10. Brzeugumny v o n E a t h o d e n s t v a h l e m d u r c h ultra- udolettes U c h t ; v o n P. L e n a r d .

(bus den Sitzungaber. der kais. Akad. d. Wisnensch. in Wien, vom 19. October 1899.) ')

Die von H e r t z entdeckte, von Hrn. Ha l lwachs zuerst in vereinfachter Form gezeigte Wirkung des ultravioletten Lichtes, negative Elektricitat von Korpern fortzutreiben, ist heute in vielen ihrer Einzelheiten erforscht. In ihren Mechanismus hat man insoweit einzudringen vermocht, als die Bahnen der entweichenden Elektricitit im lufterfiillten und auch im luft- verdunnten Raume festgestellt wurden.a) Welches aber die Trager der Elektricitat lLngs jener Bahnen seien, ist zweifelhaft geblieben.

1. Versuche uber das ,,Zerstauben der KBrper durch ultra- violettes Licht" 9 haben die Miiglichkeit gezeigt, dass wagbare materielle Teile des bestrahlten Korpers jene Trager seien. Dam indessen solche unmittelbare Auffassung der damaligen Ver- suchsergebnisse doch schwerlich zutreffend sei, haben mir be- sondere Versuche gezeigt, von welchen einer hier beruhrt sei.

Eine von Wasserstoffgas umgebene blanke Oberflache von Natriumamalgam wurde so lange bestrahlt, dass 2,9. Coulombs neglttiver Elektricitat von derselben entwichen, und das elektrische Feld uber dem Amalgam war so gestaltet, dass diese gesamte Elektricitiltsmenge an einen reinen Platindraht getragen werden musste. Wlren hier Natriumatome die Trilger gewesen, so wurde, dem a19 einzigen vorhandenen Anhalte hier maassgebenden elektrochemischen Aequivalente des Natriums entsprechend, deren Gesamtmenge 0,7. mg betragen haben;

1) Mit Bezug auf die Anmerkungen zu Abaatz 8 n. 9 der Arbeit sei beim gegenwbtigen Wiederabdruck derselben auf die nunmehr vor- liegende vollsthdige Vertiffentlichung der zum Teil verwandten Unter- suchung des Hrn. J. J. T h o m s o n hingewieeen (Phil. Mag. (5) 48. p. 547. 1899).

8 ) A. R i g h i , Mem. della Resle Acad. di Bologna (4) 9. p. 369. 1888 und Atti della Reale Arad. dei Lincei (21 6. p. 81. 1890.

3) P. L e n a r d u. M. W o l f , Wied. Aun. 57. p. 443. 1889.

- -

360 Y. Lenard.

waren es grossere Teile von Natrium gewesen, rioch mehr. Nun sind nach Bunsen weuiger als 0,3.10-6 mg Natriumsalz in der Flamme noch mit der grossten Deutlichkeit erkennbar. Wurde aber der Platindraht, welcher die Trager empfangen hatte, in der Flamme gepriift, so ergab er keine Spur von Natriumreaction.

2. Zu derjenigen anderen Auffwsung, welche in der cber- schrift dieser Arbeit angedeutet ist, fiihrte mich der streng uni- polare Charakter der lichtelektrischen Wirkung, wie er Zweifeln gegenuber besonders durch die Herren El s t e r und (;F e i t e 1 gesichert worden ist l), zusammen mit der Erkenntnis, dass Kathodenstrahlen wesentlich Trager negativer Ladungen seien.a) Es bestarkte mich in dieser Auffassung, nach erfolglosen Ver- suchen, eine Bemerkung des Herrn Righi .

Derselbe findets), dass die auf stark negativ geladene Korper ausgeubte entladende Wirkung des Lichtes in mehr und mehr verdiiniiter Luft zunachst zunehme bis zu einem Maxiruum , welches bei demjenigen Drucke eintritt , ,,unter welchem die Luft am leichtesten elektrische Ladung annimmt", dass sie aber bei dartiber hinausgehender Verdtinnung wieder abnehme. Er findet ferner, dass die auf eiiiem anfanglich un- elektrischen Korper ausgeiibte Wirkung des Lichtes, ihn durch Austrciben negativer Elektricitat zu positiver Ladung zu bringen, mit zunehmender Verdilnnung der Luft stets nur zunehme, und er fugt hiiizu die Bemerkung: dass hiernach jene beiden Aeusserungen der lichtelektrischen Wirkung offenbar nicht Folge einer einzigen Ursache seien.

Hier knupfen die gegenwartigen Versuche an. Wenn mehrere Vorgange sich iibereinander lagern, so wird man zu- nachst suchen miissen: einen derselben zu isoliren. Ich strebte daher , die Erscheinung zunachst bei Ausschluss der Luft zu studiren, wobei freilich vor allem zu entscheiden war, ob nicht heim Uebergange zum ilussersten Vacuum noch eine Umkehr mit sohliesslichem Ausbleiben der Wirkung eintrete, wie dies bei den sonstigen Entladungserscheinungen wirklich der Fall ist.

3. Der benutzte Apparat, ein zu evacuirendes Glasrohr mit eingeschmolzenen Elektroden, ist in Fig. 1 in drittel Grosse -~

1) J. Elster u. H. Gei te l , Wied. Ann. 67. p. 24. 1896. 8) Vgl. Wied. Ann. 64. p. 279. 1898. 3 ) A. Righi , Atti della Reale Acad. dei Lincei, 1. c.

