Ueber die electrische Kraft an den Electroden und die Electrisirung des Gases bei der Glimmentladung

1892. ANNALEN x 1.

PHYSIK UND CHEMIE. DEB

NEUE FOLGE. BAND XLV.

I. UeBar d4e electriseha hhuf t cvn d m BLectrodea zmd clde BLecfrisirwngt cles Gases bei

der GZilpzme~tZadwn(j; vow E. Warbumg. (Hiereu Tafel 1 Fig. 1.)

1. Electrische Entladuug tritt zwischen zwei Metall- fliichen ungleichen Potentials in rinem Gase ein , wenn die Potentialdifferenz der Flichen und damit die electrische Kraft I}

einen gewisseri Werth erreicht hat. Bei Atomsphiirendruck jedenfalls, bei welcliem nach den Versuche~i von H. Her t z z, und deneri von E. Wiedemanii und E b e r t s ) die Entladung durch Bestrahluiig der Kathode eirigelcitet werden kann, kommt (As auf den Werth der electrischen Kraft an der Kathode an. Der Werth dieser Kraft ist fur Kugeln an der maassgebendert Stelle von A. Scl ius te rJ ) ztus Vrrsuchen von Bnil le und I’ Asclicn berechriet worden.

8 2. Anch weiin die Glimmeiitladuiig in constantem Strom zwischen zwei Metallelectroden iibergeht, wird die electrische Kraft an ihneii gewisse M’erthe aufweisen. Die Grosse dieser Kraft zu kennen, is% in dieseni Falle zunachst von Ohn- lichem Interesse, viie fur den Fall des EinsetAens der Ent- ladung, hat aber hier iioch einen tveitereri Werth. Es ist be- sonders voii A. Schus te r 5, aus dem Verlauf des Potentials in dem strom;iurchflossenen Gase geschlossen worden, dsss bei

1) Unter der electrischcn Kraft in cinem Punkt ist . him stets die mechaniache Kraft verstauden, welche auf einen mit der Einheit positiver Electricitfit geladenen Massenpunkt wirkte , wenn er ohne Beeinflussung des Feldes an jeneu Yunkt gebrwht wurde.

2) H. Hertz , Wied. Ann. 81. p. 98y. 1887. 3) E. Wiedemann und H. Ebert, Wied. Ann. 33. p. 241. 1888, 4) A. Schuster, Phil. Mag. (5) 29. p. 182. 1890. 5) A. Schuster, Proc. Roy. Soc. 47. p. 541. 1890.

Ann. d. Phys. u. Chem. N. F. XLV. 1

2 E. ??Garburg.

cler Glimmentladung kiirperliche Electrisirung des Gases ein- tritt. Uebes den Integralwerth dieser Electrisirung zwischen gewissen Grenzen gibt nun der Werth der electrischen Kraft

an den Electroden Aufschluss. In der That moge die Glimm- entladuug zwischen zwei unend- lichen Ebenen ubergehen. Legt man (Fig. 1) die z-Axe senlr- recht zu diesen Ebenen, 80 ist die electrische Kraft im Gase hier nach der z-8xe gerichtef,

werde in ublicher Weise durch Z bozeichnet. Die Ladung e eines

geraden cylindrischen Raumtheils , dessen Axe der %-Axe parallel, dessen Basis 1 ist nnd fur dessen Endfkchen z die Werthe z1 und zz hat, ist, wenn 0 die rlumliche Dichte der Electricitat bedeutet und z2 > z1

I I uncl nur yon z abhiingig; sie

----,?r Fig. 1.

x 2

e = /"pdz = 4n 1 JdZ (lz = -(zZ 1 - z1), (1) c. 4 n

X l 1 1

wobei alle Grdssen in electrostatischem Ivlnass geniessen siiid i Die z-Axe habe die Richtung voii der Anode ZLW Ka-

thode und es entspreche zuiiachst zz der Kathode, rl einer Stelle im positiven dunkelri Raum, dem negativen Glimmlicht nahe. Nach meinen friiheren Versuchen andert sich das Po- tential an einer solchen Stelle sehr langsam, so dass in erster Annaherung .Zl vernachlassigt werden kann. Fur die totde Ladung e2 im iiegativeii Glimmlicht ergibt sich also pr. Flacheneinheit

1 (1 a) '2 = 4-$

Die Dichtigkeit G~ der negativen Ladung der Kathoden- fiiiche

1 (1 b) Gz = - Gz2 ist der positiven Laduiig e, des negative11 Glinimlichts ent- gegeiigesetzt gleich.

Glimmentluduny . 3

Entspreche meitens z2 wieder der Kathode, ti nber der Anode, so findet man die totale Ladung des von der Glimm- entladung durchstromten Gases per Flaicbeneinheit

8 1 (1 c) e = - ( $ - a ) = - ( 4i7 1 6 2 + GI) ,

wo Z2 und die electrischen Krafte, c2 und fil die Fltichen- dichtigkeiten der Ladung von Kathode und Anode bedeuten. Die Versuche zeigen , wie schon hier erwkhnt werden moge, dass der absolute Werth der electrischen Kraft, also aucli der Flachendichte, an der Kathode grosser als an der Anode ist { 1 .Z2 1 > j Zl j , j cr2 I > 1 c1 I). Solange die Electricitat im Gleich- gewicht ist, sind die Ladungen Ton Kathode und Anode entgegengesetzt gleich. Geht aber die Glimmentladung tiber, so ist nach dem Obigen ( lc) die negatire Ladung der Kathode rr, dem absoluten Betrage nach grosser, als die positive La- dung der Anode um die positive algebraische Summe derjenigen freien Elect,ricittit , welche sich in dern durchstrijmten Gase vorfindet.

Die evperimentelle Bestimmung der electrischen Kraft, welche an den Electroden stattfindet, welche in dern eben be- handelten Falle Z genannt wurde und ihrem absoluten Werthe nach electrostatisch gemessen in der Folge '8 heissen soll, ist das Ziel der vorliegenden Untersuchung.

Es ist hier gleich die Frage aufzuwerfen, VOII wel- chen Umsttinden 53 abhgngen wird. Nehmen wir die Beschaffen- heit des Gases und der Electroden, sowie die Stromdichte als gegeben an, so kann in dem idealen Fall des 9 2 % nur noch von der Entfernung der Electroden abhangen. Urn diese hb- hiingigkeit zu untersuchen, wollen wir annehmen, die Kathode sei auf dem Potential Null. Die Dichtigkeit der electrischeii Ladung und damit die electrische Kraft % an der Xathode ist dann dadurch bestimmt, dass jene Ladung zusammen mit den ubrigen vorhandenen Mengen freier Electricitat im Iniiern der Kathode das Potential Null erzeugen muss. Jene ubrigen Mengen freier Electricitat sind in diesem Falle zunilchst die Ladung des Gases, das von der Glimmentlaclung durchiiossen wird, welche Ladung selbst wieder zerfallt in 1. die Ladung des negativen Glimmlichtes, 2. die Ladung des positiven Theils des Qlimmstrorns, 3. komrnt in Betrnicht die Ladung der

8 3.

