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Strahlungsmessungen an Magnesium-FlammenFritz Rössler aa Mitarbeiter am Deutsch-Französischen Forschungsinstitut St.-Ludwig (Elsaß), FrankreichPublished online: 11 Nov 2010.

To cite this article: Fritz Rössler (1968) Strahlungsmessungen an Magnesium-Flammen, Optica Acta:International Journal of Optics, 15:3, 257-269, DOI: 10.1080/713818083

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OPTICA ACTA, 1968, VOL. 15, NO. 3, 257-269

Strahlungsmessungen an Magnesium-Flammen

FRITZ ROSSLER

Mitarbeiter am Deutsch-Franz6sischen ForschungsinstitutSt.-Ludwig (ElsaB), Frankreich

(Eingegangen am 21. Juli 1967)

Zusammenfassung. Die Strahlung einer diffus strahlenden MgO-Flammewird durch 4 Gr6ssen charakterisiert, die zunachst noch unbekannt sind. Es sinddies die wahre Temperatur, die optische Dicke und die Dispersion (Wellen-lingenabhingigkeit) von Absorptions- und Streuungskoeffizienten. Gemessenwerden k6nnen die schwarze und die Farbtemperatur. Nimmt man die Werteeiner durch Spiegelung verstarkten Flamme hinzu, so sind 4 Messgr6ssen fir die 4Unbekannten gegeben, was prinzipiell zu deren Bestimmung ausreichen sollte.

Voraussetzung dabei ist es allerdings, eine optisch diunne Flamme zu haben, daanderenfalls eine Spiegelung wirkungslos ist. Es wird eine solche konstantbrennende optisch dunne Flamme angegeben. Die Spektren werden untersucht.Weiter wird das Gerit zur Messung der schwarzen und Farbtemperatur beschrie-ben und geeicht.

Die Messungen zeigen nun, dass der Spiegeleinfluss auf die Farbtemperaturnur sehr gering ist, so dass die 4. Gr6sse nicht bestinmmt werden kann und dieDispersion des Streuungskoeffizienten nur sehr ungenau angegeben werdenk6nnte.

Es ist daher notwendig, noch zusatzlich eine optisch dicke Flamme zu unter-suchen. Fir beide Flammen werden Messungen durchgefiihrt, und es liegendamit die Daten bereit, die zur Bestimmung obiger 4 Gr6ssen ben6tigt werden.Eine konkrete Berechnung kann erst stattfinden, nachdem in einer nchstenArbeit [8] der ben6tigte Formelapparat entwickelt worden ist.

1. ProblemstellungDurch die modernen Antriebsmittel, bei denen Metalle in feiner Pulverform

den festen Treibmitteln beigemengt sind, ist das Interesse an der Untersuchungvon solchen Flammen gewachsen, die durch die dann gebildeten Metalloxydediffus strahlen. Das war der Anlass, dass Verfasser bereits vor einigen Jahren [1]die grundlegenden Gleichungen und deren Lsungen fr einen derartigenStrahler angegeben hat. Es handelt sich dabei um 2 gekoppelte Differential-Gleichungen.

Nimmt man ein weisses Oxyd, das stark streut, dessen Absorption aber geringist, dann lassen sich die Formeln fir die Strahlung zweckmassig vereinfachen.Als unbekannte Grossen gehen in die Gleichungen ein: die wahre Temperatur, dieoptische Dicke und die Dispersion (Wellenldngenabhingigkeit) von Absorptions-und Streuungskoeffizienten. Bereits in der friheren Arbeit wurde versucht, ausMesswerten der Literatur eine Abschitzung fr diese Konstanten anzugeben.Diese Werte miIssen heute als uiberholt angesehen werden und zwar vor allenDingen deswegen, weil Werte kombiniert werden mussten, die an verschiedenenFlammen gemessen worden waren. Ausserdem reichten die Messwerte nicht ausund es mussten Annahmen ufiber einzelne Konstanten gemacht werden, die heute

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auch nicht mehr aufrecht erhalten werden k6nnen. Es erwies sich vielmehr alsnotwendig, eigene Messungen anzustellen. Dies ist der Gegenstand diesesTextes. Es wurden dabei die schwarze bzw. die Farbtemperatur der Flammeselbst und der gespiegelten Flamme gemessen. Aber selbst diese Daten genigtennicht zur Bestimmung aller Konstanten und es mussten Messungen an eineroptisch diinnen und an einer optisch dicken Flamme miteinander kombiniertwerden.