Zrzeuyuny von Kathodenstrahlen durch ultraviolettes Licht. 361

dargestellt. U ist die zu bestrahlende Elektrode, eine Scheibe aus blankem Aluminiumblech von 1,5 cm Radius. Von gleicher Grosse und demselben Material ist die zweite, der ersten parallel gestellte Elektrode 2, welche stets als mit der Erde verbundenvoraus- gesetzt wird. Die 5 mm weite Oeff- nung in der Mitte von E, sowie die b ei den fib er z ahli- gen Elektroden CE

und p sind bei den ersten Versuchen (3, 4) noch nicht vorhanden. Die Lichtquelle Lwird

von der 15 mm langen Funkenstrecke eines grosseren, mit einer Leydener Flasche versehenen Inductoriums gebildet ; die Funken springen zwischen Zinkdrahten iiber , was vie1 ultraviolettes Licht giebt. Eine Blende B aus Stanniol, von 4 mm Weite, verhindert das Licht, andere Teile des Rohrinnern zu treffen als nur die Flache der Elektrode U. Die Blende setzt sich seitlich fort in Blech- wanden, in der Figur bei WW angedeutet, welche das Rohr und die zu benutzenden Messinstrumente vor den elektrischen Kraften der Lichtquelle schutzen. Der Luftabschluss bei B wird durch eine 3 nim dicke Quarzplatte gebildet. Die Licht- quelle bleibt immer weiter a19 4 cm yon B entfernt.

Durch fortgesetztes Erhitzen und die Entladungen eines grossen Inductoriums bringen wir das Rohr dauernd in den Zustand, dime Entladungen nicht mehr durchzulassen, sodass sie ausseii um ‘das Rohr herum erfolgen. Die Quecksilberluft- pumpe 1) befordert dann auch in stundenlangen Zwischenraumen keine sichtbaren Gasmengen mehr aus dem Rohr.

Verbinden wir nun U n i t einem Elelrtroskope, so fallen dessen Blatter bei negativer Ladung doch augenblicklich zu-

fur gewohnlich Fig. 1.

_ _ -

1) Es wurde die Raps’sche Purnye benutzt.

362 P. Lenard.

sammen, wenn U belichtet wird, und auch dann vermindert sich die Divergenz noch rasch, wenn eine Leydeiier Flasche mittlerer Qrosse hinzugeschaltet ist. Positive Ladungen bleiben bestehen oder nehmen ausserst langsam ab.’) Mit dem Quadrant- elektrometer ist nachzuweisen, dass die ursprtinglich ungeladene Elektrode unter dem Einflusae des Lichtes eine positive Ladung annimmt, die bis zu einer Grenze von etwa 2,l Volt anwachst. Alle diese Erscheinungen bleiben vollstandig &us , wenn ein diinnes Glimmerblatt zwischen die Lichtquelle und den Apparat gescliobeu ist. Kurz, es bleiben alle in Luft bekannten, charakteristischen Wirkungen des ultravioletten Lichtes auch im aussersten Vacuum bestehen , und zwar in auffallender Starke. In quantitativer Hinsicht werden wir alsbald (4.) einen scharfen Unterschied constatiren zwischen der Wirkung hier und der in verdiinnter Luft. Es sei auch bemerkt, dass Kiihlen des zwischen Rohr und Pumpe befindlichen Phosphorsaure- gefzisses durch feste KohlensUure und Ather die zu messenden Mengen der entweichenden Elektricitit nicht weiter beeinflusste.

In Hinsicht der lichtelektrischen Wirkung scheint mir der Versuch zu lehren, dess dieselbe in erster Linie nichts zu thun hat mit der Luft. k in weitergehendes Interesse des Versuches liegt dann aber darin, dass er EIektricitat im aufs ausserste evacuirten Raume aufweist, welchen man nach frtiherer Kennt- nis als derselben unzuganglich hatte beaeichnen miissen. Gleiches ist schon vorher, und zum ersten Male, an Kathoden- strahlen beobachtet worden, welche durch Gasentladung erzeugt waren2), und es ist bemerkenswert, dass es in beiden Fallen nur die negative Elektricitat ist, welche im aussersten Vaccum auftritt. Urn auf diese Verhiiltnisse kurz Bezug nehmen zu konnen , werde ich die hier zu beobachtenden Elektricitats- mengen , welche, wie sich wieder zeigen wird , mit Tragheit begabt sind, und welche in Bewegung befindlich nach friihereni

1 ) Dies erwies sich von den Beleuchtungsverh~ltniseen im Innern des Rohres sehr abhiingig; wurden ausser der Fltiche von U noch andere Rohrteile mitbelichtet, so konnte die Abnahme der positiven Ladung ver. grosecrt werden. Da nun zerstreutes reflectirtee Licht auch unter nor- malen Verhailtnissen bcispielsweise die Elektrode E trifft, wird der oben erwkhnte geringe Verluet von positiver ElektricitRt als scheinbar im Sinne der Herren E l s tcr und G e i t e l (1.c.) zu erkliiren sein.

.. . - _ _ -

2) Vgl. Wied. Anu. 64. p. 279. 1898.

h’rreuguiig von Katliodenst~ahlen durcli ultraviolettes Licht. 363

die Kathodenstrahlen ausmachen im Folgenden mit dern be- sonderen Namen Quanten bezeichnen.

