicken Oxydschicht bedeckt und ist die Bei.iihrung nur eine leise, so kommt
iiberhaupt kein Strom m t a n d e (Oxyd unleitend !). Werden
die Driihte gegeneinander gerieben, so deS Kontakt hergestellt
wird, so werden sofort positive Ausschliige erhalten. Beriihren
sich die oxydierten Driihte leise, so daS kein geniigender
Kontakt vorhanden ist, so kann eine solche unter Urnstkinden
einfach durch eine hohe Erhitzung erhlten werdera: anscheinend
wegen leichterer Schmelzbarkeit des Oxyds konnen die Metrrlldriihte dabei mammenschweiben, so daS ohne weiteres regelmiiBige positive Ausschliige erhalten werden.
Fiir Wolfram ist also das Oxyd therinoelektrisch unwirksam,
und die erhltene betriic7ctlic7re Thmspannung koinmt sicher
dmn aus Wolfram bestduden Thermoelement 1. Art zu.
11. EinfluS einer Oxgdschiaht.
a) Bei den in den Versuchen 15a bis 15g angewendeten
Materialien Pt und C (Graphit) konnte eine Oxydschicht
iiberhaupt nicht gebildet werden; bei dem in Versuch 15h
untersuchten Wolfram stellte sich lit'raus, deS eine gebildete
Oxydschicht unwirbam is t.
Dies ist aber in keiner W&e fiir alle Metalle der Fall.
5) Um den niichstliegenden Fall mzufiihrcln, ergibt Kupfer
immer (wegen der guten Leitung) starke, positive Aussch2iige,
auch d a m , wenn die Driihte mit einer diinnen Oxydschicht
bedeckt sind (dieselbe ist j a ziemlich gut leitend!). Wenn
aber dickere ,,%hiohten hergestcllt werden, bekommt man
deutliche negative Ausschlage.
c) Etwas stiirkere Einwirkung ist bei Tantal fcstmtellen.
Bei gutem Kontakt ergeben sich sehr kriiftige negative Amscthliige; aber schon eine sehr diinne Oxydschicht geniigt, um
podice, wenn auch (wohl wegen hohen Widerstandes) geringere Ausschliige hervorzurufcn.
d) Die stiirkste Einwirkung einer Oxydschicht, die ich
finden konnte, komnit beim Eisen vor. Bei gewissem Kohlenstoff-(Si-)&halt sind die wirklichen Ausschliige negativ; wegen
Oxyd beobachtet man aber sehr leicht positive Ausschliige.
e) Die somit festgestellte Oxydwirkung enthiilt ja nichta
nerraschendes : durch eine Zwischenlage von Oxyd - die
[rhermoelektdtdt u d mtallische Warmeleitung.
75
j a als oft thermoelektrisch sehr wirksarn bekannt sind entsteht ja ein gewtihnliches Thermoelement 2. Art.
f ) Man komte vielleicht meinen, daS diese Oxydwirkung
cine ernste Fehlerquelle darstellt. Bei Berhksichtigung ihrer
Wirkungaweise ist dies aber keineswegs der Fall. Man muS
nur uber ein siemlich empfindliches Galvanometer verfiigen,
HO daS auch bei verhliltnismliSig groSer Beriihmngsfkhe Ausschlage zu erhalten sind. Werden die gereinigkn Drzihte (etwa
Init einer Holzklemme) gegeneinander gepreSt und dann -etwa
drehend - gegeneinander gerieben, 80 erhhlt man ohne Ausnahme geniigenden, das wirkliche Vorseichen ergebenden Kontakt , sogar bei einefn MetaU unk Hutrium in Luft (stark negativ;
Oxytlschicht gibt schwache positive Ausschliige).
12. Versuch 15i. - Analogon d e s Seebeckapparetes, durch
Drosselkreuz erhalten.
Da8 Heranziehen des Drosselprinzip gestattet den Versuch 12 - das Analogon des Ekebeckapparatcs - in recht
einwandsfreier Wtise ausmfiihren.
An einern geeigneten, isolierenden Rahmen wird ein ca.
120 cm langer, 2 mm dicker, homogener Kupferdraht so
aufgewmden, daS eine Spule mit 6 Windungen entsteht, in
welche das aatatisierte Nadelsysten1 des St ebeckapparates
an riner Nadelspitse hineingebrrrcht xird. Die freien Enden
des Drahtes werden so gebogrn, daS sie unter sanftem Drnck
ein Drosselkreus bilden. Bein1 Erhitzen des einen oder des'
anderen Schenkels mit einer kleinen Gasflamme entstehen
,Qusschllige von der m erwartendrn Richtung, etwa von der
Gr6& &lo0.
