close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Experimentelle Bestimmung der Dielektricittsconstante einiger Gase.

код для вставкиСкачать
403
I V.
E.rpwinietitelle hcstimmung der nieIe ktr icitiifseomtcit,te einiger 6 a s e ;
won I;. I1 o Ct r 111 a n n.
(hlitgetheilt vom Hrn. Verf. nus dem LXYIX. Bd. d. SitLungsber. d.
Aknd. d. Wiss. au W e n . )
L ~ I U meine Bestimmungeu der Die1ektricitiitsconst;rnte
fester Isolatoren im Allgemeinen die von M a x w e l l :LUS
seiner Theorie gpfolgcrte Relation zwischen der Dielrktricitiitsconstante und dem Brechungsquotientcn bestiitigten,
ohnc dafs ich jedoch im Stande gewesen ware, eine so
grol'se Geiiauigkeit zu eraielen, dafs die Kiclitigkeit j e n e r
Relation fiir eine grofsere Znhl von Substanzen iiul'ser
%weifel gestellt worden ware, verfial ich sogleich suf den
Gedatiken, dafs dies vielleicht bei Gasen gclingen werde.
Diese Erwnrtung hat mich nicht getguscht. I n dzr That
zeigten die Wurzeln der Dielektricitiitsconstnnte d e r Gnse
eine yehr vollstiindige Uehereinstimmung init den Lichtbrecbungsquotienten.
Gase haben namlich zilhlrciche
gunstige Eigenschaften, die festeii Kiirperii fehlen. Erstens
isoliren sie ausgezeichnet iind scheinen von der dielektrischen Ku'achwirkutig vollig frei 2u sryn. Zweiteus fiillt bei
ihnen die Schwierigkeit, den Raum zwischen den Condensatorplatten continuirlich ausziifullen , Locher im Inneren des Dielektricums hintanzuhalten etc. hinweg und ist
auch ihre chemisch reine Darstellung eine leichtere. Drittens giebt es zahlreiche chemisch vollkommen definirte
G a s e , welche sich xur Untersuchung eignen , wogegen
ich bisher nur einen hierzu geeigneten festen Korper (den
Schwefel) finden konnte, der nicht, wie Paraffin, Harz,
Hartgummi, ein schwer zu definirendes Gemeqge w&re,
und selbst beim Schwefel sind die zahlreichen allotropen
Modificationen sehr storend. Erschwert wird aber die
Untersuchring der G a s e dadurch , dafs die Dielektricitiitsconstante aller Gase und unter allen Drucken nahe gleich
26 *
'
404
(also wenn rnan die der Liift gleich eins setzt, uahe gleich
eins) ist, wie schon F a r a d a y nachwies ( E z p . res. 11. ser.,
P o g g . Ann. Ed. 47). M i t 18 D a n i e l l ' s c h e n Eleineuten
ist dn diirchaus nichts zu machen. Ich verschaffte mir
daher einc l.):rtteric von 300 D ~t n i e 11 'schen Elemeuten;
erst nlit dieser koririte ich hoffen, wahrnehmbnre Ausschlgge
zu erhalteii.
1. Grwrrdidec. D e r Methode, welche ich z u r Bestimm u n g d e r I)ielektricitiitscoiistnllte von Gascii einschlug,
liegt folgeride Idee zu Grunde. Ich verschaEte mir zwei
wohlisolirte Condensatorplatten d und e , die sich unter
eitienl Kecipienten befanden (durch den iiatiirlich die Zuleitungsdriihte isolirt hindurchgingen) ICII verband die
Platte e mit der Erde, die Platte d mit dem Elektrometer.
Pumpte ich nun rnsch dns Gas unter dcm Recipienten,
also a w h zwischen den Condensatorplatten (bis auf einige
Centimeter Quecksilberdruck) a u s , so zeigte das Elektroincter nicht den mindesten Ausschlag, ebenso wenig,
wrnn das Gas wieder einstriimte; die durch die Gasbewegring erzeiigtc Reibiing veranlal'ste also keine Elektricit~tseritwickliin,rr. N u n lud ich die Platte e mit e t w s
300 D a n i e 11'schen Elementen, z. B. positiv. Dabei lag,
(was bei dein fruher beschriebenen Processe natiirlich nicht
der Fall war) auf dern voii der Platte d zum Elektrometer
fiihrenden Ilrahte I ein pndercr mit der E r d e verbundener
D r s h t m, so dafs also die positive Elektricitiit der Platte d,
weil sie von der positiven Elektricitiit der Platte e abgestnl'sen wurde, zur E r d e nbflol's; dagegen wurde negative
m f der Platte d gebiinderi. J e t z t erst wurde der Draht m
gehoben, also das Elektrometer, welches mit der Platte d
Ieitend verbunden blieb, isolirt; d a beide Condensatorplatten
sehr g u t isolirt waren, so erfolgte kein Ausschlag (dies w a r
der Priifstein der guten Isolation). Fugte man dagegen
jetist au den 300 ladenden D a n i c 1 I 'schen Elementen noch
eins hinzu, so wurd.: die Platte e n o c h ein wenig s t l r k e r
positiv gelnden, daher noch etwas mehr positive Elektricitat der Platte d abgestofsen ; dieser UeberscLufs konnte
jetzt nicht rnehr zur Erde abfliefsen, sondern bewirkte
eiiieii positiven Ausschlag
des Elektrometers (etwa 60
Scalentheilc). Wurde jenes Element wieder weggenomnlen,
so dars die Platte c wieder wie zu Anfang mit 300 D a ni e l l 'schen Elernenten geladen war; so kehrte d u s Elektrometer wieder in seine Ruheloge zuriick. Wurde nun
rasch das Gas zwischen deli Condensatorpllrtten vcrdiinnt,
so zeigte das Elektrometer wieder einen Ausschlag und
zwar einen negativen - a (rr sey sein Absolutwerth, etwa
acht Scalentheile). Das Gas erzeugt durch lleibung an
den Plattcn, wenn diese vorlier unelektrisch waren, keinc.
