close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Messungen des Depolarisationsgrades bei der molekularen Lichtzerstreuung.

код для вставкиСкачать
H. Volkmann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 457
Mes8ungen des Depolarisationsgrades
be6 der molekularen Lichtxerstreuung
Von Ear a I d Po 13c ma m n
(Mit 6 Figuren)
Einleitung
Schickt man durch ein Gas paralleles linear polarisiertes Licht,
so beobachtet man, daB das von den einzelnen Molekiilen seitlich
zerstreute Licht im allgemeinen depolarisiert ist. Das Verhaltnis
der horizontalen zur vertikal schwingenden Komponente des Streulichts, der sogenannte Depolarisationsgrad A , ist nach G a n s I) ein
MaB fur die dnisotropie der streuenden Molekiile. Aus dieser
GroBe A kann man teils aus Lichtzerstreuungsdaten direkt, teils in
Kombination mit Messungen der Kerrkonstanten, des Brechungsindex
una des elektrischen Momentes weitgehende Schliisse auf den Bau
der Molekiile ziehen, so daB nach dieser Methode eine groBe Zahl
wichtiger MolekuIstrukturen bestimmt werden konnte
Nun bestehen aber zwischen den von den einzelnen Beobachtern ausgefiihrten Messungen des Depolarisationsgrades an Gasen
groBe Abweichungen (bei H, iiber
ohne daB es bis heute gelungen ware, die Ursachen hierfiir endgiiltig zu klaren. Auch haben
sich, insbesondere fur eine Reihe von hochsymmetrischen Stoffen,
endliche Depolarisationsgrade ergeben , die zwar von verschiedenen
Beobachtern bestatigt worden sind, f u r die aber nuf Grund unserer
heutigen Kenntnisse vom Bau der Atome und Molekule der Wert 0
erwartet werden sollte.. Urn dies zu zeigen, sind in Tab. 1 fiir eine
Reihe yon Molekiilen samtliche von den verschiedenen Autoren gemessenen Depolarisationsgrade zusammengestellt. Kieraus ergibt
sich in groBen Ziigen etwa folgendes Bild:
Gegeniiber den ersten Messungen von S t r u t t s ) aus dem Jahre
1918 liegen die von ihm fiir genauer angesehenen Beobachtungen
".
1) R. G a n s , Ann. d. Phys. 62. S. 331. 1920; 65. S. 97. 1921. An zusammenfassenden Darstellungen vgl. R. G a n s , Handb. d. Exp. Phys. XIX,
1928; J. C a b a n n e s , La Diffusion Molbc. de la Lumikre 1928; H. A. S t u a r t ,
Molekiilstruktur, Sammlg. Strukt. d. Materie 1934.
2) Vgl. etwa die Zusammenfassung bei H. A. S t u a r t , a. a. 0.
3) R. J. S t r u t t , Proc. Roy. SOC.96. S. 155. 1918.
Annalen der Physik. 5 . Folge. 24.
30
458
Annalen deer Physik. 5. Folge. Band24. 1935
Tabelle 1
- 4,37 6,65 8,4
7,3 10,6 10,9
- 12,O 14,3 14,9
1,7 - 3,6 -
4,15 - 4,15
6,45 - 6,42
9,8 10,2 9,7
12,2
- l2,O
2,2
- 2,74
- 1,5
4,O
5,4
9,5
-
-
-
-
von 1920 l) um 10-lOOo/o
hoher. Cleichzeitig aber wurden von
Cabannes2) und Gans3) -Werte fur den Depolarisationsgrad gemessen, die im allgemeinen wesentlich niedriger als die neuen Messungen S t r u t t s waren, wahrend die von R a m a n 3 1923 veroffentlichten Messungen wieder hohere Depolarisationsgrade ergaben. Es
erfolgte darauf insbesondere von C a b a n n e s 5 ) eine bis in alle Einzelheiten gehende Diskussion der moglichen Fehlerquellen, sowie eine
auBerordentlich sorgf altige Wiederholung der schwierigen Depolarisationsgradmessungen, die im wesentlichen Cab a n n e s' erste Beobachtungen bestatigten. Dieses ResuItat wurde in der FoIgezeit auch
von verschiedenen indischen Forschern
insbesondere von R a m a k r i s h n a Ra07) und P a r t h a s a r a t h y 8 ) bestatigt, so daB heute fur
eine Reihe von Stoffen scheinbar recht gute und iibereinstimmende
Werte vorliegen. So gibt C a b a n n e s in seiner Monographie z. B.
fur CO, eine Genauigkeit von etwa
2OI0 an, wahrend fur Luft
sogar 0,0415 0,0005g) angenommen ist, der Fehler also nur 1
betragen 5011.
"),
1) R. J. S t r u t t , Proc. Roy. Soc. 97. S. 4%. 1920; 98. S. 57. 1920.
2) J. C a b a n n e s , Journ.Phys. 6. S. 129. 1920; Ann.d. Phys. 15. S. 5. 1921.
3) R. G a n s , Contribucibn a1 estudio de las ciencias, Universidad L a Plata 2.
S. 467. 1920; Ann. d. Phys., a. a. 0.
4) C. V. R a m a n u. K. S. R a o , Phil. Mag. 46. S. 426. 1923.
5) J. C a b a n n e s , Journ. de Phys. 4. S. 276. 1923; 7. S. 336. 1926.
6) A. L. N a r a y a n , Proc. SOC.London 36. S. 32. 1923; A. S. G a n e s a n ,
Phys. Rev. 23. S. 63. 1924; D. B a n e r j i , Phys. Rev. 26. S. 495. 1925; R a m a n a t h a n u. S r i n i v a s a n , Phil. Mag. 1. S. 491. 1926.
7) R a m a k r i s h n a R a o , Ind. Journ. Phys. 2. S. 61. 1927.
8) S. P a r t h a s a r a t h y , Ind. Journ. Phys. 7. S. 139. 1932.
9) Doch weist er ausdriicklich darauf hin, daB man bisher nur in wenigen
Fallen mit solcher Genauigkeit rechnen kiinne. Vgl. hierzu die Diskussion
der FehIerquellen in den Arbeiten von C a b a n n e s (insbesondere Journ.
Phys. 7. S. 338. 1926), sowie R a m a n , R a m a n a t h a n bzw. R a m a k r i s h n a ,
a. a. 0.
H . Volkrnann. Messungen, des Depolarisa~ionsyradesusw. 459
Auffallig bleiben aber immer noch die groBen Abweichungen
einzelner Werte. Uiahrend z. B. G a n s im allgemeinen dieselben
Depolarisationsgrade findet wie C a b a n n e s , ist fur GO, eine Diskrepanz der beiden Autoren von iiber 25O/, vorhanden. Auffallig
sind weiterhin die von Null verschiedenen Depolarisationsgrade der
Edelgase I) und so hoch symmetrischer Molekiile wie CX,?, wahrend
sich nach unseren heutigen Vorstellungen fiir diese der Wert Null
ergeben sollte. Der endliche Depolarisationsgrad von CH, ist
weiterhin unvereinbar mit dem Fehlen einer Rotationsfeinstruktur
sowohl der Rayleighlinie wie der zur totalsymrnetrischen Normalschwingung gehorenden Ramanschwingungslinie, die trotz aller Bemuhungen weder von B a g h a v a n t a m g , noch von L e w i s und
H o us t o n 9 beobachtet werden konnte. Diese Tatsachen Iegen die
Vermutung nahe, daB die Genauigkeit der Depolarisationsgradmessungen wohl vielfach iiberschatzt wird, und daB die bisherigen
Messungen wohl doch noch mit bisher unbekannten Fehlerquellen
behaftet sind.
Weiterhin fehlen fur eine Reihe wichtiger organischer Molekiile
Lichtzerstreuungsdaten fast vollstandig, die aber fiir eingehende
Strukturdiskussionen von groBem Nutzen waren.
Aus diesen Griinden sind die vorliegenden Untersuchungen begonnen worden mit dem Ziele, wenn moglich, die bestehenden Diskrepanzen zu erklaren und zu beseitigen, sowie weiteres Material
zur Strukturbestimmung zu beschaffen.
8 1 . Aufbau der Apparatur
tTm die Messungen moglichst eindeutig zu gestalten, wurde
folgende Versuchs&nordnung (vgl. Fig. 1 ) gewahlt: Durch einen auf
dem Dache des Instituts befindlichen Coelostaten (Durchmesser des
Spiegels 19 cm) wurde Sonnenlicht uber zwei Hilfsspiegel (in der
Figur nicht gezeichnet) vertikal nach unten so in ein Dachzimmer
des Institutes geworfen, dab hier ein horizontales paralleles Lichtbiindel zur Verfiigung stand. Um die Intensitat des Lichtes zu erhijhen, wurden die Strahlen zunachst im Brennpunkt einer Linse L,
(f 72 cm) vereinigt und durch eine zweite Lime L, (f= 18 cm)
von passend gewahlter (jffnung wieder parallel gemacht. Diese Erhohung der Intensitat geschieht natiirlich auf Kosten der ParallelitBt,
5
1) Vgl. J. C a b a n n e s , La Diffusion Moleculaire, S. P a r t h a s a r a t h y ,
Ind. Journ. of Phys., a. a. 0. nnd 7. S. 243. 1932.
2) S. P a r t h a s a r a t h y , a. a. 0.
3) S. B a g h a v a n t a m , Nature, London 130, S. 740. 1932.
4) Ch. M. L e w i s und W. V . H o u s t o n , Phys.Rev. 44. S. 903. 1933.
30 *
460
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
jedoch ist die hierdurch entstehende Unsicherheit (vgl. 8 3) so gering, da8 wir von Beobachtungen snit parallelem Licht sprechen
konnen.
Die Strahlen treten dann durch den Nicol N , mit vertikaler
Schwingungsrichtung in das guaeiserne, horizontal liegende Kreuz-
&
I
H
I I
.