1 *

4 E. ??Garburg.

Anode. Betrachten wir zuniichst 2. und 3., so ist im positiven clunkeln Ranm die electrische Kraft klein und jedenfds nur wenig variabel, die Dichte der freien Electricitat kann dort vernachlassigt werden. Nehmen wir weiter an, was sowohl bei meinen Blteren Versuchen , als auch den gegenmartigen der Fall war, dass das positive Licht sich auf eine diinne Lichthaut auf der Anode reducirt, so ist nur in diesem Theil der povitiven Bahnstrecke freie Electricitat vorhanden und derrn Quantitiit nach dem vorigen Paragraphen der Ladung der Aiiode nahezu entgegengesetzt gleich. Da endlich das ganze positive Potentialgefalle unter diesen Urnsanden sehr klein ist gegen clas Kathodengefklle , so lasst sich muthmaassen und wird durcli die vorliegende Uutersuchung experimentell be- statigt, dass an der Anode % einen sehr vie1 kleineren Werth ha t , als an der Kathode. Die unter 2. und 3. genannten Lsdungen konnen also zusammen hier als eine electrische Doppelschicht von verhaltnissmassig geringer Starke angesehen werden, deren Wirkung auf die Kathode bei den in den Ver- suchen vorkommenden Entfernungen rernachlassigt werdeii darf. Die electrische Kruft TJZ an der Kathode ist daher hier merklich nur durcli die Ladung des negstiven Glimnilichts bestimmt. Und da, constante Beschaffenheit des Gases und der Electroden, sowie constante Stromdichte vorausgesetzt, das negative Glimmlicht sich in Bezug auf Kathodengefalle, Dicke u. s. w. constant verhslt, so sind auch constante Werthr von 8 zu erwarten.

Nicht so coilstante Beschaffenheit zeigt das positive Licht, welches die Anode bedeckt. Aus dieseni Grunde betreffen die mitzutheilenden Nessungen im Allgemeineii nur die electrische Kraft an der Kathode und sind fur die Anode nur gelegentlich Messungen aiigestellt , welche hinreichen , urn die verhaltnissmassige Kleinlieit von % an der Anode zu zeigen.

5 4. Die electrische Kraft 3 k a m in dem idealen Fall des 0 2 aus der e1ectrost;ttischen Anziehuug berechnet werden, welche einen FlBcheiitheil s der Electrode gegen die andere hintreibt und welche den Wertlt

332 P = = S . - 8n

besitLt , wenn die Dielectricitiitsconstante des Gases = 1 ge-

Glimmentkzdung. 5

setzt wird. Es konnte dalier schrinc.n, als ob in jenem Fall ‘3 aus drr mechanischen Wirkung nbxuleiten ware, welche auf einen Flachentheil s einer Electrode ausgeiibt wird. Man muss aber in Betracht ziehen, dass diese mechanischr Wir- kung sich aus der gesuchten electrostatischcn Anziehung und dem hydrostatischen Druck des Gases zusnmmensctzt und class dieser hydrostatische Druck durch die Electrisirung des Gases vergrSssert wird. Wenn namlich in dcin Fall drs 8 2 das Gas bei der Glimmentladnng im Gleichgewichte sich befindet, so ist, wenn p den hydrostatischen Druck hedeutet:

dP d p 1 d Z dz d r 4 n d 2 ’

o = - - - + p z = - - + - 2 . -

wnraus, wenn C eine Constante ist

(3)

Bezieht man diese Gleiehnng auf eine Electrode, so stoht rechterhand die mechanische Wirkung , welche auf die Fhcheneinheit derselben ausgeiibt wird und welche inithin fur beide Electroden denselben Werth hat , wie \Terschieden auch die electrische Kraft W an den beiden Electrodeu sein mag. In der That wachst der hydrostatische Druc,li, welcher dem electrischen Zuge entgegenwirkt, von einer Electrode zur andern um denselben Werth wie jener Zug.

Die Constante C in der Gleichung (3) kann man bestim- men, wenn man sich das Gas zwischen den Electroden yon dem ausseren Gase abgeschlossen denkt. Sind dann p , und 3, Druck und Dichte des Gases vor der Electrisirung, und ist b der Abstand der Electroden, so hat man, da unter den gemachten Voraussetzung die Menge des Gases zwischen den Electroden constant bleibt, wenn D die Dichte des Gases bedeutet und 1 und 2 sicli auf Anode und Knthode beziehen:

21

j B d r = b . D , ) ,

[ p dz = bp, .

t i

oder nach dem Mariotte’schen Gesetz 21

t i

6 E. ??Garburg.

Setzt man hier fur p seinen Wert.h aus Forniel (3), so ergibt sich :

4

wo = J’%zdz deli Mittelwerth voii zwisc,lien den Elec-

tsoclen vorstellt. Man hat daher 2 ,

(3 a)

$ 5. Aus den Erorterungen des vorigen Paragraphen geht hervor , dass wenn die mechanische Rirkung auf eine Elee- trodenflache sich auf den electrostatischen Zug reduciren soll, dafiir zu sorgen ist, dass hydrostatische Druckwirkungen nicht in merklichem Betrage stattfinden. Diess wird bis zu einem gewissen Grade durch Anwendung begrenzter Electrode11 erreicht. Denkt man sieh zwei nicht zu grosse, etwa kreis- Rirmige Electroden einander gegeniibergestellt, so werdeii sich vermoge der aus der Electrisirung nach dem vorigen Para- graph entspringenden Druckdifferenzen Stromungen in dem Gase bilden und durch diese die Druckdifferenzeii his zu eineni gewissen Grade ausgeglichen werden.

5 ti. Einige allgemeine Schliisse iiber die Stromungen, welche sich in einem electrisirten Gase bilden , ergeben sich :tus den Nuler ’schen hgdrodynamischen Gleichungen , von denen die erste fiir un;ern Fall unter Veriiachlassigung der Schwerkraft lmtet

B. -= du --+pX, dP l l l d x

wo B die Gasdichte, V dik a-Componente der electrisclieii Kraft , Q die electrische Raumdichte bedeutet und sonst die iibliche Bezeichnuiigsweise gebraucht ist.

Aus dieser und den entsprechendeii Gleichungen fiir die beiden anderen Coordinaten folgt zun&chst, dass wenn Gleich- gewicht mtiglich sein soll

d p = (1 (Xda + Y d y + Zdx) ,

Glimmentladung. 7

also die Grijsse rechterhaiid, melche aucli, unter Y die electrische Potentialfuiictioii verstanden, - p . d Y geschrieben wer- deli kauii, vollstaiidiges Differential einer Functioii der Coordi- naten sein muss. Dies bringt iiiit sich , dass die Flachen gleichen Potentials und gleicher electrischer Raumdichte zu- sanimenfallen mussen, was in dem idealeii Fall des 2 zwai- zutrifft, im Allgemeinen aber nicht, z. B. nicht in clem Fall des 5, in welehem also kein Gleichgewicht moglich ist und Stromungen eintreten mussen. Da nun im letzteren Fall die Grosse 0 ( X d z + 2’dy j 8dz) keia vollstandiges Differential ist, so folgt weiter, dass ein Geschwindigkeitspotential nicht besteht und also in einem electrisirten Gase im Allgemeinen Wirbelstrome entstehen miissen.

Die stationaren Stromungen, welche sich in dem Fall des g 5 biiden, werden ahnlicher Art sein, wie in dern Fall, dass das Gas, welches in dem Kreiscylinder zwischen den Electro- den eiithalten ist, einer Kraft, wie der Schwerkraft, unterlage, cliese voii der Anode gegen die Kathode hinwirkte, das um- liegende Gas aber der Schwere entzogen ware. Das Gas wird an der Kathode, wo der hydrostatische Druck am grossteti ist, radial nach Aussen , zwischen den Electroden von der Anode zur Kathode stromen. Bis zu welchem Grade durch diese Stromungen die Druckdifferenzen gegen das umgebende Gas sich ausgleichen, lasst sich schon deshalb theoretisch nicht finden, weil die Electrisirung des Gases nicht bekaiiiit ist. Man muss daher hier den Versuch zu Rathe ziehen.

