21
1918. & 20. ANNALEN DER PHYSIK. VIERTE FOLGE. BAND 57. 1. aer die Abgabe pos4tiver ECeMrisitat durch der Wirkumg vom ~amalstraitlera; von W. Valker. Slake vom AlJcaL4en und alkalischera Bdm wmter Inhalt: 1. Einleitung. - 2. Versuchsanordnung. - 3. Metall als Auffhger. - 4. Lithiumchlorid ale Adfinger. - 5. Calciumsnlfat ale Aufffinger. - 6. Negativer Auffhgerstrom. - 7. Ergebnis. 1. Einleitung. Wie bereits durch mehrere Untersuchungenl) bekannt ist , geben Metalle unter der Wirkung auffallender Kanalstrahlen negative Elektronen ab. Uber die gleichzeitige Abgabe positiver Ladungen durch Metalle ist nichts bekannt. Salze von alkalischen Erden und Alkalien zeigen unter der Wirkung auffallender, schneller Kanalstrahlen im Gasraum un- mittelbar vor der getroffenen Obedache die Emission der Serienlinien des im Salze enthaltenen Metalles. Wie S t ark2) dargelegt hat, ist der Trager der Serienlinien das elektrisch fieie oder unfreie positive Atomion; so konnte er hieraus und aus jener Erscheinung folgern3), daB die genannten Salze unter der Wirkung auftreffender, schneller Kanalstrahlen dann, wenn sie die Emission der Serienlinien des Metalles zeigen, positive Ladungen und zwar positive Atomionen des Metalles in den angrenzenden Gasraum abgeben. Stark und We nd t haben diese Folgerung noch gestiitzt durch die Beobachtung, dall die Emission der Metallserienlinien vor einem von Kanalstrahlen getroffenen Salz durch ein elektrisches Feld, welches die Metall- ionen nach dem Salz zuriicktreibt, merklich geschwacht werden kann. 1). Handb. d. Radiologie. 4.: W. Wien, Kanalstrahlen, p. 24. 1917. 2) Literatur: J. S t a r k , Bericht uber die Triiger der Spektren der 3) J. Stark u. G; Wendt, Ann. d. Phys. 38. p. 669. 1912. chemischen Elemente. Jahrb. d. Rad. u. El. 14. p. 139. 1917. Armden der Pbysik. IV. FOlge. 67. 17

Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

1918. & 20.

ANNALEN DER PHYSIK. VIERTE FOLGE. BAND 57.

1. aer die Abgabe pos4tiver ECeMrisitat durch

der Wirkumg vom ~amalstraitlera; von W. Valker.

Slake vom AlJcaL4en und alkalischera B d m wmter

Inhal t : 1. Einleitung. - 2. Versuchsanordnung. - 3. Metall als Auffhger. - 4. Lithiumchlorid a l e Adfinger. - 5. Calciumsnlfat ale Aufffinger. - 6. Negativer Auffhgerstrom. - 7. Ergebnis.

1. Einleitung. Wie bereits durch mehrere Untersuchungenl) bekannt ist , geben Metalle unter der Wirkung auffallender Kanalstrahlen negative Elektronen ab. Uber die gleichzeitige Abgabe positiver Ladungen durch Metalle ist nichts bekannt. Salze von alkalischen Erden und Alkalien zeigen unter der Wirkung auffallender, schneller Kanalstrahlen im Gasraum un- mittelbar vor der getroffenen Obedache die Emission der Serienlinien des im Salze enthaltenen Metalles. Wie S t ark2) dargelegt hat, ist der Trager der Serienlinien das elektrisch fieie oder unfreie positive Atomion; so konnte er hieraus und aus jener Erscheinung folgern3), daB die genannten Salze unter der Wirkung auftreffender, schneller Kanalstrahlen dann, wenn sie die Emission der Serienlinien des Metalles zeigen, positive Ladungen und zwar positive Atomionen des Metalles in den angrenzenden Gasraum abgeben. S t a r k und We nd t haben diese Folgerung noch gestiitzt durch die Beobachtung, dall die Emission der Metallserienlinien vor einem von Kanalstrahlen getroffenen Salz durch ein elektrisches Feld, welches die Metall- ionen nach dem Salz zuriicktreibt, merklich geschwacht werden kann.

1) . Handb. d. Radiologie. 4.: W. Wien, Kanalstrahlen, p. 24. 1917. 2) Literatur: J. Stark, Bericht uber die Triiger der Spektren der

3) J. Stark u. G; Wendt , Ann. d. Phys. 38. p. 669. 1912. chemischen Elemente. Jahrb. d. Rad. u. El. 14. p. 139. 1917.

Armden der Pbysik. IV. FOlge. 67. 17

Page 2: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

258 W. Tolkct.

Nun ist Ohlon’) auf den guten Gedanken gekommen, die von S t a r k gefolgerte Abgabe positiver Elektrizitat der Metall- salze unter der Wirkung von Kanalstrahlen an der Anderung der durch das getroffene Salz abfiiebenden elektrischen Str6- mung bei Eintreten der Emission der Serienlinien nachzn- weisen. Er zeigte, dafi der abfliefiende positive ijtrom beim Einsetzen der Emission der Metallserienlinien trotz wachsenden Kathodenfalles eine Verringerung erfahrt? und diese Erschei- nung erklart er mit der Abgabe positiver Elektrizitat in den Gasraum von Seiten des getroffenen Salzes beim Einsetzen der Emission der Metallserienlinien.

Diese Beweisfuhrung Ohlons mag freilich dem Kenner der verwickelten Verhaltnisse an einem Auffanger fur Kanal- strahlen nicht zwingend erscheinen. Es ist niimlich die Strom- starke, welche man in der Leitung zwischen einem Kanal- strahlenaufflanger und der geerdeten Kathode beobachtet, eine verwickelte Erscheinung; sie setzt sich aus mehreren Kompo- nenten zusammen. Zudem hat Ohlon seine Beobachtungen nicht mit Gleichstrom, sondern mit einem Induktor ausgefiihrt, auch macht er nur wenige quantitative Angaben; so mifit er nicht die Starke des die Kanalstrahlen erzeugenden Stromes und auch nicht den Kathodenfall. Ebenso scheint er sich auch nicht mit der Frage nach dem elektrischen Widerstand der Salzschicht, auf welche die Kanalstrahlen auffallen und durch welche ein elektrischer Strom zur Erde flieben 5011, beschaftigt zu haben.

