Über die Ladungsempfindlichkeit des Comptonelektrometers

F. Wol f . Ladungsempfindlich keit des Comptonelektrometers 373

Uber dGe Ladzcrcgsernp~~aMchke/it des Comptomelektrorneters

Vom Trarcx W o l f (Mit 8 Figuren)

I n h a l t : I. Grundlagen. - 11. Wahl giinstiger Bedingungen: 1. Kapazitlt; 2. h'adelgr6Be; 3. Quadrantendose. - 111. Ptaktische Aus- fuhrung: 1. Abmessungen, Bau des Systems; 2. SchaItung; 3. Zur Justierung. - IV. Leistungsfahigkeit des Elektrometers : 1. Skalenhomo- genitat ; 2. Empfbdlichkeitskurven, Konstantenbestimmung; 3. Grenze der Stabilitat, Wahl giinstiger Arbeitsbedingungen ; 4. Vergleich mit der Leistungsfahigkeit anderer Instrumente. - Zusammenfassung.

Das Elektrometer von A. H. Compton und X.T. Compton l), das umseitig naher beschrieben wird, ist bekannt durch die mit ihm erreichbare augerordentlich groBe Spannungsempfind- lichkeit. Man verwendet es auch gerne als Ladungsmesser zum Vergleich kleiner Elektrizitatsmengen, ohne sich jedoch iiber seine absolute Leistungsfahigkeit in dieser Richtung Rechenschaft zu geben. Es geniigt bekanntlich nicht, neben der Spannungsempfindlichkeit die ,,Kapazitat" des aufzuladenden Systems aus Elektrometer und Apparatur anzu- geben, um die Ladungsempfindlichkeit zu kenaen. Denn diese Kapazitat ist bei jedem empfindlichen Instrument in dem vom Elektrometer herriihrenden Anteil wesentlich mit der Hilfs- spannung veranderlich.2) Man muB unbedingt die Ladungs- empfindlichkeit gesondert neben der Spannungsempfindlichkeit messen und kann dann erst im Bedarfsfall umgekehrt aus diesen beiden GroBen auf die Kapazitat schlieBen.

Um einen Anhalt iiber die absolute Leistungsfahigkeit des Comptonelektrometers als MengenmeBinstrument zu bieten, seien im folgenden einige Gesichtspunkte zur geeigneten Kon- struktion und Handhabung angegeben und die damit erreichten praktischen Ergebnisse mitgeteilt.

1) Phys. Rev. 13. S. 388. 1919; 14. S. 85. 1919. 2) F. H a r m s , Ann. d. Phys. 10. S. 816. 1903; vgl. auch z. B.

G. H o f f m a n n , Ann. d. Phys. 62. S. 665. 1917.

374 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 18. 1933

1. Urundlagen

Nach der allgemeinen Theorie der Elektrometer mit elektro- statisch modifizierter Richtkraft I) sei der Zusammenhang der Gesamtkapazitat C der aufiuladenden Leiter mit der Positions- knordinate cp des beweglichen Elektrometersysteins gegeben durch die abgebrochene Reihenentwicklung:

wobei C, die Kapazitit der aufzuladenden Leiter beim Aus- schlag cp = 0 des Elektrometers, a ( > 0) den ersten, b den zweiten Differentialquotienten der Kapazitat nach q bedeutet. Wir messen die Kapazitaten in Zentimeter, a in cm/Skt., b in cm/(Slit.)2. Ferner sol1 die Ladung in dem praktisch be- quemen Ma6 Voltzentimeter (Vcm) oder Millivoltzentimeter (mVcm) gemessen werden, wobei

1 Vcm = 1000 mVcm = 1,11. loBi2 Coulomb, 1 mVcm = 6953 Elementarquanten.

Statt mit der Spannungsempfindlichkeit (SE.) in Skt./V und der Ladungsempfindlichkeit (LE.) in Skt./Vcm arbeitet inan vorteilhaft auch mit ihren reziproken Werten, dem

,,Spannungswert" X in V/Skt. und ,,Ladungswert" L in Vcm/Skt.