Das Experiment, auf welches diese Ueberlegungen hinfuhren , wiirde also darin bestehen , dass zwischen zwei ebenen, horizontalen, kreisformigen, einander gegenubersteheii- den Electroden die Glimmentladung eingeleitet und die An- ziehuiig oder scheinbare Gewichtszunahme bestiinmt wird, welche eine der Electrodeii dabei erfahrt. Die letztere, gc- wohnlich die Kathode, war bei nieinen Versuchen an dem einen Arm einer Wage aufgehangt, die andere Electrode, gewohnlich die Anode, befttnd sich ausserhalb jener. Aus der hervorgebrachten Ablenkung des Balkeris , sowie der Einpfindiichkeit der Wage wurde die scheinbare Gewichts- zuiiahme 3’ direct in Grammgewicht erhalteii. Sol1 aber in diesem Fall die gesuclite electrische Kraft % an der Elec-

8 7.

8 3. Warbury.

trode zu F, sowie in dem idealen Fall deq 4 2, In der Be- ziehung

W' 1.' 8 n - S

stehen . so miissen - hydrostatiwhe Druckwirkungen ausge- schlossen gedacht - zwei weitere Bedinguugen erfullt seiit. Erstens mussen alle Kraftlinien von der obern Seite der an der Wage aufgehiingten Electrode abgehalten werden und zweitens miissen die Kraftlinieii, welche von cler untem E'lache dieser Electrode nuagehen, senki echt zu ihr verlaufen.

5 8. Hangt man die kreisfiirmige Kathode frei auf, so ist die erste Bedingung auch dann nicht erfullt, xvenn das negative Glimmlicht nur auf der untern, der Anode zuge- liehrten F'l'ache erscheint. Brachte ich namlich in dieseni Falle eine Sonde oberhalb der Kathode in 6 mm hbstand von dieser an, und maass nach der Methode, die ich friiher heschrieben habe l), am Electrometer die Potentialdifferenz zwischen der Sollde und der Kathode, so nahm sofort iiach Einsetzen der Glimmentladung das Electrometer eine feste Eininstellnng an und zeigte z. 3. in einein Versueh eiiie f o - tentialdifferenz von 238 Volts zwischen der Sonde und der Kathode an. Es geht daraus hervor, dass das Gas oberhalb der Kathode leitend wird und dnss eine erhebliche electrostatische Kraft auf die obere Flache der Electrode wirkt.

Um nun die Kraftlinien von der oberen Seite der aufgehiingten Electrode abzuhalten, hrachte ich oberhalb derselben in

etwa ti mm Abstand eine mit ihr lei- teiid verbundene Metallplatte(,,Schutz- platte") an, derrn Durchmcsser gleich cleni der Electrode war. (Fig. 2.) Letz-

-J tere sass an einem Stil, welcher durcli ein Loch in cler Schutzplatte frei hin- durchging. Dle Sonde wurde jetzt zwischen der oberen Elrctrodenfiache und

der Schutzplatte angebracht. h l s die Glimmentladupg em- setzte, trat ein sehr geriiiger husschlag rler Electrometernadel ein , worauf dieselbe sicli langsam vorwzifts bewegte. Der

- --

'W"Pw

s o d

--

E'l>&odc 1. Fig. 2.

1) E. W a r b n r g , W e d . Ann. 31. y. 54'3. 1887,

G l h d n q . 9

Wagebalken indessen , an welchem die Kathode aufgehllngt war, schwang sofort nach Einsetzen der Glimmentladung urn d ie Qleichgewichtslage, welche er definitiv wtlhrend der Dauer der Glimmentladung annahm. Daraus folgt, dass in diesem Fall keine zu berticksichtigende Zahl von Krattlinien von der obern Seita der Kathode aaqging. Uebrigens wurde die Er- reichung des Zwecka ausserdem durch einen aufwtlrts ge- kehrten 6 mm hohen cylindrischen Fortsatz gesichert, welcher um den Rand der Electrode gelegt und zur Vermeidung ron Zerstflnbung aus Aluminium gemacht war, (Taf. 1 Fig. 1.)

Q 9. Um weiter die von der unteren Electrodenfltlche nusgeheiiden Kraftlinien mijglichst in die gewclnschts Richtung senkrecht zur Eleotrodenflllche zu drhgen, versah ich die Schutz- platte mit einem cylindrischen Fortsatz nach unten, so dass die Electrode in einer Rtichse (Taf, 1 Fig. l).von ihrem eigencn Potential, einer SchutzbUchse, schwebte. Da jctzt keirle Krpft- linien von der Electrode zur Btichsenwand gehen konnten, so wurclen jene der gowiinechtcn Richtung genilhert.

Wenn man aber auf den Fall, zu dem wir jetzt gelangt sind, die Betrachtungen des 8 3 anwendet, so sieht man, dass nunmehr die positive Gasladung auf der Innenflhhe der Biichse negative Influenzelectricitiit hervorruft, welche den Werth der Kraft R an der Electrode beeinflussen bezw. herrrbsetzen wird. Sollen also die Versuchsergebnisse allgemeine Giiltigkeit haben, d. h. nur von der Stromdichte, sowie von der Beschrttrenheit der Electroden und des Gases abhhgig sein, so muss man der BIichse eine hinreichende, durch den Versuch zu ermittelndc Weita geben der Art, dass die Wirkung jencr Influenxelectricitatt vernachhssigt werden kann.

Q 10. Ich gehe nun dam iiber, die Versuobsanordnung zu beschreiben. Die benutzte Wage, von dem hiesigen Mechaniker H. Elbs verfertigt, ist Tttf. 1 Fig. 1 in nat. Gr. sach einer Photographic, gezeichnet, die Abmessungen ergeben sich aus dem mitphotographirten verticalen Millimetermaasstab, welcher bei den Versuchen nicht vorhanden war. Das Balkeugewictllt, ist 30,5 g, das eines Gehilnges 4,14 g. Die an dem einen Arm aufgehilngte Versuchselectrode K iet durch das Gegengewicht. G am andern Arm ikquilibiirt. Die Bewegungen des Balkens werden mittelst des Spiegels m durch Scaltt und Fernrohr

10 E. Warbury.

beobachtet. Die Empfindlichkeit war gewohnlich so regulirt, dass bei einer Entfernnng von 1,8 m zwischen Spiegel und Scala 10 Doppelmillimeter der letzterii 1 mgr entsprachen ; dabei betrug die ganze Schwingungsdauer mit einer Balkeiibelastuiig von 7,76 g auf jeder Seite (das Qehange einbegriffen) 5”,3. Die BUchse B atis Aluminium wird mittelst eines Fortsatzes in dein Spalt eines mit der Wage yerbundenen Metalltheils M gehalten; bei den Versuchen steht sie nicht so wie in der Figur, sondern ist iiber die Electrode K geschoben, sodass deren unterer Rand Ton den1 Bachsenrand 5-7 mm absteht. Wage , Buchse uiid Electrode sind sammtlich metallisch verbunden.