4. Eine Messung der Mengen der durch das Licht ins Vacuum getriebenen Elektricitat wurde dadurch bewerkstelligt, dass man sie vor dem Eintritt in die Elektrode U durch einen sehr grossen, an diese Elektrode geschalteten Widerstand fliessen liess und die Potentialdifferenz an den Enden dieses Widerstandes maam, letzteres nach Bediirfnis mit dem E x n e r ’ - schen Elektroskop oder dem Quadrantenelektrometer. Dieses messende Instrument und der aus Leinenfaden oder Graphit hergestellte Widerstand befanden sich dabei in einer leitenden, von der Erde isolirten Hulle, welcher die negative Elektricitat in geniessener Spannung zugefuhrt wurde.’) Die Differenz dieser letzteren Spannung und der zwischen den Exiden des Wider- standes beobachteten ist das Elektrodenpotential in der folgen- den Tabellc; daneben stehen die nach dem Ohm’schen Gesetz gerechneten Mengen.

T a b e l l e I.

Potential der Entwichene bestrahlten Elektrode I Elektricittitamcnge

- . - . - - . -. - - -. - - .- - - I

. -. _- - - -. - . - . - . - - - - .- . - . - . - . - -. . -_ - -_ - .- - .- - . -. - - - . - - - - .- I Caul

sec - 45000 Volt’) 24,5. 10-10 -

- 25000 ‘ 26,6 - 8900 22,5 - 4100 i 24,s - 3110 1 24,5 - 1300 I 24’5 - 500 - 120 i :::;

. - .. .- - - - .-.-I - 14 19,9 - 9 I 15,9 - 1 I 7

0 4 + 1 4 4- “1 0

_ _ .~

I

I) Ueber die Susfuhrung der Spannungsmessung vgl. p. 368. Die Widcrsttinde wurden durch die Entlndungszeiten ausgemessener Capa- citliten bestimmt.

2) Selbst bei dteser Spannung war ohne Licht ein Entweichen von Elelrtricitat in meinen Versuchen nicht bemerkbar.

364 P. Lenard.

Betrachten wir zuerst den obersten Teil der Tabelle, so sehen wir, dass die in der Zeiteinheit entweichenden Elektri- citatsmengen innerhalb sehr weiter Grenzen unabhilngig sind von der vorhandenen Spannung. Im xweiten Teile der Tabelle dagegen, namlich unterhalb einer Spannung von etwa 100 Volt, nehmen die entladenen Mengen mit weiter sinkender Spannung deutlich ab. ES ist dies ein unmittelbar nicht verstandliches Verhalten ; denn wenn die Bussere Spannung wirklich Einfluss hatte auf den Vorgang der Ausstrahlung aus der Elektrode, so miisste dies am deutlichsten bei den hochsten Spannungen sich zeigen ; dies ist aber durchaus nicht der Fall. Die Erklarung, welche ich mir gebildet habe, ist diese, dass bei nicht ge- niigender Siusserer Spannung zwar nicht die Ausstrahlung eine verminderte ist, dass aber dann ein Teil der schon aus- gestrshlten Qunnten durch deren eigene Kriifte wieder zur Elektrode xuruckgeht. Dass dies in unseren Versuchen schon von 100 Volt abwarts eintritt, hiingt mit der Besonderheit der angewandten Lichtquelle zusammen, wahrend ausserordentlich kurzer Zeit ausserordentlich grosse Intensitat zu besitzen. Hierauf sol1 indessen hier nicht weiter eingegangen werden ; wir begniigen uns, die in unseren Versuchen schliesslich und bleibend entwichenen Mengen zu weiterer Verwendung ver- zeichiiet zu haben. Bemerkt sei noch das im dritten Teile der Tabelle nachgewiesene, unmittelbar verstandliche Herabsinken der entwichenen Mengen zu Null, wenn die ausseren Span- nungen positiv , also der Fort)bewegurig der ausgestrahlten Quanten entgegenwirkend sind (vgl. 8.). Die Spannung + 2,l Volt, zu welcher die Menge Null gehart, ist dieselbe, welche bei anfhglich unelektrischer Elektrode durch Bestrahlung von selber sich eiiistellt (3.).

Zum Vergleiche des Verhaltens im Vacuum mit dem in Luft von verschiedener Verdunnung mogen die folgenden Resultate einer zu diesem Zwecke unternommenen, zusammen- hangenden Versuchsreihe an unserem Apparate hier Platz finden.

Zrzeiigung uon Katfiodenstrahlen diirch ultraviolettes Licht. 365

T a b e l l e IT..

Luftdruck in Millimetern Queckeilber - - - .- - - - - - __ - - - -. - - - - __ - - - - -

I

I’otential der II _ -. . .. . . . -. .. . . ._ . - . - I1 I I bestrahlten Elektrodell 0 1 0,002 0,03 i 0,7 20 i 209 i 760

I - - - - - - - - - - _ - -.8 - - - - - - - -. - - - - - - _ - - .- - - - . - . - . -. - - - - - - .- - . - - - Volt, negntiv 1’ Entwichene Elektricittitsmengen. Coulomb IO-lO/sec _ _

‘I - _ _ - - .- . ___-

300 ,, 20,2 2i,6 ~ 47 3,4 O,M i 0,12 i < o,o5 4000 20,3 26,2 I - j - , 40 1,41 , 0,42

0,93 I Striche in der Tabelle zeigen an, dam die betreffende Spannung

Man sieht, dass die Constanz der Ausstrahlung nur beim Drucke Null zu finden ist. Selbst bei 0,002 mm Luftdruck, und noch mehr bei den hoheren Drucken, wachst die entwichene Elektricitatsmenge mit xunehmender Spannung sehr deutlich, welches letztere in der That auch das Resultat der bisher iiber den Gegenstand vorliegenden Versuche war. Wir kommen auf das Verhalten der Luft am Schlusse (9.) zuriick.