In der Umgebung der Ruhelage des Elektrometersystems ergibt sich ihre Abhangigkeit von der angelegten Hilfsspannung T' nach der Theorie durch die Gleichungen:

( 2 4 = C , X + a V . Hierin bedeutet noch R den Differentialquotienten der

mechanischen Richtkraft des Elektrometersystems nach seiner l'ositionskoordinate 'p, .gemesseu in (Volt)2 cm/(Skt.)2. Aus den G1. (l), (2) laBt sich die eingangs erwahnte Abhangigkeit der Kapazitat von V als Proportionalitiitsfaktor zwischen L und S sofort hinschreiben.2)

Das C omp t on e l e k t r o m e t e r ist ein Quadrantelektro- meter, das die elektrostatische Astasierung zur Erhohung der

1) W i e n - H a r m s , Hdbch. d. Eyperimentalphys. 9. S. 44 u. f. 2) Man findet, daB C mit abnehmendem S wiichst und fur S = 0,

d. h. fur unendliche Spannungsempfindlicbkeit, selbst unendlich wird.

F. Wo lj. Ludungs em pjin dlich keit des Comp tonelektrometer s 375

Empfindlichkeit systematisch benutzt. Die Theorie des Elektro- meters zeigt l), daB fur die obige GroBe a in Annaherung gilt:

re u = const. - (3) h ’ wo r den Nadelradius und h die lichte Hohe der Quadranten- dose bedeutet. Zur Astasierung erhalt die Elektrometernadel gegen die Horizontalebene eine kleine Kippung um ihre Langs- achse. Der Tangens des Kippwinkels gegen die Horizontale sei s. Gleichzeitig l%Bt sich ein Quadrant gegeniiber den drei andern um meBbare Betrage (7 vertikal heben und senken. Nach der Theorie wird die obige GrijBe b dieser Vertikal- verschiebung 6 des Quadranten proportional 4, und zwar ergibt sich :

b = const.- - (4) h3

Man hat hier also den Vorteil Tor andern Instrumenten, noch in betriebsfertigem Zustand die elektrostatische Astasierung b in weiten Grenzen willkurlich wahlen zu konnen. Es gilt, die Auswirkung dieser freien Wahlbarkeit von b auf Ladungsmessuligen zu unter- suchen.

Die Abhangigkeit der GroBen X Und L von b wird klar, wenn man beachtet, daB in den obigen Gl.(l), ( 2 ) das erste Glied jeweils eine Hyperbel

toten darstellt, wahrend die folgenden Glieder Geraden durch den Nullpunkt bedeuten. X selbst wird demnach zur Fig. 1 gleichseitigen Hyperbel (Fig. 1, Typ 11) wenii b = 0 ist. AuBerhalb dieses Spezialfalles wird fur b < 0 die X-Kurve zu einer Hyperbel vom Typ I mit Minimum, fur b > 0 eutsteht der Typ 111, S wird bei endlichem V zu Xull, (die SE. steigt ins Unendliche).

Sol1 andererseits L eine Kurve vom Typ I1 sein, so muB nach G1. ( 2 ) b = __ sein. AuBerhalb dieses Spezialfalles ent-

steht fur L eine Kurve Tom Typ I, weiin b < ~, dagegen CO

eine solche vom Typ 111, wenn b > E- L wird hier bei endlichem V zu Null, (die LE. steigt ins Unendlichel.

r 3 s Q

[Lrr _ - __ - - -

-.. ._ -.

- - _ _ ._ - - _ _ mit den Koordinatenachsen als Asymp-

2 ae

2 a2 CO

CO

1) Vgl. die GrSBe k, bei C o m p t o n , Phys. Rev. 14. S. 89. 1919. 2) Vgl. die GrSBe k8 a. a. 0.


Im vorliegenclen Fall interessiert nur das Gebiet, wo die LE. grol3, also L moglichst klein gemacht werden kann. Hier- fur ist

zu mahlen. Bei AusschluB des Gleichheitszeichens schneidet sowohl die S- als auch die L-Kurve die V-Achse im Endlichen,

S bei dern UTert V = P = dF-, P ,,quantirnetrischer Punkt", L bei einem ebenfalls leicht berechenbaren Wert V > P. Mit wachsendem b riicken die beiden Schnittpunkte zu immer kleineren Werten V. Wie weit man mit einem Instrument wirklich zu kleinsten S- bzw. L-Werten vordringen kann, ohne daB es labil und damit zu quantitativen Messungen un- brauchbar wird, la& sich nur praktisch entscheiden.

