977

8. h e r dJe Ref ledon der Eathodertstrahlem an &&mew Bfetall6lClttchew.

Nach Vmsuchem vow 5. W $ l L l a m s m$tUete$lt *

von E. War 6 u ~ g . (Der Berl. Akad. vorgelegt am 27. April 1905.)

8 1. Von der Stelle, an welcher die Oberflachc eines Korpers von Kathodenstrahlen getroffen wird, gehen nach allen Richtungen hin Kathodenstrahlen aus. Dieses Phanomen, welches als Reflexion der Kathodenstrahlen bezeichnet wird, kann man sich wohl am einfachsten so vorstellen, daS die Elektronen, nachdem sie teils mehr teils weniger tief in den Korper eingedrungen sind , von den Korpermolekiilen zuruck- geworfen werden.l) Hr. J. J. Thomsona) nimmt hingegen an, da6 der grbBte Teil der reflektierten Strahlen aus Elektronen gebildet wird , welche durch den StoS der auffallenden Elek- tronen aus den Kbrpermolekulen frei gemacht werden.

Wie dem auch sein mag, so ist es jedenfalls von Interesse, zu untersuchen, wie dick die an der OberHllche liegende Schicht ist, in welcher der Vorgang der Reflexion sich abspielt. Dariiber haben Versuche des Hrn. Will iams iiber die Reflexion der Kathodenstrahlen an dunnen Metallbliittchen einigen AufschluB gegeben, Versuche, uber welche hier zu berichten ich mir erlaube.

K I , KII sind zwei gleiche zur Erde abgeleitete Aluminiumksthoden, r I , T,,

zwei Reflektoren, die 81s Anoden dienen, rl eine dicke Platte, T , ~ ein diinnes Blattchen aus demselben Metall. Die einfallen- den Kathodenstrahlen sind, was wichtig ist, senkrecht zur Reflektoroberfliiche gerichtet. Die von rI und rII reflektierten Strahlen passieren je zwei Diaphragmen sI, 9: und sII, sI;, 1 mm lang, ti mm breit, so daB auf dem Fluoreszenzschirm S

1) E. Wsrburg, Verh. der Deutsch. Phyeik. Gee. 1904. p. 9. 2) J. J. Thomson, Conduction of electricity through gases p. 509.

8 2. Fig. 1 zeigt den beniitzten Apparat.

Cambridge 1903.

978 IS. Williams u. E. Warburg.

zwei helle Flecke f,, f,, entstehen, deren einer von r , , deren anderer von r,, herruhrt. Sofern der Apparat um die Achse A A' symmetrisch ist, kann man aus der relativen Helligkeit von f, und f,, die relativen Reflexionskoeffizienten von rI und T ~ , er- mitteln. Hierbei ist vorausgesetzt , da8 die Stromstarken, mithin auch die Kathodenstrahlen, in I und I1 die gleiche

-\ I ,[

Fig. 1. !

Intensitkt besitzen. Reflektiert nun rI1 starker als r , , so ge- langen in I1 mehr reflektierte Kathodenstrahlen als in I, wo- durch vermiige der ionisierenden Wirkung der Strahlen der Strom in I1 starker als in I wird. Dies ist z. B. der Fall, wenn rII eine Kupferplatte, T, eine Aluminiumplatte ist, und wird durch das Galvanometer G erkannt, durch welches man mittels des Schliissels X sukzessive den von K, und XI, kommen-

Beflexion der Kathodenstrahlen an dunnen Metallblattchen. 9 7 9

den Strom hindurchschickt. Dabei geht der Strom immer gleichzeitig durch 1 und I1 uber gleiche Widerstinde zur Erde.

Die genannte Fehlerquelle wurde praktisch dadurch be- seitigt, daB man bei b, und b, Schirme mit schmalen Spalten einsetzte, so da6 die durch s,? s,' und s,,, s,: gelangenden Strahlen von den Projektionen der 1 mm langen, 15 mm breiten Spalte in b, und b,, auf die bezuglichen Reflektoren T , und r,, herkamen. Dies beeintriichtigte die Helligkeit der Flecke f , und f , , nicht wesentlich, wiihrend der groBte Teil der reflek- tierten Kathodenstrahlen von den Rohren I und I1 abgehalten war. Man eliminierte jede weitere Unsymmetrie, indem man die Beobachtung nach Umlegung der Reflektoren T , und rrr um 180° mittels des Schliffes Q wiederholte.

