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11. Ein einfaches Verfahren XUT Best.irnmumg des n e u t r a l e n .Pzcrzktes u o n Therrnoelernentsn;

u o n Ant o n A b t.

Es ist hekannt, dass die elektromotorische Kraft eines Thermoelementes von dem Temperaturunterschiede seiner Lot- stellen abhangig ist und dass jene mit diesem bis zu einer gewissen Grenze zunimmt. Wird die eine Lotstelle constant auf O o erhalten und die andere allmahlich erwarmt, so nimmt die elektromotorische Kraft bis zu einer gewissen Grenze zu, allein diese derselben Temperaturerhohung, z. B. um 1 O , ent- sprechende Zunahme der elektromotorischen Kraft nimmt in den meisten Fallen a b , und letztere erreicht bei einer ge- wissen Temperatur der erhitzten Lijtstelle ihren grossten Wert. Ueber diese Temperatur hinaus nimmt die elektromotorische Kraft fortwahrend ab , sinkt bei einer gewissen Temperatur auf Null und andert uber diese hinaus ihr Vorzeichen. Der beobachtete Ausschlag der Galvanometernadel ist negativ ge- worden, der thermoelektrische Strom hat seine Richtung geandert.

Bezeichnet man die elektromotorische Kraft des Thermo- elementes mit I?, die Temperaturen der Lotstellen mit tl, tz, so ist fur die gewohnlich gebrauchten Thermoelemente die elektromotorische Kraft nach Aven a r i u s l) hinlanglich genau ausgedruckt durch folgende Relation :

oder

in welcher a und b zwei von der materiellen Beschaffenheit des Thermoelementes abhangige Constanten sind.

Aus ('2) folgt E = 0, wenn tl + tz = - a / h ist , ferner, dass E den grossten Wert erreicht, wenn tl - tz = - a12 b ist. Bezeichnet man diesen Temperaturunterschied mit T, so ist

(1) E = a (t, - f ) + h(tT - t i ) ,

(2) = - tz) [a + 6 ( 4 + t,>l,

(3) T = - Z - , oder auch 21= --. tl + t z

2 b 2 Wird die eine Lotstelle auf O o erhalten, so ist t2 = 0

und T = t z / 2 , d. h. in diesem Falle ist die Temperatur, bei

1) Avenarius, Pogg. Ann. 119. p. 406. 1863; 123. p. 193. 1864.

Thermoelemente. 32 1

welcher Bden hochsten Wert erreicht, gerade die Halfte von jener, bei welcher der thermoelektrische Strom wieder verschwindet. Die Relation (2) nimmt nun folgende einfachere Gestalt an: (4) E = a t , + b t i .

Aus dieser folgt nun:

Aus (5) ergiebt sich, dass fur zwei solche Temperaturen, TTon welchen die eine um ebenso vie1 grijsser, als die andere kleiner als T ist, die elektromotorische Kraft denselben Wert hat. Man nennt deshalb die Temperatur T nach T h o m s o n , welcher clieselbe zuerst bestimmte, den neutralen Yunkt des Thermoelementes. Die Bestimmung desselben erfolgt auf Grund der Gleichung (2). Zu diesem Rehuf werden die Temperaturen der Lotstellen so lange geandert, bis der Strom verschwindet, dann giebt das arithmetische Mittel dieser beiden Temperaturen die neutrale Temperatur.

Zur Beobachtung derselben wurden verschiedene Verfahren angewendet. Ein einfaches, namentlich zu Vorlesungsversuchen zur Demonstration des neutralen Punktes wegen seiner Ein- fachheit geeignetes Verfahren ist folgendes.