2. FlammenAls Flamme wurde in voller Absicht eine solche gewahlt, die weisse MgO-

Teilchen enthalt. Gegeniber dem Aluminium hat Magnesium mehrere Vorteile.Es existiert nur eine Form des Oxydes nmlich das MgO in der Flamme. Eslassen sich sowohl mittels Einstaubens von Metallpulver wie durch Verbrennenvon Draht leicht MgO-Flammen erzeugen, was fr Aluminium nicht gilt.

Als wichtigste Voraussetzung fr eine quantitative Untersuchung musste dieHerstellung einer reproduzierbaren Flamme gelten. Die ersten Versucheerfolgten mit einer Zerstiuberapparatur aus Glas. Diese Versuche verliefen aberunbefriedigend und es wurde auf eine Apparatur von Edse und Mitarbeitern [2]zuriickgegriffen. Aus einem ringf6rmigen Schlitz von 0,5 mm, dessen Wandedurch Wasser gekiihlt wurden, str6mte Leuchtgas des Stadtnetzes. In der Mittedes Ringes stromte aus einer Dise von 2 mm Durchmesser, Sauerstoff, der mit denMagnesiumteilchen beladen war, die in der Gasflamme dann zu MgO verbranntenund die fahle Flamme zum Leuchten brachten. Whrend zunachst nur Naleuchtet, sind es nachher die MgO-Teilchen. Das entsprach der Anordnung derAutoren. Was aber ganzlich abgeandert werden musste, war der Verteiler- undF6rdermechanismus des Pulvers. Herr Masur hat zahlreiche Versuche in dieserRichtung angestellt und ist zu folgender L6sung gekommen. Ein Motor bringteine Scheibe in einem Vorratsgefass zur Rotation, auf dem das Pulver in einerRinne liegt. Von unten wird es nach Art einer Wasserstrahlpumpe aus der Rinnedurch den Sauerstoffstrom, der eine Strahldise von 0,5 mm Offnung passierenmuss, angesaugt. Das Rohrstick zur Fortfuihrung des Mg-Stromes ist dabeim6glichst kurz gewahlt worden, um ein Verlust an Teilchen zu vermeiden. DiesesSystem hat sich bewihrt. Es gestattet innerhalb gewisser Grenzen eine Variationder Mg-Menge durch Veranderung der Rotation der Scheibe. Figur 1 zeigt eineSkizze dieser Anordnung. Die Figur 2 gibt ein Bild der Flamme. Der untereintensiv leuchtende Teil enthilt die MgO-Teilchen. Man sieht einzelne Mg-Teilchen, die seitlich als weisse Striche aus der Flamme heraustreten. DieFlamme ist optisch duinn. Sie brennt stationir und einigermassen stabil, jeden-falls soweit, dass an ihr reproduzierbare Messungen gemacht werden konnen.

Allerdings war es notwendig, auch noch die Gas- und Sauerstoffstr6mung zustudieren, um einen homogen leuchtenden Kern zu erhalten. Eine hohe Gas-flamme, wie sie in Figur 2 zu sehen ist, ist vorteilhaft. Wir haben es gemass demSchema der Figur 3 mit einer Diffusionsflamme mit 2 Brennzonen zu tun. Aussenbrennt Leuchtgas an Luft, innen brennt es an Sauerstoff. Die Mg-Teilchenstr6men durch die innere Brennzone hindurch, und werden dabei gezuindet.Oberhalb bildet sich dann der Kegel mit MgO-Teilchen. Durch die Beifuigung derLeuchtgasflamme als 'pilot' wird die gesamte Flamme theoretisch unuibersicht-licher, da sowohl die Verbrennung von Leuchtgas wie diej enige von Mg stattfinden.

