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Einfluss von Diaphragmen auf elektrische Dauerentladung durch Luft von Atmosphrendruck.

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339
8. J3in,$?wss von, Diaphragmen, awf elektrische
Dawerentladumg dwrch Lzcft vom AtmoephCire~adrzlclc; vom M. T o e p l e r .
i n den Stromkreis einer vielplattigen T o e p l e r ’ schen
Influenzmaschine sei ein Schlagraum eingeschaltet , dessen
Elektroden von einer Metallspitze und einer Halbleiterplatte
(Schiefer, Basalt etc.) gebildet werden. l) B a s Pliessen der Elektricitat durch den Schlagraum findet dann ununterbrochen nahezu
continuirlich statt, und zwar beobachtet man, wie friiher nach-
gewiesen , fiir wachsende Stromstarke nacheinander das Auftreten von Glimmen, dann Biischel und Biischellichtbogen 2, ; nur
beim Uebergange einer Entladungsform in die nachstfolgende
tritt eine zeitlich discontinuirliche Entladung, wie z. B. eine
Reihe von Stossbiischeln oder Funken auf. Die Stromung
iindet bei Glimm- und negativer Biischelentladung nuf breiter
Bahn statt; ebenso in der Krone des positiven Biischels; im
Stiele des letzteren und bei positivem oder negativem Biischellichtbogen erscheinen alle Stromfaclen eng zusammengedrangt.
I n Folgendem sei kurz der Einfluss, welchen Metnllstucke
oder Diaphragmen in den Schlagraum gebracht auf nahe
continuirliche Entladung ausiiben , geschildert. Specie11 das
Verhalten des Biischellichtbogens ist hierbei in mancher Hinsicht interessant ; es wird daher vorwiegende Beriicksichtigung
finden.
I. Halt man wahrend des nahe continuirlichen Elektricitatsstromens durch den Schlagraum ein isolirtes oder auch
mit der Erde verbundenes Metallstiick in die Stromungsbahn,
so kann der Strom je nach der Stellung und Grosse des
Metallkorpers ganz oder teilweise durch diesen hindurchgehen.
Hierbei bleiben die beim Leiter vorbeifiihrenden Strornfaden
1J An Stelle einer vielplattigen Influenemaschine konnte naturlicb
auch eiue Accumulatorenbatterie oder Gleichstrommaachine von hinreichender Spannung als Stromquelle dienen.
2) Urn schliesslich einen Flammenbogen zu erhalten, geniigt der
Strom einer 60plattigen Influenzmaschine nooh nicht.
M.Toepler.
340
nach wie vor dem Auge sichtbar, was besonders leicht bei der
Krone des positiven Dauerbuschels wahrzunehmen ist.
Fur die durchgehenden Stromfaden wird das Metallstuck
zur Zwischenelektrode; fur sie zerfallt der Schlagraum in
zwei Halften, . welche dann bezuglich der in ihnen zur Ausbildung gelangenden Lichterscheinungen fast unabhangig voneinander sind. Besonders leicht zu beobachten und interessant
ist dies in dem speciellen Falle, dass ein negativer Buschellichtbogen durch ein Metallstuck in zweie geteilt ist.
I
A,
I
I
I
I
I
I
I
I
1
I
I
I
I
A,j
Fig. 1.
In Fig. 1 ist bei A M K die Lichterscheinung angedeutet,
wie man sie zwischen Anode A, Metallstuck M und Kathode K
bei einem Elektrodenabstande A K yon etwa 7 cm und etwa
2 Milliamp. beobachten kann. Beide Schlagraumhdften zejgen
negative Buschellichtbogen; in A M ist der positive Anteil fast
vollig unterdriickt (Kennzeichen grosser Anodendunkelraum),
in M K gehort die eine Lichtschicht dem hier nicht ganzlich
unterdriickten positiven Anteile zu. l) Bei Beweyung von M
1) Die Darstellung der Leuchtmassen und ubrigen Lichter ist in
den Figuren der vorliegenden Arbeit etwas schematisch gehalten; Photogramme von Buschellichtbogen finden sich in den Abh. d. naturw. Ges.
Isis Dresden 1898 u. in Wied. Ann. 63. p. 109.1897 sowie 69. p. 680. 1899.
Entladung durch Diuphragmen.
34 1
haften die Schichtei~ des neyativen Anteiles vom Schlayraume A M
un M, ebenso die Schicht des positiven Anteiles in M K . Durch
die gestrichelten Linien ist angedeutet, welche Stellung die
einzelnen Lichtschichten einnehmen, wenn z . B. die Kathode K
von K uber Kl nach K, und gleichzeitig das Metallstuck, M
von M iiber
nach M, verschoben wird.
Besonders bemerkenswert ist die Thatsache, dass die Entladungsform in beiden Schlagraumteilen eine verschiedene sein
ka.nn (vgl. weiter unten Abschnitt VI).
11. Ein ahnliches Verhalten beobachtet man , wenn an
Stelle des Metallzwischenstiickes eine mit einer kleinen Oeffnung
versehene Platte von Glimmer, Glas oder einem anderen Isolator in den Schlagraum parallgl zur Halbleiterplatte einge-
schohen wird. Die enge Oeffnung (ca. 2 mm Durchmesser)
wirkt ganz analog wie das Metallstuck, mit dem einzigen
Unterachiede, dass hier alle Stromfaden gezwungen sind, die
Oeffnung zu durchsetzen; die Oeffnung wird ZUT Zwischenelektrode. Insbesondere beobachtet man auch hier, dass die Entladungsform beiderseits der Platte mit Oeffnung eine verschiedene sein kann; so kann z. B. positiver Biischellichtbogen
einerseits, positiver Biischel andererseits und ebenso bei Stromumkehr diesseits negativer Buschellichtbogen, jenseits der
Oeffnung negative Biischelentladung (vgl. Abschnitt VI) auftreten.
111. Ganz besonders interessant sind die Erscheinungen
fur den Fall, dass beiderseits der Oeffnuny Buschellichtboyen
zur Ausbildung kommen. In Fig. 2 ist der zu Fig. 1 analoge
Fall dargestellt; D, B, bedeutet z. B. eine durchlochte Glimmerplatte. In der Oeffnuny bildet sich stets eine Leuchtrnasse; ihr
spitzes Ende ist in allen Fallen der Anode zugekehrt. Bewegt
man die Qlimmerplatte, 80 haften, ganz wie bei Fig. 1 am
M. Toepier.
342
Metallstiicke, so hier an der Oeffnung die Schichten des
negativen Anteiles links und des positiven Anteiles rechts.
In Fig. 3 a ist die Anordnung der Lichtteile in der Nahe
eines Metallzwischenstuckes, in Fig. 3b in der einer Oeffnung
vergrossert abgebildet und
4,
c a
$I
zwaristangenommen,dass
I
beiderseits- Buschellicht....._.......
4c._..M J
bogen zur Ausbildung geFig. 3a.
kommen ist. I n Fig. 3 a
bedeutet a das sogenannte
blaue Kathodenlicht, b das
i 0,
Anodenglimmlicht , c das
ziegelrote Licht, dl d, carminrote Leuchtmassen. l)
Der wesentliche Unteri 0, i
!
schied zwischen dem Falle
von Fig. 3 a und 3 b ist
Fig. 3b.
der, dass in Fig. 3 b die
Lichter a und b fehlen;
c und dz erscheinen zu einer einzigen Leuchtmasse m n verschmolzen.
D
l
I
,
I4
/ ,
+*
1
1) Die angegebene Flirbung gilt fur Stromskirken bis etwa 3Milliamp.
Eine Verringerung des Luftdruckes bis auf 10 mm Hg und weniger iindert
die Farbung nicht wesentlich (vgl. Abh. Isis 1. c.). In anderen Gasen
als Luft (z. B. in CO,) ist dagegen die Farbung der einzelnen Lichtteile
eine andere.
Es sei ferner zur Orientirung darauf hingewiesen, dass iiach friiheren
Untersuchungen (vgl. wieder Abh. Isis, 1. c.) zwischen den Lichtern des
Buschellicbtbogens in fwier Luft und den bekannten Lichterscheinungen
in Geisslerrohren folgender Zusammenhang besteht. Das Licht a entspricht dem sogenanntcn blaueii Kathodenlichte, das Licht b den1 Anodenglimmlichte, das ziegelrote Licht c fehlt meist in Geisslerrohren (oft diirfte
es in der ersten Schicht der eogenannten Anodenlichtsiiule wiederzufinden
sein, welche bekanntlich vielfach ein von dem der iibrigen verschiedenes
Vergalten zeigt). Die Leuchtmassen d, und d, eind nicht etwa identisch
n i t den bekannten sogenannten Anodenlichtschichten ; vielmehr ist die
gesamtc Anodenlichts&ule aufzufassen als eine einzige secundiir wieder
in kurze Schiehten zerfallene Leuchtmasse. Es ist nicht uninteressant,
dass sick. die Leuchtmasseii 12, d2 . ., wie vorliegende Milteiluizg xeigt, hinsichtlieh des Einflwses eon Bahncerengerungen gnns ahnlich verhdten, wie
es von den Anodenlichtschichten bekannt ist.
.
Entludung durch Diuphraymen.
343
Es scheint also, dass die Bildung der Lichter a und b
und der zugehorigen Dunkelraume das Vorhandensein einer
Metallelektrode voraussetzen. Ihr Auftreten ist daher wohl veranlasst durch die materielle Discontinuitat beim Uebertritte
der Elektricitat von Luft in Metall einerseits, von Metall in
Luft andererseits. Dagegen sind die Lichter c und d, schon
dem normalen Fliessen der Elektricitat durch einen Luftraum
eigentumlich ; sie stellen jedes gewissermaassen eine halbe
Leuchtmasse dar.
Auch die Farbung der Lichtteile spricht fiir die Richtigkeit der ausgesprochenen Auffassung. Das Ende m der Leuchtmasse in der Oefhung ist ziegelrot wie c, das Ende n dagegen carminrot wie 4 gefarbt (bei Entladung durch gewohnliche Luft). Ueherhaupt zeigt auch jede andere Leuchtmasse,
z. B. 4 , in gleicher Weise in Richtung des Stromes carminrote Farbung, wahrend ihr spitzes , der Anode zugekehrtes
Ende ziegelrot erscheint.
IV. Dass sich in einer Oefinung stets eine Leuchtmasse
und zwar ohne wesentliche Deformation derselben (im Vergleiche zu ihrer Form in freier
Luft) bildet, muss in der Natur
des Stromungsprocesses in
der Leuchtmasse und in ihrer
Umgebung begrundet sein.
Die Stellung der Leuchtmasse
in der Oeffnung wird derartig
sein, dass die naturliche Entwickelung des StrBmungsFig. 4.
processes, wie er bei einer
freien Leuchtmasse von selbst zur Ausbildung kommt , auch
bei der Leuchtmasse in der Oeffnung moglichst erhalten bleibt.
Die Annahme liegt also sehr nahe, dass bei jeder Leuchtmasse
die Elektricitatsstromung in der Weise erfolgt, wie es die Pfeile
in Fig. 4 andeuten.
Beim Biischellichtbogen wechseln hiernach wahrscheinlich
Strecken breiterer Stromungsbahn mit Bahnverengerungen
periodisch ab; letztere liegen je in der Nahe des spitzen, der
Anode zugekehrten Endes jeder Leuchtmasse.
344
M. Toepler.
V. Der Satz, dass eine Oeffnung in einer Isolatorplatte
wie eine Zwischenelektrode wirkt, und dass sich in ihr stets
eine Leuchtmasse bildet, gilt auch noch fiir recht weite Oeffnungen (von 1 cm Durchmesser und auch noch etwas mehr).
I n weiten Diaphragmenofhungen kommt jedoch manchmal
an Stelle einer einzigen Leuchtmasse ein Biindel von mehreren
fadenformigen Leuchtmassen zur Ausbildung.
Bemerkenswert war hierbei, dass eine ruhige stabile Schichtbildung meist nur dann eintrat, wenn auch schon ohne Diaphragma an dem Orte, wo die Oeffnung des Diaphragmas sich
befand, eine Schicht zur Ausbildung gekommen ware; andernfalls war die Schichtenbildung in der Regel hochst unstat.
Wahrend also enge Oeffnungen stets die Stellung einer Leuchtmasae in ihnen erzwingen, nimmt dieser Zwang bei immer
weiteren Oeffnungen mehr und mehr ab, sodass die von der
spitzen Elektrode ausgehende Ordnung der Lichtteile bis in
die Oeffnung und schliesslich bei ganz weiten Oeffnungen durch
sie hindurch zur Geltung kommt.
Ganz besonders auffallend ist die Thatsache, dass sich
Metallplatten mit nicht zu kleiner Oeffnung ganz ahnlich wie
Isolatorplatten verhalten. So bildete sich z. B. in der Kreisoffnung von 1 cm Durchmesser einer 0,5 cm dicken Kupferplatte eine Leuchtmasse; j a sogar in der Axe eines Gasrohrstuckes (Eisen) von 1 cm Lange und 1 cm lichter Weite war
eine Leuchtmasse dauernd existenzfahig!
Dieses auffallende Verhalten erklart sich aus dem relativ
kleinen Potentialgradienten langs eines Biischellichtbogens l);
so wird es z. B. moglich sein, durch das Rohr abcd in Fig. 5
einen urspriinglich zwischen A und B bestehenden Biischellichtbogen von .B und C nach K hindurchzuziehen, wenn nur
die Spannungsdifferenz zwischen B und C kleiner bleibt, als
zur Neubildung eines Entladungsweges von B iiber a und b
nach C notig ware.2)
Bei Anwendung von Glasrohren von mehreren Centimetern
Aanye zeigt sich, dass immer in dem der Anode zuyekehrten
1) M. Toepler, Wied. Ann. 66. p. 672. 1898.
2) Es sei darauf hingewiesen, dass durch die angegebenen Thatsachen auch manche Beobachtungen an Kugelblitzen unserem Versthdnisse usher gebracht werden.
345
Entladung durch Diaphragmen.
Ende eine Schicht sich bildet und daselbst bei Rohr- oder
Elektrodeneerschiebung festgehalten wird.
Aehnlichen Einfluss wie die Oeffnung in einer Platte iibt
auch schon das Annahern eines Korpers, z. B. der Kante
I
i
h
-
Fig. 5.
eines Isolators, des Endes eines Metalldrahtes etc. Specie11
beim Biischellichtbogen veranlasst jeder hinreichend genaherte
Korper auch in denjenigen Stromfaden, fur welche er nicht
zur Zwischenelektrode wird, das Auftreten einer etwas stromauf gelegenen
am Korper haftenden Dnnkelstelle.
......-$.$
VI. Bildet sich in einem der
......_._
.....
beiden Schlagraume, z. B. links vom
Fig. 6a.
Diaphragma, kein Biischellichtbogen,
sondern ein neyativer Biischel, SO beobachtet man die in Figg. 6 a und tib
vergrossert angegebene Entwickelung
der Lichter. Die bei einem voll entwickelten negativen Biischel in der
Biischelaxe erscheinende ziegelrote
Lichtspitze ist nichts anderes als das
Licht c in Fig. 3, d. h. sie ist wie dieses
als halbe Leuchtmasse aufzufassen.
Fig. 6b.
Das blauliche sie umgebende Biischellicht ruhrt von den im iibrigen meist nicht sichtbaren stark nach
der Kathode bez. der Oeffnung convergenten Stromfaden her (vgl.
die Pfeile in Fig. 4). Bei sehr intensiven negativen Biischeln verschwinden sie schliesslich neben der immer intensiver werdenden
centralen Lichtspitze, bei schwachen Biischeln ist andererseits
~
AnDden der Physik. IV. Folge. 6.
23
346
M. Toepler. Entladung durch Diaphragmen.
die Stromungsdichte selbst im centralen Teile nicht gross
genug zur Ausbildung der ziegelroten Lichtspitze.
Analog wie der blaue Lichtkegel des negativen Biischels
zum ziegelroten centralen Lichte verhalt sich die Krone des
positiven Biischels zum Biischelstiele ; nur ist zu bemerken,
dass der lange Stiel intensiver positiver Biischel, wie man leicht
beobachtet, meist von einer Reihe freilich nur unscharf gegeneinander abgegrenzter carminroter Schichten gebildet wird,
von denen dann meist nur die letzte Schicht die von ihr endgiiltig divergirenden und nicht zu einer weiteren Leuchtmasse
erneut zusammengefassten zaltllosen blaulichen Stromfaden
dem Auge sichtbar werden lasst.
Die Leuchtfaden lassen sich ihrerseits auch wieder auffassen als langgestreckte, aber nur unvollkommen ausgebildete
Leuchtmassen.
Alle Bntladungsformen, in welche 6ei Stromversiarkung die
positive oder negative Glimmentladung successive iibergeht , erscheinen hiernach als zusammengesetzt aus einer mit zunehmender
Stromstiirhe an Zahl wachsenden Reihe von mehr oder minder
vollkommen ausgebildeten Aeuchtmassen.
Die in vorliegender Arbeit mitgeteilten Beobachtungen
gelten, wie schliesslich nochmals hervorgehoben sei , fur ein
moglichst stationares Elektricitatsfliessen durch den Schlagraum, d.h. fiir constante Stromzufuhr zu den Elektroden und
kleine Elektrodencapacitat ; selbst in diesem Falle wird die
Regelmassigkeit der Ausbildung der Lichterscheinungen sehr
oft getriibt durch Unregelmassigkeiten in der Bildung des
Stromes mitgerissener Luft. Bei stossweiser Entladung, wie
sie z. B. mit Inductionsapparaten erhalten wird, treten iiberhaupt nur Entladungsformen auf, welche als hochst unvollkommen entwickelt zu bezeichnen sind.
D r e s d e n , 30. Juli 1901.
(Eingegangen 31. Juli 1901.)
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