An einem viereckigen Holzgastell G (Figg. 1 u. 2 ) , welches in der Mitte eine viereckige Oeffnung hat, sind an beiden Seiten dicke, mit gleicher Oeffnung versehene Asbestplatten A, A befestigt. I n den beiden Oeffnungen der Asbestplatten steckt ein vierseitiges Stahlprisma P, dessen Lange 14,9 cm, Breite 2,2 cm und Hohe 3,8 cm betragt. An dem einen Ende des- selben befinden sich nahe zu einander zwei Bohrungen , eine verticale n zur Aufnahme des Gefasses eines Thermometers T, und eine horizontale r ziir Aufnahme der einlen Lotstelle eines Thermoelementes. Letztere wird behufs Erreichung eines guten metallischen Contactes mittels der Schraube s an das Prisnia angedruckt. Die mit ciner Oeffnung versehene Holzleiste I halt das Theririometer T in verticaler Lage. Das ganze Ge- stell ruht auf zwei schmalen Eisenplatten P. Zum Versuche sind zwei solche Gestelle G, und G, (Fig. 1) notwendig.

Die Thermoelemente d a b c werden aus Metalldrahten oder Metallstreifen hergestellt. Jedes bestelit, aus drei Teilen,

Annalen der Physik. IV. Folge. 3. 21

322 A. Abt.

die Teile d a und c 6 aus demselben und a 6 aus einem anderen Metall, welche bei a und 6 zusammengelotet sind. Die Lot- stellen a und 6 werden, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in die Bohrungen r der beiden Prismen gesteckt und durch Anziehung der Schrauben s der zur Warmeleitung notige Contact hergestellt.

Vnr dem Versuch werden die Hohlraume der Bohrungen n zwischen den Wanden derselben und dem Thermometergefiiss mit Eisenfeilicht gefiillt, die Enden c, d des Thermoelementes mittels Iilemmschrauben mit den zum Galvanometer fiihrenden Leitungsdrahten verbunden und in schmelzendes Eis getaucht,

dann die anderen Enden der Stahlprismen mittels der Flammen von Bunsenbrennern B erhitzt. Der entstehende Thermostrom wird mit einem empfindlichen Spiegelgalvanometer, Scala und Fernrohr beobachtet. Zu Vorlesungsversuchen wird eine trans- parente Scala so aufgestellt, dass ein von einer passenden Lichtquelle kommendes und am Galvanometerspiegel reflec- tirtes Lichtbundel in normaler Richtung und gerade auf den Nullstrich der Teilung auffAllt, wenn kein Strom im Galvano- meterdraht vorhanden ist.

Wird bei dem Qersuch nur die eine Lotstelle erhitzt, die andere constant auf der Temperatur der Luft erhalten, so wachst mit zunehmender Temperatur die Intensitat des Ytronies sowie die entsprechende elektromotorische Kraft , jedoch sind

Thermoelemente. 323

die glkichen Temperaturerhohungen entsprechenden Intensitats- zunahmen nicht gleich, sondern immer kleinei-, bis die elektro- motorische Kraft des Thermoelementes scinen hochsten Wert erreicht. Bei weiterer Zunahme der Temperatur beginnt die elektromotorische Kraft abzunehmen, und zwar ebenfalls un- gleichmassig und sinkt bei einer gewissen Temperatur auf Null, der Strom verschwindet: um dann iiber diese hinaus seine Richtung zu anclern.

Alle diese Aenderungen sind aus de r nachfolgenden tabellarischen Zusammenstellung ersichtlich , welche die Re- sultate einer mit einem Messing-Blei-Thermoelement aus- gefiihrten Versuchsreihe enthalt. In der Tabelle bedeuten tl und t, die Temperaturen der Lot$tellen, J die Intensitat des thermoelektrischen Stromes in Scalenteilen au sgedriickt, 2 die Zunahme der Stromintensitat fur je 10 O Temperaturerhohung.

Zu dem Versuch wurde ein SpiegelgalvanoGeter mit einem astatischen Nadelsysteni von geringem Gewichte und einer Schwingungsdauer von 7 Secunden , und eine transparente Scala mit 2 cm langen Scalenteilen verwendet. Die eine Lot- stelle wurde auf der Temperatur der Luft ( t , ) erhalten und die andere in der angegebenen W eise erhitzt. Zur Bestimmung der Temperaturen wurden Thermometer aus Jenaer Glas be- nutzt, welche oberhalb des Quecksilbers mit comprimirtem Hydrogengas gefullt waren, und deren Scala bis 300 bez. 500 O Celsius reichte.

