der poleffekt des eisens

568 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

Der PoleffeJct des Edsens Von M a g d a E e n a A darn *)

(Mit 12 Figuren)

Eiiileituug

An den l'oltw eines h i _Iti~iosl)h~~rendi-uck hrennenden Eisenhogens erscheinen bei einer Reihe von Linien die TTellen- liingen uin kleine Hetrgge verschoben gegeniiber denen der Bogenniitte. Diesc Erncheinung erhielt durch G o o s den ?Jamen Poleffekt.

Der Polcffekt hat in tler Spektroskopie u. a. eine grolje Bedeutung alr; betrYtchtliclie Fehlerquelle bei exakten lTTellen- langenniesbungen iind ha t insbesondere die hufstellung des internationalen Systenis dcr W'ellenl~ngennornialen sehr er- schwert. Er aurde nach G o o s l) a111 Eisen weiter untersucht von J o h n und Babcock2), 3), B u r n s , M e g g e r s und Merrill".). Nagaoka5) und Nagaol ia und 8ugiura t i ) . Ferner wurde er heohachtet von R o y d s 7, *j am -11, Cu, F e , Xg, Ka und Sr, von G a l e und \Thi tneyg) und von \Thi tneylO) am Ca, von Gale l l ) , von HolnieH12), von Harris13) am Zn uncl Ca. von Mohr14) am Ba und eiidlich von M o n k 9 am Mn, init den1 sich anch die .irbeit YOU B r e n d e l - W i r r n i n g h a u s 16)

heschKftigt. Insbesondere hat die Frage nach der Ursache des Pol-

effekts grolje Sch\c ierigkeiten geniacht; sie ist bis heute trotz teilweise recht erregten Meinungsaystaiisches noch nicht gekliirt. Die zuerst auf:qestellte Theorie, welche irn Poleffekt eine Art Druckeffekt sieht (Goo s) 3, ist insbesondere durch die neuen Druckeffrktinessungen von H a b c o c k 17) am Eisen hinf iillig gewordm , nachdeni vorher schon R o y d s 7) sowie J o h n und B a b co c k2) Bedenken grgen diese Throrie geauljert hatten. B a h c o c k findet niimlich in1 Gegensatz zu den alten Druck- effektmessungrn yon Ga le und Adanis 18) bei allen geniessenen Eisenlinien, aucli hei den e-Tinien, nur noch Rotverschiebnngen,

*) Auszug eines Teils der Berliner Dissertation. - Ein zweiter Teil ,,Das Eisenspektrum in der Wasserstoffflamme" erscheint im nachsten Heft der Ann. d. Phys.; ein geometrisch-optischer Teil ,,Vorteil und Nachteil der Dispersion im Plattenprisma der Lummer-Gehrcke-Platte'L erscheint demniichst in der Ztmhr. f. techn. Phys.

M . Adam. Der Poleffekt des Eisens 569

wdn-end bekitnntlich heim Poleffekt nur die d -Linien Rot-, die e -Linien dagegen T’iolettverschiebungen zeigen.z) Ebenso diirfte auch die Erk lh ing des Poleffekts als Zeemaneffekt durch Nagao k a 5) widerlegt sein, der beim Yergleich der Pol- effektwerte von J o h n und Babcock2) niit den von Kingl9) heini Zeemaneffekt gefundenen Werten A ?,/ h bei den d-Linien lreine Beziehung, bei den e-Linien sogar eine ,4bnahme des Poleffekts init zunehrnendem Zeemaneffekt findet. -Such die -4uffassung des Poleffekts als Temperatureffekt schien durch die Arbeit von ,John und Babcock2) erledigt zu sein, die im elektrischen Ofen bei qjner Erhohung der Telriperatur von 2300° auf 2600O keine Anderung der Tt’ellenliingen finden konnten. Jedoch sind hier in neuester.. Zeit vieder Zweifel aufgetaucht; Holines 12) behauptet, eine Anderung der Kellen- liinge mit der Terriperatur gefunden z i i haben.

Die rneisten Snhinger hat heute die Theorie aufzuweisen, welche den Pcleffekt als eine Art Starkeffekt erkliirt, da sich Irisher stets Ubereinstimmung der Vorzeichen beider Effekte ergeben hat, soweit beide gleichzeitig an denselben Linien bekannt sind (etma 30 an der Zahlj. Untl zwar stehen sich hier die beiden Meinungen von S ta rkz0) und Nagaoka und S u g i u r a bisher noch unvermittelt gegeniiber. Wiihrend letzterer die Ursache des Poleffekts im endlichen Felde einer der Elektrode vorgelagerten Doppelschicht sieht, also etwa in1 Hereich des Kathodenfalles, erklart S t a r k den Poleffekt in gleicher Reise wie die ganz ghnlichen Linienverschiebungen iiii Htarkstrombogen al) (1000 dnip.), ini Rohrenbogen 22) und iiii Funken 22) als interinolekularen Starkeffekt a3), also verursacht dnrch die Felder der das strahlende Atom umgebenden Atome oder Ionen. Letztere Theorie fillt nahezu zusammen mit der vieluiiistrittenen Dichtetheorie des Poleffekts, welche Dichte- iinterschiede ini Bogen fiir das Auftreten des Poleffekts verantwortlich niacht, deren Rerechtigung aber bis heute trotz vieler Bemiihungen und einer erregten duseinandersetzung zwischen Ga le 11) und Roy ds ’), *) noch nicht erwiesen ist. So konnte z. R. iin elektrischen Ofen2),aa) oder im B~gen*) ,~ ) ein Ilichteeffekt bisher noch nicht positiv nachgewiesen rn erden, sondern nur irri Rohrenbogen z2), bei dem starke elektrische Anregung , insbesondere hohe Elektronengeschwindigkeiten vorlianden sind, aus welcheni Grunde King23 der Dichte nur rinen seknndiiren EinfluB zuschreibt, Als solche sekundaren IVirkungen kiinien auBer intermolekularem Starkeffekt etwa in Retracht Eigenabsorption 2oj, 24) oder eine Kopplung gleicher Resonatoren”). Ferner hollte nach der Dichtetheorie , ins-

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besondere bei -luffassung.$es Dichteeffekts als interrnolekularen Starkeffekts, auch bei Anderung der Bogenbtron1st;irke eine Anderung der 'Il'ellenliinge bzw. des Poleeekts eintreten, da rnit Erhohung der Stromstarke die Dampfdichte und wahr- scheinlich auch die Ionendichte im Bogen steigt. TGihrend aber H a r r i s 13) fur zwei Zn-Tripletts, welche Rotverschiebungen xaigen, bei Steigerung der Stromstarke von 3 auf 20 Amp. an der Kathode einen geringen, an der Anode sogar einen starkeu Anstieg der Wellenlange findet, konnen J o h n und B a b c o c k 3,

bei Erhohung iier Stromst&rke von 31/2 auf S1/, Amp. eine ziemlich starke Audernng der Wellenlange nur an den e-Linien, dagegen bei den d-Linien merkwiirdigerweise iiberhaupt keine ~~ellenlangenanderungen beobachten, obgleich die betreffenden d-Linien einen Poleffekt von gleichem absoluten Betrag zeigen wie die untersuchten e- l inien, so da8 auch von dieser Seite her noch kein befriedigender Nachweis der Dichtetheorie bzw. der S tarkschen Theorie des Poleffekts erbracht werden konnte. Anderemeits diirfte auch wiederum die zweitgenannte Deutung von Nagaoka und Sugiuras) , welche den Poleffekt durch das endliche Feld der Doppelschicht verursacht glauben. nicht recht uberzeugen, insbesondere da durch das Vorhanden- sein einer Doppelschicht das Auftreten eines Polefiekts iui Sinne erniedrigten Druckes oder, besser gesagt, im Sinne einer Abnahme des elektrischen Feldes, wie er von Ga le und Whi tney9) am Ca- und von Harris13) am Zn-Bogen gefunden wurde, nicht erkliirt werden kann.

Somit erscheint das Poleffektproblem noch weit von seiner Losung entfernt. Die TTerhiLltnisse an den Elektroden scheinen sehr verwickelt zu sein, und es ist sehr gut moglich, daW uiehrere Ursachen gleichzeitig wirken, wie z. B. Nagaoka 5,

annimmt, der Druck, Bogenlange, Geschwindigkeit der Elek- tronen bzw. Ionen und schliefilich das Potentialgefalle an den Elektroden fhr das Suftreten des Poleffekts verantwortlich macht. Urn einen Beitrag zur Losung dieses Problems zu liefern, unternahni ich daher auf Veranlassung von Prof. Dr. E. Gehrcke eine neue Untersuchung des Poleffekts.

Teil I Der Starkeffekt des Eisens

Urn zuniichst die Beziehungen zwischen Poleffekt und Starkeffekt weiter zu prufen, untersuchte icli den Starkeffekt des Eisens nach der Kathodenschichtmethode. Die Tersuchn- anordnung war im wesentlichen die gleiche wie bei Takaiuine 9, der bereits 11 griine Eisenlinien geniessen hat.

iM. Adam. Der Polejjekt des Eisews 571

Versuchsenordnung

Fig. 1 a zeigt dae kugelfiirmige Entladiingsrohr, das einen Durchniesser von 18 cm hatte.

Gegeniiber deiii engen Glasrohr 12, das die dl-Anode n trug, befand sich ein \mites Glasrohr 9 , welches mit Hilfe

I

I d

eines &orrnalnchliffes h auf ein gleichweites Qlasrohr i aufgesetzt wurde, das sich nach unten auf die Halfte seines Durchniessers verengte. I n diesem zweiten Glasrohr i, dessen enger Rohransatz 1 init Hilfe eines vakuuni- dichten Gumniischlauchrs mit einer Gaederotationsiilpumpe in Verbindung stand, \jar die durch ein Quarzrohr e ge- schiitzte Rathode d init Va- kuumlack befestigt. Die Ka- thodenteile bonnten 80 jeder- zeit erneuert und, mas fiir das Gelingen des T’ersuches

Fig. 1. Versuchsanordnung

von groBer Wichtigkeit war. nach dbriahine des oheren Rohrea genau justiert werden. Zur spektroskopischen Beobachtung befand sich in der Hiihe der Kathodenoberflache k , welche von der Anode a 7 cm entfernt war, ein Qnarzfensterf; uiii es vor Beschlagen durch Kathodenzerstnubung zu schutzen. wurde es an eineni 4 ciii langen und 4 ciii w i t e n Rohr- ansatz nz angehracht.


Die Hauptsch\vierigkeit dieser Untersuchung lag in der Konstruktion der Kathode. 1st die Kathode ungeschiitzt oder der -4bst:tnd zwisvhen schiitzendeni Quarzrohr und Xathode ~ L I gro8, so gcht eine Glimmentladung von den tieferen Teilen der Kathode ails; tritt dagegen Beruhrung zxischen gliiliender Kathodenoberfiiiche und Quarzrohr ein, so setzt eine Glimni- entladung an Clem gliiheuden Quarzrolir an.

Die Kathode ist in Fig, l b besonders abgebildet. Ton dem oberen ctwa 2 nim langen Teil b eines 6 mm langen, 2 min dicken Eisenzylindem c wurde au8en nim abgefeilt. Er wurde auf einen eniaillierten Eisenstab d , der gleichzeitig als Stiitze und als Stronizufiihrung diente , aufgeschraubt und in den oberen, miiglichst gut rund geschliil'enen Teil des \biderstandsf &higen Quarzrohres e von 4 mm Kandstsrke uncl 30 cni L&nge genau eingepaat, so da8 nur ein kleiner Spiel- rauni zur Wiirmeausdehnung blieb. Die Kathode, die in ihrelri oberen Teil b sonach eincn Abstand von e h a 'I,,, mm vom Quarzrohr hatte, ragte noch 1/3 nun iiber die Oherflache des Quarzrohres hinaus. Dadurch \fur& eine Wiirmeiibertragung durch Strahlung von der gluhenden Kathodenoberflache auf das Quarzrohr verhindcrt. Quarzrohr e, Glasrohr i und Eisen- stab d wurden durch vakuumdichten Siegellack verbunden.

Uiii einen recht hohen anomalen Kathodenfall zu erhalten, war nicht nur die Kathode miiglichst klein, sondern auch die Stromstiirke nioglichst gro8 zu mlhlen. lch benutzte die gr6Bte Stromstgrke, bei der noch ein ruhiges, allmahliches Abbrennen der Kathode iniiglich war: 15 niB. Als Betriebs- hpannurig verwandte icli 3000 Volt von einem Gleichstrom- dynamo (von maximal 5000 Yolt und 0,3 Amp.); Fechsel- strom oder ein mit einer Elektronenrohre gleichgerichteter 1i7echselstrom ergalien kein Metallspektrum. Die Rpannung itin Entladungsrohr betrug bei deni benutzten Druck von 2 inni Hg 1800 Volt.

Die Kathode und die benachbarten Entladungsteile des Bogens wurden rnit Hilfe einer achromatischen Linse von 12 cm Brennxeite unter Z&ihchenschaltung eines R o l l a s t o n - schen Polarisationsprismas "3 in natiirlicher GriiBe auf den Spalt des Glasspektrographen A abgebildet. Dieser war am eineni d b b 6 -Li t t r o n rjchen Halbprisma aus Flintglas und einer Linse von 90 cm Rrennxeite nach dem Prinzip der htokollimation 27), zusammengesetzt und hatte bei 4900 AE eine Dispersion von 21 -%EE/mm (d. h. bei der benutzten Brennweite yon 90 cni haben zwei uni 21 AE entfernte blaugriine Liniezl eiiieii Abetand von 1 inm). Er zcichnete sich durch auArr-


ordentliche Lichtstiirke aus , so daW die Esyositionszeit trotz (lei- groMen Lichtschwhche des Eisenspektrums nur 1/4 Std. be trng.

Die photographischen Platten waren Ultraspezialplatten 9 x 18. Die Spektrogramme wurden auf einem Komparator yon Toepfe r (Potsdarn) ausgenicssen und iiiit Hilfe der H a r t - maiinschen Dispersionsforniel ausgewertet.

