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Eine neue Heliumserie unter der Wirkung des elektrischen Feldes.

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610
I.
Einer der bemerkenswertesten Ziige des Effektes des
elektrischen Feldes auf die Spektren chemischer Elemente
ist die Verstkkung der Intemitat von Linien im Verhaltnis
zu derjenigen anderer Linien und unter Umstanden sogar
die Sichtbarmachung neuer Linien, deren Intensitlit in einem
schwachen elektrischen Felde unmerklich ist. Das erste Beispiel fiir die Verstarkung von Linien eines Elementes im Verh&ltnis zu anderen Linien stellt die von S t ark1) beschriebene
Wirkung des elektrischen Feldes auf die Linien der 8. Lithiumnebenserie dar. Das erste Beispiel fur die Sichtbarmachung
neuer, bis dahin nicht bekannter Serienlinien durch das elektrische Feld, verdanken wir J. Koch2), der die 3. Nebenserie von HeI in einem starken elektrisohen Felde entdeckt
hat. In der vorhergehenden Arbeit habe ich meine Beobachtungen iiber vier weitere Glieder der letstgenannten Serie
mitgeteilt. Erst nach Niederschrift meiner ersten Arbeit sind
mir die beiden dort erwahnten Arbeiten von R. Brunettis)
und eine Abhandlung uber den Effekt des elektrischen Feldes
auf Linien des Heliums und Neons von H. N y qu i s t 3 bekannt geworden.
1) J. Stark, Beobachtungen iiber den Effekt des elektrischen
Feldes anf Spektmllinien. VI. Polarisiemg und Verstiirkung einer Sene.
Ann. d. Phys. 48. p.210. 1915.
2) J. Koch, Ober eine neue Linienserie im Spektnuu des einwertigen Heliuma. Ann. d. Phys. 48. p. 98. 1915.
3) R. Brunetti, I1 fenomeno di Stark-Lo Surdo nell’elio. Linoei
Rend. 24. p. 719. 1915. - R. Brunetti, Altre ricerche sul fenomeno di
Stark-Lo Surdo nell’elio. Lincei Rend. Z4. p. 55. 1915.
4) H. Nyquiat, The Stark effekt in helium and neon. Php. Rer.
(II) p. 226. 1917.
Neue Helzumerie lblzter dev WiTkwag des elelctrisch Feldes. 611
Die Untersuchung von Nyquist hat mehrere wichtige
Reaultate gebracht. So hat Nyquist die Erscheinung der
Sichtbarmachung neuer Linien durch das elektrische Feld
an einer groBen Amah1 (34) neuer Neonlinien beobachten
konnen. Ferner hat Nyquist den Effekt des Feldes auf die
beriihmte Heliumlinie 4686 zum erstenmal beobachtet. Ihre
symmetrische Zerlegung ist nach ihm der Wasserstofflinie Ha
sehr Bhdich. Eine interessante Seite ihrer Beobachtungen indes
haben sowohl N y q u i s t wie B r u n e t t i iibersehen. Beide
haben nLmlich gewisse Linien des Heliumspektrums als Komponenten (,,Satelliten") bereits bekannter H e l i d n i e n angwehen. Sie sind indes, worauf mich Hr. Prof. S t a r k beim
Lwen der Arbeiten sofort aufmerksam machte, ah Linien
einer neuen Serie des Heliums, und awar einer 3. Nebenserie von HeII (Parheliwn) anzusehen. Erst bei Berucksichtigung gewisser Resultate meiner vorhergehenden Arbeit
gewinnen die nicht richtig gedeuteten Beobachtungen von
B r u n e t t i und Nyquist die h e n mkommende richtige
Bedeutung. Daher sei an dieser Stelle nach den mir
von Hm. Prof. S t a r k gegebenen Hinweisen eine aus den
Arbeiten entnommenen Gharakteristik der neuen Serie zusammengestellt.
Nach Koch berechnen sich die Wellenzahlen der 3. Nebenserie von HeI aus den Wellenzahlen der zugehorigen Eauptserie als Differenzen der Wellenzahl 1 /A,, ekes sptiteren Gliedes n
gegen die Wellenzahl 114 der Grundschwingnng dieser Serie.