5. Bei der Frage nach dem Wege, welchen die von U ausgehenden Quanten nehmen , konnen wir wieder an Hm. Rig hi’s umfamende Arbeiten ankniipfen, welche zeigen, dass in gewobnlicher Luft diese Wege durch die Kraftlinien des elektrischen Feldes gegeben sind , bei fortschreitender Ver- dtinnung der Luft aber mehr und mehr geraden Linien sich nlhern.’) Wir fragen nun, ob es dabei; imVacuum, auch zur Bildung abgesonderter Strahlen kommen kann. Die Offnung in der Elektrode E (vgl. Fig. 1) und die Nebenelektroden a! und /3 kommen jetzt zur Anwendung. 1 s t U genugend geladen, etwa auf - 30000 Volt, ungefahr 1 cm Funkenlange entsprechend, so beobachtet man an einem mit cc verbundenen Exner’schen Elektroskop eine mit der Belichtung einsetzende und langsam anwachsende Divergenz von negativem Zeichen. Es dringt also die Elektricitilt aber E hinaus bis zu Q hin. Dass sie dabei nicht den ganzen Querschnitt des Rohres erfiillt, zeigt sich dadurch, dass an der seitlichen Elektrode p eine Divergenz nicht zu erhalten ist; offenbar bilden die Quanten einen Strahl, welcher, durch die fiffnung von E’ kommend, nach a! hingeht.

i - 1 - 1 - 10000 (1 20,2 , 242 I -

von der Luft im Rohre nicht mehr ertragen wurde.

_ _

1 ) A. R i g h i , Atti (1. c.).

366 I! Lenard.

Wir finden dies bestatigt, wenn wir den vermutlichen Strahl auf seine zu erwartende magnetische Ablenkbarkeit priifen. Es ist dazu ober-, sowie unterhalb dcs Rohres, dicht an demselben, je eine Drahtspule angebracht ; die gemeinsame Axe der Spulen steht senkreclit, ihre Windungen erscheinen in der Fig. 1 als punktirter Kreis. Fliesst nun durch die Spulen ein elektrischer Strom von passender Starke, so gerichtet, dass er einen mit unserem Strahl zusammenfallenden Kathoden- strahl gegen /? hin lenken wiirde, so erlialten wir die negativen Divergenzen des Elektroskopes nunmehr an 8, wahrend sie an a! aushleiben, um dort sofort wieder zu erscheinen, wenn der Strom geoffnet wird.

Das Verhalten ist also genau dasjenige, welches zu er- warten ware, wenri von U Kathodenstrahlen ausgingen. Jedoch ist es nicht moglich, durch gewohnliche Anwenduiig YOU elek- trischcr Kraft allein in unserem aufs ausserste evacuirten Rohre Kathodenstrahlen zu erzeugen I); es ist vielmehr erst das ultra- violette Licht das Mittel, dieae Erzeugung nun auch im voll- standigen Vacuum zu ormoglichen, und zwar, nach der in Tabelle I enthaltenen Auskunft, nicht nur bei grosser, sondern auch bei beliebig geringer ausserer Spannung. Als unmittel- barer Ursprung der Quanten unseres Strahles ware die belichtete Elektrode zu bezeichnen, wahrend im gewohnlichen Entladungs- rohre das dort unentbehrliche Gas es zu scin scheint.

6. Zum quantitativen Studium der magnetischen Ablenk- barkeit unserer Strahlen benutzen wir ail Stelle des Elektro- skopes das Quadrantelektrometer, welches ebenfalls nach Bedarf an 0: oder geschaltet werden kann. Von der in schiitzenden Metallhdlen laufenden Leitung zum Instrument fuhrt eine Neben- leitung durch einen grossen Graphitwiderstand zur Erde. Es wird dadurch das Auftreten storender Potentialdifferenzen in dem Raume zwischen E , a! und ,4 vermiedcn, zugleich die Messung der von a! bez. ,4 aufgenommenen Elektricitiltsmengen ohne Zeitbeobachtung unmittelbar durch den bald sich ein- stellenden constanten Elektrometerausschlag ermoglicht. Die Aussenwand des Rohres ist fur das Folgende von B ab uber

1) Weiiigntens nicht durch Krtifte, welche das Glas des benutzten Rohres dauernd zu ertragen vermochte; vgl. Anm. zu Tab. I.

A’rzeugung von Kathodenstrahlen durcfi ultraviolettes Licht. 36 7

a und /3 hin mit einer Stanniolhiille iiberzogen, aus welcher nur die Zuleitungsdrahte der beiden letzteren Elektroden isolirt ausmunden ; die Hulle, sowie die jedesmal unbenutzte Elektrode sind mit der Erde verbunden. An die zu belichtende Elek- trode U sind zwei grosse Leydener Flaschen geschaltet, um ihre Spannung constant zu halten. Nachdem nun diese Spannung auf das gewllnschte Maass gebracht ist, wird der Versuch in dcr Weise durchgefiihrt, dass zu einer Reihe von verschiedenen Stromstarken in den Drahtspulen die zugehbrigen Elektro- meterausschlage gemessen werden, und zwar sowohl an u wie an p.’) 9 $ 4 t

I

I I

__ J ? l O l z J

stmln=t..ur ..zu

Fig. 8.