Ergebnisse

Die elektrische Feldstiirke berechnete sich aus der Auf- spaltung von H8 zu 28 500 Volt/cni (innerhalb der Fehler- grenze die gleiche wie bei Takamine29) . In dem Gehiet Ton 4000-5000 4E (unterhalb von 4300 BE stiirte das Banden- spektruni des Wasserdampfes) zeigten die Linien 495 7, 4920, 4891, 4872, 4260 und 4250 im elektrischen Feld Rotver- schiebungen. Die arideren lichtstarken Linien 441 5 , 4405, 4354, 4326 und 4308 hlieben unverschoben. Fur die am besten meWbaren Linien sind die gefundenen T’erschiebungen in Tab. 1 angegehen.

Tabelle 1

Die Mefigcuauigkeit betrug wegen der geringen Dispersion dcs Spektrographen nur 1 bis 2 Zehntel BE. Auf eine besondere dngabe der Werte f iir die beiden Polarisationsrich- timgen wurde aus diesem Grunde verzichtet.

Diese Untersnchungen zeigen yon neuem die Parallelitiit zwischen Poleffekt und Starkeffekt. Auch beini Poleffekt zeigen die ersten 6 Linien eine Verschiebung nach Rot, die iibrigen 5 bleiben unverschoben (vgl. Teil 11a). Erkhr t man den Poleffekt allein durch Starkeffekt und nimmt fur &en einen linearen Starkeffekt an, so berechnet sich aus den Te r t en der Tab. 1 und den entsprechenden Poleffektwerten vgl. S. 590 fur das elektrische Feld an der Kathode eines Eisenbogens in Luft eine Feldstiirke von 900 Volt/cm. So11 diese durch das endliche Feld ties Kathodenfalles erzeugt werden, so niuB der Kathodenfall tbei Eisen etwa 15 Volt) auf 0,2 miri erfolgen. Fur eine genauere Untersuchung des Starkeffekts des Eisens liegt die Schwierigkeit darin, den passenden Spelrtralapparat zu finden , der gleichzeitig eine hohe Auflosungskraft und eine groBe Lichtstarke


atifweisen muD. Ini Teil I I a M ird eine Versuchsanordnung aus- gearbeitet, die sich gut fur die TJntersuchung kleiner Stark- eff ek twerte eignet .

Teil IIa Der Eisenbogen bei kleinen StromstSrken

Uni einen ~ e i t e r e n ,4ufschluB uber die Natur des Pol- eft'ekts zu geminnen, unternahm ich die in1 Teil IIa dar- zustellende spektroskopische Untersuchung des Eisenbogens bei kleinen Stronistiirken unterhalb von 1 Amp.

Der Poleffekt ist bei den kleinen Stromstarken unterhalb von 1 ,4mp. bisher uberhaupt noch fur kein Metal1 untersucht worden. Uber den Eisenbogen Lei kleiuen Stromstarken liegt bisher nur eine spektroskopische Arbeit von F a b r y und B u i s s on z8) vor, die nur einen Spektralapparat kleiner Dis- persion benutzen. Sie finden bei kleinen Stromstarken an der Anode eines Eisenbogens, und zwar an der Stelle, wo bei groBeren Strornstarken Eisenfunkenlinien auftreten, ein Gas- spektruni unci beobachten auch in der Bogenmitte ein stiirkeres Hervortreten des Spektrums der Atmosphiire als bei den Stromstarken von iiber 1 Amp. Das Auftreten des Gas- spektrums an der Anode fiowie die Beobachtungen von Malcolm und Simonz9), Cady und Arnold30) und Schmick und Seeliger31) uber das -4ussehen und die elektrischen Eigenschaften des Eisenbogens hei kleinen Stromstiirken zeigen, daki man es, nach der Bezeichnungsweise von Hagenbach3?, mit einem Glimnibogen der Form l a , zu tun hat.

Versuchsanordnung a) Optik

Die Untersuchung des Poleffekts bei kleinen Stromstarken stellt recht hohe Snforderungen an die verwandte Optik. Da der Poleffekt nur gering ist, etwa 0,Ol BE, so mu6 der Spek- tralapparat ein rniiglichst hohes Aufliisungsvermogen besitzen. Dann aber kann wegen der betriichtlichen Lichtschwiiche des Spektrums nur lichtstiirkste Optik zur anwendung kommen. Bei der Aufstellung der Versuchsanordnung ist darauf zii achten, daB die Lichtstiirke der einzelnen Spparate voll aus- genutzt wird.

Die Spektroskope hiichster Aufliisungskraft, die gleichzeitig eine genugende Lichtstirke aufn-eisen, sind die Inter- ferenzapparate von Luuiin e r - G e hr c k e und P e r o t - F a b ry. Mil- standen zwei vorziigliche Lumuier-Gehrcke-Platten yon 5 (Zeiss)

M. Adam. Der Polejjeekt des Eisens 5'75

nnd 10 m u Dicke (Hilger) zur Verfiigung. Diese wurden nac,h den ersten Vorversuchen auf der einen Seite versilbert, wodurch nach L a u 33) infolge der auf dieser Seite eintretenden Totalreflektion die Auflosungskraft wesentlich erhoht wird und gleichzeitig die Lichtstiirke auf et\va das Doppelte steigt. Die Auflosungskraft der versilberten 5-min-Platte Tar noch zu gering. urn die Erscheinungen an der Iiathode de&ch erkennen zu &sen. Dagegen war die versilberte 10 - mm - Platte wegen ihrer groBen Lichtstiirke und Auflijsungskraft fiir diefie Untersuchung vorziiglich geeignet.

Diese hatte eine Dicke von 9,71 nim und eine L8nge voii 30 cm. Ihr Brechungsindex uird nach Messungen von J a n i c k i durch die Forniel n = 1,5484 + '14j9 -___ dargestellt.

1 - 1925,Y

f 1 b-, 0 f/

Fig. 2, Versuchsanordnung

Die Versuchsanordnung ist in Fig. 2 schematisch vieder- gegeben. \Vie heute meist iiblich, wurde die Grobzerlegung hinter der Feinzerlegung vorgenommen. Die Interferenzstreifeu der Lummer-Gehrcke-Platte PZ wurden mit Hilfe des Fernrohr- olijektivs F von 40 cni BrennR-eite auf den Spalt Sp des Hilfs- spektrographen A abgehildet, der die auf den1 Spalt zusammen- fallenden Interferenzstreifen der einzelnen Linien in seiner Bildebene Ph nebeneinander entwarf. Wegen der au8erordent- lichen Lichtstkke benutzte ich als Hilfsspektrographen den Glasspektrograph, der bereits ini Teil I zur Untersuchung des Starkeffekts diente und S. 572 beschrieben wurde. Seine Dis- persion betrug im Blaugrun nur 21 AE/nim, gestattete alier die Beobachtung von 20 Hauptlinien des Eisens, ohne daB bei der erforderlichen Spaltbreite von 2 mm eine Uberdeckung durch Nachbarlinien oder eine Fiilschung der Ergebnisse durch starke Linien, die bei der geringen Dispersion von den Haupt- linien nicht getrennt waren, zu befiirchten war. Bei der benutzten Brennweite des Fernrohrs konnte ich etmi die 12

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letzten Interferenzstreifrn I)eobachten, bei einer Linienbreite, welche die Linienfeinstrnktur uritl die Linienverschiebungen gut erkennen und uiessen lieB. Eine Verzerrung der Inter- ferenzstreifen durch clas Prisnia drs Hilfsspektrographen trat nicht ein.

Die Verwendung von versilberten Interferenzplatten rnacht eine l’rennung der beiden Polarisationseinrichtungen parallel und senkrecht zur I’lattenebene unerliiWlich, da diese bei der Reflektion am Hilljer eine Phasrnverschiebung gegenein- ancler erleiden und infolgedessen die entsprechenden Iiiter- ferenzbilder gegeueinander verschoben erscheinen. Ich benutzte ein Rochonsches Polarisationspris~ia:j*~ R von 3 cm Dicke und 6 ciri LRnge, das ich in Richtung der eirifallertden Strahlen so vor die photographifiche Platte Ph stellte, daW die beiden Bilder genau horizontal nebenrinander lagen. Die Entfernung tler heidrn Bilder betrug 2 G I ~ , so daW bei der GroBe des gleichzeitig sichtharen Hpektralgehietes, das bei der Dispersion 5I.w Lumnier-Gelircke-Platte iiur e h a 150 AE betrug, keine Uberdeckung der beiden l’olarifiationsbilder eintrat.

Uni eine schnelle und leichte Uhersicht uber den Bogen zu haben urid die Bogenmitte und die Bogenteile an der Ka- thode (bzw. Anode) gleichzeitig photographieren zu konnen, hchaltete ich zwischen Lichtqnelle Q und Interferenzplatte P1 eine achroniatisclie Linse Ll von 30 cni Brennweite ein und bildete die Bogenaclise in Richtung der Interferenzstreifen auf den Spalt des Spektrographen A ah. Die BildvergroBe- rung von 4 : 3 war groB genug, um die Anderung der Wellen- lRnge ini Gebiet des Kathodenhiischels gut verfolgen zu konnen, und gestattete bei ejper Spaltbreite von Zuirn, die wegen der sonfit eintretenden Uherlagemng der einzelnen Spektrallinien nicht iiberschritten werden clurfte, die gleichzeitige Beobachtung von Bogenmitte urid Polniihe. Uni den Bogen bei Hori- zontalstellung der Interferenzplatte vertikal brennen zu konnen, fiigte ich zwischen Linse L, und Platte PI das in der Fig. 3, S. 57 i abgebildete Umkehrlirisnin 7J ein, welches das Bogenbild urn 90 dreht ixnd iihnlich wie die Umkehrprisrnen von P o r r o , Daubresse URW. (vgl. (:zapski und E p p e n s t e i n , Grund- xiige der Theorie der optischen Instrurnente S. 558 und S. 595”)) RUS einer Kombination totalreflektierender Prisrnen besteht: rtuf die beiden Iiathetenfl&clien eines gleichschenkligen recht- winkligen Prisrrias Bind zwei weitere Prismen von derselben Form und Gr613e wie das erste iriit ihren Kathetenfliichen RCEH und CEFG derart aufgekittet, daW die beiden anderen Kathetenflachen ABCD id EFJK in zwei verschiedenen,

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einander ljaralleleii Flbenen liegen und die brechenden Kanten BC, CE, EF aller drei Prisnien aufeinander senkrecht stehen. Die KathetenflBche. 16 ern2, war so groW, daW die Interferenz- platte voll iiiit Licht ausgefiillt I\ ar. Bei Zu ischenschaltung dieses Prismas wird eine vertikale Liriie des Bogens auf dein Spalt des Spektrographen gleiclizeitig init den Interferenz- streifen als horizontale Linie scharf abgebildet, falls sich der Bogr~i irn Brennpunkt der Linse L, hefindet, und zwar \regen der In- terferenzwirkung der Platte P1 nur iu eineni einzigen Interferenz- streifen einer bestilnm- ten Ordnung einer be- stimniten Spektrallinie. Das gesanite Poleffekt- gehiet erstreckte sich bei der von riiir benutzten VergrijAerung iiber etwa 12 Interferenzstreifen cler jeiyeils riugestellten Linie , wiihrend in den beiderseitigen Sachbarlinien iiherhaupt nur ein Teil des Poleffektgebietes in ungefkhr ti Interferenzstreifen sichtbar war. Es niuAte daher jedr Link einzeln beobachtet werden, wobei auf grijBte Gleichheit der Versuchshedingungen geachtet -c\.urde. Der Bogen wurde stets so eingestellt, daW das Poleffektgebiet imrner gerade noch ini letzten Interferenzstreifen sichtbar war. Zur Messung \\urden etwa die letzten 12 Interferenzstreifen b enutzt.

Von drr Lime L, ivurden nur die mittleren Teilr zur dbbilclung des Bogens verwandt. dbbildungsfehler durch die Prisnieiiwirkung der 1nterferenzl)latte PI wareu nicht zu befiirchten, (la die Strahlen, die zur Abbildung eines Punktes beitragen, die Platte parallel durchsetzen und die den einzelnen Punkten entsprechenden Strahlenrichtungen bri der geringen BildgroBe nur einen kleinen Winkel niiteinander bildeten.

Die Lichtquelle Q niuAte sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung fein verschiebbar sein, da nur ein kleiner Raunitril abgelddet xird. Die Feinreguliemng in vertikaler Richtung \tar am Bogengestell selbst angehracht (vgl. S. 579). Zur Verstellung in horizontaler Richtung vurde das Bogen- gestell auf einen Schlitten geschraubt.

Fig. 3. Umkehrprisma


Die benntzte I'ersuchsanordnnng zeichnet sich durch auBerordentliche Lichtstiirke aus. Die Expositionszeiten he- trugen trotz der Lichtschi\ iiche des Spektrunis nur wenige Minuten. -%us diesein Grunde ist die Versuchsanordnung auch gut zur Untersuchung klrincr hrkeffekte in1 Takuum geeignet.

Justierung

Bei cler Jubtiennig der i r i Fig. 2 S. 575 abgebildeten T-er- suchsanordnung itinWtr auf iiiiiglichst groSe Bbbildungsschiirfe sowohl der Interferenzstreifen als auch des Bogens geachtrt werdcn, da sonst die Xrscheinungen an der Kathode schleclit oder iiberhaupt nicht sichtbar I\ aren. Nachdem die Schiirfc der Interferennstreif~~Ii init Hilfe einer Hg-Lampe photographisch gepruft war, 11 urde die dbhildunghschiirfee des Bogens sorg- fsltig justiert, zuniichst tin den Schatten der kalten Elektro den des Eisenbogens, dic in den Hg-Liuien senkrecht zu den Inter- f'vrenzstreifen erschiemn, zulctzt rbenfalls photographisch aiu hrennenden Elsenhogen, wobei auf den hellen Strich eingestellt TFurde, der in den Eibenlinien henkrecht zu den Inter- ferenzstreifen aichtbar \\ ar ( \ gl. H. 582). Die E!ntfwiiung zwischen Linse L, und Bogen Q niulSte auf 1 niiii genau festgelegt werden.

b) D e r E i senbogen

Ich untersuchtP den Eisenliogen bei den Stromstiirken von 0,18 und 0.5 Amp. 7'111 eiiien moglichst stabilen Bogen zu erhalten, benutzte ich eine Betriebsspannung yon 480 Volt Gleichstrorn aus Batterien und eine Bogenlange von 2l/, mni (auf die Wellenliinge in der Bogenmitte n.ar die Bogenlange ohne EinfluS). dt&rde1li er\i ies sich fur ein ruhiges BrenneIi die Anwendung einer kleinen Kathode als notwendig. Bei einer groDen Kathode von 1 cm Durchmesser wanderte der Bogen auf diener schnell hin und her und verschwand dauernd aus den1 Gesichtskrcis der Beobachtung. Such das Aufschmelzen einer kleinen Oxydkugel auf die groBe Elektrode bewghrte sich nicht, da die Iiugel xu schnell abhrannte. Der Durch- uiesser dcr Anode war fur die Stabilitiit des Bogens ohne Bedeutung, doch naren die Erscheinungen an der Anode hei lleinereni Durchiriesser besser sichtbar. Am gunstigsten erwies bich eine Kathode vori 0,9 mm Durchmesser. Bei klein wenig griil3erem Durchmesser bildcte sich beim Brennen allmahlich ein Krater, so claB dah l'olefiektgebiet mehr und mehr ver- bchwand. Ein kleinerer Durchebser \car schon aus deiii Grunde nicht ratsaiii, \\ eil die Kathodc zu schnell ahbranntc.