11. Wahl gunstiger Bedingungen 1. Kapaz i t a t

Bus G1. (2a) entnimmt man, daB fur jedes Elektrometer bei gleichem Spannungswert S der Ladungswert L um so kleiner , also gunstiger ausfallt, je kleiner die aufzuladende Kapazitat C, ist. Man hat demnach einerseits f u r kleine Kapazitat der ans Elektrometer angeschlossenen Apparaturteile zu sorgen. Andererseits muB der Beitrag des Elektrometers selbst zu C, klein gehalten werden. Hierzu verwendet man - entgegen dem sonstigen Gebrauch - das Comptonelektrometer zweckmal3ig in Nadelschaltung, wobei dei- die Nadel tragende Kopf moglichst kapazitatsarm ausgebildet wird, etwa in der Brt wie bei den Hoffmannschen Duantene1ektrometern.l)

2. NadelgrGBe

Liegt C, fest, so ergibt G1. (2a) weiter, dal3 bei bestimmtem S zur Erreichung eines kleinen L-Wertes die Konstante a moglichst klein zu halten ist. a ist - als Veranderung der Kapazitit zwischen einem Quadrantenpaar und der Nadel bei Drehung um 1 Skt. - mit der NadelgroBe verkniipft. Setzt man eine sektorenformige Nadel (Fig. 2) voraus, so wachst a proportional dem Quadrat des Nadelradius r [Gl. (311. Daraus ergibt sich die Forderung, r so klein als irgend moglich zu machen.

1) z. B. G. H o f f m a n n , Ann. d. Phys. 62. S. 665. 1917; K. Enge l u. W. S. P f o r t e , Phys. Ztschr. 32. S. 81. 1931.

F. Wolf. Ladungsemp~irzdlichkeit des Comptonelektrometers 377

3. Quadran tendose a wird weiter verkleinert, je groBer man die lichte Hohe h

der Dose einrichtet. GroBes h ist aber auch deswegen wichtig, weil in den Comptonschen Entwicklungen ein Gliedl) auftritt, das mit abnehmendem h Labilitat der Skalennullage hervor- ruft durch steigende Empfindlichkeit bei wnchsenden Aus- schlagen. Doch darf man mit der VergroBerung von h andererseits nicht zu weit gehen, da hiermit gleichzeitig - entgegen dem Zweck des Elekrometers - wegen 01. (4) b verkleinert wird. Da auch der Nadelradius r nach oben klein gehalten werden muB, so bleibt zur wirksamen VergroBerung von b schlieAlich nur noch die Quadrantenhebung um entsprechend groBere Betrage S bzw. groBere Kippung s der Nadel iibrig. Auch hiermit ist nicht zu weit zu gehen, da sonst ebenfalls die Stabilitat gefahrdet wird.3

Praktisch wird die Abhangigkeit des b von S noch herab- gesetzt durch die in der Theorie nicht enthaltene Notwendig- keit, fur die Aufhangung der Nadel im Deckel der Quadranten- dose ein Loch zu lassen, das im Innern die Feldverhaltnisse stort. Wenn der Lochradius vergleichbar wird mit dem Nadel- radius, bewirkt Veranderung von 6 uberhaupt kaum noch eine Anderung yon b. Allerdings 1aBt sich hierin wieder eine Besserung erzielen, wenn man , wie Versuche zeigten, den Offnungswinkel der Nadelsektoren moglichst groB macht. Gluck- licherweise wird praktisch, wenn der hebbare Quadrant mit den iibrigen Quadranten in gleicher Hohe steht, also 6 = 0 ist, bei diesen unsymmetrischen Beldverhaltnissen b nicht Null, sondern schon hinreichend positiv. Veranderung yon S durch Heben und Senken ergibt dann ein Schwanken von b um diesen positiven Wert.