Die Wage, deren Fuss auf einen Luftpumpenteller aufgekittet war, befand sich bei den Versuchen unter einer Qlocke, welche in der Figur irn vertikalen Durchschnitt gezeichnet ist. Die- selbe erithglt 5 Tubulaturen 11-2;. In 2: ist ein Glasrohr C, eingeschliffen , durch dessen Drehung die Arretiruiig der Wage im Vacuum bewirkt wird. An Cl ist namlieh ein kurzes Metallrohr u mit vierkantiger Bohmng eingekittet, die uber den vierkantigen Metalltheil v passt; die rnit der Drehung von Cl verbundene Drehung von v arretirt die Wage. v liegt in einer Gabel, die sich nach unten in einen in der verticalen Hiilse 1; drehbaren Theil fortsetzt; die Wirkung von v auf die Wage wird durch die drei Hooke’schen Schliissel N vermittelt. Hierdurcli erhalt die Arretirungsvorrichtung die nothige Biegsainkeit, sodass wikhrend IL in e eingreift, die Glocke urn einen erheblichen Wiiikel gedreht werden kann. I n das Glasrohr C, ist ausserdem ein mit v metallisch ver- hndener Platindraht p eiugeschrnolzen, welcher die electrische Zuleitung zur Wage, Biichse und Electrode vermittelt.

In 1; ist das Rohr Ci eingeschligen, in :dieses mittelst Siegellncks ein dicker Kupferdraht IL luftdicht eingekittet und desseri in die Glockc frei hineinragendes Ende platt geschlagen und mit eiiiem Loch versehen, durch welches der Stil der zweiten kreisforinigen Electrode A gesteckt wurde.

Die dritte Tnbulatur Ir, ist in der Figur nicht sichtbar, sie befindet sich vorn an der Glocke und ist durch ein Glas- rohr ~erschlossen , das den Sondendraht zur Bestimmung des liathodengefalles durchlbst. Dasselbe ragt in den von der

Climmentladung. 11

Glimmentiadung durchsetzten Raum frei hinein , ist dann in ein Glasrohr B eingeschmolzen und tritt durch Yi ins Freie (die Fortsetzung des Sondendrahts uber E hinaus ist in der Figur fortgelassen). Es erwies sich als vortheilhaft , anstatt eines in den Strom tauchenden Drahtes ein netzartiges Ge- iiecht &us mehreren feinen Platindrahten auzuwenden l).

T4 ist durch das Planglas Y verschlossen, das Durchsicht zum Spiegel gewahrt, 1’5, oben an der Glocke , fuhrt mitteist Glasschliffs zur Topler-Hagen’schen Pumpe und zu dem Bohrensystem, mittelst dessen die Fullung des Gasraumes mit Stickstoff oder Wasserstoff bewirkt wurde. Die Bereitung der Gase geschah wie in meiner alteren Arbeit 1. c., Hg-Dampf wurde nicht abgehalten. Alle Versuche wurden mit constantem Strom gelnacht und dieser durch einen 600 gliedrigen Accu- inulator geliefert.

Bei der einfachsten Construction der Wage wird, wenn die Glimmentladung ubergeht , nur der eine Balkenarm Tom Stronie durchflossen und dadurch erwarmt uiid verlangeyt. 1st cz = 19.10- der lineare Ausdehnungscoefficient des Messings, P -- 8 g das angehangte Gewicht, so ist die Temperaturerhohung l o einer Vermehrung des Gewichts urn cc P = 152.10-6 g be- zuglich der Eins tellung der W’age gleichwerthig. Die Tern- peraturerhohung @ von p g Substanz, deren specifische Warine c ist, durch die Warme eines t Secunden clauernden Stromes = i Snip., betragt

§ 11.

W = i2 w .0,24 gr. cal., w. I P . C

@ =

wo 10 der Widerstand des stromdurchflossenen Theils ist. Der Balken besteht im Wesentlichen aus zwei Messingstaben 3 mm dick, 4 mm breit, 40 mm lang. Fur den grossten vor-

1) Durch besondere Versuche hahe icli mich iiberzeugt, dass die Anwesenheit der Sonde auf das Resultat ohne Einfluss iat, d. h. dass man unter gleichen Umstiinden dieselben Werthe des electriscben Zuges an der Electrode findet, mag die Sonde vorhanden sein ode, nicht. Es ist dies aucli nicht anders zu erwarten, da die Sonde das Potential des stromdurchflossenen Gases annimmt , in das sie eintaucht. Dagegen ist zu beachten, dam wenn die Nullstellung der Wage genommen wird, Sonde, Kathode und Anode leitend verbunden, also auf demselben Potential sein miissen.

12 E. Tarbwy.

kommenden Strom von 0,004 A. ergiebt sich fur einen der Stabe i = 0,002 A.. W = 0,023. 10-8 und mit p = 4 g, c=O,1 , 0 = 0,056.10-6 Grad C. Hiernach ist die Wirkung der Er- warmung des Bafkens durch den ihn durchfliessenden Stroni unmerklich. Uebrigens ist der Balken durch eingesetz te Achat- stiicke so construirt, dass der Strom beide Anne ziemlicli gleichmassig durchlaufen muss.

Von grosserer Bedeutung kann der Fehler werden. welcher durch die Warmeproduction im negativen Glimmlicht entsteht. Einem Kathodengefalle yon 300 Volt entspricht bei einer Stromstiirke von 0,001 A. eine Leistung Yon 0,3 Watts oder 0,24 x 0,3 gr. cal. p. Sec., oder 4,2 gr. cal. per Minute, eine Warmemenge, die dem einen Doppelarm der Wage zu-

gefiihrt, dessen Temperatur um 1 = 5",3 erhohen wiirde, diess ware unter der Annabine lies 8 11 einer Mehrbelastung von 798. g gleichwerthig.

Die besprochene Wirkung machte sich in der zu erwar- tenden Weise in der That sehr geltend, wenn man der Wage eine Empfindlichkeit ertheilte, etwa 10 ma1 so gross. als die bei den maassgebenden Versuchen benutzte. Es ist indessen nicht nothig hierauf einzugehen, weil bei den maassgebenden Versuchen wegen der hier stattfindenden kleineren Empfindlich- keit der Wage, die erwahnte Fehlerquelle hinreichend zuriick- trat. In der That wurden hier bei abwechselndem Schliessen und Oeffnen des Stromes nahezu dieselben Einstellungen der Wage erhalten. Z. B. bei einem Kathodengefalle \-on 286 Volt und dem Strom 0,003 A. die Einstcllungen

8 12.

4 2

0,s

bei geoffneteni Strom S4,3 81,O 85,3 ,, geschlosseneni ,, 64,8 64,6.

Die Sblenkung ist im Mittel 19,i' Scalentheile. Der Strom wurde dabei stets nur solange geschlossen , als zur Bebbachtung der drei Umkehrpunkte nothig war, aus deneii die Einstellung sich ergab.

$j 13. Zur Anwendung kamen blank polirte Electroden aus Platin und Aluminium von gewohnlich 2 cm Durchinesser mit einem 0,5 cm hohen Rand aus Bluminiumblech versehen. Die Biichse aus Aluminium war gewohnlich 24 mni lichtweit und 15 mm hoch; sie war leicht pnraffinirt um zu verhutan,

Glirnmentladung. 13

dass eiii Theil des negatisen Glirnmlichts an ihr spielte. Gc- schah dies dennoch gelegentlich , so trat eine Verunreinigung der Electrode nicht ein, dtl die Biichse aus dem unter deu Versuchsbedingungen nicht zerstaubenden Aluminium bestand.

Bei der gewahlten Weite der Biichse hatte auf die beobachtete mechaiiische Wirkung die Stellung der 2 cm im Durch- messer haltenden Electrode in der Biichse keineii Einfluss, wahrend ein solcher Einfluss bei einer nur 22 mm weiten Biiiichse hervortrat. Ich schiebe dies darauf, das bei der engeren Biichse der in $8 3 und 9 erorterte Einfluss der auf der Biichse hervorgerufenen Influenzelectricitat sich geltend niaoht. Zur naheren Begriindung des Gesagten setze ich einige Versuchsresultate hierher. Der Druck ist iuzmer in Nillimetern Quecksilber angegeben? i ist die Stromstarke in Mikroampkres, P die beobachtete Anziehung in Milliontel Gramm, 3; die anf 1 Milliampere reducirte Anziehung, indem P sich lnit i proportional ergeben hat (8 15). Die Versuche beziehen sich auf trockene Luft; es befand sich niimlich unter der Glocke eiii niit Phosphorsaureanhydricl gefiifltes Uhrglas.