Die Fig. 2 giebt das Resultat eines solclien Versuches in graphischer Darstellung und damit zugleich ein Bild von der Begrenzung des Strahles. Die zur Stromstarke Null nahezu symmetrische Curve der durch Kreise bezeichneten Punkte bezieht sich auf die Elektrode a, die andere Curve auf p. Die Lage der in der Figur, punktirten Symmetrieaxe dieser letzteren Curve und damit denjenigen Strom zu ermitteln’, welcher die Axe des Strahles zur Mitte der Elektrode p lenkt, war das Ziel jedes solchen Versuches. Die zweite und dritte der in der Tabelle I11 angegebenen Stromstirken J sind Mittelwerte solcher graphisch ausgeftihrter Bestimmungen. Die erste, zum kleinsten Potential von U gehorige Stromstirke konnte nur durch rasches Variiren des Stromes bei gleichzeitiger Elektro- meterbeobachtung aufgesucht werden, denn es musste wegen der bei dieser geringen Spannung eintretenden Schwache des

1) Zu bemerken iet, dam bei dieeen Versuchen eine zwischeii L und B gestellte Quarzlinse daa ultraviolette Licht auf die Mitte der Elektrode U concentrirte , dort eine verwaeclien begrenzte Ellipse von etwa 10 mm mittlerem Durchmeseer beleuchtend (vergl. 8.).

- -

368 P. Lenard.

Strahles das Funkenlicht durch das intensivere Zinkbogenlicht') ersetzt werden , welches lotztere aber von sehr schwankender Intensitit ist. Die in der ersten Columne der Tabelle verzeichneten Spannungen der Elektrode U waren wahrend der Versuche durch die Divergenzen geeigneter Elektroskope festgehalten. Die Aichung der Elektroskope ergab die hochste, bez. die mittlere angewandte Spannung einer Schlagweite von 3,40 bcz. 0,880 mm entsprechend, gemessen xwischen blanken Kugeln von 1,O bez. 0,i' cm Radius, woraus die xugehorigen Werte Y der Tabelle folgen. Das fur die geringste Spnnnung benutzte Elektroskop wurde durch elektrostatische Versuche unter Ver- mittelung grosser Capacitaten an Funkenliingen nttch oben und an die durch Strome messbaren Spannungen nach unten an- geschlossen ; der so hergestellten Aichungscurve ist die erste Zahl P entnommen.

Tabe l l e 111. - - -

Potential> Ab,enkender der bestrahlten

Elektrode Strom J _. - - - _ _

C.G.S. (magn.) i , Ampere 607. 10' 1 0,65

4380 1,78 12600 1 2,94

+ -J. c m - g *

144.10" i 11,7.10a 138 I 11,2 146 I 11,8

U , I Z . I U "

0,32 O,b4

Mit den so gewonnenen Daten priifen wir nun quantitativ die Aiinahme, dass die durch das Licht mit der Anfangs- geschwindigkeit v,, in Bewegung gesetzten Quanten unseres Strahles sich verhalten wie die Quanten eines Kathodenstrahles, dass sie also erstens im homogenen elektrischen Felde n i t der Potentialdifferenz P beschleunigt werden zu der Geschwindig- keit v nach der Gleichung:

va - v ; = 2 2- Pa), LL -

1) A. R i g h i , Mem. della Reale Acad. di Bologna (4) 9. p. 379.1888. 2) Eine besondere Priifuog dieser Beziehung an Kathodenetrahlen

habe ich friiher durchgefiihrt (Wied. Ann. 66. p. 504. 1898). Nachtrllg- lich zu dieser Arbeit sei mir gestattet, auf damals schon verSffentlichte, aber mir unbekannt gewesene Reobachtungen Hrn. Dee Coudres' auf- merksam zu rnachen(Verh. d.Phys.Ge6.z~ Berlin l?. p. 17.1998), in welchen

Erzeugung vim Kathnden.~trahlen durch ultraviolettes Jicht. 369

und dass sie zweitens im quergestellteii Magnetfelde H den Kriimmungsradius:

annehmen. Da wir H nach dem Strom J beurteilen, setzeii wir If = H I . J, wo dann HI das beim Strom 1 AmpBre bestehende Feld bedeutet.

Wir figen noch die hesondere Annahme einer sehr kleinen Anfangsgewhwindigkeit hinzu, setzen also vo = 0. Es folgt dann :

eine Beziehung, welche durch die dritte Columne der Tabelle III bestitigt wird. Es findet also die Gesamtheit nnser'er An- nahmen keinen Widerspruch. Uber die wirkliche Qrosse der Anfaiigsgeschwindigkeit werden wir spiiter Auskunft erhalten (8).

7 . Zur Berechnung des Dichtenverhiilt~iisses ~ l p . und der Geschwindigkeit v ist neben P/Ja noch die Kenntnis von HI uiid Ii erforderlich , zweier zusammengehoriger Werte von Feld und Radius, die iibrigens auf jeden beliebigen Punkt der Bahn des Strahles zwischeri E' und [ j Sich beziehen konnen. L)a nun dieser ganze Teil der Bahn wegen der dort nahezu gleichformigen Stiirke des Feldes nahezu kreisformig sein wird, wahlen wir das mittlere Feld und den dam gehorigen mittleren Kriimmungsradius xwischen R und ,8.