111. Praktische Ausfuhrung 1. Abmessungen, Bau des Sys tems

In dem praktisch ausprobierten Fall betragt der innere Dosendurchmesser 19 mm, die lichte Dosenhohe h 7 mm. Das Loch im Dosendeckel war zuerst 4, bei den endgiiltigen Ver- suchen 2 mm weit, was die BeeinfluBbarkeit v ~ n b durch 6 wesentlich verbesserte; doch ware eine kleinere Offnung, etwa 1 mm, noch zweckmaBiger. Versuche mit verschiedenen Nadeln bestatigten die Uberlegungen von 11: Abnehmender Xadelradius r vergrosert die Mengenempfindlichkeit erheblich, setzt aber die Veranderlichkeit yon b mit d herab. Verbessert wird sie durch

1) Mit k6 a. a. 0.


Verwendung groBer Sektorwinkel. Der Verkleinerung von r steht auBerdem eine wachsende Labilitat des Systems im Wege. Folgende 14lafie haben sich noch als gut brauchbar erwiesen: Die Nadel wurde von der Form der Fig. 2 ausgebildet mit

einem Radius r = 4,O mm und einem Sektor- winkel von etwa 65O. Eiu noch etwas dg: ;: groBerer Winkel wiirde fu r die Veriinderlich- keit von b nur giinstig sein.

I n Nadelschaltung geniigen fur das Sy- stem nicht dieselben mangelhaften Kontakte,

Fig. 2 wie sie fur Quadrantenschaltung ublich sind, mo clie Nadel stets clieselbe Spannung behalt;

vielmehr inuB fur allerbeste Verbindungen in der Nadelzuleitung gesorgt werden. Aus diesem Grunde wird das ganze System iihnlich \Tie beim Hoffmannelektrometer aus seinen verschiedenen Teilen zu einem zusammenhangenden Stuck verliitet, am bequemsten durch Schnellot. Die Nadel selbst besteht hierzu aus Pt-Ir-Blech von 0,Ol mm Starke, das bei den kleinen Ab- niessungen noch geniigende Stariheit besitzt. Als Stiel verwendet man zweckmaBig zur Vermeidung uberfliissiger Lot- stellen gleich den teilweise abzuiitzenden Wollastondr:tht, der mit dem Silber e tn~a 0,2 nim dick ist. Er wird mit dem oberen Ende in einen 1 mm dicken, 15 mm langen, angebohrten Messingstift eingelotet, der mittels Klemmschraube unter guteni Kontakt in den Elektrometerkopf eingesetzt werden kann. Die endgiiltig verwandte Dicke der Wollastonseele betragt 0,0045 mm, die Lange des abgeatzten Teils 35 mm, die Lange des unab- geatzten Nadelstiels 18 mm, der Eiippwinkel der Nadel etwa 7,5O. Dieser muBte nach II,3. groBer als bei Compton selbst ge- wahlt werden, war jedoch noch klein genug, um die Stabi- litiit des Systems zu erhalten. Der Spiegel von 2,5 mm Durch- niesser und 0,2 mm Dicke reicht langst aus, um einen Spalt auf transparenter Skala noch objektiv abzubilden.

Die MaSe sind insofern nicht willkurlich, als sie die Schwingungsdauer des Systems bestimmen. Versuche zeigten, daB groBe Schwingungsdauer die Sicherheit cler Ausschlage und des Nullpunktes hernntersetzen. Kleinere dagegen machen ZLI groBe Hilfsspannungen erforderlich, so da5 auch hierdurch Unsicherheiten und Unbequemlichkeiten entstehen. Wirklicli geeignet sind nur Schwingungsdauern (fur die halbe Periode) in engem Bereich urn 4,5 Sek. Das benutzte System zeigte 4 6 Sek. Diese rein mechanische Schwingungsdauer wird sofort vergroBert, wenn man die Richtkraft durch Anlegen von Hilfs- spannung elektrisch vermindert.

'

F. W o l f . Ladungsempfindlichkeit des Comptonelektrometers 3'79

2. S c h a l t u n g

Das gesamte Schaltschema, Tvie es sich als brauchbar er- wies, gibt - vielfach in Anlehnung an Hoffrnanns Erfah- rungen - Fig. 3 wieder. Naturlich mu8 peinlich auf gute Kontakte geachtet werden. Am besten benutzt man an den zu variierenden Stellen Kurbel- widerstande. Zur Vermei- clung von Nullpunktwande- rungen miissen die Batterien temperaturkonstant aufge- stellt sein. Ebenso ist das Elektrometer selbst - am besten durch dicken Wasser- mantel - gegen Temperatur- 7 schwankungen zu schiitzen. j Vorteilhaft ist die Wippe W , die das Elektrometer an- und abzuschalten gestattet, ohne dab die Belastung der Hilfsspannungsquellen geandert zu werden braucht. Mittels der Verzweigungsschaltung N laBt sich der Nullpunkt auf jede beliebige Stelle der Skala bringen.