Bedeutet also A,,,' die WellenlBnge einer Linie der 3. Nebenserie, so ist demnach
-1= - - -1 .
L'
1
A,
Auch ohne Kenntnis der Beobachtungen von B r u n e t t i und
Nyquist hiitte man vermuten konnen, daS sich, in derselben
Weise wie aus der Hauptserie von He1, auch aus der Hauptserie von He, die Wellenzahlen bzw. Wellenlhgen einer neuen
Serie berechnen lessen. Die Berechnung ist in der nachstehenden Tabelle durahgefiihrt. Nun haben B r u n e t t i und
Nyquist in der Tat unmittelbar hinter den Linien der 1. Nebenserie von Hen new Linien beobachtet, ohne sich freilich daruber klar 5u sein, daS e~ sich hier tatslichlich urn new, infolge
von Intensitiitsverstiirkung durch das elektrische Feld sicht1,
G. Liebert.
612
Tabelle.
1
Hauptserie
11
486,6220582,O
L993,73 5015,7
3522,15 3964,9
1767,18 3613,8
2900,46 3447,7
I
7
-
III. Nebenserie
I
2
3
4
5
1507,ll
2035,53
2280,56
2413,84
I
1
des elektrischen Feldee
Effek, 7500
Volt x cm-3
I1
6635,2 4912,2 4910,8
4384,9 4384,5
4142,8 4143,4
1
1
1
1
bar gemachte Linien und nicht urn Komponenten des Gliedes
der 1. Nebenserie handelt. Aus den nur qualitativen Angaben von B r u n e t t i lassen sich die Wellenliingen der neuen
Linien nicht esmitteln, doch sind sie au5 den Angaben von
Nyquist zu entnehmen: Ihre Genauigkeit freilich durfte
wohl nicht groBer als 1 A. sein. Die von Nyquist beobachteten Wellenlangen I,’ sind in der Tabelle neben den in der
angegebenen Weise berechneten Zahlen eingetragen. Wie man
sieht, ist die Ubereinstimmung ewischen Berechnung und
Beobachtung so genau, als man es bei den Schwierigkeiten
der Messungen Nyquis t s und der Messung der Wellenliinge
des Anfsngsgliedes der Hauptserie von HeII (20582) uberhsupt erwsrten kann. Diese gute Ub,ereinstimmung fur drei
Glieder laBt es als susgeschlossen erscheinen, daB sie nur eine
zufiillige ist, und wir diirfen somit den Naghweis des Auftretem einer neuen Serie von HeII als gesichert betrachten.
Obereinstimmend mit der 3. HeI-Serie tritt diese Hen-Serie nur
in einem erheblich starken elektrischen Felde auf und besitzt in
einem erheblich schwachen elelctrischen Febde, so in der positiven
LichtsauZe und der, negative% Glimmschicht, keine mrkliche
1r&?witat.
Ein weiterer Beweis fiir die Richtigkeit der eben entwickelten Auffassung ist in dem elektrischen Effekte der
Linien der neuen Hen- Serie irn Verhaltnis zum elektrischen
Effekte der Hauptserienlinien von Hen z u erblicken. Wie
ich in meiner vorhergehenden Arbeit dargelegt habe, zeigen
Neue Heliumerie unter der Wirkung des elekt+chen Felaes. 613
die Linien der 3. HepNebenserie Glied fur Glied denselben
elektrischen Effekt wie die Glieder der HeI-Hauptserie. Es
werden namlich die Linien der einen wie die der anderen Serie
durch ein elcktrisches Feld nach langeren Wellen verschoben
mit wachsender Gliednnmmer in steigendem Mafie, und zwar
angenahert in demselben Betrage. AuSerdem erfolgt die Verschiebung ohne eine Zerlegung in einzelne Komponenten.