I
Fig. 1. Versuchsanordnung
rohr K von 9,5 cm innerem Durchmesser, das bis zu Drucken Yon
50 Atm. verwandt werden kann. B, und B, sind rechteckige Blenden,
die in 38 bzw. 24 cm Entfernung Ton der Mitte des Kreuzrohres
angehracht worden waren. Naheres vgl. 8 3. Die. Arme des Kreuzrohres haben von der Mitte aus gemessen folgende Langen: I und
I I I = 36 cm, I1 = 26 cm und
IV= 15 cm. Das Rohr war innen
matt geschwarzt und wurde durch
Flansche mit Bleidichtungen verschlossen. I n die Flansche I und
IV wurden ausgesucht wenig
Fig. 2
doppeltbrechende Glasplatten G
(vgl. 5 3), wie aus nebenstehender
Fig. 2 ersichtlich, eingekittet. Als Kitt K wurde Rollermasse verwandt. Diese Ausfiihrung hatte den Vorteil, dab die Platten sehr
elastisch eingebettet waren und nur durch den Druck des innen
befindlichen Gases beansprucht wurden. Die zu untersuchenden
Gase wurden Stahlflaschen entnommen, stromten durch ein halb
mit Chlorcalcium und halb dicht mit Watte gefiilltes Stahlrohr und
H . Volkrnann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 461
traten schlieSlich durch den Hahn H , in das Kreuzrohr ein. R,
und R, sind Rohrstutzen, die das Reinigen des Rohres von Staub
schadlichen Resten anderer Gase erleichtern sollten. M ist ein
Manometer.
Zur Messung des Depolarisationsgrades des Streulichtes wird
das abgebengte Licht durch ein Wollastonprisma W P in eine horizontal (i) und eine vertikal ( J ) schwingende Komponente zerlegt.
Beide Komponenten werden durch einen drehbaren Nicol N , auf
gleiche Helligkeit gebracht. Dann gilt fur den Depolarisationsgrad A bei einfallendem parallelem natiirlichen Licht
i
= - = tg2 0 1 ,
J
wobei a der Winkel der Schwingungsebene des Nicols gegen die
Horizontale ist. Beobachtet wurde teils direkt mit bloBem auf R,
akkommodierten ,4uge, teils durch das lichtstarke Fernrohr F , das
ebenfalls auf die Blende B, eingestellt wurde (vgl. hierzu 6 3).
Das Kreuzrohr und die MeBanordnung befanden sich in einem
groAen lichtdichten schwarzen Kasten, in dem auch der Beobachter
sag. Die Xessungen waren bei den geringen Intensitaten nicht
einfach, so daB das Auge erst etwa 11, Std. akkommodiert werden
muBte, bis es die genugende Empfindlichkeit besaB.
Die Hilfsanordnung H in der Verlangerung des Primarstrahls
bedeutet eine Einrichtung zur Messung des Anteils polarisierten
Lichtes im Primarstrahl, wenn ohne Nicol N , im Primarstrahl gemessen wurde (vgl. 8 3). L, bedeutet eine Linse, die die Strahlen
auf dem Wollastonprisma W P , konzentrierte (Kollektor), N , ein
Nicol und F, ein Beobachtungsfernrohr. B, und B5 sind Blenden,
B, von der QroBe 0,4 x 4 cm, B, vom Durchmesser 1 mm. Einzelheiten vgl. § 3,3.
Vergleichen wir die Versuchsanordnung mit derjenigen , wie sie
von C a b a n n e s bzw. den indischen Forschern benutzt worden ist,
so ergibt sich folgendes: Gegeniiber der von jenen benutzten Messung
im konvergenten Licht l) hat die von mir benutzte den Nachteil geringerer Intensitat des Streulichts, ein Nachteil, der auch durch die
Tiefe des Primarstrahls von 4 cm nicht ausgeglichen wird. Andererseits mu6 man aber bei Verwendung von nicht parallelem Licht,
also bei endlicher Beleuchtungsapertur , die gemessenen Werte auf
unendlich kleine Beleuchtungsapertur reduzieren ,). Da diese Korrek1) Bei der Anordnung von J. C a b a n n e s , sowie der der indischen
Forscher wird im Mittelpunkt des Kreuzrohrs durch die benutzte Linse ein
Bild der Sonne erzeugt.
2) Vgl. etwa R. G n n s , Pbys. Ztschr. 28. S. 661. 1927.
Annakn der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
462
tionen aber leicht zu groBen Unsicherheiten fuhren kbnnen l), ist es
von groSem Vorteil, von vornherein die oben beschriebene Versuchsanordnung zu benutzen. Ein weiterer Vorteil besteht in der hier
moglichen Verwendung eines Nicols im Primarstrahl. Dieser hat
zwar zunachst auch wieder den Nachteil einer weiteren Verminderung der Intensitat, da durch den Nicol nur die halbe Intensitat
des Primkstrahls gegeniiber natiirlichem Lichte hindurchgeht, so
daB sich in diesem Falle der Depolarisationsgrad. A, fur linear
polarisiertes Primarlicht durch den Depolarisationsgrad fur natiirliches Primarlicht durch
ausdriickt. Dafiir besteht aber auch hier der groBe Vorteil, daD
im Primarstrahl auch beziiglich der Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes eindeutige, genau bekannte Verhaltnisse herrschen,
die den theoretisch geforderten praktisch gleich sind. AuBerdem
erleichtert ein Nicol im Primarstrahl die Diskussion des Einflusses
etwa noch vorhandenen falschen Lichtes (vgl. 5 3,4).
Wir haben es deshalb vorgezogen, den Mange1 an Intensitat
auf Grund dieser definierten Verhaltnisse in Kauf zu nehmen, um
bei der Messung von A moglichst von samtlichen Korrektionen frei
zu werden. Trotzdem war es noch moglich, die Beobachtungen
visuell auszufuhren. Gerade dieses aber ermoglichte es erst, weitere
bisher unbekannte Fehlerquellen aufzudecken (vgl. 0 3).
§ 2. Justierung der Apparatur
Die Justierung der Appnratur geschah nach folgenden Gesichtspunkten:
1. Es wurde mit einer Wasserwaage dafiir gesorgt, dai3 das
Kreuzrohr sowie die drei Zeissschienen, auf denen die optische Anordnung des Primar- und Sekundarstrahles sowie die Hilfsanordnung H angebracht waren, horizontal lagen.
2. Die eine Kreuzrohrachse w'urde so justiert, da6 das Licht
genau durch die Mitte des Rohres hindurchfiel.
3. Die drei Zeissschienen wurden in dieselbe Richtung wie die
senkrecht aufeinanderstehenden Kreuzrohrachsen gebracht.
4. Mit Hilfe eines Kathetometers wurden das Strahlenbundel
der Sonne, die Kreuzrohrachsen, samtliche Linsen und Blenden
sowie die gesamte iibrige MeBanordnung so justiert, daB alle Achsen
in derselben Hohe lagen. Urn die Justierung des Primarstrahles
1) Vgl. die Diskusaion bei J. Cabannes und Ramankrishna Rao,
a. a.
0.
H. Volkmann. Messungen des Depotar~salionsgrades usw. 463
bei geschlossenem Kreuzrohr leicht kontrollieren zu konnen, wurde
bei P (Fig. 1) ein kippbares, total reffektierendes Prisma eingeschaltet, das bei richtiger Justierung ein Bild der S o me auf eine
a n der Wand angebrachte Marke warf. AuBerdem befand sich im
Primarstrahl noch eine Irisblende B' im gemeinsamen Brennpunkt
der beiden Linsen Ll und L,. Sie diente erstens zur leichteren
Justierung des Primarstrahles und zweitens zur hbblendung falschen
Lichtes. Der Nicol N , (Endflache 4 x 4 cm) im Primarstrahl wurde
mit Hilfe des Nicols 37, der Hilfsapparatur H so justiert, daB seine
Schwingungsrichtung genau mit der Vertikalen zusammenfiel. Das
ist bekanntlich der Fall, wenn bei einer Drehung von N3 um 180'
die Kreuzung der Polarisatoren unverandert erhalten bleibt l). Das
entsprechende geschah mit dem MeBnicol N,.
Zur Justierung des Wollastonprismas W P sind zwei Verfahren
ublich. Entweder w i d das Prisma solange gedreht, bis die durch
das W P entstehenden beiden Bilder einer beleuchteten viereckigen
Hilfsblende genau senkrecht ubereinander stehen, was mittels eines
herunterhangenden Fadens kontrolliert wird, oder die Justierung
erfolgt mit Hilfe eines Nicols, dessen horizontale Schwingungsrichtung
genau festgelegt ist. Das W P wird dann solange gedreht, bis eins
der beiden Bilder verschwindet. Im Gegensatz dszu wurde von mir
ein drittes Verfahren angewandt; das W P wird zwischen gekreuzten
Nicols dernrt justiert, daB die beiden ubereinanderliegenden Bilder
verschwinden. Das hat erstens den Vorteil, daB die Ausloschstellungen der Bilder genauer bestimmt werden konnen, da das
andere hellere Bild bei der Beobachtung nicht mehr stort; zweitens
aber hat man vor allem eine gute Kontrollmoglichkeit fur die Gute
des benutzten W P, da bei schlecht geschnittenen Prismen beide
Bilder nicht gleicbzeitig dunkel werden (vgl. hierzu auch 5 3,1).
Die Justierung des Nikols N , im Primararahl ist richtig auf
4', die des MeBnicols N , und des W P auf f 2'. Es la& sich
leicht zeigen, daB so geringe Fehler in der Justierung der Nicols
und des W P keinen EinfluB auf die Genauigkeit der Messungen
haben.
*
9 3.
Diskuseion der FehlerqueIIen
1. F e h l e r q u e l l e n d e r M e B a n o r d n u n g
Bereits von L o r d R a y l e i g h 2 ) ist darauf hingewiesen worden,
da8 bei der in 8 1 beschriebenen MeSanordnung u. a. zwei Fehler~
1) Ea wwde natiirlieh vorher festgestellt, daB die Drehachse selbst rnit
der Vertikalen zusammenfiel.