Die Messung der Spannungsem~f~~dlichkei t geschieht durch Anlegen eines bekannten kleinen Potentials an den Kontakt E, der sonst als Erdschliissel dient. Fur die Ermittlung der Ladungsempjindlichkeit wird die bekannte Influenzierungs- niethode l) angewandt, indem man durch Anlegen eines be- stimmten Potentials bei I auf dem Elektrometersystem eine errechenbare Influenzladung erzeugt.

Fig. 3

3. Zur J u s t i e r u n g

Nachdem das Instrument geometrisch einwandfrei auf- gestellt wurde, ist noch die Hohenlage der Nadel in der Qua- drantendose richtig zu treffen. Dies geschieht am sichersten durch elektrische Probe:

Die Comptonsche Theorie verlangt, daB die Nadel genan in der Mitte zwischen Boden und Deckel der Quadrantendose schweben soil?, um Abweichungen der Nullage des Systems unter Spannung von der rein mechanischen Ruhelage zu ver- meiden. Diese Vorschrift ist einerseits bei der benutzten

1) W i e n - H a r m s , Hdbch d. Experimentalphys. X. S. 130 u. f. 2) Vgl. a. a. 0. die Betrachtungen uber das Glied mit K .

380 Annalelz der Physik. 5. Folge. Band 18. 1933

Schaltung belanglos, da die Nullage mittels N (Fig. 3) ohne- hin willkiirlich wahlbar ist. Andererseits wird ja praktisch durch die Offnung im Dosendeckel das Feld verzerrt. Priift man empirisch die Spannungsempfindlichkeit unter sonst konstanten Bedingungen in Abhangigkeit von der Nadelhiihe H uber dem Boden der Dose, so wird nahe der Dosenmitte ein Extreniwert durchlaufen, wofiir Fig. 4 ein Beispiel gibt. Man ist am sichersten gegen Starungen, wenn man die Nadelhiihe auf dieses Extremum einstellt. - So wurde in allen Fallen ver fahren.

IV. Leistungsflihigkeit des Elektrometers 1. S kalenh o m o g en i t a t

Die schon unter 11. 3. erwahnte steigende Empfindlich- keit mit wachsendem Ausschlag bewirkt eine Skaleninhomo- genitat. Doch wird diese infolge der dort angedeuteten geeigneten Wahl der Bedingungen nur bei starker Beanspruchung des Instruments merklich und bleibt ai!Fh dann noch in maBigen Grenzen. Eine Probe gibt Fig. 5. Uber der gesamten Skala als Abszisse sind die zu einzelnen Skalenteilen gehiirenden Ladungswerte L in mVcm/Skt. aufgetragen. I n dieser Dar- stellung fallt mit der mechanischen Ruhelage ein Maximum von L zusammen. Zu beiden Seiten senkt sich L nur in auf3ersten Bezirken der Skala merklich. Im mittleren Teil darf sie noch als hinreichend homogen betrachtet werden.

2. E m p f i n d I i c h k e i t s kur v e n , K on s t an t en be s t i m m u n g Zur Prufung der Leistungsfahigkeit des Elektrometers

wurden Empfindlichkeitskurven fiir Ladung aufgenommen bei verschiedenen Einstellungen der Quadrantenhohe 6. Das Instru- ment war dabei mit einer groReren Apparatur verbunden. (7 durchlief Werte von - 2,OO mm (u~ te r Normalstellung) bis + 1,90 mm (iiber Normalstellung). Fig. 6 enthalt die hierbei

F. Wolf. Ladungseml),findlichh-eit des Comptonel ektrometers 381

gewonnenen Kurven, also LE. in Skt./Vcm iiber der Hilfs- spannung V. Man findet ein ahnliches Bild wie fur diespan- nungsempfindlichkeit, LE. wachst bei gleichem V erheblich,

I

wenn 6 von -2,O bis +1,9 lauft.

