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Eine Przisionsmessung von em0 nach der Methode von H. Busch

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849
5. E i m Pr&;2risionsrneasung won elmo
nach der Methode won H. Bzc s c h ;
won 3?raitx WoZf')
Einleitnng
Bei den bisher ausgefuhrten Prazisionsbestimmungen des
Absolutwertes der spezifischen Ladung des Elektrons im
freien Zustande, d. i. des Verhaltnisses seiner Ladung e zu
seiner Ruhmasse m,, wird die Messung der magnetischen
Ablenkung der Elektronen in Verbindung mit einer Messung
der elektrostatischen Ablenkung oder des Entladungspotentials benutzt. Auf Grund einer eingehenden kritischen Betrachtung aller Versuche zur e / rn, - Bestimmung kommt
3 e s t e l m e y e r 2, zu dem Resultat, da13 als wahrscheinlichster
6
Wert __ = 1,76.107 el. m. Einh. mit einer Genauigkeit von
m0
f 1 Proz. anzusehen ist. Nach einer neueren Zusammenstellung von Gerlach3) scheint es, als ob die Fehlergrenze
dieser Bestimmungen wesentlich kleiner sei, denn die von
Gerlach ausgewahlten Werte verschiedener Autoren weichenvon
ihrem Mittelwert (1,766.107 el. m. Einh.) nur um 2-3 Promille
ab. Immerhin bleibt aber das von B e s t e l m e y e r betonte
Bedenken bestehen, daB die Resultate der verschiedenen
Autoren wiederum Mittelwerte aus Einzelmessungen sind,
die rim erheblich hohere Betrage von ihrem Mittel abweichen,
so da13 der heute , allgemein angenommene Wert 1,766010~
wohl als sehr wahrscheinlich, aber keineswegs als sicher anzusehen ist. Eine Neubestimmung dieser wichtigen Naturkonstanten mit besseren Mitteln erscheint daher als eine
wicht,ige Aufgabe.
Die Grenzen der Genauigkeit der bisherigen Methoden
sind im wesentlichen durch folgende zwei Umstande gegeben :
1) Jenaer Dissertation.
2) Vgl. E. Merx, Handb, der Radiologie 5.
S.1.
3) Vgl. H. Geiger und K. Scheel, Handbuch der Phyaik 98. S.53.
56
Annalen der PhyaiL. IV. Folge. 83.
850
F. Wolf
1. Die Xethoden erfordern ein starkes Magnetfeld, das
in einer Ebene senkrecht zu seinen Kraftlinien in einem ausgedehnten Bereich homogen sein mul3, und dessen absoluter
Vl'ert a n den einzelnen Punkten dieses Bereiches genau bekannt sein mul3. Die Erfullung dieser Forderung verlangt,
wie z. B. die Srbeiten von B e s t e I m e y e r 1 ) uncl g l b e r t i z )
zeigen, erhebliche experimentelle Mittel.
2. Die genaue Ausmessung der abgelenkten Elektronenhahn ist infolge der Strahlendivergenz nicht sicher ; Einstrllung auf die Miltt! oder den Schwerpunkt des Bundels
kann , wie R e s t e 1 m e y e r 3, in seiner Zusammenstellung
eingeheiid diskutiert , zu systematischen Fehlern fuhren.
H. Busc h4) hat eine Methode angegeben, bei der das ablenkende Magnet,feld in longitudinaler Richtung verlauft ;
seine Homogenitat ist nur in einem Bereiche erforderlich,
der vorwiegend in die longitudinale Richtung des Feldes
f d l t , dagegen senkrecht zur Feldrichtung nur geringe Ausdehiiung besitzt. Ein solches Magnetfeld kann mittels einer
langeii Spule leicht hergestellt werden ; sein Absolutwert kann,
menn man durch Relativmessungen die ubereinstimmung
des Feldverlaufes mit dem errechneten kontrolliert, aus dem
Spulenstrom und den Dimensionen der Spule genau ermittelt
werden. Die Methode benutzt die Erscheinung, da13 ein divergentes Kathodenstrahlbuschel im longitudinalen Magnetfeld
konzentriert wird. Der Konvergenzpunkt wird auf einem
Fluoreszenzschirm beobachtet ; zwischen seiner Entfe,rnung
vom Ausgangspunkt der Elektronen und der magnet'ischen
Feldstarke ergibt sich eine Beziehung, die an Stelle der sonst
ublichen Gleichung fur die magnetische Ablenkung tritt und,
mit der Beziehung zwischen Entladungspotential und kinetischer Energie kombiniert, die spezifische Ladung ergibt.
Im Gegensatz zu den fruheren Methoden wirkt die Streuung
der Kathodenstrahlen bei dieser Methode innerhalb gewisser
Crrenzen nicht nur nicht storend, sondern ist geradezu notwendig, um eine scharfe Einstellung zu erzielen.
Auf Grund der von B u s c h mit einfachen Mitt,eln aus1 ) A. Bestelmeyer, Phys. Ztschr. 12. S. 1107. 1911.
2) E. Alberti, Ann. d. Phys. 39. S. 1133. 1912.
3) Vgl. E. Marx, Handb. der Radiologie. 5. S. 49.
4) H. Busch, Phys. Ztschr. 23. S.438. 1922.
Eine PruzisionsrnessuYLg von elm, mdz H . Busch
851
gefuhrten vorlgufigen Messungen, die gute Resultate geliefert
hatten, schien es moglich, mit der Methode die bisher erreichte Genauigkeit der elm,-Bestimmung auf etwa 1 Promille
zu erhohen. Zu untersuchen, unter welchen Bedingungen
sich dies verwirklichen lafit, war das Ziel der vorliegenden
Arbeit, die auf Anregung von Prof. Dr. H. Busch im Physikalischen Institut der Universitat Jena ausgefuhrt wurde.
'
I. Das Prinsip der Metbode
Ein divergentes KathodensCrahlbuschel wird einem parallel
zur Biischelachse gerichteten, homogenen Magnetfeld unterworfen, wobei die in der Feldrichtung fliegenden Elektronen
nicht beeinflufit werden, dagegen die unter einem Winkel
zur Feldrichtung verlaufenden Elektronenbahnen bekanntlich 1) zu Schraubenlinien gekrummt werden, deren Achsen
parallel zur Feldrichtung sind. Die Projektionen dieser Bahnen
auf eine zur Feldrichtung senkrechte Ebene sind Kreise,
nach deren einmaligem Durchlaufen die Elektronen sich auf
Punkten derjenigen Kraftlinien befinden, die sie an ihren
-4usgangspunkten verlassen hnben.
ER sei:
e die Ladung
m die Masse
b die Geschwindigkeit
I
des Elektrons,
E die Entladespannung,
Q die magnetische Feldstarke.
b wird in 2 Komponenten zerlegt : parallel zur magnetischen
Feldrichtung bZ = b cos a (Longitudinalgeschwindigkeit) und
senkrecht dazu
b, = b sin cc (Radialgeschwindigkeit),
wobei a den Winkel bedeutet, den die Austrittsrichtung der
Elektronen mit der Feldrichtung bildet. Dann wirkt das
Maguetfeld srnkreclit zu b, mit der Kraft
Q=ebT.9,
1 ) Vgl. z. B. E. Riecke, Wied. Ann. 13.
X. 191.
1881.
56 *
F. Wolj
852
unter deren EinfluB das Elektron eine Kreisbahn mit dem
Radius r beschreibt. Es Silt:
m b,*
Qeb, = r
und
Der Bahnradius ist also proportional des Radialkomponente
der Elektronengeschwindigkeit. Die Umlaufzeit
ist unabhiingig vom Radius r ; sie ist fur alle Elektronen des
Biischels gleich, d. h. alle Elektronen treffen nach der gleichen
Zeit auf der durch den Ausgangspunkt parallel zur Feldrichtung gelegten Achse ein. Die Entfernung I vom Ausgangspunkt,, in der dieses Eintreffen erfolgt, hangt ab von
der Longitudinalgeschwindigkeit bz der Elektronen ; sie prgibt sich zu
I = 0,
t
=b
2%
.COS tt ___
e ’
6.x
d. h. alle Elektronen treffen die Achse in der gleichen Entfernung I vom Ausgangspunkt , falls sie das gleiche bZ besitzen oder, da die Geschwindigkeit t~ durch das Entladungspotential bestimmt und daher fur alle Elektronen gleich ist,
ihren Ausgangspunkt unter gleichem Winkel tl zur magnetischen Feldrichtung verlassen. 1st das Bundel so eng, daW
fiir alle Elektronen mit genugender Annaherung cos tl = 1
gesetzt werden kann, so ist diese Bedingung erfiillt, und alle
den Ausgangspunkt verlassenden Elektronen treffen die Biischelachse in der gleichen Entfernung von ihm. Der Vereinigungspunkt stellt ein Bild des Ausgangspunktes dar. Falls die
Elektronen von einer Flache ausgehen - im vorliegenden
Falle dient als Ausgangsflache ein kleines Diaphragma -,
so gilt dies fur jeden Punkt der Fliiche, d. h. die Flache
wird in der Entfernung 1 von ihr abgebildet. Bringt man an
dieser Stelle einen Fluoreszenzschirm an, so kann auf diesem
bei konstant gehaltenem Entladungspotential durch Ver-
Eine Prazisionsmessung volt e/?no nach H . Busch
853
iinderung der Feldstarke $j ein scharfes Bild des Diaphragmas
eingestellt und beobachtet werden. Die Verbindung der
Gleichung
2n
I = tt cos a -
- QZ
mit der Beziehung zwischen Entladungspotential und kinetischer Energie des Elektrons
fuhrt durch Zhnination von b zu
Bei scharfer Einstellung werden E und @ g'leiohzeitig gemessen.
Im Interesse einer besseren Einstellschiirfe liegt es, die
Abbildung durch Buschel groBerer Offnung zu erzeugen.