Jf. Adam. Der PoZeffekt des Bkens 579

AuBerdeni TI ar zu befiirchten, daI3 sich dann die lonendichte und der Kathodenfall, der bekanntlich bei Verkleinerung cler Kathode unter einen Mindesthetrag anomal wird, in uniiber- sehbarer 7&Teise iindern, so daB beim Vergleich der Poleffekt- werte bei verschiedenen Stronistarken keine einwandfreien Schlusse miiglich waren. Bei Verwendung eines 0,9 inm dicken Eisenstahes hatte die Oxydkugel, die sich sofort beim Ziinden auf der Kathode bildete, einen solchen Durchmesser, daR der iiuI3ere Brennfleck gerade auf ihr Platz hatte, also noch die Bedingungen eines norrnalen Kathodenfalles vorlagen. 8ie I\ uchs niit der Stromstarlre und hatte bei 0,18 h i p . etv a einen Durchniesser von 1,4 aim, bei 0,5 h n p . einen solchen von 175 mm. Als Anode verwandte ich einen gleichen Eisenstal) ion 0,9 nini Dicke. Die Oxydkugel war hier groljer als an der Kathode, und beim Betrieb wurde sie mit der Zeit immer groI3er und flacher. Sie brannte jedoch nur wenig ah in1 T’er- gleich zur Kathode.

Unter den heschriebenen Versuchsbedingungen brannte der Bogen bei Stronistiirken yon 0,5 Amp. an abwarts vollkominen ruhig und stabil. Bei groI3eren StromstArken begann er wiedcr unruhig zu werden. 0.18 Amp. mar die untere Grenze, bei irelcher der Bogen hei der Bogenliinge Ton 2’1, mm und 450 Volt Betriebsspavnung ohne Gefahr des Verloschens brannte. Die Klemnienspannung an1 Bogen betrug bei 0,18 -4mp. 161 Volt, bei 0,5 Amp. S6 Volt. Sie wurde an einem dem Bogen parallel liegenden Voltmeter abgelesen, xriihrend ein init dem Bogen in lteihe neschaltetes Priizisions- - amperemeter von Siemens & Halske die Stromstarke angab.

-41s Bogengestell diente nach -4bnahnie der Metallkapsel das von Curtis30) beschriebene Ge- stell der Vakuunibogenlampe, das auBer der zur Ziindung und Einregulierung notwendi- gen Gegeneinanderbewegung der Elektroden noch eine Fein- verstellung der Bogenhohe gestattete. Urn wiihrend der Ex-

Fig. 4. Halteruug der Katliode

positionszeit die Elektroden, von denen besonders die Ka- thode schnell abbrannte, fein nachstellen zu bonnen, wurden in die Elektrodenhalter Einsatzstucke eingesetzt, wie sie in Fig. 4 abgebildet sind. In den Elektrodenhalter u a u ~ Eisen m r d e init Hilfe der Bchraube b ein mit einern kleinen Zapfen c

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versehener Messingzylinder d eingeklemnit, in dern ein zweiter genau passender Holilzylinder e von 2 nim innerem Durch- inesser und 3 cni Liinge hing. Dieser wies an seiner AuClen- seite ein Gewinde auf, das d u d einen Zuni Zapfen c passenden vertikalen Schlitz f unterbrochen war. Die auf den1 Elelitroden- halter a aufliegende Mutter g des Gewindes wurde an der Auf- w%rtsbewegung durch die Klammern i und k gehindert, die ihr nur eine freie Drehbewegung gestatteten. Zur Fernregulierung wurde urn die lZille 1 drr Mutter eine Schnur gelegt, die in Richtung senkrecht znr dchse der optischen Apparatur (Fig. 2) zu einer horizontalen Rolle ffihrte. Von liier aus konnten die in den Zylinder e eingesetzten Elektrodrn h fein nachgestellt werden, im ganzen 2 cni.

Kiihrend der Xxposition Itontrollierte icli dauernd die Hiihe cler jeweils spcktrographisch untersuchtrn Elektrode, in- dein ich durch ein neben den Rollen aufgestelltes Fernrohr iiiit Fadenkreuz ein vergrijljertes Bild des Bogens anvisierte. Bei einer Gesnmtvrrgrijfierung von 30 : 1 konnte die Elektroden- oberflache gut auf 1/30 mni genau auf gleicher Hohe gehalten werden. Urn die B o g r n h g e konstant zu halten, niuClte ich aiich die andere Elektroile nachstellen. Die Kontrolle fur genau gleiche Rogenliinge lieferte der Aussclilag des den1 Bogen parallel licgenden Voltmeters.

Die Jzlstierwg Die Elektrotlen IriuBten fiehr gut justiert wrrden. Zu-

niichst nufiten Kathode und Anode einander genau gegeniiber- stehen. Bei einer Seigung. der Bogenachse in Richtung der optischen dpparatur trat eine ,hcha t tung wichtiger Bogen- teile durch die Elektroden ein. Eine Neigung in dazu senk- rechter Richtung war zu verrneiden. wenn man vertikal genau iihereinander liegencle Bogenteile niiteinander vergleichen wollte. Dann a l m mufiten die Elektroden in die Zylinder e so eingesetzt werden, daB die Richtung der Elektroden genau in (lie Nachstellrichtung des Gewindes fiel, da sonst bein Sachstellen eine Verschiebung der Elektroilenoberfliiche in horizontaler Richtung erfolgtc. Trat diese in Richtung senkrecht zur h h s e der optischen Bpparatur ein, so Ring cler helle Punkt, der drni Poleffektgebiet cntsprach, i dwend der Expoeition von cler ursprunglich eingestrllten Lime auf eiue Naclibarlinie iiber.

Das Aussehen des EiseTbbogens Fig. 5 zeigt scheniatisch ein vergriifiertes Bild des Eisrn-

bogens kleiner Stroinstlirken, \vie es bei der hbbildung deb


Bogens tlurcli eine Linse auf eineiii I\ eil3en Scliirni erscheint. C a d y und Arnold3n) bedireiben ihn folgenderniafien:

,,Der eigentliche Xisenhogen hat am negativen Ende eine bliiulich-n-eiL3e Farbe (in Fig. 5 der helle Punkt a, das Kathoden- hiischel), wlche, wenn nian hich der Anode niihert, alimiihlich in duukellulau iiljergeht {positive Saiile b). An der Anode ist eine Hchicht. die fast vollstiindig dunkel z i i sein scheint (c). Iler Bogen ist von eineiii gellslich-griinen Mantel unigehen (a), welchrr anficheinend yon der Osydation deh Eisens im Bogen herriihrt. Dieser vernieidet an- scheinericl die ,%node (1) zu heriihren. AuBerEialh des Nantels findet sich ein dtimer zweiter Mantel oder Schale (e); dime Bchale gelit von der Kathode aus unci riihrt snscheinend 1-011 der Oxydation d e h negativen Kiigelchens her.'. Eisenbogenflammen

Fig. 5.

c) V e r s c h i e d e n e s

I\.egen der Teiriperatnreni])findli chkeit der Luninier - Gelircke-l'latte wurde die Teinperatur des Zirnmers schon 1:inge Zcit vor der Kxposition konstsnt gehdten und die Inter- frrenzplatte allseitig gegen Zugluft gediiitzt.

Als photographische Platten benutzte ich griinempfindliche hndresa-Piatten 9 x 18. Nit einein Komparator von Toepfer (I'otsdum) wnrden etw a, die letzten 12 IIitcrf~renzstreifen einer Linie von denijenigen Polnrisationszustand ausgemessen, c h i die grijWere Aiifliisungskraft cler Interferenzplatte entsprach, dmsen elektrischer Vektor also (M egen der Einschaltung des Unikehrprisnias U ) parallel zur Rogenachse stand. Die Linien- verschiebungen n urden graphisch erinittelt, w-ohei das Dis- persionsgebiet nach der Forniel v. R a e y ~ . r s ~ ~ ) berechnet wurde:

____ 19 1/ IL* - 1

dn l - n e + n l - - A A m a X =

Ergebnisse

In deiii Gebiet zwischen 4000 und 5600AE wurden folgende 19 Eisenlinien untersucht, die sich durcli grofie Lichtstiirke iind ihre isolierte Lage iiii Hpektrurn auszeiclineii (vgl. 8. 576).

Annalen der Physik. 8. Folge. 15. 38

582 Annabn deer Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

Druckklasse a: 5270, 5328 Druckklasse b: 4046, 4064, 4072

4308, 4326 4384, 4405, 4415 4529

Druckklasse e: 4872, 4891, 4920, 4957 Druckklasse d : 4260, 4299

5587, 5616

Multiplett : a5 F - a5 D* bzw. a3 F- as D*

as F - as G* a3F - a"* a5 P - c5 D* a? F*- a 7 D a? D"- a7 D a5 F*- b5 D

a3F - b3P*

Linien der Druckklasse e konnte ich leider nicht .pntersuchen, da sie entweder zu lichtschwach waren oder eine Uberlagerung durcli die Spaltbilder benachbarter Linien eintrat.

a) F e i n s t r u k t u r der B o g e n e n t l a d u n g

Zunachst lamen die Interferenzbilder die Gliederung des Bogens liings der Bogenachse und die Helligkeitsverteilung in dieser Richtung deutlirher erkennen, als es am Bogenbild der Fig. 3 selbst iriiiglicli war; es ergeben sich folgende Einzel- heiten :

Das Kathoderhuschel a ist etwa doppelt so bell a i e der anschlieWende Teil der positiwn Siiule b. Die positive Skule b ninimt bei Anniiherung an die Anode an Helligkeit ah, uni dann in den Dunkelrauni c an der Anode iihermgehen. Der Duiikelraum c ist nicht vollkonimen lichtlos, sondern sendet nur ein lichtsch\\ aches Eisensprktrum am, das bri VerproSe- rung der Expositionszeit allmiihlich nielir und mehr zum Vor- schein konimt.

Au8er dieseri drei in der Fig. 5 S. 581 bereits sichtbaren Bogenteilrn erkennt man in den Interferenzbildern ferner das Funkenliniengebict h, da8 nach F a h r y und B u i 6 s o n zE) auch beim Fhenhogen kleiner Stroriifitiirken unmittelbar an der Ka- thode vorlianden ist und Kathodenbiischel und Xathode voneinander trennt, sowir dac; Gebiet des zuerst von F a b r y und B u i s s o n 2*) beohachteten Anodenglimndichtfi g (vgl. S. 574). An der Stelle des Funkenliniengebietes h erscheirit in den Inter- ferenzbildern senkrecht zu den Interferenzstreifen ein schnialer heller Streifen (vgl. liierzu auch S. 586 und S. 592). Das Ge- hiet des hnodenglimnllichts seinemeits wird in den Interferenz- bildern der Eisenlinicri erst bei gro8eren Expositionszeiten sichthar : bei allniiililicher VergriiSerung der Expositionszeiten zieht sich der Dunkelrauni c aiif den Photogramnien allmahlich mehr und niehr zusaniiiien, bis schlieWlich unniittelhar vor der Snode noch ein schnialer dunkler Streifen g ubrig bleilst,

M. Adam. Der Poleffeekt des Eisens 583

velcher bei M eiterer Steigerung der Expositioiiszeiten nicht niehr verschwindet, in welcheni also absolut kein Eisenlicht ausgesandt lkird. An einer groBen Anode konnte ich an dieser Stelle beim Einsetzen der Entladung das Gasspektrum des Glimmlichts auch positiv erkennen. Die Teile g und h nehmen von der Bogenachse etwa z/I?, nini ein, wiihrend das Kathoden- biischel davon etwa 1 mm einninmt.

SchlielSlich zeigt sich in den Interferenzbildern noch eine Erscheinung, welche bisher beim Eisenbogen kleiner Strom- stiirken noch nicht bekannt ww. Die positive Siiule b schlieWt sich niimlich nicht unmittelbar an das Kathodenbuschel a an, sondern ist von diesern dnrch einen dunkleren Raum i getrennt, welcher etwa ’1, nim von der Bogenachse einninmit, und welcher den1 F a r a d a y schen Dunkelraum bei der Vakuumentladung cntspricht; er ist auf den Photogrammen je nach der Ex- positionszeit mehr oder weniger deutlich sichtbar. Wiihrend hei dein unter Atniosphiirendruck brennendei Eisenbogen kleiner Strornstiirken bereits in der Qon F’abry und BuissonZ*) entdeckten Erscheinung des Glimmlichts eine gewisse dnalogie niit einem Vakuumbogen von einigen Milliampere Stromstiirke vorhanden war, ist diese gnalogie auf Grund meiner Beob- achtung des Dunkelraurnes i nahexu vollstindig geworden. Sunmehr zeigen beide Bogen vom Kathodenbuschel bis zur Anode die gleiche Struktur: Kathodenbiischel, Faradayscher Dunkelraum, positive Siiule, die in einen Dunkelraum vor der Anode iibergeht, und Anodenglininilicht.

