313

(Mitteilung aus dem Physikal ischen Ins t i tu t der Reichsuniversi tgt Utrecht.)

I n t e n s i t ~ t s m e s s u n g e n im B a n d e n s p e k t r u m des Stiekstoffs.

Von W. R. v. Wijk in Utrecht.

Mit 3 Abbildung'en. (Eingegangea am 21. November 1929.)

Die Bande 3914:3~ der negativen Stickstoffgruppe wird bei verschiedenem Drucke untersucht. Das Gewichtsverhi~ltnis der aufeinanderfolgenden Rotationsterme ist unabh~tngig vom Druck 2,0:1. Die Messungen an der positivea Stickstoffbande 3371 A liefern 2 :1 als Intensit~tsverh~ltnis der beiden Komponenten der auf- gespaltenen Linien des R-Zweiges. Die Rota~ionsterme sind nach dem B o l t z -

manasehen Satze der Gastemperatur eutsprechend verteilt.

Frtihere an den negat iven Stickstoffbanden angestell~e Intenslt~ts-

messungen, wobei wir als Lichtquel le ein Hohlkathodenrohr benutzen, er-

gaben far das Verh~ltnis der statis~ischen Gewiehte der ungeraden zu

den geraden Rotat lonstermen des An[angsnlveaus den W e r t 2 , 0 : 1 " .

K r o n i g zog hieraus den Schlul], dal3 dem S~ickstoffkern ein Kreisel-

drehimpuls 1 zuzuschreiben ist, wiihrend man eher eiuen halbz~hligen

Wer t erwarten wiirde, wei] der Stickstoffkern als aus einer ungeraden

Teilchenzahl aufgebaut zu denken ist. Desha]b ist es yon Bedeutung zu

untersuchen, erstens ob die gemessene GrSl]e unabh~ngig yon den Ent-

ladungsbedingungen ist, wobei wlr uns mit extremer Druekvar ia t ion be-

gniigt haben, zweitens ob aueh andere Bandenspektren des S~ickstoffs zu

dem g]eichen Resul ta t ftihren.

In der oben zi t ier ten frtiheren Arbei~ wurde auch gefunden, dal] die

Ausgangsrotat ionsterme nach dem B o l t z m a n n s e h e n Satz ver tei l t sind.

Leider wurde damals dureh einen Reehenfehier eine zu hohe Temperatur

dieser Vertei lung angegeben. Diese war im Gegensatz zu dem dort Ge-

sagten yon der GrSl]enordnung 600 ~ C, was ein plausib]er W e r t der wirk-

lichen Gastemperatur ist.

Die Untersuchung tiber die Unabh~ngigkeit des 2 : l -Verh~l~nisses

yore Druck haben wir an der intensivsten Bande der negativen Gruppe

durchgeftihrt.

A]s Liehtque]le benutzten wir ein einfaches Glt ihkathodenrohr (Ab-

stand Anode und Gl t ihdraht e~wa 0,5 era).

F i i r die niedrigen Drueke haben wir kgufliehen Stiekstoff dureh-

strbmen lassen, bei hSherem Druck wurde das Rohr yon tier Pumpe ab-

gesehlossen.

* L. S. Orns te in und W. R. v. Wijk , ZS. f. Phys. 49, 315, 1928.

21"

314 W.R.v. Wijk,

Auch war es dann nicht nStig, die Kathode zu erhitzen. Die Druck- messung geschah mittels Kenometer nach v. R e d e n oder Quecksilber- manometer.

Es war nicht zu vermeiden, dal] auch der Entladungstypus sieh anderte, dal] zum Beispie] bei den niedrigen Drucken das Licht sich durch das ganze Rohr ausbreiiete, wahrend es sonst au~ einem sehmalen Kathoden- und Anodenraum besehr~ukt blieb.

Als Spektrograph haben wlr in erster Ordnung das 6 m-Gitter unseres Instituts gebraueht. Auf dieselbe Weise, wie in der vorigen Abhandlung besehrieben, haben wir die Intensitatsskale der Platten bestimmt.