T a b e l l e I. Luft trocken.

,, 24x 15 ,, a. unt. Ttrtnd 24x15

Natiirlich musste vor jedem der vier mitgetheilten Ver- suche der Apparat auseiiiandergenommen werden , was die Vergleichbarkeit der Resuitate etwas beeintrachtigte. Man sieht, dass bei der 22 mm weiten Biichse PI erheblich kleiner ausfallt, wenii die Electrode sich in der Mitte der Biichse befindet? als wenn sie dom untern Rande iiahe ist , dass hin- gegen bei der 24 rnm weiten Biichse dieses Verhalteri sich nicht zeigt. Ich theile hiernaeh zwei Versuche mit, aus wel- &en die Wirltung des Bliehse hervoi-geht.

14

Ohne Biiebse Mit Biichse 24x15

8. Warhurg.

T a b e l l e 11. Luft trocken.

Druck I i 1 E’ Fl

0,96 SO0 537 67 1 0,89 800 1200 1500

F’’ finclet sich mit Biichse iiber doppelt so gross, als ohne Biichse.

8 15. Es folgeii niuimehr Tabellen, aelche die haupt- siichlichsten Versuchsresultate enthalten; die Schntzbiichse war 24 nim lichtweit.

Nr. bedeutet die Journalnummer des Versuchs. Wo zwei Nnrnmern angegeben wurdon , sind die angegebenen Werthe die Mittel aus zwei Versuchen, deren Reihenfolge a m den Nnmmern ersichtlich ist.

Weiter bedeutet : i den Strom in Mikroampkres, A die Anziehung in Scalentheilen, P die Anziehung in Milliontel Gramnigewicht , 72 die electrische Kraft an der Versuchselectrode in Volts

e das Kathodengefalle in Volts, 1’: die Anziehung pro Milliampere, X, die electrische Kraft fiir die Stronidiclite von 1 Milli-

ampere aufs Quadratcentimeter, G~ die Flkhendichte der Electricitat auf der Electrode

in Coulombs aufs Quadratcentimeter fur die Stromdichte ituf melche 8, sich bezieht.

Rei allen Versuchen der hier folgendeii Tabellen war die Versuchselectrode die Kathode. Sie wurde, wie schon er- wghnt, vor den Versuchen stets blank polirt und nur solche Vwsuche heriicksichtigt , nach dereii Beendigung die Kathode lteine odef sehr geringe Anlauffarben zeigte. Durch das Auf- treten der letzteren wird die Bildung voii Oxydschichten an- gezeigt, welche, wenn sie dicker werden, erheblich vergrosserte Wertlie der Anziehung Flieferii. Der zur Bildung des Oxyds benothigte SauerstofT stammt wahrscheinlich zum grossteii Theil aus den Electroden selbst ; das Freiwerden occlndirten Gases , durch Druckmessung an der Topler’schen Punipe

auf dtts Centimeter,

Glimmentladung . 15

beurtlieilt, war oft sehr erlieblich und storend. In der That enthalt an der Luft auf'bewahrtes Plat>in nach A . Ber l ine r I)

das 80fache seines Volnms an Gas occludirt.

Tabe l l e LII. Platiu, Stickstoff schwacli feucht

0,84

Nr.

1410 9,30 9,29 1000 6,79 6,59 1415 7,77 1000 5,50 5,5C

114

116

115

115. 119

117. 120

125. 131 126. 130 127. 129

128 140

149 144

139. 141

143. 145

2060 1840 1340 987 7 50 1030 1250

Nr.

\ 2390 J } 20050

1340 I

12 13 14 15 16 17 18 19

Druck I i I d Idher

0,93 2730 19,5

0,91 2000 12,25 fi.. Fiill.

- __ i

1970 2570 2410 1160 615 510 1000 1760

- -

- ~

F . 10

2850 1950 1290 860 420

1225 933 456 278 1968 930 679 177 550

~ ~

T a b e l l e IV. Platin, Stickstoff trocken. -

~

F . 10'

4910 6000 4790 2530 1380 800 1500 2210

- -

790 1330 1,17

004 1160 1,03

661 1210 1,07

I 550 1100 0,98

I

Ta1)elle V. Plstiii, Wasscrstoff.

148

- - 8 1 - -

2300

2130

1730

1) A. B e r l i n e r , Wied. Ann. 35. 8 O i . 1888.

16

P.10&

1074

535 291

470

583 248 158 105

1728

E. Wa burg.

R e F I . 1 O '

873255 300

615289 I 454276 J 272

577267;- 1 299

643276 420282 \ 358 335270f j 2672693 389

l l l 0 2 7 3 t 350

31?.. fr. Eull. 2,21

2,s3 fr. ~ i i l l .

3630 10,74

2000 5,35 1000 2,91 2,tiS

1530 477 4,46

i,92

1,16 5,06

fr. Fiill.

2000 5,83 1000 2,4a

540 1,58 1,33 270 1,05

4930 17,28

R

879 762

1100

e F;.IO~ R, V , . ~ O - ~ ~

208 200 826 1360 1,20 211 f

1350

663 8S7 600

1250 793 536

219

195 217 201 247 262 234

1280

1190

1130

1,13

1,06

1 , O l

3540 1520

690

22,7

4,2 9,l

2,05

1,24

2000 415 3550 7,55 1510 3,75 660 2,OO 465 1.34

Nr.

1 5'2

154 156

157 159

162

164

153. 155

160. 161

Nr.

Tabel le VI. Aluminium, Stickstoff schwach feucht. -

~

p. 10'

1080 811

1685 160 436

2550

1040 1100 502

2195 8i9 40 1

- ~

Druck

76 19 80 81

85. 85a 86

6 i 86 89 90 91 92

- Nr.

1,44

qti5

1,44 fr. Fhll.

1 , O l

0,62

1 738 I 1 641

1 561 4,2

Tabel le VLI. Aluminium, Wasserstoff.

= R, - - 716

718 769

695

703

817

682

- - I bcr ~ -

375

374

4,3 4,26

3,22

114i

- - II

7 80 551 759 548 545

742 548 570 740 52 1 380 312

658

- -

- - b'. 10t

850 425 804 480 415

769

420 455 764 379 202 136 643

~

~

'; . 10 -lo

0,634

0,635

0,661

0,615

0,621

0,723

0,604

9 3 94 95 96 97

98

99 100 101 102 103 104

105

1.39 1560 411 3 3 fr. hiill. 3500 7,6

l l g i d 4.15

Glimmentladung. 17

Es ist schon im 9 13 erwahnt worden, dass die Anziehung A bezw. P bei gleicher Beschaffenheit der Electrode und des Gases der Stromdichte proportional gefunden wird. Inwieweit diese Beziehung zutrifft , ergiebt die Vergleichung der Columnen A beob. und A ber., wobei auch die Tab. VIII und IX zu berucksichtigen sind. Die Stromstarken wurden variirt bis zum Verhaltniss 1 : 4, grossere Stromdichten anzu- wenden war nicht moglich, da bei solchen das Glimmlicht von der Versuchselectrode auf andere Theile der mit der Electrode leitend verbundenen Metalloberflachen ubertrat. Die Abwei- chungen zwischen den beobachteten und nach der Proportio- nalitat mit i berechneten Werthen A sind zwar zuweilen procentisch ziemlich gross, finden aber bald in dem einen, bald in dem anderen Sinne statt und es lassen sich, worauf hier nicht eingegangen werden SOU , Ursachen der Unregel- massigkeiten angeben.