Zur Ermitt- skl lung der Konstan- Y, ten a und C, sowie des mit 6 variablen 300 b hat man sich des unter I angedeuteten Gleichungs- 200 systems zu bedie- nen, wie dies von Hoffmann durch- ,00 gefiihrt wurde. l) Man braucht bei jedem 6 auBer der

dungswerte L auch diejenige der Span- nuneswerte S und

MU

Kurve der La- 00 25 50 75 100 h/t I

Fig. 6

schlyelst von den Verhaltnissen in der Gegend des quanti- metrischen Punktes V = P, wo S verschwindet, auf die ge- suchten Konstanten. Da das Comptonelektrometer nicht wie das Hoffmanndektrometer La- dungsmessungen bei V P gestattet, die Unterlagen zur $f$& Konstantenberechnung also nur extrapolatorisch zu gewinnen sind, wurden jedesmal L-Kur- ven bei zwei verschiedenen

S L

J = - r

'.\

\\ ,

Apparaturkapazitaten aufgenommen, die sich nach der Theorie uber V = P schneiden 2 - n Bo 9 ~ , l i l v 7 ~ ~

P miissen und dadurch die Extra- polation wesentlich sicherer Fig. 7 machen. I n Fig. 7 sind die fiir das Verfahren wesentlichen Kurventeile fiir den Fall S= - 1,00 eingetragen.2) L, bezieht sich auf die bei Fig. 6 benutzte, L2 auf eine groBere Apparaturkapazitat.

1) Ann. d. Phys. 62. S. 674. 1917. 2) Willkurlich herausgegriffen; in anderen Fallen wurden noch

naher bei P liegende Punkte gewonnen.


Die Auswertung solcher Kurven fur die untersuchten Ein- stellungen 6 fiihrte zu den Werten der folgenden Tabelle fur a und b :

Da a und b noch von der zufalligen Skalenentfernung D abhangig sind, gebeu die dahintergesetzten GroBen A und B die entsprechenden Werte, bezogen auf die Systemverdrehung um den Einheitswinkel. Es ist A = 2 D a und B = (2 Q 2 b mit dem verh3tnismaBig kleinen Skalenabstand von D = 157 1 Skt. - Fur die beiden benutzten Kapazitaten ergeben sich bei Systemruhelage die mittleren Werte C,, = 24 cm und C,, = 56cm. Buf das Elektrometer selbst entfallen hiervon etwa 4 cm.

Es ist nicht verwunderlich, daB auch a etwas von 3' ab- hangt, da ja durch Verschrauben des einen Quadranten und Neujustierung der Nadel die Kapazitat zwischen Nadel und Dose jeweils geandert wird. Fur b ergibt sich dagegen starke Abhangigkeit von 8, es ist durchweg > 2'2, und jetzt bestatigt sich die unter I gemachte Feststellung, daB der Zustand LE.-+ 03 (a. h. L-+ 0) bei um so kleinerem V eintritt, je groBer b ist.

3. Grenze d e r Stabil i tat , Wahl gunst iger Arbeitsbedingungen Sorgt man fur gute Konstanz aller sonstigen Bedingungen,

so behalt das Instrument beim Arbeiten mit der grotleren Bpparaturkapazitat genugende Stabilitat des Nullpunktes und Reproduzierbarkeit der Ausschlage bis zu dem Ladungswert von rund 5 mVcm/Skt. = 34900 Elementarquanten pro Skalen- teil (d. h. LE. = 200Skt/Vcm), ohne daB wesentliche Unter- schiede fur verschiedene b festzustellen sind. Mit der kleineren Apparaturkapazitat entsprechend den Kurven von Fig. 6 kommt man noch etwas weiter. Es ist auf jeden Fall vorteilhaft, C, moglichst klein zu gestalten. Die Einstellungsdauer betragt bei diesen groBen Empfindlichkeiten 1/2-3/4 Min.

