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Eine Methode zur Bestimmung der Strahlung in absolutem Ma und die Konstante des Stefan-Boltzmannschen Strahlungsgesetzes.

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X 6.
1912.
ANNALEN DER PHYSIK.
VIERTE FOLCrE. BAND 38.
1. Edne Methodc xur Bestirnrnuny d e r Strahlung
dm absolutem M a p u n d dde Eonstanto
d e s S t ef an-B o 1txrn a n n s c h e n Strah lungsgesetxes;
~ 0 3 %W a E t A e r G e r l a c h .
M. Ch. FBry') veroffentlichte 1909'eine neue Methode z u r
absoluten Strahlungsmessung und fand mit dieser einen um
18,4 Proz. hoheren Wert fur die Konstante des Strahlungsgesetzes
S = o ( t + 273)4,
als nach den Messungen von F. K u r l b a u m 2 ) angenommen
wurde. An Stelle des Kurlbaumschen Wertes
watt ern+ grad+
0 = 5,32 x
erhielt er aus einer groBen Reihe allerdings nicht sehr gut
ubereinstimmender Resultate das Mittel
watt crn+ grad-"
c = 6,30 x
Wahrend sich in der FBryschen Methode bisher kein prinzipieller Fehler nachweisen lie6, konnte Hr. Prof. P a s c h e n ?
zeigen, rla6 eine absolute Messung nach dem Kurlbaumschen
Bolometerprinzip bei Verwendung eines ungleichmii6ig dicken
Bolometers4) einen zu kleinen Wert geben mu6. Ich habe
daher auf Anregung von Hrn. Prof. P a s c h e n nach einer von
ihm angegebenen Methode, bei welcher die der K u r l b a u m schen Messung nach P a s c h e n anhaftende Unsicherheit vermieden ist, welche aber in jeder anderen Beziehung (bestrah!te
Oberflache, Strahlung von 100° zu Oo) der Kurlbaumschen
Messung entspriclit, die Konstante B neu bestimmt.
1) Ch. FBry, Bull. SOC.Franc. d. Phys. (2) 4. 1909; Ann. de chim.
et phys. (VIII) 17. p. 267. 1909; Compt.. rend. 148. p. 515. 1909.
2) F. K u r l b a u m , Wied. Ann. 6b. p. 746. 1898.
3) F. P a s c h e n , Ann. d. Phys. 38. p. 30. 1912.
4) F. K u r l b n u m , Ann. d. Phys. 2. p. 552 oben. 1900.
Annalen der Physik. IV. Folge. 38.
1
K Gerlach.
2
8 1.
Methode und Formeln.
Zwei Diaphragmen von den Flachen P, und F2 haben
die Entfernung R. Uurch P! strahlt ein schwarzer Korper
von der absoluten Temperatur T,. Hinter Fa stehe ein geechwiirzter Streif von der absoluten Temperatur T. Der Streif
empfangt die Strahlung
E r erwiirmt sich urn At, ; die pro Sekunde von ihm fortgehende
Warmemenge ist dann C d t , E 8,. Diese Warmemenge erwarmt die Lbtstellen einer Paschenschen Thermosiiule, welche
gleichmiigig uber die Hinterflache des Streifens verteilt sind,
so da6 das Galvanometer eine konstante Gleichgewichtslage n1
annimmt. Die Vertauschung des schwarzen Korpers von TI
gegen einen anderen von der niederen Temperatur T, bedingt
die Strahlung
s2= -(T24
U
-T
m
4F ) F2
L
Re
’
die Streifenerwarmung urn A t , , die fortgehende Warme
C A t, = 8, und die Galvanornetereinstellung n2. Nunmehr
werde ein solcher Betrag A i a w a n Joulescher Warme dem
Streif zugefuhrt , daB die Galvanornetereinstellung wieder n1
wird. Uie fortgehende W9rme ist dadurch vermehrt um
C(A.t,- At,) = - sz
und zwar nach Paschen’) auch dann, wenn der Streif ungleichmaBig dick ist, und infolgedessen eine ungleichma6ig
verteilte Temperaturerhohung bei elektrischer Heizung erfahrt.
Die Joulesche Warme ist dann nach obigem gleich der gesuchten Strahlung
B i z w =5(!7’,4T 2 4 ) - .3 2
(1)
7t
3 9
Die GroBe A ist durch die gewahlte Einheit der Leistung
bedingt und wird eins, wenn die pro Sekunde durch Strahlung
iibertragene Energie nach Watt gemessen wird. 6 T 4 bedeutet
die pro Sekunde von 1 cma der Temperatur T in die vor CT
liegende Halbkugel ge~trahlteEnergie.
1)
F. Paschen, Anri. d. Phys. 38. p. 30.
1912.
Methode zur Bestimmung der Strahlung.
3
Mein MeSverfahren ist ahnlich demjenigen , welches
K. i n g s t r o m l) bei seinem absoiuten StrahlungsmeBapparat
befolgt. Wahrend aber A n g s t r o m die Temperatur nur einer
Stelle seines Streifs mi&, messe ich die yon der ganzen Hinterflache des Streifs fortgehende Wiirme, was nach P a s c h e n bei
ungleichmasig erhitztem Streif notwendig ist.
An Formel (I) ist eine Korrektion anzubringen, weil nicht
alle Fliichenelemente des Strahlers und Empfangers zueinander
senkrecht stehen und die Entfernung dieser Fyachenelemente
verschieden ist. Sei d x d y ein Element der einen, dx'dy'
ein Element der anderen Flache, R die kiirzeste Entfernung
der beiden Flachenebenen und r die Entfernung der beiden
Elemente, so ist die Strahlung der Elemente zueinander proportional der GrijBe
Die Integration dieses Differentials ergibt
wenn (a b) und (a' 6') die Dimensionen der beiden Flachen sind
und Glieder hoherer Ordnung von
a'
-
b'
-
a
-
b
R' R' R'
vernachlassigt werden, was bei den benutzten Dimensionen ohne
Fehler geschehen darf. Gleichung (1) ist also rechts mit der
KlammergroBe der Gleichung (2) zu multip1,izieren.
Q 2. Apparate und Versuchsanordnung.
DieThermosaule war nach dem Prinzip der von F . P a s c h e n 2 )
beschriebenen Thermosaule angefertigt. Um die Anwendung
moglichst groBer bestrahlten Flachen zu ermoglichen und die
eingangs genannte Bedingung der Theorie zu erfullen, die von
der ganzen Hinterflache des MeBstreifens fortgehende Warme1) I(.Lngstrtirn, Act. Reg. SOC. Upsala, Juni 1893; Phys, Rev. 1.
p. 365. 1893; Wied. Auu. 67. p. 633. 1899.
2) F. P a s c h e n , Ann. d. Phys. 33. p. 736,ff. 1910.
'1
7V. Gerlmh.
4
menge zu messen, mu6te ich die Elemente anders anordnen
und grb6ere Dimensionen wah1en.I) Der Rahmen bat einen
Durchmesser von 5,6 cm, der ausgebrochene Mittelraum ist
2,O x 3,0cm2. Er war aus Gummon - einem Isoliermaterial
der Isolatorenwerke Griifelfing-Muncben - gedreht und vor
Montierung der Thermosaule unter der Luftpumpe in heiBem
Kolophonium gebadet. Er zog dann keine Feuchtigkeit mehr
an nnd behielt dauernd seine Isolierung, was bei Schiefer nicht
der Fall war. Elfenbein erwies sich gleichfalls als unbrauchbar, weil es sich ungleich zieht und so die Thermosaule zerstort. Die Scbrauben fur die Galvanometerzuleitungen (G, G2]
lagen auf der Seite. Die Elemente waren aus 0,I m m Fe-Draht
5;
Fig. 1.
und 0,OS mm k'onstantandraht (bezogen von W. C . H e r a e u s
in Hanau) mit moglichst wenig Silber hartgelotet und mit einer
Strahlwnlze so dunn als moglich
ca. 2 ,u - ausgewdzt.