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Der Zndung der Magnesiumteilchen wegen kann jedoch auf die Leuchtgas-flamme nicht verzichtet werden.

Die Gasstrome und der Magnesiumverbrauch wurden gemessen. Es wurdegearbeitet mit einer Forderung von 150 /h Gas, 40 1/h 02 und 50 g/h Mg. EinVorteil der beschriebenen Anordnung besteht in dem messbaren und definiertenVerbrauch an Metallpulver.

Mit der gleichen Flammenanordnung, aber ohne das F6rdersystem zu benutzenwurde Magnesiumdraht von 2mm Durchmesser in der Gasflamme verbrannt.Dabei bildet sich ein dicker weisser Qualm von MgO und man kann die Flamme alsoptisch dick ansehen. Diese Flamme ist jedoch zeitlich variabel. Teilweiseschmilzt das Mg und tropft herunter, dann flackert mal wieder alles auf. Einsolches Verhalten ist fr eine Messung nicht gerade vorteilhaft. Aus derRegistrierung muss man einen stationaren Zustand dafir herausgreifen.

tlber der Flamme befand sich ein Abzugstrichter.

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Figur 1. F6rdersystem fiur das Pulver.

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Figur 2. Flamme.

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Figur 3. Schema der Flarnni.

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3. Spektren

Von der in Figur 2 abgebildeten Flamme wurden Spektren im sichtbarenBereich mittels des Zeiss GL 12 Spektrographen aufgenommen. Ein solchesSpektrum ist in Figur 4 wiedergegeben. Dabei ist sowohl die stark leuchtendeFlamme (unten) wie die fahle Flamme dariber aufgenommen worden (oben). Vonden MgO-Teilchen rifihrt das kontinuierliche Spektrum her, das den eigentlichenGegenstand unserer Untersuchung bilden soil. Daruiber gelagert sind abernoch Linien von Mg-Dampf und Banden von MgO-Dampf. Ausserdem tretenLinien der Verunreinigungen Na, Mn und-schwicher-Ca auf. Auch imultravioletten Bereich und im infraroten Gebiet wurden Spektren aufgenommen.Die wesentlichsten Linien sind in Figur 4 angegeben. Sie seien hier noch einmalgenannt.Mg-Linien sind:

2852A (als Resonanzlinie selbstumgekehrt)3830/32/38 Triplets5167/72/83 Triplets4571 Interkombination

Mg+-Linien treten nicht auf. Daffir drfte die Flammentemperaturzu niedrig sein.

MgO-Banden sind den beiden genannten Triplets iberlagert, so dass dieletzteren nur schlecht identifiziert werden k6nnen.

Figur 4. Spektrum der MgO-Flamme.

Um nun damit das Spektrum vergleichen zu k6nnen, das die Gasflammeselbst aussendet, wurde dieses auch noch mit langer Belichtungszeit aufgenommen.Es ist in Figur 5 wiedergegeben. Ein Vergleich mit Figur 4 zeigt, dasslediglich die Na-Linie als einzige in beiden Aufnahmen vorkommt. Das druicktsich auch schon darin aus, dass in Figur 4 die Na-Linie am weitesten nach obenreicht, also wohl bevorzugt aus der Gasflamme kommt.

In Figur 5 sind die Banden von C2 und von CH als Radikale des Verbren-nungsvorgangs zu erkennen, die in Figur 4 aber nicht vorkommen, alsogegeniber dem Mg- und MgO-Spektrum zu vernachlassigen sind.

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Figur 5. Spektrum einer Gasfiamme.