2) L o r d Rayleigh, a. a. 0.
464
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
quellen moglich sind, die leicht zu falschen Resultaten AnlaB geben
kannen.
Erstens kann es nach L o r d R a y l e i g h sein, daB bereits bei
Beleuchtung mit natiirlichem Licht die beiden durch das W P entstehenden Bilder wegen Unvollkommenheiten des W P nicht von
gleicher Helligkeit sind, so da6 bei einer Analyse von teilweise
polarisiertem Licht das Verhaltnis der beiden Intensitaten nicht
richtig gemessen wird.
Zweitens kann es nach ihm aus irgendeinem Grunde sein,
daB die in
52
angefuhrte Gleichung
5
= tg2a (das tg2a-Gesetz,
wie L o r d R a y l e i g h es nennt) nicht richtig ist.
Es sind deshalb von ihm und einer Reihe von Autoren, insbesondere von R a m a n l ) und C a b a n n e s 3 , an besonderen Hilfsanordnungen Untersuchungen iiber den EinfluB dieser beiden Fehlerquellen ausgefiihrt worden. Samtliche Autoren kommen dabei zu
dem SchluB, daI3 hierdurch Fehler nicht auftreten konnen und daB
das tg2a-Gesetz gilt.
I m Gegensatz zu diesen Autoren sol1 nun im folgenden gezeigt
werden, daB diese Schliisse nicht zutreffen, sondern daB bei der
Benutzung eines Wollastonprisrnas ernste Fehlerquellen vorhanden
sind, die Messungen des Depolarisationsgrades ganz auBerordentlich
falscben konnen, und die eine weitgehende Erklarung fiir die Diskrepanzen der Beobachtungen der verschiedenen Autoren geben
durften. Dabei wird sich ergeben, da6 1. Unvollkommenheiten der
Polarisatoren und des Wollastonprismas Fehler erzeugen konnen,
daI3 2. aber daruber hinaus auch die erste von L o r d R a y l e i g h
angegebene Fehlerquelle durch scheinbare Abweichungen vom tg2 aGesetz hervorgerufen werden kann (vgl. unten).
Zunachst sollen deshalb die Versuche geschildert werden, die
zur Aufklarung dieser Fehlerquellen fiihrten.
Benutzt wurde eine Hilfsanordnung, wie sie bereits von R a m a n
beschrieben ist. Von einer 100-Wattlampe L (vgl. Fig. 3) wurde
durch eine Mattglasscheibe M hindurch eine Blende B von 0,4x 5 cm
beleuchtet. Das Licht ging zunachst durch einen drehbaren mit
Teilkreis versehenen Nicol N , , dessen Schwingungsebene um einen
bestimmten Winkel a aus der Vertikalen gedreht war, und danach
durch das zur Messung benutzte, genau justierte W P und den
Nicol N , . Rei richtiger MeBanordnung miiBte der Nicol N 2 um a
aus der Horizontalen gedreht werden, um die beiden durch das
1 ) C. V. Raman, a. a. 0.
2) J. C a b a n n e s , a. a. 0.
H . Volkmann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 465
W P entstehenden Bilder der Blende B auf gleiche Helligkeit zu
bringen.
Hierbei ergab sich zunachst, daB das urspriinglich zur Verfiigung stehende W P mit sehr groBer Divergenz und der Nicol N,
schen Werten AnlaB gaben.
Deshalb wurde das W P durch
ein anderes besonders sorgfaltig
hergestelltes yon kleiner Divergenz
x
1
I
f\l
- I u v
/1
x
’
geschnitten war, daB die beiden Bilder der Blende B, von 4 mm
Hohe sich in 23 cm Abstand gerade beruhrten. Der Nicol N ,
wurde durch ein sehr gutes Glan-Thomsonsches Prisma mit
gerader Endflache von 15 x 15 mm und 45 mm Lange (ebenfalls
von der Birma Steeg & Reuter) ersetzt. Versuche mit der oben
beschriebenen Hilfsanordnung ergaben, da6 damit eine MeBanordnung
von groBter Prazision vorhanden war.
Dariiber hinaus aber zeigte sich, dab sich vollig falsche Werte
fur u ergaben, wenn die Lichtquelle L in der Hohe nicht richtig
justiert war. So konnten z. B. je nach der Hohe der Lampe anstatt
u = l o o sarntliche W-erte zwischen 8 und 12O gernessen werden.
Wurde nun aber das W P in sich urn 18OV gedreht, so da8 der
Schwingungszustand der beiden ubereinanderliegenden Bilder vertauscht war’), so erhielt man viillig andere Werte zwischeo 12
und 8 0 , doch so, daI3 das Mittel je zweier Ablesungen in derselben
Hohe etwa loo ergab. Diese Erscheinung verschwand aber, wenn
an Stelle der Mattglasscheibe M eine Milchglasscheibe gesetzt wurde.
E s ergaben sich dann unabhangig von der Hohe der Lichtquelle
immer richtige MTerte fiir u.
Falsche Werte fur cc ergaben sich auch, wenn der Nicol N ,
entfernt wurde. I n diesem Falle sollten, wenn das aus der Mattscheibe austretende Licht natiirliches Licht ist, die beiden durch
das W P erzeugten Bilder von gleicher Intensitat sein. Das war
auch der Fall, wenn die Lampe in der richtigen H6he stand (bzw.
bei Verwendung einer Milchglasscheibe). Man erhielt jedoch ein
von 1 verschiedenes Intensitatsverhaltnis, wenn die Hohe der Lampe
War z.z.B.
B. vorher
vorher die
die Schwingungsrichtnng
Schwingungsrichtnng des
des oberen
oberen Bildes
Bildes horihori1)1) War
so lag
lag nach
nach der
derDrehung
Drehung des
des WP
WPdas
das Bild
Bild mit
mit der
der vertikalen
vertikalen SchwinSchwinzontal, so
zontal,
gungsrichtung oben.
oben.
gungsrichtung
Annabn der Physik.. 5. Folge. Band 24. 1935
466
variiert wurde. Wurde das W P in sich um 180° gedreht, so ergab
sich ein anderer Wert. Das Mittel beider Ablesungen stimmte
dagegen vie1 besser.
Zur Erklarung dieser Erscheinungen sind folgende Tatsachen
wichtig:
1. Von einer Lichtquelle wird durch eine Mattglasscheibe keine
beliebig groBe Flache von kons tanter Flachenhelligkeit erzeugt
(vgl. Fig. 4)*). Das Kosinusgesetz
~'%&/gop//e
der Ausstrahlung gilt, wie auch
'1
kkh- G k
Ma5 672s
aus der Fig, 4 ersichtlich, nur
fiir ganz kleine Winkelbereiche,
und zwar angenahert nur in dem
Gebiet, fiir das die Lichtquelle
selbst noch hinter der MattMIkhqLq
Ma/tgL?s
scheibe sichtbar ist2). 1st die
yek/ard/agramm
@ktoM'Yrzmm.
Lichtquelle L in der Hohe falsch
Fig. 4
justiert, so werden also in den
in Frage kommenden Richtungen verschiedene Intensifaten ausgesandt.
F u r eine Milchglasscheibe dagegen gilt das Kosinusgesetz viel
besser. F u r diese werden die Intensitaten i R verscbiedenen Richtungen auch bei falscher J u stierung der Lichtquelle viel
eher einander gleich sein.
2. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist es fiir die Wirkungsweise eines W P charakteristisch,
daB die fur das Zustandekommen
der beiden Bilder verantwortlichen Strahlenkegel nicht dieselben sind. Jeder der von dem
leuchtenden Punkt P ausgehenden Strahlen 1, 2, 3 und 4 wird
8/
namlich durch das W P in je
Fig. 5
zwei senkrecht zueinander polarisierte Strahlen l a , l b , Za,
2b, . . zerlegt, von denen der eine, etwa der horizontalschwingende
(I a - - -)? nach unten und der andere (2b .) mit vertikaler Schwingungsrichtung nach oben abgelenkt wird. Wie aus der Figur ersichtlich,
TT
\\
.
..
1) Vgl. etwa F. W e i g e r t , Opt. Meth. d. Chem. 1927, S. 138; Fig. 4 ist
ebenfalls diesem Werke entnommen.
2) A. KGhler, Ztscbr. f. Instrumentenkde, 42. S. 359. 1922.
H . Volkmanla. Messungen des Depolarisationsgradees usw. 467
gelangen in dern hier gezeichneten ebenen Extremfall durch die
Blende B1 (etwa das Auge) von den horizontalschwingenden Strahlen
nur die van I b und 2 b begrenzten, von den vertikalschwingenden dagegen nur die von 3 a und 4 a begrenzten Strahlenkegel, die in verschiedenen Richtungen von P ausgehen. 1st also die Intensitat der
Lichtquelle in verschiedenen Richtungen verschieden, so werden mit
der benutzten Anardnung nach den bisherigen MeBverfahren vijllig
falsche Werte gemessen, wenn das W P nicht in sich urn 180°
gedreht wird.
Zur Beseitigung dieser Fehlerquelle ist folgendes zu beachten ;
Die beiden Strahlenkegel, die die durch das W P entstehenden
beiden Bilder erzeugen, mogen die Gesamtintensitaten J , bzw. J ,
besitzen. Durch den urn a! gedrehten Nicol Nl (vgl. Fig. 3) fallen
auf das W P die Intensitaten J , und i, bzw. Ja und i2,,. Dabei ist
3-
' h h .
(1)
Jiu
Jpt
MuBte in der Stellung 1 des W P der Nicol N , urn a, gedreht
werden, um beide Bilder auf gleiche Helligkeit zu bringen, so gilt
,-
-
i, cos2 a, = J Z v sin2a!,.