0 f00 Z00 300 ~'00 500 800

Fig. 1.

700

Auch ietzt wollen wir die Resultate graphisch verwerten (s. Fig. 1).

Dazu tragen wir auf der Abszissenachse die Rotationsenergle des Anfangs- terms bis auI einen Faktor ant; und zwar weft wit die Linien des R-Zwelges benutzt haben, p (p ~ l ) . (10 ~--- 1, 2, 3. . . ) .

Die Ordinate ist der Logarithmus der gemessenen Intensitiit, geteilt dutch das Produkt von Ausstrahlungswahrscheinlichkeit und s~atistischem Gewicht 2p.

Wenn die B o l t zm anns che Verteilnng herrscht, werden die Punkte auI einer G eraden liegen, aus deren Neigung sich die Temperatur be- reehnen li~i]t. Aus der graphisehen Darstellung berechnen wir die folgen- den Werte.

Intensitiitsmessungen im Bandenspektrum des Stiekstoffs.

T a b e l l e 1.

315

Druck in Spannung mm Hg am Rohr

0,003 ungefiihr 200 V 0,05 2OO V

18 840, V 30 840 V

Absolute Temperatur

3800 6800 8700 8700

Verh~iltnisgewichte, Zu der ungerade zu geraden Figur 1

Rotationstermen

1,9 Kurve I 1,95 Kurve II 2,0 Kurve III 2,0 Kurve IV

Wir schliellen hieraus auf die Unveri inderl ichkeit des untersuchten

VerhMtnisses mit dem Druck.

W e i l e s uns auch interessierte zu wlssen, ob an derselben Stelle des

Rohres photographier te Banden tier zweiten positiven Gruppe gleichfalls

au[ eine B o l t z m a n n s c h e Vertei lung mit derselben Temperatur wie die

~He/., 'u/z~ de/" Bonde

~ ~'nde 3BOS

3,2P ~00 $00 600 700 800 p/p+ I) 900

Fig, 2.

negativen fiihren wiirden, haben wir die Bande 3805 der zweiten posit iven

Gruppe zugleich mit der Bande 3914 aufgenommen. In einer graphischen

Darstel lung (Fig. 2) t ragen wir die Intensit~ten der Linien der 3914-Bande

in derselben Weise auf, wie in der Fig. 1. Fi i r die Linien tier Bande 3805

sind Intensit~tsformeln angegeben worden*.

Wi r tragen den Logar i thmus derlntensit~iten der RvZweigl in ien** ,

durch p dividiert , auf der Ordinatenachse auf, p (io + 1) auf der Abszissen-

achse, wobei p die Laufzahl der Linie is t (nach P. L i n d a u ) , welche wir

mit der Ro~ationsquantenzahl identisch gedacht haben.

* E. Hi l l und J.H. van Vleck , Phys. Rev. 32, 250, 1928. ** P. L indau , ZS. f. Phys. 26, 343, 1924.

316 W.R.v . Wijk,

Da wir aber nut grol]e Wer t e yon 2 ( ~ 18) gebraucht haben, wird

eine Differenz der Rotat ionsquantenzahl und der Laufzahl um Eins nut

wenig Einflul] haben k0nnen.

Die I-I~ufung der Linien am Kopf l~Bt namlleh nicht zu, die einzelnen

Zweige bis zu niedrigen Laufzahlen einwandfrei zu verfolgen*, weshalb

eine kleine Wil lk t i r l ichkei t in der Numerierung der Linien stecken kann.

W i r geben jetzt eine Tabelle der gemessenen Intensi t~ten:

T a b e l l e 2.

Laufzahl Intensit~t L a u f z a h l Intensit~t P P

18 19 20 21 22

27,2 24,7 20,4 17,8 16,0

23 24 25 26 27

13,4 12,5 9,6 9,5 7,6

Zur Bestimmung des 2 : 1-VerhMtnisses in den posi t iven Banden haben

wir die Bande 3371 • gew~hlt**, well wir diese noch mit Vortei l in

der vierten Ordnung unseres Git ters photographieren konnten.