4. MessgeritDas Studium der Spektren hatte den Zweck, fr die Strahlungsmessung

Gebiete herauszusuchen, die nur von Kontinuum erfiillt und nicht durch Liniengest6rt waren. Eine Messung im roten Gebiet sollte die schwarze Temperaturund eine im blauen Gebiet sollte aus der Verhaltnisbildung zur roten Messungdie Farbtemperatur charakterisieren. Es wurden daher zur Messung Multipliermit den folgenden Interferenzfiltern von Balzers benutzt: 680 nm fr rot und439 nm fir blau. Diese Bereiche lagen in genuigendem Masse von den Linienentfernt. Im besonderen wird eine Photolumineszenz ausgeschaltet, die von415 nm nach kirzeren Wellenlangen reicht [3].

Desgleichen wird in [3] gezeigt, dass im roten Bereich jenseits der Empfind-lichkeit der fir die Spektrenaufnahmen verwandten Platten (Figur 4) keineBanden vorkommen. Weiterhin wird in [3] nachgewiesen, dass eine Farb-temperadegrade existiert, so dass es gerechtfertigt ist, die Farbtemperatur ausdem Verhaltnis der Intensitaten fr 2 sinnvolle Wellenldngen au bestimmen.

Das eigentliche Messgerat entspricht weitgehend dem bereits friihergeschilderten [4]. Die Lichtmessung geschah mittels Multipliern, denen diegenannten Filter vorgeschaltet waren. Dabei musste auf eine optisch dichteVerbindung von Multipliern mit den Filtern geachtet werden. Jeder Multiplierwar fir sich von einem eigenen lichtdichten Gehause umgeben, dessen Abschlussdas Filter darstellte.

Eine Aufteilung des Strahlenganges wurde durch eine klare Glasplattevorgenommen, die unter 45° gegen den Strahlengang geneigt war. Im direktenStrahlengang lag das Rotfilter mit 931A. Senkrecht dazu wurde gemessenmittels Blaufilters und 1 P 21. Rot wurde so am wenigsten geschwacht. Daswar deswegen notwendig, weil der Multiplier verhaltnismissig unempfindlichfur rot ist. Das Gegenteil gilt fr blau. Durch die Spiegelung tritt eineSchwichung auf 1/20 ein. Trotzdem war der Ausschlag noch so gross, dassein Grauglas NG 4 (1 mm) dem Multiplier futir blau vorgeschaltet werden musste.Die Eintrittsiffnung am Gehause des gesamten Messgerates hatte einen Durch-messer von 5 mm und war innen mit einer Mattscheibe abgedeckt. DieMultiplier wurden mit 1100 Volt betrieben und die Str6me aufje eine Galvano-meter-Schleife E 611 gegeben. Die Ausschlage wurden durch ein SFIM-Geratregistriert. Das hat sich als sehr wichtig erwiesen. Der eben genanntenOffnung von 5mm entspricht durch die Abbildung ein Kreis von 1,8mm aufder Flamme. Innerhalb dieser kleinen F1ache treten naturgemiss Schwankungender Lichtstrahlung in der Flamme auf. Diese sind bedingt durch eine gewisse

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Ungleichmassigkeit der Str6mung besonders bei dem mit Mg-Teilchen beladenen02-Strom. Weiter fliegen einzelne leuchtende Partikel durch das Gesichtsfeld.Das liegt in der Natur einer optisch dnnen Flamme. Eine Auswertung istdann nur an bestimmten stationaren Stellen m6glich und das auch nur durchMittelung der registrierten Werte. Figur 6 zeigt ein Beispiel einer solchenRegistrierung. Die untere Kurve bezieht sich auf blau, die obere (in umge-kehrter Richtung registriert) auf rot. Ausserdem sind 2 Nullinien und hierunwichtige Zeitmarkierungen (unten) zu sehen.

Figur 6. Registrierung No. V 244.

Abstadde 1: 0ObjeAne l:S

Figur 7. Messanordnung.