Bus diesem Grunde und in Anbetracht der Bedeutung der Erscheinung ist ihre eingehende Untersuchung erwiinscht.

2. ~ersuchsanordnung. Die zu den vorliegenden Unter- suchungen benutzte Kanalstrahlenrohre hatte die aus Fig. 1 ersichtliche Form. Der Abstand von Anode zur Kathode be- trug 14 cm, der Durchmesser der Rbhre 6 cm. Die hintere Kathode war in ihrer ganzen Ausdehnung so dicht wie m6g- lich rnit 1 mm weiten Lochern versehen. I n 7 mm Abstand hinter der Kathode war der Auffanger fiir die Kanalstrahlen angebracht; er bestand aus einem Teller aus Eisen; auf dessen Rand war ein mit vie1 Lochern versehenes Platinblech auf-

1) Sven Em. O h l o n , Vwh. d. Deutsch. Pbps. Ges. 20. p. 9. 1918.

Page 3: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

Uber die Abgabe positiver Elektrizitat dumb sake usw. 259

gelegt und dariiber das zu untersuchende Salz befestigt. Das Platinblech hatte die Aufgabe, einen guten Halt des Salzes und seine metallische Verbindung mit dem eisernen Teller zu ge- wiihrleisten.

Es wurde zur Untersuchung ausgewahlt: Lithiumchlorid (LiCl) und Calciumsulfat (CaSO,. 2 H,O). Fiir die Wahl war der Gesichtspunkt maBgebend, eine Salzschicht von nicht zu groSem elektrischen Widerstand als Auf- finger zu benutzen. Das kaufliche Li- thiumchlorid ist wasserhaltig; beim Auf- schmelzen auf den Teller entweicht ein Teil des Kristallwassers. Ein Teil des Wassera bleibt aber in der Salzschicht z d i c k und bedingt damit eine ziemlich gute elektrische Leitfahigkeit. Die auf den eisernen Teller bezw. auf das Platinblech aufgeschmolzene Lithiumchloridschicht war durchweg zu- sammenhiingend und eben ; ihre Dicke be- trug 0,8-1,2 mm. Ihr Widerstand wurde unmittelbar nach , dem Aufschmelzen, so- lange das Salz noch ziemlich heiB'war, in folgender Weise bestimmt:

Der Eisenteller wurde wagrecht auf- gestellt, so daS die Oberflache der Salz- schicht nach unten gerichtet war, und diese in Beriihrung mit einer Quecksilberober- flache gebracht; es wurde also die Sslz- schicht zwischen Eisenteller und Queck-

Au = AufRLnger K = Kathode A = Anode

Fig. 1.

silberschicht geschaltet, der Widerstand mit Hilfe der Wheat - s t oneschen Briicke nnd Wechselstrom bestimmt und zu 30 000 Ohm ermittelt. Diese Widerstandsmessung der Salz- schicht geschah vor dem Einsetzen in die Kanalstrahlenrohre. Nachdem die Salzschicht lingere Zeit der Wirkung der Kanal- strahlen ausgesetzt war, wurde ihr Widerstand erneut in der oben angegebenen Weise bestimmt; er ergab sich nicht groSer als vor der Einwirkung der Kanalstrahlen, vielmehr kleiner, was sich wahrscheinlich daraus erkliirt, daS das Salz infolge der kurzen Beriihrung mit der feuchten Luft etwas feucht ge- worden war. Es darf indes als sicher betrachtet werden, daS

17*

Page 4: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

260 W. Elher.

der Widerstand der Lithiumchloridschicht, widwend sie ale Anf- h g e r flir Kanalstrahlen diente, nicht . kleiner, noch groBer, sondern angenilhert derselbe war, wie vor dem Einsetzen in die Kanalstrahlenriihre; denn beim Auspumpen der Rohre ent- wickelte das Lithinmchlorid nicht merklich Wasserdampfe, veranderte also seine Zusammensetzung nicht, verhielt sich vielmehr hinsichtlich der Schnelligkeit des Auspumpens der Rohre genau so wie eine Metallelektrode.

Anders lag der Fall beim Gips (CaSO,.2$0). Ee wurde sogenannter Alabastergips mit reichlich Wasser angemacht und diinnfliissig in einer etwa 1 mm dicken Schicht auf den Teller und das dariiber gespannte Platinblech aufgetragen. Nach dem Festwerden des Gipses wurde die Schicht bis auf 0,72 mm Dicke abgeschabt. Die Messnng des Widerstandes dieser Gips- schicht vor dem Einsetzen in die Rohre ergab 300 Ohm. Nach dem Einsetzen in die Rohre gab die Gipsschicht sehr vie1 Wasser ab, so daS das eine 15 cm lange und 1,5 cm weite Rohre ausfiillende, zwischen Kanalstrahlenrohre und Pumpe angebrachte Phosphorpentoxyd in seiner ganzen Ansdehnung sich mit Wasser sattigte. Auch dauerte das Pumpen ungefahr 5 Stunden, bis die Abgabe . von Wasserdampf soweit zuriick- gegangen war, daS mit den Beobachtungen an den Kanal- strahlen begonnen werden konnte. Nach der Behandlung mit den Kanalstrahlen war der Widerstand der Gipsschicht auf ungefhhr 1000000 Ohm gestiegen.