Der gewunschte Grad der Luftverdunnung wurde , nach Vorpumpen mit einer Sprengelpumpe , nach Dew ar I) durch einen Behiilter mit Kokusnu6kohle in einem Bade von flussiger Luft leicht und bequem hergestellt.

Zur Erzeugung der nuffallenden homogenen Kathoden- strahlen diente eine 20 plattige Tbplersche Influenzmaschine.

0 3. War nun rI eine dicke Aluminiumplatte, rII ein 0,63 p dickes Aluminiumbliittchen, so bemerkte bei 20000-Voltstrahlen %) schon das blobe Auge, dab f i heller war als f , , , dab also das diinne Blattchen weniger als die dicke Platte reflektierte. Da aber homogene Kathodenstrahlen bei der Beflexion unhomogen werdens), so nahm man die photo- metrischen Messungen an den magne- tischen Spektren der reflektiertenstrahlen vor. Die Spektren wurden hervorgebracht durch die Wirkung der Magnetisierungs- spulen C, und C,, und waren ungefhhr dreimal so lang, wie die 5 mm langen unabgelenkten Flecke f i Die Methode der Messungen war folgende. Die Spektren I und I1 (Fig. 2) wurden j e in drei 5 mm lange Bezirke 1, 2, 3 geteilt und 1 . I, mit I2 und I,, 2. I, mit 14, I, mit 11,, I, mit XI, durch

p,Fl Fig. 2.

____ 1) J. Dewar, Compt. rend. 139. p. 261. 1904. 2) Potentirldifferenz zwischen Anode und Kathode gleich 20 000 Volt. 3) E. Gehrcke, Siteungsber. d. k. hkad. d. Wiesensch. zu Berlin.

1901. p. 461.

980 S. Williams u. E. Warburg.

ein Mar te ii ssches Photometer’) verglichen. Als Vergleichs- lichtquelle diente im allgemeinen eine Gliihlampe; nur bei niedrigeren Potentialen, bei welchen die Kathoden I und I1 zugleich miteinander betrieben werden konnten, geschahen die Vergleichungen unter 2. direkt.

6 4. Es handelt sich darum, aus diesen Messungen die Stromdichte in den verschiedenen Bezirken der Spektren zu bestimmen, indem die Stromdichte in I, = 1 gesetzt wird. Be- zeichnet man nun durch If, €€’ die Helligkeiten zmeier durch Kathodenstrahlen auf demselben Schirm erzeugten Fluoreszenz- flecke, durch i und i’ die Stromdichte der beiden Biindel, durch P und yl deren Potentiale, so ist nach L e i t h a u s e r fur die hier vorkommenden Potentiale

H‘ - i’ F ( P ’ ) H i * pv,’ _ - ~~

wo die Werte der E’unktion F aus den Lei thauserschen Messungen 2, zu entnehmen sind. Also

i‘ H’ F(77) i H F(7“) - - - -.---.

Die Potentiale der mit gleichen arabischen Ziffern bezeich- neten Bezirke in beiden Spelitren sind gleich, die mittleren Potentiale verschieden stark abgelenkter Bezirke verhalten sich umgekehrt wie die Quadrate der Ablenkungen. Die Ablenkung z eines Bezirkes wurde der Ablenkung seines Mittelpunktes, das Potential der Bezirke I, und 11, - nicht ganz genau - der Potentialdifferenz der Elektroden gleich gesetzt.

Man mache

und bezeichne durch J , und J,, die Integralwerte der die beiden Spektren erzeugenden Strome, welche sich - sofern die mehr als 3 abgelenkten Strahlen zu vernachlassigen sind - wie die Reflexionskoeffizienten rI und rII verhalten.

1) F. F. Martens, Physik. Zeitschr. 1. p. 299. 1900. 2) G. E. Le i thauser , Ann. d. Phys. 16. p. 296. 1904.

Refiexion der Kathodenstrahlen an dunnen Metallblattchen. 98 1

Dann ist, iiidem der Fracheninhalt der einzelnen Bezirke gleich 1 und die Stromdichte im' Bezirk I, gleich 1 gesetzt wird,

(3)

Die i werden nach (l), die R und k nach (2) berechnet. 8 5. Zur Prufung der Methode wurde die Refiexion von

16500-Voltstrahlen an dicken Platten aus Kupfer (I) und Alu- minium (11) verglichen.

Bezirk 1 2 3

Die Ergebnisse maren folgende:

D cm 1,7 2,2 2,7

F(V) 182,6 110,l .A - - 0,518 k l l = T

k3, = ~

0,178 1826 0,601 110,l

TZ 0,518 0,616 O,iS7 0,601 56,4

- 0,58

V 16500 9850 6550

56'4 } darms E, 0,601 0,178 0,044 0,044 .- 182,6 = o,237

4, - 0,518 + 0,616. 0,518 + O, i87 . 0,237 - 1,006 4 1 + 0,518 + 0,237 1,728

-

(§ 4). - r Aluminium -

r Kupfer

Naoh Hm. S t s r k e l) ist dieses Verhaltnis vom Potential der einfallenden Strahlen unabhangig und gleich = 0,56, eine befriedigende Ubereinstimmung, wenn man bedenkt, dab die Fehler der obigen Messungen auf 6 Proz. zu veranschlagen sind.

Man bemerkt, da6 die n-Werte steigen, wenn man zu groberen Ablenkungen fortschreitet ; d. h. daB die starke Reflexion des Kupfers besonders die schnelleren, weniger ab- lenkbaren Strahleu betrifft. Kurve 1 enthalt die graphische Uarstellung, zo ist das z des ersten Bezirkes.

0 6. Hierunter folgen die Ergebnisse der Versuche mit diinnen Aluminiumblattchen. Der nach Hrn. S t a r k e vom Potential der auffallenden Strahlen unabhangige Reflexions- koeffizient fur eine dicke Aluminiumplatte wurde gleich 1 gesetzt. r bedeutet also den Reflexionskoeffizienten des Alu- miniumblattchens relativ zu dem einer dicken Aluminiumplatte. Y1 ist das Potential der auffallenden Strahlen. Die graphische

1) H. Starke, Ann. d. Phys. 3. p. 95. 1900; L. Austin u. H.Starke, Verhandl. d. Deutach. Physik. Gesellsch. 1902. p. 124.

989

Darstellung ist in den Kurven 2-9 gegeben. Dabei ist die Stromdichte im Bezirk 1 des Reflexionsspektrums einer dicken Aluminiumplatte gleich 10 gesetzt.

S. Williams u. E. Karburg.

10

0 5 10 16

Kurve 1. Eotladuugspotential 16 500 Volt.

10

I t t I b l I I I I I I - l l ~ t J l - 1 -- -- -_ -_ z- 0

0 6 10 15

Kurve 2. Entladungepotentisl 11000 Volt. Bltittchendickc = 0,53 p .

--. _ _ 1 4-4 1zlz.1 I -rHq --_ t _ _ 1.4 --- ___ L. I I 11 0 5 10 16

Kurve 3. Entladungspotential 16 500 Volt. Bl&ttchendickc = 0,53 p.

1

Rurve 4.

.O

~

l t - l I N ! 1 !1'$j71 L I I I I - - _ _ -- - -- _ _ _ II z t o 0 6 10 16

Entladungspotential 21 800 Volt. Bltlttchendicke = 0,53 p.

Reflexion der Kathodenshahlen an diinnen Metallblaltchen. 983

10

0 6 10 16 Kurve 5. Entladungspotential 27 800 Volt. Blllttchendicke = 0,,53 p.

10

Kurve 6. Entladungspotential 16500 Volt. Blllttchendicke = 1,90 p.

10

I t - l ~ { ~ ~ l ~ i i ; ; $ - j & ~ ~ j l l l - _ _ Kurve 7. Entladungspotential 21 800 Volt. Bllittchendicke = 1,90 p.

-- -- - -- _ _ 0 6 10 16

Kurve 8.

10

I + ! - b F % r 0 -$-A -L I I I I I I I I -- _ _ -- 0 6 10 16

I Entladungspotential 21 800 Volt. Blllttchendicke = 2,55 p.

10

I + l I I T T - + i - L I 1 1 1 1 1 I I J _ _ -_ - _ -_ 3 2. -_ --_ -

0 6 10 16 Kurve 9. Entladungspotential 27 800 Volt. Blllttchendicke = 2,55 p.

Bliil tchendickc O

,53 p.

Vl =

11000, T

= 0,99.

Ktirve 2.