Die gesamte Anordnung zeigt Figur 7. Zur Vermeidung von Streulichtbefand sich zwischen Objektiv und Messgerat ein innen geschwarztes Rohr.Die Flamme wird auf die Offnung des Gerates abgebildet. Fr Eichzweckewird die Flamme durch eine Bandlampe ersetzt. Diese hatte eine Brandreitevon 2 mm und fuillte damit die gesamte Offnung aus. Die Eichung bezweckte

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zweierlei. Zunachst wurde jeweils das System Multiplier und Schleife geeicht,indem die Blenden des Objektivs variiert wurden und damit bekannte Lichtwertezur Verffilgung standen. Alle Ausschlige mussten an Hand dieser so erhaltenenEichkurven in Lichtwerte umgesetzt werden. Zum anderen wurden dieseLichtwerte in schwarzen Temperaturen S geeicht, ebenso wie das Verhaltnistder Lichtwerte in Farbtemperaturen F. Diese Temperaturen sind fr dasWolframband dann bekannt, wenn dessen schwarze Temperatur mittels Pyro-meters gemessen worden ist. Zur Umrechnung wurde das Nomogramm vonRutgers und de Vos [4] verwandt. Figuren 8 bzw. 9 zeigen die so erhaltenenEichkurven. Dabei bezieht sich S auf 650 nm und F auf den Bereich von 660bis 470 nm. Die aus den Eichkurven abgelesenen Temperaturen sind dann dieMasszahlen, die unabhdngig von der Messapparatur fr die Flamme Giiltigkeithaben. Waren die Ausschlige zu gross, so wurden Grauglaser vor das Objektivgesetzt und deren Durchlassigkeit rechnerisch berficksichtigt. In anderen

-2,0

-,5

Ioy 7rot

- 1,o

0,45 0510o/3650

A55

Figur 8. Eichgerade fr die schwarze Temperatur bezogen auf 650 nm.

t Genau genommen handelt es sich hier urn eine ' Verteilungstemperatur'. Da derBegriff Farbtemperatur der eingebUrgerte ist, sei er hier jedoch beibehalten.

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Fallen wurde auch das Objektiv abgeblendet. Nun sind die Werte der Farb-temperatur bei den Flammen so hoch, dass es eine sehr starke Extrapolationbedeuten wurde, wenn man die Eichgeraden der Bandlampe so weit verlangernmuisste. Es wurde vielmehr so vorgegangen, dass noch ein Eichpunkt mittelseiner Kohlebogenlampe gesetzt wurde. Deren positiver Krater hat nachEuler [6] eine Farbtemperatur von 3968°K. In Figur 8 ist dieser Punkt auchschon eingetragen worden.

I

f0W/ -

Figur 9. Eichgerade fr die Farbtemperatur.

In den Figuren sind die Logarithmen der Lichtwerte Jtrot bzw rot/Jblauals Funktion von 1000/S bzw. 1000/F aufgetragen worden. Aus den Defini-tionsgleichungen dieser Temperaturen (Wiensches Gesetz) folgt ein linearerZusammenhang. Nach Massgabe der Messgenaugkeit ist dieser bei denEichkurven gegeben. In Figur 8 hat die Gerade die Neigung: - 10, 0. Diesemuss gleich sein: - 2/A0. log e. Das liefert den Wert A = 622 nm. A istnicht identisch mit dem Durchlassigkeitsmaximum des Interferenzfilters (680rnm). Das ist auch zu erwarten. Die Empfindlichkeit des Multipliers steigtin diesem Gebiet nach krzeren Wellen sehr steil an. Daher verschiebt sichdas Wirkungsmaximum dahin. Fr die Farbtemperatur ergibt sich die Neigungder Geraden zu: -4,35. Diese muss gleich sein: c2 .loge(1/Ablau-l/Arot).Verwendet man fr Arot obigen Wert von AO, so folgt Ablau =435 nm. DieserWert passt gut zu dem des Interferenzfilters (439nm). Das ist insofernverstandlich, als der Multiplier gerade bei dieser Wellenlinge seinen maximalenWert besitzt, eine Verschiebung des Interferenzfilterwertes im Gegensatz zuvorher, also nicht zu erwarten ist.