Die kathodischen Entladungsteile erkennt nian am besten an der Abb. 3 der Fig. 6, welche das Interferenzbild der Linie 4046 fur die kathodische Bogenhlilfte in dem mit dem elektrischen Vektor I ~ zur Bogenachse schwingenden Polari- sationszustand darstellt, und in den1 auBer dem F’unkenliniengebiet h, dem Kathodenbuwhel a und einem Teil der positiven S h l e b auch der Dunkelraum i deutlich erkennbar ist. Den Anodendunkelraum G zeigt deutlich die Abb. 1 der Fig. 6, welche das Interferenzbild der Linien 5270 fur die anodische Bogenhiilfte in deni mit dem elektrischen Vektor 1 der Bogen- achse schwingenden Polarisation~zustand wiedergibt. Abb. 1 setzt die Abb. 2 nacli oben hin Sort und stellt ebenso wie die iibrigen ,4bbildungen der Figg. 6 und 7 den Fall dar, daA sich die Anode oberhalb der Kathode befindet. - Eine verschiedene Polung des Bogens war fibrigens auf alle von mir heohachteten Erscheinungen ohne wesentlichen EinfluA. - Das Gebiet des Anodenglirnmlichts g schlieBlich erkennt man

38 *

584 Annalen deer Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

1 Abb. 1

Abb. 4a

II Abb. 4 b

Abb. 2 1

Abb.3 4

Abb. 5 11

lil I I I I I

q 5 0 g -4 4 $ b h

Fig. 6. Interferenzen der verscliiedenen Teile des Eisenbogens

Abb. 6

Abb. T

M. Adam. Der Poleffekt de.9 Eiseris

1

Abb. N

585

Fig. 7. Interferenzen der verschiedenen Teile des Eisenbogens

586 AnnaZen der Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

z. B. in *4bb. 7 Fig, 7, die hei verhdtnisrniifiig groBer Expositions- zeit erhaltrn wurde. Anoden- bzw. Iiathodenoberfiiiiohe \\ ird in den Ahhildungen der Figg. 6 und 7 durch die polari- sierten Interferenzpunkte 1 bzw. k angezeigt, deren Deutung niir zunachst einige Hchwierigkeiten niachte ; sie riihren yon den kleinen Spiegelhildern des Bogens her, welche auf der hei der holien Teniperatur stark spiegelnden Anode Bzw. Ka- thode erscheinen, und stellen die Bpiegelbilder der Interferenz- streifen a bis h dar. Die Bezeichnungen I \ und 1 bedeuten in den -4bbildungen der Egg. 6 und 7 , da13 der elektrische Tektor 1 1 bzw. 1 zur Bogenachse schwingt.

b) VerstZtrkung bew. Schwiichung d e r vers c 11 i e den e n Ei s enl in i e n

be im E i n t r i t t i n das F u n k e n l i n i e n g e b i e t

An Stelle des schriialen liellen Streifens h, der z. 13. liei den Linien der Druckklassen c und d erheblich heller ist als die Interferenzstreih irri Z(athodenbiische1 a, erscheint bei den Linien 5270 und 5325 der Druckklasse a ein schmaler dunkler Streifen h (vgl. Abb. 2 der Fig. 6), in dem bei Ver- gr6Beruug der Espositionszeit erst allrnahlich ein schwaches Eisenspektruin sichthar wird; d. 11. geht man vorn Kathoden- biischel a in das Funkenliniengebiet h iiber, so erfahren die Linien der Druckklassen c und d eine erhebliche Intensifits- zunahnie, wahrend die Linirn der Drucltklasse a eine Intensitits- abnahine erlriden. Einc Mittelstellung zwischen diesen beiden Linienklassen neliiiien die Linien der Druckklasse b ein, die in1 Funkenliniengehiet nur wenig verstirkt werden. Diese Reobachtung stirrinit prinzipiell niit den Beobachtungen Merrills3&) iiberein, der an der L4110de eines 6 Amp-Eisen- bogens ebenfalls eine Terstiirkung der Linien hiiherer Druck- klassen (d. 11. niit griiWeren Druckeffekten) gegeniiber den Linien niederer Druckklasscn gefiinden hat - an der Kathode ver- rriochte er die von inir erkannte analoge Erscheinung nicht zu hemerken. - Ein unwxentliclier Vntermhied zwischen unseren beiden Reobachtungen besteht nur insofern, als die durchschnittliche Hrlligkeit des Spektrums (Gesaiiitzahl der emittierenden Stonie) in den1 anodischen Gebiet des 6 A m p - Bogens eine erheblich griiBrre Znnahnie erf iihrt als in deni kathodischen Gehiet h des von mir uutersuchten Eisenbogens kleiner Stromstiirken; hei den a-Linien z. B. beobachtet Mer r i l l bereits eine geringe T’erstiirkung, wiihrend ich dagegen eine Schwiichung bcnierke.

M . Adam. Der Poleffekt des Eisens

c) F e i n s t r u k t u r d e r E i s e n l i n i e n

1. Selbstumkehr und Linienecharfe

587

Noch hei der Stromstarke von 0,5 Anip. erscheinen von den untersuchten 19 Eisenlinien folgende 6 Linien mit einer feinen Selbstumkehr: 4064, 4072, 4305, 4326, 4384, 4405, und zwar tritt die Helbstumkehr sowolil in der positiven Saulc als auch iiii Kathodenbiischel auf. Dir gcnannten 6 Linieu, von drnen 5 Linien in der Sbh. 3 der Fig. 6 und der Abb. 6: der Fig. 7 abgehildet sind, gehiireu zur Temperaturklasse 11 soaie zur Druckklasse b und sind auch in K a y 8 e 1 - s ~ ~ ) Tahelle der Eisenlinien als leicht urnkehrbar angegeben. Unterhah von 0,4 h i p . war hei der benutzten Plattendicke von 10 nini eine Helbstuinkehr nicht niehr erkennbar.

Die Kisenlinien zeichnen sich bei den kleinen Strom- stiirken durch groSe Linienschiirfe aus. Trotz der groBen Diclre der Interferenzplatte von 10 nini erscheinen sie hei der Stromsttirke von 0,5 Amp. hereits sehr scharf und nehmeri beini Ubergang VOII 0,5 zu 0,18 hnip. noch weiter an Scharfe zu. Registrierkurven, die niit eineni Z e i s s schen Registrier- photometer aufgenoniirien wurden, zeigten im Intensitiits- maxiniuni eine scharfe Spitze und zu beiden Seiten des Maximums einen starken Intensit2itsahfall. Leider ist dab Eisenspektrum hei den kleinen Stromstarken bereits recht lichtschwach , so daB eine Verwertung dieses Bogens als Nornialenlichtquelle wohl kaum in Betracht koninit. Dieselben Registrierkurven zeigten auch deutlich die Verschiedenheit der Linienschtirfe. welche die Lummer-Gehrcke-Platte in den beiden Polarisationszustiinden 11 und I zur reflektierenden Platten- fliiche ergibt, und welche bekanntlich durcli die Verschieden- heit der Beflektionskoeffizienten des Silbers (bzw. des Glases bei unversilherten Platten) in den beiden Polarisationszuslnden verursacht wird. Eine Ausniessung der Registrierkurven der Linie 4415 @ei 0,5 Anip.) ergab beispielsweise die Werte der Tab. 2. Diese gibt fiir die verschiedenen Interferenzstreifen das Terhiiltnis e / f des vertikalen Abstandes e zwischen Intensittits- niaxiirium und folgendeni Intezlsitiitsminiinum und des hori- zoritalen -4bstandes f der beiden Intensitiitsminima. (Die Ziihlung der Interferenzstreifen heginnt bei drm vorletzten Intcrferenzstreifen.) Diese Tabelle zeigt , daW der Wert elf , welcher ein NaB fur die Linienscliarfe (und damit f i ir das Auf- liisungsvermiigeus der Interferenzplatte) ist , fur denjenigen Polarisationszustand, in dem der elektrische Vektor 11 der reflektierenden Fliiche schwingt (Spalte 2), etwa ' I , O/,, griiBer

588 Annabn der Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

T a b e l l e 2

I II

3?3 2 5,0

4 i 6.2 3 1 6,65

6 1 7;3 6 i 7 ,3 7 1 8,3

10 1 10,2

8 8,tj 9 1 9,o - ~

Mittel: 1 7 , l

ist als fiir deri anderen l’ol:~risationszustand, in deni der elektrische 17ektor 1 zur rrflektierenden Plattenfliiche sclrwingt (Spalte 3). hiis dieseiii Griindr bmutzte icli hei der Messung t ies Poleffekts nur den Polarisationszustanlli, deni das groWere dufliifiuugsvrriniig(~1r cler Platte entspriclit, hei cirni also der elektrische Tektor 1):irallel zur Kogennchse schu ingt. T o n he- sonderer 13-ichtigkeit fiir die I1ntersucliiing des I’olrfiekts ist fwner die Tatsachr, dalS fiir. tlir ltrideri d - Linien 4280 und 4299 z. B., die bekanntlicli Pold‘ekt zeigen. aucli in den Registrierkurven eine Se1l)stuiiikrhr nicht rrkennhar war. Der Jliniensch\~erpunkt ist dalier direkt in1 Intrnsit8tfiriiaxjriii~ni nieBbar, wrihrend diecrer S;chrr-erpunkt beim Torhidense in riner Sehturnkehr erst konstritiert rverden iniiflte, was ininier init einer gewitrhen K i l l k i i y imd ITngeIiauigkeit verbullden ist.

2. Pole ffekt

a) Kathode

Auch bei deli kleincri Stroiiistiirkrii imterhalb von 1 Aiirp. ist an der Rathodr noch eiri Poleffekt fiichthar, d. h. es treten RII ciieser E&ktrodc hei gewiswn F:iwnlinien noch Lizien- versehiebunpi g(3ge~riber drr Rogenniitte auf. Jn Uhcr- rinstininiung mit d ~ r i E<rfalirungrn I on J o lin und B ah c o c k 2,

beirn 6 Anip.-F:iheul)og~n zrigrn von deri iintersucliten 19 Eisen- linien nur diejenigrn 8 Linien, dic deri Driiclrklassen c nnil d mgehiiren, eirien I’oleffekt, uric1 zwar einen Poleffekt riach langm Wellen. Dalwi ibt in den v o ~ i iiiir unter3uchten Fillerr die Linirnverschic.l,iing st(% mit h e r starken unsgriinietrischen Verbreiterung verhntlen. T)er Sitz dcs Poleffekts ist das


Kathodenhiisehel a pgl. Ahh. 5 (ler Fig. 6); (la dieses. wie hereits oben erwghnt, et\f a doppelt so hell ist \vie die positive Siiule b, so hestiitigt sich an der Kathode zuniichst YOXI ueueni die Parallelitat zwischen Poletfekt und Helligkeit der Strahluug, tlie Gale und W h i t n e y g ) aiii Ca-Bogeu beobachteten. Bei ,%nn%herung an die Kathode niniiiit der l’oleffekt zu , v ie lrereits Royds’) bei eineni Ca-Bogen von 4 Amp. feststellte. Fiir die 3 blaugriinen Linien 4957, 4920, 4891, souie fiir die heiden violetten Liuien 4260 urid 4299 ist der Yol- efieekt deiitlicli in A13b. 5 der Fig. 6 und Abb. 8 der Fig. 7 sichtbar, wlclie (lie katliodische Bogenhiilfte in deiii uiit deiii elektrischen Vektor 11 zixr Bogenache s c h ~ iugenden I’olari- sationszustand h i der Stroinstiirke von 0,5 Amp. wiedergehen. Die Intrrferenxstreifen sintl in deni Gebiet des Kathoden- hiischels a deutlich nacli oheri abgebogen uiid uusyinnietrisch verbreitert. und zwar uiri so nirhr, je niiher man der Kathode koninit.

Die bei 0,lS und 0,s Amp. gefuncienen Poleffekte sind in Tab. 3 zusainnic.ngestellt. Sie wurdeu durch Vergleich cler Mitte der positiven Siiult: - die IVellenliinge mar iibrigens in der positivrn Siiule aid’ der ganzen L;inge gleich und auch VOII der Bogenliinge unalohiingig -- iiiit demjenigrn etv a

mirt g r o h n Gebiet deb: Kathodenbiischek erhalten, das uuniittelbar an das Funkenliniengehiet 72 grenzt, untl z\\ ar T\ urde stets a i d das InteusitRtsrriauiiiiurn der betreffendcn Linie eingestellt. Die MeWgeunuigkeit ist bei gleiclier Stroui- stiirke fur die beiden gelhgriinen Liriien bei 5600 XF: erheblich gyinger als fur die antleren Liuien und niniint aucli heini Ubergaug voii der Stronistiirke \Ton 0,5 Auip. riacli O,1X ,411ip. ah. Der Grund hierfiir liegt darin, dal3 in den hetreReuden Fiillen drr koritinuierliclie Cntergrund, \velcher sich iiii griirien bis roten Teil des S1)ektrunis uber das $!ism- spektrum lagert und von drr gluhenderi Kathode herriilirt, gegeniiher den Interferenzstreifen stiirker liervortritt untl die Tnterferenzerscheinungen hchlechter erkenuen liilk

Spalte 1 iler Tabelle #it die n’ellrnliinge der betreflenden Liiiicw in BE au, Spalte 2 den l’oleffekt hei 0,lX Amp., Spalte 3 bei 0,5 dni l i . ebenfalls in BE: an. I\riihreud sich die Kathode in den S p l t e n 2 und S iinterlialb der Anode befiudet, habe icli bei den c h i ersten Linien den Polrffekt auch fiir den Fall gepriift, daW tlie Katliode oberhalb der Anode liegt; da sicli die Werte der Spalte 3 behtiitigen, geniigt bei der Sorg- fytltigkeit der Messungen die Angahe nur dreier Linieu (S1). 4).