1. Thermoelektrisches Verhalten eines Messing-Blei- thermoelementes. -- ~-

tl

18,O 20,o 30,o

~ -~

40,O 50,O

70,O 60,O

80,O 90,o

100,o 110,o

~-

t 2 ~

~

18,5 15,5 1X,5 19,O 19,0 19,0 19,o 19;o 19,0 19,5 19,5

tl

120,o

~~ -~ -

130,O 140,O 150,O 160,O l70,O 180,O 190,o 200,o 210,o

~-

2, ~- ~. ~

19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 20,o 20,o 20,o 20,o 20,o

-0,lO -0,lO - 0,20 - 0,20 - 0,20 - 0,30 - 0,40

324 A . Abt.

Es hatte also die elektromotorische Kraft dieses Thermo- elementes seinen hochsten Wert (1,4) innerhalb der Temperatur- differenzen von 80,5O und 100,5O erreicht, und der neutrale Punkt desselben liegt in der Nahe von (200 + 20j : 2 = l l O o C. Der Strom geht an der erwarmten Lotstelle von Blei zum Messing. Die Intensitat des Stromes wachst anfangs schneller, dann immer langsamer und andert sich in der Nahe des neu- tralen Punkt,es nicht merklich. Ueber diesen hinaus ist die Abnahme der Stromintensitat anfangs geringer, dann immer grosser, his letztere auf Null sinkt und dann die Richtung des Stromes sich andert.

Behufs genauerer Bestimmung des neutralen Punktes wurden beide Stahlprismen erhitzt und die Flammen der Bunsenbrenner so lange regulirt, his der Lichtindex wieder auf den Nullpunkt der Scala fiel. Die in diesem Moment ab- gelesenen Temperaturen t l , f der beiden Lotstellen und die aus denselben berechneten Werte von T sind in Tab. I1 zu- sammengestellt.

11. Neutraler Punkt des Messing-Bleithermoelementes.

650 46 44 43 41 84

- -~

4 + t 2 ~ ~

228 232 234 234 234 234

T

114O 116 117 117 117 117

Aus den letzten vier Beobachtungen ergiebt sich der neutrale Punkt dieses Thermoelementes zu 11 7 O C.

Mit einem Eisen-Silberthermoelement habe ich zwei Versuchsreihen ausgefiihrt, bei der einen wurde nur die eine Lotstelle erhitzt, die andere auf der Temperatur der Luft er- halten. Bei der zweiten Versuchsreihe wurden beide Lotstellen erhitzt. Die Nadelausschlage wurden wieder an der trans- parenten Scala abgelesen. Die beobachteten Resultate findet man in den Tab. 111 und I V angefiihrt. In der Columne t sind die Temperaturen der erhitzten Lotstelle, in der Columne J

Thermoelemente. 32 5

die in Scalenteilen ausgedruckte Intensitat des Stromes, in der Columne 2 die Zunahme der Intensitat fur je 5 O Temperatur- erhohung enthalten.

111. Aenderung der Stromstiirke eines Eiaen--Silberelementes bei Erhitsung der einen Lotstelle, wiihrend die andere auf der Temperatur der Luft (20° C.) erhalten wurde. Im Stromkreise

war ein Widerstand von 20 bd eingeschaltet.