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5. Spiegelanordnung

Fruher [7] war gezeigt worden, dass Messungen an einer in sich selbstgespiegelten Flamme geeignet sind, die Farbdispersion des Absorptionskoeffi-zienten zu bestimmen. Daher wurde auch unsere Flamme durch einenHohlspiegel von 15 cm Brennwerte in sich selbst abgebildet. Dabei wurdeeine Anordnung gewahlt, bei der periodisch durch einen Schatter der Spiegelverdeckt und freigegeben wurde. Auf diese Weise konnte eine automatischeRegistrierung erreicht werden. Figur 6 zeigt dieses An- und Abschwellen derAusschlige. Dieser Effekt ist hier deutlich genug. U aber auch in wenigerausgepriigten Fallen eine Angabe fiber die Position des Schatters zu haben, waroberhalb des Spiegels eine kleine CdS-Zelle angebracht worden, deren Aussch-lIge getrennt registriert wurden. Das ist die obere Registrierung in Figur 6.Sie liuft konform mit der Flammenstrahlung fr rot.

Das Reflexionsverm6gen des Spiegels musste getrennt bestimmt werden.Dabei wurde dieses Mal so vorgegangen, dass das Band einer Bandlampe durchden Spiegel in die Band-Ebene abgebildet wurde, aber so weit seitlich, dass dasBild des Bandes im Raume schwebte und ausserhalb des Lampengehauses zuliegen kam. Mittels eines Pyrometers wurde dann die schwarze Temperaturdes Bandes und seines Spiegelbildes gemessen. Vom Band wurde so zwardie Riickseite gemessen. Es wurde aber vorausgesetzt, dass Vorder-undRiickseite gleiche Temperatur haben. Durch verschiedene Interferenzfilterkonnte sogar im rot und blau gearbeitet werden. Mittels der Formel.

A 1A - = .ln -,

S c2 r

die sofort aus der Wienschen Formel folgt [6], ergaben sich so die Reflexionsgrader zu 0,865 fr rot und 0,830 fr blau.

Bei der Reflexionsmessung ist noch ein sehr wichtiger Punkt zu beachten.Bei der Benutzung der vollen Spiegel (95mm) und Objektivoffnung (1:4,5)kamr es vor, dass das Verhaltnis von Lichtwert mit Spiegel zu ohne Spiegelgrosser als 1,865 = 1 + r war, was theoretisch nicht m6glich ist. Das ist nur sozu erklaren, dass in einem solchen Falle auch die Randpartien des Spiegels zurWirkung kommen, trotzdem das geometrisch optisch nicht htte der Fall seinduirfen. Wir haben es eben hier mit einem streuenden Medium zu tun, so dassauch Licht noch mitwirken kann, das seitlich einfillt, von den MgO-Teilchenabgelenkt wird und in Linsenrichtung zum Messgerit gelangt. Wenn die freieOffnung des Objektivs verringert wird, nimmt der Anteil dieser ungesetzmissigenStrahlen ab. Die Anordnung und die Flamme werden gewissermassen lineari-siert, wie es ja auch bei der Aufstellung der Gleichungen fr die Strahlunggeschehen war. Die Flamme war dort als ebene Schicht angesehen worden.Weiter wirkt in gleichem Sinne eine Reduktion der freien Spiegelflache, wiegetrennte Versuche gezeigt haben. Dabei wird man nicht bis zur geometrischwirksamen Offnung zu gehen brauchen. Es genfigt bereits, den gr6sserenAussenteil der Flache abzudecken. Die im folgenden beschriebenen Versuchewurden mit einem freien Spiegeldurchmesser von 5 cm gemacht. Die freienOffnungen des Objektivs waren 1 :11 bzw. 1 :8. Der Spiegeldurchmesserentsprach dann dem 2, 8- bzw. 2, 0-fachen des geometrischen ffir die Abbildungmassgebenden Durchmessers.

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Im ganzen gesehen sind diese Messungen schwierig und ungenau. Figur 6zeigt deutlich die Schwankungen der Lampenstrahlung. Diese riihrt vorwiegendvon dem schwankenden Transport der Magnesiumteilchen her. Durch dieHaiufung von Werten knnen naturgemass Zeiten gleichmassigen Abbrandesausgewahlt werden. Trotzdem ist keine Sicherheit dafuir gegeben, dass Wertohne und mit Spiegel zu gleichen Betriebsbedingungen der Flamme gehoren.Ein solches ausgewahltes Wertepaar ist das in Figur 6 mit a bezeichnete.