(2)
Wird das W P in sich urn 180° gedreht, dann ist bei verschiedenen J , und J2 gleiche Helligkeit der beiden Bilder fur einen
anderen Winkel a2, namlich wenn
izh. cos2a2= J I v .sin2rv2.
(3)
Multipliziert man (2) mit (3) und berucksichtigt (l), so erhalt man
(4)
Durch Drehen des W P urn 180° und Benutzung der G1. (4) vermeidet man also die Fehler, die durch Ungleichheit der Intensitat
der Lichtquelle in verschiedenen Richtungen entstehen I).
1) Man kann die Abweichungen vom tg2a-Gesetz auch kiinstlich erzeugen,
indem man z. B. zwisehen Milchglasseheibe (wo also der Effekt sonst nicht
auftritt) und Nicol iv, einen Z e i s s schen Photometerkeil einsehaltet , dessen
schwarzes Ende etwa unten ist. Dadurch werden siimtliche Strahlen des
unteren Bildes starker geschwacht als die des oberen, so daB dessen Intensitat
geringer wird als vorher. Fur einen vorgegebenen Winkel a ergeben sich
nach Drehung des W P urn 180" zwei verschiedene a1 und a2 und erst
t g a , . t g a , ergibt den richtigen Wert. DaB durch den Keil jedes der beiden
Bilder unten dunkler ist als oben, ist ein Effekt zweiter Ordnung, der zwar
die Genauigkeit der Ablesungen verringert , nicht aber diese Erscheinung
erklgren kann.
468
Annaben der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
Nachdem an dieser Hilfsanordnung die Notwendigkeit, das W P
urn 180° zu drehen, festgestellt war, fragten wir uns, ob nicht bei
der eigentlichen Anordnung zur Messung des Depolarisationsgrades
von Gasen ahnliche Einflusse in Frage kommen. Das scheint zwar
zunachst nicht der Fall zu sein, weil die Strahlung eines streuenden
Teilchens das bekannte Polardiagramrn eines Dipols zeigt, das nahe
dem Aquator merklich dieselbe Intensitat f u r alle Elementarkegel
aufweist. Man kann aber zeigen, daS auch hier das W P um 180°
gedreht werden muB, weil auch hier eine ausschlaggebende analoge
Fehlerquelle vorhanden ist. Beobachtet wird namlich nicht ein
einzelnes Teilchen , sondern ein Volumen yon betrachtlicher Tiefe,
das bei falscher Justierung der Blenden oder der S o me ungbichform+ beleuchtet seiu kann. Betrachtet man einen Punkt P an der
Fig. 6
Vorderseite des beleuchteten Volumens V (vgl. Fig. 6), so gelangen
bei dem in der Figur gezeichneten Extremfall durch das W P auger
der Strahlung des Teilchens P aus dem beleuchteten Raum zwei
vollig verschiedene Strahlenkegel ins Auge, die bei ortlicher Verschiedenheit der Intensitat des Primarstrahls von verschiedener
Intensitat sind. Es gilt auch hier A = tgct, tga,, so daB mit der
vorliegenden Anordnung richtige Messungen f u r A nur erhalten
werden, wenn das W P urn 180° in sich gedreht und czl und a,
gemessen werden.
Es ergab sich in der Tat, daB es schwierig ist, den Primarstrahl
so zu justieren, daB a1 und ct2 immer dieselben waren. Besonders
deutlich zeigte sich dieses, wenn der Coelostat wahrend der Messung
einen kleinen Gang zeigte, d. h. die Sonnenstrahlen ein wenig aus
der Justierung kamen. Es konnte d a m eine systematische Anderung
H. Yolkmann. Messungen des Depolurisationsgrades usw. 469
der u1 bzw. u2 beobachtet werdenl), Der hierdurch mogliche Fehler
schwankt, wenn - wie sanitliche fruheren Autoren es taten nur cxl beobachtet und tg2
gebildet xird, au8erordentlich. Er
kann bei dem von mir benutzten W P 20 bis sogar 40°/, des
Depolarisationsgrades betragen, obwohl die Abweichung des Primarstrahls von der Horizontalen hochstens 1/20 betragt 3.
Vom tg ul tg cc,-Gesetz konnten bisher innerhalb der MeBfehler
von 3 ,Ilo keine Abweichungen festgestellt werden, wenigstens solange
kein Gang des Coelostaten vorhanden war. I n diesem Falle kann
es namlich sein. daW im Augenblick der Ablesung von a2 gar niclit
mehr die friihere Ablesung al gilt. Es ist darum von Wichtigkeit,
daB der Coelostat genau justiert ist, keinen merklichen toten Gang
zeigt und durch Wind in fieinem Gang nicht beeinfluf3t wird. Er
wurde deshalb moglichst windgeschiitzt aufgestellt, doch so, da8 er
wahrend des ganzen Tages nicht im Schatten stand. Ein kleiner,
unregelmiif3iger Gang Iielj sich nicht vermeiden, doch war die Justierung so, da6 sie haiifig wiihrcnd 1-2 Std. vollkommen erhalten blieb.
F ur die Richtigkeit der gemessenen Werte hat man eine einfache
Kontrolle, a7enn nach der Messung von u2 noch einmal u1 geinessen wird 3).
Bei Belcuchtung mit einer %~olframbandlampe(6 Volt, 18 Amp.)
bzw. mit einer Wolframpunktlichtlampe war es trotz aller Bemuhungen uberhaupt nicht moglich, vijllig gleiche u1 und a2 zu
erhalten. Dies erkliirt sich dadurch, daf3 von gluhenden Wolframdrahten immer in verschiedenen Richtungen verschiedene Intensifaten
ausgesandt werden, so daB das Volurnen V an verschiedenen Stellen
immer verschieden bcleuchtet ist.
Dasselbe ergab sich anch, wenn als Lichtquclle eine Rogenlampe (25 Amp. mit Beckkohlen) benutzt wurde. Obwohl durch eine
Zusatzjustierung der Kohle erreicht werilen konnte, daB der gliihende
-
1) Wenn die Hohe der Blenden B,, l j 9 und B‘ (vgl. Fig. 1) verilndert bzw.
durch R’ ein Teil des Sonncnliehtes abgeblcndet wurde, ergaben sich ebenfalls
stark variierende MeBwerte fur a1 und as.
2) Bei eincm W P mit wescntlich grii6erer Divergenx konnte der Fehler,
wie durch Messungen an Aussigern Benzol gezeigt wurde, sogar uber 70 o/i, dcs
richtigen Wertes ausmachen.
3) h n c h bei wolkigem Wetter, insbesondere bei leichten Wolkenschleicrn,
ergaben sich selbst bei richtiger Justierung daucrnd wecbselnde Werte der
01,
nnd 0 % )so da6 an diesen Tagen mit der vorliegenden Anordnung keine
Messungen nusgefiihrt wurden. Man sollte deshalb an Stella dcr vorlicgenden
optischen Anordnung des Yrimiirstrahles einen Strahlengdng anwendcn, der dcm
eines Yrojektionssystems entspricht, da hierdureh iirtliche Versehiedenheiten
der Jnterlsitiit des I’rimlrstrahlcs vermieden werden. Vgl. etwa A. F. T u r n e r ,
Diss. Berlin 1935.
470
Annalen der Physik. 5. Folge. B a d 24. 1935
Krater immer an derselben Stelle blieb, wechselte die Flachenhelligkeit a n verschiedenen Stellen zu verschiedenen Zeiten so stark,
da8 es hijchst unvorteilhaft erscheint, in der vorliegenden Anordnung
Kohlebogenlampen zu verwenden.
Um festzustellen ob diese Fehlerquelle nur fu r die von mir
benutzte Anordnung von Bedeutung war, wurde a n Stelle des
parallelen Lichtes konvergentes Licht verwandt. Zu diesem Zweck
wurde die Sonne durch eine Linse (von f = 72 cm und 15 cm Durchmesser) im Mittelpunkt des Kreuzrohres abgebildet, so da8 die Anordnung der von C a b a n n e s und den indischen Forschern benutzten
entsprach. Aber auch hier zeigten sich entsprechende Unterschiede
zwischen 0 1 ~und u2. Hier diirften die Differenzen zwischen u1 und u2
besonders durch Fehler der benutzten Linsen vergrijgert werden.
Es sei hier auch darauf hingewiesen, daB die Differenzen in
den a1 und u2 urn so grijBer sein miissen, je groBer die Divergenz
des benutzten W P ist, da d a m die beiden Strahlenkegel um so
mehr voneinander verschieden sind. Auch dieses konnte experimentell bestatigt werden, so daB schon allein aus dieser Fehlerquelle
die grogen Abweichungen zwischen den Ergebnissen der verschiedensten Autoren nicht nur bei Gasen (vgl. Tab. l), sondern auch bei
F'lussigkeiten erklart werden konnten. Beziiglich der weiteren
Es sei weiter darauf hinmoglichen Fehlerquellen, vgl. § 3, 2-9.
gewiesen, daB hier eine Fehlerquelle fur siimtliche photometrischen
Messungen vorliegt , wenn dabei doppeltbrechende Prismen benutzt
werden. So konnte gezeigt werden, daB auch das von Martens1)
konstruierte Himmelsphotometer falsche W erte liefern kann, wenn
nur tg2 uI gemessen wird. Auch hier muBte zur Vermeidung dieser
Fehlerquelle das W P um 180° gedreht werden.
Desgleichen diirfte bei Messungen des Depolarisationsgrades yon
Ramanschwingungslinien diese Fehlerquelle von Bedeutung sein.
2. F e h l e r d u re h m a n g e l n d e P a r a l l e l i t l t d e s Pr imar s tr ahls
1st das Primarlicht nicht parallel, so gilt nach G a n s a ) fur den
wahren Depolarisationsgrad d bei einfallendem parallelen natiirlichen Licht
1
A = A' - sin2 8
2
wobei d' den direkt gemessenen Depolarisationsgrad fur konvergentes
1) F. Martens, Verh. d. D. Pbya. Gea. 1. S. 204. 1899; Phys. Ztschr. 1.