Hinsichtlich ihres Widerstandes wahrend des Auffallens der Kanalstrahlen waren also die Lithiumchlorid- und Cal- ciumsulfatschicht voneinander versdhieden, wahrend der Wider- stand der Lithiumchloridschicht nnr 30000 Ohm betrug, stellte sich der Widerstand der Calciumsulfatschicht auf 1000000 Ohm. Dieser Unterschied gab die Mijglichkeit, wie spiiter gezeigt werden wird, den Einflu6 des Widerstandes der Auffhnger- schicht auf die Starke des abflieSenden Kanalstrahlenstromes zu untersuchen.

Zum Betrieb der Kanalstrahlenrohre wurde Gleichstrom aus einer Dynamomaschine, deren Spannung im Bereich von 300-3600 Volt sich leicht regulieren lies, verwendet. Zur Messnng der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden diente ein Braunsches Elektrometer. Da bei den Beobach-

'

Page 5: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

Uhcr d u Abgabe positiver Elektriritat durch Sake urn. 261

tnngen die negative Glimmschicht bis zur Anode reichte, so durfte die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden dem Kathodenfall gleichgesetzt werden.

Bei den Beobachtungen war die Kathode geerdet, zwischen Kathode und Auffiingerelektrode war ein empfindliches Zeiger- Spulenamperemeter (1 Skalenteil = 1 lo-' Amp.) mit einem NebenschluB eingeschaltet.

Zur FWung der Kanalstrahlenrahre diente Sauerstoff und Waeserstoff der erstere wurde aus Kaliumpermanganat durch elektrische Heizung en twickelt, der W asserstoff strbmte durch eine Kapillare aus einem VorratsgefiiB nach dem von Stark') angegebenen Verfahren in die Kanalstrahlenrohre nach. Wah- rend der Beobachtungen wurde dauernd das Gas aus der Rohre abgepumpt wid gleichzeitig dauernd Gas z u g e f b t ; durch Probieren wurde der Zustrom des Gases so reguliert, daB sich in der Kanalstrahlenrohre ein konstanter Druck wiihrend einer Reihe von Beobachtungen hielt. Die Konstanz des Druckes konnte an der Konstanz der Stiirke des Glimmstromes und des Kathodenfalles festgestellt werden. Das dauernde Zu- strtimenlamen und Abpumpen des Gases war notwendig, urn die Zusammensetzung des Gasinhalts der Riihre wenigstens einigermden zu definieren und wenigstens Sauerstoff oder Wasserstoff im UberschuB uber verunreinigende Base in der Rohre zu haben. Denn infolge der zersetzenden Wirkung der Kanalstrahlen gab das von ihnen getroffene Salz dauernd Gas ab (Chlor, Sauerstoff, Wasserdampf), insbesondere fand ja die Abgabe von Wasserdampf beim Gips in ziemlich reichlichem MaBe statt.

3. Auffinger aus Metall. An Metallen wurde bis jetzt lediglich eine Ausstrahlung von negativen Elektronen unter der Wirkung auffallender Kanalstrahlen festgestellt. Es mag in Wirklichkeit auch eine Emission positiver Ladnngen unter der Wirkung von Kanalstrahlen von seiten eines Netalles statthaben, dann aber mu6 den Erfahrungen gemliS die Emis- sion negativer dektronen vie1 intensiver ds die positiver Ye- tallionen Rein, so dab letztere durch erstere verdeckt wird. Wenn nun ein Metallsalz mehr positive Ladungen abgibt als

1) J. Stark, M. Goercke u. M. Arndt , Ann. d.Phy8.W p. 85.1917.

Page 6: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

862 W, P"dlker.

negative unter der Wirkung auftreffender Kanalstrahlen, so ist ein auffallender Unterschied in dem Verhalten als Auffhger zwischen einem Metall und einer Salzschicht zu erwarten. GemilB dieser Uberlegung stellt sich von selbst die Aufgabe, das Verhalten der zwei Arten von Auffanger fir Kanalstrahlen miteinander zu vergleichen.

Wie bereits oben bemerkt, setzt sich der Strom, welcher von einem von Kanalstrahlen getroffenen Auffhnger zur Kathode bezw. Erde ilieSt, am mehreren verschiedenen Teilen zu- sammen.

Ein Teil des Auffangerstromes ist die Summe aus der positiven (jp) und negativen Ladung (jJ, welche von den positiv und negativ geladenen Kanalstrahlenteilchen in der Zeiteinheit dem A&nger zugefilhrt wird. Es sei dieser Teil des Auf- fangerstromes :

j , =.i, - in- Ein weiterer Teil des Aflangerstromes ist jedenfalle im

Falle eines metallischen Auffangers die Stromsarke negativer Elektronen, welche durch die auffallenden Kanalstrahlen zur Emission in den Gasraum und zum AbfluS zur Kathode durch den Gasraum gebracht werden. Dieser Teil des Auffanger- stromes aei mit j , bezeichnet. Endlich wird ein Leitungsstrom an dem Auffangerstrom beteiligt sein, dam, wenn zwischen dem Auff'ianger und der Kathode durch den Qasraum hindurch eine Spannungsdifferenz besteht, sei es infolge des Vorhandenseins einer Voltadifferenz zwischen Auffanger und Kathode, sei es infolge einer Anf ladung des Buffangers durch die auftreffenden Kanalstrahlen. Fur den Fall eines kleinen Widerstandes zwischen A a n g e r und Erde fhllt die Aufladung weg und es ist lediglich die Wirkung einer Voltadifferenz zu berucksich- tigen. Insofern jener Leitungsstrom, wie im Falle eines me- tallischen Auffangers, bedingt ist durch eine Voltadifferenz, sei er mit j,, bezeichnet, nnd je nach dem Vorzeichen der Voltadifferenz kann j , positiv oder negativ sein. Dagegen haben j , zu j , immer positives Vorzeichen.

Fiir den gesamten Auffangerstrom gilt demnach in dem betrachteten Falle:

i, = j , i- i, k j , .