Fuir eine stark leuchtende Flamme (V 257) wurden an der Stelle maximalerStrahlung die folgenden Zahlen fr das Intensitatsverhaltnis Es/E im Rot mitSpiegel zu ohne Spiegel, also fur die Verstairkung der Flamme, gefunden:

Tabelle 1. Spiegeleinfluss.

Blende 1:11 1: 8 Mittel

E,/E 1,42 1,491,83 1,581,33 1,60

Mittel 1,53 1,56 1,55

Durch die Mittelung werden einzelne Schwankungen eliminiert. DieWerte fr die beiden Blenden passen befriedigend zueinander. Fr diespateren Rechnungen [8] wird der Wert 1, 55 verwandt werden.

Die unter den gleichen Bedingungen (V257) sich ergebenden schwarzenund Farbtemperaturen der freien Flamme sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabellen2. Temperaturen der optisch dinnen Flamme.

Blende 1:11 1: 8 Mittel

1000/s 0,4910 0,49840,5055 0,49840,4920 0,4990

Mittel 0,4962 0,4986 0,4974

1000/F 0,1890 0,16420,1775 0,16420,1701 0,1565

Mittel 0,1789 0,1616 0,1702

Auch bei diesen Zahlen sind die Abweichungen fr die beiden Blenden nurgering, so dass das Mittel verwandt werden kann. Es werden also fr diegrundlegende Auswertung im nchsten Text [8] die Temperaturen benutztwerden,

S 2010%K,F 5875°K,

Der Einfluss des Spiegels auf die Farbtemperatur ist leider nur gering, siewird erniedrigt. Wenn wir hier trotzdem die Differenzen A 1000/F angeben,so ist es klar, dass diese Zahlen nur von geringer Genauigkeit sind.

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Tabelle 3. Farbtemperaturainderung.

Blende 1: 11 1: 8 Mittel

A 1000/F 0,0080 0,00100,00050,00280,00730,0026

Mittel 0,0054

6. Optisch dicke FlammeDer Versuch mit dem Spiegel hat nur dann Sinn, wenn wir es mit einer

optisch diinnen, jedenfalls nicht mit einer optisch dicken Flamme zu tun haben.Anderenfalls tritt iberhaupt keine Wirkung auf. Nun haben wir im vorigenAbschnitt festgestellt, dass die Farbtemperatur sich bei Spiegeleinwirkung nurgeringffgig verandert. Dadurch fllt aber das 4. Bestimmungsstdck fr die4 Unbekannten (nachster Text [8]) aus. Um nun aber doch noch zu einerAussage zu kommen, wurde eine optisch dicke Flamme erzeugt und diese zumVergleich mit herangezogen.

Dabei wurde experimentell so vorgegangen, dass die gleiche wassergekuihlteLeuchtgasflamme mit Sauerstoffzufuhr benutzt wurde wie bisher. Es wurdejedoch der Frdermechanismus fr den Mg-Staub ausser Betrieb gesetzt.Statt dessen wurde von rckwarts in die Flamme ein Magnesiumstab von 2 mmu eingefifihrt. Der Stab verbrennt, schmilzt und oxydiert zu MgO, das diesesMal dann in optisch dicker Schicht vorliegt. Die Registrierung ist gleich-massiger als vorher. Allerdings wechseln die Zustinde. So wechselt gasf6rmigeStrahlung ab mit solcher des festen Stoffes. Die Phasen lassen sich voneinanderunterscheiden. Ffir unsere Auswertung wurde eine Stelle der Registrierunggewahlt, die der Strahlung des festen Stoffes entspricht. Eine Spiegelwirkungentfallt natfilrlich. Fr die Temperaturen sollen die Werte der Tabelle 4verwandt werden. Die Messung wurde mit Blende 1: 11 durchgeffihrt.