Elektricitat; schliel'st inan den sehr unwnhrschcinlichen
Fall nus, dd'a die Keibung bedcutend rnehr Elektricitgt
entwicltle, wcnn die Platten schon vorher elelctriscli waren,
so knnn der Ausschlag
cr nur dalicr ruhren, dass Gas
von normaler Dichte starker dielektrisch po1;irisirt ist als
verdiinntes. Durch ein Abreir'sen elektriuobcr Gastheilchen
von den Plntten kann derselbe nicht erkllrt werderi ; denn
wtihrend die positive Elektricitat, die ctwa von der Platte c
durch abgerissene Gastheilchen entfernt worden wiire,
durch die Batterie sogleich wieder ersetzt wijrde, so lniifste
die negative von der Platte d abgerissene durcll die im
Elektrometer vorrathige Elektricitat ersetzt werden ; es
milfste also negative vom Elektrometer zur Platte d , also
umgekehrt positive von der Platte d zum Elektrometer
stromen, was im Elektrometer einen positiven Ausschlag
erzeiigen wurde. Zudem kehrte, wenn man wieder Luft
unter den Repicienten einstromen hers, das Elektrometer
augenblicklich wieder in seine Ruhelage zuriick, wiihrend
es bei der schlechten Leitungsfahigkeit der Gase lange
Zeit gebraucht Lnben rniilste, bis die Elektricitat wieder
in die Gasschicht eingedrungen wiire. Dafs der Ausschlng
a auch nicht dadurch bewirkt wurde, dnss sich der
gauze Condensator durch die Druckverminderung etwas
deformirte und in Folge dessen die Distanz der Platten
etwas verandert wurde, geht schon atis der grofsen Verschiedenheit des Ausschlag? - n ffir verschiedene Gase
-
-
406
hervor (fur Aethylen iet er 5mal so grols als fur Wasserstoff). Zudem wurde es noch durch einen spater zu beschreibenden Versuch constatirt. - Es wird also der
Busschlag
cc in der That wahrscheinlich dadurch veranlafst , dals Gas yon iiormaler Diclite eine grofsere Dielektricitiitsconstante als verduiintes hat. - Das vcrdichtetc!
Gas ist also starker dielektrisirt und in Folge dessen bindet die positive Elektricitiit der Platte e rnehr n e p t i r e
auf der Platte d , so lange verdiclitetes Gas dazwischen
ist. Wird dagegen das Gas verdiinnt, so wird negative
auf die Platte d frei, welche Zuni Theil ins Elektroineter
abflielbt und daselbst den negtttiven Ausschlag a erzeugt.
Aus der Grljfse der Ausschliige c( und p kann die Grijfse
der Veriinderung der I)ielektricitiitscoiidtnnte des Gases
beiin Aiispompcn berechnet werden iind zwar in folgender
Weise :
2 . Theorie der Ber.ecAnungsweise meiner Versuche. Sey
clas Potentiale an dem Pole eines D a n i ell’sch Elementes p,
wiihrend der nndere m r Erde nbgeleitet ist. Dann mird
in der Platte e, wenn dieselbe durch 9; D a n i e l I ’sche Elemente geladen wird, das Potentiale n p erzeugt. Durch
Hinzufiigen von noch einem II a 11 i e 11 wiiclist clas Potentiale noch um p und wird der Ansschlag [S erzengt, welcher. offenber dem Potentialzuwachse proportional ist. (Davon , dals die Ausschliige wirklicli mit genugender Genauigkeit den Potentialen proportional waren, mit denen
man das Elektrometer lud, hatte ich mich vorher iiberieugt, was icb ,,das Calibriren des EkktrometersK nenne).
Urn nun den mathematischen Ansdruck fiir den Ausschlag
zii erhalten, den ich als Ausschlag - a bezeichnet habe,
verfihrt man am kurzesten so. Wir denken uns die Plattc! e
mit n Daniell’schen Elementen gelnden, so d d s in ihr
das Potential n p herrscht, die Platte d aber mit der E r d e
verbunden, so dafs in ihr das Potential Null herrscht,
nun werde die Verbindung der Platte e mit der Batterie
und die der Platte d mit dcr Ercle aufgehoben, ohne dafs
die auf diesen Platter1 atifgeh%iiftenElektricitiitsmengen ver-
-
407
andert werden. I n diesem Zustande werde jetzt die Natur des Mediums, in dem sich die Platter1 befiuden, verandert (z. R. das Gas, in dem sie sich befinden, ausgepurupt), so clnfs die Dielektricitiitsconstante dieses M e diums von D, in D, iibergeht. I n der TLeorie der Dielektricitat wird folgender Satz bewiesen (vergl. H e 1 rn 11 o I t z,
B o r c h . Journ. Bd. 72, S. 116). Sey eiii Raiim rings
von eiiier leitenden Hiille umgeben; in dernselben befinden
sich irgendwelche geladene Leiter, wahrend er sonst von
einem dielektrischen Medium mit der Dielektricitatscoiistante D , erfullt ist. Wenn nun die Elektricitiitsrnengen,
die sich auf den Leitern und der Hulle befinden, keine
Verlnderung erfahren, iind n u r das Medium seine Dielektricitat gndert (deren neiier Werth D, heilse), so ist das
Potentiale an jedem Punkte des Raumes gleich dem mit
-' multiplicirten Potentiale, welches fruher daselbst
D,
herrschte. Wo also friiher das Potentiale Null war, dort
ist es noch immer. W a r z. B. die Hiille friiher mit der
Erde verbunden, so ist der Zustand des Systems noch
immer so, dafs die Hillle ohne Elektricitatsverlust mit der
E r d e verbunden werden kann. Es Pndert also in diesem
Falle an der Sache gar nichts, wenn die Hulle wahrend
dts ganzen Processes rnit der Erde verbunden war. Mein
Condensator war in der That rings von einer Hulle umgeben. Auf ihn ist also das citirte Theorem nnwendbar,
wenn d i r Versuch so angestellt wird, dafs wlhrend des
Auspumpens beide Platten isolirt sind. Beim Auspumpen
wird in diesem Falle einfach an jeder Stelle das Potential
%ma1 so grofs.