T a b e l l e 3 Poleffekte

1

4937 4920 4891 4872 4260 4299 5587 5616

Mittel :

0,18 Amp. Kath; unten

AE

0,015 0,014 0,015 0,012 0,010 0,009 0,022 0,021

___-__ -

0,0148

0,5 Amp. Kath; unten

AE

0,013 0,014

~ _ _ _ ___--

0,012 0,012 0,011 0,010 0,023 0,020

~~~-

0,0144

0,5 Amp. Kath. oben

;iE _____ - ____ -

0,013 0,014 0,013

- - - - ~-~

6 Amp. Babcock

1 E

0,015

0,012 0,012 0,009

0,022

- ~~

0,014

0,013

0,024

0,0151 (0,0165)

~- -___

Die Hogenliinge betrug in allen FF'Bllen 2l/, inni, die Betriebs- spannung 480 Volt; die Klemmenfipannungnenfipannung am Bogen betrug in der 2. Spalte 161, in der 3. und 4. Spalte 86 Volt; die Bathodifiche Osgtlkugel (vgl. S. 579) arar so groB, dalj der iiufiere Brennfleck geratde suf ihr Platz hatte, und hatte in Spalte 2 einen Durchmesser vou 1,4 nim, in Spalte 3 und 4 einen solchen yon 1,5 mni; die anodische Oxydkugel war ini ersten Falle (Six 2) 3,0 mni, im zweiten (Sp. 3) 3,6 mni, im dritten (81). 4) 2,4 imi groM. In der untersten Zeile (9)ist fur die heiden Spalten 2 und 3 dcr niittlere Poleffekt aller 8 Linien angegeben. In Spalte 5 bind eiidlich Zuni Yergleich die Poleffektaerte clcr ,John Babcockschen Tabelle angegeben, d. h. die ~ellenl~Iigenunterscli iede zwischen dein kathodischen Bogen- teil und der Bogrnrnitte eines 6 mm 6 Amp.-Eisenbogens in der von P fund *O) eingefiihrteri Form; der tatsiichliche Pol- effekt d i e m Eisenhogens ist nacli J o h n und Babcocks) uin etwa 10 hiiEier anxusetzen, da die Bogenmitte des 6 mni- Bogens noch nicht ~ollkonimen frei von Poleffekt ist; unter Zeile 9, die wieder den niittleren Poleffekt aller 8 Linien gibt, ist der korrigierte Wert eingeklaniiiiert angegeben.

An Hand dieser Tahelle erkennt man zuniichst, daB der Polefiekt bei dem Eisenbogen unterhalb von 1 Amp. unab- hiingig davon ist, ob sicli die Kathode unterhalb (Sp. 3) oder oberhalb (Sp. 4) der Anode hefindet, iin Gegensatz zu den Beobachtungen von J o h n und Babcock3) , die beim Inter- nationaleu Bogen yon 6 mni 6 Amp. im ersten Falle eineii


l/,mal griiBeren l'oleffekt als im zweiten Falle finden. Miig- hcherweise hiingt dieser Widerspruch zwischen unseren Beoh- achtungrn mit den verschiedenen Versuchsbedingungen in1 Bogen zusaiiinien, etwa mit der grofleren Betriehsspannung, der grofleren StabilitAt oder der unvergleichlich kleinerrn ,4nodenverdanipfung in den1 yon mir untersuchten Eisenbogen gegenuber dem Internationalen Bogen. Der Vergleicli der Spalten 2 und 3 ergibt ferner, daB die Poleifekte bei den beiden Stronistiirken von 0,18 und 0,5 Amp. innerhalh cler Grenzen der MeBfehler niiteinander ubereinstimmen; reduziert man die FehlergrenAe dadurch, daB man iiher alle 8 Linien das Mitt+ bildet (Zeile 9), so erhiilt inan eine auf 0,4. A E genaue Ubereinstimmung. Der Poleffekt ist also in dem Stroni- stiirkebereich von 0,18-0,5 Amp. als konstant anzusehen. Der Verglrich der Spalten 2 und 3 niit der Spalte 5 zeigt endlich, dal3 der Poleffekt hei den ldeiuen Stronistiirken von 0,lX und 0,5 .hip. den gleichen Wert besitzt wie bei einrni 6 Amp-Eisenhogen von Pfundeo); er stininit mit den Rer ten der Spalte 5 auf +. AE tiherein und ist auch noch als praktisch gleich dem korrigierten, unter Zeile 9 eingeklaniuierten Wei-t anzusrhen. Die Unabhiingigkeit des l'oleffekts ron der Strornstiirke scheint sich demnach auch noch in deni Bereich zwischen 0,lS und 6 A h l J . zu 'uestBtigen. Auch zwischen den Poleffektwerteri im Internationaleb Bogen (6 Amp.) und..deni Eisenbogen kleiner Stromstiirken besteht noch solange Uber- einstiinniung, als sich die Kathoden oherhalb der L4noden he- finden. Jedoch weichen die Poleffekte dieser heiden Bogen recht betriichtlich roneinander ah, wenn sich die Kathoden unterhalb der Anoden befinden; wie bereits auf der vorigen Seite besprochen, ist in diesem Falle der Poleffekt iui Inter- nationalen Rogen '/, ma1 grorjer als im ersten Falle, wahrend hingegen tier Poleffekt heirn Eisenhogen kleiner Stroilistiirken seinen Wert heilrehiilt. Ehe nicht aufgekliirt ist, weshalh der Poleffekt iin Internationalen Bogen hei verschiedener Lage der Kathode verschiedene Werte hesitzt, liiflt sich eine sichere Aussage iiher die Abhiingigkeit des Poleffekts von der Strom- stiirke in dern Rereich von 0:15-6 Amp. nicht machen.

Es sei schlieBlich noch auf die Linienverbreiterung a11 cler Xathode eingegangen, welclie im Kathodenbiifichel alb: Begleiterscheinung. der Poleffektverschiebung auftritt. Geht niau voii der positiven Siiule zum Kathodenbuschel uher, so xeigt sich bei den c- und d-Linien gleichzeitig rnit der T'erschiebung des Intensitiitsmaximums eine starke Linien- verbreiterung, und zwar nehmen Linienverschiebung und Liuien-


verbreiternng l)ei Annii!ierimg an die Kathode ganz gleich- iiiiiWig zu; bei deri a - uncl b-Linien dagegen, die keine Pol- cffelrtverschiebung zeigen, ist aucli keine nierkliche Verbreite- rung siclitbar. Gelit 111a11 clann weiter voni Kathodenbiischel zuni E’unkenliniengebiet i i l ) ~ , so tr i t t pliitzlich eine besonders btarke Linienverbreiternng anf , und zwar bei allen Linien, aucli bei den a - lint1 6-Tinien. An der Stclle des Funken- liniengebietes wird ein hcliirialer Strcifen h siclitbar, tier das Interfererizbild quer durchzieht (in allen ,4hbildungen der Figg. 6 und 7 bichtbar), d. 11. die Linienbreite i P t hier 2 der (:riiBe rles Diq)erbiorihgehjetes, also 2 0,l AE. Rei der he- nutzten Plattentlicke w n 10 i i m erkennt man die pliitzliche htarke Zunahirie tier Linienbreite iiri Funkenliniengebiet be- sunders deutlicli ail den b - Linien, bei denen die Linienbreite ini Xathodenbiiscliel jm T’erh%ltnis zur Linienbreite der c- und d-Linien noch gering ist iind nur etwa die Hiilfte des Dis- persionsgebietes eiriniiiiint. Die Eigenhchaft cler Linien- verbreiternng teilt das Ehnkeriliniengehiet iiiit c h i gewiihn- lichen Funken, der ebenfalls eirie griiMere Liiiienhreite aufweist als ein gywGh1iclier Rogen. Myahrscheinlich ist die Linienver~)r,reitrruIi~ auch in1 Fuiikenlinicngebiet , ebenso M ie heim grn ijhnliclion Furikeri 22) odci- brim E(athodenhiibchc.1, noch niit einer Yerscliica1)ung des I ~ ~ t e n s i t ~ ~ t s ~ ~ i a ~ i m u n i s ver- bnnden. Lritirr lronntr i d i bei der beiiutzten Versuchs- anorclnung die Lage des lntensit~ttsmaxiniui~is nicht iuessen; hierzn rriiiWte uiun znniiclist cline tliinnere Interferenzplatte init entsprechend griiflerein T)isl)ersionsgebiet benutzen; auWer- clrin wiire bei AljMdiing des Sogens in dcr Bildeltene der lnterferenzstreifrn (rgl. S. 5 76) eine styirkere TergrbWerung ratsani, xnmal da wahrsclieinlicli aucli in1 Funkenliniengebiet sich die MTelle~il~nge in Biclitung der Bogenachse noch iindert. >Ian hat deri E~indruck, als ob in dem ~i~nkeIil iniengehiet der Hauptsitz des Poleiiekts ist , welcher iiii Kathodenbiischel all- niiihlich his auf 0 zuriickgeht.

8, Anode

-111 der Anotlr des F:iwnl)opens ist bei den hier unter- bucliten Strormtiirken untrrlialb von 1 Anip. kein PolefYekt iiielir nachwisbar, \\ icl l)eispielsr\-ei~r die Abb. 4a und 4b der Fig. 6 fiir die L i n k 4957 urid die Stronistrirke 0,5 L l n ~ p er- lrennen lassen (hhl). 4 :I : elektrischer Tektor I Rogenachse, Abb. 41): elektrischer Vektor 11 Bogenachse; 1)etreEs der Be- zeichnungen clerRogrnteile b, g, 2 vgLErliiuterung anf 8.583 u. 586).


Ks sclieint deninach kein solell inniger Zuhaninienhang zwischen Poleffekt iind Helligkeit cler Stralilung Z I X be- stelien, )vie G a l e und TVhitney’) liehaupten; denn sonst miiWte an der Anode des Eisenhogens kleiner Stromst&rkeu ein PoleEekt in1 Sinne erniedrigten Di-uckes, d. h. bei den d-Linien eine Poleffektverschiebung nach Yiolett auftreteu (vgl. S. 570), da die Helligkeit des Sl’ektrums bei Anniihe- rung an die Anode betriichtlich ahniinrnt. Wahrseheinlicli @ngt das Terschn inden des anodischen Poleffekts heini Uhergang von den inittleren Stroinstarken uiehrerer Aiiipere zu den kleinen. Stromstirken unterhalb von 1 Aiiip. iiiit der gleichzeitigen L4nderimg der Endladungsfornl zusamnien, etwa niit tlem dufhiiren der ,IuodenverdanipfunX oder &in Ver- scll~viiiden der Eisenfunken1i;flielITien (vgl. S. 574). Der hier he- schriebene Fall hat groWe Ahulichkeit niit der Beohaclitung yon ,John und B a l ~ c o c k ~ ) , die bei eineni 6 Amp-Eisenhogen an der Kathotle keinen Poleffekt inehr auffinden lronnten, wenn statt der gewiilinlich heuntzteii Eisenkathode eine Kohle- kathode ver\i enctet nnd der Eisendanipf allein durch die Anode erzeugt J) urde, ohgleich die Helligkeitszunahnle hei Axmiherung in die Kohlekathode die gleiche war wie bei einer Eisen- kathode. , John uud B a b c o c k deuteten diese Tatsache so, da13 nur diejenigen ,%tome einen Poleffekt aufweihen, die von der Kathode selhst ausgesandt werden. Xir scheint jedoch T o r alleiii das gleichzeitige T’erschwinden von Poleffekt und Fumkenlinien von besonderer Wichtigkeit zu sein , zuinal da der kathodische I’oleffekt scheinhar gerade iin Funkenlinien- gebiet den griiBteu T e r t besitzt (vgl. S. 592’1. Dairiit s t h d e der I’oleifekt in enger Terbindung oder gar in dhhiingigkeit von der Ionendichte, N elche dhhiingigkeit im Sinne des inter- molekularrn Starkeifekts gedentet werden kann. Die GriiSr des dnodenfalleci allein kann fur den anodischen I’oleffekt nicht bestiiiiniend sein, cia nacli Bail d e r e t 01) der Anodeidill bei den kleinen Stroinstiirken griiBer ist als bei den iuittleren Stronlst:irkrn.

Teil I l b

GesetzmSEBigkeit des Poleffekts der Eisenlinien der Druckklasse d

In der Literatur wird vielfach behauptet”), daB der Pol- effekt einer Eisenlinie (in Wellenzahlen v = - gemessen) ab- liiingt von der Teriiisuiiinie, d. h. von der Suniiiie iler Zahlen- werte clerjenigeu beiden Teriiie, durch deren Kombination die

l I

594 AnnaZen der Physik. 5. FoZge. Band 15. 1932

betreffende Linie entsteht. Diese Beziehung fand Catalai142) zungchst fur den Druckeffekt des Eisens an Hand der Mes- sungen von Ga le und 9dams1*). Sie stellt die Verbindung her Lwischen den verschiedenen Druckklassen a, b , c, d und ermiiglicht es sogar, die GriiSe der beiden Terme einer Linie zu bestimmen, wenn ihr Druckeffekt bekannt ist.42) Sie nurde zuniichst nur an verhhltnismhfiig wenig Linien, z. B. nur an i Multipletts der Druclrklasse d gefuntlen, doch wird der Glaixbe an die strenge und allgelrieine Giiltigkeit dieser Beziehung dadurch selir gefestigt, daS C a ta l s i i tatskhlich ein bisher un- bekanntes Multiplett in die Skala der TerrngriiWen einordnen konnte. Buf Grund tier grofien Parallelitiit zwischen delri Pol- effekt und dem von Ga le untl Adams geniessenen Druckeffekt wird nun von eiriigen A ~ t o r e n ~ ~ ) dieses Catalaiische Gesetz auf den Poleffekt des Eibens iihertragen, ohne daS bisher an den Poleffektinessungen des Eisens selbst die Giiltigkeit dieses Gesetzes nachgepriift .ivorden wiire.

a) Beziehung des Poleffekts zur TermgriiPe

Irii folgenden wirti nun die GesetzniiiAigkeit des Poleffekts der d-Linien des Eisens eingehend untersucht unter Zugrunde- legung der Poleffebtniessungen yon J o h n und Babcockz), die bich vor alleni durch die groSe Zahl der untersuchten Eisen- linien auszeichen - die von niir am Eisenbogen kleiner Stromstkrken gefundenen I’oleffekte stimmen ubrigens mit den Ter ten von J o h n und Babcock iiberein, eignen sich aber wegen der geringen Linienzahl nicht zu einer Kachprufung der Gesetzmafiigkeit des Poleffekts. -