AUerdings m~iBten wir dabei s tarke Geis ter (vgl. unten) und einen

kontinuierlichen Grund in Kauf nehmen.

Fi ir die sehr genaue Intensit~ttsmessung enger Dublet ts is t es aber

notwendig, dal] die Maximalschw~rzungsstel le der einen Komponente nicht

mehr yon der Seite der anderen gestSrt wird.

Die Erfahrung hat gelehrt, dab man dazu eine grSl]ere Aufl0sung

als die theoretische braucht***.

W i t haben also zungchst festgestel]t, dal] in dieser Ordnung die

Maxima unserer Linien als ungestSrt zu betraehten slnd.

Nachdem wir uns dutch u mit Lichtf i l ter und Auinahmen

an der Linie 3341 des Queeksilbers i iberzeugt batten, dab der kontinuier-

l i the Grund dureh yore Gi t ter gestreutes L ich t derselben Wellenlgnge

verursacht wurde, haben wir den Verlauf desselben bestimmt. Die Fig. 3

gibt den Grund f~ir Pla t te 1 zwischen den Linien a,7 und as~ wieder.

* Vgl. dazu die Anmerkung 15 von Mul l i ken auf S. 509 seiner Arbeit Electronic States and Band Spectrum Structure in diatomic Molecules VIII, Phys. Rev. 83, 507, 1929.

** Diese Bande ist untersucht und ausgemessen yon P. Z e i t , ZS. f. wiss. Photogr. ~1, 1, 1921. Wir folgen in der Benennung der Linien P. Zeit .

*** ttierauf hat zuerst v. Geel in seiner Utrechter Dissertation hingewiesen: W. C. van Geel , Intensiteitsverhoudingen van Magnetisch gesplitste Spectraal- lijnen 1928.

Intensit~itsmessungen im Bandenspektrum des Stickstoffs.

Tabe l l e 3. P l a t t e 1.

317

Linie

C25

C26

027

C28

029

C80

C31

C32

C38

C34

Unkorrigierte lntensitt~t

41,6 24,3 }

nieht gem. 34,4 18,4 } 33,5 18,3 } 25,5 ] 14,0 /

Mittelwert des Grundes

6,5

6,0

5,9

5,7

StSrende Oeister

I. c~8 e~L

IV. e~9

' " I I . c ' " I. c27 c~7 ~o ~6 IIL b31

IV. ' " C25 025

Korrigierte Intensitat

34,6 17,8 }

25,8 12,4 } 25,0 12,3 } 19,8 7,5 }

26,5 16,2 24,0 14,8 22,7 12,0 20,8 12,0 19,3 11,3

5,4

5,2

5,0

] 4,5 J

4,0

III. a~3

IV. a~9

I. b34

21,1 10,0 } 18,8 9,6 }

15,9 7,0 }

14,3 7,5 }

- - I 15,3 7,3 }

Als Mittelwert finden wir hieraus 2,11.

Tabe l l e 4. P l a t t e 2.

Dublett- verhiiltnis

1,94

2,09

2,03

2,64

2,11

1,95

2,25

1,94

2,10

C~8

C29

%O

C31

C32

C33

C34

13,8 8,4

12,4 7,6

11,8 7,1

10,8 8,7 9,7 6,7 9,7 5,4 8,3 5,6

Konfinuier- licher Grund

2,8

Geis*er

2,7

2,6

2,4

2,35

2,2

2,0

Mittelwert 1,93.

Dieselben wie bei Platte 1.

Intensitltt

9,8 5,6 9,7 4,6 9,2 41o 8,4 3,9 6,35 4,35 6,5 3,2 6,3 3,6

Verhiiltnis

1,75

2,10

2,30

2,15

1,45

2,04

1~75

Die Spriinge der Punkte rtihren nicht vom Plat tenkorn her, sondern slnd durch die Verteilung der Gelster verursacht.