Fur das 2. Glied der HerHauptserie war es nun schon durch
die Untersuchung von S t a r k und Kirschbaurn bekannt,
daB es ohm Zerlegung nach kiirzeren Wellenliingen durch
das elektrische Feld verschoben wird. Durch meine eigene
Untersuchung ist festgestellt, dAf3 auch die folgenden Glieder
dieser Serie durch das elektrische Feld nach kiirzeren Wellenllngen verschoben werden. Nach Auffindung mehrerer Linien
der 3. Nebenserie von Hea taucht von selbst die interessante
Frage auf, ob diese Linien, ebenso wie sich ihre Wellenzahlen
aus den HeII-Hauptseriengliedernberecbnen, auch in ihrem
elektrischen Effekte nach Art, Vorzeichen w d GroBenordnung
mit ihnen ubereinstimmen. In der beigegebenen Tabelle ist der
Effekt des elektrischen Feldes auf die Hauptserienhien von Hen
nach den von mir angestellten Beobachtungen angegeben. Der
Effekt des elektrischen Feldes auf die Linien der 3. Nebenserie
ist der Arbeit von N y q u i st entnommen und auch nach dessen
Angaben auf dieselbe Feldstiirke umgereohnet, bei welcher
ich die He,-Hauptserienlinien aufnehm. Wie man sieht,
stinmen die elektnkchen Effekts jedes Glkdes Czer Hauptserie
&t & n j d g e n der zuge7tory(en Glieder &T 3. Nebewepie nach
V o r z e i e h und GroJ%mndnulzg sowie auch anniihemd i n der
Versehiebung iiberein. Es w d e a Iciimlich d& Glieder der
3. Nebenserie wie dkjenigm det. qeh&igen Haupts6& nach
biirzeren Wellen durch dm elekt.rische Feu versohoben.
11"
Nachdem im vorhegehenden das Tatszichliche, das bisher
iiber die neue Hen-Serie bekannt geworden ist, herausgehoben
m d e , mogen nunmehr einige irrtumliche Adfassmgen von
R. B r u n e t t i und H. N y q u i st richtiggqtellt werden. Beide
beobachten die neuen Linien nach der Methode der ersten
G. Liebert.
614
Kathodenschicht, auf die zuerst S t a r k l) hingewiesen hat
und die dann von L O Surdo angewendet m d e . Sie photographieren also die Linien von der Oberflache der Kathode
weg entlang dem elektrischen Felde in der ersten Kathodenschicht bis zur negativen Glimmschicht'und gewinnen so fur
die verschiedenen Feldstarken in den aufeinmderfolgenden
Querschnitten f i i r eine jede elektrische Komponente Punkt
fiir Punkt in einem verscbiedenen Abstande von der Lage
der unbeeinfldten Linie, also im ganzen gekrummte Linienkomponenten bzw. gekrummte verschobene Linien. Sie beobaahten, daB unmittelbar hinter einigen Linien der 1. HeIINebenserie nach kurzeren Wellen zu Linien auftreten,
welche an der Grenze kleiner Feldstarke (Ende
des Dunkelraumes) nicht in die unbeeinfluBten
Linien der ersten He=-Nebenserie einmiinden. Die
der einen Arbeit von R. B r u n e t t i entnommene
Fig. 1 zeigt das von einer solchen Linie erhaltene
Spektrogramm mit der sich an die unbeeinfluBte
Wellenlange nicht anschlieBenden neuen Linie. ObFig. 1- wohl also die Wellenlangen dieser Linien extrapoliert auf das Feld Null nicht mit den Wellenlangen
der benachbarten Linien der 1. Nebenserie von Hen zusarnmenfallt, wollen B r u n e t t i und Nyquist sie gleichwohl als Komponenten oder in etwas wenig klarer Ausdrucksweise als
,,Satelliten" dieser Linien auffassen. Diese Auffassung ist aber
offenbar irrtiimlich. Denn als elektrische Komponente einer
Linie kann eine Linie natiirlich nur dann angesprochep werden,
wenn der Abstand von dem Orte der unbeeinfluBten Linie
fur die Feldstarke Null gleich Null wird, d. h. die Linien
miissen als Komponenten sich allmahlich mit schwiicher
werdendem Felde der unbeeinfluBten Wellenlange niihwn und