S. 299. 1900.
2) R. G a n s , Phys. Ztsohr. 28. S. 661. 1927.
H . Volkmunn. Messungen des Depolarisutwnsgrades usw. 471
Licht bedeutet, und 9. in der von mir benutzten Anordnung mit den
beiden Linsen der Brennweiten F, und F2 (vgl. 5 2)
P I
tg 4 = tg 16'
F2
ist. Das bedeutet eine Korrektion von sin29. = 0,0002, die also
f ur A im allgemeinen ohne Bedeutung ist.
+
3. F e h l e r d u r c h u n g e n u g e n d e Kenntnis
d e s Schwingungseustandes d e s P r i m a r l i c h t e s
Wegen des Nicols N , im ,Primarstrahl sind Fehler durch ungeniigende Kenntnis des Schwingungszustandes des Primarlichtes
nicht zu befiirchten. Beziiglich des Einflusses der Doppelbrechung
der Glasplatten, vgl. unter 7.
Um aber auch Messungen ohne Nicol im Primarstrahl wegen
der dann groBeren Intensitat ausfuhren zu konnen, ist, wie in 8 2
(vgl. auch Fig. 1) bereits angedeutet, eine Hilfsanordnung geschaffen,
die es gestattet, das Primarlicht auf seinen Schwingungszustand hin
zu untersuchen. Das Licht wird d u d das Wollastonprisma W P ,
in eine horizontal nnd eine vertikal schwingende Komponente zerlegt, die beide dann durch den Nicol N , auf gleiche Helligkeit
gebracht werden. Bildet N , mit der Vertikalen den Winkel y,so gilt
nach G a n s a n Stelle des gemessenen A" fiir A bei parallelem Licht
Diese Formel gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dab
die beleuchtenden Strahlen eine Mischung von natiirlichem und
linear polarisiertem Licht sind, wahrend man wegen der Reflexion
an drei Metallspiegeln elliptisch polarisiertes Licht erwmten sollte
(vgl. auch unten).
Zur richtigen Messung von
ist folgendes wichtig:
Der Offnungswinkel des einfallenden Sonnenlichtes ist augerordentlich klein; damit die beiden durch das W P , (vgl. Fig. 1) entstehenden Bilder der Blende B richtig ausgeleuchtet sind, mug vor
die Eintrittsblende B in den Strahlengang eine Kollektorlinse L, von
passender Brennweite, ahnlich wie beim Mikroskopokular, eingeschaltet
werden, und vor das Beobachtungsfernrohr F eine Blende von 1mm
Durchmesser angebracht werden.
Wichtig ist weiterhin, daB die Achse des Primarstrahls sowie
die der gesamten Hilfsanordnung H der Fig. 1 genau horizontal ist.
1st das nicht der Fall, so wird ahnlich wie in 8 2 ein falsches
Intensitatsverhaltnis der beiden Bilder vorgetauscht, was leicht durch
Drehung des W P , in sich um 180° kontrolliert werden kann.
472
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
tp wurde vor und nach der Messung von A bestimmt. Es
ergab sich, daB von Mai bis September y so nahe bei 45O lag,
daB diese Korrektion hochstens 1--2O/,
von A ausmacht. Das
benutzte Sonnenlicht war also trotz der Reflexion an den drei
Spiegeln weitgehend naturliches Licht.
4. F e h l e r d u r c h f a l s c h e s L i c h t
Da die Intensitat des seitlich gestreuten Lichtes im Vergleich
zur Intensitat des Primarstrahls so auBerordentlich gering ist, muB
nach Moglichkeit vermieden werden, daB an den Wanden des Kreuzrohres reflektiertes Licht des Primarstrahls in das Auge des Beobachters gelangt. Der EinfluB dieses falschen Lichtes ist bereits
mehrfach von den verschiedensten Autoren, am eingehendsten von
C a b a n n e s l) diskutiert worden. Er hat zuerst darauf hingewiesen,
daB durch falsches Licht des Hintergrundes der Depolarisationsgrad
leicht zu hoch gemessen werden kann. Die beiden durch das W P
entstehenden gleich groBen Komponenten falschen naturlichen Lichtes
werden namlich durch den Nicol N , der Fig. 1 in verschiedener
Weise so beeinflufit, da8 der vertikal schwingende Anteil stark, der
horizontal schaingende dagegen nur wenig geschwacht wird, so daB
ein zu groBer Depolarisationsgrad gemessen wird.
Das gilt nur bei Beleuchtung mit natiirlichem Licht. Befindet
sich dagegen im Primarstrahl ein Nicol mit vertikaler Schwingungsrichtung, so wird auch das falsche Licht des Hintergrundes noch
weitgehend vertikal schwingen. Es wird dann bei der Messung von
A im wesentlichen die vertikal schwingende Komponente beeinfluBt,
so daB jetzt ein zu kleiner Depolarisationsgrad beobachtet wird ’).
Werden also mit und ohne Nicol im Primarstrahl fur A und
2Ao dieselben Werte beobachtet, so hat man damit gleichzeitig
1
+ do
ein Kriterium, daB die Messungen nicht durch falsches Licht des
Hintergrundes gefalscht sind. Besonders deutlich wird dies durch
die Messungen an H , bestatigt, die zeigen, daB der EinfluB falschen
Lichtes nur auBerordentlich gering sein kann, da gerade hier wegen
der geringen Intensitat des Streulichts sich die Fehler durch falsches
Licht besonders bemerkbar niachen miifiten. Samtliche Messungen
sind sowohl mit wie ohne Nicol im Primarstrahl ausgefuhrt worden.
Die Gleichheit der nach beiden Methoden erhaltenen Werte beweist,
1) J. C a b a n n e s , vgl. besonders Journ. d. Phys. 7. S. 338. 1926.
2) Ganz exakt ist diese Uberlegung naturlich nicht, da infolge diffuser
Zerstreuung am Hintergrund die Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes
geandert wird. Es werden aber bei Anwesenheit falschen Lichtes mit und
ohne Nicol. stets verschiedene Depolarisationsgrade gemessen.
H . Volkrnann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 473
claB die Beobachtungen nicht durch falsches Licht gefalscht worden
sind (was bei den gewahlten Dimensionen des Kreuzrohres von vornherein unwahrscheinlich war).
Aber noch ein weiterer Punkt ist hier yon Wichtigkeit. Von
C a b a n n e s sowie den iibrigen Autoren ist immer nur der EinfluB
falschen Lichtes des direkt hinter dem Primarstrahl liegenden Hintergrundes beriicksichtigt worden. Eine wesentliche Rolle kann aber
auch das Licht aus der Urngebung dieses direkten Hintergrundes
sowie aus der unmittelbaren Umgebung des Primarstrahls jwenn
dieser also nicht ganz scharf definiert ist) spielen.
Diese Umgebung wird namlich durch das W P den beiden Bildern
cles Primarstrahls iiberlagert, derart, daB zur Intensitat der horizont,alen Komponente i, die Intensitat der vertikal schwingenden KomIionente Fv hinzukommt, und umgekehrt zu J v die Intensitat der
horizontal schwingenden Komponente des falschen Lichtes fh. F u r
die Halbschattenstellung gilt dann
Jv sin2cc f, C O S . ~a = i, cos2cc + Fu sin2 cc,
d. h.
.
+
-
-
Sind f, und Fu von derselben GroBenordnung (ware also etwa z. B.
das falsche Licht natiirliches Licht), so kann man Fu gegen Ju vernaohlassigen, so daB angenahert gilt
tg'a = A - fh
~~
-
J"
Es wird in diesem Fall also ein zu kleines A gemessen. Ware z. B.
f , = 8'
ih
so wird A um 5 0 ° / , zu klein gemessen.
E s ist nun sehr schwer, dieses falsche Licht zu vermeiden, da
tlurch Beugung an den den Primarstrahl begrenzenden Blenden immer
Licht in die unmittelbare Umgebung des Primarstrahls gelangt. Wir
haben daher im Sekundarstrahl eine rechteckige Blende B, (Ton
0,4x 22 mm) derart unmittelbar vor dem Primarstrahl angebracht,
daB nur das zu messende zerstreute Licht des Primarstrahls in das
Auge gelangt. E m aber sicher zu sein, daB nach der Drehung des
W P urn 180° wieder in derselben Richtung beobachtet wird, ist
nicht direkt mit dem Auge, sondern durch das Fernrohr F beobachtet
worden, das auf die Blende B, eingestellt war; damit die Blende B,
auch ganz mit Licht gefiillt war, waren die Blenden B, und B, des
Primarstrahls 1,2 cm hoch und 4 cm breit.
E s sind auch Reobachtungen ohne die viereckige Blende B, im
Sekundiirstrahl ausgefiihrt worden ( B , und B, waren dann nur 4 m m
Anrialen der Physik. 6 . Folge. 24.
31
474
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
hoch). Es ergab sich, daB der EinfluB der Umgebung bei der vordes Depolarisationsgrades beliegenden Anordnung hochstens 3
tragen kann. Bei kleineren Kreuzrohren konnen aber unter Umstanden wesentlich grogere Fehler entstehen.