t

20 25 30 35 40

45 50 55 GO 65

70 75 so S5 90

95 100 105 110

~ ~~

~ ~ ~~

115' 8,3 125 898 130 1 9,0 133 9,2 140 j 9,4

145 I 9,6 150 9,7 155 979

I

160 10,l 165

170 175 10,G

195 1 1 , l O 200 11,25 205 1 11,35 210 11,45

220 225 2 3 0 235

240 245 250 255 260

265 270 215 280 280

290 295 300

11,60 11,70 11,75 11,75

11,80 11,90 12,oo 12,oo

12,lO 12,lO 12,10

12,05

12,05 12,03

12,Ol 12,oo 11,99

0,05 0,10 0,05 0,oo

0,lO 0,lO 0,oo 0,05

0,05 0,oo 0,oo

- 0,05 - 0,02

-0,02 -0,Ol - 0,Ol

0,05

Auch bei diesem Thermoelement ist die Zunahme der Stromintensitat anfangs grosser, dann immer kleiner, inner- halb gewisser Grenzen der Temperaturdifferenz merklich pro- portional und in der Nahe des Maximums ist die Aenderung derselben fast unmerklich. Den grossten Wert (12,l) hatte es bei 270° C. erreicht. Ueber diese Temperatur hinaus war die Sbnahme der Stromstarke entsprechend de m Verlauf beim dnsteigen anfangs kleiner, dann immer grosser und innerhalb enger Grenzen der Temperaturdifferenz merklich proportional. Bei diesem Versuch konnte mit dem angewandten Thermo- meter die Temperatur der erhitzten Latstelle nur bis 300O C.

326 A. Abt.

gemessen werden, aus diesem Grunde musste der Versuch hier unterbrochen werden.

Zur Bestimmung des neutralen Punktes wurden beide Prismen, bez. Lotstellen des Thermoelementes erhitzt und die Flaminen so lange regulirt, bis der Lichtindex auf den Null- punkt der ScaIa, die Magnetnadel in den magnetischen Meridian zuruckkehrte. Die beobachteten Resultate maren folgende.

IV. Neutraler Punkt eines Eisen-Silberelementes. f l t z t* t- 2, T

292' C. 263O c. 5550 c. 277,5OC. 290 264 554 277,O 287 265 552 276,O

~ ~ ~~~

Mittel 276,8" C.

Das thermoelektrische Verhalten eines Zink-Eisenelementes wurde nach diesem Verfahren mit Fernrohr und Millimeter- scala beobachtet. Die Beobachtungsresultate sind in der fol- genden Tab. V nur teilweise elithalten, namlich bis zu dem grossten Wert des thermoelektrischen Stromes und etwas dariiber hinaus, und dann in der Nahe des neutralen Punktes. tl , tz und J haben dieselbe Bedeutung wie fruher, ta bedeutet die Temperatur der erhitzten Lotstelle.

V. Thermoelektrisches Verhalten eines Zink-Eisenelementes. ti t z J 4 c J tl t z J

22,8 110 5,O 22,8 195 8,2 23 260 812 811

22,8 130 6,20 23 205 8,4 23 275 810 78

22,s 150 6,QO 23 215 6,5 23 285 7,6 22,s 155 7,lO 23 225 8,5 N 'u -

22,5O looo 4,4 22,s' 190' 8,l 23O 255O 8,3

22,s 120 5,55 23 200 8,3 23 270

22,s 140 6,55 23 210 8,4 23 280

22,8 160 7,25 23 230 S,65 24,s 438 0 , l O 22,s 165 7,45 23 235 8,50 24,s 439 0,05 22,s 175 7,85 23 240 8,45 24,s 440 -0,05 22,8 180 7,90 23 250 8,4 24,s 441 -0,lO

Es wurde also bei diesem Element der grosste Ausschlag (8,55) der Galvanometernadel bei den abgelesenen Temperaturen tl = 23" und tz = 230° beobachtet. Die Temperaturen, bei welchen die Richtung des Thermostromes sich anderte, lassen

Thermoelemente. 321

sich aus den Temperaturen, bei welchen die kleinsten Werte fur J beobachtet wurden, ermitteln. Es ist namlich:

tl + t z ~- tl + t 2 2 6 f J

24,S0 439O 0,05 463,S0 231,9 O

24,s 440 -0,05 464,s 232,4 Mittel 24,s 439,5 0,OO 464,3 232,15

Dieser Wert (232,15O) des neutralen Punktes ist urn 2O grijsser, als die Temperatur (230°) , bei welcher der hochste Wert fur J beobachtet wurde. Die Correction wegen des herausragenden Quecksilberfadens betragt Rir tz = 439 O, an- naherungsweise 33 O, und der neutrale Punkt 249 O.

(Eingegangen 8. August 1900.)