Von den von J o h n und Babcock untersuchten d-Linien des Eisens sintl dank der Bemiihungen von Walters44), L a p o r t e 45), Gi e s e l e r und G r o tri a n 9, Me gg er s “3, Russe l 48)

und B u r n s und W a l t e r ~ ~ ~ ) hereits 120 Linien eingeordnet. Die betreffenden 18 Multipletts sind rriit den fur die folgende Untersuchung wichtigeu Daten in Tab. 4 zufiainmengestellt. Die Terinhe!aeichlrnngen der Spalte 1 sind der Arbeit yon B u r n s und M7alters4g) entnomnien, ivelche die neuesten Er- gebnisse in der Erforschung der GesetzmSiBigkeit des Eisen- spektrums enthhlt. In Spalte 2 ist angegeben, welcher Bruch- teil aller zu eineni Multiplett gehiirenden Linien von J o h n und Babcock*) gernessen wurde. In Spalte 3 ist die niittlere

Wellenzahl ii = 7, in Spalte 4 die niittlere Termsumme - 1 .

__- 9 = we+ we (Definition der Termsumme, vgl. S. 593) und in

31. Adam. Der Poleffekt des Eisens 595

Spalte 5 der mittlere Poleffekt eines Multipletts in Wellen- xahlen verzeichnet. Dabei ist unter der mittleren Verschiebung, TernigroBe USN-. das arithnietische Mittel der betreffenden GriiBen iiber alle von J o h n und Babcockz) gemessenen Linien dieses Multipletts zu verstehen. Betreffs der Spalte 4 ist zu hernerken, daW fur den Grundterm a 5 D die TermgriiWe 0 an- gesetzt worden ist (vgl. Burns und W a l t e r ~ ~ ~ ) . ) Spalte 6 gibt fur ein jedes Multiplett die grijBte von allen Abweichungen an, welche zwischen den Poleffektwerten der einzelnen Linien dieses Multipletts und deni entsprechenden, in Spalte 5 ver- zeichrieten niittleren Poleffekt vorkonimen. Spalte 7 sol1 einen Anhaltspunkt fur die Genauigkeit gehen, mit der die mittleren Poleffekte der einzelnen Multipletts festgestellt sind. Bei den erstrn beiden Multipletts, bei denen alle Linien gernessen sind, ist diese Genauigkeit ausschliefilich durch die MeBgenauigkeit der Poleffekte der Einzellinien bestimmt und ist zu 0,45. 10-3;1E angenommen. Bei jedem anderen Multiplett entsteht eine weitere Vnsicherheit dadurch, dafi nur ein Teil seiner Linien geniessen ist; sie i q t uni so groBer, je weniger Linien eines Multipletts gernessen sind und je mehr die Poleflekte der einzelnen Linieri des Multipletts voneinander abweichen. Um ein Ma8 fur diese letzte Ungenauigkeit zu erhalten, nahm ich an, daA alle nicht geniessenen Linien eines Multipletts den gleichen, von den1 mittleren Poleffekt urn den Betrag der Spalte 6 abweichenden Wert Lesitzen, bildete iiber alle Linien - die geniessenen und die angenomnienen - das arithrnetische Mittel und subtrahierte den so erhaltenen neuen mittleren Poleffekt voii dem alten der Spalte 5. Die sornit gefundene Iingenauigkeit ist ini allgenieinen erheblich groDer als die ohengenannte, welche von der MeWgenauigkeit der einzelnen Linien abhangt und zu 0,45. 10-5 AE angenomnien wurde, und ist nur bei 3 Multipletts kleiner, bei denen der Poleffekt nur einer Linie unbekannt ist. Es N u d e in Spalte 7 stets der X e r t der jeweils gr6Beren Ungenauigkeit Ton beiden angegeben. Betreffs der Spalte 8 und 9 vgl. S. 603.

Auf eine Untersuchung der e-Linien muBte ich leider verzichten; von den von J o h n und Babcock2) gemessenen Linien der Druckklasse e sind bisher erst 20 Linien eingeordnet, so daB riiir eine Priifung der GesetzmaWigkeit dieser Linien noch verfruht erschien, Beiliiufig ist betreffs der einleitenden dusfuhrungen auf S. 594 nachzutragen, daB man aus der Analogie zwischen Poleffekt und Druckeffekt hiichstens auf die Gultigkeit des Catalaiischen Gesetzes fur den Poleffekt der d-Linien, nicht fur den der e-Linien schlieben durfte;


denn C a t a l a i i h:ttte bei der Auffindung seines Gesetzes nur Linien der Dnickklassen a-d, dagegen keine Linien der Druck- klasse e beriicksichtigt.

T a b e l l e 4

2

%l.

15 15 9 9 12 13 11 12 8 9 10 12 8 12 9 12

~-

-

-

-

-

-

-

" - 12 5 12 5 13 2 8 '4 6 3 6 3 7 2 7 2 8 2 8

-

-

-

-

-

-

-

-

-

- -~

3 c . l o - 3

20,29

- ~-

19,2R

23,64

18,95

15,S6

17,87

21,51

18,21

17,59

24,64

20,07

22,60

16,!)2

17,56

l6,73

18,19

'21,94

20,17

4 5 . 1 0 - 9

66,4

67,4

~- - --

63,O

71,5

74,7

72,6

74,l

85,5

86,O

79,l

74,5

81,4

S0,l

S6,l

s0,2

86,1

74, l

84,l

- 5

Av*108 beob.

5,51

-

_ _ . _

7,97

5,12

6,14

4,43

6,90

5,78

5,59

5,90

4,62

8,61

4,07

8,41

3,11

6,66

5,99

3,82

7,40

-- 6

max. Tdv.10s

1,59

3,73

- _-

1,48

1,22

0,71

1,85

0,81

4,04

3,62

0,88

1,74

2,00

3,73

2,75

I,%

1,36

1,93

0,05

-~

7 sdv 102

0,19

0,18

- _.

0,25

0,16

0,11

0,25

0,21

1,01

1,51

0,51

1 ,oli

1,50

1,24

1,35

0,94

0,97

1,44

(0)

- 8

ber.

5,91

8,10

4,96

6,29

4,51

6,62

5,56

- Av * 10% _ _ _ _

6,49

6,67

4,68

5,97

2,63

6,86

6,68

6,91

6,50

5,44

5,94

9 eob.-ber.

.lo'

0,10

0,13

0,16

0,15

0,08

0,28

0,22

0,99

0,77

0,16

2,64

1 4 4

1,55

0,97

0,35

0,61

1,62

1,46

M . Adam. Der Poleffekt des Eisens

a) Termsumme

1. Ca t a 1 a k aches Gesetz

597

Uni nun die Gultigkeit des Catalahschen Gesetzes fur den Poleffekt der a-Linien des Eisens zu prufen, ist in Fig. 8 der mittlere Poleffekt 2; eines Multipletts (Spalte 5 der Tab. 4) in Abhangigkeit von der mittleren Termsumme c, (Spalte 4 der Tab. 4) aufgetragen. Es ergibt sich, daB zwar fur eine be- stinimte ,4uswahl von Multipletts das Catalahsche Gesetz fur den Poleffekt der d-Linien innerhalb der Fehlergrenze 3' du (Spalte 7 der Tab. 4) erfullt ist, z. R. fiir alle auf der Geraden I , fur alle auf der Geraden I I usw. liegenden Multipletts, jedoch nicht allgeniein fur alle Multipletts cier Tab. 4 gilt. Auf eine gemeinsame Kurve lassen sich die 18 Multipletts der Tab. 4

Fig. 8. Poleffekt

nicht innerhalb der Fehlergrenze beziehen; die Parallelen I I und I I I haben z. B. von der Parallelen 1 einen Abstand von 1,3 bzw. 3,4. 1W2 cni-l, waihrend nach Spalte 7 der Tab. 4 fiir die auf der Geraden fl bzw. I I I liegenden Multipletts im Hochstfalle eine Fehlergrenze von nur 6 % 0,97 . loa2 cm-l (Multiplett a3P"-cCD)bzw. 1,51. 10-2cm-1(Multiplett b 5F*-~5D) zuliissig ist.

2. Verallgemeinertes Cat a1 a h sches Gesetz

Auch die neuen Druckeffektmessungen von B a b c o c k 17), die sich vor den alten Druckeffektmessungen von G a l e und ,4 d a m s 18) durch griiBere Genauigkeit und eine grofiere Zahl zur untersuchten Linien auszeichnen, lassen sich in Beziehung der Termsunime setzen; und zwar ergibt eine kleine Umrech- nung des von Bah co ck 17) selbst angegebenen Gesetzes, dal3 m a r nicht wie bei C a t a l a h der absolute Druckeffekt A T , wohl

Annslen der Physik. 5. Folge. 15. 39

598 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 15. 1932 __

aber der relative Druckeffekt d v/v von der Tennsumme abh2ngt. Es liegt nun die Verirtutung nahe, daki dies neue Gesetz die allgerneinere Form des ursprunglichen C: a t a l a ii schen Gesetzes darstellt; und es erscheint daher wunschenswert, auch die Giiltigkeit dieses allgemeinen C: a t a la i i schen Gefietzes fur den Poleffekt zu prufen, zuual hierniit die Hoffnung verhunden ist, den Poleffekt ebenso u-ie den Druckeffekt fur die Einord- nung der Linien in ein Termscheina fruchtbar zu machen.

Es sei zunkhst die erwiihnte Umrechnung des B a b c o ck- fichen Gesetzes in das verallgerrieinerte Ca t alaiische Gesetz wiedergegeben. Rab co ck findet zungchst, daW der mittlere Druckeffekt eines Eisenrnultipletts sich entsprechend dem Bi tzschen Prinzip clarstellen laBt als Differenz der beiden Verschiebungen, die der niittlere Anfangs- und der mittlere Endterrn einzeln erleiden, und die ihrerseits wieder quadratisch von der mittleren TernigrOBe abhangen nach den Gleichungen

- - A ve,a = a ve,u ' + b * ve, a

__

_- - __ (1)

(1 a) ve,a = A * v,,u a + B * ye,, 9

deren erste Gleichung fur alle Terme des Quintett- und des Septettsystems gilt, deren z~ eite Gleichung dagegen fur alle Tripletterme gilt. Dies Gesetz ergibt aber, daW der mittlere Poleffekt eines Multipletts, das z. B. durch Kombination zweier Tripletterme entsteht, gegeben ist durch die Gleichung - - ~ d v = A v a - Ave= + Be<) - (A*<'+ Be<)

- ~ - - - (praktisch + ve = 2' Y; va - we = v)

aus der durch Division durch 5 die SchluBgleichung

hervorgeht. Ebenso erhlilt man far den Druckeffekt aller der- jenigen Multipletts, die durch Kombination von Quintett- oder Septetterinen entstehen, die entsprechende Gleichung

Fur I\fultipletts, die sich durch Kombination eines Triplett- und eines Quintetternis ergeben, wurde sich aus dern Babcock-


schen Gesetz keine solche einfache Beziehung zxischen Druck- effekt und Ternisunime ergeben. d u s Fig. 9 ist z. B. ersicht- lich, nit u-elcher Genauigkeit das verallgemeinerte C a t alait -

Fig. 9. DruckeEekt

sche Gesetz fur den Babcockschen Druckeffekt der Eisen- linien des Quintett- und Septettsystems [Gl. (l)] erfiillt ist; ttls Ordinate ist fur die betreffenden Multipletts der mittlere relative Druckeffekt A v/v , wie er sich aus der B a b cock schen Tabelle 17) berechnet, aufgetragen und als Abszisse die niittlere

Termsumme >. Auf diese Figur komme ich spater S. 605 noch zuriick.

Jedoch auch dies verallgemeinerte C a ta la i i sche Gesetx besitzt fur den Poleffekt keine Allgemeingiiltigkeit, wie die Fig. 10 deutlich zeigt. In dieser Figur ist als Ordinate die mittlere relative Polversehiebung d 2r/u - die mit den Quo- tienten der Spalten 5 und 3 der Tab. 4, S. 596 zusarnmen-

39 *

_ _ _

600 Anlzalen der Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

f kllt - und als Abszisse die mittlere Termsumme aufgetragen; die Multipletts, die durch Kombination von Triplett- und Quintettermen entstehen, sind in der Figur eingeklammert, da sie nach den Ausfiihrungen des vorigen Abschnittes auch beim Druckeffekt den1 verallgenieinerten C a t a1 a ii schen Gesetz nicht genugen. Es ergibt sidl dabei ein ganz ahnliches Bild wie in Fig. 8, S. 597, nur ist der Ahstand zwischen den Parallelen I1 bzw. 111 und der Parallelen I - in absoluten Verschiebungen ausgedruckt - noch griiWer als in der Fig. 8; er entspricht einer absoluten Polversehiebung A v von 2 bzw. 5. lo-* cm-l

Der Poleff'ekt der d-Linien des Eisens gehorcht also dem Cat a1 a ii schen Gesetz iveder in der urspriinglichen noch in der verallgeineinerten Form iind kann nicht, wie nach Cat a lah oder Babcock der DruckeRekt, zur Einordnung der Multi- pletts in die Skala der TerrrigriiWen herangezogen werden.

__ (dv = d v / v . 5 ) .

8, W e l l e n z a h l

Erst die Unt,ersuchung der Abhiingigkeit des Poleffekts von dcr Wellenza.hl ergab nunmehr die wahre GesetzmtiBigkeit. - l l V 4

I 75 20

Fig. 11. GesetzmLBigkeit des Poleffekts

Diese Abhiingigkeit des Puleffekts Ton der Wellenzahl erkennt man aus der Fig. 11, in der die rnittlere absolute Polverschie- bung nach der Ordinatenachse, die mittlere TX7ellenzahl 5 nach der Abszissenachse aufgetragen ist. 16 der in Tab. 4 8. 596 angegebenen Multipletts (Gruppe I) liegen auf der gegen die Abszissenachse schwach geneigten Geraden I, die durch die Gleichung

(3) d u . lo2 = 0,282 - 5. ~

- 1465

M , Adam. Der Polejjekt des Eisens 601 ~ - -

(3a) A v . 1 0 2 = 0 , 2 5 2 . ~ ~ . 1 0 - ~ - 0 , 2 8 2 . ~ ~ . 1 0 - ~ - 11,65