Die Kontaktutelle inuS wegen stattfindender Oxydation
bisweilen mit feinem Schmirgelpapier abgerieben werden. Am
winsten gestaltet sich der Versuch mit einem (1 mm dicken)
Platindraht derselben Unge. Ungeachtet des grobren Widerstancles werden dabei - da die E r h i t m g hoher getrieben
wrrden kann - Ausschllige von ca. 15O erhalten.
Noch gro&re Ausschliige gewinnt man bisweilen miter
Fknntzen cines (2 mm dicken) Silberdrahtes; dieses Metall
irst jedoch kaum zu empfehlen, da durch das Polieren mit
frinem Schmirgelpapier (oder mit Polierstahl!) negatives Vorm~iciwnauftmtm kann (vgl. Tab. 20. p. 77).
C. Benedicks.
76
13. Zeichenbestimmungen des Effektes in den wichtigsten
Metallen und in einigen Legierungen.
a) In Versuch 10 wurde fiir einige besonders awgewlhlte
Metalle (Cu, Pb, Konstantan) festgestellt, daS das Vorzeichen
des Effektes in der zu erwartenden Beziehung zum Thomsonkoeffizienten steht. Im niichsten Abschnitt wird, wie wir
eehen werden, dasselbe fiir dm besonders wichtige Quecksilber festgestellt.
Es ist aber wichtig, zu erfahren, ob dieses als allgemeines
Gesetz giiltig ist, oder ob etwa Ausnahmen vorkommen. Aus
diesem Grunde habe ich eine groStmiigliche Anzahl Metalle
beeiiglich des Vorzeichens untersucht, und zwar mit der Methode des Drosselkreuzes, von dem der eine oder andere
Schenkel mit einer Mikroquardlamme schwach erhitzt wurde.
b) Da die Thomsonkoeffizienten nur fiir eine beschriinkte
Zahl von Metallen bekannt sind, wird in der folgenden, die
Bestimmungen enthaltenden Tabelle der thermoelektrische
Koeffizient 3/ - welcher ja mit dem Thomsonkoeffizienten
symbat ist - dem Zeichen nach angegeben; beigefiigt ist
noeh, und zwar ebenso nash K. Baedekers') Zusammenstellung, der zusammengehorige Koeffizient a (Thermokraft
gegen Pb = a p t).
Positives Vorzeichen des Effektes (+) bedeutet, dal3 der
Strom durch das Galvanometer vom erhitzten Sohenkel des
lCreums anegeht, d. h. daS im Metall der Strom gegen das
[eigentliche) Temperaturgefalie geht; oder endlioh, ds6 Elektronen vom erhitzten Metall zum kalten Metall abgegeben
werden.
c) Aus diesen Bestimmungen des Vorzeichens
die als
recht Richer anmgeben sind - ergibt sich als Hauptresultat,
d8B ohne A d m e volktindige Parallelitiit z w i a c h dkm
Vor&hen wnd demjenigen von B, d. h. auch des ThornsonIroeffizkntm, vorhanden ist (wenigstens 22 ganz sichere Fglle!).
Diese Parallelitiit erstreokt sich auch auf die GroBe des
Effektes. Als bemerkenswert groS wurde sie gefunden bei
Bi, Co, Konatantan, Chromnickel, Cd, Fey Pd, Pt, Na, welche
sich ebenso durch die Grofk von auseeichnen.
d) Ein recht interessanter Befund, der bei diesen Bestimmungen zutage trat, ist derjenige, dal3 das Vorzeichm des
+
-
1) K. Baedeker, 1. c. p. 66.
77
Themnoelektrizitiit und 0netaUiSche Wlinneleitung.
Tsbelle 20.
Vorzeil Len des Eff
immcrtemperatur.
Thermoelektr.
Coeffieienten
Bezugsquelle;
Bemerkungen
stoff
_____
Na.
.....
43..
Ag,.
. . . .
. . . .
Au. . . . . .
Mg . . . . .
zn......
cd.. . . . .
Hg . . . . .
Al..
. . . .
c. amphit .
.
Si (Kristall).
.
C. Bogeakohle.
gh... . . .
Pb..
. . . .
Te. . . . . .
Bi.. . . . .
w......
Fe, rein . .
Fe. C-Gehelt
cb-. .
. . .
.
.
.
.
.
.
Ni.. . . .
Pd. . . . .
P t . . . .
mniciel
10 Proz. Cr .
KoWtan. .
Menganin. . .
PLIr 20 Proz. .
PtIr 26 PrOz. .
PtRh 10 Proz.
man
+
Kahlbaum. Oxyrllert
Kahlbaum u. a. Oxydiert AEG. u. a.l)
Heraeus
Unbekannt
Knhlbaum
Unbekannt
Destill. (Vgl. Dbhrt.Abecba.!)