Unter Annahme des ausgesprochenen Gesetzes -wurde aus den auf einerlei Druck bezuglichen Versuchen PI nach der Formel

5 15.

berechnet. Es ist nun ersichtlich, dass jenes Gesetz es erlaubt, die

Versuchsergebnisse in sehr einfacher Weise zusammenzufassen. Der Werth Fl, d. i. die Anziehung per I!blliamp8re, ist nain- lich nach jener Regel unabhangig voii der Obertlachengrosse der Electrode, da wenn die Oberflache auf ihr nfaches wachst, zwar die Stromdichte und damit der Zug per Flacheneinheit auf - verringert, gleichzeitig aber die Flache, auf welche der

Zug ausgeubt wird, ver-n-facht wird. Naturlich ist dabei die Stromdichte so gross vorausgesetzt, dass die ganze Oberflache der Electrode vom negativen Glimmlicht bedeck ist, was bei sammtlichen mitgetheilten Versuchen zutraf. So wtirde z. B. nach den Versuchen 115, 119 - 128 Tab. 111 in schwach feuchtem Stickstoff vom 0,9 mm Druck die Anziehung einer ebenen blanken Platinkathode bei normalem Verlauf der Kraft- linien 604 Milligrammgewicht pro Ampbre betragen.

Da dieses Resultat aus einem Qesetz abgeleitet ist, welches nicht mit der im Allgemeinen zu fordernden Genauigkeit durch

1 12

Ann. d Phys. u. Chem. N. F. XLV. 2

18 E. witrhurg.

die Versuche belegt wird, und da auch die Erorterungen der 55 4, 6, 9 mancherlei Bedenken aufkommen lassen, so habe ich, um mich vor grobem Irrthum zu schutzen, fur schwach feuchten Stickstoff den Werth PI unter veranderten geometrischen Verhaltnissen von Electrode und Schutzbuchse bestimmt. Namlich erstens fur eine Electrode von wiederum 20 mm Durchmesser, welche aber in einer Buchse von 28 mm Licht- weite und 15 mm Hohe schwebte; zweitens fur eine Electrode von 30 mm Durchmesser in einer Buchse von 34 mm Licht- weite und 15 mm Hohe. Die folgenden Tabellen enthalten die Ergebnisse.

Tabe l l e VIII. Platin, Stickstoff schwach feucht.

Electrode 20 mm Durchmesser Buchse 28 rnm lichtweit, 15 mm hoch.

221. 223

224. 226 222

225

j?T;i Druck ~ i ~ A l[ber.lF.106~ R ~ e ( . l O O i R, u1;~I1'

235. 238 1,17 1090 6,35 690 703 247

241. 243 1,08 1080 6,s 740 728 261 240. 244 570 3,5 3,6 380 521 236 681 1230 ',09

620 3,2 3,6 348 499 224 '15 '170

Tabe l l e IX. Platin, Stickstoff schmach feucht.

Electrode 30 mm Durchmesser Buchse 34 mm lichtweit, 15 mm hoch.

Nr. I Druck I i I A ldber.~B'.IOe~ R I e IFl.1061 R, ~CT~.~O-~'

2030 277 661 1210 1,07

746 295 536 1090 0,97

1,22 3730 18,3

0,96 3310 16,O 1670 8,4 8,2

1110 5,4 5,4

929 541 252 1 597 433 250'))

Vergleicht man die Tabellen 111, VIII und IX, so sieht man, dass Werthe von PI, welche gleich sein sollten, zwischen 536 und 681 schwanken. Mehr kann aber hier nicht erwartet werden, da schon die Zahlen der Tabelle IX fur sich derartige Abweichungen zeigen, welche in dem letzten Fall ohne Zweifel mit der veranderlichen uncontrollirbaren Beschaffenheit der Electrodenoberflache zusammenhangen.

Man muss auch in Betracht ziehen, dass die Anziehung

Glintnzentladuny. 19

PI dem Quadrat cler electrischeii Flachendichte auf der Elec- trode proportional ist. Die Werthe der Flachendichte selbst, welche gleich sein sollten, betragen in den drei Tabellen 1,OO; 1,04, 1,09 ; 1,07, 0,97, die grosste vorkommende Bbweichung betragt 12 Proc. des ganzen Werthes. Da hierbei die Electroden- fiache im Verhaltniss von 4 : 9 variirt wiil.de, so glaube ich, dass hydrostatische Druckwirkungen einigermaassen eliminirt sind.

§ 16. Die in den Tabellen vorkommenden Grossen R, I?,, 0, (8 14) ergeben sich folgendermaassen. Sei s der Flachen- inhalt der unteren Electrodenseite, von welcher die Glimment- ladung ausgeht, 8 wie fruher die electrische Kraft electrostatisch, R dieselbe electromagnetisch geniessen, v = 30. lo9 Cent. die Lichtgeschwindigkeit , *c/ die Beschleunigung der Schwere, so ist:

(5)

Q-- R' R - w = - x = - woraus s 8 n 108'

H = 3 0 0 . 1 / - 8ng.F

Da weiter P'= i. k;

I K , = 300. I-. Endlich hat man fiir die Dichtigkeit G der Ladung auf

der Electrode:

daher 8? u e . s Cod. 6 e . * = oe.m = 7 cr = G e . , ? & . 1 0 G J

R 1 Cod. a = - .- .-. 4n 9.1011 n c m

Nach diesen Formeln sind die betreffenden Werthe der Tabellen berechnet. In Folge des Gesetzes, welches in 8 15 dargelegt wurde, ist also die electrische Kraft, sowie die electrische Flachendichte an der Kathode, daher auch nach 6 2 die positive Ladung des negativen Glimmlichts der Quadrat- wurzel aus der Stromdichte proportional.

5 17. Mit der Stromdichte wachst, wie Hi t tor f ' ) ge-

l) W. Hittorf , Wied. Ann. 21. 124. 1884. 2*

20 3. Warliurg.

zeigt hat und wie ein Blick auf die Tabellen 111 bis VII lehrt, auch das Kathodengelalle ; eine einfache Beziehung zwischen diesen beiden Grossen scheint aber, wie schon H i t t o r f 1. c. hervorhebt , nicht zu bestehen. Die electrische Kraft an der Kathode folgt hier einfacherem Gesetz, als das Ka- thodengefalle.

8 18. Wir wollen nun die auf den Stickstoff beziiglichen Versuche etwas naher ins Auge fassen. Constante Werthe des Kathodengefalles erhalt man in trockenem Stickstoff nur, wenn derselbe vollig sauerstofffrei ist, was ich durch nasciren- den Natriumdampf erziehlt habe. I) Dieses Mittel war hier nicht anwendbar. Der angewandte Stickstoff, mittelst Phos- phors aus atmospharischer Luft bereitet und von C 0, befreit, war also sauerstoffhaltig. In solchem fand ich friiher, wenn er trocken war, an drahtfdrmigen Platinkathoden das Kathoden- gefalle durch liingere Wirkung des Stroms bis zu 400 Volts wachsend ; kleinere und constante Werthe des Kathoden- gefalles erhielt ich fur schwach feuchten Stickstoff, namlich 260 Volts bei drahtfdrmigen Platinkathoden. Wird daher ein Glasapparat mit trockenem Stickstoff gefiillt und alsdann von Trockenmitteln abgesperrt, so nimmt das Kathodengefalle mit der Zeit ab , indem durch das von den Glaswanden ab- dampfende Wasser das Gas mehr und mehr durchfeuchtet wird. 2,

In noch hoherem Maasse als beim Kathodengefalle zeigt sich nun der Einfluss der Feuchtigkeit bei der electrischen Anziehung, bezw. der electrischen Kraft R. Bei den Ver- suchen der Tabelle I11 war die Glocke nach der Fullung mit Stickstoff yon Trockenmitteln abgesperrt und abgewartet worden, bis in Folge des abdampfenden Wassers das Kathoden- gefalle constant geworden war. Zugleich mit dem Kathoden- gefalle nahm dabei die electrische Anziehung P ab, wie die folgende Tabelle zeigt.