Nur wenn minimale Mengen von Silber zum Loten verwandt
waren, gelang es so diinne Elemente, die vollkommen gerade
waren, zu erbalten. Die Anordnung der hintereinander geschalteten Thermoelemente ergibt sich aus Fig. l. Die Lange
des Konstantans w a r so bemessen, daB die nicht bestrahlten,
-
1) Die ersten Versuche waren mit kleinen Paschenschen Thermossnlen, wie sie zu Spektralswecken dienen, susgefiihrt. Wegen der
Schwierigkeit der Messung einer sehr kleinen bestrahlten Fllche und des
kleinen Widerstandes der Streifen, und wegen der geringen Strahlungsgr6Be gaben die Versucbe nur auf ainige Prozente ubereinstimmende
Werte, jedoch so, daB die Aufwendung groBerer Mittel aur exakten Messnng
aussichtsvoll erschien. (Vgl. hierau Tab. 111.)
Metltode f u r Bestimmung deer Sh-aiilung.
5
auf konstanter Temperatur zu haltenden Lbtstellen in einer
Reilie lagen. Die mittleren Lotstellen waren moglichst gleichmabig auf einen €hum von 3 mm Breite verteiit. Auf der
ganzen Lange voh 30 mm waren 45 Elemente montiert, alle
parallel ohne sich zu beruhren; die Thermosaule hatte einen
Widerstand von 47 9 ;sie war mit Petroleum-Kampfer-RuB
nach der Methode der kalten BeruBung *) geschwarzt.
Die MeBstreifen waren aus Manganinbiech gewalzt, weil
Manganin neben einem zu vernachlassigenden Temperaturkoeffizienten au6erst geringe Thermokrlfte gegen Kupfer gibt.
Es gelang nach vielen Versuchen, manchmal sogar Bleche von
1-2 p Dicke zu erhalten, aus denen sich Streifen mit einem
Rasiermesser schneiden lieben, die noch keinerlei durchsichtige
Stellen hatten. Das Blech wurde zwischen Manganinblech
ausgewalzt, ohne da6 es geglUht wurde, denn beim Ausgluhen
oxydierten die Streifen. Es wurden Streifen von 1-2p bis
zu ca. 12 p Dicke verwandt. Nachdem sie vorsichtig geschmirgelt
und poliert waren, wurden sie mit Tinnol auf kleine Kupferplattchen aufgelotet (Fig. 1, b und c), so dal3 die Streifen, wenn
die Kupferplattchen auf die mit Schraubengewinde versehenen
in den Rizhmen eingelassenen Kupferstiicke (8, und 8,) aufgeschraubt waren, glatt in einer Entfernung von &em halben
Millimeter uber der Thermosaule lagen, durch Luft von dieser
isoliert. Bei der Anordnung Fig. 1b reichte der MeBstreifen
vom ersten bis zum letzten Thermoelement, bei Anordnung
Fig. 1c ragte ein ca. 1 mm dickes Kupferblech noch uber eine
oder zwei Lotstellen hin; dann wurden auch die auflersten
Teile des Streifens durch Thermoelemente kontrolliert ; das
Kupfer erwarmt sich weder bei Bestrahlung noch bei Stromheizung (vgl. unten). Die Entfernung der Ychraubenkontakte G,
und S, bzw. G , und S, mu6te moglichst groB gewahlt werden,
urn einen NebenechluB zu den Streifen durch Thermosaule und
Galvanometer auszuschlie6en. Der Wideratand zwischen Streifen
und Thermoshie war gro8er als 1 0 z 0 9 . Vollkommene Isolation zwischen Streifen, Thermosaule und Gehause wurde vor
jedw M-sung gepruft.
1) 0.L u m m e r u. F. K u r l b s u m , Zeitschr. f. Iostrumentenk. 1%
p. 81. 1892.
I
6
K Gerlach.
Die MeBstreifen wurden mit Platinmoor geschwarzt, teils
nach Kurlbaumscheml) Rezept, teils durch Elektrolyse von
H,PtCI, ohne Bleiacetatzusatz , wobei die Streifen nach der
Platinierung einen Stich ins Braune hatten, aber gleichwohl
samtartiges Aussehen zeigten. Der Streifen fur eine Messung
wurde, um fur spatere Messungen eine reproduzierbare Schwarze
zu erhalten, mit einer frisch angesetzten L u m m e r - K u r l b a u m schen Losung (5 g Platinchlorid von H e r a eu s , 150 g W asser,
0,040 g Bleiacetat) platiniert. Als ElektrolysegefgE dien te ein
viereckiger Glastrog, als Anode zwei gegeniiber liegende Platinstreifen, als Kathode der zu schwarzende Streifen, welcher frei
zwischen den Platinelektroden und parallel zu ihnen hing, so
da6 der Streifen beiderseitig gleichmabig geschwarzt wurde.
Nachdem der aufgelotete Streifen mit konzentrierter Sodalosung
von Fett gereinigt und in Wasser gut abgespiilt war, wurde
er bei 4 Volt Spannung und 0,031 Amp. cm-2 Stromdichte
6 Minuten lang platiniert.
Die Stromstarke war nach gleichfarmiger mabiger Gasentwickelung bemessen und wurde wahrend der Elektrolyse
durch einen Bchieberwiderstand dltuernd konstant gehalten.
Der Streifen hatte dann, nachdem er in Wasser abgespult
und getrocknet war, ein reines , samtschwarzes Aussehen und
zeigte mit der Lupe in Sonnenlicht betrachtet keinerlei glanzende Punktchen, wie sie oft infolge sich festsetzender Gasblaschen beobachtet werden. Durch Baden in Alkohol vor
dem Trocknen verliert der Streifen leicht sein samtschwarzes
Aussehen.
Dicht uber den seitlichen Latstellen lagen breite Streifen
Kupferblech. Der Raum hinter der Thermosaule war durch
eine Metallplatte, die ca. 1 mm hinter den Elementen sa6,
begrenzt. Erst dann stand das Galvanometer dauernd konstant.
SchlieBlich wurde die Metallplatte noch versilbert, so daB die
zwischen den Lotstellen der Thermosliule durchgehende, Tom
Streifen. ausgesandte Strahlung auf erstere reflektiert wurde.
Hierdurch wurde der Ausschlag der Thermosaule noch urn
einige Prozent vergro6ert. Auf den Rahmen wurde das Spalt1) Vgl. F. Kohlrausch, Lehrb. d. pralat. Phys. XI.Au0. p. 40.
Methode zur Bestimmung der Strahlung.
7
gehause aufgeschraubt, das genau nach Angaben von F. P a s c h e n
hergestellt war, Der scharfkantige Ausschnitt war 10,5 x 34,0mm2.
Thermosaule mit Spalt paBten in ein weiteres Messinggehause
mit 1 2 , 5 x 3 6 mma groBem Spalt, der Deckel trug vier mit
Hartgummi isolierte Durchbohrungen fur Strom- und Galvanometerzuleitungen.
Als Hauptdiaphragma diente ein scharf geschliffener Spalt
mit Stahlbacken (groBer Spalt eines Spektrometers); die grSBere
Kante stand vertikal; die horizontale Begrenzung wurde durch
zwei in die abgeschragten vertikalen Backen passende ebenfalls
geschliffene Messingstucke gebildet. Das Diaphragma war fest
an einen W assertrog angedriickt , die Dimensionen seiner
Offnung waren mehrmals bestimmt worden und stets unverandert befunden, sie betrugen
Fl= 4,504 x 0,7783 cm2 = 3,5056 0%.
Der Thermosaulenspalt E2, der die Streifen nur seitlich begrenzte, wahrend ihre ganze Lange bestrahlt wurde, war in zwei
verschiedenen Anordnungen hergestellt : bei Versuchsreihe I1a)
war er analog dem Hauptdiaphragma von geschliffenen und
polierten versilberten Messingbacken begrenzt, die abgeschragten
Kanten zum Streifen gewandt. Als ein besonderer Versuch
gezeigt hatte (vgl. Vorversuche), daB sich Eupferschablonenblech,
beiderseitig gut versilbert und glanzend poliert, in den benutzten Entfernungen nicht mehr merklich erwarmte , wurde
die Begrenzung aus solchem Blech verfertigt. Ein derartig
hergestellter Spalt la& sich namlich durch leichtes Drehen
und Verschieben der mit einer Spur Kolophonium aufgeklebten
Backen jeder Lage des Mefistreifens anpassen. Mittels eines
Zeissschen Komparators lieB sich die Breite des Spaltes auf
weniger als 0 , l Proz. genau ausmessen. Es gelang selten, den
Spalt genau parallel zu machen; stets stimmten aber die aus
den Randdimensionen berechneten Mittel mit den in der Mitte
des Spaltes gemessenen Werten uberein. Die Dimensionen
waren:
1) F. Paschen, Ann. d. Phys. 33. p. 736. 1910 u. Taf. IV.