Kahlbaum u. a.
Acheson
Unbeknnt
Kahlbaum
Kahlbaum u. a.
Kahlbaum u. a.
Siemens-Ekhwkert. Ox@.+
Hartmann u. Bmun
Tungeten Wire Works A. B.
(Stockholm)
K o h h u. a.
H om, Uddehoh. 0xyd.f
Ka banm
Unbetennt
Heraeus
Heraeus
%
Wiggins (Birmin ham)
C. J. Vogel (A$ershot)
0. Wolff (Berlin)
Heraeus
Heraene
Herapus
1) Wid dieoberfliiche mit feinem Schmirgelpapierpoliert, m bekommt
- wenigstens bei gmz leieer Bertihrung - negative Aueschliige.
2) Nach J. Weiss (Diaa. F'reiburg i. Br. 1910, p. 36) iet des ,,Vorzeichen wahrecheinlich negativ" fiir den Thomsoneffekt in Graphit.
3) Nach Angabe des Thomeoneffekta von J. Weiss, 1. c. p. 39. Klammer wegen der bekannten p B e n Veriinderlichkeit der thermo.
elaLtrischen EigenschPften den Si, welche identisck Material erfordert.
4) Nach der Beatimmung des Thornsonkoeffizienten von P. Cermak,
Dies. GieBen 1910. p. 10.
6) Die Angaben fiir Chromnickel sind aus den Beobachtungen von
Hoskins und Marsch (tUt nietlrige Temperatmn) in der in Fnsnote 7 .neefiihrten Arbeit, p. 160, berechnet worden.
6 ) Die Angaben fiir PtIr sind berechnet naah den Memugen von
W.Geibel (Zeitachr. f. anorg. Chemie 70. p. 240.1911), welche jedoch fiir
niedrige Tern
turen nur unsicheren Wert fiir /3 (gegen Pb) liefern h.
7) Aus E h a t e l i e r s Formelin G. K.Burgesau. H.LBChatelier,
Die Messung hoher Temperaturen (Aufl. von G. LeithHuser. Berlin 1913.
p. 99) berechnet.
Thomsonkoeffi&nten des Eisens variabel ist. Siiintliche Proben
von reinerem Eisen, die zuerst untersucht wurden, ergaben
positives Vorzeichen - was eine auffallende Uns timmigkeit
bedeutete, denn der Thomsonkoeffizient des Fe wurde ja
allgemein als negativ gefunden. Die Unstimmigkeit verschwand
erst, als das Vorzeichen des Effektes an einer Stahlprobr bestimmt wurde (Hagfors, C= 0,75, Si =0,19, Mn= 0,41, P = 0,029,
S = 0,02), an dem ich vorher negatives Thomsonzeichen festgestellt hatte ; hier wurde namlich (im oxydfreien Zustande !)
negatives Vorzeichen gefunden ; ebenso bei hoherem C-Gehalt .
Dieser Befund ist deshalb von Interesse, weil die von
verschiedenen Forschern fiir Fe gefundenen Werte des Thomsonkoeffizienten stark abweichen; wiihrend die meisten (E. H a l l
und Mitarbeiter, E. Lecher, J. Koenigsberger und J.Weiss)
bei +50°, in lhereinstimmung mit W. Thomson und
M. Le R O U X ,negativen Wert (-2,5 bis 2,7. lo-" g-cal.
pro coul./grad) gefunden haben, und 0. Berg1) einen bedeutend
niedrigeren Wert (-1,6) erhielt, ergab die neueste Untersuchung von A. A d d e r i n k s ) bei 50° positiven Wert (+2,2).
Nach obigem Befunde braucht diese Diskrepanz nicht
auf Beobachtungsfehler zuruckgefiihrt zu werden, und es
kommt sogar als wahrscheinlich vor, daB Aalderings alleinstehendes Resultat fiir reines Eisen das richtige ist.
e) Zu der Tab. 20 ist noch hinmzufiigen, daB, nach
Chwolson *), Bestimmungen durch Zusammenfiihren eines
warmen und eines kalten Drahtendes fiir einige Metalle von
Rosing') ausgefiihrt worden sind. Fur Cu, Ag, Au, Sn und
Platin-Iridium stimmt das von ihm angegebene Vorzeichen
mit dem obigen; fiir Fe und Pt wurde dagegen (nur) positives gefunden. Ein Blick auf Tab. 20 1liBt hervorgehen,
daJ3 der . genannte Verfasser mit Unrecht eine Pirallelitlit
zwischen dem Vorzeichen dieser - von ihm, wie es scheint,
auf ,,Stmkturlinderung" mriickgefiihrten - Ewcheinung und
der Thermokraft (a)vermutet. Die Parallelitlit besteht nicht
mit der Thermokraft d E / d t , sondern mit dBE/dP.