1) E. Warburg, Wied. Ann. 40. p. 1. 1890. 2) E. Warburg, Wied. Ann. 31. p. 557 ff. 1887.

Glimmentladung.

Tabel le X.

21

Die Versuche der Tabelle 111, sowie die der Tabellen VIII und IX, sind erst 5-18 Stunden nach Absperrung des Appa- rates von Trockenmitteln gemacht , daher der Stickstoff hier als ,,schwach feucht" bezeichnet worden.

Bei den Versuchen der Tabelle IV befand sich ein mit Phosphorsaureanhydrid gefulltes Uhrglas unter der Glocke. Man sieht, dass unter gleichen Verhaltnissen des Drucks die Anziehung P fur trockenen Stickstoff bei hoheren Drucken etwa 3 ma1 so gross in trockenem, als in schwach feuchtem Stick- stoff gefunden wurde. Mit abnehmendem Druck nimmt nach den Tabellen Fl, folglich auch die positive Electrisirung des negativen Glimmlichts fur die Einheit der Stromdichte ab, bedeutend ist die Abnahme bei trockenem Stickstoff mit grossen PI werthen, geringer bei schwach feuchtem mit kleinen Fl werthen. Ausnahmen von dieser Regel zeigt auch die auf Aluminium- electroden bezugliche Tabelle VI dann nicht, wenn man be- riicksichtigt, dass nur die auf eine Fullung bezuglichen Ver- suche als in dieser Hinsicht maassgebend betrachtet werden konnen.

8 19. Gehen wir zum Wasserstoff iiber, so wurde dieser stets durch Phosphorsaureanhydrid, das sich nnter der Glocke befand , trocken gehalten , da man bei trockenem Wasserstoff constante Werthe des Kathodengefalles erhalt. Auch wurde viele Muhe auf Herstellung moglichst reinen Gases verwandt. Ein Kriterium fur verhaltnissniassige Reinheit des Gases giebt hier das Auftreten griinen Quecksilberlichts an der Kathode. l) Hatte aber der Strom eine Zeit lang gewirkt, so zeigte das Verschwinden jenes Lichts beginnende Verunreinigung des Gases an. Es kommt hinzu, dass im Wasserstoff die Kathode

1) E. Warburg, Wied. Ann. 31. 575. 1887.

22 E. Warburg.

bei liingerem Gebrauch starke Anlauffarben zeigte , was eine Vergrosserung der electrischen Anziehnng mit sich bringt (5 14). Aus diesen Grunden ist es schwer, iiber den Einfluss des Druckes etwas Sicheres zu ermitteln. Ich beschranke mich dalier auf die Bemerkung, welche durch die Tabellen V und VII begriindet wird, dass B, nnd cl mit dem Drucke nur wenig variabel sind, also auch die positive Electrisirung des negativen Qlimmlichts bei derselben Stromdichte sich niit dem Druck nur wenig andert. R, ist fir Aluminium etwas kleiner, als fur Platin gefunden worden.

3 20. Vergleicht man endlich das Verhalten des Stickstoffs und Wasserstoffs, so sind f i i Platin sowohl, als fur Aluminium sammtliche im Wasserstoff beobachtete R, werthe erheblich kleiner, als die im Stickstoff gefundenen; bei gleicher Stromdichte ist also innerhalb der bei den Versuchen vorkommeiiden Druck- grenzen die positive Electrisirung im negativeii Glimmlicht stets grosser fur Stickstoff, als fur Wasserstoff. Wenn gleich- wohl das Kathodengefalle am Platin bei Wasserstoff etwas grosser, als bei Stickstoff ist, so muss man in Betracht ziehen, dass unter gleichen Umstanden des Drucks die Dicke des negativen Glimmlichts und damit die Strecke, auf welcher der Fall des Potentials sich vollzieht, fur Wasserstoff erheblich grosser, als fur Stickstoff ist.

8 21. In einer friiheren Abhandlungl) habe ich den Werth des Kathodengefalles fur den Fall, dass dns negative Gliinmlicht die Kathode nicht ganz bedeckt , also sich frei iiber dieselbe verbreiten kann, das normale Kathodengefalle genannt. Ebenso will ich die dem normalen Kathodengefalle entsprechende Stromdichte , welche mit abnehmendem Druck abnimmt, die normale Stromdichte und den Werth der ihr entsprechenden electrischen Kraft den Normalwerth dieser Kraft nennen. In den Tabellen I11 bis VII ist ein normales Xathodengefalle e jedesinal durch ein j- bezeichnet; dass in diesen Fiillen die Stromdichte sehr nahe die normale war, wurde daraus geschlossen, dass bei einer kleinen Schwachung des Stromes das negative Glimmlicht die Kathode nicht mehr ganz bedeckte. Die folgende Zusammenstellung zeigt den


Glimmentladuny. 23

Zusammenhang zwischen dem Normalwerth der electrischen Kraft R und dem Druck fur Platinkathoden in Wasserstoff und Stickstoff.

Tabe l l e XI. Normales Kathodengefalle.

Platin, Stickstoff, schmach feucht.

A Nr. F.lOB R

114 128

164 147 156

160. 161

17,28 7,84 477 1'58

Druck

1728 1110 784 745 470 577 158 335

2,18 0,91

5,06 3,05 2,53 1,92

i

3660 500

4930 2210 1530

540

e

261 231

273 265 267 270

r . I o-"

1,265 0,393

0,982 0,659 0,511 0,296

Man sieht, dass der Normalwerth R der electrischen Kraft an der Kathode mit abnehmendem Druck sehr bedeutend sinkt, z. B. unter den 3. Theil seines Werthes im Wasserstoff, wenn der Druck von 5 auf 1,9, im Stickstoff, wenn der Druck yon 2,2 auf 0,9 erniedrigt wird. Ferner ergibt sich fir gleichen Druck der Normalwerth der electrischen Kraft bedeutend kleiner fur Wasserstoff, als fur Stickstoff, z. B. fur Wasser- stoff von 2,s mm R = 577, fir Stickstoff von 2,2 mm R = 1430.

Diese Resultate haben nun Bezug auf das, was uber die Schlagweite schon lange bekannt ist. Man weiss, dass dieselbe mit abnehmendem Druck abnimmt und bei gleichem Druck fur Wasserstoff kleiner, als fur Stickstoff ist. Bei den Versuchen uber die Schlagweite handelt es sich aber stets urn den Normalwerth der electrischen Kraft. Es ist hierdurch auch der scheinbare Widerspruch gehoben, der 'ctarin zu liegen schien , dass das normale Kathodengefalle vom Druck nahezu unabhangig gefunden wird und dass dasselbe fur Platinkathoden im Wasserstoff grasser, als in schwach feuchtem Stickstoff ist.