D,
Auf der Platte d bleibt es daher Null.
Verbindet man also die Platte jetzt wieder mit dem Elektrometer, so erhalt man keinen Ausschlag, was der Vers w h vollkommen bestatigte. Auf der Platte e dagegen
D
verwandelt sich das Potential in -I n p . Lafst man nun,
Da
nachdem der Condensator in diesen Zustand gebracht worden ist, die Plattc d mit dem Elektrometer verbunden
408
und verbindet die Platte e wieder mit der Batterie, so
steigt das Proportionale der letztercn wieder auf n p , es
wiichst also urn n p
D
( 1 - --').
D:,
Den Ausschlag, den da-
diirch das Elektrometer erfihrt, nennen
hen friiher, dafs der Potentialzuwaclis p
hervorruft und dafs die Ausschliige den
sen proportional sind; man hat also die
wir a'. Wir saden Aussclilag ,3
PotentialzuwiicliProportion:
a':p=np( 1-
Die 'ftichtigkeit dieser Proportion setzt voraus, dnfs
sich die Verhiiltnisse, linter denen sich dcr Condens;itor
befindet, nur selir wenig verlndcrt habeii, dafs sich also
namentlich die Dielektl.icitiitsconutnnte n, n u r wenig vergndert hat, was bei mir immcr der Full war. Es ist klor,
dafs man ganz densclben Ausschlag M' erhalten hiitte, wenn
auch wiihrend des Auspumpe~is dic Plntte e mit der
Batterie, die Plntte d mit dem Elclrtrometer wrhunden
gewesen wiire; a' ist also identisch mit dem friilier mit
a bezeichneten Ausschlage. Sein negatives Zeichcn
rohrt daher, dnfs die Verdiinnung die Dielektricitltsconstante des Gases vermindert, dafs also D, < D , nnd
-
I n der Proportion 1 ) kann also
0'= - a gesetzt werden und dann folgt aus derselben
1--
D l
D '1
negativ ist.
. . . .
Wir werden spiiter sehen, dafs der Zuwachs der Dielektricitatsconstante inncrhalb der Grlinzen dcr Beobachtungsfebler dem Zuwachse des Druckes des Gascs proportional ist. Nehmen wir also an, wenn der Gasdruck
um 760 Millim. Quecksilher steigt, so waclise die Dielektricitiitsconstnnte urn dns I fache ibres urspriinglichen Betrages. Wir miissen dann setzen:
D,=C(l+
1&),
6
D , = C ( l + j - G 1) 6,
wo b, und b, die in Millimeter Qiiecksilbcr geniessenen
409
Gasdriicke vor und nach dem Auspnmpen sind.
sehr klein ist, so konnen wir setzen
Die Formel (2) verwmdelt sich also
=
a .760
.. ..
$0
--A2)
D3
1.
iii
* . . . .
(3).
Dabei ivt 1 der Quotient der ursprunglicheri Diclcktricitatsconstante des Gases in dem Zuwnchs, welcheii
dieselbe erfahrt, wenn der Druck des Gnscs bei unveriindcrter Temperatur urn 760 M m . Quecksilber wiictist. M’etiri
angenommen w i d , dafs die Proportionnlit~tdes Zowachses
der Dielektricitiitsconstnnte mit dein Druckzuwnchse bis
xur absoluten Evacuirung giltig sey, so hat die Grolbe
eine noch einfachere Bedcutung. Dann ist niimlich
I +l=D,,,
. . . . .
(4),
wobei D,,,, die Dielektricitiitssconstante d t s G;rsc’s hcini
Drucke 760 Mrn. ist, wenn die des absoluten Vncurims
gleich eins gesetzt wird.
Wenn die Magnetisirungsconstantcii rnit hinl5nglicher
Genauigkeit gleich sind, was, wie sich leicht zeigen l A 3 ,
bei Gasen in der T h a t der Fall ist, so ist nnch M a x w e l 1’s Theorie das Verhsltnifs der Lichtbrechungsquotienten zweier Siibstanzen die Quadratwurzel aus dern
Verhdtnisse ihrer Dielektricititscoustante; da fur Gase dicse
Verltdtnisse sehr nalie gleich eins sind, so ist der Zuwachs der Lichtbrechungsquotienten halb 90 grol’s als der
der Dielektricitatsconstanten unter denselberi Verhiiltnissen ;
eine Relation , welche meine Versuche bestatigen.
Wiewohl die Schlijsse, durch welche wir fanden, dais
die von mir gefundene Griifse in der T h a t die Dielcktricitgtsconstante ist, ziemlich einwurfvfrei seyn durften , so
ware es doch wiinschenswerth, Versuche zu machen, Lei
deneii das Gas nicht wahrend des Versuchs ausgepumpt
wird, sondern einmal die Capacitat des leeren, dann die
dev gaserfiillten Condensators mit der eines Aichcondensators nach meincr alteren Methode verglichen wird. Dcr-
.
410
artige Versuche, bei denen immer die durch das Laden
der einen Platte auf der anderen frei werdenden Elektricitatsmengen in deli beiden Condensatoren zu vergleichen
wiiren urid beide Condensatoren fast genaii dieselbe Capacitiit haben miilkten, scheinen mir durcbaus nicht unniisfuhrbar und ich werde sie, sobald es meine Zeit erlaubt,
in Angriff nehmen.
fch gehe nun zii einer kurzen Beschreibung der wesentIicLsten Apparnte iiber, die mir bei rneiner Untersuchiing
dienten. Ich bcmerke, dafs die Figuren, welche ich hier
von den Apparaten geben werde, nur als schematische
aufdufirssen sind, wobci minder wesentliches, iixn allzugroke
Complication derselben zu vermeiden, weggelassen wurde.