2) Vgl. Tab. VII.
K Gerlach.
8
T a b e l l e I.
2
3
4
-
5
0,37097
0,38957
0,31923
0,37028
_-
6
7
8
9
10
11
12
0,34207
0,34207
0,30739
0,36474
0,35337
0,34459
0,37014
I
1
1
2,7823
2,7734
2,7525
2,7854
1,032I
1,0804
0,8788
1,0313
111. 1, 2, 4
IV. 2
IV. 5,6. V. 1
V. 2
I
IV
1V,VII, V I I I
VIII
0,9110
0,9388
0,8422
1,1243
1,0791
1,0615
1,0200
VII. 1
VII. 3, 4
VII. 5
VIII. 1, 2, 3
IX. 2,3
IX
IX
IX
VIII
Ia
I11
X
-___
streifenliinge
0,663
2,739
2,739
3,0822
3,0533
3,0804
2,7555
x. 2,3, 4, 5
XI. 1
F u r die Messungen hatte sich folgende Anordnung als
giinstigste ergeben:
Die schwarzen Strahler S standen hinter einem mit Ausschnitt versehenen schmalen Wassertrog IF, auf dessen anderer
Seite das Hauptdiaphragma B angebracht war. I n beliebigen
Entfernungen standen zwei groBe Metallschirme b, b2 mit Blenden
mit abgeschragten Randern, vor diesen die Thermosaule, die
in einem Holzgehause mit einer Messingklammer festgehalten,
unveranderlich auf dem Tisch einer Teilmaschine T justiert
war, urn jederzeit wahrend eines Versuches die Entfernung
me6bar andern zu konnen. Zwischen 6, und der Thermosiiule
war ein Blendengehause B eingeschaltet.
Die Vorderseiten aller Blenden waren glauzend, die der
Thermosaule zugewandten Seiten und Kanten gut mit RUB
geschwarzt, so dab keine reflektierte Strahlung in die Thermosaule gelangen konnte, was bei jeder neuen Aufstellung geprtift
wurde. Offnung der schwarzen Korper, Hauptdiaphragma,
Blenden und Thermosaule waren zueinander parallel und so
symmetrisch angeordnet, da6 eine Versehiebung des Schlittens
der Teilmaschine in der Strahlenrichtung keine seitliche Verschiebung hervorrief. Die schwarzen Korper standen in fester
Methode zur Bestimmung der Strahluny.
9
Lage auf einem Schlitten, welcher auf Schieneu leicht hinter
der Wasserklappe hin und her bewegt werden konnte. Die
Hohlraumoffnungen fiillten das Hauptdiaphragma voll aus,
Strahlung konnte nur aus ihrem Innern zu der Thermosaule
gelangen. Anschlage an den Schienen rechts und links bezeichneten die Justierung des 0 O bzw. looo schwarzen Korpers
vor dem Diaphragma. Schlitten, Wasserklappe und Teilmaschine waren auf gemauerter , nicht miteinander verbundener Unterlage fest montiert, so dab beim Umlegen des
D
Schlittens keine Erschutterungen oder Justierungsanderungen
erfolgten.
Die kiirzeste Entfernung R von der Ebene des Hauptdiaphragmas bis zur Ebene des Thermosaulenspaltes wurde
folgendermaBen gemessen:
Die Dicken des Diaphragmas sowie des Spaltgehauses
wurden mit einem Spharometer bestimmt. Zur Messung des
Abstandes (kiirzeste Entfernung R!)von der Ruckseite des
Diaphragmas bis zur Vorderseite des Spaltgehauses diente ein
aus einer Schublehre hergestelltes, mittelst MaBstab und Nonius
meBbar verschiebbares StichmaB, dessen Eigenlange unter der
Teilmaschine gemessen war. Das StichmaB wurde, fast auf
die richtige Entfernung eingestellt , horizontal zwischen Dia-
10
W. Gerlach .
phragma und Thermosaule auf den Schlitten der Teilmaschine
gelegt, so da5 die eine Spitze die markierte Mitte des Spaltgehauses beriihrte. Die Verschiebung bis zur Beriihrung der
anderen Spitze mit der Mitte des Diaphragmas wurde durch
Drehung der Spindel der Teilmaschine bewirkt, die Beriihrung
selbst durch SchlieSen eines elektrischen Kontaktes empfindlich
festgestellt. Verschiebungen zu Messungen in verschiedenen
Entfernungen wurden an dem Ma6stab der Teilmaschine mit
einem Mikroskop abgelesen.
Zur Konstruktion der schwarzen Korper von O o und looo
benutzte ich im wesentlichen die Valentinerschen Angaben.')
Ein Parallelepipedon rnit aufgesetzter Pyramide als Hinterwand und aufgesetztem Pyramidenstumpf als Vorderwand aus
Zinkblech bildete den Hohlraum. Seine Dimensionen waren
12 x 18 x 20 cm, inklusive Ansatze hatte der Hohlraum eine
Lange von 28 cm. Die Offnung beider Strahler war 2 x 9 om8.
I n einem doppelten Dampfmantel eingesetzt wurde er von
Dampf von siedendem Wasser umspiilt, der an zwei Stellen
(oben links und unten rechts) eintrat. Sowohl aus dem inneren
wie augeren Dampfmantel fiihrten Ilijhren nach auben, um
kondensiertes Wasser abzulassen. Aus dem aul3eren Mantel
trat der Dampf durch einen kurzen weiten Qummischlauch in
einen L i e b i g schen Kiihler, aus dem das Kondenswasser abflob
Die fast 2 m langen Zuleitungen des Dampfes, der aus
einem in einer Kiste stehenden groBen Dampfkessel kam, bestanden aus Messingrohren 1 7 mm lichter Weite, die vollkommen Warme-isoliert waren, desgleichen war der schwarze
Korper von looo mit Watte und Asbest dicht umkleidet, so
daf3 kaum Warme nach au6en gelangte. Die von Dampfkessel
und Heizbrenner aufsteigende erwarmte Luft wurde in einem
weiten Trichter aufgefangen und mit einer Wasserstrahlpumpe
abgesaugt. I n die Dampfleitung war ein Stuck weiten Gummischlauchs eingesetzt, welcher beim Umlegen des Schlittena das
Mitdrehen des Dampfrohres gestattete. Der schwarze Korper
O o bestand aus gleichem Hohlraum, der in einen weiten Kasten
eingesetzt war, rings mit klein geschlagenem Natureis und
1) S. V a l s n t i n e r , Ann. d. Phys. 31. 1910. Vgl. Zeichnung auf
p. 212.
Metftode zur Bestimmzcng der Strahlung.
11
Schmelzwasser umgeben. Im Innern waren beide Bohlriiume
mit RUB geschwarzt ; eine gute BeruBungsflamme lieferte gestlttigte Kampferlasung in Petroleum und Terpentin zu gleichen
Teilen. Schon in dunnsten Schichten erhalt man dann eine
festsitzende schwarze RuBschicht.
Die Thermosaule war mit einem P a s c h en schen Eisengalvanometer l) verbunden. Abgesehen davon, da6 es gegen
auBere Sthungen nicht ganzlich geschutzt war, war 8s trotz
seines kleinen Widerstandes von 10 a in hohem MaSe fur
meine Messungen geeignet. Die Empfindlichkeit betrug bei 4 m
Skalenabstand und 7,5” ganzer Schwingungsdauer pro Skalenteil 8 x 10-lo Amp. Der Nullpunkt blieb dauernd konstant,
nach Einstellung in die Ruhelage fand keinerlei Nachwandern
statt. Die Ablesungen sind auf 0,l Skt. sicher. Temperaturanderungen im Zimmer verursachten keinerlei Empfindlichkeits- oder Justierungsanderungen; weder das Umlegen der
schwarzen Korper noch Einschalten eines Stromes bei . geoff netem Qalvanometerkreis riefen einen Aussohlag hervor.