Page 7: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

Uber die Abgabe positiver Bleklriritat durcli Sake usw. 263

Die aufgeziiblten verschiedenen Komponenten des Auf- fingerstromes sind nun bei konstantem Gasdruck veranderlich mit der S t i k e 4 des Stromes, welcher die Kanalstrahlen er- zeugt, wglcher also durch einen unmittelbar vor der Kathode liegenden Querschnitt hindurchfiietlt. Bei nicht zu grotler hderung von 4 darf man mit Annderung j , = C,. ik ebenso j , = Ce-ik und j , = C,. ik setzen. GemaS dies& Uberlegung er- gibt sich folgende Beziehung:

in = Ck - iL + C, - ik f C,, - ik uud ialik = C, + C, -+ Cu.

Gems der vorstehenden Formel ist also fur einen Me- tallauffanger das Verhhltnis des Auffangerstromes i,, zum GeT samtstrom 4, der die Kanalstrahlen erzeugt, sngenilhert unab- hangig von den Werten von ik und somit angeniihert unab- hiingig von den Werten des Kathodenfalles, der ja nach Stark') gemgtl der Formel K = K, + a )/i--bsich gndert.

Die Beobachtungen beetatigten in der Tat diese theore- tische Folgerung. Der oben beschriebene Auffiknger aus Eisen wurde mit einem Aluminiumblech bedeckt und genau in dem- aelben Abstand wie die zu untersuchenden Salzschichten der Kathode gegeniibergestellt. Es wnrden, angenilhert Air die- selben Gasdmcke wie flir die Salzauffhger, die Werte des Kathodenfalles des Gesamtstromes und des Auffangerstromes beobachtet. I n Tabb. 9 I-V sind 5 Versuchsreihen fur Wasser- stoff ah Fiillgas und in Tabb. VI-VIII sind 3 Versuchsreihen fiir Sauerstoff ale Fiillgas wiedergegeben. In der ersten Spalte ist unter ik die Stiirke des Gesamstromes in Amp. angegeben, welcher die Kanalstrahlen erzengt, in der zweiten unter K der Kathodenfall in Volt, in der dritten unter i, der Auffinger- strom in Amp. In den Figg. 2 und 3 ist das Verhiiltnis ia/4 als Funktion des Kathodenfalles dargestellt.s) Wie man sieht ist fiir Spannungen gro6er als etwa 800 Volt in ziemlich weiten

1) J. Stark, Ann. d. Phys. 12. p 1. 1903. 2) Diese und alle folgenden Tabellen stellen Mittelwerte dar, die

aus 2-4 Versucbsreihen gewonnen Bind. 3) Die riimiechen Zahlen neben einer jeden Kurve geben hier wie

in der Folge die Zugehikigkeit derselben zu den betreffenden einzelnen Tabellen an.

Page 8: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

264

- 600 790 990

1200 1375

W. Elker.

1,2 . 10-5 2,2.10-5 4 ~ ~ 1 0 - 5 7,4.10-5

11,5 *

Tabelle L

ik

0,25 10-3 0,66.

2,39. lo-$ 1,34 - lo-'

'&

0,135 - lo-$ 0,20 10-3 0,34. 10-3

0,90 10-3 0,61 * lo-'

K 1 ,;. ;..'it

810 2,56.10-' 0,1024 1170 7,68*10-' 0,1164

1860 27,6 * lo-' 0,1155 1500 16,5 * lo-> 0,1231

420 2,45*10-5 480 4,O. lo-' 600 5,85. lo-' 750 10,43* lo-'

Tabelle 11.

0,0377 0,0457 0,0437 0,0478

iJZL

0,l loo -__

0,0888

0,1235 0,1213 0,1277

.~

0,84 1,59 - 2,99 -

730 0,406. lo-' 6,00482 1050 l,210.10-5 0,00762 1360 2,35 0,00786

Tabelle 111.

5,31 - 1 1630

K

425 525 615 860 980

1155

-___ ____

3,87 lo-' 0,00710

Tabelie IV.

~

i J i k

0,0594 0,0633 0,0662 0,0642 0,063'9 0,0622

0,65 lo-' 0,875 * 1,34 * lo-$ 2,14.10-3 3,53 * lo-3. 5,36 - lod3 I

Tabelle V.

Page 9: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

n e r die Ahgabe positiver Elehtrizitat durch Sake usto. 265

Tabel le VI.

620 790

1130 955

ik

0,135 . lo-? 0,482 . lo-'' 1,359 * lo-' 2,430 2,934 - lo-"

2,2 10-5 3,7 lo-" 6,s . 10-5 11,2 * lo-'

d. 'ik

0,0718 0,0981 0,0907 0,0761 0,0770

&I6 _ _ _ ~ 0,0382 0,0448 0,0468 0,0474 0,0469 0,0453

Tabelle VIII.

I K I & I 2*

3,98 10- :

Bereichen des Kathodenfalles das Verhaltnis iJik angenahert konstant. DaB es fur Spannungen kleiner als 600 Volt mit abnehmender Spannung abnimmt, mag sich in folgender Weise erkliiren.

Es muB in dem Auffangerstrom i, = j , + j , & j e eine Komponente nicht proportional dem Strom ik sein, smdern ausgehend von 400 Volt Kathodenfall rascher wachsen als 4 bzw. der Kathodenfall K. Es ist dies wahrscheinlich die Strom- starke j , der emittierten Elektronen. Diese ditrfte fiir 400 Volt sehr klein sein, aber mit wachsendem Kathodenfall erst rasch, spater lqngsamer zunehmen. DaB in der Tat die Stromstiirke der Sekundiirstrahlen, also j,, infolge der Wirkung auftref-

-

Page 10: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

266 K Volker.

90-

80-

70

60-

iJi' 10-3 50

",: 20-

10

/ so0 600 700 8ooQoo loo0 I t 0 0 1- la) tm mw

Kathodenfall in Volt. (Waseeretoff ale Fullgae.)

I - - T,r " " " ' r l l " l ~ ~ J

Fig. 2.

VI -

- TdL 7 a. 7

-

1) B.SaxBn, Ann. d. Phys. 28. p. 319. 1912.

Page 11: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

Uber die Abgabe positiver Elektrizitat dwch Sake usw. 267

4. fithiumchlorid als Buffanger. I n Tabb. IX-XI mit Sauer- stoff als fi l lgas und in Tabb. XII-XV mit Wasserstoff als

Tabelle IX.