dargestellt wird. Nur die Multipletts a IP*-a 7D und a 5F*-b5 D (Gruppe 11) weichen von dieser Geraden stiirker ab (um 1,76 bzw. 2,72 I 10-2 cm-I), als nach Spalte 7 der Tab. 4 8. 596 zulassig ist ; die durch sie bestimmte Gerade I1 hat die Gleichung

(4) d v . 1 0 2 = - 1,03.V. l od3+ 11,89. __

Die Gl. (3a) ware etwa so zu deuten, daB der niittlere Poleffekt eines Multipletts der Gruppe I zusammengesetzt ist aus einem fur alle Multipletts gleichen Polefiekt (- 11,65. 10-2cni-1) und aus den der mittleren TermgroBe proportionalen Ver- schiebungen der beiden kombinierenden Terme (0,282. va . lop5 bzw. 0,282 .<. 10-5). Die Multipletts der Gruppe I1 haben die gleichen Anfangsterme*) wie die der Gruppe I, man niuBte ihren Polefiekt also in der Form

-

- - - A v. 1 0 2 = 0,282. g o . 10-3 - a . ve. 10-3 + b

schreiben, wenn man ilin in gleicher UTeise deuten uill wie den Polefiekt der Multipletts der Gruppe I. Die beiden Kon- stanten a und b dieser Gleichung berechnen sich aus den niittleren Poleffekten 07 und 0% der beiden Multipletts der Gruppe I1 zu

- ._ _ _ 0,282 (yGL - Y.,) - ( A v1 - A v2) - los

= - 0,560, _ _ ~ _ a = - __ e i ea v - v

- b = d. 1 0 2 - 0,282. .;. 10-3 + 10-3 = - 3 3 , ~ .

Statt - 0,560 kann man auch schreiben - 2 - 0,282, hat dann abrr den Wert b auf - 33,79 abzugndern, menn man den Poleffekt der beiden Multipletts auf 0,Ol. ern-l genan erhalten will. So ergibt sich die Gleichung

- - A V . lo'= 0,252. va. 1 0 ~ 3 - (- 2 ) . 0,252. 10-3- 33,79

= 0,282 (.;- (- 2) . <) . 10-3 - 3 3 ~ 9 .

*) Unter dem End- (bzw. Anfangs-)term einer Linie verstehe ich denjenigen Term, welcher dem End- (bzw. Anfangs )zustand des einit- tierenden Atoms entspricht; die sonst ubliche Bezeichnung Konstanter (bzw. Lauf-)Term hat bei Eisea keinen rechten Sinn, da von den verschiedenen Serien hochstens zwei, fur gewohnlich sogar nur ein Sericn- glied bekannt ist.


Die beiden G1. (3a) und (4a) ergehen nun den gleichen Wert der mittleren Polverschiebung fur den Endterm der GriiBe Y:= 26300 und lassen sich schreiben in der Form

A T - l o 2 = 0,282 (Y; (y- 26300). - 19,04

A T * l o 2 = 0,282 (?c (- 2) E- 26300). loF3) - 1S,96

(18,96 ist innerhalb der nach Spalte 7 der Tab. 4 S. 596 zu- liissigen Fehlergrenze = 19,04). Dabei stimmt der Wert -19,04 uberein mit der Summe - 0,252 - 45,2 - 6,30, so daB ich auch schreiben kann

5) du = 0,252.10-5 ((<- 45200) - (7- 26300))- 6,30. 10W2

(6) dv = 0,282

Den Konstanten 45200, 26300 und - 6,30. kommt dabei eine einfache Bedentung zu; sie stellen die GroBen des Anfangs- und Endterms sowie den Poleffekt des Multipletts a 5L)* - b jD dar. Letzterer wiederurn stimmt, miiglicherH eise zufallig, uberein mit dem 10-2-fachen Wert der in Wellen- zahlen ausgedriickten Ionisierungsspannung des Grundterms a 5D des neutralen Eisenatonis, die nach der neuesten Arbeit von Russell") 7,s Volt = 1,234 - 6,30 cm-I betriigt. Denkt man endlich die Verschiebung A> entsprechend dem Ri tz - schen Prinzip als Differene der Verschiebungen von dnfangs- und Endterm und setzt

Av = d v , - d v , und -6,30.10-2=dv,H-Avea,

((<-45200) - (- 2) (<- 26300)) - 6,30.

~- ~- _. ~ ~

so ergeben sich die SchluDgleichimgen _ _ ~ (d wa - d we) = A I I , + 0,282 (.a- 45200) -

H

- (A veXI + 0,282 (<- 26300) - , (7) 1 (8) [ - -

( A va - A we) = Ax + 0,282 (vT- 45200) loB5

- ( A x - 2.0,282 (ie- 26300). , ~~

wobei d vaH- d Y, = - 6,30 - Berechnet wurcle die G1. (6) nur mit Hilfe der beiden

Multipletts a 5P*- b 5D und a lP* - a 7D, jedoch gilt sie auch noch fur das Multiplett a 5Y* - c jD; die Multipletts a 3P* -a 30

crn-' ist. €1


und a jP* - c 5D hingegen uriterliegen dem gleichen Gesetz G1. (5) wie die Multipletts, die durch Kombination von D- und F-Termen entstehen.

Bezeichne ich nun den Term a5D* von der GroBe <= 26,3. lo3 cm-l und der Verschiebung B veH als Hauptterm aller Endterme oder, was das gleiche ist, aller gestrichenen Terme, sowie den Term b von der GroBe vT= 45,2. lo3 cm-l und der Verschiebung d vaH als Hauptterm aller ungestrichenen Terme (Anfangsterme), so laBt sich das durch die GI. (7) und (8) dargestellte Gesetz folgendermaBen formulieren:

Der mitt lere Poleffekt eines xur Druckklasse d gehorenden Multipletts dcs Eisens ist entsprechend dem Bit xschen Prinxip gleich der Differenx zweier Verschiebungen, die dern mittleren Anfangs- und Endterm einzeln zukommen. Die Verschiebung eines Terms wiederum setxt sich zusammen aus der Ver- schiebung des xugehorigen Haupiterms und einer Verschiebung, d ie proportional ist seiner Entfernung von dem betreffenden Hauptterm. Dabei ist die Verschiebung eines IP- und eines 5P-Ter.ms doppelt so grop und uon entgegengesetxtem Vor- xeichen wie diejenige eines D-, F- oder Triplett-P-Terms von gleicher Termgrope.

Aus den Spalten 8 und 9 der Tab. 4, S. 596 ist nun er- sichtlich, mit welcher Genauigkeit die G1. (5) und (6) von dem niittleren Poleffekt der einzelnen Multipletts erfiillt sjnd. In Spalte 8 ist der mittlere Poleffekt augegeben, wie er sich aus den G1. (5) bzw. (6) berechnet, und in Spalte 9 die Abweichung climes Wertes von dem beobachteten der Spalte 5. Wie der Vergleich der letzten Spalte 9 niit der Spalte 7 zeigt, stimmen die beobachteten und berechneten Werte innerhalb der zu- lassigen Fehlergreiize miteinander iiberein. Eine sfirkere Abweichung zwischen beobachtetem und berechnetem Wert zeigt nur das Multiplett a SF*- b 5F: bei dem jedoch der Pol- effekt yon noch 8 Linien unbekannt ist; nur eine Untersuchung dieser fehlenden 8 Linien konnte AufschluB dariiber geben, ob das genannte Multiplett tatskchlich eine Ausnahme von dem gefundenen Gesetz bildet.

__

-

y) PoIef fekt u n d Druckeffekt Ein wesentlicher Unterschied zwischen Poleffekt und Druck-

effekt besteht nach B a b co ck 17) darin, daB beim Druckeffekt die e-Linien ebenso wie die d-Linien nach Rot verschoben erscheinen, wahrend die e-Linien beim Poleffekt Violettver-


schiebungen zeigen (vgl. S. 568). Ein deutlicher Unterschied zeigt sich nun auch bei den d-Linien, wenn man beide Effekte hinsichtlich ihrer Abhangigkeit von der Wellenzahl miteinander vergleicht.

In Fig. 12 ist unter Zugrundelegung der B a b ~ o c k s c h e n l ~ ) Messungen fur die Multipletts der Druckklasse d - die mit Kreuzen bezeichneten Punkte - der rriittlere Druckeffekt 2; eines jedenMultipletts in Richtung der Ordinatenachse, diemittlere

70 " " - 0 0 e

I I I

Fig. 12. GesetzmiiBigkeit des Druckeffekts

* - 15 20 25703~m - 7 Y

M'ellenzahl 5 in Riclitung der ilbszissenachse aufgetragen. Es ergibt sich, daW der mittlere Druckeffekt dieser Multipletts linear von der Wellenzahl abhkngt nach der Gleichung

.__

d 'V * 103 = - 0,67 * 5 * 10-3 - 8,0, (9) - - -

(9 a) - (-) 0,67 . ve - lop3 - S,0 . Verglcicht iiian diese Figur nun niit der Fig. 11, S. 600,

so fiillt zuniichst aid, daW die Multipletts a 5P* - b 5D und a ?P* - aT D lreini Druckeffekt keine Sonderstellung nitlhr ein- nrhnien wie beiiii Poleffekt, sonderu sich den1 gleichen Gesetz einordnen I\ ie die iibrigen Multipletts. Nimnit inan diese beiden Multipletts zuu;ic.list aus, so rrgibt sich ferner, claB zwar eine geuime Parallelitiit zwischeri Poleffeld und Druckcffekt insofern vorhanden ist, als heide linear yon der Wellenzahl abhiingen, da13 sher beini IIr~1ckc4fekt die Linienverschiebung niit zu- riehniender M'ellenzahl steigt, I\ ahrend sie brim Poleffekt fzllt. Der Untcrschieti zwischeu Poleffekt und Druckeffekt druckt sich in den Gl. (3) und (9) durch das verschiedene Vorzeichen des Faktors von T , ebenso in den G1. (3a) und (9a) durch das mrschiedene T'orzeichcn dch Yaktors der TermgroBen < und

d 21. lo1 = - Q,67 . va.

M. Adam. Der Poleffekt des Eisens 605

aus ; miiglicherweise hiingt dieser Vorzeichenunterschied in irgendeiner Weise mit demjenigen bei den e-Linien zusanimen, be1 denen die Gesamtverschiebung einer jeden Linie be iu Poleffekt das entgegengesetzte Vorzeichen aufweist wie beim Druckeffekt (1761. S. 603). Bei den Multipletts a 5P* - b 5D und a7P*- a7D nininit dagegen der Pokffekt ebenso wie der Druckeffekt mit steigender Wellenzahl zu [Gl. (4) und (9)], und auch in den G1. (4a) und (9a) stimmen die Vorzeichen des Fak- tors von 7 des P-Terms miteinander uberein; bei diesen beiden Multipletts scheint also im Gegensatz zu den ubrigen Multi- pletts eine Parallelitiit zwischen Poleffekt und Druckeffekt zu bestehen.

Triigt man in Fig. 12 auBer den d-Linien noch die von Babcockl ' ) gemessenen a-Linien ein - die durch Kreise bezeichnet Bind - so wird ein neuer Zusanimenhang mischen den Druckeffekten der beiden Druckklassen a und d aufgedeckt. Der Druckeffekt der zur Druckklasse a gehorenden Multipletts erweist sich niimlich nach dieser Figur ah konstant, und zJvar auffallenderweise gleich den1 von 3 freien Glied der GI. (9), die fur den Druckeffekt der Multipletts der Druck- klasse d gilt. Man kann also den Druckeffekt auch so deuten, dab zu einem fiir alle Linien der Druckklassen a und d gleichen Druckeffekt bei den d-Linien noch Termverschiebungen des Anfangs- und Endternis hinzukommen, die der TermgriiBe proportional sind. Nach den hisherigen Messungen scheint es nun so, als ob hei dieser neuen Deutung Theorie und Erfahrung hesser niiteinander ubereinstimmen als bei der Babcockschen Anffassung (S. 598); vgl. die Figg. 9, S. 599 und 12, S. 604. Besonders auffallend ist dies bei dem Multi- plett a5P - n 6X*. Wiihrend sich hei diesem Multiplett der Druckeffekt der beiden von B a b c o c k gemessenen Linien nur ULU 1.1CV cu1-l unterscheidet, muBte man fur die dritte nicht gemessene I h i e einen um 40 . cm-l groi3eren Druckeffekt annehnien , wenn der mittlere Druckeffekt d i e m Multipletts deui verallgerneinerten C a t a1 a ii schen und damit den1 B a b c o c k - schen Gesetz genugen sollte. Rei meiner Deutung dagegen wgre fiir die dritte Linie ein nur um 2 - cm-l kleinerer Druckeffekt erforderlich als hei den beiden geniemenen Linien, daniit der niittlere Druckeffekt den theoretischen ll'ert S. cm-l besitzt. Die Entscheidung daruber, ~velche von lwiden Auffassungen die richtige ist, kann erbt dann getroffen werden, 71 enn der mittlere Druckeffekt der Multipletts a 5P- a 5S*, a 6P- b 5D*, a 5 F * - ~ 5D, b 5D*- c 5D, b 5F*- c 5D, von denen bisher erst ein oder m e i Linien gemessen n-urden,

Anmerkung.


genauer bekannt ist. Sie ist nicht nur fiir die Theorie des Druckeffekts yon U'ichtigkeit, fiondern auch ails dem Grunde, weil von der ,411g.wneingiiltigkeit des B ah c o c k schen Gesetzes die Verwendbarkeit des Druckeffekts fiir die Einordnung der Multipletts in die Skala der Ternigriifien abhhg t (vgl. S. 595).

b) Abhiingigkeit des Poleffekts vom Seriencharakter der einaelnen Multipletta und seine Beziehung zum Starkeffekt