Die Anordnung zur Messung des Kompensationsstromes
war folgende (Fig. 3.)
6
Fig. 3.
Es bedeutet:
B zwei Akkumulatoren.
R ein Sttipselrheostat.
1) Vgl. z. B. F. P a s c h e n u. K. W o l f f , Phys. Zeitschr. 12. p. 114
1921. Anm.
S Stromschlussel (Quecksilber),
c, c, Pohlsche Wippen.
JL! ein Normal-Ohmstuck, beglaubigt von der Phys.-Techn. Reichsanstalt.
A GroBes Si ern e n s - H a Is k e-Amperevoltmeter.
N NehenschluB zu A (vgl. nachstehenden Text).
Q P a s c h e n aches Eisengalvanometer.
Ih.St, Th g Strom- und Galvanometerleitunsen an der Thermosanle.
CI, 6 ein groBer Wolffscher Widerstand (50000 - 0,lR).
6 ein geeichter Akkumulator (vgl. nachstehenden Text).
Der Heizstrom war mit R regulierbar und wurde am
Amperemeter A abgelesen. Da die Ampereskalen der zur
Verfugung stehenden Instrumente mir nicht geniigend empfindlich waren, legte ich der Voltschaltung ( l o= 0,02 Volt, 283 9
Systemwiderstand) einen passenden Widerstand parallel (N),
- aus Manganindraht gewickelt, nach dem bekannten Verfahren gealtert und i n Petroleum auf bewahrt -, und aichte
mir diese Anordnung nach Ampere durch Kompensation der
Spannung an einem dauerad im Stromkreis liegenden Normalohm mit einem gegen ein Westonelement l) geeichten Alikumulator. Der Widerstand N war so bemessen, daB die Ablesung stets zwischen 100 und 150 Skt. erfolgte; die Eichung
und Ablesung war genau bis auf mindestens ein Promille. Sie
wurde bei 12O und 20O unverandert gefunden, und blieb
wahrend der ganzen Versuchsdauer konstant. Die Messungen
fanden meist bei 18O statt.
8
3. Vorverauche.
Damit die Me5methode brauchbar sein sollte, mufiten die
Bedinqungen erfiillt sein:
1. Schnelle und konstante Einstellung der ThermosLule
bei Bestrahlung und Heizung des MeBstreifens; Ruckkehr in
die ursprungliche Ruhelage bei Aufhebung der Heizung und
Strahlung, wenn keine Storung einen Gang verursachte.
2. Proportionalitat der Thermostrome , bzw. der korrigierten Galvanometerausschlage mit der elektrischen Heizung
ia I I ~des Streifens.
1) Die elektromotorische Kraft unseres Westonelementes, angegeben
zu 1,0190 Volt, verglich ich mit einem neuen gepriiften Doppelelemente,
das mir Hr. M a q n u s vom php-chem. Institut zur Verfugung stellte
1,01875) und fand fur unser Element 1,01855 Volt, iu Ubereinstinimung
mit der Rekauntmachung der Physik. Techn. Reichsanvtalt (vgl. E. W a r b u r g , Verbandlg. d. phys. Ges. 1910. p. 1050).
(e-
Methode
ZUT
13
Beslimmung der Strahlung.
3. Proportionalitat mit der GroSe der bestrahlten Streifenflache.
4. Unabhangigkeit der Messung von den gewahlten Dimensionen der MeBstreifen.
Die erste Bedingung war erfullt, nachdem die Thermosaule, wie oben beschrieben, ringsum mit Metall umgeben war.
Die Ausschlage waren spatestens nach 20-30 Sekunden, zum
weitaus gro6ten Teile nach 10-20 Sekunden nach dem Umlegen der Strahlungskorper beendet. Nach gleicher Zeit erfolgte die Einstellung bei Heizung, sowie die Ruckkehr in die
Ruhelage.
Bedingungen 2 und 3 waren, wie einzelne Vorversucho
und die unter in weiten Grenzen variierten Bedingungen erhaltenen Versuche beweisen, innerhnlb der Messungsfehler
erfiillt. Mit der kleinen Thermoslule (vgl. Anm. p. 6) z. B.
erhielt ich :
T a b e l l e IT.
Proportionalitiit des Ausschlages a mit der Spaltbreite s.
___
Streifen
Spaltbreite
a/s (relativ)
___~
______
____
-
)I
~
~
~
~
1
~~~
1
~
I
I
2
i
~~
~~
965
1,280
0,664
,,
969
968
}
S treifeobreite
2 mm
,,
,,
130
131
)
Streifenbreite
1,Brnm
1,
1,582
0,156
I)
~
1,517 mm
T a b e l l e 111.
Proportionalitiit des Ausschlages n mit der Stromwiirme E = P tu.
''
1
1
2
3
,
I
~
i
1
0,0244
0,0263
0,0283
I
U/E
(relativ)
368
369
370
0,01537
0,01741
0,02028
287
285285
0,0132
0,0164
0,0201
0,0278
368
370
369
368
14
W. Gerlach.
Abweichungen von der Proportionalitat mit der Spaltbreite
traten auf, wenn die Spaltblende zu dicht iiber dem Streifen
lag; sie wurde durch Abriicken des Spaltes auf 1 mm Entfernung wiederhergestellt, wie folgende Zahlen zeigen :
T a b e l l e IV.
Streifenbreite 4,O inm.
Spaltlage
1
Dicht vor dem Streifen
____
I1
Spaltbreite
w
__ (relativ)
F*
i2
1
0,3896 cm
1
ca. 1 mm entfernt
0,3192 em
0,3192 cm.
681
648
Dieae Zahlen sind aus vollstandig durchgefuhrten Idessungen gewonnen.
Die Abweichung bei zu naher Blende ruhrt wohl daher,
dab die abblendenden Teile des Spaltes durch ihre Nahe zum
Streifen von diesem Warme ableiten. Bei Bestrahlung wird
in den abgeschirmten Teilen keine Energie absorbiert , und
daher auch weniger abgeleitet, wahrend bei Heizung des
Streifens auch an diesen Stellen Joulesche Warme abgelagert
wird, von der ein Teil durch die auBere Ableitung verloren
geht. Urn diesen Teilbetrag mu6 dann das zur Erzeugung
der gleichen Temperaturerhohung wie bei Strahlung benutzte
i a w groBer sein, als jener entspricht.
Wahrend ein seitliches Abblenden also zulassig war, zeigte
sich eine Abblendung des Streifs an den beiden Kupferzuleitungen als fehlerhaft. Fig. 4 stellt das Messungsresultat
dar, das ich fand, als ich Streif Nr. VIII oben und unten um
wachsende Betriige abblendete. Bei vollkommen bestrahltem
Streif ergab er fur die Strahlungskonstante 5,83 (vgl. Tab. VIII,
Nr. 5-7).
Bei Abblendung urn nur 1,4mm auf jeder Seite
anderte sich das MeBresultat in 6,14 (vgl. Tab. VII, Versuch V, 1).
Weitere Abblenduag anderte diesen Wert nicht, verhalt sich
also wie die seitliche Abblendung (vgl. Tab. VII, Versuch V, 2).7
Daraus folgt, daB das Gebiet, aus dem noch Wiirmc durch
1) Vgl. such die Werte der Tab. VII mit Tab. I: Konstanz der
Itesultate bei verschieden groBer Langsabblendung.
Methode zur Bestimmung der Strahlung.
15
innere Warmeleitung in die Zufiihrungsschienen flieBt , oben
and unten ca. 1,4 mm Streifenlange umfaSt, wenn man folgende
Deutung der gefundenen Resultate annimmt: Die an die
Schienen grenzenden Teile des Streifens verlieren die zugefiihrte Energie um so mehr, j e naher sie den Schienen liegen,
durch innere Warmeleitung. Um
so yeniger wird sich ihre Tempe- 6 x i o d 2
ratur andern. Die dahinter liegen- 82
den Thermolotstellen empfangen
die durch innere Leitung fortgehende Warme nicht. Blendet
man die Strahlung von diesen Teilen
ab, so wendet man doch die in ihnen 5e80 0.5 1 , ~
z o m m Abblendung
auf ieder k i t e
produzierte Joulesche Warme auf.