385 460 550 615 695 810 905 985

c I

6 - 7 .lo-' 8.10-7 9 10-7 12.10-7 is 10-7 26 10-7 37.10-7

0,l o,2 . 10-3

2,6 10-3

0,6 * 1,6 lo-!'

850

1205' 1400

995

385 4,o . 10-7 460 6,o . 10-7 525 6,2 10-7 600 7,o . 10-7 755 9,o. 10-7 930 12,5 lo-" 1075 16,O lo-'

Tabelle X.

6,O

8,O - 9,0 *

7,o . 10-7

0,00570 0,00500 0,00310 0,00280 0,00150

0,00060 0,00080

_ _ _ _ _ _ _ ~

0,4. 10-3 0,6 10-3 0,s 10-3

2,4 10-3 4,5 10-3 7,4 10-3

10,s. 10-3

1,5 lo-'

0,00150 0,00120 0,00090

0,OOMO

0,00080 0,00050

0,00030 0,00030

I < i,

3,7.10-3 , 4,9 . 10-3 6,5 10-3 7,9 . 10-3

io,5.10-3 15,4 - lo-' 20,4

i k

0,2 . 10-3 0,4 10-3 0,6 10-3 0,s 10-

i , ~ . 10-3

~ _ _

1,3 - lo-'

350 385 415 445 480 540 555 570 580

ia

11 . 10-7 16. 10-7 22 '10-7 2s. 10-7 35 10-7 37 10-7 49.10-7 66. lo-' 8 8 - lo-?

Tabel le XU.

0,00078 0,00064 0,00059 0,00059 0,00054 0,00047 0,O 0 0 4 6 0,00043 0,00042

i , , / i L

0,00215 0,00125 0,oo 100 0,00077 0,00061 0,00047

Page 12: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

268 w. n1h4?rr.

i,5 10-3 2,1 * 10-3 2,5 . 10-3 3,6 lo-% 5,s 10-3 7,8 * lo-'

Tabelle XIII.

565 620 715 870

1160 1010

ik -

0,4 . 10-3 0,6 . 10-3 0,8 . 10-3 i,i . 10-3

3,s . 10-3

1,45=10-' 2,8 lo-'

j 6,O - IO-T , 6 , ~ . 10-7

7,7 . 10-7 8,7 -

10,5 * lo-'

K

385 460 540 610 725 910

1050

- -~ __--

0,000280 0,000210 0,000200 0,000167 0,000166

6,s 10-7 7,5 . 10-7 9,0 10-1

1 0 , ~ . 10-7 i2,a 10-7 i7 ,o . 10-7 22,o 10-1

Tabelle XIV.

i.

6,7 . 10-7 8 - 1 0 - 7 9,7 10-7

11 ,~ . 10-7

i9,5.10-7 23,s. 10-7

~~

6

15,4 *

Tabelle XV.

is/& ___~- 0,00167 0,00125 0,00112 0,00097 0,00086 0,00074 0,00066

i, ii

0,00076 0,00055 0,00053 0,00046 0,00046 0,00043 0,00037 0,00032

_____

'61:

2,1 . 10-3 3,2 10-3 3,8 10-3

9,2 . 10-3 12,l . I@-:+

5,2 * I@-$ 6,3 - lo-'

17,4 * lo-''

K

385 445 495 570 630 815 875 970

Filllgas sind die Beobachtungen zusammengestellt, die Air eine Lithinmchloridschicht als Auffanger fiir Kanalstrahlen gemacht worden sind. In den Figg. 4 u. 5 ist wiederum das Ver- hdtnis iJik als Funktion des Kathodenfalles dargestellt.

Den unterschiedlichen Gang des Perhaltnisses iJik mit dem Kathodenfall fur Lithiumchlorid einerseits und Aluminium an- dererseits als Kanalstrahlenauffanyer lapt der Vergleich der -9. 4 u. 5 mit den Ryy. 2 u. 3 deutlich in die Augen Vringen. Es ist das Perhaltnis i,,/ik nicht unahhanyig von der Spannung, sondern nimmt fur alle Werte des Kathodenfalles mit dessm

Page 13: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

#her die Abgabe positiver Elektruitat durch Sake USW. 269

Anwachsen ab. Wahrend fur Aluminium a h Auffanger das Verhdtnis iJik fur Rleine Werte des Kathodenfalles anwachst, nimmt es im Palle des Jithiumsalzes umgekehrt mit wachsendem Kathodenfall ab, und zwar findet der rascheste Absturt dieses Verhaltnisses ialik in der Gegend von 500 Volt Kathodenfall stat t . Air Werte des Kathodenfalles griiper als 800 Volt nimmt das Verhaltnis iJik nur mehr langsam ab.

BuPerdem ist selbot der griipte Wert des Verhaltnisses iJik,

4 0 0 500 660 7Q) 800 9001OOO 1200 1400 o! ' I " 1 1 ' 1 " I

Kathodenfall in Volt. (Saneratoff ab Fiillgae.) Fig. 4.

wie er fu r einm Rleinen Kathodenfall erhaltsn wird, im Falle des Jithiumsalzes ungefahr 12mal Rleiner a h im Palla des Alu- miniums. Der groSe Unterschied in dem Wert des VerhiZlt- nisses id& ffir Aluminium und Lithiumchlorid ah Anffainger ist in folgender Weise zn denten.