5. F e h l e r durch Staub
Enthalt das zu untersuchende Gas Staub, so ist eine besonders
ernste Gefahr vorhanden, daB die gemessenen Werte in vollig unkontrollierbarer Weise gefalscht werden. Diese Fehlerquelle ist
gleichfalls von C a b a n n es ausfiihrlich diskutiert wordenl). Auch
bei den vorliegenden Messungen zeigte sich im Anfang, daB bei
edem Einlassen des zu untersuchenden Gases Staub aufgewirbelt
wurde, der sich allerdings bald setzte. Weiterhin zeigte sich aber,
daB der urspriinglich verwandte Lack (Messing-Mattlack der Firma
Grosse & Bretscher) anfangs zwar sehr gut war, aber nach einiger
Zeit abbrockelte, so daB durch den entstehenden Staub sowohl zu
groBe wie zu kleine Werte gemessen wurden. Erst bei der Verwendung eines anderen Lackes (Emaillelack der Glasurit-Werke),
der zwar nicht ganz so matt war, konnten konstante Werte erhalten
werden. Auch die oben erwahnten Staubwolken beim Einlassen
wurden dann nicht mehr beobachtet. Das zeigte sich besonders bei
den Messungen von Wasserstoff, da wegen der geringen Intensitat
des Streulichtes beim Einlassen des H , alle Fehler durch Staub
wie auch durch falsches Licht deutlich sichtbar werden.
6. F e h l e r durch F l u o r e s z e n z s o w i e durch T e i l c h e n ,
die sich unter der Wirkung des Lichtes bilden konnen
Die von W o o d ? ausgesprochene Vermutung, daB unter der
Wirkung des Primarlichtes Teilchen entstehen konnten, die zu Fehlern
AnlaB geben, ist ebenfalls von C a b a n n e s 4 ausfuhrlich diskutiert
worden. Sie kommt bei den hier untersuchten Gasen nicht in Frage.
Auch Fehler durch Fluoreszenzstrahlung der Gase sind hier
nicht anzunehmen3). Trotzdem wurde, urn auch dieses sicherzustellen,
bei CO, bei 35 Atm. Druck ein Gelbfilter sowohl in den Primarstrahl wie in den Sekundkstrahl eingeschaltet. Doch ergab sich
kein anderer Wert fur A.
1) J. Cabannes, Journ. d. Phys. 4. S. 429. 1923. C a b a n n e s glaubt
sogar, in dieser Fehlerquelle die wahrscheinlichste Erklarung fur die groben
Diskrepaneen der Messungen der verschiedenen Beobachter zu sehen und
unbekannte systematische Fehlerquellen ausschlieBen zu konnen. Wie aus dem
Vorausgegangenen hervorgeht, konnen wir uns dieser Ansicht nicht anschlieben.
2) R. W. W o o d , Phil. Mag. 36. S. 272. 1918.
3) J. Cabannes, Journ. d. Phys. 6. S. 182. 1925.
H. Volkmann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 475
7. F e h l e r durch Doppelbrechung der Glasplatten
Fehler, die durch Doppelbrechung der Glasplatten entstehen
konnen und die immer zu groBe Werte vortauschen, sind ebenfalls
bereits von Cabannes’) diskutiert worden. Da aber die Druckabhangigkeit des Depolarisationsgrades gemessen werden sollte, kann
bei hoheren Drucken der Fehler groBer werden, weil sich die Doppelbrechung mit dem einseitigen Druck andert. F u r die endgiiltigen
Messungen wurden daher unter einer Reihe von weitgehend spannungsfreien Glasplatten (Dicke 15 mm) zwei solche mit einer Doppelbrechung von etwa nur A1500 herausgesucht. Dann wurden die
Platten an den Flanschen I ) und III) des Kreuzrohres (vgl. Fig. 1)
aufgesetzt und die Druckabhangigkeit der Doppelbrechung beider
Platten rnit einem S o 1 e i lschen Halbschattenkompensator nach
S z i ve s s y untersucht. Es ergab sich, daB auch in der ungiinstigsten
Stellung der beiden Glasplatten zueinander, bei der also die Doppelbrechungen beider Platten sich addierten, die Gesamtdoppelbrechung
beider Platten bei 35 Atm. nur etwa All00 betrug, so daB ein Fehler
f u r A hieraus nicht in Betracht kommt. Eine weitere Bestatigung
liefern die weiter unten diskutierten Messungen a n CH,.
8. Fehler durch ungenugende R e i n h e i t d e s untersuchten Gases
Sind dem zu untersuchenden Gase fremde Gase beigemengt, so
ist der gemessene Depolarisationsgrad A’ bei einfallendem parallelem
natiirlichen Licht
Ai
(Pi - 1
‘’ 6 - 7 d c ci
A =
2
2
.
(Pi
-
1)2
1
6-77s
___
- ci
7
1
wobei die ci die prozentualen Anteile der gemessenen Gase.(Volumenprozente) mit den Depolarisationsgraden diund den Brechungsindices vi
bedeuten.
Die Korrektionen sind fiir Stoffe mit groBem A und grogem
v - 1 sehr klein, wenn die Verunreinigungen nur wenige Prozente
betragen. Bei Stoffen mit A = 0 konnen sie einen nicht verschwindenden Depolarisationsgrad vortauschen. Wichtig sind sie
weiterhin bei Wasserstoff wegen des kleinen v - 1 und A dieser
Substanz im Vergleich zu den entsprechenden GroBen der Verunreinigungen (vgl. 5 4).
Bei dieser Korrektion bleiben gewisse Unsicherheiten offen, da
die Depolarisationsgrade der Fremdgase nicht immer genau bekannt sind (vgl. § 4,l).
1) J. Cabannes, Journ. d. Phys. 6. S. 182. 1925.
31 *
476
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
9. F e h l e r durch p h y s i o l o g i s c h e F e h l e r d e s B e o b a c h t e r s
Um sicher zu gehen, daB die Beobachtungen nicht durch
Augenfehler systematisch gefalscht sind, wurde unter verschiedenen
Azimuten ein Reversionsprisma vor das Auge des Beobachters gebracht und in der in Fig. 2 beschriebenen Hilfsanordnung ein
durch den Nicol N3 vorgegebenes Intensitatsverhaltnis der beiden
durch das W P erzeugten horizontal und vertikal schwingenden
Komponenten gemessen. Es ergab sich, daB innerhalb der Genauigkeit dieser Beobachtungen (bei a = l o o betragt der Eehler
etwa 4') ein Fehler aus physiologischen Ursachen nicht vorliegt.
8 4.
Ergebnisse der Messungen
Es sind die Depolarisationsgrade der Gase CH,, H,, CO, und
N,O in Abhangigkeit des Tjruckes zwischen 6 und 45 Atm. gemessen worden.
1. Methan
Zur Verfugung stand eine Bombe mit hochprozentigem Methan R
der Concordia Bergbau-A.-G., Oberhausen Rheinland, dem folgeude
Analyse beigegeben war:
CH, 95,4O/,, 0, 0,2010, CO 0,8O/,,, N, 2 ° / 0 ,
C,H, 1,4O/, und Propylen 0,2O/,,.
Diese Verunreinigungen ergeben mit den von C a b a n n e s als
sichersten angegebenen Werten fiir A eine Korrektion von 0,0018.
Setzt man fur Xthylen den aus der Kerrkonstante berechneten
Wert, so betragt die Korrektion nur 0,0016. Die gemessenen
unkorrigierten Werte fiir natiirliches Licht bzw. fur linear polarisiertes Licht sind in Tab. 2 zusammengestellt, von denen noch
0,0002 wegen der mangelnden Parallelitat des Primarstrahles
abzuziehen ist (vgl. 5 3,2). Danach wird der gemessene Depolarisationsgrad allein durch die Verunreinigungen hervorgerufen,
so daB sich fur Methan der Depolarisationsgrad 0 ergibt. Dieses
Ergebnis steht somit in Gegensatz zu den Messungen von C a b a n n e s l)
sowie P a r t h a S a r a t h y , ) , die einen Depolarisationsgrad von 0,015
-Dr;oi 1 1
Tabelle 2
A
in
Atmospharen
12
0,0027
0,0025
0,0016
0,0017
1) J. C a b a n n e s , a. a. 0.
2) d. P a r t h a s a r a t h y , a. a. 0.
Sii
O,OOZ2,
0,0022
0,0015
0,0015
H. Volkmann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 477
bzw. 0,0112 gefunden haben. Das Resultat befindet sich im Einklang mit den bereits eingangs erwahnten Beobachtungen von
B a g h a v a n t a m l ) , sowie L e w i s und Ho u s to n 2 ) , die die auf Grund
des endlichen Depolarisationsgrades erwartete Feinstruktur sowohl
der Rayleighlinie als auch der zur totalsymmetrischen Normalschwingiing gehiirenden Ramanschwingungslinie nicht gefunden
haben. Das Ergebnis ist weiterhin in ubereinstimmung mit unseren
Vorstellungen iiber die Tetraedersynimetrie des C-Atoms , die sich
bisher iiberall als richtig erwiesen hat, und der nur noch der endliche Depolarisationsgrad von CX,- Messungen entgegenstand. Das
vorliegende Resultat ist somit ein weiterer Beweis fu r die regulire
Tetraedergestalt des Methanmolekiils.
Das Resultat zeigt dariiber hinaus, daB die bisherigen Depolarisationsgradmessungen offenbar niit groBeren Fehlern behaftet
sind, als man im allgemeinen angenommen hat3). E s erscheint
somit auBerordentlich fraglich , ob die gemessenen endlichen Depolarisationsgrade der Edelgase reel1 sind, oder ob auch hier noch
MeBfehler vorliegen.
Der gcmessene Wert fiir A zeigt weiterhin, daB auch der
Ramaneffekt bei CH, keinen merklichen EinfluB auf d besitzt und
jedenfalls kleiner als 0,001 ist, so daB eine rohe diesbezugliche
Abschatzung S t u a r t s 4 ) , der 0,001-0,005 annimmt, zu hoch gegriffen sein diirfte. Ob etwa noch ein ganz kleiner Depolarisationsgrad, kleiner als 0,0003, vorhanden ist, kann erst diskutiert werden,
wenn der EinfluB des Ramaneffektes theoretisch sichergestellt ist
und die Korrektionen der Verunreinigungen genauer berechnet
werden kiinnen. Doch diirfte ein so kleiner Depolarisationsgrad,
der nach unsern heutigen Kenntnissen nicht zu erwarten ist, an der
Grenze der MeBbarkeit liegen.