MeBstreifen Nr. VIII.
Urn den Betrag dieser Jouleschen
WBrme, der durch metallische
Fig. 4.
Leitung fortgeht und daher von
den Lotstellen nicht gemessen wird, erscheint die StrahlungsgroBe zu grog.
Bei unabgeblendeter Langsrichtung ist zu erwarten, daB
sich bei Strahlung dasselbe Temperaturgefalle der Streifenenden einstellt wie bei Heizung. Ein Unterschied ist dadurch
bedingt, daB die zugestrahlte Warme von der Oberflache des
Streifs in den Endquerschnitt geleitet werden muB, bei elektrischer Heizung aber der Leitungsweg urn ein geringes kiirzer
ist. Diese Unsicherheit haftet iibrigens auch der K u r l b a u m schen Methode an und bedingt einen zu groBen Wert yon c.
Die Verhaltnisse sind ahnlich, wie bei dem Temperaturunterschied zwischen der bsstrahlten Oberflache und dem Metallstreifen selbst. Dab der Fehler unbedeutend ist, ergibt sich
aus zwei Tatsachen:
1. Verschieden dicke Streifen ergeben dasselbe Resultat.
2. Ein Streif wurde oben und unten nicht auf einem Kupferblock, sondern rwischen zwei Kupferblocken gehalten (Fig. 1 c),
ohne daB das Resultat sich anderte. - Ich habe mich deshalb bei den definitiven Messungen darauf beschrankt, zu
zeigen, daB die geringe Abblendung seitlich, welche zur exakten
Messung der Breite von F, und zur Beschirmung der Thermosaule erforderlich ist, keinen Fehler gibt. A19 Langsdimension
m
W. Gerlach.
16
wurde die Entfernung der beiden Kupferstucke gemessen und
ihre Projektion auf die Spaltebene in Rechnung gesetzt. Die Messung war bis auf 0,3--0,5Proz. moglich.
Durch weitere Versuche war gezeigt worden, daB das
Resultat und die Emptindlichkeit der Anordnung unabhangig
von der Dicke der MeEstreifen ist.
Ferker ergaben schmale Streifen, die gerade die Lotstellen bedeckten, und breitere , die seitlich je ’/* mm beiderseits daruber hinausstanden, gleiche Werte, falls der Streifen
symmetrisch zu den Lotstellen lag. Lediglich die Zeit der
Einstellung anderte sich mit der Dicke. Die dunnsten Streifen
nnhmen nach 20 Sek., die dicksten erst nach 30 Sek. konstante
Temperatur an. Zweifellos waren die 1-2 p-Bleche ungleich
dick; denn die Stiicke, nus denen sie geschnitten waren, zeigten
an vielen Stellen feine Locher, nicht aber die Streifen selbst,
wie ausdrucklich nochmals betont sei. Meine Anordnung gibt
also auch rnit ungleichmafiigen Streifen dieselben Werte wie
mit gleichmafiig dicken, als welche man die von 6-7 p, wohl
ansehen darf. Dies ist in obereinstimmung mit den Eriirterungen von Prof. Paschen.’)
Die schwarzen Strahlungskijrper von 0 und looo waren
in doppelter Hinsicht gepriift. Nachdem mit einem zwischen
0 und 1000 besonders geeichten Fe-Konstantanthermoelemente
die Gleichheit der Temperatur im Dampf des Kessels mit der
in den beiden Dampfmanteln des 100 schwarzen Korpers
nachgewiesen war, wurde mit dem gleichen Therrnoelemente
die Temperatur der inneren Waadung des Strahlungshohlraumes bestimmt und an allen Stellen gleichmii8ig und gleich
der im Dampfkessel befundeu. Auch im schwarzen Kiirper
von O o war an allen Stellen gleichmasige Temperatur. Aufier
der Temperatur wurde die Strahlung der beiden Hohlriiume
untersucht. Ich lieB dazu verschiedene Teile derselben auf
eine Thermosaule mit kleinem 6ffnungswinkel strahlen; hierbei
ergab die Strahlung aller Teile bei beiden Korpern ubereinstimmende Resultate. Die Bedingung einer schwarzen Strahlung konstanter, exakt gemessener Temperatur war also bei
den Messungen erfullt.
-
_
_ -_~
1)
F. Paschen, Ann. d. Phye. 38. p. 30. 1912.
17
Methode zur Bestimmung cler Strahlung.
Eine Erwarmung des Hauptdiapbragmas oder des Thermosaulenspaltes war nicht nachweisbar. Wurde der Spalt mit
einem beiderseitig versilberten Kupferblech (aus gleichem Stuck
wie die Spaltbacken geschnitten) bedeckt, so anclerte die
Thermosgule bei Bestrahlung ilire Ruhelage nicht. Wurde
das Hauptdiaphragma mit einem beiderseitig geschwgrzten Blech
bedeckt, so gab die Thermosaule bei Vertauschung der Strahlungskorper einen Ausschlag von 0,s Proz. des vorherigen Strahlungsausschlages, dagegen uberhaupt nichts, wenn dieses Blech
nicht schwarz war. Auch lieferten Beobachtungen mit Klappe
an dem schwarzen Kijrper und ohne Gebrauch einer Klappe
gleiche Werte, so da8 eine Eigenstrahlung des Diaphragmas
ausgeschlossen war.
§ 4. Verlauf einer Messung.
Naclidem die in beschriebener Weise aufgestellte ThermosPule sich austemperiert hatte - Klemmen , Zuleitungen und
Blendengehause waren zum Schutz gegen au6ere Einflusse
mit Seide und Watte umhiillt - wurde der schwarze K6rper
looo angeheizt, der von 00 mit Eis und Wasser umgeben.
Durch Offnen einer nahe dem Dampfkessel befindlichen Tur
konnte die Zimmertemperatur konstant gehalten werden , so
claB die Nullage des Galvanometers mahrend einer Messung
sich nicht wesentlich anderte. Mit den Nessungen wurde erst
dann begonnen, wenn aus dem Kondensationsrohr des loooschwarzen Korpers tropfenweise Wasser abfloB, was sich durch
Regulierung des Gasdruckes im Heizbrenner leicht erreichen
und wahrend einer Messung halter1 lieB. I m folgenden gebe
ich nun ein Beispiel einer Messung mit allen Zahlen:
25. 1. 1912 abeizrls.
Barometer zu Anfang des Versnches 723,06
,, ,, Ende ,,
,,
725,06
Temperatur abs. des ,,schw. K. 100°L' 371,69.
.
Abstand R
. .
Breite des Spaltes
Lange des Streifens
. . .
. . .
. . .
35,68cm
0,370t4cm
2,7553crn
Widerstand des Streiftus w = 0,1139 52.
Annnlen der Phyaik. 1V. Folge. 38.
2
I.Y. Gerlach.
18
Galvanometrische Messuog :
Strahlu~ngsr~aess~nge,,.
Schw.
K. looo.
Strommessungen :
Schw. K. O o .
Zeit
Galv.
Zeit
Galv.
0"
15
399,O
399,l
4 5"
0
591,4
91,6
Schw. K. 0".
30"
592,O
594,5
95,s
96,O
96,O
4,5
0
15
30
Schw. K. 100".
45"
0
15
30
45
0
15
Zeit
45"
0
15
30
Strom: Amp. 126,2 Skt.
Kommutatorlage I.
15"
30
45
0
15
30
173
Schw. K. Oo.
30"
45
0
15
30
45
0
15
589
93,9
95,6
95,O
95,O
94,6
94,3
94,s
Schw. K. 1000.
404,O
397,9
97,3
96,O
96,3
95,5
3 0"
45
0
15
30
45
usw.
:
30
45
0"
30
45
93,9
94,1
94,0
94,1
C. 11. Strom: 126,2 Skt.
590.2
91,0
91,0
Sttirung
92,o
93.0
396,0
15"
30
45
0
95,3
95,1
95,0
jtrom aus, schw. K. O o .
K. I. Strom: 126,2 Skt.
15
592,0
93,0
45"
0
15
30
45
0
3trom aus, schw. K. Oo.
45"
0
15
94,0
Strom aus, schw. K. O o .
394
93,7
92,7
93,7
92,2
92,2
405
o,2
399,4
99,7
99,o
98,s
Galv.