An8 der Abnahme des Verh&ltnisses iJik mit waoheendem Eathodenfall, also mit wacheender Stromstilrke ik ist zu folgern, daS zu den bereits besprochenen Komponenten der durch den Anffanger flielenden Stromstilrke i, = j , + j , f j , noch eine

Page 14: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

270 W. Elher.

neue Komponente hinzutritt, die nicht proportional ik ist. Sie mu3 vielmehr rascher, als dieser Proportionalitit entspricht, anwachsen und auSerdem negatives Vorzeichen haben. Diese Komponente kann im Falle des Lithiumsalzes wohl kaum durch die Aufladung des Salzes unter der Wirkung der Kanal- strahlen venirsacht sein, da ja der Widerstand der Salzschicht klein ist. Es liegt vielmehr die Deutung am niichsten, dal3 diese neue Komponente die positive Ladung darstellt, welche

in der Zeiteinheit von den auf das Lithiumsalz fallenden Kanal- strahlen aus diesem freigemacht wird und durch das Gas zur Kathode flieSt. Die dadurch gegebene Stromstike j , hat gegeniiber jk negatives Vorzeichen und aetzt infolgedessen in der Snmme i, =jk + j , f j , - j , den Wert der Summe im Vergleich zu ihren Werten fir den Fall des Aluminiums be- triichtlich herab.

Die Erscheinung, dal3 das Verhiltnis ia/fk in der Gegend von 500 Volt Kathodenfall sehr rasch kleiner wird, ist dahin zu deuten, daS fur diesen Wert des Kathodenfallee die Emission positiver Ladungen aus Lithiumchlorid durch die Wirkung der auffallenden Kanalstrahlen von einem kleinen auf einen gro0en Betrag ansteigt, also f i i r eine bestimmte Geschwindigkeit der

Page 15: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

U6er die Abgabe poritiver Elektrizitat durch Salze usw. 271

Kanalstrahlen einen Schwellenwert besitzt. Dab dieser Schwellen- mert 500 Volt nicht noch scharfer in den Kurven hervortritt, hat offenbar seinen Grund darin, dab nicht alle Kanalstrahlen gleiche Geschwindigkeiten haben, sondern daS ein Teil von ihnen erst fur grobere Werte der Qeschwindigkeit (des Kathoden- falles) nach und nach den Schwellenwert fiir den Beginn der Emission positiver Ladung uberschreitet.

Der ungefuhre Schwellenwert 500 Volt fur das Eimctzea der Emission positiver Ladung von Seiten dcs Lithiumchlm'ds unter der Wirkung auffallender Kanalstrahlen stimmt nun iibcrein mit dem von S t a r k und Wendt ' ) angegcbenen Schwellentoert fiir das Auftretcn dcr Emission der Serienlinien des Lithiums urn Lithium- chlorid untcr der Wirkung von Kanalstrahlen.

GemiiB den vorstehenden Darlegungen darf es ale er- wiesen gelten, daB das Lithiumchlorid und vermutlich alle Salze der Alkalien, ebenso wie sie alle unter dem Auftreffen von Kanalstrahlen bei Uberschreiten eines bestimmten Schwellen- wertes der Geschwindigkeit die Emission der Metallserienlinien zeigen, bei Uberschreiten dieses Schwellenwertes positive L B ~ dungen in einer gewissen Menge abgeben. Die Abgabe posi- tiver Ladung ist etwa von der Gro6enordnung der Summe aus positiver und negativer Ladung d e r Kanalstrahlen, welche die Salze treffen. Hierbei bleibt die Frage unbeantwortet, ob die Emission der Metallserienlinien sowohl von den positiven wie von den negativen als auch von den neutralen Kanalstrhlen bewirkt wird. Es ist wahrscheinlich, d d ein Unterschied in den Wirkungen der drei Strahlenartan hinsichtlich der Abgabe positiver Ladung durch das getroffene Salz nicht besteht. Wenn man die Stromstiirke fiir denselben Kaihodenfall in den Tabb. IX-XV bzw. in den Figg. 4 a 5 als ungefares MaB fur den Gasdruck nimmt, so sieht man, da6 sowohl das Ver- hiiltnis iJik wie seine Abnahme in der Gegend von 500 Volt Kathodenfall mit wachsender Spannung um so groler ist, je kleiner der Gasdruck ist. Dieser Unterschied in dem Gang und in den Werten des Verhaltnisses iJik erklart sich ungezwungen daraus, daB bei niedrigem Druck einerseits infolge der ver- ringerten Absorption der Kanalstrahlen jk und andererseits

1) J. Stark u. G. Wendt, Ann. d. Phye. 38. p. 678. 1912. -

Page 16: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

272 W. Elker.

o p . 10-3 1,96 - lo-’ 5,12 * loAs 6,30. lo-’

der absolute Betrag von j, gr00er wird, weil mehr emittierte positive Ladungen, ohne durch den Gasraum aufgehalten und zur Umkehr nrtch dem Auffhger gezwnngen zu sein, zur Kathode gelangen.

5. Calciumsulfat als Atiffinger. Wird eine Gipsschicht in der oben angegebenen Weise als AuEanger fir Kanalstrahlen benutzt, so ist auSer den bis jetzt besprochenen Komponenten der Stromstiirke i,, die durch den Anffanger fie&, noch eine weitere zu erwarten. Es ist ja der Widerstand der Gipsschicht im Vergleich zu demjenigen des Aluminiums und dea Lithium- chlorida sehr vie1 groSer. Infolgedessen ist zu erwarten, da6 die von den Kanalstrahlen getroffene Oberflache sich aufladt. Die Ladung der Oberflache wird dann einem Strom jL auf der Strecke Kathode- Gas - Auffanger -Erde zur Folge hstben, welcher bei positiver Aufladung negativ, bei negativer Auf- ladung positiv im Vergleich zu j , ist. Wenn wir also an- nehmen, daS auch an Calciumsulfat suftreffende , schnelle Kanalstrahlen positive Ladung zur Emission bringen, so tritt zu den bereits besprochenen Komponenten des Auffanger- stromes i, noch die Komponente j l hinzu. Solange i, klein ist, ist die Aufladung der Gipsobefliche positiv, also j , negativ. Bus diesem Grunde i a t zu erwarten, daB des Verhiiltnis ialik im Falle des Gipses fur maSig schnelle Kanalstrahlen einen noch kleineren Wert hat als im Falle des Lithinmchlorids. Sowie bei wachsender Beschwindigkeit (Kathodenfall) j , gr00er wird, verringert sich die Anfladung und damit auch die Strom- stiirke j l , so dab das Anwachsen von j , durch eine Abnahme von j l zum Teil ausgeglichen wird.