Die geeignete Wahl von b, um am bequemsten zu kleinen Ladungswerten vorzudringen, wurde durch Beantwortung der praziseren Frage gelost, welches b bei gleichexn Spannungs-

G

F. bVolf. Ladungsemp~~ndlichkeit des Comptonebktromelers 383

wert S zu moglichst kleinem Ladungswert L fiihrt. I n Fig.8 sind fur drei gemessene Falle mit verschiedenem b (bzw. 8) die Ladungswerte L markiert, die jeweils dem praktisch noch yreichbaren Spannungswert S = 0,2 mVjSkt. entsprechen. Beim Ubergang von 6 = - 2,O auf 8 = + 1,9, also von kleinem zu groBem b, nimmt hierbei L um 1 7 ab. Demnach ist groBes b fur die rasche Er- reichung kleiner La- dungswerte gunstig. Dieser Zusammen- hang ist auch sofort aus G1. (3am) zu er- sehen. L-Werte, die zu gleichem S ge- @ horen, unterscheiden sich nur durch ihren zweiten Summanden a V. Dieser wachst mit abnehmendem b, da dann das betrachtete L iiber groBerem V liegt. Die fest- gestellte schwache Veranderlichkeit von a selbst wirkt im gleichen Sinn.

Dieser Vorteil der Verwendung groBer b wird aber dadurch beeintrachtigt, daB bei groBem b die S- und L-Kurven mit geringer VergroBerung von V auBorordentlich steil ab- fallen, so daB eine Einstellung auf bestimmte Empfindlichkeit schwierig und durch kleinste Schwankungen von V starb ge- fiihrdet ist. Daher ist als letztes Ergebnis dieser Untersuchungen doch zu empfehlen, beim Arbeiten mit groBer Mengenempfind- lichkeit sich moglichst auf kleinere Werte b zu beschranken und dafiir grogere Hilfsspannungen 'C' anzuwenden.

4. V e r g l e i c h rnit der L e i s t u n g s f a h i g k e i t anderer Instrumente

Das Binantenelektrometer von D o 1 e z a1 e k gestattet eine Empfindlichkeit, die dem Ladungswert L = 150 mVcm/Skt. ent- spricht.3 Mit dem gewohnlichen Quadrantelektrometer in der Dolezalekschen Form kann man beqnem noch L=25mVcm/Skt. erreichen. Dagegen erlaubt das Hoffman n sche Vakuum- Duantenelektrometer, bis zu den uberaus kleinen Ladungs- werten von L = 1 mVcm/Skt. und darunter vorzudringen. In dieser Reihe bedeuten wohl die mit dem Comptonelektrometer

Fig. 8

1) Die Angaben sind zusammengestellt in W i e n - H a r m s , Hdbch. d. Experimentalphys. X. S. 73 u. f.


erreichten Werte von L = 5 mVcml Skt. und weniger ein recht gutes Ergebnis. Das Vakuum-Duantenelektrometer verhalt sich zwar bei L = 5 noch stabiler als das Comptonelektrometer, doch wird dieser Vorteil verringert durch die auBerordentliche Schwierigkeit der Handhabung. Bau und Handhabung des Comptonelektrometers sind jedenfalls mit vie1 kleinerer Muhe verbunden. Mit L noch wesentlich unter 5 mVcm/Skt. herab- zugehen, hat bei einem nichtevakuierten Instrument wenig Sinn, da dann die Eigenaktivitat der Metallteile zu gro%e Storungen verursacht, a i e sich dies auch bei dem nichtevakuierten Hoff- mannelektrometer gezeigt hat.')

Zusammenfsssung An Hand der Theorie werden die Bedingungen untersucht,

die das Coniptonelektrometer zu einem empfindlichen Ladungs- mehs t rument gestalten. Ein hiernach gebautes Instrument wird eingehend untersucht. Man kann mit ihm bis zu der maximalen, fur MeBzwecke noch brauchbaren Leistungsfahig- keit Ton rund

5 mVcm/Skt. = 34 900 Elementarquanten/Skt. vordringen. Die MeBsicherheit wachst, wenn geringe elektrostatische Bstasierungen verwandt und nur kleine Kapazitaten mit rlem Instrument verbunden werden.

Der Helmholtz - Gesellschaft danke ich fur maunigfache Hilfsmittel, die mir auch zu diesen Versuchen nutzliche Dienste leisteten.

1) K. Enge l u. W. S. P f o r t e , a. a. 0.

D a n zig - L a n g f u h r , Physikalisches Institut der Tech- nischen Hochschule, im Juli 1933.

(Eingegangen 27. Juli 1933)

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Über die Ladungsempfindlichkeit des Comptonelektrometers