Bei genauen Messungen mu13 man dann dafiir sorgen, daB
der Wert von cos a fur alle Elektronen des bilderzeugenden
Buschels einheitlich ist; d. h. das von einem Punkte des
Diaphragmas ausgehende kegelformige Buschel darf nicht
,,massiv", sondern muB hohl sein. Die Herstellung eines
solchen hohlen Buschels groBer Offnung bietet Schwierigkeiten, weil in einer Br aunschen Rohre die Kathodenstrahlen
nicht vom Diaphragma, sondern von einem in oder nahe bei
der Kathode liegenden Punkte aus divergieren. Bus c h uberwand die Schwierigkeit dadurch, daB er die Kathodenstrahlen die einzelnen Stellen des Bundelquerschnitts nicht
gleichzeitig, sondern nacheinander durchlaufen IieB, indeiii
er die Elektronen vor ihrem Durchgang durch das Diaphragma
einem magnetischen Drehfeld unterwarf, dessen Kraftlinien
senkrecht zur Rohrenachse standen und um diese rotierten.
In einem bestimmten Augenblick werden die Elektronenbahnen infolge der magnetischen Ablenkung gekrummt,
treffen schief auf das Diaphragma auf und rotieren dann,
wcil das ablenkende Feld ein Drehfeld ist, hinter dem Diaphragma um die Rohrenachse auf einem Kegelmantel. Ohne
das longitudinale Magnetfeld wurde auf dem Huoreszernzschirm eine ringformige Ablenkungsfigur von etwa 4
F. Wolf
854
Durchmesser erzeugt, die sich bei angelegtem und allmiihlich verstarktem longitudinalen Magnetfeld mehr und mehr
zusammenzieht, bis sie die GroBe des Diaphragmas erreicht.
Die Versuche wurden rnit einer gewohnlichen, rnit Influenzmaschine betriebenen B r a unschen Rohre ausgefuhrt, und
die Messungen ergaben mit einer Genauigkeit von & 1 Proz.
max. Fehler den our Zeit wahrscheinlichsten Wert von elm,.
11. Ausban der Hethode als Pr%dsionsmethode
Bus c h 1) hat bereits auf die Gesichtspunkte hingewiesen,
die beim Ausbau der Methode als Prazisionsmethode zu beacht,en sind. Es sind dies:
1. Die Spannungsmessung: Die bei einer Ionenrohre
erforderlkhen Spannungen lassen sich elektrostatisch nur
rnit geringer Genauigkeit messen ; uberdies liefert die Influenzmaschine keine geniigend konstante Spannung. Die
Verwendung einer Oxyd- oder Gluhkathode bietet jedoch
die Moglichkeit, rnit weit geringeren Spannungen zu arbeiten,
die sich durch eine Dynamomaschine oder Hochspannungsbatterie rnit groBer Konsta,nz herstellen lassen und galvanisch sehr genau meBbar sincl.
2. Die Einstellscharfe ka,nn erhoht werden durch Anbringen eines Fadenkreuzes im Diaphragma , durch Verwendung eines moglichst feinkornigen Schirmes und durch
Herst'ellung eines genugend groBen (iffnungswinkels der die
Abbildung bewirkenden Strahlen. Die Strenung dieses Winkels
ist auf ein Minimum zu beschranlien, indem mit eine.m so
schmalen Bundel gearbeitet wird, als es die Lichtstarke des
Bildes erlauht,.
3. Das Magn.etfeld. Neben sorgfiiltiger Herstellung der
Feldspule ist zu achten auf Vermeidung st'orender Magnetfelder. Der EinfluB des Erdfeldes kann ausgeschaltet, werden
durch genaue Anordnung der Spulenachse in der Inklinat,ionsrichtung und durch Kommutat,ion des Spulenfeldes.
Andere Storfelder sind moglichst, zu vermeiden dadurch,
daB man die Versuchsanordnung von groBeren Eisenmassen
genugend entfernt aufst,ellt. Die Anforderungen sind aber
hier erheblich geringer als bei den frihheren Methoden rnit
1) H. Busch, a. a. 0.
Eine Pr~zisionsmessungcon elm, nnch H. Rusch
855
transversalem Magnetfeld, weil die Langskomponenten der
Storfelder durch die Kommutation des Feldstromes ausgeschaltet werden ; ihre Querkomponenten rufen auBer einer
geringen Richtungsanderung, der durch kleine Verschiebungen
der Spule entsprochen werden kann, nur GroBenLnderungen
zweiter Ordnung hervor. Das magnetische Drehfeld, dessen
Streuung in den Beobachtungsraum hinein einen Fehler hervorrufen kann, mu13 ersetzt werden durch ein elektrisches
Drehfeld, das sich gegen den Beobachtungsraum abschirmen
lafit, oder durch eine Anordnung, die ein Drehfeld iiberflussig
macht.
Die durch die endliche Spulenlange hervorgerufene Inhomogenitat des Feldes ist nach der Theorie von R u s c h l )
in Rechnung zu setzen.
4. Die Strommessung kann durch Verwendung des Kornpensationsapparates mit sehr grol3er Genauigkeit erfolgen.
Es ist dabei nur notwendig, dal3 der Strom wahrend der
Zeit zwischen EinstelIung des Bildes und Kompensation konstant bleibt.
5. Elektrische Aufladungen an den Rohrenwanden rufen
Gleichgewichtsstorungen und Intensitatsschwankungen hervor;
eine Aufladung des Fluoreszenzschirmes kann systematische
Fehler durch Geschwindigkeitsanderungen der Elektronen im Beobachtungsraum zur Folge haben. Riihrenwande und Fluoreszenzschirm mussen daher zur Vermeidung von Aufladungen mit
Metallbelegungen von genau definiertem Potential und guter
Ableitung nach aul3en versehen werden.
111. Versuehe
A. Vorversuch an einer Ionenrohre
Zur Orientierung uber die Verwendungsmoglichkeit eines
elektrischen Drehfeldes an Stelle des magnetischen wurden
einige Versuche angestellt. Dabei zeigte sich, daB sich bei
einer Ionenrohre mit einem elektrischen Drehfeld die gute,
storungsfreie Wirkung des magnetischen Drehfefdes nicht
erreichen laBt, weil im Entladungsraum, wo das Drehfeld
wirksam sein mul3, die Leitfahigkeit offenbar zu groB ist.
1) H. Busch, Ann. d. Phys. 81. S. 974. 1926.
F. Wolf
S56
Da die Anwendung einer Ionenrohre fur Priizisionsmessungen
nicht beabsichtigt war, wurden diese Versuche nicht fortgesetzt.
B. Versuche ohne Drehfeld
Eine Moglichkeit, ein genugend divergentes Bundel ohne
Anwendung eines Drehfeldes zu erzeugen, scheint darin zu
bestehen, daB man die Elektronen von einem kreisformig gebogenen Gluhdraht ausgehen l&&. Untersuchungen dieser
Art wurden zunachst angestellt.
a) Experimentelle Eincelheiten
1. Die Elektronenquelle. Als solche diente gegluhter
Wolframdraht verschiedener Herkunft ; sein Durchmesser war
0,l mm und 0,15 mm. Der Gluhdraht D (Fig. 1) war durch
kleine Messingklemmen (&), die in Richtung der
10
Rohrenachse ( R ) verschiebbar waren, mit einem
kurzen Stuck Konstantandraht (C) von 1 mm Durchmesser verbunden. Der Konstantandraht war mit
dem Einschmelzdraht ( E ) aus Molybdan mittels
eines kleinen Kupferklotzchens (Kl) verlotet. Die
i,
Verwendung des Zwischenstuckes aus Konstantan‘ K , draht ist vorteilhaft, weil dieser Draht im Gegendatz zu dem Molybdandraht leicht biegsam ist, so
daB die Lage des Gluhdrahtes bequem veriindert
werden kann , und weil der elektrisehe Kontakt
den Messingklemmen und dem Konstantan~ i ~ zwischen
.
draht weitaus sicherer ist als mit dem Molybdandraht. Konstantan wurde gewahlt wegen seiner geringen
Warmeleitfahigkeit. Die Einschmelzungen sitzen auf einem
Glassockel und liegen zur Vermeidung der magnetischen
Wirkung des Heizstromes moglichst dicht nebeneinander. Der
Glassockel ist mit einem Quecksilberschliff versehen, so daIj
die Kathode leicht auswechselbar ist. AuBer den Einschmelzungen fur den Gluhdraht tragt der Sockel noch weitere
Einschmelzungen fur Steuervorrichtungen fur die Anfangsxichtung der Elektronen; diese sowie die Formen des Gliihdrahtes werden bei den einzelnen Anordnungen besonders
behandelt werden. Ehe der Gluhdraht ins Vakuum gebracht
wurde, wurde er zur Vermeidung von nachtraglichen Defor-
’
1
~
mationen, die sich sonst wahrend des Betriebes einstellten,
kurz in der jeweiligen Form gegluht.
2. Die Hochspannung wurde einer Hochspannungsmaschine entnommen, die bis zu 5000Volt (100 mA Maximaibelastung) lieferte ; sie wurde betrieben mit einer 220 VoltAkkumulatorenbatterie, da sich die Netzspannung als nicht
genugend konstant erwies. Die Maschine war auBerhalb des
Versuchsraumes aufgestellt ; die Spannung konnte durch
Regelung des Magnetfeldes der Maschine mitteis eines am
Beobschtungsorte aufgestellten Plegnlierwiderstandes eingest ellt werden.
3. Die Anoden und Diaphragmen wurden in verschiedenen
Formen hergestellt aus Elektrolytkupferblech oder auf galvanoplastischem Wege und durch Platineinschmelzungen
an eingeschraubten Kupferstabchen in der Rohre befestigt.
Das Diaphragma hatte einen Durchmesser von 1,5 mm;
die Fadenkreuze bestanden aus Kupferdraht von 0,12 mm
Durchmesser.
4. Die Fluoreszenxschirme wurden auf moglichst planen,
einseitig inattierten Glasscheiben durch Bestsuben mit Gieselschem Zinksulfid der Chininfabrik Braunschweig hergestellt.
Das Zinksulfid wurde, nachdem es durch Bearbeitung im
Morser moglichst fein zerteilt wordcn war. durch porose
Leinwand auf die mit verdiiuntem Wasserglas leicht bestsichene mattierte Seite des Schirmes gesiebt. Der Rand
des Schirmes wurde vorher in einer Breite von 5 mm elektrolytisch verkupfert ; ferner wurde des fertige Schirm mit einer
etwa 30 ,up dicken Schicht Nickel mittels Kathodenzerstaubung belegt. Diese beiden MaBnahmen dienen zur guten Ableitung von sich etwa bildenden Aufladungen des Schirmes
nach auBen. Die Helligkeit des Bildes wurde durch die Nickelschicht kaum verringert, der Energieverlust betragt bei 30 pp
Schichtdicke etwa 15 Proz. ’) , die Flachenleitfahigkeit ist
Uber die GroBe des ohne diese Vorsichtsetwa 0,03 Q-1.2)
maBregeln entstehenden Fehlers wurden keine Versuche angestellt. Der Schirm, das den gesamten Beobachtungsraum
1) 0.Blemperer, Ztschr. f . Phys. 34. S. 533. 1925.
2 ) A. Riede, Ann. d. Phys. 45. S. 904. 1914.
umhullende Messingdrahtnetz, das Diaphragma und die Anode
waren miteinander verbunden und geerdet,.
5 . Zum Evakuieren diente eine Quarzstufenstrahlpumpe
von H a n f f und R u e s t rnit einer rotierenden Olpumpe als
Vorpumpe. Zum Ausfrieren der Quecksilberdampfe erwies
sich eine Kochsalz - Eismischung als ausreichend. Mit den
Versuchen wurde erst be.gonnen, nachdem die Entladung in
einem Geisslerrohr ausblieb.
6. Die Heizbatterie war gut isoliert aufgestellt ; je nach
Art und Form des Gluhdrahtes schwankte die Heizspannung
zwischen 6 und 10 Volt , die Stromstiirke zwischen 2 und
3 Amp.
7. Das magnetische Feld. Die aur Erzeugung des Magnet,feldes verwendehn Spulen hatten e k e Lange von 60 bzw.
85 em. Sie waren auf Messsingrohr von etwa 10em Durchmesser
und 2mmWandstarke gewickelt. Das Rohrmat,erialwurde, wie alle
in der engeren Apparatur befindlichen Messingteile, rnit einem
empfindlichen astatischen Nadelpaar auf Eisenfreiheit untersucht. Kleinere bearbeitete Teile wurden zuvor in verdunnter
Schwefelsiiure abgekocht. Zwei Magnetnadeln von etwa 6 em
Lange waren iibereinander an einem Kokonfaden aufgehangt ;
der Ausschlag des Nadelpaares bei Anniiherung einer Fe,Cl,Losung ( x x 6 . 10-5) auf etwa 1 mm Abstand war bei Spiegelablesung in 1 m Skalenabstand etwa 4 em. Messingstucke,
die einen groBeren Ausschlag hervorriefen , wurden nicht verwendet. Dann wurde das Rohr genau auszentriert und mit
einem Rundgewinde von etwa 1,6 mm Ganghohe versehen.
Naoh Bestreichung rnit Schellack wurde in das Gewinde eine
Lage doppeltumsponnener Kupferdraht gewickelt'. Die Spule
wurde so sufgestellt, daIj ihre Achse rnit der Inklinationsrichtung iibereinstimmte. Die genaue Bestimmung dieser
Richtung erfolgte rnit einem Rotationsinklinatorium nach
Weber. Fig. 2 zeigt die Lagerung der Spule (S) auf zwei
Klijtzen (K1,
I<,). Diese sind verbunden rnit einem Brett,
das in einer Fiihrung auf einem stabilen Holzgestell (G) parallel
zur Spulenachse um etwa 50 em verschiebbar ist. Das Gleichgewicht wird in jeder Lage durch ein Bleigewicht ( B )gehalten.
Der Klot'z Ii, ka'nn auf dem Grundbrett in horizontaler Richtung verschoben werden; auaerdem Rind an ihm unt'er 450
'
Eine Praxisionsmessuny von
elmo rtach H . Rusch
859
zu dieser Richtung zwei Schraltben ( F ) angebracht, auf deren
Spitzen die Spule ruht. Dadurch ist es miiglich, die Spule
wahrend des Betriebes um K1 als Drehpunkt in einem Bereiche
von mehreren Zentimetern allseitig zu schwenken. Es zeigte
sich, daIj diese Vorrichtungen notwendig waren, urn die Spulenachse genau in Ubereinst,imnung" mit der Symmetrieachse der
Rohre zu bringen. Die Rohre ( R ) ruht mit ihrem unteren
Fig. 2
Ende, dem Queclrsilberschliff (Q), in einer allseitig verstellbaren Holzfassung (0), das obere Ende wird durch eine geeignete Vorrichtung ( H ) gehalten. Mit dieser verbunden ist
ein Halter fur ein rechtwinkliges Prisma ( P ) und eine Linse ( L ) ,
welche beide our Beobachtung des Fluoreszenzfleckes dienen.
Die Stromzufuhrung zur Spule was bifilar, als Ruckleitung
diente , das Spulenrohr selbst. Die zur Einregulierung des
Spulenstromes eingeschalteten Widerstande waren wegen ihrer
860
F. Wolf
magnetischen Felder etwa 4 m entfernt aufgestellt. Die
Regulierung erfolgte durch Schnurubertragung voni Beobachtungsort an der Rohre aus. Ein induktions- und eisenfreier Widerstand zur Feinregulation war unmittelbar zu
betatigen; eine Verschiebung um 1 em auf ihm bewirkte eine
Stromanderung um etwa 1Pfomille. Ein Pol der stromliefernden Batterie war geerdet; mit ihm war das Gehause der Spule
verbunden.
8. Die Beobachtung des Fluoreszenzfleckes erfolgte mit
einem Fernrohr groBer Offnung (etwa IOfache VergroBerung)
von ruckwarts durch das Glas cler Rohre hindurch. Die
halbkugelformige Ruckwand der Rohre mu13 daher so beschaffen sein, daB Verzerrungen des Strahlenganges durch Unebenheiten vermieden werden. Von mehreren Proben wurden
die besten Stucke verwendet. AuBer einem rechtwinkligen
Prisma befindet sich im Strahlengang noch eine achromatische
Vorsatzlinse (f = 30 em), weil die Einstellung des Fernrohres fur so kurze Entfernung nicht ausreichte. Die Brennebene der Linse fie1 rnit der Ebene des Fluoreszenzschirmes
zusammen.
9. Die Me/3instrurnentet zwei Prazisionsdrehspulinstrumente
von Siemens & H a l s k e , waren in etwa 4 m Entfernung
vom Ablenkungsapparat aufgestellt. Die verwendeten Bereiche beider Skalen wurden unmittelbar ubereinander gleichzeitig in einem Fernrohr vom Beobachtungsort aus abgelesen. Dieses war urn eine our Fernrohrachse parallele
Achse schwenkbar ; ihre Verlangerung ging mit groSer Anniiherung durch die Mittelpunkte der Zeigerdrehung der Instrumente, und der Radius dex Drehung entsprach dem der
Skalen auf den Instrumenten, so daB eine genaue, parallasefreie Ablesung gewahrleistet war. Der Strommesser diente
bei den endgultigen Messungen nur zur Orientierung uber
die Stromstarke, die Messung selbst wurde mit dem Kompensationsapparat vorgenommen.
b) D i e V e r s u c h s a n o r d n u n g e n und B e s c h r e i b u n g
der Versuche
Der im Prinzip bereits angedeutete Versuch wurde mit
einer Rohre unternommen, deren Gestalt Fig. 3 zeigt. F stellt
den Fluoreszenzschirm dar ; B ist der durch ein geerdetes
E k e PrZixisionsmesszcng von eJmonach H. Bas&
861
Messingdrahtnetz N abgeschirmte Beobachtungsraum. In einer
Entfernung von etwa 30 ern vom Schirm entfernt befindet
sich bei A die Anode, ein 10 mm langer Kupferzylinder von
Fig. 3
10 mm Durchmesser. Im Boden des Zylinders befindet sich
das Diaphragma mit Fadenkreuz, und in einem kugelformig
erweiterten Teile der Rohre sitzt bei K die Kathode. S ist
eine Einschnurung der Rohre, die einerseits zur Befestigung
der Anode dient, andererseits verhindern soll, daB Elektronen
zwischen Anode und Glaswand hindurch in den Beobachtungsraum gelangen. P fuhrt zur Pumpe,
E zur Erde. Fig. 4 zeigt die in der Aufsicht gesehene Anordnung der Kathode.
D
Der Gluhdraht D besteht aus zwei
halbkreisformig gebogenen Teilen ; die E,
,3
Stromzufuhrung El haben beide Teile
gemeinsam, die beiden anderen getrennt
Fig. 4
eingeschmolzenen Zufuhrungen E2,E3
werden auBen durch einen Schleifdraht uberbruckt ; der
Strom wird am Schleifkontnkt zugefuhrt. Dadurch ist es
moglich , die Stromstarke in den beiden nie vollig gleichlangen Drahten so zu regulieren, daB die Temperatur in ihnen
etwa die gleiche ist, und beide gleich stark emittieren. Der
Durchmesser des Drahtkreises ist von der GroBenordnung
1 em. Der Draht D ist konzentrisch umgeben von einem
Zylinder 2 aus Molybdanblech, und innerhalb des Kreises
befindet sich eine konzentrische Platte P aus Molybdanblech.
Diese beiden Teile sind verschiebbar in der Richtung der
Rohrenachse und besitzen getrennte, biegsame Ableitungen
nach auBen. Sie befinden sich auf Kathodenpotential, und
ihr Zweck ist , die Feldverteilung in der Umgebung der Kathode
so zu gestalten, daB der Hauptteil der Elektronen durch das
F. wo2f
862
Diaphragma hindurchgelangt. Die Abstande der Kathodenteile voneinander sind von der GroBenordnung 1 mm, sie
konnten durch Verwendung verschiedan groBer Einzelteile
variiert werden.
Zunachst wurde ohne Magnetfeld die Stellung von Zylinder Z und Plntte P relativ zum Gliihdraht so lange verandert,
bis die auf den1 Fluoreszenzschirm erscheinende Ringfigur
rniiglichst groBe Helligkeit zeigte, ein Zeichen dafur, daB der
Hauptteil der Elektronen das Diaphragma passierte. Der Ring
hatte einen Durchmesser von 3-5 em und eine Breite von
eiriigen Millimetern. Die Intensitat war vollig ausreichend, nur
die Stellen blieben dunkel, die den Enden des Gluhdrahtes
entsprachen, die infolge der Warmeableitung weniger oder gar
keine Elektronen emittieren. Um diese Einstellung leichter
zu erreichen, wurden an die Steuervorrichtungen Z und P
Hilfsspannungen gelegt, die sich im Bereiche von -100 bis
+lo0 Volt von aul3en variieren lieBen. Dadurch erubrigte
sich bis zu einem gewissen Grade das muhsame , stets mit
Offnen der Rohre verbundene Justieren durch Biegen.
Die Verwendung dieses hohlen Strahlenkegels zur Bilderzeugung scheiterte nun a n der Wirkung des hinzutretenden
Magnetfeldes. Die Kathode befand sich etwa 5 ern vom
Rande innerhalb der Spule und etwa G cm von der Anode.
huf dieser Strecke unterliegen die Elektronen bereits der
.- starken Magnetfeldwirkung
und werden von ihren nahezu geradlinigen Bahnen abI
gelenkt.
Zur ErlButerung
,,
dient die Fig. 5 , welche
i
die Projektion der Elektronenbahnen auf eine
'..
'
; Ebene senkrecht zur Roh,
,' renachse darstellt , G ist
,'
der Gluhdraht, D das Dia-..
'
phragma.
Man sieht , daB
,.-_
.__
.--die Bahnen der normal
Fig. 5
zur Gluhdrahfoberflache
austretenden und ohne Magnetfeld auf das Diaphragma
hinzielenden Elektronen durch tlas Magnetfeld in der Projekt,ion zu Kreisen gekrummt werden und infolgedessen die
I
I
\
~
%
\
\
I
'I
*
I
,
~
,
I
Eine Prazisionsmessung
t m elm,, nach
H . Bwch
863
Rohrenachse nicht mehr erreicheii lronnen , vielmehr in einer
zum Diaphragma konzentrischen Zone (Z) auf den Diaphragmentrager auftreffen. Ein Erreichen des Diaphragmas
ware fur die Elektronen nur moglich, wenn sie den Gluhclraht schief zu seiner Normalen verlassen wurden. Wegen
des starken elektrischen Feldes am Gluhdraht tritt aber
die Hauptmasse der Elektronen in angenahert normaler Richtung Bus, und hierin liegt offenbar eine prinzipielle Schwierigkeit der Anordnung. Infolge dieser Erscheinung entsprach
die Intensitat des beobachteten Bjldes bei weitem nicht derjenigen des ohne Magnetfeld beobachteten Ringes, weil nur
die wenigen Streuelektronen zu seiner Erzeugung beitragen
konnen. Uberdies waren die Bilder wegen der verschiedenen
Austrittsrichtungen der Elektronen unscharf ; eine Blendenanordnung zur genauen Fixierung des Winkels cc wurde aber
die Lichtstarke noch weiter herabsetzen und Beobachtungen
unmoglich machen. Bestatigt wurde diese Uberlegung durch
die Beobachtung, da13 die Bilder selir lichtstark wurden, sobald die ringforniige, elektronenreiche Zone mittels eines von
auBen genahertem Stabmagneten so verlagert wurde, da13
das Diaphragma in ihren Bereich gelangte. Es war dabei ohne
EinfluB, ob der angenaherte Pol der Nord- oder Siidpol des
Magnet en war.
Es sei noch kurz eine Variation der Anode erwahnt, bei
der dieser die Form eines nach dem Fluoreszenzschirm hin
offenen Kegels gegeben wurde, dessen Spitae durchbohrt
war und das Diaphragma darstellte.1) Obwohl bei dieser Anordnung das elektrische Feld in der Umgebung des Diaphragmas starker als bei der bisherigen war, und mehr Elektronen
durch das Diaphragma hindurchfliegen mufiten, war die Erhohung der Intensitat nicht ausreichend.
Der EinfluB des Magnetfeldes auf die Elektronenbalin
vor dem Diaphragma wird um so geringer, je naher sich die
Kathode am Diaphragma befindet. Andererseits wurden aber
bei zu groBer Annaherung sowohl das Magnetfeld des Heizstromkreises als auch das elektrische Feld durch das Diaphragma hindurch noch wirlisam sein und Unsicherheiten
1) W. R o g o w s k i und W. G r o s s e r , Arch. f. Elektrotechnik 15.
S. 382. 1925.
864
F.
wolf
im Verlaufe der Elektronenbahnen kurz hinter dem Diaphragma bedingen.
Nachdem die storende Wirkung des Magnetfeldes bei
dern eben behandelten Versuche erkannt war , wurde jetzt
versucht, das Magnetfeld zwischen Kathode und Diaphragma
fur den angestrebten Zweck in der Weise nutzbar zu machen,
dai3 man eine angenahert punktformige Kathode verwendet und die von ihr divergent
ausgehenden Elektronen durch das Magnetfeld
auf dem Diaphragma konzentriert. Nimmt
man z. B. der Einfachheit halber zuniichst
a n , daB die Elektronen die Kathode mit
voller Geschwindigkeit verlassen , so kann
man die gewiinschten Verhiiltnisse dadurch
herstellen, dai3 man die Spule so lang macht,
daB sie uber den Entladungsraum hinausragt,
und den Abstand zwischen Kathode und Diaphragma ebenso groB macht wie den Abstand zwischen Diaphragma und Fluoreszenzschirm. Herrscht nun zwischen Kathode
und Diaphragma das gleiche Magnetfeld wie
zwischen Diaphragma und Fluoreszenzschirm,
so werden die von der Kathode divergent
austretenden Elektronen auf dem Diaphragma
konzentriert, falls das Magnetfeld die geeignete
Starke besitzt. In Wirklichkeit erreichen die
Elektronen ihre volle Geschwindigkeit jedoch
erst an der Anode, so daB ihre mittlere Geschwindigkeit vor dem Diaphragma lrleiner ist
als hinter dem Diaphragma. Die mittleren
Feldstiirken fur die gleiche Konzentration des
Fig. 6
Biindels vor und hinter dem Diaphragma
werden daher etwas voneinander abweichen.
Fig. 6 zeigt die Rohre, mit der diese Versuche ausgefuhrt
wurden. Sie besteht aus einem etwa 70 ern langen Glasrohre mit einem inneren Durchmesser von 4,6 cm. In der
Rohre befinden sich der Fluoreszenzschirm F, die Messingdrahtnetze N , und N,, der Diaphragmentrager D, der eng
am Glasrohr anliegt und auBer dem Diaphragma in der Mitte
noch einige Offnungen am Rande zur besseren Evakuierung
Eine PrEixisionsmessung vm e/mo nach H. Bus&
865
des Beobachtungsraumes besitzt, ferner die Anode A und die
Kathode K. Die Anode ist ein 13 em langes Kupferrohr mit
Boden, in dem ein kreisformiger, zum Rohre konzentrischer
Schlitz von etwa 40 mm Durchmesser und 1,5 mm Breite eingefrast ist; dadurch wird aus dem ,,massiven" Bundel der
Elektronen ein hohles ausgeblendet. In der Anodenmitte befindet sich eine kleine verdeckbare Durchbohrung, welche
dazu dient, die Achse Diaphragma-Anodenmitte (Mitte der
Schlitzblende) festzustellen und die Kathode danach zu richten.
Die Kathode besitzt geringe Ausdehnung ; der Gluhdraht
ist umgeben von einem Molybdanzylinder, der mit einem
durchbohrten Deckel versehen werden kann.
Entsprechend dem oben angedeuteten Prinzipe wurde zu
diesen Versuehen eine langere Spule als bisher verwendet ;
ihre Lange war 85 em. Die angenaherte Einstellung der mittleren Feldstarke im Entladungsraum wurde durch Verschieben
der Spule in ihrer Langsrichtung vorgenommen. Die giinstigste Stellung war die, bei der sich der untere Rand der Spule
etwa an der Kathode befand; dann war der Fluoreszenzfleck .
am IichtstSirksten. Zur genaueren Abgleichung wurde das
der Kathode benaehbarte Ende der Spule in einer Breit'e
von etwa 6 cm mit einer zweiten Wickelung versehen, die mit
einem Hilfsstrome gespeist wurde. Durch Variation dieses
Hilfsfeldes wurde zunachst erreicht, daB die Intensitat des
auf dem Fluoreszenzschirme beobachteten Ringes ein Maximum
hatte ; daraus konnte geschlossen werden, daB der erste Konvergenzpunkt des Bundels in das Diaphragma fiel. Nun wurde
durroh Anderung des Hauptfeldes der Durchmesser des Ringes
mehr und mehr verkleinert, bis er in ein Diaphragmenbild
uberging, wobei durch Nachstellen des Hilfsstromes immer
wieder auf maximale Helligkeit geachtet wurde.
Zunachst wurde der EinfluB der Gliihdrahtform auf die Bildgute untersucht. Es wurden Drahte verwendet, die schraubenlinienformig gewunden waren, mit Windungsdurchmessern
und -abstanden von einigen Millimetern. Die Zahl der Windungen schwankte zwischen 1 und 6. Die Aohse der Schraubenlinie verlief senkrecht zur Rohrenachse. Mit solohen Drahtformen wurden die besten Bilder erzielt. Weniger gute und
insbesondere lichtschwachere Bilder wurden bei flachen Drahtformen (flache Spiralen, zickzackformig gebogene Driihte) beAnnalen der F'hya.
IV.Folge. 83.
57
866
F. Wolf
obachtet. Bei Untersuchungen uber den EinfluB der Stellung
des Drahtes zum Molybdanzylinder zeigte sich, daB Verschiebungen des Drahtes von der Deckelebene bis etwa 2 mm unterhalb des Deckels ohne EinfluB auf Intensitat und Scharfe des
Bildes blieben. Stellungen auBerhalb dieses Bereiches waren
unenstig. Versuche, die Intensitat des Bildes au erhohen durch
Verwendung groBerer Deckeloffnungen oder vollige Entfernung
des Deckels hatten keinen Erfolg. Ferner wurde die Stromverteilung innerhalb der Rohre untersucht. Falls das Magnetfeld nicht eingeschaltet war, fielen auf die Anode A etwa 10 Proz.,
auf das Netz N , etwa 90 Proz. des Stromes. Beim Einschalten
des Magnetfeldes anderte sich das Verhaltnis von 9: 1 auf etwa 5 :5.
Die mit der besprochenen Anordnung erzeugten Bilder
waren aus verschiedenen Griinden auch im besten Palle nicht
geeignet, um genaue Messungen mit ihnen vorzunehmen. Die
Beobachtung wurde zunachst dadurch gestort, daB die Bilder
auBer dem Fadenkreuz Stellen verschiedener Intensitat zeigten,
deren Auftreten von der Gluhdrahtform abhangig war. Dem
Bilcle des Fadenkreuzes uberlagerte sich offenbar ein Bild des
Gluhdrahtes. Ferner war die Scharfe des Bildes ungenugend,
weil die Schlitzblende zu breit, und infolgedessen die Streuung
des Winkels a zu groB war; eine engere Schlitzblende war aber
wegen der geringen Lichtstarke nicht verwendbar. Insbesondere
aber waren genaue Messungen deshalb nicht moglich, weil ein
Optimum der Bildscharfe, auf das eingestellt werden soll, nicht
vorhanden war. Der Feldstrom konnte um mehrere Promille
veriiidert werden, chne dxB sich dies in der Srahiirfe des Bildes
bemerkbar machte. Der Grund hierfur ist offenbar darin zu
suchen, daB das bilderzeugende Buschel nicht diffus ist. Zur
Erklarung sei als Kathode eine kleine Kugel angenommen.
Den die Kugel verlassenden Elektronen ist in jedem Punkte
durch das st'arke elektrische Feld in Umgebung der Kathode
eine bestimmte, zur Kugeloberflache annahernd normale Richtung zugeordnet. Von der Gesaintheit der Elektronen wird
durch die Ringblende ein Teil von Elektronen gleicher Austrittsrichtung ausgeblendet, d. h. die an das Diaphragma gelangenden Elektronen ruhren von einer der ausgeblendeten
Austrittsrichtung entsprechenden kleinen ringformigen Zone der
Kugeloberflache her, die im Diaphragma abgebildet wird. Die
Bildpunkte im Diaphragma werden nun von den Elektronen
E h Prli8hknwmxwung uvn c/% noch H. Busch
867
wiederum nur in ainer bestimmten Richtung verlassen, mar
di-t
mr Feldrichtung, aber nicht diffne. Denkt man sich
den Fluore858nzsehirm in Richtung der Riihrenachse verschoben,
wiihrend die Feldstiirke unveriindert bleibt, so wird an jeder
Stelle des bhirmes eine Abbildung der Rine$one entstehen.
Dabei wird sich mit der Stellung des Schirmes nur die Grob
des Bildes bdern, wiihrend die Schhfe stets gleichbleiben wird.
Bei festgehaltenem Schirme kann man die gesuchte Feldstiirke
nur dadurch ermitteln, daS man a d den kleinsten Durchmesser des Ringbildes einstellt. Es mi& sich, daS eine solche
Einstellung nicht mit der erforderlichen Oenauigkeit m6glich
war. Wenn dagegen die von einem PMkte der Ausgangsfhhe
kommenden Elektronenstrahlen diffne sind, so entstehen an dem
Dnrehgengspunkt der Elektronenbahnen durch die Biischelh Schnittpunkte der diffusen Strahlen, und erst dadurch
wird eine durch groSte & M e ausgemichnete Ebene bestimmt,
a d die dam die Feld&ke genau eingeetellt werden kann.
Eine merkliche, wenn auch nicht befriedigende Verbesserung d
e erzielt, nachdem die Riihre um 16cm verlgngert
und die Kathode um die gleiche Liinge wriickgesetzt worden
war. Die Kathode befand sich jetst weit auJ3erhalb der Spule;
die Wkkung des Maepetfeldes begann etwa in der h a l b Entfemung Bwisohen Kathode and Schlitsblende. Bei diesen Vmsuchen l i e b die Bilder eine Einetelhmg der Feldatiklw a d
SchMe auf etwa &2,5 Promille m.
Iv. me em&wge Anor(.ry -4 VerTernehe
Da es offenbar nicht m w c h iet, die Elektronen von einem
pnnkte des Diaphragmas gleichzeitig in mehreren Richtungen
anefsten zu laasen, so mnS di& nacheinander @hen,
und
bei den end@lt@m V e r s u h wurde deshalb a d die Anwendung eineS Drehfeldes wuiiokgegriffen.
Q . 7 d g t die verwendeta Iulhre. Sie besteht aus einem
gleichweib Bohr von etwa 70cmLisnge nmd 48mm innerem
b h m e s s e r . Die Anordnung der Kathode K weicht von der
b k k @ nicht ab, deagkhen der FluoreamF und
die Abmhirmungsnetze Nlund N, Die Anode A ist sin 15 cm
langee, gut aaeSentrierteS Kupfemhr von 0,6 mm Wandstiirke,
deaesn Lege mittels meier in.&
Gzasrohr genau passenden
Kupfehgen 4 und I& fixiert war, und das anSerdem an drei
67
868
F.
W O ~
Stellen an Platineinschmelzungen gehalten wurde. Seitlich
hatte des Rohr eine Anzahl Offnungen zur besseren Evakuierung.
Das Rohr wurde mit zwei Deckeln versehen; der eine, D,stellt
den Diaphragmentrager dar. Der Deckel B am anderen Ende
des Rohres tragt eine zur Rohrachse konzentrische Schlit,zblende. Wegen der sehr wichtigen guten Zentrierung wurden
alle Teile der Anode mit groBer Sorgfalt hergestellt. Um jederzeit einen bequemen Zuiang zu B zu haben, wurde die Rohre bei S
mit einem Schliff versehen; dadurch war es
moglich, die Verhaltnisse bei B in den Vorversuchen systematisch zu untersuchen. Der
Schliff wurde mit weil3em Siegellack gedichtet
und unter Anwendung elektrischer Heizung
geoffnet und geschlossen. Dieses Verfahren
bewahrte sich sehr gut.
Bei P sind 6 Platten aus Elektrolytkupfer
angeordnet, die als Elektroden fur das elektrische Drehfeld dienen. Je zwei der Platten
stehen sich diametral gegenuber, jede Platte
wird mittels zweier Platineinschmelzungen gehalten. Die Platten sind 10 ern lang, 1,6 cm
breit und 1 mm stark. Der senkrechte Abstand zweier gegenuberliegender Platten ist
3,7 em; der Abstand ihres oberen Randes vom
Diaphragmentrager etwa 1 em. Die Platten
wurden mit groBer Sorgfalt eingeschmolzen;
zur Erleichterung dieser Arloeit wurde ein genauer Sechskant aus Hartholz angefertigt,
durch den die Platten wahrend des EinFig. 7
schmelzens in der vorgeschriebenen Lage gehalten wurden. Er hatte einen zylindrischen
Ansatz, der genau in die Rohre paBte und zentiisch durchbohrt war. Spater wurde er als Hilfsmittel zur guten Xentrierung
der Kathode verwendet ; zun%ebst wurde durch die Bohrung
das Diaphragma und eine kleine Offnung in der Mitte von B
visiert, dann wurde in die Bohrung eine Spitze eingeschraubt,
die bis zur Kathode reichte, und nach der diese zentriert wurde.
Auf diese Weise wurden alle Teile der Rohre : Kathode, Drehfeldelektroden , Diaphragma und Schlitzblende gut ausgerichtet.
Eine Praxisionsnaessung von elm,, nach H. Busch
869
Der Drehstrom wurde eisem entfernt aufgestellten Motorumformer entnommen, der mit 32Volt Gleichspannung betrieben
wurde,und durch drei kleine,in Stern geschaltete Transformatoren
(Ubersetzungsverhaltnis etwa 33) auf etwa 300 Volt eff. hinauftransformiert. Aus 12 zur Verfugung stehenden Transformatoren wurden drei mit groBer Annaherung gleiche ausgesucht.
Vor jedem Transformator war noch ein kleiner Widerstand sum
Nachregulieren eingeschaltet. Die Sekundarseiten der Transformatoren waren mit je zwei gegenuberliegenden Elektroden
verbunden ; die Mitten der Sekundarwicklungen waren geerdet.
I n den Vorversuchen wurde zun Lchst die Wirksamkeit
des Drehfeldes untersucht. Zu diesem Zwecke wurde in das
Anodenrohr an Stelle des Deckels B ein Fluoreszenzschirm
eingesetst. Der von der Gluhkathode herruhrende, durch
das Diaphragma hindurchgetretene Lichtschein war deutlich sichtbar ; a n derselben Stelle erschien der schwache Fleck
des unabgelenkten Elektronenstrahles und nach Einschalten
des Magnetfeldes auch der helle Fleck des konzentrierten
Bundels. Zu diesem Mittelpunkt konzentrisch muBte sich
bei eingeschaltetem Magnetfeld die durch das Drehfeld entstehende Ringfigur anordnen. Dies wurde durch geringe
Verschiebungen an den Widerstanden vor den Transformatoren erreicht. Die Ringfigur zeigte his zu einem Durchinesser von etwa 27 mm keine Abweichung von der Iireisgestalt. Wurde die Amplitude des Drehfeldes noch weiter
vergroBert, so ging der Kreis allmahlich in ein Sechseck
iiber. Daher wurde fur deli Blendeizdurchmesser 27 mm gewahlt. Versuche mit eingesetzter Blende und einem unmittelbar dahinter befindlichen Fluoreszenzschirm zeigten, da13
die Ringfigur die Blendenoffnung vollig bedeckte. Hierbei
wurde die Spule von 60 ern Lange verwendet; eine Spule von
85 ern Lange erwies sich als ungunstig, weil hiermit die Iireisfigur bereits bei einem Durchmesser von etwa 20 mm begann, in ein Sechseck uberzugehen. Die Versuche wurden
bei einer Feldstarke angestellt, die fur die elm-Bestimmung
der herrschenden Entladungsspannung etwa entsprach. Nachdem nun die Erscheinungen bei B eingehend untersucht worden
waren, wurde der Fluoreszenzschirm an seinen eigentlichen
Platz gebracht, an dem die Abbildung des Fadenkreuzes beobachtet werden konnte.
F. Wolf
870
Bei der W-ah1 der Breite der Schlitzblende ist ou beachten, daB die Breite bestimmend ist fur die Streuung des
Winkels u, unter dem die Elektronen einen Punkt des Diaphragmas verlassen. Die dureh die Mitte der Blende gehenden
Strahlen vereinigen sich an anderer Stelle als die Randstrahlen, wodurch die Scharfe der Abbildung beeinflufit wird.
Nachdem mit einer Sehlitzbreite von 1,5 mm die notige
Sc,harfe nicht erreicht werden konnte, wurden engere Blenden
verwendet, bis bei einer Breite von 0,6 mm die Einstellung
auf Scharfe so war, daf3 der Magnetisierungsstrom um etwa
&0,8 Promille rerandert werden mufite, um eine merkliche Unscharfe festzustellen. Es ist zu beachten, daf3 auch bei sehr
enger Blende nie die Gesamtflache des Diaphragmas scharf
abgebildet werden kann, sondern nur ein Punkt derselben,
iind zwar bei genauer Zentrierung von Diaphragma, Blende,
Magnetfeld und Drehfeld die Mitte des Fadenkreuzes. Dies
wurde experimentell bestiitigt und war zugleich ein Kriterium fur die genaue Zentrierung. - Ein EinfluB der Gliihdrahtform auf die Bildgute konnte nicht beobachtet werden.
Licht,stiirke und Scharfe waren fur genme Messungen geeignet.
V. Die Messungen
a) B e r e c h n u n g und A u s m e s s u n g d e s M a g u e t f e l d e s
Die Dimensionen der Spule waren:
=
AuBerer Durchmesser
Durchmesser des Drahtes =
Mittlerer Durchmesser
=
Radius R
=
LBnge 22,
20
1 1 , l O em
0,15 ,,
10,95 ,)
5,475 ,)
60,306 ,,
= 30,153 ,,
Die Lange 22, wurde mit einem Kathet,ometer gemessen.
Die Gesamtwindungszahl wurde festgestellt durch Abzahllen
der vollen Windungen, sie betrug
N = 330.
Dann ist die Windungszahl pro Zentimeter
% = 6,30,.
Eine Berechnung a,us der Ganghohe des Gewindes ergab
= 6,299.
12
Eilze Pruzisionsrnesszmg vm elm,, nach H. Busch
871
Die maximale Feldstarke in der Mitte der Spule berechnet sich mit diesen GroBen nach der Formel
$jo
1
2
--nnJ----===
I
dl+$
(Jin Amp.)
zu 7,791 - A
Die Berechnung der Feldstarke als Funktion des Abstandes x von der Mitte erfolgt mittels Reihenentwick1ung.l)
Es ist
wobei
h(z)=l--a -
(
-6
(34
-
6
c) ; (
- d (;)s
-. .
0
Fur die Koeffizienten a, b, c, d ergeben sich die Ausdriicke:
I m vorliegenden Falle ist :
a. = 0,04635
b = 0,07061
c = 0,08722
d = 0,09517
1) H. Busch, Ann. d. Phys 81. S. 974. 1926.
872
F. Wolf
Zur Xontrolle daruber, ob der so berechnete Feldverlauf
den wirklichen Verhaltnissen entspricht , wurde das Feld
der Spule nach einer Differentialmethode mit Hilfe zweier
kleiner gegeneinander geschalteten Spulen in Verbindung
mitt einem ballistischen Galvanometer ausgemessen. Die
eine der beiden Spulen war in der Mitte der Feldspule fest
angeordnet, die andere konnte auf einem eisenfreien Messingstab in Richtung der Spulenachse verschoben werden. Sie
waren SO abgeglichen, da13 sie beim ,4us- und Einschalten
Fig. 8
des Feldstxomes keinen Ausschlag hervorriefen, wenn sie,
gegeneinandergeschaltet und unmitkelbar benachbart, symmetrisch zur Spulenmitte angeordnet waren. Bei Hintereinanderschaltung der Spulen und Ausschalten eines Feldstromes von 1 Amp. war der Ausschlag im Mittel 221,3 mm,
so dal3 also bei Gegeneinanderschaltung ein Ausschlag von
1 mni einer Feldanderung von 0,035 Gauss entspricht, falls
beim Umschalten des Feldstromes beobachtet wird. Die
Messungen wurden bei einem Feldstrom von etwa 10 Amp.
ausgefuhrt, so dal3 1 mrn Ausschlag einer Feldanderung von
0,4-0,5 Promille des Maximalfeldes ent.sprach, und 0,l Promille
Eine Prtixisimsmessung von elmo nach H . Busch
873
noch gut gemessen werdenkonnte. Beobachtungen beivon1OAmp.
abweichenden Stromstarken wurden auf 10 Amp. umgerechnet.
Fig. 8 zeigt die Ergebnisse der Beobachtung und der
Berechnung. Die ausgezogene Kurve durch die Kreispunkte
stellt die in Promille des Maximalfeldes berechnete Feldanderung in Abhangigkeit von der Entfernung z vom Mittelpunkt der Spule dar; die Xreuzpunkte wurden durch Beobachtung gefunden. Die Figur zeigt, daB in dem bei der elmBestimmung benutaten Bereiche
15 em > z > -15 em die
Abweichungen zwischen Berechnung und Beobachtung hochatens 0,l-0,2 Promille betragen, bis auf einige groBere Abweichungen am Rande dieses Bereiches; diese sind aber nach
der Theorie von R u s c h l ) ohne Bedeutung fur den Verlauf
der Elektronenbahnen. Innerhalb einer Fehlergrenze der
GroBenordnung 0,l Promille geben also die obenstehende
Formel fur Q0 und die Reihenentwicklung den wirklichen Feldverlauf wieder.
Den EinfluB der Inhomogenitat des Feldes auf den Verlauf der Elektronenbahnen hat B u s c h 1) berechnet. E r findet,
+
worin Sj als homogen angenommen wird, infolge der Inhomogenitat des Feldes a n StelIe von $jein Wert zu treten hat
-
S j = Q0.K'.
Q0 ist die maximale Feldstarke in der Mitte der Spule vorausgesetzt, daB Diaphragma und Schirm zu dieser symmetrisch liegen - und IT' bedeutet einen Faktor, der sich aus
einer sehr rasch konvergierenden Reihe genau berechneii lafit :
R' = 1 - 0,13069. a
- 0,01791
c
($1'-
0,04110 6
- (z)6
- .... + 0,69747 a . (2)+....
2
*
Hierbei sind a, b, c die fruher berechneten Konstanten, x1 die
Entfernung des Schirmes von der Spulenmitte, also die halbe
Entfernung zwischen Diaphragma und Schirm, und r,, der
mittlere Radius der Schlitzblende. Setzt man die angegebenen
1) H. Busch, a. a. 0.
P. Wolf
a74
Glieder in Rechnung, so kann Ti‘ auf 0,Ol Promille genau
berechnet werden. Es wird
h” = 1 -0,001 57- 0,000 20 -0,00003 * * * *
0,00006
* * *
= 0,99826
und
@ = 7,777 * J.
+
Der so berechnete Wert
der Maximalwert @,.
6ist um
+.
etwa 2 Promille kleiner als
b) M e s s u n g v o n M a g n e t i s i e r u n g s s t r o m und R a h r e n s p a n n u n g
Die Strommessung wurde nit einem Kompensationsapparat von 0. W o 1f f und einem Normalwiderstand von
0,1000 $2 ausgefuhrt. Die Stromstkke konnte auf 0,l Promille
genau abgelesen werden. Das hierzu sowie zum Eichen des
Spannungsmessers benutzte Normalelement wurde vor den
Messungen in der Phys.-Techn. Reichsanstalt gepruft ; die Spannung war 1,0177 Volt.
Zur Spannungsmessung diente ein Prazisionsspannnngsrnesser von S i e m e n s & H a l s k e mit 3 MeSbereichen: 3 Volt,
150 Volt, 750 Volt und einem Widerstand von 1000 Q fLir
je 3 Volt. Duroh Vorschalten von 5 Widersttinden R I , RI1,
RIII, Rrv, R, von je 250000 SZ wurde der MeBbereich auf
4500 Volt erweitert. Die Skala wurde im MeBbereich bis
3 Volt geeicht, in dem bei der elm-Bestimmunp benutzten
Skalenbereich von Skalenteil zu Skalenteil. Die Verhaltnisse der WiderBtande des Instrumentes wurden in empfindlichen Bruckenanordnungen bestimmt ; bei einer Anderung
des Verhaltnisses urn 1 Promille war der Galvanometerausschlag
8 Skalenteile, so da13 die Verhaltnisse auf weniger als 0,l Promille genau bestinimt werden konnten. Es fanden sich
R,
-=
R750
R150
= 50,000
5,0000
-RI480
- 1,0011,
--R1l =
1,0010,
R750
_
RIII_
-1,0005,
R7 80
R,
= 1,00000
Ri50
5,00260
E i m Praixisionsmessung von elmo nach H. Busch
875
Die Ablesung am Voltmeter war auf yl0 Skalenteil genau,
d. h. die Spannung konnte auf 0,7 Promille genau gemesseii
werden. Zur Vermeidung einer elektrostatischen Aufladung
cles Instrurnentes wurde darauf geachtet, daB das Instrument
am geerdeten Pol der Hochspannung angeschlossen war.
Die Vorschaltwiderstande waren auf Porzellanrollen gut isoliert aufgestellt .
Von der gemessenen Spannung wurde der halbe Spannungsabfall im Gluhdraht subtrahiert, da der negative Pol der Heizbatterie an dem Ende des Gliihdrahtes lag, an das die Abzweigung
zum Spannungsmesser gefuhrt war. Der Spannungsabfall
wurde rnit einem an den Enden des Gluhdrahtes liegenden
Voltmeter gemessen; er betrug etwa 8 Volt, die erforderliche Korrektion also etwa 1 Promille der Rohrenspannung.
c) Die Messung dea Abstandes
Diaphragma-Fluoreseenzechirm
erfolgte n i t einem Kathetometer. Dabei wurde die Rohre
urn ihre vertikale Achse mehrfach gedreht. Zur genauen Ablesung war einerseits das Diaphragma uber die Deckelebene
leicht erhoht, andererseits das Abschirmungsnetz am Fluoreszenzschirm an mehreren Stellen ausgeschnit ten. Es ergaben sich folgende Werte :
30,727 em
30,718 cm
724 ,,
706 ,,
719 ,,
723 ,,
722 ,,
734
713 ,,
726 ,,
717 ,,
718
724 ,,
724
Mittel: (30,721 f 0,015) cm( & 0,2 Promille mittlerer Fehler)
3,
___
.,
,.
Die Dicke der fluoreszierenden Schicht war etwa 0,08 mm.
Sie wurde nach den Messungen mit einem Mikroskop festgestellt, indem die Stelle des Schirmes, an der das Bild beobachtet worden war, von der Schicht befreit wurde und mit
einem Deckglaschen uberdeckt wurde, an dessen Unterseite
sich eine Marke befand. Der Rand des Glaschens lag in etwa
1 mm Breite auf der Schicht in Umgebung der MeIjstelle auf.
Es wurde dann einmal auf die Marke am Deckglaschen, das
andere Ma1 anf die matt.ierte Glasebene des Schirmes scharf
eingestellt. Der Unterschied betrug etwa 6 Trommelteile ;
F. wozj
876
die Drehung der Trommel um eiiien Teil entspracli einem
Hohenunterschied von 0,014 mm.
a) D i e
COB
a-Eorrektion
Der Winliel rx ergibt sich aus dern mittleren Radius ro
der Schlitzblende in folgender Weise : die Eahngleichung
lautet :
r = r o s i n z E f1 - ,
wobei I den Abstand des Konvergenzpunktes von Diapliragma
bedeutet ; hieraus folgt, :
Der niittlere Schlitzradius ist r,, = 13,5 nim, die Schlitzbreite betrkgt 0,6 nini und I = 30,721 em. Es ergeben sich
fur die Mitte der Schlitzblende: cos M. = 0,99060,
fur den Rand der Schlitzblende: cos ct = 0,99040 bzw.
0,990 80.
Das Glied cos rx geht quadratisch in die Formel fur elm, ein,
so daB zwischen Randstrahlen und Mittelstrahlen die Abweichung etwa
0,4 Promille betriigt.
e) Reduktion d e s g e f u n d e n e n V e r h a l t n i s s e s elm
auf d i e fluhmasse mo
Nacli der Theorie voii L o r e n t , z - E i n s t e i n wird der
Ausdruclr fur e / m o
mo
m
cmisec. Die Reduktion belauft sich fur
?!, = - sz 0,13 a,uf etwa 4-5 Promille des elm-Wertes.
wobei c
= 3.1010
b
f) Ausfuhrung und A u s w e r t u n g der Messungen
Um mit moglichst konst,antem Strom und moglichst
konstanter Spannung zu arbeiten, wurden die Messungen
nachts ausgefuhrt. Dann war der St,rom der Institutsbatterie
vollig konstant, so daB eine Strommessung mit dem Kompensationsapparat keine Schwierigkeiten bereitete. Schwan1) W. Kaufmann, Ann. d. Phys. '19. S. 551. 1906.
Eine Praxisionsmessurng von elm, nuch H . Busch
877
kungen der Hochspannung traten nur zeitweise auf und betrugen maximal 1 Promille, dann wurden die Messungen unterbrochen. Die Messungen wurden so ausgefuhrt, daB zu einem
bestimmten Werte der Spannung das Optimum der Scharfe
der Fadenkreuzmitte eingestellt wurde durch Einregulieren
des Spulenstromes. Unmittelbar nach der Einstellung wurde
zunachst die Spannung gemessen, dann der Strom am Kompensationsapparat bestimmt. Eine Hnderung der Heizstromstarke hatte keinen EinfluB auf die MeBergebnisse; auch blieb
es gleichgultig, ob zwischen den einzelnen Messungen die Hochspannung aus- oder eingeschaltet war.
Das Erdfeld und andere magnetische Storungen wurden
kompensiert durch Kommutation des Feldstromes. Dabei
wurde in Rucksicht auf groBere MeBschnelligkeit so verfahren, daB zunachst in der einen Stromrichtung eine Reihe
Ablesungen vorgenommen wurde, sodann bei etwa der gleichen
Spannung in der anderen Stromrichtung. Bei dem Wechsel
der Stromrichtung verlagerte sich die Stelle groBter Scharfe
urn einen geringen Betrag seitlich der Fadenkreuzmitte, und
die Spule muBte mittels der Justierschrauben um einige
Zehntel-Millimetergeschwenkt werden, damit auch nach der Kommutation die Fadenkreuzmitte die Stelle groBter Scharfe war.
Der Bereich, in dem die Rohrenspannung variiert wurde,
war einerseits begrenzt durch den MeBbereich des Voltmeters (bis 4500 Volt), andererseits durch die Lichtstarke
der Bilder, die unterhalb von 3600 Volt zu gering war, um
exakte Messungen ausfuhren zu konnen. Je 10 bei etwa den
gleichen Rohrenspannungen ausgefuhrte Messungen wurden
in Gruppen ZusammengefaBt. Die Gruppen enthalten in
zwei Untergruppen entsprechend der Kommutation des Magnetfeldes 5 Messungen, bei denen das Erdfeld zum gemessenen
Feld zu addieren ist, und 5 Messungen, bei denen das Erdfeld abzuziehen ist. Die Auswertung erfolgte in der Weise,
daB fur jede Gruppe diese Feldkorrektion so ermittelt wurde,
daB bei Anbringung der Korrektion jede der beiden Untergruppen den gleichen Mittelwert von elm ergibt. Der ermittelte Korrektionswert A J bzw. $jE ist in den folgenden
MeBreihen fur jede Gruppe angegeben. Tab. 1 gibt eine Zusammenstellung dieser Werte und zeigt, da8 die Gr6Ben Q E
rim hochstens 5 Proz. von ihrem Mittel abweichen. Da Q E
P. Wolf
878
nur etwa 1 Proz. des Hauptfeldes betragt, ka.nn dies als eine
gute Kontrolle der MeSgenauigkeit angesehen werden. 1)
Die Abweichung des Mittels vom Werte des Erdfeldes in
Jena (z0,46 Gauss) ist nicht verwunderlich, da cler Arbeitsraum nicht, eisenfrei war.
T a b e l l e 1.
Grnppe
4500 Volt
4350 ,,
4200 ,,
4050 ,,
3900 ),
3750 ,,
3600 ,,
J
(Amp. 1 __.___
@E (Gauss)
0,0562
520
543
556
536
565
573
0,437
404
422
433
417
440
445
0,428
5 Proz. max. Pehler.
In den nun folgenden Tab. 2-8
bedeuten: A die Ablesung am Voltmeter in ' Skalenteilen, E die entsprechende
Spannung in Volt, vermindert um den halben Spannungsabfall im Gluhdraht, J die gemessene Stromstarke in Amp.,
J'. die in bezug auf das Erdfeld korrigierte Stromstarke,
e/nE den aus E und J' berechneten Wert der spezifischen
Ladung in el. m. Einh., e/m das auf die Ruhmasse redusierte
Verhaltnis und A 2-die Abweichung vom Gesamtmittel.
T a b e l l e 2.
A
_
_
.____
120,20
120,oo
120,oo
120,45
120,15
120,oo
119,85
121.20
120.50
190,35
~
3598,O
3611,5
3602,5
3218
3335
3259
3598,O
5,2087
5,2730
2672
2645
2762
2686
1,7594
604
622
610
610
1,7656
666
684
672
678
1,7671
1,7674
669
688
-0,0016
6
12
0
6
+
+
+0,0002
3
16
I~
Uitkel: 1,7671,.107
1) Moglicherweise sind die Abweichungen der GroBen .QE von h e m
Xlittel reell, weil an verschiedenen Tagen gearbeitet wurde.
Eine Pra.akionsmessung uon
A
nach H. Buscla
879
Tabelle 3
E
J'
J
&
:
I
(no
____
___ __
__.
._
_
_
125,90
125,05
124,85
125,20
125,35
elm,
3775,O
3749,5
3743,5
3754,O
3758,O
125,25
125,OO
125,OO
125,05
125,40
dJ
3755,5
3748,O
3748,O
3749,5
3760,O
= 0,0565
(QE= 0,440)
5,4493
4329
4241
4378
4395
5,3928
3764
3676
3813
3830
1,7620
608
637
597
605
5,3249
3170
3185
3200
3254
5,3814
3755
3750
3765
3819
1,7604
619
610
1,7685
673
702
662
670
1,7678
1,7669
684
675
$0,0013
- t - 1
+-
30
10
2
-0,0003
12
3
++
+
0
14
1,7677
Mittel: 1,7677,. lo7
Tabelle 4
e.
10-7
J
A
m0
_.
130,25
130,15
129,80
130,30
131,OO
3905,5
3902,5
3892,O
3907,O
3928,O
5,5435
5402
5299
5399
5565
5,4899
4866
4763
4863
5029
130,15
130,40
129,85
129,70
3902,5
3910,O
3893,5
3889,O
5,4314
4323
4277
4232
4309
5,4850
4859
4813
4768
4845
L
m0
1,7657
-0,0015
665
7
683
11
686
14
674 +
2
1,7673
1,7607
1,7674 +0,0002
636
703
31
591
658
14
667
5
600
604
671
1
1,7675
Mittel: 1,7674.107
1,7590
598
616
619
607
++
+
Tabelle 5
____________
135,15
134,90
P34,85
4049,5
4042,O
4040,5
5,6526
6450
6432
6426
VJ69
136,OO
135,50
134,90
135,20
135,30
4075,O
4060,O
4042,O
4051,O
4054,O
5,5498
5403
5263
5388
5363
,
5,5970
5894
5876
5870
5813
1,7592
596
606
577
607
5,6054
5959
5819
5944
5919
1,7604
600
610
570
598
1,7661
665
675
646
676
1,7665
1 1,7673
669
679
639
j
667
~
~
-0,0011
7
3
26
+
+
'
4
+0,0001
3
f
7
- 33
5
F. TVoY
880
Tabelle 6
.___
A
A
E
Q
m0
.~
.___
140,lO
141,30
140,80
140,20
140,25
4197,4
4233,4
4218,4
4200,4
4201,9
5,7422
7712
7589
7427
7467
5,6879
7169
7046
6884
6924
1,7611
582
595
620
603
140,20
140,OO
140,OO
140,50
140,35
4200,4
4194,4
4194,4
4209,4
4204,9
5,6346
6319
6341
6433
6422
5,6889
6862
6884
6976
6965
1,7617
608
595
602
589
1,7684
655
668
693
676
1,7675
1,7690
681
668
675
622
+0,0012
17
4
21
+
4
+
+O,OO18
+
+
-
9
4
3
10
Mittel: 1,7675.107
Tabelle 7.
J
1
J’
5.10-7 e - 1 0 - 7
A 5
m
m0
m0
~.___1,7594
1,7670
-0,0002
586
10
662
608
684
12
587
663
9
1
595
671
1,7670
1,7574
1,7650
- 0,0022
588
664
8
608
684
12
671
1
595
599
675
+
3
1,7669
.Mittel: 1,7669,. lo7
~~
14.520
145,05
144,80
144,95
144,80
4348,O
4343,5
4336,O
4340,5
4336,O
5,8439
8421
8335
8358
5,7919
7901
7815
7880
7838
145,30
145,45
145,lO
144,90
145,05
4351,O
4355,5
4345,O
4339,O
4343,5
5,7453
7458
7355
7336
7360
5,7973
7978
7875
7856
7880
8400
+
+
Tabelle 8.
149,50
4486,O
4495,O
4489,O
4493,5
4477,O
5,9380
9449
9418
9425
9341
5,8818
8887
8866
8863
8779
1,7602
595
590
604
590
149,50
149,80
149,80
149,95
150,20
4477,O
4486,O
4486,O
4490,5
4498,O
5,8199
8251
8267
8311
8357
5,8761
8813
8829
8873
8919
1,7600
605
595
587
588
149,80
150,lO
149,90
150,05
!
1
1,7680
673
668
682
688
1,7674
1,7678
683
673
665
666
I+
+0,0008
-
+-
1
4
10
4
+0,0006
11
1
7
6
+
+
Eine Prazisimsmessung von elmo nach
H. Busch
881
Die nach den Messungen von der Phys.-Techn. Reichsanstdt vorgenommene Priifung des Normalwiderstandes von
0,1000 SZ ergab den Wert 0,100017 SZ bei 17O. Die in den
vorstehenden Tabellen angegebenen Werte fur elmo sind daher
um etwa 0,4 Promille zu erhohen.
no
/7690 0
17680 -
0
0
0
0
0
f7670 $7660 !
I
l
l
I
I
I
I
I
I
Fehler der Einzelmessung ist etwa 0,7 Promille. In Fig. 9
sind $;die Mittelwerte der einzelnen Gruppen als Funktion der
Spannung adgetragen ; sie zeigen keinen merklichen Gang
und ihre Abweichungen vom Gesamtmittel betragen maximal
etwa 0,5 Promille.
h) Erreichte Genauigkeit
Zur Beurteilung der Genauigkeit des Gesamtresultates
seien die bei der Methode vorkommenden MeBfehler nochmals zusammengestellt :
1. Die Einstellung des Feldstromes auf die Scharfe der
Fadenkreuzmitte erfolgte mit einer Genauigkeit von etwa
f0,5 Promille max, Bei der groDen Anzahl der Beobachtungen wird aber dieser Fehler sehr herabgesetzt ; er kann
hnnalen der Phyak IV. Folge. 83.
58
F. Wolf
882
dem mittleren Fehler des Gesamtresultates gleichgesetzt
werden. Dieser betragt etwa 0,l Promille.
2. Der von einer vielleicht vorhandenen Ungenauigkzi-t
der Spulenwicklung herruhrende Fehler kann maximal die
GroBenordnung 0,2 Promille haben , wie aus dem Vergleich
zwischen Berechnung und Beobachtung hervorgeht. Zu diesem
Fehler kommt der Fehler der Strommessung (= 0,l Promille)
hinzu, so daB das Magnetfeld auf etwa & 0,3 Promille genau
bestimmt ist.
3. Der mittlere Fehler der Entfernung 1 betragt & 0,2
Promille.
4. Die Spannungsmessung ist auf l/lo Skalenteile x 0,7
Promille genau.
Die Fehler unter 2. und 3. verdoppeln sich, weil die
GrijBen Q und I quadratisch in die Endformel eingehen, so
daB sich der Fehler des Gesamtresultates ergibt zu
v(O,l)z
+ (0,6)' + (0,4)z + (0,7)2 = & 1Promille.
Diese Schatzung ist vorsichtig, denn es ist zu berucksichtigen, daB die bei der Strom- und Spannungsmessung
moglichen Ablesungsfehler durch die Haufung der Beobachtungen an verschiedenen Skalenstellen sich im Mittel
kompensieren mussen.
Znsammenfassnng
1. Die von B u s c h angegebene Methode zur elm-Bestimmung wurde zu einer Prazisionsmethde ausgearbeitet,
2. Die Gesichtspunkte, die bei dem Ausbau beachtet
wurden, waren im wesentlichen die folgenden Verbesserungen
an der ursprunglichen Methode :
a) Erhohung der SpannungsmeBgenauigkeit durch Verwendung einer Gluhkathodenrohre mit konstanter Spannungsquelle an Stelle einer Ionenrohre.
b) Erhohung der Einstellscharfe durch Anbringen eines
Fadenkreuzes im Diaphragma und durch Herstellung eines
genugend grofien, einheitlichen Offnungswinkels der die Abbildung be wirkenden Elektronenstrahlen.
c) Herstellung eines moglichst storungsfreien Magnetfeldes unter besonderer Berucksichtigumg des Erdfeldes ; genaue Ermittlung der Feldstarke durch Vergleich des be -
Eine Prazisionsrnessung von elm, nach H. Busch
883
rechneten Feldverlaufes mit der Beobachtung; Berucksichtigung des Einflusses der Inhomogenitat des Feldes auf den
Verlauf der Elektronenbahnen.
d) Erhohung der Genauigkeit der Feldstrommessung durch
Verwendung des Kompensationsapparates.
e) Vermeidung elektrischer Aufladungen an den Rohrenwanden uiid am Fluoreszenzschirm.
3. Die fur eine gute MeBgenauigkeit erforderliche Divergenz der Strahlen erreichte B u s c h mit einem magnetischen
Drehfeld. Infolge der Streuung desselben in den Beobachtungsraum hinein konnen Fehler entstehen. Deshalb wurde
zunachst versucht, die erforderliche Divergenz ohne Drehfeld durch geeignete Form (z. B. Ringform) und Anordnung
der Gluhkathode zu erreichen. Es eeigte sich, daB aus offenbar prinzipiellen Grunden dieser Weg nicht gangbar ist.
4. Deshalb wurde bei der endgultigen Anordnung eine
Gluhkathodenrohre in Verbindung mit einem elektrostatischen Drehfeld verwendet. Bei Anwendung eines genugend
schmalen Bundels hatten die mit dieser Anordnung erzeugten
Bilder eine Scharfe, auf deren Optimum der Magnetisierungsstrom auf 5 0,5 Promille max. genau eingestellt werden konnte.
5. Aus 70 Einzelmessungen ergibt sich als Mittel
e
__ =
(1,767, 5 0,0018).107 el. m. Einh.
m0
Die maximale Abweichung der Einzelmessung vom Mittel
ist & 2 Promille, die mittlere ist etwa 0,7 Promille.
Es sei mir gestattet, Hrn. Prof. Dr. H. B u s c h fur die
Anregung zu der vorliegenden Arbeit und fur seine dauernde
freundliche Unterstutzung und Beratung meinen herzlichsten
Dank auszusprechen. Ebenso herzlich danke ich Hrn. Geh.
Hofras Dr. M. W i e n fur das stete fordernde Interesse am
Fortschreiten der Arbeit. Der Notgemeinschaft der Deutschen
Wissenschaft bin ich fur die Uberlassung der beiden Prazisionsinstrumente und der Pumpe, dem Elektrophysik- Ausschul3 der Notgemeinschaft fiir die Unterstutzung bei Beschaffung der erforderlichen Apparatur zu Dank verpflichtet.
J e n a , 29. Marz 1927.
(Eingegangen 25. Mai 1927)
58 *
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