Das Magnetfeld in der Ebene des Strahles wurde durcli die Schwingungen einer sehr kleinen, stark magnet.isirten. mit Blei beschwerten Nadel untersucht. Fokgendes sind die beob- achtcten Schwingungsdauern :

eiiie Beeinflussung der Strahlen clurchihnen parallele elektriecho Kraft necli- gewieseii und auch im Sinne obiger Gleichung schon gedeutet wird. Ebenfalls nahe gleichzeitig hat Hrn. Wi e c h e r t's experimentelle I3estimmung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Kathodenstrahlen den Gogenstnnd in ein neuesStadiumgeriickt (Gatt. Nachr., Math.-phys. Klasse, 1898, p. 260).

Annaleii der Physik. IV. Folge. 2. 24

370 P. Lenard.

Bei 6 und 7 cm axialer Entferuung wich die Ruhelagtr der Nsdel schon sehr a b von der senkrecht zum Meridian gestellten Richtung der Rollenaxe, das Magnetfeld war also an diesen Stellen schon von der Ordnung des Erdfeldes und also fur unseren Zweck ausser Retracht. Die Elektrode E stand 3 cm, die Elektrode U 6,6 cm von der Rollenaxe ab. Das centrale Magnetfeld wurde aus den Ausmessungen des sehr regel- rnassig gestalteten Rollensystems zu 16,O C.G.S. fur den Strom 1 Ampere berechnet. Hiernach ergiebt sich mit Hulfe der Schwingungsdauern das mittlere Magnetfeld zwischen A’ und @, H, = 13,O C.G.S.

Der mittlere Krumniungsradius auf derselben Strecke ist der Radius eines Kreises, welcher durch die Centren von B und geht und dessen Richtung bei E gegeben ist. Fiele diese Richtung genau in die gemeinsame Axe von W und E, so wurde der Radius nach den am Rohre vorgenommenen Aus- messungen 8,7 cm betragen. Indessen der Strahl ist schon vor seinern Durchtritte durch E dem, wenn auch schwachen Rande des Magnetfeldes der Rollen ausgesetzt, er wird daher schon uiiter einem kleinen Winkel zu jener Axe gegen @ hin geneigt dnrch 13’ kommen, was den wirklichen Krummungsradius ver- grossert. Der Winkel ergiebt sich auy unsereri Gleichungen zu

wo D die Entfernung von U bis h’, was mit dem obigen a,n- genaherten Radius, nach graphischer Ermittelung des Integrales berechnet, 5(’ 12’ ausmacht. Der corrigirte Radius ist dann

Die nunmehr berechenbaren Werte von ~/,u sind in die vierte Columne der Tabelle I11 eingetragen. Dieselben weichen ab von dem friiher an Kathodenstrahlen von mir erhalterien Werte 6,4. loo.’) Zwingender Grund, diese Abweichung alu wirklich zu betrachten, ist freiljch nicht vorhanden; die dnmaligen, wie auch die gegenwartigen Versuche waren nicht zum Zwecke der Nessung von vornherein eingerichtet , noch komten sie

R = 12,l cm.

.-

1) P. Lenard , -Wied . Ann. 64. p. 287. 1898; db. p. 508. 1898.

4rzeupn.y von Kathodemtruhleti duich ultraviolettes Licht. 37 1

dies zu ihrer Zeit auch sein.') Um so mehr schien es mir von Interesse, einen unmittelbaren Vergleich auszufuhren zwischen den durch Licht und deli durch Gasentladung erzeugteu Strahlen. Es wurden drtzu in das benutzte Rohr geeigiiete Luftmengeri eirigelassen und die Elektrode U mit der Influenzmaschirie verbunden. Der entstehende, hier recht scharf begrenzte Phos- phorescenzfleck deckte nahezu die Elektrode 01; die Strome, welche ihn zur Deckung mit p brachten, waren J = 1,7, bez. 2,5 AmpBre bei den Spannungen Y = 3300, bez. 9300. 10BC.G.S., was P/Ja = 11 4, bez. 149 . loe ergiebt, in guter Uebereinstimmung d s o mit dem an unseren Strahlen Qefundenen (vgl. Tab. 111, Columne 3). Entscheidend ist dies freilich ebenftllls nicht, tleiin' gegen Versuche der letzteren Art ist einzuwenden, dass sie nicht rein sind, weil inmitten von storeridem Gas angestellt, und ausserdeni, dass es noch zweifelhaft ist, ob hier mit Recht die garize Potentialdifferenz der Elektroden in Rechnung ge- setzt wird, wo dieselbe nicht nur die Beschleunigung, sondern auch die Erzeugung der Strahlen zu bewirken hatte. Die Frage nsch der Constanz des Dichtenverhaltnisses alp scheint inir zur Zeit noch offen zu seinea)

Die Strtllilgeschwindigkeiten v in der letzten Columne der Tabelle 111 zeigen, dass wir es hier zum Teil mit langsamereii Strahlen zu thun hatten, als je vorher zur Untersuchung kamen. Die Geschwindiglieit der Strahlen, welche unter dem Einflusse tler Potentialdifferenz 607 Volt entstanden - entsprechend mittelgrosser Divergenz eines gewohnlichen Elektroskopes -, ist etwa der Lichtgeschwindigkeit. Uass diese Strahleu keine Phosphorescenzwirkung auf der Glaswand des Rohres hervorbrnchten, ist nicht zu verwundern. Erklarlich ist es ehenfalls, dass auch viel schnellere Strahlen, unter Anwendung sehr hoher Spannung erzeugt, in meinen Versucheri unsichtbar

1) Solangc noch unverstandene Nebenemclieinungen im Spiel sind, ist exaete Messuog uberhxupt nicht moglich. Als eine Nebenerecheinung tlicser Art bei den gegcnwiirtigen Versuchen m6chte ich die in Fig. 2 ehenfalls sichtbare, manchmal aber viel ausgesprochener auftretende Zwei- tailuug des Maximums der Ablenkungscurven nennen. Was mogliche Fchler bekannten Ursprunqes anlangt, moclite ich den gegenwsrtigen Ver- siicheri vor den fruheren den Vorzug geben.