Die Beschreibung rnit Angnbe aller Details werde ich
baldmbglichst in cler :rusfuhrlichen A bhandlung folgen
lassen.
3. Das Elektrometer. Dn ich leider kein T h o m s o n ’sches Quadrantelektrometer zur Verfugung hatte, so suchte
ich ciu K i r c h h o f f ’ s c h e s Vorlevungselektrometer, so gut
es anging, in ein Prscisionsinstriiment umziiwandeln. Ich
verklebte zii diesem Zwecke die zahlreicheu Locher dieses
Instrumentes und umgab es mit einern (mit einem Fenster
versehenen.) Psppkasten. Dadurch wurden Luftstriimungen irn Innern so sehr vermieden, d a k bei einigermafsen
solider Aufstellung selbst die kleinen Ausschliige, die ich
zu beobachten hette, mit ziemlicher Sicherheit abgelesen
werden konnten. Die Quadranten schraubte ich auf einen
Hartguminiring fest und liefs danii alle gleichzeitig eben
abschleifen. Ferner legte ich auf zwei Quadranten ganz
nahe zum Schlitze, welcher sie trennte, zwei Kupferdrahte.
Die Elektricitat, welche durch den elektrisirten Aluminiumdraht in diesen Kupferdrghten influenzirt wurde , lieferte
die Kraft, die den Aluminiumdraht in einer bestimmten
Ruhelage festhielt. Den Aluminiumdraht selbst hing ich
an einem einzigen feinen Coconfaden auf und verband ihn
diirch einen haarfeinen Platindraht , der durch eine kleine
zugeschmolzene , mit Quecksilber gefullte Glaskugel be-
41 1
schwert war, mit der geladenen SchwefelsBure. Um diesern feinen Platindrahte mehr Hdt zu verleihen, stecktc.
w griilstentheils in einem feinen Glasf‘aden. Die K i r c h h o ff’sche, zur Projection bestiminte A blesevorrichtutig
vertaiisclite ich mit der gewolinlichen Spiegelablesung mit
Fernrohr. Der Spiegel aus ditnnem Spiegtlglase ziernlich
klein, naruentlich sehr schmal, vergrofserte das Triigheitsmoment nicht merklich und lieferte bei guter Beleuclitu~ig
doch vortreffliche Bilder. Das Fernrohr hatte die Distanx
1880 Mm. vom S p i q e l , die Scala war in Millimeter getheilt. Der g a m e bewegliche Theil ( Waagebalken) d t s
Elektrometers ist in Fig. 5 Taf.X dargestellt Die D h i p f u n g
war nicht sehr grofs und ich wartete mit der Ablenkung
niemals, his der Waagebalken zur Riihe gclangt war, sondern berechnete die Ablenkung imnier iius den drei ersten
Umkehrpunkten, ebenso die darauffolgende Ruhelage, was
griil‘sere Genauigkeit liefert, als cine zu starke Dsmpfung.
4. Die Bafterie. Jedcs meiner D R n i el I’sclien Elemente bestand ans zwei Probeghschen, in einigen Linien
Distanz von einander, deren untere Halften in Paraffin
eingeschmolzen waren. Dns eine war mit Kupfervitriol ,
das andere mit Zinkvitriol gefiillt. Beide Fltksigkeiten
standen durch einen heberfiiinig gekriiinmteri feinen Glasfadcn in Verbindung, der elienfalls mit Zinkvitriol gefullt
war. I n den Kupfervitriol taachte ein Kupferdraht; in
den Zinkvitriol ein Zinkdrdit; der Kupferdraht war rnit
dem Zinkdrahte des vorhergehenden, der Zinkdraht mit
dem Kupferdrahte des nachfolgenden Elements zusammengeliithet. Zwei Elemente der Batterie sind in Figur 6
Taf. X dargestellt.
5. Der Condensator ist in Figur 7 im Querschnitte
gezeichnet. Er bestand aus sechs kreisrunden Messingscheiben a, b , e , f , g . Die Platten d und e waren die
eigcntlichen Condensatorplatten (identisch mit den schon
frilher in gleicher Weise bezeichneten). Die Platte d
konnte durch dcn Zuleitungsdraht d , die Platte c durch
den Zuleitangsdraht q geladen werden. d ruhte auf drei
412
kleinen Schellackstiickchen , die auf kleine Messingwiirfel
aufgeschrnolzen waren. Jene Messingswiirfel standen auf
der Platte 6 . Die Platte e dagegen wurde von oben mittelst clreier kleiner Scbellackstiicke getragen, die an ihr und
der Platte f angeschmolzen waren. Distanz der Platte etwa
1 Millimeter, Dicke 4 bis 5 Millimeter, Durchmesser
160 blillimeter.
Die Platte f ruhte auf drei verstellbaren Schrauben i ,
welche sich auf die drei Messinganuiitxe c der Platte b
stiitzten. (In der Fig. 7 Taf. X- sind immer nur zwei
Schrauben i, zwei Messingansiitze c ctc., und zwnr nicht
in der richtigen relntiven Lage gezeichiiet. I n Wirklichkeit bildeten die drei Schrauben, wie man leicht begreifen wird, die drei Ecken eines gleichseitigen Dreieckes).