schlieBlich mit dieser 'zusammenfallen. DaB die in Rede
stehenden Linien als selbstandige Linien zu betrachten sind,
folgt ja auch aus der im vorhergehenden beschriebenen
Tatsache, daB sie sich 2 ls besondere Serie darsteuen lassen,
deren Wellenlange sich am den Wellenlangen der Hauptserie berechnen laBt, aber in keinerlei Zusammenhang mit
den Wellenlangen der ersten Nebenserie stehen. Wenn also
N y q u i s t die Verschiebung dieser vermeintlichen Kompo-
l\
1) J. Stark, Ber. Bed. Akd. d. Wiss. 47. p. 932. 1913.,
H e w Heliumserie unter der Wirkung &a &ldrischen F e h . 616
nenten der 1. Nebenserie (tatsachlichen Komponenten der
3. Nebenserie) mit der Feldstiirke E gemii5 der Gleichung
6 1=a t b E
darstellt, so hat die Konstantc a lediglich die Bedeutung,
den Abstand der unbeeinfldten Linie von der benachbarten
Linie der 1. HeII-Nebenserie berechnen zu lassen. Statt die
Lage der neuen Linien bzw. ihrer Komponenten im elektrkchen Felde auf die benachbarten Linien der 3. Her
Nebenserie zu beziehen, hMte Nyquist sie ebensogut auf
unmittelbar benachbarte Linien anderer Elemente beziehen
konnen, genau so, wie ich die Verschiebung der von mir untersuchten ultravioletten Heliumlinien in bezug anf die benachbarten Hg-Linien gemessen babe.
Die Meinung B r u n e t t i s , daB die nach Lo S u r d o benannte Methodc der ersten Kathodemchicht zum Unterschied von der Kanahtrahlenmt thode allein imstsnde sei,
das Auftreten dieser so eigenartigen ,,Komponenten" baw.
,,Satelliten" fcststellen ziu lassen, ist selbstverstilndlich irrtiimlich. Es ist nicht einzusehen, warum zwischen den in
den beiden verschiedenen Methoden angewandten elektrischen
Feldern ein prinzipieller Unterschied bestehen sollte, der
eine Verschiedenheit des elektrischen Effektes je nach der
angewandten Untersuchungsmethode bedingt. Zudem ld3t
sich tatsachlich nach der von S t a r k ausgearbeiteten Kanalstrahlenmethode durch Aufnahme einer Linie fiir zwei oder
mehrere verschiedene Feldstarken und Extrapolation der
Wellenlange auf die Feldstarke Null die Lage der Linie
oder ihre Wellenlange im Felde Null ermitteln und so entscheiden, ob eine Komponente bzw. Linie fd die Feldstsrke
Null mit eincr elektrisch unbeeinfluBten Linie zusammenfallt,
oder eine von ihr verschiedene Linie darstellt. Dies haben
bereits Koch fiir die 3. Nebenserie von HeI und ich selbst
in meiner vorhergehenden Arbeit fiir weitere Glieder derselben
Serie ausfiihrlich dargelegt.
SchlieBlich sei noch bemerkt, daB ich fiir die Aufstellung
der obigen Tabelle. nur die Angaben von Nyquist benutzt
habe, da B r u n e t t i uberhaupt keine quantitativen Angaben
mitteilt. B r u n e t t i s Beobachtungen uber die Zerlegung der
616
G. Liebert. N e w Heliumserie unter der Wirkung usw.
Heliumlinien im elektrischen Felde, die mit einem Stufengitter gemacht sind, sind weniger durchsichtig a h die Angaben
N y quis ts, dessen Beobachtungen mit einem Prismenapparate
ausgefiihrt sind. B r u n e t t i hat offenbar das Vorzeichen der
mit dem Stufengitter beobachteten Verschiebungen durchweg
falsch angegeben. Denn nur, wenn die von ihr gemachten
qualitativen Angaben das entgegengesetzte Vorzeichen be&Sen, stimmten sie uberein mit den Angaben von Nyquist
und iilteren Angaben von S t a r k und Kirschbaum und auch
mit meinen eigenen Beobachtungen an den HeU-Hanptserienlinien.
Greifswald, Physik. Institut d. Univers.,
Mai 1918.
(Eingegsngen 21. &bi 1918.)
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