2) Man vg1. auch A. Schus ter , Wied. Aun. 66. p. 877. 1898. ?4 *

372 P. Lenarci.

blieben ; denn frtiher voii mir beobachtete Kathodenstrahlen, welche Elektricitatsinengen von gleicher Grossenordnung trugen, waren auf Glas nur im vollig verdunkelten Zimmer sichtbar; in den gegenwartigen Vereuchen war jedocli unvermeidlicli viel zerstreutes, erregendes Licht vorhanden. Aussichtsvoll diirfte hier die Anwendung geeigneter Phosphorescenzschirme sein.

8. Noch einige weitere Schliisse sind aus den gemachteri Beobachtungen zu ziehen. Zunachst sehen wir in der Schwache des oben hei 607 Volt erhaltenen Strahles (vgl. 6.) ein Zeichen, dnse die Ausstrahlung von der belichteten Oberfliche nicht in normaler Richtung allein, wie in einem Eiitladungsrohre, sondern diffus nach allen Richtungeri hin erfolge; denn aim Tabelle I ersehen wir , dass bei dieser Spannung noch immer dieselbe Elektricitatsmenge zur Ausstrahlung kommt wie bei den hoheren Spannungen, welche aber viel intensivere Strahlen hinter dem lliaphragma E gabeii. Der Intensitlitsunterschied ist erklart, wenn die Ausstrahlung nach allen Richtiingen hin erfolgt; es werden dann uiiter dem Ninflusse des elektrischeri Feldes xwischen U und E die Strahlen urn so naher einer gemein- samen normelen Richtung zugebogen, also umso mehr Strahlen auch durch die Oeffnung in X gelenkt, je hoher die Spaimung ist. huch die Notwendigkeit, bei Anwendung geringer Span- nungen Relichtung des Raiides von U zu venneiden, wenn reine Strahlen hinter E sich zeigen sollten (vgl. Anmerkung p. 367). wird durch diffuse Ausstrahlung erklart, denn solche wiirde, wenn nicht durch starke Krafte unschiidlich gemacht, die Strahlung uber deli iiussereii Rand von E greifen lassen.

Mit der diffusen Ausstrahlung hangt auch das Bestehen einer endlichen Anfangsgeschwindigkeit zusammen. Urn iiber die Qrosse derselben in unsereii Versuchen eine Vorstellung zu erlangen, verband ich Lr und E leitend miteinander und mit der Erde, sodass elektrische Xriiftt! zwischen ihnen, wenigstens zu Anfang der Ausstrahlung, nicht bestanden. Zugleich waren xwei Stroinrollen jetzt so an dem Rohre aufgestellt, dass die Strecke zwischen U uiid R in deren centralem Felde lag. Die Rollen waren mit ihrer gemeinsameti Axe in die Inclinations- richtung gestellt, sodass das erdmugxietische Feld bei passend gewahltem Strome compensirt werdeii konnte, urn zuniichst zu sehen. ob etwa dieses Feld eirieri Eiiifluss mf die Aus-

Arzeugung vori kathodenstruhlen durch ultraviolettes L i c k . 31 3

strahlung hatte.’) Letzteres war nun allerdings nicht der Fall ; die Quantitat der entweicheriden Elektricitiit (4.) war mit und ohne Erdfeld nicht deutlich verschieden. Wurde jedoch drts Magnetfeld zwischeii U und & mehr und mehr verstiirkt, so trat, etwa beim Felde 6 C.G.S. eine deutliche Verminderung der entweichenden Menge eiii (beim noch starkeren E’elde 16 C.G.S. war fast die ganze Ausstrahlung unterdriickt).a) Wir deuten dies Verhalten folgendermaassen. Die ohne aussere elek- trische Krltft mit gleichbleibender Geschwindigkeit nach allen Richtungeu vom belichteten Centrum (vgl. Anmerkuug p. 367) der Elektrode sich wegbewegenden Quanten verfolgen im be- stehenden homogenen Magnetfelde Kreise, bez. Schraubeii- linien. Der Radius dieser Bahnen wird kleiiier bei wachsendein Magnetfelde. Bei geniigenrl angewachsenem Felde wird e8 zum ersten Male eintreten, dass eine der Bahnen auf keinen Korper tler Urngebung mehr trifft, sondern zur Flache der Ausgangs- elektrode zuriickbiegt, und dies ist der Anfang des magnetischen Einflusses auf die entweichende Q ~ a n t i t a t . ~ ) Der Durchmesser der ersten zuriickkehrenden Bahn ist nach den Verhiiltnissen unseres Apparates von der Ordnung der Entfernung LJ#= 3,6 cm, und er gehort zum Felde 6 C.G.S., was die gesuchte Geschwin- tligkeit v,, zu ruud 108 cm/sec ergiebt.