Rezirk

x cm

V

%

I&,, 1

1 2,3

11000 1,021

2 2,8

7400 0,958

0,508 3

3,3 5350

0,949 0,318

$

kg

9-

s 3

Vl =

16500, r =

0,GO

. R

urvc 3. 9

4

1 2

16500 0,656

2 2,s

10600 0,517

0,489

d3

3

7350 0,451

0,133

.s V, =

21800, r =

0,43. L<urvc 4.

\

$1

1,8

21800 0,518

a

2 2:3

13400 0,274

0,331 3

2,8 9000

0,216 0,142

d

V, = 27800,

c = 0,30.

lcurvc 5.

1 1,5

27800 0,329

-2

2,O

15600 -

0,096 -

-

__ %

3 -

Bllittchendickc 1,9 p.

V, =

16500, 1'

= I.

KU

WC

6. x

v h,,,

I

2,l 16500

1,023

2,6 10800

0,978 0,358

3,1 7600

0,934 0,214

V, =

21800, r =

0,77. K

urve 7. 1,8

21800 0,796

2,3 13400

0,710 0,151

278 9000

0,555 0,099

Bliittcheudicke 2,44 p. V,

= 21800,

T =

1.

V, =

27800, 1' =

0,65. h

rv

e 8.

V, =

27800, T

= 0,91.

I<U~V

C 9.

z V

n

ln

trn I

1,5 27800

0,671 l,5

27800 0,947

2,0 15600

0,510 0,125

2,O 15600

0,756 0,222

Refiexion der Kathodenstrahlen an diinnen Metallbliittchen. 985

0 7. Es wurde noch die Reflexion eines Kupferblattchens (unechtes Blattgold) von der Dicke 0,66 p mit der Reflexion einer dicken Kupferplatte verglichen. Selbst bei dem Potential 27 800 Volt der auffallenden Strahlen konnte kein Unterschied der Helligkeit in den beiden Spektren bemerkt w-erden.

9 8. Aus diesen Messungen kann man folgende Schliisse ziehen:

1. Die Reflexion der Kathodenstrahlen erfolgt an einem dilnnen Metallblilttchen ebenso wie an einer dicken Platte aus demselben Metall, solange die Geschwindigkeit bez. das Potential der auffallenden Strahlen kleiner ist als ein gewisser Wert, welcher der kritische Potentialwert heiSen mag. Uherschreitet das Potential der auffallenden Strahlen den kritischen Wert, so nimmt die Reflexion ab, und zwar tritt diese Abnahme im Spektrum der reflektierten Strahlen zuerst bei den mehr abge- lenkten Strahlen auf und schreitet bei wachsendem Potential der auffallenden Strahlen zu den weniger abgelenkten im reflektierten Biindel fort. Der kritische Potentialwert h h g t ab von der Dicke und von der Natur des Blattchens und betragt bei Aluminium fur Blilttchendicken von 0,53 p, 1,9 p , 2,44 p bez. 11000, 16500, 21800 Volt. Fur ein Kupferblgttchen von der Dicke 0,66 p ist der kritische Potentialwert groSer als 27800 Volt.

2. Sofern eine miiglicherweise vorhandene Verschiedenheit in der Beschaffenheit des Metalles an der Oberflilche und im Innern auf diese Phanomene ohne EinfluS ist, geht aus dem Gesagten hervor, daS die Dicke der an der Oberfllche liegen- den Schicht, in welcher die Reflexion sich abspielt, bei Alu- minium f ~ r 11 000-Voltstrahlen 0,53 p, f i r 16 500-Voltstrahlen 1,9 p, fir 21800-Voltstrahlen 2,44 p betriigt. Vie1 dtinner ist diem Schicht bei dem dichteren Kupfer, bei welchem sie fur 27800-Voltstrahlen diinner als 0,66 p ist.

Diese Ergebnisse entsprechen im allgemeinen den Vor- stellungen, welche ich mir von der Bewegung der Elektronen in wilgbaren Korpern 1. c. gebildet habe. I m einzelnen aber und besonders in quantitativer Beziehung zeigt sich schlechte Ubereinstimmung mit den 1. c. gegebenen, auf das Verhalten der durchgehenden Strahlen gegrundeten Berechnungen, worauf bier nicht naher eingegangen werden sol].

(Eingeganken 28. Juli 1905.) - _ _