Wir mitte]n also den Hintergrund dutch die in der Figur gezogene Gerade und ziehen bei ieder gemessenen Linie den zugehSrigen Mittel-

318 W.R.v . Wijk,

wer t ab. DaJ] eine gewisse Willk~ir bei diesem Verfahren besteht, entgeht

uns nicht. Eine andere Ar t yon Mittelung gibt abet Rhnliche Resultate

(vgl. Fehlerdiskussion wel ter unten).

Aul]erdem wurde noch unter dem Kompara tor bestimmt, ffir welche

Geister jede Linie noch zu korr ig ieren war, wobei wi t uns mit den vier

ersten Geistern begnfigt haben*.

Die Mel]ergebnisse fttr die beiden Pla t ten sind in den Tabellen 3

und 4 mitgeteil t .

10

8

l , 2

0

I e o o

~

I ~ ~ i L I I

f Z 3 ~ 5 6 7 8 9 70 H 1Z Frequezz

Fig. ;~.

Zum Schlul] wollen wir noch die Genauigkei t des Endresul ta ts

absch~itzen.

Was die Bande 3914 A der negativen Gruppe betrifft, glauben wir

den zufMligen Fehler unter t teranziehung der frttheren Messungen auf 2 %

ansetzen zu diirfen. Die photographische Einzelmessung rechnen wir

dabei au~ 8 % genau.

Bei der posi t iven Bande [olgen aus den Abweichungen der Einzel-

werte yore Mitte] auch etwa 2 his 3~ Bei dieser le tztea Bande geben

aber die vielen Korrekt ionen zu systematischen Fehlern Anlal]. So be-

komrat man z. B., wenn man den kontinuierl iehen t t in te rgrund di rekt

aus dem Photogramm ermit te l t (also fiber Schw~rzung mit te l t und nach-

her den Mittelwert in Intensi t~t umreehnet), bei Pla t te 1 1,94 fiir das

gesuchte Verh~tltnis, w~ihrend wir nach unserem Verfahren 2,11 linden.

Aueh in den ftir die Geister anzubringenden Korrekt ionen steeken noeh

manche Unsicherheiten, die jedoch wegen ihres re la t iv kleinen Betrages

keinen wesentliehen Einflu6 auf das Endresul ta t haben k6nnen.

Wesentl ich wiirde aber sowohl bei den negativen wle bei den posi-

tJ~en Banden ein Fehler in der Intensit~ts-Schw~irzungskurve sein. )Jan

* Die Inteusit~ten der vier ersten Geister sind bzw. t4, 5, 3, 8% der Haupt- linie, w~hrend jeder folgende Geist schw~cher als 3% ist. Aus der fitr einige Linien aufgetragenen lnteusit~tskurve wurde bestimmt, wie grol] die ftir die Uber- lagerung in der Maximalintensit~it der Linie anzubringende Korrektion ist.

Intensit~tsmessungen im Bandenspektrum des Stickstoffs. 319

kSnnte sich z. B. vorstellen, dab die mit kontinuierlichen Spektren er-

haltene Kurve wegen Entwickler oder Photometriereffekte nicht zur

Intensit~tsmessung schmaler Lin]en verwendet werden diirfte.

Urn einem derartlgen Unterschied naehzuspiiren, haben wir einige

Hilfsuntersuchungen ausgefiihrt, welche ergaben, dal3 ein solcher Unter-

schied, wenn iiberhaupt anwesend, nur ganz klein sein kann. 1Jberdies

haben wir bei den negativen Banden ftir gleichzeitige Aufnahmen in den

drei ersten Ordnungen immer identische Resultate bekommen, w~thrend

doch die Schwi~rzungen auf der Platte sehr stark verschieden waren.

Wir glauben also dazu bereehtigt zu seln, aus unseren '~iessungen den SchluI] zu ziehen, dal] weder der Wer t 3,0 : 1 noch 1,66 : 1 fiir das untersuchte Verhi~ltnis zul~tssig ist*.

Herrn Professor O r n s t e i n miichte ich fiir seine Anregung und Hilfe bei dieser Arbeit herzlich danken.

* Aus diesen beiden Zahlenwerten wiirde ein Kerndrehimpuls 1/~ bzw. 8]2 folgen.