Zum gleichen Ziele gelangt man, wenn man den Stillstaiid des Entweicheris im elektrischen Felde betrachtet, welcher eintritt. wenn das Potential yon D poaitiv etwa gleich 2, l Volt ist (Tab. I). Passt man den Vorgang so auf, dass jenes Potential Y eben geniigt, alle nach allen Richtungen von der belichteten Stelle weg mit der Geschwindigkeit vo ausgeworfenen Quanten wieder zur Elektrode zuruckzubringen, ehe sie einen Korper der Umgehung getroffeii haben, so kann man diese c;eschwindigkeit angenahert nach der Gleichung herechnen

1) Der diu belichtenden Funken erzeugende Inductionsapparat war bui den maasagebenden Versiiclien in 6 m Entfernung vorn Bohre wfgestellt.

2) Es ist dies die von den IIcrreri Elster und Geitel(Wied Ann. 41. p. 166. 1890) und Righi (Atti, 1. c.) gleichzeitig entdeckte Erscheinung.

3) Eine, soweit ich aua einer vorliegenden vorlaufigen Notiz seheu kauii, gleiclie Auffassung dee hemmenden tnagnetiechen Einflusses ist iiingst von Hrn. J. J. Tho m so n veroffentlieht worden (Phye. Zeitachr. 1. October 1809).

374 P. LenaTd.

-~ vo = I / 2 Y b / p , denn die genugend leitende Glaswand des Rohres wird, wie &, Erdpotential haben. Es ergiebt dies eben- falls vo nahe loe cmlsec.

Kine Anfangsgeschwindigkeit von solcher Griisse konnte in unseren Ablenkungsversuchen (6.) sehr wohl unbemerkt hleibcn, denn sie betragt nur der geringsten dort vor- kommcnden Endgeschwindigkeit ; ein Fehler von in den Versuchsdaten wiirde also geniigen, sie viillig zu verdecken.

9. Wir haben bisher ausschliesslich die Erscheinungen im Vacuum betrachtet. Die hier gewonnenen Resultatc bringen jedoch von selber notwendige Folgen mit sich fur den Fall des Vorhandenseins eines Gases. Es mogen dieselbeii hier angedeutet werden ; sie scheineii mir mit schon Bekanntem gut zusammenzutreffen. Die von der belichteten Flache aus- gehenden Kathodenstrahlen werden von dem Gase absorbirt werden und dabei ihre Ladungen an dasselbe abgeben; von da ab fiihrt das so geladene Gas die Elektricitat weiter in den- jenigcn Bahnen und mit denjenigen verhaltnismiissig sehr geringen Geschwindigkeiten, welche Hr. B i g h i gefunden und anch im Sinne des geladenen Gases aufgefasst hat. 1st der Druck des Gases nicht sehr klein, so wird der Elektricitiits- transport in Form von Kathodenstrahlen auf eine sehr diinne Schicht in Nachbarschaft der belichteten Oberflilche beschrankt sein , den11 der geringen Anfangsgeschwindigkeit (8.) der aus- gesandten Strahlen entspricht grosse Absorbirbarkeit I) der- selben. Bei geringem Druck wird jene Grenzschicht eine dem geringeren Absorptionsvermogen des Gases’) entsprechende grossere Dicke annehmen, sie wird dndurch der Beobachtung mehr zuganglich werden.2) Die voii Hrn. R i g h i bei geringen Gasdrucken gefundene diffuse Auebreitung der Ladungen von der bclichteten Stelle aus welche dieser Forscher allerdings aus der Bewegung der Gasmolecule erklart, mochte danach identisch sein mit der hier gefundenen diffusen Kathodenausstrahlung (8.). - .~

1) Vgl. Wied. Ann. C6. p. 255. 1895. 2) In der That kiindigt Hr. J . J. Thomson in der citirten Xotia

Heobaohtungen an, welche die lichtelcktrische Entladung innerlialb jcner Grenzschicht eines verdunnten Gases betreffen uiid diese als Kathodeii- strahlung aufzufassen erlaubcn.

3) A. R i g h i , Atti, I. c.

Brzeuguny .uon Kathodenstrahlen durch ultravinlettes Licht. 3 7 5

Complicirend muss bei dem Vorhandensein eines Gases noch hinzutreten das Leit-vermogen, welches dem Gase durch die Kathodenstrahlen bei deren Absorption erteilt wird I) ; es wird dadurch der bestrahlte Korper mit einer negativ geladenen und zugleich leitenden Atmosphare umgeben. Dadurch wird erstens verstlndlich, dass beim Vorhandensein von Gas die in der Zeiteinheit entladene Elektricitatsmenge mit zunehmender Spannung wkchst, und zweitens auch, dass im Qas uberhaupt noch grossere Elektricitiltsmengen entladen werden kannen als im Vacuum (4., Tab. 11). Auch die bei hohem Gasdrucke wieder eintretende Verminderung der Entladnng widerstrebt der Erklarung nicht ; Schwierigkeiten scheint indes der Fall des urspriinglich positiv geladenen Korpers in Luft zu bieten, doch mangelt zur Beurteilung dieses Falles zur Zeit geniigende Kenntnis der Eigenschaften der durcb Kathodenstrahlen in geladenen und leitenden Zustand versetzten Gase.

-

1) Vgl. Wied. A m . 51. p. 240. 1894.

(Kingegangen 9. Mai 1900.)