Tabelle 4. Temperaturen der optisch dicken Flamme.

1000/S 0,4375 S 2286°K1000/F 0,2320 F 4310°K

Wie wir im nchsten Text [8], in dem die benotigten Formeln entwickeltwerden, zeigen werden, reichen die Werte der Tabellen 1, 2 und 4 aus, um alleben6tigten Konstanten zu bestimmen. Darauf kann dann eine Methode zurMessung der wahren Temperatur von MgO-Teilchen aufgebaut werden.

The radiation of a diffusely radiating MgO-flamne is characterized by four parameterswhich in the beginning are unknown. These are the true temperatures, optical thicknessand dispersion (wave length dependance) of the absorption and scattering coefficient.The luminance temperature and the colour temperature can be measured. Adding thevalues of the flame increased by reflection we have four measured values for four unknownquantities.

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This is sufficient for their determination, provided that the flame is optically thin,because otherwise a reflection has no effect. Such an optically thin flame is demonstrated.The spectra are studied. Further for measuring the luminance and colour temperatures, adevice is described and calibrated.

The measurements show that the reflection has only a small effect on the colourtemperature, so that the fourth parameter cannot be determined and the dispersion of thescattering coefficient can only be given very inaccurately.

Therefore it is necessary to study additionaly an optically thick flame. Measurementsfor both flames were performed, and so we have the data necessary for the determinationof the four parameters. The calculation itself cannot be carried out until the necessaryformalism of calculation has been developed in another paper.

Le rayonnement diffus mis par une flamme contenant des particules d'oxyde demagnesium est caracteris6 par quatre grandeurs qui, au depart, sont toutes inconnues. IIs'agit de la temperature relle, de l'6paisseur optique et de la dispersion (dependance de lalongueur d'onde) des coefficients d'absorption et de diffusion. On peut mesurer la tem.p6rature de luminance et la temperature de couleur. En se servant en outre des valeursmesur6es sur une flamme renforcee par rflexion, on dispose de quatre donn6es partirdesquelles la determination des quatre inconnues est en principe possible.

Pour effectuer de telles mesures, il faut disposer d'une flame optiquement mince,sinon la reflexion reste sans effet. L'auteur indique comment il opere pour obtenir une telleflamme optiquement mince, brilant de maniere constante. Les spectres sont tudies.II decrit galement 'appareil utilise pour la mesure de la temperature de luminance, et dela temperature de couleur ainsi que son etalonnage.

Les mesures montrent que la rflexion de la flarmme par un miroir n'agit que tresfaiblement sur la temperature de couleur, ce qui rend impossible la determination de la4eme grandeur; la variation du coefficient de diffusion ne peut tre dduite que de facontres imprecise.

II s'avere donc ncessaire d'etudier en outre une flamme optiquement paisse. Onapplique les mesures aux deux flammes et on dispose ainsi des donnees qu'exige ladetermination des quatre grandeurs indiquees ci-dessus. Un calcul concret ne pourraetre effectue que lorsque, dans une prochaine publication, les formules necessaires aurontete tablies.

LITERATUR

[1] R6SSLER, F., 1964, Optica Acta, 11, 21.[2] EDSE, R., RAv, K. N., STRAUSS, W. A., und MICKELSON, M. E., 1963,. opt. Soc. Am., 53,

436.[3] MACH, H., 1967, Verteilungstemperatur einer MgO-Flamme. ISL-Technische

Mitteilung (in Arbeit).[4] R6SSLER, F., 1960, Optica Acta, 7, 20.[5] RUTGERS, G. A. W., und DE Vos, J. C., 1954, Physica, 20, 715.[6] EULER, J., und LUDWIG, R., 1960, Arbeitsmethoden der optischen Pyrometrie (Braun

Karlsruhe).[7] R6SSLER, F., 1967, Optik, 26, 131.[8] R6SSLER, F., 1966, Temperaturbestimmung von Magnesium-Flammen. ISL-Bericht

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