..-
-~
-
1) 0. Berg, GHltting. Neohr. 141.1910: Ann. d. Phgs.88.p. 477.1910.
2) A. Adderink, Dies. Groningen 1911;Amh. NBerl. 15. p. 321.1910.
3) 0.D. Chwolson, Lehrbuoh der Physik. Bd. 4, 1. B m h w e i g
1908. p.716.
4) B. L. Rosing, Journ. Ruse. phys.-chem.Gee. 80. p. 161. 1898.
Tksrmelektrizitiit und metallkcha Warmekitumg.
79
14. Zwei direkte Anwendungen.
Wir wollen nur noch in diesem Zusammenhange m e i
wichtigere Flille erwlihnen, die durch Versuch 16 ihre unmittelbare Erkllirung finden.
a) Der eine ist die vie1 diskutierte Ehtdeckung von
Becquerel’) (1829) von der Stromleistung eines einseihg
gewiirmten, mit einem Knoten geschiirzten Metalldrahtes.
Von Magnusz) wurde nach einigen Versuchen bestimmt
behauptet, daS die fragliche Stromerzeugung nur durch vorhandene, wohl beim Biegen entstandene HiSrtedifferenzen vorgetiiuscht srien; diese Meinung ist allgemein in die sptitere
Literatur ubergegangen. Ich miichte nun d8raUf aufmerksam
machen, daB ein einziger, einfacher Knoten im aUpn.i&mn,
wenn Beriihwng stattfindet, mit mathematischer Notwedighit
nkhi weniger als Clrei the7wtoelektrische Drosselpunkte bermBringen mup.
Nur an ganz vereindten Stellen wird sich ihre Wirkung
aufheben konnen. Im allgemeinen miissen aber betriichtliche,
wenn auch - wegen des Vorkommens dreier empfindlicher
h k t e - sehr unregelmtiSig schwankende Strome mstande
kommen konnen, die sicher einem Physiker wie Becquerel
beobachtbar (wenn auch kaum interpretierbar !) waren.
Ich kann deshalb nicht die Meinung unterdriioken, daJ3
die Kritik Magnus’ und seiner Nachfolger nicht geniigend
begriindet war.
b) Der andere zu erwiihnende Fall ist die Beobachtung,
die vermutlich einem jeden Physiker, der ein spannungsempfindlicheres Galvanometer gehandhabt hat, nicht hat entgehen konnen: daS bei und nach dem Znsammenfiihren der
Zuleitungsdr6hte oft betriichtliche Ansschliige entetehen ; eine
sonst anzmehmende thermoelektrische Differenz der beiden
Dmhtenden h n n nioht allein fiir die Wirkung verantwortlich
gemactht werden, du die AwscMcSge ebensogut in beiden Richtungm
sw*.
I% ist leioht, sioh damn m iibereeugen, d8B das fragIiche PhSnomen in enter Linie daduroh venuswht wird, &/I
1) Vgl. etwa G . Wiedemann, 1. c. p.298.
2) 0. Magnun. I.c. p.489.
80 C. Bertedicks. Thernwelektrizitatu. metrrlikche Warnleilung.
beim Zusammenbringen der Drlihte ohne weiteres ein thermoelektrisches Drosselkreuz entsteht ; nach dem Hantieren der
Drshte ist immer eine Temperaturdifferenz als vorhanden anmehmen.
1st das Galvanometer von geringerer Empfindlichkeit
(wie ein gewohnliches Vorlesungsgalvanometr), so geniigt
die Handwiirme nicht mehr. Wenn die Drahtenden aber
gekreuzt mammengehalten werden, so ist, die Anniiherung
des einen oder anderen Endes an eine Ziindhols- oder Bunsenflamme ausreichend, um deutliche Ausschliige hervormrufen.
Vorausgesetzt, daS wirklich zwischen den Drahtenden Kontakt stattfindet, ist die Beschaffenheit der Oberflache im
allgemeinen giinelich belanglos. Der Strom geht (fiir Kupfer)
zum Galvanometer von dem wiirmeren Drahtende. Nur bei
diokerer Oxydschicht kann die entgegengesetzte Richtung erhalten werden.
Dies kann sogar ohne weiteres benutzt weram, urn die der
Zufuhr eines positiven Stromes entsprechende Aussclthgkhtung
sines Galvanometers zu bcstirnnzeii.
(Fortaetmng folgt im niicheten Heft.)
Dmok von Metrger & Wittig in Wp&.
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