Wie die Tabb. XVI u. XVII und die Kurven in Fig. 6 erkennen lassen, ist erstens das Verhaltnis i,/ik fur Gips ungefahr 20 ma1 kleiner a h f* Lithiumchlorid, zweitens (Kurve XVII) nimmt dieses Verhaltnis zwischen 700 und

Tabel le XVI.

815 1060 1340 1570

Page 17: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

Uber die Abggahe pvsitioer Elehtrizztat duurch S a k e usw. 273

1,s . 10-3 3,4 . 10-3 6,9 - lo-'

11,6 *

Tabelle XVII.

695 1,0 * lo-'' 0,000077 935 1,s * lo-' 0,000056 1110 3,O lo-' 0,000043 1230 4,s 0,000044

2 41

O' & 7& & 960 ldoo 1200 ' 14bo ' I&, ,ew Kathodenfall in Volt.

(XVI. Wssseratoff, XVII. Sauerstoff als Fiillgm.) Fig. 6.

Kathodenfalles von etwa 1500 Volt eine besonders starke Ab- nahme des Verhaltnisses iJik hervor. Uber 1600 Volt hinaus liel3 sich leider der Gang des Verhaltnissee nicht in einem groberen Bereich des Kathodenfalles verfolgen, weil dann die Gipsschicht infolge ihrer starkeren Erwarmung durch die auf- fallenden Kanalstrahlen schneller Wasserdampf abgab, so daS der Gasdruck und mit ihm Stromstarke und Kathodenfall sich schell anderten. Dab indes bei konetantem Druck und bei Wachsen des Kathodenfalls iiber 1500 Volt hinaus das Verhaltnis i,/ik rasch abfdlt, ie t schon daraus zu folgern, daS es, wie im nachsten Abschnitt mitgeteilt wird, beim Uber-

Annslen der Physik. IY. Folge. 67. 18

Page 18: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

214 W. 76lkm.

gang von 1500 zu 3000 Volt bis a d N d abnimmt und dann sogar negativ wird.

Diese Erscheinung , dap bei lhrschreiten von ungefahr 1500 Polt Kathodenfall dac Perhaltnis iJik fur Calciumsulfat besonders rasch abnimmt, id wie im Palle des Lithiumchlorids daraus zu erhlaren, dap l e i aerschreiten eines berrtimmten Schwellenioertes der Geschwind$eit der Kanalstrahlen die Emission positiver Aadungen einsetzt, also im Buffangersttom die Kompo- nente j , mit einem bctrachtlichm Wart zu den bereits vorhan- denen Komponsnten hinzutritt. Der ungefahre Schwellenwert von 1500 Volt Kathodenfall fiir das Einsetzen der Abgabe positiver Ladungen aus Calciumsulfat entspricht dem von S t a r k und Wendt l) angegebenen Schwellenwert (1500 Volt) fur die Emission der Calcium-Serienlinien an Calciumsulfat unter der Wirkung auffallender Kanalstrahlen.

Die Zusammensetznng des Auffangerstromes ia = j , + j , f j , - j , f j , , &us posithen und negativen Komponenten, legt die Frage nahe, ob es nicht auch Bedingungen gibt, unter welchen der absolute Betrag von j , g o h r als die Summe aller ubrigen Komponenten ist, so daf3 da8 Vorzeichen von i, negativ wird. Dann wiirde ein &us positiven, negativen und neutralen Strahlen zusammengesetztes Strahlenbundel aus einem getroffenen Salz mehr positive La- dungen freimachen als ihm zufiihren, so daB der durch den Auffanger zur Erde abiliebende Strom im Vergleich zu den bis- her untersuchten Fallen negatives Vorzeichen annehmen wtirde.

Es finden sicb in der Literatur in der Tat bereits An- gaben, welche die obige Frage im positiven Sinn beantworten. So macht Kohlschiitter2) folgende Bemerkung: ,,Wurde der Platintrilger dnrch ein empfindlicheres Galvanometer zur Erde abgeleitet, so flof3, wenn kein Sah auf ihm war, beim Auf- treffen der Kanalstrahlen ein positiver Strom durch ihn ab; war Salz darauf, so verminderte der abflieSende Strom sehr bald seine Intensitllt und kehrte sich um. Ich hatte den Ein- dmck, daS man es hier mit einem H e k t zu tun hat, der zu- sqmmenhilngt mit der von Fnchtbauer aufgefundenen Sekun-

6. Negativer Auffiingerstrom.

1) J. Stark und 0. Wendt, 1. c. 2) V. Kohlschiitter, Zeibchr. E Eldtroch. 17. p. 397. 1911.

Page 19: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

ober die Abgabe positiver Elektrizitat durch Salze usw. 275

diirstrahlung nnd Reflexion der Kanalstrahlen, doch habe ich ihn noch nicht naher untersucht." Freilich sind die quanti- tativen und qualitativen Angaben von K o h 1 s c h ii t t e r fur seine Versuchsbedingungen nicht so eingehend, daB man von der Beweiskraft seiner Beobachtungen in dem vorstehenden Sinne iiberzeugt sein k6nnte. Ebenso macht Ohlon') ohpe n&here Angabe seiner Versuchsbedingungen foGende Bemerkung : ,,Fiillt man dagegen die Schale mit einem Alkalis& oder mit einem Salz, das ein Metall der alkalischen Erden oder ein schweres Metall enthat, so kann man die Beobachtung machen, daS sich der Strom bei einem bestimmten Potential im Entladungsrohr sprungweise vermindert. Dann und wann kann er bei weiterer Erhahung des Entladungspotentials sogar negativ werden."