5 22. Vergleicht man die Werthe des normalen Kathoden- gefalles, welche sich fur Scheiben ergeben haben mit den friiher I) an drahtfarmigen Kathoden von 2 mm Durchmesser gefundenen, so sind jene etwas kleiner, als diese, namlich:


24

Electrode - ,, +

E. Warburg.

Scheibe Draht Pt in N2 246 volt 260 Volt Pt ,, H, 270 ,, 300 ,, A1 ,, N, 200 ,, 230 ,, A1 ,, H, 170 ,, 190 ,,

Nr. Druck i d F.106 R e cr.10-''

105 2,61 3050 6,35 643 678 215 0,600 106 2,61 2900 0,l 10 85 43 0,075

Von der Wirkung der Buchse riihrt dies nicht her, da ich ahnliche Werthe des Kathodengefalles auch an freien Scheiben gefunden habe. Das Kathodengefalle ist daher an Scheiben etwas kleiner, als an Drahten.

8 23. Die algebraische Summe der freien Electricitat im Glimmstrom ist unter den idealen Verhaltnissen des 5 2 fur die Einheit des Querschnitts gleich der algebraischen Summe der electrischen Flachendichte an Kathode und Anode. Zur Ermittelung dieser Grosse habe ich einige vergleichende Versuche uber die Anziehung der Anode und Kathode ange- stellt. Dabei wurde die an der Wage aufgehangte Electrode abwechselnd zur Kathode und Anode gemacht. Die positive Lichthaut bedeckte die Anode dabei ganz, die folgende Ta- belle enthalt die Resultate zweier derartiger Versuche. e ist hier jedesmal die Potentialdifferenz zwischen der Sonde und der an der Wage aufgehangten Electrode.

T a b e l l e XII. Aluminium, Wasseratoff.

Wie man sieht, wird in dem ersten Fall bei nahezu gleicher Stromdichte die Kathode uber 64 ma1 so stark, als die Anode angezogen , electrische Kraft und absoluter Werth der Flachendichte sind also an jener 8 ma1 so gross, als an dieser. Es ist daher in dem von der Glimmentladung durchsetzten Gase ein Ueberschuss freier positiver Electricitat vorhanden.

In dem zweiten Falle betragt die Anziehung der Kathode

Glinzmentludung. 25

das 12fache von der Anziehung der Anode bei nahe gleicher Stromdichte.

$j 24. Es wurde schon in den 55 4-6 bemerkt, dass bei begrenzten Electroden vermoge der durch die Electrisirung des Gases bewirkten Drucksteigerung Stromungen sich bilden miissen. Nachdem die electrische Kraft an dar Kathode gemessen worden ist, sind wir nun im Stande die dort bewirkte Drucksteigerung und die grosste Geschwindigkeit , welche aus jener entstehen kann, zu schatzen. Legen wir der Rechnung etwa den Versuch Nr. 114 Tabelle I11 zu Grunde, welcher sich auf schwach feuchten Stickstoff von 2,18 mm Druck bezieht. Hier ist F = 2880.10-6 Grammgewicht, die dadurch bewirkte Steigerung des hydrostatischen Drucks

I' = F = 916.10-6 Grammgewicht aufs ncm, da hier s = m. 8% s

cm Quecksilber. Wiirde das Gas Diess entspricht h =

unter diesem Ueberdruck aus einer Oeffnung in dunner Wand ausstromen, so wiirde diess nach dem Torricelli'schen Thorem geschehen mit der Geschwindigkeit

9 1 6 . 13,6

- 2,18

0,00125. __ 760

cm met Sec. Sec. 708 ~ = 7,oa -..

Man sieht also zunachst, dass durch die betrachtete Wir- kung sehr erhebliche Stromungsgeschwindigkeiten in dem diinnen Gase entstehen konnen. Weiter wachst nach Tabelle XI fur die normale Stromdichte P oder R2 sehr vie1 schneller, als die Dichte des Gases. Ich schliesse daraus, dass die Stromungen, welche in Folge der Electrisirung des Gases bei der Glimm- entladung sich bilden kijnnen, fiir normale Stromdichte um so intensiver sind, je dichter das Gas. Diese Stromungen gehen zwisehen den Electroden von der Anode znr Kathode (8 6); es kann daher auf diesen Stromungen die in dieser Richtung stattfindende Fortfiihrung des Natriumdampfes beruhen, welche ich in diesen Annalen Bd. 40 p. 5 beschrieben habe; auch hier fand die Fortfiihrung bei normaler Stromdichte urn so ener- gischer statt, je hoher der Gasdruck war.

26 E. Warhurg.

8 25. Die Resultate der vorliegenden Untersuchung lassen sich der Hauptsache nach folgendermaassen zusammenfassen :

1. Die electrostatische Anziehung , welche eine ebene Kathodenflache bei der Glimmentladung erfahrt , kann durch die Wage gemessen und daraus die electrische Kraft und die Flachendichte an der Kathodenflache berechnet werdeii. Jene Anziehung ergibt sich der Stromdichte proportional und betragt in Milligrammgewicht pro Ampere fur blanke Platin- und Aluminiumkathoden in

trockenem Stickstoff von 0,5-2 mm Druck 1300-2400 schwach feuchtem Stickstoff ,, 0,5-2 rnm ,, 500- 800 Wasserstoff ,, 1-3 mm ,, 200- 350

2. In dem negativen Glimmlicht befindet sich, wie schoii A. Schus te r I) hervorgehoben hat, ein Ueberschuss freier positiver Electricitat. Der Betrag dieser positiven Ladung ist der negativen Ladung der Kathode entgegengesetzt gleich, wie diese Ladung der Quadratwurzel aus der Stromdichte proportional und von der Ordnung 10-10 __ cOul' fur 1 Milliampere aufs Quadratcentimeter bei blanken Platin- und Aluminium- kathoden in Stickstoff und Wasserstoff gefunden worden.

3. Eine Anodenflache wird viel schwacher angezogen und ist daher viel schwacher geladen, als eine Kathodenflache.

Wenn also zwei unendliche parallele Electrodentlachen einander gegenuberstehen , so sind dieselben gleich stark geladen nur so lange die Electricitat im Gleichgewicht ist. Geht aber die Glimmentladung zwischen den Flachen uber, so ist die Ladung der Anode schwacher, als die Ladung der Ka- thode um den Ueberschuss freier positiver Electricitat, welcher sich im stromdurchflossenen Gase vorfindet.

4. Fur die norniale Stromdichte, bei welcher das negative Glimmlicht sich frei uber die Kathode hin ausbreiten kann, nimmt die electrische Kraft an der Kathode mit abnehmendem Druck ab und ist fur Wasserstoff kleiner, als fur Stickstoff entsprechend den fur die Schlagweite bekannten Gesetzen. Bei normaler Stromdichte nimmt daher der unter

cm

I ) A. S c h u s t e r , Proc. Roy. SOC. 47. p. 541. 1890.

G'limmentladung. 27

3. erwahnte Ueberschuss freier positiver Electricitat im Gase mit abnehmendem Drucke ab.

5. Die korperliche electrische Ladung des Gases, welche bei der Glimmentladung stattfindet , bringt Steigerung des hydrostatischen Drucks mit sich und erzengt dadurch unter gewohnlichen Umstanden Wirbelstrome , welche zwischen begrenzten Electroden yon der Anode zur Xathode fliessen und die mehrfach beobachtete Fortfuhrung yon Materie im Sinne des positiven Stromes erklaren konnen.

F r e i b u r g i. B., 31. Oct. 1891.

Documents

Ueber die electrische Kraft an den Electroden und die Electrisirung des Gases bei der Glimmentladung