SchlieBlich geben die in Tab. 2 angefiihrten W-erte ein gutes
Kriterium fur die durch falsches Licht uncl Doppelbrechung niiiglichen Fehler. Ware das Resultat wesentlich durch falsches Licht
gefalscht, so sollten die Werte mit abnehmendem Druck groBer
werden, und auBerdem die mit und ohne Nicol gemessenen A
wesentlich voneinander verschieden sein. Die Werte werden aber
nicht grotler, sondern kleiner, und sind fur natiirliches und linear
1) S. B a g h a v a n t a m , a. a. 0.
2) Ch. M. L e w i s u. W. V. H o u s t o n , a. a. 0.
3) Fur CCl, ist bercits durchMessungen derKerrkonstante v0nH.A. S t u a r t ,
Ztschr. f. Phys. 63. S. 533. 1930 gezeigt worden, dao der gemessene Depolarisationsgrad sicher zu grofi ist.
4) Vgl. die Monographie ,,Molekulstruktur" von H. A. S t u a r t S. 192.
478
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
polarisiertes Licht praktisch dieselben, so daB auch hierdurch der
Beweis erbracht ist, daB durch falsches Licht kein Fehler entstanden ist.
Der geringe Anstieg der Werte zwischen 6 und 30 Atm. um
maximal 0,001 konnte durch Doppelbrechung der Platten hervorgerufen sein. Er ist danach also so gering, daB er als wesentlicher
Fehler nicht in Betracht kommt.
2. Was s e r s t o f f
Zur Verfiiguq stand eine Bombe der Firma Schichau-Elbing
mit folgender Analyse:
Ha 97,2°/0, CO, 0,6°/0, CO 0,6°/0, CH, 0,5°/0, N, l , l o / o .
I n diesem Falle konnte wegen der geringen Intensitat des
Streulichtes eine 'Messung der Druckabhangigkeit von A nicht ausgefuhrt werden. Fur 35 Atm. wurden fur A = 0,0139 bzw. fiir
-=
0,0129 gemessen. Nach Korrektion wegen der Verunreini-
*"+ A,
1
gungen ergibt sich daraus A = 0,0095 bzw. 2- 0,0083. Es ist
1 + A,
auBerdem noch eine zweite Messung ausgefuhrt worden, die wir aber
f ur unsicherer halten mochten. Bei ihr ergaben sich fu r die wegen
der Verunreinigungen bereits korrigierten Werte A = 0,0102 bzw.
240 = 0,0094. Die Messung kann namlich durch Doppelbrechung
1 + A,
gefalscht sein, da die Glasplatten wegen einer Schlechtwetterperiode
uber 14Tage lang einem Druck von etwa 30Atm. ausgesetzt waren,
so dab dadurch eine starkere Doppelbrechung der Glasplatten eingetreten sein kann. Trotzdem ist die fjbereinstimmung beider
Werte noch fast innerhalb der Fehlergrenze der Messung. Als
sicherster Wert ergibt sich daraus A = 0,0090 f loo/,.
Auch hier ergab sich also im Gegensatz zu den bisherigen
Messungen (vgl. Tab. 1) ein wesentlich niedrigerer Wert als der von
C a b a n n e s und den indischen Forschern gemessene, da hier als
wahrscheinlichster Wert 0,027 angegeben worden ist.
Das Resultat ist deshalb besonders interessant, weil Ha der
der einzige Fall ist , bei dem eine wellenmechanische Berechnung
des Depolarisationsgrades. von Mro wka l) bisher versucht worden
ist. Dieses Resultat hat zwar zahlenmagig noch keine Bedeutung,
weil bei der angewandten Storungsrechnung der EinfluB des kontinuierlichen Spektrums nicht beriicksichtigt wurde, I n einer neueren
Arbeit geben R. G a n s und Mro wk aa) ein Verfahren an, das diese
1) B. Mrowka, Ztschr. f.Phys. 76. S. 300. 1932.
2) R. G a n s u. B. M r o w k a , erscheint z. Zt. in den Schriften der Kbg.
Gelehrten Gesellschaft.
H . Volkmann. Messungen des Depolarisatwnsgrades usw. 479
Unsicherheiten vermeidet und wirklich geeignet ist, Polarisierbarkeiten zu berechnen. Ein endgiiltiger Zahlenwert steht noch nicht
fest, da bei den bisherigen Berechnungen der EinfluB des Silbersteineffektes noch nicht berucksichtigt worden ist.
F u r Molekule mit Rotationssymmetrie kann man, wie G a n s l)
gezeigt hat, aus dem Depolarisationsgrad und dem Brechungsindex
die optischen Polarisierbarkeiten b, und b, nach folgenden Gleichungen berechnen :
(b, - b,),
L
. 4 n-2 N1)'* '
454
-
6 - 74
(V
Da (2) eine Gleichung 2. Grades ist, erhalt man fur b, und b, zwei
Losungen. Eindeutig ergibt sich allerdings l) der absolute Betrag
b, - b,. I m allgemeinen kann man zwar auf Grund unserer Erfahrungen heute zwischen beiden Losungen leicht entscheiden, d a
die Achse maximaler Polarisierbarkeit immer in Richtung der
groBten raumlichen Ausdehnung des betreffenden Molekuls fallt.
Auf Grund der ersten Mrowkaschen Untersuchungen schien es
allerdings, als ob fur H , diese einfache Aussage keine Gultigkeit
Doch ergibt sich aus neueren Untersuchungen von
besage ,).
R. G a n s und Mrowka3), daB auch bei Wasserstoff b, > b, ist.
F u r die Anisotropie b, - b, berechnen wir aus GI. (1) und (2)
b,
- b,
= 2,16
und b, = 7,18
und daraus f ur b, = 9,34.
Ohne Berucksichtigung des Silbersteineffektes berechnen
wahrend sich aus
G a n s und Mrowkas) b, - b, = 0,458.
den Messungen von Cab an n es") b, - b, = 3,76.
ergibt.
3. K o h l e n s a u r e
Zur Messung wurden die handelsublichen, wasserfreien Bomben
benutzt. I n Tab. 3 sind in Spalte 2 und 3 die gemessenen Werte
des Depolarisationsgrades fu r natiirliches und linear polarisiertes
Licht in Abhangigkeit des Druckes bei t = 200 C zusammengestellt.
1) R. G a n s , Ann. d. Phys. 6b. S. 97. 1921.
2) Auch die zur Entscheidung haufig herangezogene Silbersteinsche
Theorie kann hier keine eindeutigen Aussagen machen.
3) R. G a n s u. B. Mrowka, a. a. 0.
4) J. C a b a n n e s , a. a. 0.
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
480
Tabelle 3
Druck
in Atinospharen
0
6
12
22
35
46
berechnet
0,0720
0,0724
0,0670
0,0669
0,0588
0,0599
0,0500
0,0507
=
0,0392 0,0397
Abweichungen
in
(0,0784)
(0,0722)
0,0676
0,0590
0,0460
0,0331
1
10
19
Anderungen
von a 2
6%. 103
72,O
72,O
71.3
72;7
79,6
85,9
I
1
F u r den Depolariaationsgrad bei einfallendem , parallelem,
naturlichem Licht gilt nach R. G a n s l )
--A
1- A
-
-
6k
3(5’(~* l)(&
- l)(y4+ 2)(&+ 2) + k
?
wobei k = 8 n v l B. B bedeutet dabei die Kerrkonstante, I die
Wellenlange, v den Brechungsindex und @ die Kompressibilitat.
Da w 2 - 1 und E - 1 der Dichte d proportional sind, ist
A
6C
= -~
1-A
@d2+C7
wo C dem B proportional ist. Auf Grund der L a n g e v i n - B o r n G a n sschen Theorie des Kerreffekts sollte die Kerrkonstante der
Dichte d proportional sein. Dann gilt
A
____
=--- 6 D
1 - A
D+@d
Die nach GI. (2) berechneten Werte fiir den Depolarisationsgrad
sind in Spalte 4 der Tab. 3 angegeben, wobei die Konstante D aus
dem Wert von d fur 6 Atm. berechnet wurde. Die Abweichungen
in Prozent gegenuber den gemessenen Werten sind in Spalte 5 eingetragen.
Zur Berechnung der Kompressibilitaten verdanken wir Herrn
Prof. 0 t t o folgende Angaben:
Aus den Messungen von W . H e u s e und J. Otto2),J.Chappuis3)
und E. A. A m a g a t 4 ) folgt fur die 20°-Isotherme fur C0,
pw = 1,08079-6,33.10-3.p+
15,834-10-6~p2-0,991~10-6~p3
Venn p in Atmospharen gemessen wird. Um auch Messungen des A
verwenden zu konnen, die nicht genau bei 20O C ausgefuhrt wurden,
1) R. G a n s , Handb. d. Experimentalphys. 19. S. 398, Form. 28.
2) W. H e u s e u. J. O t t o , Ann. d. Phys. [5] ‘2. S. 1012. 1929.
3) J. C h a p p u i s , Trav. Bur. Int. 13. S. 66. 1903.
4) E. A. A m a g a t , Ann. d. Chem. et Phys. 29. S. 68. 1893.
H . Volkrnann. Messungen des Depolarisationsgrades usw. 481
ist die Ternperaturabhangigkeit der Kompressibilitaten mittels der
B e a t t i e - B r i g d e m a n schen l) Zustandsgleichung berechnet worden.