94,4
94,0
94,2
15"
30
45
0
15
396,O
94,9
94,5
94,4
593,4
95,0
96,1
96,3
96,1
USR.
3trom aus, schw. K. Oo.
0"
15
30
45
0
(Vgl. Kurven Fig. 5.)
591,O
92,s
93,O
93,2
94.0
K. 11. Strom: 126,2 Skt. ,
15"
30
396
95,2
,
I
19
Methode zur Bestimmuny der Strahlung.
Die graphische Berechnung liefert die Werte: l)
Strahlungsbeobachlungen~
Einzelwerte 197,O 195,8 198,8
BIittelwerte
196,4 197,3
Einzelwerte 196,9 197,6
Mittelwerte
197,2
197,6 I1 196,O
195,1
196,85 196,35
195,7
196,6
197,5
196,5
196,s 196,s
196,4
196,8
197,6
197,55
Strombeobachtz6ngei,:
K. I.
Einzelwerte 198,40
Milittalwcrte
198,O
198,l
198,25
198,05
198,s
198,4
198,60
198,65
198,7
198,60
K. 11.
200,O
Einzelwerte 200,O
.
Mittelwerte
198,9
-~
~~
200,O
199,45
200,5
199,70
199,O
199,75
200,O
199,50
Mittel der Strahlungsbeob.: 196,80
,,
,,
Strombeob.:
199,04
Strom: 126,2Skt. - 0,024724A.
{ beob.
ber. Strom: 0.024584 Amo.
u = (unkorr.) 5,692 = (korr.) 5,745 Watt em--2
Uber die Ausfiihrung dieser Messungen sei folgendes gesagt. Die Thermosaule wurde mit dem 100 O- schwarzen Kiirper
bestrahlt, und die Galvanometerstellungen von 15” zu 15”
notiert. Nach meist 11/z-2 Min. langer Beobachtung legte
ich die Strahler um und beobachtete die Einstellungen bei O o
in gleicher Weise. So wurde mehrere Male hin und her vertauscht, wobei der Gebrauch einer Klappe, der leicht Fehler
briogt und vor allem doppelte Anzabl von Ablesungen erfordert, umgangen war. Wahrend der 0 O-schwarze Korper
auf die Thermosaule strahlte, wurden die Heizungsausschlage
auf gleiche Weise beobachtet und registriert, bei jeder Kompensationsmessung au6erdem Ablesung am Amperemeter und
Lage des Kommutators (C, in Fig. 2) notiert. Die so erhaltenen Galvanornetereinstellungen wurden in groljem Ma6stabe
in Koordinatenpapier eingetragen (Fig. 5). Wenn ein Gang,
~
1) Die fett gedruckten Zahlen sind die Resultate der nngefuhrten
Beobachtungen.
2*
20
W. Gerlach.
d. h. keine konstante Einstellung, vorbanden war, so wurde
dieser graphisch eliminiert : der nach der Einstellungszeit vorhandene Gang - in den Kurven fast immer durch eine schra,ye
gerade Linie ersichtlich - wurde von den Notierungen der
ersten Minute abgezogen. Es wurde stets die Differenz der
letzten Ablesung einer Messung und des Schnittpunktes der
riickwiirts verlangerten ,,GangiL-Geradender darauf folgenden
Messung mit der Zeitordinate der ersteren als Ausschlag genommeii und danri das Mittel zwischen zwei aufeinanEierfolgenden Beobachtungen gebildet. niese stimmten gut uberein,
Strahlung x x x
Strom
GOO
Extrapolierk Punkte Q
Fig. 5.
stets auch solche Beobachtungen mit starkem Gang mit solchen
ohne jeden Gang, was die Berechtigung der graphischen Korrektionsmethode beweist.
Der zur Kompensation dienende Strom erzeugte nicht
iinmer den gleichen Ausschlag des Galvanometers, wenn er
kommutiert wurde, obgleich die Ablesungen am Amperemeter
dieselben waren und keinerlei Isolationsfehler vorlag. Dime
Differenz glaube ich durch Peltier- und Thomsoneffekt an dem
Ubergang der Streifen zum Kupferplattchen erklaren zu kiinnen.
Denn die Differenz der Ausschlage wurde groBer, j e mehr ich
den Streifen schief zu den Lotstellen legte, d. h. von der Seite
betrachtet (stark ubertrieben).
,,/’:
1t
I.
anstatt
!:
Vollkommen parallel zu den Lotstellen laBt sich der
Streif ja uberhaupt nicht legen, so daf3 die Differenz daher
Methode zur Bestimmung der Strahluny.
21
kommt, daB das eine Ma1 Erwarmung, das andere Ma1 Abkuhlung durch den genannten Effekt von den naher liegenden
Lotstellen starker gemessen wird auf der einen Seite als suf
der anderen Seite. Das Mittel der Galvsnometerausschlage
war aber auch hier (auch bei gr66eren Differenzen bis zu
einigen Ilrozenten) stets i2 w proportional; bei den definitiven
Messungen war die Differenz stets kleiner als *0,5 Proz.,
meist gar nicht merkbar.
Der einern Strahlungsausschlag a entsprechende Strom i
wurde aus dem beobachteten Strom i' und zugehorigem Ausschlag a' berechnet nach
p = i'ad .
(3)
a'
Verschiedene Stromc, welche Ausschlage a' > a und a' < a
lieferten, ergaben denselben Wert i. Zur Kompensation eines
Strahlungsausschlages a = 313,9 Skt. wurden drei Strome il',
iz', i3' verwandt, die Ausschlage u]', a2', asr ergaben. Die Abweichungen der aus ihnen nach Gleichung (3) interpolierten
Strome i liegen innerhalb der Fehlergrenzen der einzelnen
Kompen sationsmessung
.
T a b e l l e V.
MeBstreifen Nr. 111.
I
I
Strome i'
_ ~ _ _.....
~
1.
3.
2.
!
,
Ausschlage a'
~ _ _
....
0,025400
0,024888
1
,
....
3liT
~
0,024878
311,8
.
1
Interpolierter
Strom i
.
~
0,024962
0,024898
0,024944
1
~
1
1
~
.
Diff. l)
gegen Mittel
-
_
_ _
___
+'0,22
-0,3
+0,08
_
.~
a/io
~ _ _ _ _ _ _ _ _ . .
Mittel: 0,024935
Nach jeder Messung wurde der Widerstand des MeBstreifens aus der Spannung an seinen Enden, wenn er von
einem Strom bekannter GroBe - dem bei der betreffenden
Messung gebrauchten Strom - durchflossen war, bestimmt,
I) Ich gebe direkt die doppeiten Fehler ail, wie sie, weil der Strom
irn Quadrat eingeht, im Resultat in Betracht kommen.
22
W. Gedach.
so daS der Widerstand fur jede Stromstarke gemessen wurde.
Obwohl man den Widerstand berechnete, ma6 man also tatsachlich die Spannung.
In Fig. 6 ist I die friiher gegebene Kompensationsschaltung, I1 die Schaltung fur die Messung des Widerstandes.
E
1
Fig. 6.
1st e die Spannung an den Enden des MeBstreifens, und E
ein geeichter Akkumulator, so ergibt sich der Widerstand aus
weiin das Galvanometer stromlos ist.
Die Potentialdrahte waren dunne angelijtete Manganindrahte, als Galvanoakop diente dss sonst gebrauchte Eisengalvanometer.
Messungen wurden mit sieben Streifen ausgefuhrt, welche
aus verschiedenen Blechen geschnitten waren. Variiert wurden
bei den Messungen:
1. Thermosaulen,
2. Anordnung und Aufstellung,
3. Streifen (Blech, Dicke, Breite),
4. Platinierung,
5. Thermosilulenspah,
6. Entfernung,
7. die Anordnung der Thermoelemente dadurch, daB
Streifen solcher Breite, die gerade die LStstellen bedeckten, und breitere verwandt wurden.
Die folgenden Tabellen geben die erhaltenen Resultate.
23
Methode zur Bestimmuny der Stralilu~ig.
Tabelle VI.
I. Thermosaule, 17 Elcnzente.
Mefistreifen ca. 10 p dick, 2 mm breit.
23. I. 11
11
I
1
1
19,53
1 , 5 5 6 ~ 0 , 1 7 7 51 0,124
1
1
5,90
IL Thermosaule, 23 Elemente.
MeBstreifen ca. 12 p dick,
14.VII. 11
6
19,43
16.VII. 11
"16'
18.VlI. 1111
~
26,90
I}
1,s mm
1)
breit.
1,0602 ~ 0 , 1 0 3 1
1,576 x 0,1534
0,100
1
0,017166
0,020199
0,015002
5,89
5,74
5,90
Mepstreifen I.
dick, 4 mm breit, mit alterer Lummer-Kurlbaumscher LGsung
ca. 1-2
x.
11
22.
24. X. 11
24. X. 11
11.4
11. 5
11.6
26,61
34,61
31.
11 111.1
1 XI. 11 111.2
15. X I . 11 1 1 111. 3
32,75
32,73
30,73
'
x.
ra. 3-4
5 . X I I 11
8.XII. 11
'1
I
I1
1
0,1705
0,1707
0,1705
11
0,1705
11 1 0,1707
~
0,024397
0,024476
0,018819
6,141
6,165
6,166
0,022537
0,022897
6,102
6,121
6,135
p dick, 4 mm breit, rnit PtCI,+€ICI gesehwxrzt.
Iv. 2 I
Iv. 5
ca. 5-6
1
I
31,80
26,69
~
111
, IV
1
0,1437
0,1436
I
0,026353
0,028237
I
6,175
6,161
1 6,168
Hepslreifen VIL
PtC1,fHCI geschwarzt
p dick, 3,3 mm breit, mit
8.XII. 11 11 IV. 6
1
I IV 1
26,76
i 0,028082 I
0,1429
6,099
1
6,099
Mepstreifen FIIZ.
ca. 6 p dick, 4 mm breit, mit neuer L.-I<. Losung geschwsrzt.
11.XII.11" v. 1 ' 30,62
:1
0,122!
0,026779
12.~11.11
v. 2 i
1
32,78
1
~
0,1222
0,026963
Mittel: 6,14
.
e
0
Pb
$
$
'\.
2
-3
04
4
I1
~
~
6. I. 12
5 1. I. 12
6 , 1. I. 12
7 1 1. I. 12
1.
1) d.
11.
4. I. 12
5. I. 12
3
14
rii
~-
. f : a
9
5~
__
~
6
_______
~~
-_
/(Tab.I:
259,11371,37
259,l; 371,37
1 7 7 , l ~371,16
1 7 7 , l ~371,16
'i
~
0,6/ 7,
0,6j 2,
0,41 12,
0,4 I 4,
' I
*0,3 o/h
f0,15
f0,47
f0,OO
0,1272 0,027160 301,l 297,61372,39 0 , 9 ~13, *0,33
0,1273 0,0206091 173,5 171,7~372,42 0,5' 5, &0,24
0,1273 0,020635 173,9 171,7! 372,42 0,51 4, f0,19
0,20361 0,021281! 256,6
31,80
31,80
0,2036 0,021386 259,l
Nr. 1:
0,2036 0,017392 176,4
38,80
0,2036 0,017397 176,5
38,80;
32,62
42,62 Nr. 9
42,621
35,68
I
lieu
gesclimirgclt
,
I
I
11, -10,2
291,2 372,181 0,8i 3, t 0 , 7 1
203,9 372,18 0,5 5 , *0,44
14
-
I
15
___
0.10'2
5,569
-
5,812'
5,854
5,857
14, f0,14
6; f0,41
6, -10,41
5,721
10, f0,16"/,
10, f 0 , 1 6
6, +0,26
6, f0,26
6, f 0 , 2 6
7, *0,17
8, fO,6
11, f 0 , 2 8
5,7451 5,745
~
, 5,950 1)5,980
5,950
'niIittc1: S,S@
10, *0,2
8, f0,16
3, f0,30
bis er minimal diinn mar uud Locher erhielt, sodann platiniert.
I
Nr. 12 0,1139 0,024584' 196,8
0,1191 0,025358~233,2 233,l 372,15 1,0/ 3, f 0 , l
0,1192 0,0262671 241,l 242 21 372,111 1,l 10, *0,38
I
32,52 Nr. 6 0,1147 0,025595 254,9 231,3/ 371,931 1,01 5, *0,25
IX. 32,68 Nr. 7 0,1190 0,025151' 227,5 232,0/ 372,15 1,O; 11, *0,4
IX. 32,68 Nr. 7
IX. 29,68 Nr. 8
Y.
XIoWdxcifen I
IX. 21 Ia1j 31,741 Nr. 1C
IX. 31 I s 41,82, Nr. 10
I. 12 XI. 1
S '27.XII.11
9 '19.XII. 11 vIr. 3
10 '30 X I I . 1 1 VII. 4
'
11 i3O. XII. 11 VIT. 5
~
12 125
13
14
.
Methode zur Bestimmiing der Strahlung.
25
Zu ihnen sei folgendes gesagt: Die in Tab. VI enthaltenen
Werte sind mit der anfangs erwahnten kleinen Aiiordnung
gefunden. Sie haben keine groBe Sicherheit , weil abgesehen
von der Unsicherheit bei der Messung der kleinen bestrahlten
Flache der Widerstand der MeBstreifen nicht aus der Spannung berechnet, sondern nach dem Kohlrauschschen l) Verfahren des ,,iibergreifenden Nebenschlusses" gemessen wurde,
eine Methode, die der ersteren an Genauigkeit nachsteht und
nicht die Messung des Widerstandes bei Heizung mit dem im
Versuch gebrauchten Strome gestattet. Immerhin zeigen die
rnit zwei Thermosaulen und verschiedenen Bedingungen erhaltenen Werte eine recht gute Ubereinstimmung. Die Versuche von Tab. VII sind ausgefuhrt mit einer Abblendung oben
und unten von je 1-2mm.
Nach Fig. 4 sind also diesc
Resultate urn den konstanten Wert von 0,3 Watt cm-2 grad+
zu hoch (vgl. Versuche mit MeBstreifen VIII: Tab. V I I , Versuch V, 1, 2 mit Abblendung; Tab. VIII, Versuch VfII, 1 , 2, 3
ohne Abblendung). Ich gebe diese Versuche an, urn an weiteren
Beispielen die Unabhangigkeit des Resultates von den p. 22
erorterten Variationen zu zeigen.
Tab. VIII enthalt die endgultigen Messungen. I n Kr. 1-7
wurden MeBstreifen nach Fig. 1 b verwandt, in 8-12 solche
nach Fig. 1 c. Nr. 8 ist insofern von 9-11 unabhlngig, als
nach Versuch Vlf. 1 die Lage des MeBstreifens etwas geandert
und er neu platiniert wurde. Reihe 13 gibt die Anzahl der
Strom- und Strahlungsbeobachtungen n und die mittleren
Fehler E, beide GroBen ergaben in n/a2 das Gewicht der Einzelresultate in Reihe 14, aus welchen die Mittel (Reihe 15) gebildet wurden. Die Prozentzahl in Reihe 12 gibt die Summe
der geometrischen Korrektion und der Projektion der Streifenlange auf die Spaltebene.
Die beiden Messungen 13 und 14 sind mit einem Streifen
gemacht, der an manchen Stellen durchscheinend war, an
anderen auch nach der Platinierung LGcher hatte. Deshalb
ist dieser Wert, dessen Abweichungen vom Mittel die Fehlergrenze iibrigens kaum iiberschreiten ? nicht zur Bildung des
Resultates verwandt worden.
1) F. K o h l r a u e c h , Wied. Ann. 20. p. 76. 1883.
26
lK Gerlach.
5 5.
Fehlerquellen.
1. Nur ein Punkt in meiner Anordnung entspricht wie
bei K u r l b a u m nicht der Theorie: Es lie6 sich kein absolut
schwarzer Empfanger verwenden. Wieweit eine platinierte
OberflBche schwarz ist, ist schon mehrfach untersucht worden,
doch weichen die Resultate noch ziemlich stark voneinander
ab. Ich werde desbalb das Reflexionsvermogen der von mir
benutzten MeBstreifen fur die in Frage kommenden Wellenlan5en bestimmen. Nach den vorliegenden Messungen von
K. Angstrom1), F. K u r l b a u m 2 ) und Th. RoydsS) wird man
wohl 1-2 Proz. reflektierte Energie annehmen konnen. Die
J?B ry schen Messungen , welche bedeutend hohere Werte fur
das Reflexionsvermogen geben , stehen bisher vereinzelt da,
Es scheint
nicht bewiesen zu sein, da6 die Warmeableitung bei der gefalteten und glatten Lamelle die gleiche
ist, auch ist es wohl nicht gleichgultig, ob die Thermolotstelle
auBen oder in einer Falte sitzt. Der Versuch FBrys mit dem
Differentialthermometer 6, scheint ebenfalls wegen der verschiedenen Wiirmeableitung der bestrahlten iiu6eren oder inneren
Flache nicht beweisend. Das gleiche kann wohl gegen die
vergleichende Messung4)7 der von einem Konus und von einer
Flache ahsorbierten Energie eingewandt werden.
2. Eohlensaure und Wasserdampf der Luft konnen durch
Absorption von Strahlungsenergie die Konstante zu klein erscheinen lassen. Eine diesbeziigliche Untersuchung werde ich
ebenfalls in Angriff nehmen.
3. Die Temperaturdifferenz zmischen Oberfliiche und
Innepem des Empfiingers, von K u r l b a u m 7 ) experimentell untersucht, betriigt nach den Erorterungen von F. P a s c h e n s ) unter
1) K.A n g s t r o m , Ofersigt of K. Vetenek- Akad. Farbandl. Stockholm 5. p. 283. 1898.
2) F. K u r l b a u m , Wied. Ann. 67. p.846. 1899.
3) Th. R o y d s , Phil. Mag. (VI) 21. p. 167. 1911; Phys. Zeitschr. 11.
p. 316. 1910.
4) Ch. F b r y , Compt. rend. 148. p. 1043. 1909.
5) Ch. FBry, Ann. chim. phys. 13. p. 267. 1909.
6) Ch.FBry, Compt. rend. 146. p. 777.
7) F. K u r l b a u m , Ann. d. Phys. 2. p. 546. 1900.
8) F, P a s c h e n , Ann. d. Phys. 38. p. 30. 1912.
27
Jfet,’code zur Bestimmung tier Strahlung.
Annahme der Kurlbaumschen’) Messungen hochstens 3 Promille, urn welchen Wert die Konstante zu vergrobern ist.
4. Fehlerquellen durch Reflexion an den Diaphragmen
sind ausgeschlossen, wie die exakte Gultigkeit des Entfernungsgesetzes und die Konstanz der Ausschlage bei Einschaltung
einer weiteren engen Blende in den Strahlengang bewies.
5. Die Fehler durch die Einzelmessungen betragen im
Maximum: Entfernung (quadratisch!) & 0,l Proz., Diaphragma
0,O Proz., bestrahlte Flache & 0,4 bis f 0,6 Proz., Strom
(quadratisch) j , 0,l Proz., Widerstand & 0,l Proz. Die Genauigkeit der galvanometrischen Ausschlage ist bei jeder
Messung in Tab. VIII, Reihe 13, angegeben. Alles addiert
gibt als gro6trnoglichen Fehler einer Messung 1,6 Proz.
8 6.
Ergebnia.
Aus meinen Messungen folgt fur
ci
= (5,803 f 0,057) x
D
der Wert:
watt ern-?. grad-4
= 1,386 g cal. crn-2
und
Sloe - So = 0,08015 watt cm-z
=
gradw4
0,01914 g cal. cmp2 gradp4.
Diese Zahlen sind direkt mit denen K u r l b a u m s vergleichbar. Sie sind - die vorliegenden Messungen uber Beflexion an schwltrzen Flachen als richtig angenommen - nach
5 5 um etwa 2 Proz. zu vergrof3ern. Vergleichbar mit F B r y s
watt cmp2 grad-4. Das zur UmWert ware (5 = 5,9 x
rechilung der Watt in Grammkalorien erforderliche elektrothermische Aquivalent ist gleich
0,2388
gesetzt.
F u r 0 stehen sich nun drei Werte gegenuber,
watt cm-2 grad-4 nach:
1 ) Vgl. Anm. 7, p. 26.
6
x 10l2
25
IV. G'erlach.
. .
. .
Kurlbaum')
Valentinere)
Bauer u. Moulin 3,
5,32
5,36
5,30
Gerlach
. .
5,803
. . .
FBry u. Drecqj)
FBry4)
.
.
6,30
6,5l
Die Ubereinstimmung der Kurlbaumschen und V a l e n tinerscben Messungen kann nicht wundernehmen, beide Werte
sind nach gleichen Methoden gefunden und die V a l e n t i n e r schen Bolometer aus gleichem 1 p-Blech hergestellt wie die
Kurlbaumschen. Fur die hlessung von S. V a l e n t i n e r gilt
also ebenfalls die Paschensche ErGrterung. In der Arbeit
von B a u e r und Moulin ist nicht bewiesen, dat3 ein Platinstreif zur gleichen Widerstandsanderung geheizt im Vakuum
die gleiche Temperaturverteilung besitzt wie in Luft.O) lhre
Platinfolien sind nicht gleichma6ig erhitzt, wie aus ihren Angaben und Abbildungen folgt, eine Ungleichheit, die noch durch
die angeloteten Potentialdrahte erhoht wird. Ferner geben B a u e r
und Moulin (p. 18 des Separatabdruckes) die gemessenen Eichkurven fur die Platinfolien im Vakuum und in Luft. Mir
scheint die von ihnen fur die Strahlungsmessungen angenommene
Eichkurve nach ihren im Text gemachten Angaben anders
laufen zu mussen, als von ihnen gezeichnet.') Ich berechne
nach ihren Angaben statt der von ihnen extrapolierten Zahl
16,O wattcm-2 19,0 wattcm-2, und demgemaBfur a=6,0x 10-l2
watt cm-2 grad-4. FBrys erste Methode lieferte Werte von
6,04-6,66, als Nittel 6,30, wiihrend die neue Modifikation
von FBry und D r e c q 6,51 ergibt. Doch hat die erste Methode wohl den Vorteil vor der xmeiten, einen Gleichgewichtszustand zu beobachten.
Nach meinen Messungen glaube ich schlieBen zu diirfen,
daB nicht in einem hohen Reflexionsvermogen schwarzer Fltichen,
__
F . K u r l b a u m , Wied. Ann. 65. p. 746. 1898.
8. V a l e n t i n e r , Ann. d. Phys. 31. p. 175. 1910.
E. B a u e r u. M. M o u l i n , Journ. d. Phys. 3. Dez. 1909.
Ch. F e r y , Bull. SOC.Franc. Phys. (2) 4. 1909.
Cb. F Q r y u. M. D r e c q , Journ. d. Phys. (V) 1. p. 551. 1911;
Compt. Rend. 162. p. 590. 1911.
6) Vgl. F. P a s c h e n , Ann. d. Phys. 38. p. 30. 1912.
7) ,,La droite 0 E parallkle la droite V et qui passe par I'origine."
Die Gerade parallel der Geraden V fuhrt nicht auf 16,9 watt cm-z fur
36,5 hlikrovolt, sondern auf 19,O watt ern-'.
1)
2)
3)
4)
5)
illethode zur Bestimmmg der StrahEuny.
29
wie F B r y meint,, sondern in dem von Prof. P a s c h e n erorterten
prinzipiell bedenklichen Punkt des K u r l b a u m when M e h e r fahrens sein kleiner Wert begriindet ist (wenn auch ein hoheres
Reflexionsvermogen, als bisher angenommen wird, moglich ist).
Denn ich erhalte nach cinem Verfahren, das in allem Wesentlichen (schwarze Flache sls Empf'anger, Strahlung von O o zu
looo) dem K u r l b a u m s c h e n analog ist, aber den bedenklichen
Punkt vcrmeidet, einen urn 9 Proz. hiiheren Wert fur die
Strahlltngskonstante.
Diese Arbeit ist auf Veranlassung und unter Leitung von
Hrn. Prof. P a s c h e n im physikalischen Institut der Universitiit.
Tiibingen ausgefuhrt.
T i i b i n g e n , den 14. Februar 1912.
(Eingegangen 15. Februar 1912.)
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