Von besonderer Wichtiglieit f iir die Theorie cles Poleffekts ist ferner eine Untersuchung der Beziehung des Poleffekts zuin Seriencharakter der einzelnen Linien und ein Vergleich dieser Beziehung mit den bekamten Gesetzen des Starkeffekts. Betrachtet man die in Tab. 4, S. 596 zusammengestellten Pol- effekte unter diesem Gesichtspunkt, so fallt zunachst auf, daS der iiber alle Linien eines Multipletts gemittelte Poleffekt innerhalb einrr Serie mit der Laufzahl abnimmt, beispielsweise der mittlera Poleffekt des Multipletts a5F*- b 5D grofier ist als der mittlere Poleffekt des Multipletts a 6F* - c 5D (Spalte 5 Tab. 4, S. 596). Diese Tatsache, die zuniichst in Widerspruch mit allen bisherigen Erfahrungen beim Stark- effekt zu stehen scheint , lifit sich lnit diesen Erfahrungen in Ein- klang bringen, wenn man - wie etwa beim Starkeffekt des Mn - annimmt, daB die Verschiebung des Endterms die des Anfangs- terms iiberwirgt; man erhiilt dann beim Poleffekt ebenso wio heim Starkeffekt eine Zunahme der Termverschiebung beim Ubergang voni niederen Zuni hiiheren Serienglied. Unter dieser Annahme folgt dann xeiter aus der Tab. 4, dai3 der Poleffekt der F-Terme, a5F" und a7F* z. B., groi3er ist als derjenige der D-Terme gleicher Gliednuninier a 5D* und a 'D* (Vergleich der Multipletts a 6L)" - b &D rnit a SF* - b 5D und a 7D* - a ?D rnit a7F*- a 7 D ) , so daB sich auch das zweite Gesetz des Starkeffekts zu bestiitigen scheint, welches die Zunahme der Verschiebung mit der azimutalen Quantenzahl behauptet. Sieht man zunachst von den Multipletts a s p * - b 5D und a ?P*- a ?D ah, die bereits bei den Untersuchungen des vorigen hbschnittes a eine Sonderstellung einnahmen, so ergibt die Gesamtheit der in Tab. 4 verzeichneten Multipletts die folgenden beiden Termreihen, in welchen der Poleffekt von links nach rechts wiichEt:

a5D*, a5F*, b5D*, b6F*, a3P*, (a3F*), a3D*, b5D,

b 5F?, c 5D, a3D, c 3 P und u W*, a T * , a 7D*.

M. Adam. Der Poleffekt des Eisens 607

Es bestatigt sich danach im allgemeinen die Gultigkeit der beiden Starkeffektgesetze ; eine Ausnahme bilden nur die beiden Multipletts a SF* - b 5F und a 3F* - c 3F. Damit sich auch die Terme b 5F und a 3F* dieser beiden Multipletts entsprechend den bisherigen Erfahrungen beim Starkeffekt in die obige Reihe einordnen, m a t e man fur das Multiplett a SF* - b 5F eine Fehlergrenze von mindestens 1,44. cm-l, fur die Multipletts a 3F* - c 3F und a 3D* - c SF z. B. eine solche yon 0,94 + lop2 annehmen. Beide Fehlergrenzen liegen d u d - aus noch im Bereich der Moglichkeit; die Fehlergrenze 1,44. low2 cm-l z. B. ist noch geringer als die groBte der in Spalte 7 Tab. 4 verzeichneten zulBssigenFehlergrenzen. Die beiden xuniichst ausgenommenen Multipletts a 5P* - b 5D und a 7P*- a ?D lassen sich dagegen in die ohigen Reihen nicht einordnen. Bei diesen beiden Multipletts versagt die Methode dieses Ab- schnittes, welche eine Beziehung des Poleffekts zur aziinutalen Quantenzahl durch Vergleich der Multipletts gleicher Aufangs- oder gleicher Endterme auffinden will. WBhrend sich nsimlich aus dem Vergleich des Multipletts a 5P* - b 5D mit den Multi- pletts a 5D* - b5 D und a 5F* - b 5D der Poleffekt des Terms a 5P* kleiner ergeben n-urde als die Poleffekte der Terme a 5F* und a 5D*, wurde sich andererseits aus dem Vergleich des Multipletts a ?P*- a ‘0 mit den Multipletts a 7F* - a ?D und a 7D* - a ?D der Poleffekt des Ternis a ?P* groBer ergeben als derjenige der a 7F*- und a ‘D*-Terme. Die beiden Multi- pletts a 5 P * - b 5D und a I€’* - a ?D nehinen also scheinbar wiecier eine Sonderstellung unter den Multipletts der Tab. 4 ein. Zum SchluB dieser Untersuchung notieren wir noch als Xebenergehnis, dab der Poleffekt der Tripletterme gr6Ber ist als der Poleffekt der Quintetterme.

c) Poleffekt und innere Quantenzahl

Xachdem in den Teilen a und b nur die GesetzmiiiAigkeit des mittleren Poleffekts der verschiedenen Multipletts untersucht worden ist, gibt die Tab. 5 einen Einblick i n die Ver- hiltnisse innerhalb eines Multipletts.

Die Linien eines jeden Multipletts wurden in zwei etwa gleichgroBe Gruppen geteilt; zu der ersten Gruppe ge- horen alle diejenigen Linien, bei denen die inneren Quanten- zahlen des Endterms 2 einer mittleren inneren Quantenzahl i, und gleichzeitig die inneren Quantenzahlen des Anfangsterms 2 der mittleren inneren Quantenzahl i, sind; zu der zweiten Gruppe zahlen alle ubrigen Linien, bei deneu mindestens eine

608 AnnaZen der Physik. 5. Folge. Band 15. 1932

T a b e l l e 5 -~ -

Multipletts

a ?F* - a ?D a 7D* - a ?D

a 5 P - b 5D a 5D* - b 'D a s p * - b 5D a 6 D * - b SF

~ ~ ~~ ~

a T* - 'D

b aD*- c 'D aF* - c SD

a 5 F * - c 5D a SF*- b V' a3D*- c SF

i, und i, 2 i,,

6,13 * cm-' 5,16 8,31

__ _____ -~ _ _ _ _ _

7,44 6,47 4,33

5,75 4,74

5,72 6,24

4,31 9,40

Mittel: 6,17 * ern-'

i, bzw. i, < i,, a

5,44 * em-' 4.83

- -

7150

4.32

6,35 5,74

5;ss 4,27 6,29 4,23 4,04 7,43

5,54 - lov3 ern-'

innere Quantenzahl, die des Anfangs- oder die des Endterms, kleiner ist als die zugehiirige niittlere innere Quantenzahl i, bzw. i,. Die mittlere innere Quantenzahl i, bxw. i, hat fur alle Septetterrne, fur den Tern1 a"* und fiir alle Quintett- F-Ternie den Wert 3 , fur alle ubrigen Terme den Rert 2. Rerechnet man nun in Wellenzahlen fiir eine jede Gruppe der in Spalte 1 verzeichneten Multipletts gesondert den niittleren Poleflekt, so erhiilt nian fiir die erste Gruppe niit den gr6Beren inneren Quantenzahlen die Werte der Spalte 2, fur die zweite Gruppe niit den kleineren inneren Quantenzahlen die Werte der Spalte 3. TTon den in der Tab. 4, S. 596 verzeichneten Multipletts wvnrden in Tab. 5 nur diejenigen angegeben , bei denen der Poleflvkt von inindestens 4 Linien gemessen ist.

Die Tab. 5 zeigt, daB die Linien mit klrineren inneren Quantenzahlen iiii Mittel einen kleineren Poleffekt zeigen als die Linien mit griiBercn inner2n Quantenzahlen.

Zusammenfassung

le i1 1. Drr Starkeffekt des Eisens wird nacli der Ka- thodenschichtnietliode niit einriii Glasspektrographen geringer Dispersion untersucht. Die Theorie des Poleffekts als Stark- effekt erhiilt new Stutzen, da tier Starkeffekt bc4 den gleichen Linien auftritt \Tie drr Polefiekt, und m a r init derselben Ver- schiebungsrichtung.

Teil IIa. Es wird eiri stabiler Eisenbogen bei den Strom- starken ron 0,18 und 0,5 Anip. mit einer Lunimer-Gehrcke-

r i .

M. Adam. Der Foleffekt des Eisens 609

Platte von 10 mm Dicke untersncht. Es zeigen sich zuniichst Feinheiten in der Feinstruktur der Bogenentladung:

a) Zwischen den1 kathodischen Biischel und der positiven Saule zeigt sich ein Dunkelraum, der dem F a r a d a y schen Dunkelraum entspricht. Die Entladung zeigt groBe Analogie mit einer Vakuumentladung.

b) In denijenigen Gebiet an der Kathode, in welchem bekanntlich die Funkenlinien auftreten, erscheiuen die a-linien im Vergleich zurn Kathodenbiischel geschwacht, die b-Linien etwas, die c- und d-Linien sehr verstiirkt.

c) Hinsichtlich der Feinstruktur der Eisenlinien wird gefunden :

la) Die Kisenlinien zeichnen sich bei den kleinen Stroni- stiirken durch groBe Linienschkfe aus.

/3) Noch bei der Stromstarke von 0,5 Amp. erscheinen 6 violette Linien der Druckklasse b mit einer feinen Selbst- unikehr. Bei den d-Linien ist dagegen eiiie Selbstunikehr auch photometrisch nicht nachweisbar.

2a) Der Poleffekt an der Kathode bleibt bei den kleinen Stromstiirlcen immer noch bestehen. Er tritt im Kathoden- biischel auf, innerhalb dessen er bei Anniiherung an die Xa- thode allmiihlich zunimmt. Fur die beiden Stromstarken von 0,18 und 0,5 Amp. ergibt sich der gleiche Wert des Poleffekts, und zwar derselbe, wie ihn J o h n und Babcocli2) beim 6 Amp.- Pfundhogen beobachteten. Die Verschiebung des Intensitats- maximums ist in allen von mir untersuchten Fiillen mit einer starken unsymmetrischen Verbreiterung verbunden, die bei An- niiherung an die Kathode in gleicher U'eise zunimmt uie die Linienverschiebung, wahrend dagegen poleffektfreie Linien keine merkliche Verbreiterung zeigen; e~ scheint somit beim Poleffekt ein inniger Zusammenhang zwischen Linienverbreite- rung und Linienverschiebung zu bestehen. Eine besonders starke Linienverbreiterung erleiden die Eisenlinien beim Uber- gang vorn Kathodenbiischel zum Funkenliniengebiet, und zwar sowohl die Linien der Druckklassen c nnd d als auch die Linien der Druckklasse b und (a?). Es scheint, als ob das Funken- liniengebiet der Hauptsitz des Poleffekts ist, der im Kathoden- biischel allmiihlich bis auf 0 zuriickgeht.

p) An der h o d e des Eisenbogens ist bei den kleinen Stromstgrken unterhalh von 1 Amp. kein Poleffekt nachweisbar. Die Tatsache, daB an der Anode beim Ubergang von mittleren zu kleinen Stromstarken auWer dem Poleffekt auch die Funkenlinien des Eisens verschwinden, daB andererseits an der Kathode der Poleffekt scheinbar gerade im Funken-


liniengebiet seiiien griif3ten Wert besitzt, laWt einen innigen Zusammenhang zn ischen den1 Auftreten des Poleffekts und dem Auftreten der Funkenlinien erkennen. Da das Erscheinen der Funkenlinien auf groBe Ionendichte schlieBen .la& kiirinen diese beiden Beobachtungen als Argument fur die Theorie des Poleff ekts als intermolekulm-er Starkeff ekt aufg efaBt werden. Im

Teil I I b wird die GesetzmiiMigkeit des Poleffekts der d- Linien des Eisens untersucht.

a) daD der mittlere Poleffekt der verschiedenen Multipletts nicht, wie in der Literatur vielfach behauptet w i d , von der niittleren Temsumiiie abhiingt, sondern vielmehr linear von der mittleren Wellenzahl ; und elk ar nimmt er mit steigender Wellen- zahl ab, im Gegensatx zum Druckeffekt des Eisens, der mit steigender Wellenzahl zunimnit. Der Poleffekt laBt sich auffassen als Differenz der Einzelverschiebungen der beiden kombinierenclen Terme. Beeeichnet man die beiden Terme a 6Dr und b 5D als Hauptterme des gestrichenen bzw. des ungestrichenen Systems, so ist die Verschiebung eines Terms zusammengesetzt aus der Versehiebung des zugeh6rigen Hauptterms und einer weiteren Verschiebung, die proportional ist der Entfernung des betreffenden Terms yon diesem Hauptterm. Diese letzte Term- verschieliung ist bei den Ternien a 6P* und a 7P* doppelt 6 0 groD und von entgegengesetzteni Voraeichen wie bei den D- oder F-Termen oder dem Term a3P*.

b) Ferner nird die Abhhgigkeit des Poleffekts yon dem Seriencharakter der rinzelnen Multipletts untersucht und mit den bisherigen Erfahrungen beim Starkeffekt verglichen. Dabei fkllt vor allem auf, daB der Poleffekt innerhalb einer Serie abnimmt, welche Tatsache sich jedoch rnit den bisherigen Er- fahrungen beim Starkeffekt dadurch in Einklang bringen laat, daB man die Verschiebung des Endterms (ihnlich wie beim Starkeffekt des Nn) als griiRer annimnit als die des Anfangs- terms. Unter dieser Voraussetzung bestatigt sich scheinhar auch das zweite bekannte Starkeffektgesetz, welches die Zu- nahme des Effekts mit der azimutalen Quantenzahl behauptet.

c) Eine Untersuchung der Beziehung des Poleffekts zur inneren Quantenzahl ergibt endlich, daB den kleineren inneren Quantenzahlen im Mittel ein kleiuerer Poleffekt entspricht.

Zuni SchluB sei es mir gestattet, meinem verehrten Lehrer, Hrn. Prof. Dr. E. Gehrcke fur die Anregung zu dieser Arbeit und fur seine stiindige Teilnahme und sein forderndes In- teresse meinen aufrichtigsten Dank auszusprechen. Ferner

Es ergibt sich

M . Adam. Der Polejjekt des Eisens 611

danke ich den Herren Dr. L. Janiclri imd Dr. E. Lau fiir ge- legentliche Hilfeleistung und Ratschlffge. Zu besonderem Dank bin ich ferner dem Hrn. Prksidenten der Physikalisch-Tech- nischen Reichsanstalt Prof. Dr. I?. Paschen verpflichtet, der mir an der Reichsanstalt Gastfreundschaft gewiihrte und mir die Laboratoriumsmittel zur Durchfuhrung meiner Arbeit zur Verfugung stellte.

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der poleffekt des eisens

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