Es ergibt sich also, daB es mit den so berechneten Kornpressibilitaten nur mijglich ist, den Depolarisationsgrad bis etwa 22 Atm.
nach G1. (2) vorauszuberechnen, wahrend sich fur hohere Drucke
imrner groBere Abweichungen ergeben. Als Voraussetzung enthalt
G1. (a), wie oben angedeutet, daB die Kerrkonstante der Dichte proportional ist. Messungen hieriiber sind von Lyon", S t e v e n s o n
und Be a ms3) sowie von B r u c e 4 ) ausgefuhrt worden. Die Versuche
von L y o n sowie von S t e v e n s o n und B e a m s sind nicht so genau,
daB man mit Sicherheit entscheiden konnte, ob systematische Abweichungen hier schon vorhanden sind. Aus den Messungen von
B r u c e geht allerdings hervor, daB die Kerrkonstante der Dicbte
auch fur hohere Drucke proportional ist. Diese Messungen sind aber
offenbar noch mit Fehlern behaftet, da der absolute Wert der Kerrkonstanten nicht mit den Messungen von S z iv e s s y 5 )und Q u a r l e s 6 )
ubereinstimmt. Auch werden von Q u a r l e s die Bruceschen Messungen ausdriicklich als vorliiufig bezeichnet. Es muB daher offen
bleiben, ob die in G1. (2) steckende Voraussetzung wirklich erfiillt ist.
In Spalte 6 der Tab. 3 ist die Anisotropie S2 angegeben,
die durch
definiert ist').
Dabei bedeuten N L die L o s c h s c h m i d t sche Zahl,
N die Zahl der Molekule pro Kubikzentimeter und R die allgemeine
Gaskonstante. Hier ergeben sich bei Xnderung des Druckes dieselben Bnderungen der Anisotropie wie fu r A. Es hat daher den
Anschein, daB bei den hoheren Drucken bereits ein gewisser Ordnungszustand der einzelnen Molekiile des Gases eintritt, durch den
die Erhiihung der Anisotropie hervorgerufen wird. Um diese Fragen
weiter zu verfolgen, ist es beabsichtigt, die Messungen bis auf das
obergangsgebiet flussig-gasfijrmig auszudehnens).
1) B e a t t i e u. B r i g d e m a n , Proc. Amer. Acad. of Arts and Sciences 63.
1928.
2) N. L y o n , Ztschr. f. Phys. 28. H. 287. 1924.
3) E. C. S t e v e n s o n u. J. W . B e a m s , Phys.Rev. 38. S. 133. 1931.
4) C. W. B r u c e , Phys. Rev. 44. S. 682. 1933.
5) G. S z i v e s s y , Ztschr. f. Phys. 26. S. 323. 1924.
6) G. G. Q u a r l e s , Phys. Rev. 46. S. 692. 1934.
7) R. G a n s , Ztschr. f. Phys. 17. S. 351. 1923.
8) Auch Messungen der Kerrkonstante bei hoheren Drucken sind irn
hiesigen Institut in Vorbereitung.
s. 229.
482
Annalen deer Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
Die nach G1. (2) vorgenommene Extrapolation fur p = 0 ergibt
einen Depolarisationsgrad von 0,0724. Dieser Wert befindet sich
in obereinstirnmung mit den Messungen von G a n s , ist dagegen, wie
aus Tab. 1 ersichtlich, um 25O/, kleiner als der von C a b a n n e s und
den indischen Forschern angegebene, obgleich er von jenen bis auf
etwa 2
sicher angesehen wird. Unverstandlich mu6 bleiben, wie
bei den groBen bisher unbekannten moglichen Fehlerquellen zwischen
den ubrigen 8 Autoren eine fjbereinstimmung von einigen wenigen
Prozenten erzielt werden konnte.
Fur b, - b, ergibt sich nach G1. (1) des 8 4,2
b, - b, = 20,4 *
Fur b, in Richtung der Kernverbindungslinie sowie b,
dazu
erhalt man nach G1. (1) und (2) des 8 3,2
b, = 40,l
b, = 19,7 . lowz5.
.
Aus b, - b, sei schliefilich noch die Kerrkonstante berechnet.
Fur diese gilt nach Gans')
wobei a, und as die elektrostatischen Polarisierbarkeiten, N die Zahl
der Molekule im Kubikzentimeter, T die absolute Temperatur und k
die Boltzmannsche Konstante bedeuten. F u r a, und a, ergibt
sich nach S t u a r t z, aus der Dispersionsgleichung
a, = 4,3
.
und
a2 = 1,9.
Dann erhalt man fiir
K
=
1,37.10-25,
gemessen haben.
wahrend S z i v e s s y 1,42 und Q u a r l e s 1,46.
F u r das von C a b a n n e s angegebene A = 0,098 findet man dagegen
fur K = 1,63 10-l6.
.
9 9.
Stickoxydul
Benutzt wurde eine Bombe der Sauerstoff fabrik Berlin.
Die beobachteten Werte fur t = 19O C sind in Tab. 4 angegeben.
In Spalte 4 sind die nach G1. (2) 5 4,3 berechneten Werte angegeben, wobei die Konstante D genau wie bei der Kohlensaure aus
dem Wert fur p = 6 Atm. berechnet worden ist.
Da fur die Kompressibilitaten keine Werte bekannt sind, ist
hier mit denselben Werten wie bei der Kohlensaure gerechnet
1) R. G a n s , Ann. d. Phys. 65. S. 97. 1921.
2) H. A. S t u a r t , Ztschr. f. Phys. 47. S. 457. 1928.
H. Volkmann.
Messungert des
Depolarisationsgrades usw. 483
Tabelle 4
Druck in
Atmosph5ren
0
6
12
-
-
10,15
9.6
10,25
9.5
berechnet
Abweichungen
in
10,2
(10,20)
9.56
0
worden. Das ist zwar nicht ganz richtig, doch sin.d die kritischen
Daten fur Stickoxydul und Kohlensaure so ahnlich, daB die hierdurch entstehenden Fehler nicht allzu grog sein durften. Das ergibt
sich auch aus den in Spalte 5 eingetragenen Abweichungen, die fast
dieselben wie bei der Kohlensaure sind.
Die nach 01. (2) ausgefuhrte Extrapolation fur p = 0 ergibt
einen Depolarisationsgrad von 0,102. Dieser Wert ist um 1S0/,
geringer als der von C a b a n n e s als sicherster angegebene Wert.
Mit vD = 1,000507 ergibt sich nach G1. (1) und (2) des 9 4,2
.
b, - b, = 27,g 10-25
und fur
b, = 48,6
.
und
b, = 20,7
.
Zusammenfaasung
Es wird eine Apparatur beschrieben, mit der die Depolarisationsgrade bei der molekularen Lichtzerstreuung von CH,, H,, CO,
und N20 gemessen werden.
Im Gegensatz zu der Ansicht von C a b a n n e s wird gezeigt, daB
die friiheren Messungen durch bisher unbekannte Fehlerquellen stark
gefalscht sein konnen, so daB die Genauigkeit der bisherigen
Messungen uberschatzt worden ist.
Die Hauptfehlerquelle beruht auf einer bisher nicht beachteten
Eigenschaft des zur Messung benutzten Wollastonprismas W P, das
f ur das Verhaltnis der horizontal und vertikal schwingenden Komponenten des seitlichen Streulichts falsche Werte liefert, wenn die
Intensitat des Primarstrahls ortlich verschieden ist. Zur Vermeidung
dieser Fehlerquelle wird ein neues MeBverfahren angegeben, bei dem
das W P in sich um 180° gedreht werden muB. I n diesem Falle
tritt gleiche Helligkeit der beiden durch das W P entstehenden
Komponenten des Streulichts bei zwei verschiedenen Drehwinkeln ocl
und ccz des MeBnicols ein. Anstatt A = t g 2 a gilt fu r den Depolarisationsgrad d = tg al tg az.
.
484
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 24. 1935
F u r CH, ergibt sich A = 0, wahrend fruher ein endlicher Depolarisationsgrad von betrachtlicher GroBe ( C a b a n n e s : A = 0,015,
P a r t h a s a r a t h y : A = 0,0112) gefunden wurde. Damit ist der letzte
Einwand gegen die Tetraedersymmetrie des CH,-Molekuls gefallen.
Weiterhin ergibt sich aus den Messungen, dat3 der EinfiuB des
Ramaneffekts auf den Depolarisationsgrad kleiner als 0,001 sein muD.
Fur die ubrigen Stoffe werden wesentlich kleinere Depolarisationsgrade gemessen als diejenigen, die bisher als die richtigsten
angesehen wurden. F u r GO, ist in Ubereinstimmung mit den
Messungen von G a n s A = 0,0724 t_ 0,003, wahrend sich fur H,
A = 0,009 f 0,001 und fu r N,O A = 0,102 i 0,004 ergeben. Diese
Werte sind fur GO, 25°/1,, fur H, 66O/, und fu r N,O 17O/, kleiner
als diejenigen von C a b a n n e s , R a m a k r i s h n a R a o sowie P a r t h a s a r a t h y , fur N,O auch als derjenige von Gans.
Herrn Prof. G a n s danke ich auch an dieser Stelle fu r die
weitgehende Bereitstellung der Tnstitutsmittel sowie fur zahlreiche
anregende Diskussionen, der Notgemeinschaft fur die Gewahrung
eines Forschungsstipendiums sowie fur die leihweise uberlassung
eines Coelostaten.
K o n i g s b e r g i, Pr., 11. Physikalisches Institut der Universitat.
(Eingegangen 5. September 1935)
Anmerkzcng bei der Korrektur:
Inzwischen ist von der indischen Schule eine Wiederholung verschiedener
Messungen des Depolarisationsgrades erschienen. A n a n t h a k r i s h n a n (Proceedings of the Indian Academy of Sciences 2. s. 153. 1935) findet bei Methan
fur A = 0,003 und bei N,O fur A = 0,1295. Bei Methan glaubt A n a n t h a k r i s h n a n , daB der EinfluB des Ramaneffektes diesen endlichen Depolarisationsgrad hervorrufen kann. Wie aus der vorstehenden Arbeit hervorgeht,
konnen wir uns dieser Ansicht nicht anschlieBen, sondern glauben, da8 auch
dieses Resultat noch durch MeSfehler gefiilscht ist.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
1 542 Кб
Теги
bei, der, molekularen, des, messungen, depolarisationsgrades, lichtzerstreuung
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа