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Emissionsvermgen und Temperatur des Auerstrumpfes bei verschiedenem Cergehalt.

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593
9. EmBssBonsverm6gen U N d Temperatur
de8 Auerstrumpfes bei verschBedenern Cergehalt;
von E.R u b e n s .
Die Untersuchung der Energieverteilung im Spektrum des
Auerstrumpfes und des Verhiiltuisses seiner Gesamtstrahlung
zu derjenigen eines absolut schwarzen Korpers von bekannter
Temperatur fuhrt, wie ich gezeigt habe, zu dem Ergebnis,
daB die Maximaltemperatur des Gliihstrumpfes bei einem gewohnlichen Auerbrenner mit Zugglas nicht hbher zu sein
braucht als 1550-1600O C., wenn man reine Temperaturstrahlung voraussetzt. l) Bei Annahme dieser Gliihtemperatur
ergeben sich die Emissionsvermijgen des Strumpfes fur alle
Wellenlangen des untersuchten Spektrums von A = 0,45 ,u bis
A = 18p kleiner 81s Eins. In dem Spektralgebiet zwischen
1 und 5 p erreichen sie nur auBerst geringe Werte; dagegen
nahera sie sich im Bereich der langen Wellen, sowie in dem
kurzwelligen Teil des sichtbaren Gebietes der Einheit. Fur
Strahlen von dieser Wellenlange, z. B. fur blaues Licht mu8
also, wenn diese Temperaturannahme richtig ist, der hei8e
Auerstrumpf fast schwarz sein; ein SchluB, zu welchem die
Herren L e Chatelier und Boudouard auf Grund ihrer
optischen Versuche auch bereits gelangt sind. a) Durch besondere Versuche habe ich mich davon iiberzeugt, daS der
Auerstrumpf in der Tat im Blau ein sehr hohes Emissionsvermogen besitzt, so da8 iiber die Richtigkeit meiner Temperaturannahme kein Zweifel bestehen kann. s,
Meine bisherigen Untersuchungen bezogen sich stets auf
den Degeastrumpf der Deutschen Gasgliihlicht-A,-Q. in Verbindung mit dem gewohnlichen sogenannten C-Brenner. Sie
1) H. Rubens, Ann. d. Phds. 18. p. 725. 1905.
2) L e Chatelier u. 0. Boudouard, Compt, rend. 126. p. 1861.
1898.
3) H. Rubens, Verhandl. d. Deutsch. Physik. Gesellsch. 8. p. 41
und Physik. Zeitschr. 7. p. 186. 1906.
Annalen der Phpsfk. IV. Folge. 20.
38
594
H. Ruberis.
gelten also auch nur fur diese Kombination. Da nun aber
auch Striimpfe von hoherem Cergehalt in den Handel gebracht
werden, und da, wie ich fruher gezeigt habe, das hohe
Emissionsvermijgen des heiBen Auerstrumpfes fur blanes Licht
lediglich durch seinen Cergehalt bedingt wird, erschien mir
die Frage Interesse zu bieten, in welcher Weise da8 Emissionsvermiigen im Blau und die Gliihtemperatur des Auerbrenners
von seinem Cergehalt abhangen.
Zur Untersuchung gelangten , auBer einem Strumpf aus
reinem. Thoriumoxyd und einem Degeastrumpf, eine Reihe
anderer Strumpfe mit Degeagewebe und einem Gehalt an
Ceriumoxyd von 2, 3 und 5 Proz. Fur die Herstellung und
Uberlassung dieser Strumpfe bin ich der Deutschen Gasgliihlicht -A.-G. zu groBem Dank verpflichtet. Samtliche GluhstrIimpfe wurden ohne Anwendung der zentralen Halterstange
auf C-Brennern montiert. Sie waren in kaltem Zustand von
dem Strumpf aus reinem Thoriumoxyd sowie von dem normalen
Degeastrumpf nicht zu unterscheiden ; dagegen trat der Unterschied im Cergehalt schon sehr deutlich hervor, wenn man die
Striimpfe im Tageslicht mit Hilfe eines heiSen Luftstromes
oder Bunsenbrenners urn einige hundert Grad erwarmte. Nur
der Strumpf aus reinem Thoriumoxyd blieb dann in seiner
weifien Farbe unverandert, alle anderen Strumpfe fhrbten sich
schmutziggriin, und mar um so dunkler, je gr6Ber ihr Cergehalt war. Erst vor der beginnenden Glut geht die schmutziggriine Farbe bei den Striimpfen mit hiiherem Cergehalt in ein
dunkleres Braun uber. Man sieht hieraus, daE das Emissionsvermogen nicht nur von dem Cergehalt, sondern auch auEerordentlich stark von der Temperatur abhangt. Die Untersuchung des Emissionsvermogens der Strumpfe muB deshalb
bei ihrer normalen Gliihtemperatur vorgenommen werden.
Durch besondere Versuche habe ich mich davon iiberzeugt, dab bei den untersuchten Striimpfen das von dem
Gewebe in kaltem Zustand diffus reflektierte Licht bedeutend
starker, und zwar etwa doppelt so intensiv ist als das
hindurchgelassene. I) AuBerdem habe ich feststellen konnen,
1) Dieser Sntz gilt natiirlich nur fur sichtbare Wellen. Im Ultraroten wird, wie ich gezeigt habe, jenseits L = 2 ,u die Strumpfmasse nahezu
vollkommen durchsichtig und ihr Reflexionsvermiigen sehr gering. Diese
Emissionsvermogen und I’emperatur des Auerstrumpfes etc. 595
daB in dem hier allein betrachteten sichtbaren Gebiet eine
Abnahme des diffusen Reflexionsvermogens mit wachsendem
Cergehalt oder mit steigender Temperatur stets mit einer entsprechenden Verminderung der Dnrchlassigkeit verbunden ist.
Man ist hiernach berechtigt, aus der beobachteten Verminderung des diffusen Reflexionsvermbgens der Striimpfe auf eine
entsprechende Erhbhung ihres Emissionsvermagens zu :schlieSen.
Bei den folgenden Versuchen habe ich mich auf die leicht
ausfiihrbare Vergleichung des diffusen Reflexionsvermbgens der
Striimpfe im heiBen und kalten Zustand beschrgnkt.
Die von mir benutzte Methode ist derjenigen ahnlich,
welche Hr. FBry’) angewandt hat, um zu zeigen, daB das bei
Zimmertemperatur blaSgelbe Ceroxyd in heiBem Zustand nahezu
schwarz ist. Ek lieB zu diesem Zweck auf einen Ceroxyd.
strumpf das mit einer Linse konzentrierte Licht einer Bogenlampe fallen und photographierte den so beleuchteten Strumpf
im hei6en und kalten Zustand. Es ergab sich, daB unter
diesen Bedingungen der kalte Strumpf auf die Platte bei
gleicher Expositionszeit au6erordentlich vie1 starker einwirkte
als der heiBe, trotz des von
letzterem ausgestrahlten Eigenlichtes.
Meine Versuchsanordnung F.
ist aus der nebenstehenden Figur
ersichtlich. Auf den zu untersuchenden Auerstrumpf S wird
mit Hilfe eines Kondensors
L
ein auBerordentlich helles
Bild a von dem Krater A einer
30 Amp. Bogenlampe entworfen.
Ein eingeschaltetes WassergefaI3 W s o r g t dnfiir, da6 die Warmewirkung der Strahlung
auf ein geringes MaB reduziert wird. Die Helligkeit der beleuchteten Strumpfstelle wird nun vermittelst eines optischen
Pyrometers P fur rotes und blaues Licht ermittelt und zwar:
,--\
J
Erscheiuung steht offenbar mit der von Hrn. i n g s t r 6 m beobachteten
Tatsache in Zusammenhang, dirB triibe Medien f i r huge Wellen bedeutend durchllssiger sind wie far kurze.
1) FBry, Journ. de Phys. (4) 2. p. 97. 1903.
38*
596
H. Rubens.
Erstens fur den kalten, beleuchteten Strumpf.
Zweitens fur den normal gliihenden, beleuchteten Strumpf.
Dritlens fur den normal gluhenden Strumpf bei ausge-
loschter oder abgeblendeter Bogenlampe.
Zur Vermeidung von Reflexen wurde der Glaszylinder bei
diesen Versuchen von dem Auerbrenner entfernt. Bezeichnet HI
die Helligkeit des kalten, beleuchteten, Ha diejenige des gliihenden, beleuchteten, $I3 endlich diejenige des gliihenden, nicht
beleuchteten Strumpfstuckes, so ist das VerhBltnis der diffusen
Reflexionsvermtigen fur den kalten und hei6en Strumpf gleich
dem Ausdruck HI I H, - II,.
Derartige Messungen habe ich fur den Strumpf aus reinem
Thoroxyd fur den Degeastrumpf sowie fur die Strumpfe mit
2, 3 und 5 Proz. Ceroxyd ausgefuhrt. Die Methode bietet
gegenuber der friiher von mir verwendeten, bei welcher die
liu6ere Bestrahlung des untersuchten Strumpfes durc.h andere
Auerbrenner erfolgte, den gro6en Vorteil, da6 das Eigenlicht
des gliihenden Auerstrumpfea verglichen mit dem diffus reflektierten Licht der Bogenlampe hier aufierordentlich gering ist
(meist weniger als
Dadurch werden die Fehler, welche
von einer geringen Erwarmung des Auerstrumpfes durch die
Strahlen der Bogenlampe herruhren, aderordentlich herabgemindert. AuBerdem habe ich die Versuche bei verachiedenen
Winkeln B S P wiederholt. Die mitgeteilte Versuchsreihe bezieht sich auf einen Winkel A S P von ca. 45O, doch haben
die mit Winkeln von 90° und 120° beobachteten Reihen mit
geringen Abweichungen die gleichen Resultate ergeben.
Die Versuchsergebniase sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt , welche zugleich auch die ,,schwarzen" Temperaturen fur die untersuchten Strumpfstellen im Blau nnd R o t
enthlilt, wie sie bei abgenommenem Zugglas an dem normal
leuchtenden Brenner beobachtet wurden. Man erkennt , dab
sich im Roten das diffuse Reflexionsvermogen des hei6en
Strumpfes von dem des kalten nicht sehr unterscheidet. F u r
den Thorstrumpf und den Degeastrumpf ist dasselbe bei hoher
Temperatur etwas gro6er als bei tiefer. F u r die Gluhkorper
mit hoherem Cergelialt dagegen ergibt sich das Umgekehrte.
Es ist deutlich zu erkenncn, wie sich das Reflexionsvermogen
Emissionsvermogtn und Temperatur des Buerslriimpfes etc.
597
des heiBen Gliihstrumpfes mit steigendem Cergehalt im Rot
allmahlich vermindert.
Bedeutend starker ist der EinfluS der Temperatur auf
das Retiexionsvermogen der cerhaltigen Strumpfe im Blau.
Nur der Strumpf aus reinem Thoriumoxyd zeigt in hei6em
Zustand auch fur blauee Licht noch beinahe classelbe Reflexionsvermijgen wie im kalten, dagegen vermindert sich das Reflexionsvermijgen der cerhaltigen Strumpfe im Gluhzustand auf etwa
ein Drittel des fur Zimmertemperatur geltenden Wertes. l) Es
erscheint zuerst sonderbar, da6 sich bei den cerhaltigen
Strumpfen der EinfluS des verschiedenen Cergehalts nicht
starker geltend macht. Offenbar wirken jedoch hier zwei
Ursachen zusammen, welche das Reflexionsvermiigen der Gluhkorper in entgegengesetztem Sinne beeinflussen, namlich Vermehrung des Cergehaltes und Erniedrigung der Gliihtemperatur. Die Auerstrumpfe mit geringem Cergehalt erwarmen
sich namlich in der gleichen Bunsenflamme auf- eine sehr
viel hohere Temperatur als diejenigen , welche viel Cer
enthalten, infolgedessen im ultraroten Spektralgebiet hohere
Emissionsrermogen aufweisen und sich entsprechend starker
1) Die hier beschriebenen Versuche lassen sich leicht einem gr6Eeren
Auditorium vorfiihren, wenn man das optische Pyrometer P entfernt und
den beleuchteten Fleck des Auerstrumpfes mit Hilfe eines Hohlspiegels
oder einer Linse auf einen weiBen Schirm projisiert. Bei Einschaltung
eines roten Glases in den Strahlengang swischen Strumpf und Projektionsschirm beobachtet man, daB das Anstecken und Ausl6schen des Auerbrenners auf die Helligkeit des roten Fleckes auf dem Projektionsschirm
kaum einen merklichen Einflull ausubt. Ersetst man dagegen das rote
Glas dureh einen geeigneten Blaufilter, s, B. einen Glastrog mit schwefelsaurern Rupferoxydammoniak, so sinkt die Helligkeit des blauen Fleekes
auf dem Projektionsschirm beim Anstecken des Brenners auf etwa
des
fruheren Wertes. Der Unterschied in dem Reflexionsverm6gen des heiEen
und kalten Strumpfes im Blau tritt noch viel starker hervor, wenn man
statt des gewijhnlicben Projektionsschirmes einen solchen aus Beryumplatincyaniir verwendet, da auf diesen Schirm hauptsiiehlich die Strahlen
von kleiner Wellenliinge einwirken, ftir welche der Strumpf in heillem
Zustand sehr schwars ist. Beim Anstecken des Brenners beobachtet man
mit Blaufilter eine Verminderung der Helligkeit des Baryumplatincyanurschirmes auf ca. I/,, des Anfangswertes. DaB es sich hierbei nicbt um
ul traviolette, sondern vorwiegend urn sichtbare Strahlen handelt , kann
ditrch Einschalten einer 0,3 mm dicken Glimmerplatte in den Strahlengang gezeigt werden, welche die Erscheinung nicht wesentlich beeinflullt.
ma
H. Rubens.
durch Strahlung abkuhlen. Ein Degeastrumpf ist 2. B. trotz
seines geringen Cergehaltes von weniger als 1 Proz. wegen
seiner hohen Gliihtemperatur im Blau fast ebenso schwarz wie
ein Qluhstrumpf, welcher mehr als 2 Proz. Cer enthalt, aber
eine entsprechend niedrigere Gluhtemperatur besitzt.
Anders liegt die Sache im Rot. Auch hier ist eine Zunahme des Emissionsvermiigens mit steigender Temperatur
bei den stark cerhaltigen Striimpfen vorhanden , aber diese
Veranderung tritt gegeniiber dem EinfluB, welchen der verschiedene Cergehalt ausubt, in dem Bereiche der hohen Temperaturen mehr in den Hintergrund. So kommt es, da6 die
,,schwarzer6 Temperatur der untersuchten Gluhstrumpfe mit
wachsendem Cergehalt im Blau sehr rasch abnimmt, im Rot
sich aber nur wenig andert.
Zusammensetzung
der Striimpfe
,,Schwarze"
Temperatur
1
Rot
= 0765 P
Blau
h = 0,46 ,u
ReflexionsvermGgen
des heifion Strumpfes
dividiert durch das
ReflexionsvcrmGgen
des kalten
EmissonsvermGgen
(angentibert)
A
1303O
-
1,15
0,98
{
Rot
Blau
I Rot
~
1
1
1524
1,02
o,ga
I
I
1293"
1285O
1420
1375
o,s3
o , ~
1457'
1401"
0,37
0,22
0,22
0,70
O,? 1
1556O
1491'
Wahre Temperatur
Blau
Will man aus den hier beobachteten Anderungen des
Reflexionsverniagens bei dem Ubergang aus dem kalten in den
heiBen Zustand angeniiherte Werte fur das Emissionsvermbgen
der Gliihstriimpfe berechnen, so ist hierzu noch die Kenntnis
Emissionsvermogen und Temperatur des Auerstrumpfes etc.
599
ihres diffusen Reflexionsvermogens und ihrer diffusen Durchlassigkeit in kaltem Zustand erforderlich. Genaue Messungen
sind hier freilich weder ausfuhrbar, noch wurden sie in Anbetracht der individuellen Verschiedenheit der einzelnen Strumpfexemplare von grogem Interesse sein. Durch eipen einfachen
Versuch habe ich mich jedoch davon iiberzeugt, da6 die
diffuse Helligkeit der Faden eines kalten Auerstrumpfes im
reflektierten Licht etwa awei Drittel von derjenigen eines
gleich beleuchteten undnrchsichtigen Bipsfadens betriigt. Berucksichtigt man ferner, daB der Degeastrumpffaden etwa halb
so viel hindurchlagt als er reflektiert, so ist hiernach das
Emissionsvermagen eines Strumpffadens angenahert dasselbe
wie dasjenige eines undurchsichtigen Gipsschirmes. Ein solcher
reflektiert nach Z o l l n e r ungefahr 80 Proz. der auffallenden
Strahlung'); der Rest wird absorbiert. Wir werden so zu dem
SchluB gefuhrt, daB das Emissionsvermogen des kalten Degeastrumpffadens im Rot und Blau etwa 0,2 ist. Im heiBen Zustand vermindert sich aber das diffus zerstreute Licht auf 0,37
des Anfangswertes im Blau und vermehrt sich auf das 1,02fache im Rot. Es betrligt also dann im Blau 30 Proz., im
Rot 82 Proz. der auffallenden Strahlung. Das Emissionsvermogen des heiBen Degeastrumpffadens berechnet sich hiernach
zu 0,7 im Blau und zu 0,18 im Rot. F u r den gluhenden Strumpf,
bei welchem stets zwei Gewebeschichten hintereinander strahlen,
ist das Emissionsvermiigen zweifellos noch etwas htiher, was
mit meinen fruheren Angaben gut ubereinstimmt.
In der vorstehenden Tabelle sind die so berechneten
Emissionsvermogen im Blau und Rot sowie die wahren Temperaturen, welche sich mit Hilfe dieser Werte und der
,.schwarzen" Temperaturen berechnen lassen, angegeben. Bei
den Emissionsvermogen handelt es sich natiirlich nur urn angenaherte Werte. da ihre Herleitung aus der beobachteten
Anderung des Reflexionsvermagens mit erheblichen Ungenauigkeiten behaftet ist und mehr eine Schatzung als eine Messung
1) Z8llner (Photometr. Untersuchungen, Leipaig 1865) fand die
Albedo von wei5em Papier gleich 0,7. Nach meinen Beobaohtungen
reflektiert ein Gipsschirm ungefkhr 1/7 mehr als weiBes Papier und angenlhert ebenso viel, wie frischer Schnee, dessen Albedo Z 8 11 n e r zu 0,78
angibt.
600
H. Rubens.
Emissionsvermogen etc.
genannt zu werden verdient. Dies gilt besonders von den sehr
kleinen Emissionsvermijgen im Rot. Da jedoch, wie bereits
oben bemerkt wurde, die Fehler in der Bestimmung der
Emissionsvermogen kaum groBer sind als die Verschiedenheit
der einzelnen Strumpfexemplare , welche als gleich in den
Handel gebracht werden , so wiirde eine grogere Genauigkeit
hier wenig Nutzen bringen. Sehr vie1 genauer als die Emissionsvermogen sind natiirlich die wahren Temperaturen. Die ziemlich gute Ubereinstimmung dieser wahren Temperaturen im
Blau und Rot liefert immerhin eine Probe auf die angenaherte
Richtigkeit der Ernissionsvermogen.
Bei Anwendung des Zugglases erhalt man bei gleich sorgfaltiger Regulierung der Gas- und Luftzufiihrung um 20-30°
hohere Werte der ,,schwarzen" Temperatur. Die Erhijhung
der wahren Temperatur ist veraussichtlich etwas geringer , da
man mit einer weiteren Zunahme des Emissionsvermogens mit
wachsender Temperatur der Striimpfe zu rechnen hat.
Aus den mitgeteilten ,,~chwarzen'~Temperaturen geht
hervor, da6 die Lichtwirkung des Degeastrumpfes diejenige
der anderen Gliihkorper mit hoherem Cergehalt im Blau erheblich, im Rot merklich iibertrifft. Man darf jedoch hieraus
noch nicht den SchluB ziehen, dab ein hoherer Cergehalt als
0,s Proz. unter allen Umstanden auf die Lichtemission nachteilig wirken miisse, da auBer dem Cergehalt auch die Dichte
des Gewebes und die Fadendicke das Emissionsvermijgen beeinflussen. Fur verschiedenartige Gewebe ist das Optimum
der Lichtwirkung voraussichtlich bei etwas verschiedenem Cergehalt zu erwarten. Vermutlich wird man bei geringerer
Fadendicke des Gewebes etwas hoheren Cergehalt anwendeii
miissen, um dasselbe Emissionsvermijgen zu erzielen.
(Eingegangen 4. Mai 1806.)
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