Es ist mir gelungen, einen Fall zu finden, in dem ein Auffsnger aus einem Salz unter der Wirkung auffallender Kanalstrahlen einen negativen Strom anzeigte. War nilmlich der Qasdruck in meinen Beobachtungen an dgm oben be- schriebenen Auffianger aus Calciumsulfat so klein, d& eine elektromotorische Kreft von 3500 Volt gerade ausreichte, um den Glimmstrom in der verwendeten Kanalstrahlenrohre herzn- stellen, so wurde der von dem Gips zur Erde flieBende Auf- fangerstrom, sowie Kanalstrahlen auf den Gipsauffanger fielen und eine intensive Emission der Calciumlinien bewirkten, negativ. So erhielt ich ale Mittel aus mehreren Beobachtungen fiir einen Gesamtstrom 4 von 3,5 Amp. und einem Kathodenfall von etwa 3000 Volt einen Aeangerstrom i, von - 2,3. lo-' Amp. Bei diesen Beobachtungen bestand das Gas in der m h r e in- folge der Entwicklung von Wasserdampf aus dem @ips in der Hauptsache wohl aus Wasserdampf. Der negative Auf- Fmgerstrom konnte nur kurze Zeit beobachtet werden. In- folge der Wilrmeentwicklung durch die auffallenden Kanal- strahlen bildete sich nilmlich rasch weiterer Wasserdampf, so d d der Druck in der Riihre stieg, der Kathodenfall abnahm und die Gesamtstromstiirke zunahm. Indes kennto die Erscheinung des negativen Auffangeretromes nach Ernie- drigung des Drnckes immer wieder nnter den angegebenen Be- dingungen hergestellt werden. Die vorliegende Beobachbung,

1) Sven Em. Ohlon, Verh. d. Deubch. Php-a. Gee. 20, p. 12. 1918.

--

18 *

Page 20: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

276 w. VOlk.

daS Caloiumsulfat unter der Wirkuag rascher Kanaletrahlea (SOOO Volt) bei niedrigem Gasdruck einen negatiten Auffiinger- strom liefert, ist nur in folgender Weise en d e u h .

Calciumsulfat gibt untar der Wirkung auffallender, rascher Kanalstrahlen (SOOO Volt) in Wasserdampf mehr positive La- dung ab a ls es von aeiten der auffallenden Eanalstrahlen ab- sorbiert. EB ist nioht mbglich, das negative Vorzeichen des Auff$ngentromes ia = j k + j , f j , - ja aue einem negativen Wert der Komponente j@ infolge einer etwaigen Voltadifferenz zwiechen Qipe und Eathode zu deuten; denn d i e m Strom j , ist urn so etlirker, j e &irker die Ioniaierung dee Qaaes awiechen Kathode und Anffiinger id, je @Ser also i, bm. j , and der Cfasdmck-sind. Nun war aber gerade der AuffPngerstrom i, unter diesen Bcidhgungen, niimlich bei einem Kathodenfall von 1700 Volt, &em Gesamtatrom von 4,4*10-s Amp. und einem etwas hbherem Gaadruck, ds er bei negatitem Vor- zeiohen dee Aufhgemtromes vorlag, poeitiv. E8 kann ale0 daa stark, Anwachsen einer aegativen Komponente dee Ad- fSngerstromes beim iibergang au 3000 Volt Kathodenfall (8,s. 10-3Millimnp.) und einm etwas kleineren Gaadnmk nicht von einem Anwaohsen ton j,,, da ea ja in Wirklhhkeit abnimmt, sondern nur Ton dem Anwacheen einer andaren negativen Komponente des Anffllngeratromes herrilhren. Als solche kommt allein ja, die StromsWke infolge der Abgabe posi- tiver Ladung TOR neiten des Salzes, in Betmaht.

Dutch die Gcsamthest der aorliegendcn Reob achtutzgen ist der Bmcis gefiihrt, dap ein Alhlisalr (JiCl) und c i ~ Salt dm alhaliachen #den (CaSO,) p&ve hadungm abgibt, wenn Kaddrak lm auf daa&be fallen, &en Geachwindigkeit so gro! ist, dag Sic auf der Obcrfliiehe de8 Salzes die Emission dcr lfetauden'cnlirricn aneurcgen v m g .

Bus dieser Eracheinung allein iet fiber die Natur der von dem salz abgegebenen positiven Ladungen noch kein Schlut3 z u ziehen. Ea ist zu dieeem Zwecke noch die von Stark') feetgestellte Tateache heranzuziehen, daS die Intensit&t der MetalleerienXnien , welche die Kanalstrahlen unmittelbar vor der Oberflache des getroffenen Salzes zur Emisaion bringen,

7. Brgeenib.

1) J. Stark, Gem& miindlieher Mitteilung.

Page 21: Über die Abgabe positiver Elektrizität durch Salze von Alkalien und alkalischen Erden unter der Wirkung von Kanalstrahlen

uber die Abgabe positiver Elehtrizitat durch Sake usw. 277

so sehr die Intensitilt der Spektrallinien von Atomen aus dem negativen Radikal des Sdzes iiberwiegt, da6 in spektro- graphischen Aufnahmen die Yetallserienlinien bereits iiber- lichtet erscheinen, wenn die Spektrallinien von Atomen aus den negativen Radikalen (Cl, 0, S) noch nicht sichtbar werden. Hiemus ist m folgern, da6 die Trager der von dem Salz ab- gegebenen positiven Ladungen die abgegebenen Metallatome sind, deren Serienlinien beobachtet werden.

Es ist somit auf einem neuen Wege das wichtige Re- eultat gewonnen, daj det Bagm dc+ Scrirnlinien Gincs Alkali- atoms oder dries Atom det alkalischm &den das pod ive Atomwn dieset Elemente ist.

Die vorliegenden Untersuchungen wurden im Physiks- lischen Inetitut der Univereitiit Greifswald unter Leitung von Hm. Prof. S t a r k im Sommer 1918 ausgefiihrt.

Hm. Prof. S t a r k sage ich auch an c2ieeer Sfelle meinen herzlichen Dank Air seine weitgehende Unterst€itzung.

Qreifswald, Physik. Institut d. Univ., 25. JoPi 1918.

(Eingagangen 10. Juli 1918.)