Die unterste und oberste Platte b und g waren durch
kleine dazwischengelegte Messingsfiicke von den folgenclen
Platten b und f getrennt und hatten nur den Zweck, die
Warmc, die sich bei Verdichtung der Gase entwickclt, abzuleiten, welche sonst miiglicherweise die beiden Seiten
der Platten b und f verschieden erwiirrnt und letztere
Platten dadurch etwas deformirt hatte. Urn den Condensator vor aufseren elektrischen Einfliissen ~ L I schiitzen,
war er von einem G e h h s e h a m diinnem Messingbleche
umgeben. Dariiber stand erst cler Recipient k. Die Zuleitungsdriihte p uiid q gingen durch Schellackstopsel ; das
Gebguse sowie die Platte a , 6, f und y waren sorgfaltig
leitend mit der Erde verbunden.
Bei einer Versuchsreihe legte ich drei kleine Schellackstucke zwischen die Platten d und e (und zwar so, dafs
sie sich ganz a m Rande der Platten, nicht tinter denjenigen befanden, die friiher die Platte e getragen hatten)
und schraubte dann die Schrauhen i so weit zuriick, dafs'
sie die Messingstiicke c nicht mehr bertihrten. Jetzt
wurde also die Platte e nicht mehr getragen, sondern
ruhte auf der Platte d. Ich erhielt auch bei dieser Versuchsreihe fast denselben Werth von A aus Formel (3),
was beweist, dals die Distanzanderung der Condensator-
413
platten i n Folge der Deformation duroh Druckhderiing
keinen wesentlichen Einflufs auf den Ausschlag - c1 hat,
denn dicse Distanziindernng murste jetzt offenbar eine ganz
andere seyn.
6. Die Zuleifungsdrahte. Mittelst der horizontalen, an
passende Kupferdriihte, die sich wie Charniere urn andere
Driihte schlangen, angelctheten Messinghleche s und r
konnte die Platte e mit der Batterie geladen, die Platte d
abrr mit dern Elektrometer verbunden werden. (Die Messingbleclie s und r und was damit .~.usarnmenhaugt,ist in
Fig. 7 Taf. X ausnahmsweise perspectivisch geaeichnet.)
W a r das Messingblech r ganz abgehohen, so beruhrte es
einen mit der Erde verbundenen Draht n. W a r das Messingblech r gesenkt und wrirde der 1)raht 74 herabgelasseo
(er beriihrte denn deti Draht l ) , R O w:w die Platte d
und das Elektrometer zur Erde ubgeleitet. Die Hebung
und Senkung der Messingbleche r und 3, sowie des beweglicheu Drahtes m geschah durcb lange holzerne Hebel,
die einen Enden dieser Hebel konnten vom Beohachter,
wahrend er am Fernrohr s d s , gehoben und gesenkt werden. An den andern Enden waren durch Bindfaden Schellackcylinder t aufgehiingt, die an passenden Ortcn an die
zu bewegenden Drahte anfgeschruolzen wareu. Dns Messingblech r , der damit verlijthete Draht und ein Theil
des Drahtes 1 befanden sich ebenfalls (natiirlich davon isolirt) in einer mit der Erde leitend verbundenen Hetallschachtel 0 .
7. Die Gasleitungm. Die Ableitung des irnter dem
Recipienten befindlichen Gases geschah drirch Oeffnen des
G e i f s le r’schen Hahnes u, der den Recipienten mit einem
grofsen evacuirten Ballon in Communication setzte, die
Zuleitung neuen Gases durch Oeffnen des Hahnes w , de;
zum Gasometer fubrte (dabei war natiirlich der Hahn u
geschlossen). Das Gas durchstrich wiihrend es vom
Gasometer in den Recipienten strijmte, ein langes Chlorcalciumrohr und einen dichten Baumwollpfropf. Die Zeit
des Ein- und Ausstromens betrug etwa h Minute. Ein
,
414
Manometer 20 zeigte den im Recipienten herrschenden
Gasdruck an. Manometer und Hiihne lagen ebeufalls im
Bereiche des am Fernrohre sitzenden Beobiichters.
8. Eleklrische Leitungsfuhigkeit der Luft.
Bevor eine
Beobachtung begnnn, war schon tagelang das Messingblech s gesenkt, die Platte e also mit etwa 300 Daniel1’schen Elenienten geladen gewesen. Ich prufte zuerst, ob
die beiden Condensatorplatten d und e vollstiindig von einander isolirt waren, irideiii ich zuerst clas Messitigblech r
und dcn Draht rn senkte, d a m beide hob und nach Verlnuf einer gewissen Zcit t das erstere wiecler senkte.
W a r t = 5 Minuten, also vie1 Iiinger als eine Beobachtung
dauerte, so erfolgte nicht der lnindeste Ausschlag, ziim
Zeicheii , d;dS wiitirerid diescr 5 &iiriiitcn keine Elektricitiit von cler geladenen Platte e nuf die Platte d ubergegangen war. Ich inachtr einige Versnohe, bei denen
t = 14 Stunden war; danii zeigte das Elektrorneter iiacti
dem Senken deu Bleches r eineti Ausschlag VOII bciliiufig
vierzeliii Scalenthcilen. Dd die I-linzufiigung eines Daniel1’schcu Elexximtes xur L x l u n g der Platte e einen Ausuclilag
von etwa 60 Scalentheileii bewirkte nnd die Platte e mit
300 Elementen geladen war, so war wiihrend 14 Stunden
jedenfalls nicht mehr 31s der 1200. Theil der gcsammten
Ludung mitgetheilt worden. Ich vermuthe iibrigens , dafs
auch dieser kleine beobachtete Ausschlag des Elektrometerv nicht von Elektricitiitsleitung durch die Luft, sondern
von einer Inconstanz der Batterie h e r r i h t e . Aus diesen
Daten ergiebt sich der elektrische Leitungswiderstand der
Luft fur so kleine Sparinungen jedenfalls grolser als 102Gmal
so grok 81s der des Knpfers. Dieser hohe Grad von Isolation konnte nur nach sorgfaltiger Entfernung aller im
Apparat enthaltener Harchen und Stiiubchen erzielt werden, welche sonst von der Elektricitat angezogen , beide
Platten uberbruckten. Die Entfernnng aller Stauhchen
war unendlich miihsam; am besten gelang sie mir, indem
ich alle Bestandtheile des Apparatea sehr glanzend poli-
-
41 5
ren liefs, wo dann jedes Staubchen sehr sichtbar ist und
dann von jedem Bestandtheile besonders unter einem eigens dlrzu construirten Glaskasten, in den ich durch passende Lijcher meine nackten Arme steckte, bei heller
Beleuchtung jedev einzelne Stgubchen mit dem Finger oder
einem Dr:ihte oder einer etwas gefetteten Schweinsborstc
entfernte. Auch verdiinnte Luft und die iibrigen Gase
schienen eben so gut zu isoliren, doch rnangelte (1s rnir
an Zeit, dies genauer zu priifen. Erst wenn der Druek
cler Luft auf etwa 3”’ Quecksilberdrnck sank, horte plotzlich alle Isolation auf; dann schienen also ,,Funken” fiberzuspringen. W asserstoff dagegen konnte ich bis arif 2”
Quecksilberdruck verdiinnen , ohne dnCs die Isolation w f hijrte, was rnich wunderte, da sonst irn Wasserstoff die
Schlagweite grofser ist. Als die Schellackklot7e zwischen
den Platten waren, zeigte sich nach 14 Stunden eiii Ausschlag von 45 Scalentheilen, also aiich reiner Scheilack
leitet bei so kleiner Oberfliiche nicht merklich. Diese
grolse, von mir beobachtete Isolationsfahigkeit der Gase
scheint Z I I heweisen, dd’s der von C o u l o m b , R i e l s ,
W a r b u r g u. A. beobachtete Elektricitiitsveriust von Drehwaagen nicht den darin befindliclen Gasen ziwuschreiben
ist ’). Ich iiberzeugte mich ferner, dalb die Platten d und e
aiich eonst isolirt waren , sowie d a k die Zuleitungsdrlbte
und die Elemente isolirt waren.
9. Manipulation bei Beobachtung der Dielelctricitatsconstante der Gase. Urn diese Beobachtung auszufiihren,
waren wieder zuerst die beiden Messingbleohe r und s
und der Draht ma gesenkt. Es wurde zuerst das Messingblech r und der Draht m gehoben. Dann liels man das
Gas ausstromen und senkte, wenn die Ausstromung vollendet war, wieder das Messingblech r , nicht aber den
1 ) Von dem letzteren erhielt ich iibrigens, ohne dafs er von meinen
Versuchen irgend etwas wuhte, nnllngst einen Brief, worin er mir
mittheilte. dafa auch er sich iiberzeugt hrbe, dab die Gase die Elektricitiit nicht merklich leiten.
416
Draht m. D e r Ausschlag, den jetzt das Elektrometer
a der Formel (3). Der Theozeigte, ist der Ausschlag
rie nacli ist es vollkomriieii gleichgiiltig, ob wahrend des
Ausstrijmens des Gases das Elektrometer schon mit der
Plnttc d verbunden (also von der Erdc getrcnnt), oder
ob es wshrend des Ausstromens noch rnit der Erde verbunden t i i d von cler Plzrtte d getrennt ist und erst zum Schlusse
damit verbuiiden wird. Praktisc-h erschien mir die letztcre Methode empfelileiiswerther. Nachdem die abgelenkte
Lage rles Elektrometers aus drei Umkehrpnnkten bestinlint
w a r , senkte icli den Draht m und bestimirite die Ruhelage
wieder aus drei Umltehrpunkten. Den Inbegriff aller dieser Oyierc~tioneri nenne ich einen Versuch. Nun wurde
;tberrnills 13lech rind 1)ratit Ira gehoben uiid ieli liek wieder Gas einstroinen. Nacti Beendigung der Einstroinung
wurde wieder der Awsch1:ig n wie friilier bestimmt, WOrnit dann der zweite Versuch beendet war usw. Die Forme1 (3) zeigt zunachst, d a k die Quotienten, die man erhalt, wenn man a dividirt diirch die Druckzunahme oder
Abnahme b, - b,, die derii Vcrsiiche vorherging, constant
seyn niiisscn. Dcnn die Ladung der Leydnerflasche und
-
dnmit ,ti blieb sehr constant.
I n der T h a t war 2 5 6,
--b,
innerhalb der Grinzen der Beobnchtungsfehler constant,
womit also bewiesen ist, d a k der Zuwachs der Dielektricitiitsconstante dem des Druckes proportional ist, was
iibrigens niclit anders zu erwarten war. ,? wurde anfangs
vor. und nac!i jeder Versuchsreihe mehrmals bestimmt; d a
es sich jedocli als gaiiz constant erwics, wurde es spiiter
blols rnehr fur eiriige Versuchsreihen gemeinsam bestimmt.
I n der Formel (3) wurde dann fur ___ der Mittclwerth
6,
- b2
aller bei den einzclnen Versuchen einer Versuchsreihe gefundenen W e r t h e dieser Grofse, fur @ ebenfalls dessen
Mittelwerth eingesetzt und daraus A berechnet. Urn einen
Begriff zit geben, inwieweit die einaelnen Versuche untereinander iibereinstimmten , stelle ich die ausfiihrlichen
417
Dateii der definitiven mit Luft angestellten Beobachtungsreihe in der folgenden Tabelle zusammen:
I
675
20
6 60
12
647
17
635
10
622
10
610
5
600
I0
588
10
575
27
565
4a
-
4a
R
35,5
303,7
304,6
305,l
305,3
305,5
306,4
302,s
303,2
0,0525
0,05 16
0,0511
0,053 1
0,0479
0,0527
0,0508
0,0501
303,7
304,2
304,4
0,0564
0,0507
33,s
32,7
34,4
30,4
33,2
31,4
31,3
-
34,5
30,4
31,3
-
30, I
-
26,5
24,7
29,O
23,3
-
304,9
-
bI - b ,
-
0,05 I7
-
0,05 10
-
0,0459
305,4
0,0437
305,7
305,s
0,0530
0,0433
305.9
Mittel 0,05034.
Hier ist b der Manometerstand wahrend der Beobachtung von a. Fur jedes a ist also unter b, der niichstvorhergehende Wertlr des b, unter b* der neben dem betreffenden u stehende zu verstehen; fiir das erste n ist b ,
gleich Null. Wenn man die a alle mit positiven Zeichen
(6,
b,) positiv zu
nimmt, sind auch die Differenzen
nehmen. Es wurde immer der 4fache Werth des u angegeben, weil die Berechnung des 4fachen Werthes aus
drei Umkehrpunkten bequemer ist als die des einfachen ;
die Division. durch 4 geschah dadurch, d d s ich auch f i r
/3 deseen 4fachen Werth setzte. R ist die Ruhelage, urn
welche zum Schlusse jedes Versuches das Elektrometer
Poggendorff's Anonl. Bd. CLV.
27
-
418
schwankte. Kach dem sechsteii Versuche war das Fernrohr ein wenig verschoben worden. Drei Beobschtungen
mifsglackten, da ich dabei das Messingblech r und den
Draht m aus Versehen falsch gestellt hatte. Da der von
rnir beobachtete Ausschlag so nufserordentlich klein (acht
Scalentheile) war, so war eine grohere Uebereinstimmung
der Quotienten in der letzten Verticalreihe, die nnch der
Theorie constant seyn sollten, kaum zu erwarten. Icll
glaube aber , dais die Niehtubereinstirtimung derselhen
mehr noch von der Inconstanz der Batterie als von Luftstromungen oder anderen Storungen im Elektrometer
stammt. Beide Stijrungsursaclieu miissen siuh ubrigeiis
'aus dein Mittel sehr vieler Verstiche eliminiren. ,d wurde
4ninl bestimmt; es ergab sich 41-7gleich 238, 227, 238, 227,
Mittel 232,5. Die Anmhl 71 der ladenden Dauiell'schen
Elemente war 298. Die Substitution dieser Werthe in die
Formel (3) liefert fiir die Hiilfte der Grofse 1 (welche ich
in der Folge immer anfijhre, da. sie sich am besten mit
dem Lichtbrechungsquotienten vergleicbeu liifst), den Werth
0,000'278. Bei der Mehrzahl der iibrigen Gnse zeigte sich
eine erheblich grofsere Constanz der Quotienten
-,,u
bei einigen eine noch geringere, j e uachdem die Batterie
constanter oder weniger constant wirkte. Bei einigen Versuchen mit Luft hatte ich eiiie grol'sere Mmnigfaltigkeit
in den Werthen von b, - 6 , .
10. Calibriren des Eleklrometers. Bei dieser Operation, d. h. bei Bestimmung, welchen Potentinlen die verschiedenen Ausschlage desselben entsprechen , bediente
ich mich der schon in der Abhandlung ,,Experimentelle
Bestimmung der Dielektricitatsconstnnte von IsoIatoren"
( W e n . Ber. Bd. LXVII, Xbth. 11, 1873) beschriebenen
Methode. Es zeigten sich die Ausschliige fur meine gegenwartigen Zwecke dern Potentiale geniigend proportional,
80 dafs die Anfertigung einer Correctionstabelle sich als
ikberfliissig erwies. Da ein Daniell'sches Element schon
einen zu grofsen Ausscblag gab, sucbte ich mir constante
419
Elemente von kleinerer elektromotorischer &aft zu verschaffen ; ich verwendete Zinkeisen und Eisenkupfer-Elemente, wobei jedes Metal1 immer in die Losung seines
schwefelsauren Salzes in Wasser tauchte. Dabei fand ich,
dafs derartige Zink -Eisenelemente fast genau den dritten
Theil, derartige Eisen - Kupferelemente aber f der elektromotorischeii KraR des Daniell’schen Elelnentes haben, was
rnit T h o m s e n’s Bestimmungen der Vcrbindungswarme
stirnmt. Eine eingehendere Gntersuchung der elektromotorischen Kraft derartiger, aus verschiedenen Metallen gebildeter Elemente schiene mir von Interesse zu seyn.
11. Zusammenstellung der Resultate. Bei den ersten
Versuchen, die ich anstellte, war die Aufstellung des
Elektrometers eine ziemlich unsolide, auch war dasselbe
nicht geniigend vor Luftstromuiigen in seiuem Innern verwahrt. Bei diesen Versuchen crgab sich fiir Lufk bei
filnf Versuchsreihen:
-
A2 =0,000283
257
272
289
287.
Fur Wasserstoff bei zwei Versuchsreihen :
1
E: 0,000136
2
114.
Bei den beiden letzten mit Luft angestellten Versuchs-
reihen wurde die Platte e nicht von oben getragen, sondern ruhte durch Schellackstiicke getrennt auf der Platte d.
Der Werth des 1 ist nicht merklich verschieden; doch ist
er ein wenig grijfser, was mijglicherweise darin seine Ursache hat, dafs sich bei Verminderung des Druckes die
Schellackstiitzen ausdehnten und daher die Capacitiit des
Condensators nicht blos in Folge der Verminderung der
Dieiektricitgtsconstaute der Luft, sondern auch in Folge
der Vergrbfseruny der Plattendistanz wuchs. Wird die
27 *
420
Platte e yon oben getragen, so ist eher eine Verkleinerung
der Plattendistanz bei Abnnhme des Druckes wahrscheinlich, da sich Schellack mehr als Messing ausdehnen durfte.
Nun erst schritt ich zu den definitiven Versucbeu. Die
Werthe von
S, die sich dabei fur die rerschiedenen Gase
ergaben, sind in der folgenden Tnbelle zusnmmengestellt.
Daneben stehen uuter der mit ,LL uberschriebenen Rubrik
die Zunahmen, welche der Brechungsquotient des betreffenden Gases durch eine Druckvermehruag von 760 Mm.
erleidct und welche nacli der M a x well'schen Theorie
A
A
gleich seyn mussen. Die Werthe von 3 wurden bei
2
Temperaturen beobachtet, die zwischen 15 und 17" C.
lagen. Ich habe deslialb die Grofsen p fur 1 6 O C. berechnet und zwar aus den von D u l o n g uusgefulirten Bestimmungen der Lichtbrechungsquotienten von Gasen.
L
-
ill
2
Luft
Kohlensiiure
Wasserstoff
Kohlenoxyd
Stickoxydul
Oelbild. Gas
Sumpfgas
0,000279
0,000446
0,000125
0,000323
0,000469
1 :$:it
0,000445
0,000278
0,000424
0,000130
0,00032 1
0,000475
0,000641
0,000419.
Nimmt man an, dafs die Proportionalitiit des Zuwochses der Dielektricitatsconstante mit dem des Druckes bis
zur absoluten Evacuirung gelte, so ist, wie bereits bemerkt, 1 + A die Dielektricitatsconstante des Gases bei
760 Mm. Quecksilberdruck, wenn die des luftleeren Raumes gleich eins gesetzt wird; daher 1
+ TA
ihre Quadrat-
wurzel. 1 sey bei der Temperatur t bestimmt worden;
a sey der bekannte Ausdehnungscoefficient der Gase, also
a=0,00366.
Setzt man noch voraus, dafs sich diese
42 1
Quadratwnrzel in derselben Weise rnit der Temperatur
verandert, wie der Lichtbrechungsquotient, mit dem sie
i(lCa1)
nach M a x w e l l ’ s Theorie identisch ist, so ist 1 +--
2
die Quadratwurzel der Dielektricitiitsconstante des Gases
bei Oo C. iind 760 M m . Drnck, wieder die des Vacuums
gleich eins gesetzt. Letztere Dielektricitatsconstante sol1
mit DO,i60 bezeichnet werden. Ich lasse hier eine Zusam..
menstellung der Werthe von v D 0 , 7 6 0 , wie sie sich unter
diesen Voraussetzungen aus den Werthen des I der vorigen Tabelle ergeben, mit den Lichtbrechungsquotienten
i0,760 bei O* C: unter 760 Mm. Druck folgen.
VD0,;SO
Luft
Kohlensiure
Wasserstoff
Koblenoxyd
Stickoxydul
Oelbild. Gas
Snmpfgas
1,000295
1,000473
1,000132
1,000345
1,000497
1,000656
1,000472
io,iso
1,000294
1,00044!1
1,0001 38
1,000340
1,000503
1,000678
1,000443.
Zum Schlusse sage ich noch Hrn. Prof. L u d w i g meinen wgrmsten Dank, welcher mir in der zuvorkommendsten Weise die Arbeit dadurch erleichterte, dafs e r die
Darstellung der zu meinen Versuchen erforderlichen Gase
iibernahm.
Von demselben Verfasser erschieuen im 70. Bande der
Sitzungsberichte der Wiener Acadernie noch folgende Abhandlungen:
1. Ueber einige an meinen Versuchen uber elektrostalische Fernzoirkung anaubringsnde Correctionen. Daselbst
werden zuerst die hauptslchlichsten Formeln entwickelt,
welche bei Berechnung jener Versuche in Anwendung
kommen. Zum Schluese wird einer Arbeit Hrn. S c h i l l e r ’s uber Dielektricitat erwahnt. Die geringe Ueberein-
422
stimmung der von Hrn. Sc h il I e r gefundenen Dielektricitatsconstanten mit den vom Verfasscr gefundenen und
mit der elektromagnetischen Lichttheorie durfte zwn Theil
auf Rccbnung der Verschiedenheit des Materials kommen ;
doch scheint es dem Verfasser nicht unwahrscheinlich,
dafs ICr. S c h i l l e r dic zwischen den Condensatorplatten
rind der elektrischen Substanz liegcnden mit Luft gefillten Rarime nicht geniigend beriicksichtigt hnbe.
2. Ueber die Verschiedetrheit der Dielekfricitatsronstnnte des krystallisirten Schzcefels nnch verschiedenen
Richtungen. Letztere Arbeit enthalt die nusfilhrliche Reschreibnng der Versuche , durch welche der Verfasser
nachwies, dafs in Kugeln, die atis Schwefelkrystallen pschliffen wurden , in der T h a t die Dielektricitatsconstante
nach verschiedenen Richtungcn verschieden ist rind zwar
in der drrrch die elektromagnetische Lichttheorie geforderten Weise, wenn man anniinint, dars die Lichtschwingungen senkrecht ziir Polarisationsebene stattfindeu.
V.
-
Ueber Kry.sfallisrctions Products im gewohnlichen C l a w ; von Dr. O t t o S c h o t t .
$lit derm Worte Glas ist der Begriff des amorphen Zustandes so eng verknupft, dafs man im Gegensatz d a m
ein auf dieselbe Weise entstandenes und gleich zusamrncngesetztes , niir durch Krystallisation modificirtes Product
,entglastu nennt.
Man hat bei der Glasfabrikation sebr haufig Gelegenbeit die Entstehung von Krystclllen oder krystallartigen
Producten zu beobachten. Sie finden sich theils in Form
wohlausgebildeter mikroskopisch kleiner Krystalle, einen
Glasfehler bei dcr Tafelglasfabrikation, das sogenannte
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
833 Кб
Теги
gases, bestimmung, der, dielektricittsconstanten, experimentelle, einigen
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа