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408 5. tfber d4e UmabhUmg4gkedt dee Pumkenpotm$iale von der l'emperatzcr; von B. Fre?/ B u r t o n I) hat kurzlich gefunden, da6 das Funkenpotantid eine Funktion der Temperatur sei. Bei einer Knhlung auf - 190° C mi6t Burton eine Funkenpotentialkurve, deren Minimum bei etwa 605 Volt liegt, fiir Zimmertemperatur (1 7O C) eine solche, mit einem Minimum vo~i 416 Volt und bei 200° C erreicht er einen Tiefstwert von 340 Volt. Zu diesen Minima gehoren die Drucke 1,3 mm, 2,2 mm bzw. 3,5 mm Hg. Mit andern Worten: die Messungen von Burton ergeben, dtr6 beim Ubergang von Zimmertemperatur zur Temperatur der fltbeigen Luft, das Minimum neben einer Erhohung von 89 Volt noch eine Verschiebung von 2,2 mm zu 1,3 mm Druck erleidet. Die Abhhgigkeit des Funkenpotentiala vom Gasdruck und vom Elektrodenabstand wurde schon oft fir verechiedene Clue untersucht, wobei das Paschensche Gesetz fiir konstante Gas- reinheit immer sehr gut erfUllt gefunden wurde. Speziell fir Luft wurde das Gesetz von E. Yeyera) mit gro6er Genauigkeit bestiitigt, da er besonderen Wert darauf legte, dsS die Gas- feuchtigkeit bei samtlichen Messungen vollstiindig konstant war. Auf diese Weise ma8 er in Luft bei Zimmertemperatur ein Minimum von 327 Volt, dae fir mehrere Elektrodenabstiinde vbllig konstant blieb. In einer anderen Arbeit unteraucht E Meyers) den Feuchtigkeitseinfld auf drts Funkenpotential. Hier wird ge- zeigt, da6 es einen beetimmten Feuchtigkeitsgehalt gibt, der eine minimale Durchschlagsspannung bedingt. GlrtjSere, sowie geringere Feuchtigkeitsgehalte bewirken sofort etarke Potential- erhllhungen. 1) E. F. Burton, Phil. Mag. (6) 1. 8. 219. 1920. 2) E. Meyer, Ann. d. Phya. 68. S. 297. 1919. 3) E. Meyer, Ann. d. Phyr. 86. S. 335. 1921.

Über die Unabhängigkeit des Funkenpotentials von der Temperatur

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Page 1: Über die Unabhängigkeit des Funkenpotentials von der Temperatur

408

5. tfber d4e UmabhUmg4gkedt dee Pumkenpotm$iale von der l'emperatzcr;

von B. Fre?/

B u r t o n I) hat kurzlich gefunden, da6 das Funkenpotantid eine Funktion der Temperatur sei. Bei einer Knhlung auf - 190° C mi6t B u r t o n eine Funkenpotentialkurve, deren Minimum bei etwa 605 Volt liegt, fiir Zimmertemperatur (1 7 O C) eine solche, mit einem Minimum vo~i 416 Volt und bei 200° C erreicht er einen Tiefstwert von 340 Volt. Zu diesen Minima gehoren die Drucke 1,3 mm, 2,2 mm bzw. 3,5 mm Hg. Mit andern Worten: die Messungen von B u r t o n ergeben, dtr6 beim Ubergang von Zimmertemperatur zur Temperatur der fltbeigen Luft, das Minimum neben einer Erhohung von 89 Volt noch eine Verschiebung von 2,2 mm zu 1,3 mm Druck erleidet.

Die Abhhgigkeit des Funkenpotentiala vom Gasdruck und vom Elektrodenabstand wurde schon oft fir verechiedene Clue untersucht, wobei das Paschensche Gesetz fiir konstante Gas- reinheit immer sehr gut erfUllt gefunden wurde. Speziell f ir Luft wurde das Gesetz von E. Yeyera) mit gro6er Genauigkeit bestiitigt, da er besonderen Wert darauf legte, dsS die Gas- feuchtigkeit bei samtlichen Messungen vollstiindig konstant war. Auf diese Weise ma8 er in Luft bei Zimmertemperatur ein Minimum von 327 Volt, dae f i r mehrere Elektrodenabstiinde vbllig konstant blieb.

In einer anderen Arbeit unteraucht E Meyers) den Feuchtigkeitseinfld auf drts Funkenpotential. Hier wird ge- zeigt, da6 es einen beetimmten Feuchtigkeitsgehalt gibt, der eine minimale Durchschlagsspannung bedingt. GlrtjSere, sowie geringere Feuchtigkeitsgehalte bewirken sofort etarke Potential- erhllhungen.

1) E. F. Burton, Phil. Mag. (6) 1. 8. 219. 1920. 2) E. Meyer, Ann. d. Phya. 68. S. 297. 1919. 3) E. Meyer, Ann. d. Phyr. 86. S. 335. 1921.

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Unabhangigkeit des Punhenpotentials von der Femperatw 409

Nach der Arbeit von B u r t o n wbde nun das Paschensche Gesetz fiir ein und dasselbe Gas nur far eine bestimmte Temperatur gelten konnen. Im Sinne dieses Gesetzes ist namlich bei der Kiihlung infolge der damit verbundenen Dichteilnderung, wohl eine Verschiebung des Minimums nach kleineren Drucken im Ferhaltnis der Dichtezunahme zu erwarten, jedoch Reine PotentialerhShung.

Auffallend an der Arbeit von B u r t o n ist die Tatsache, tln6 seine Potentiale bei keiner Temperatur die von E. Meyer gemessenen und von anderen Autoren wieder reproduzierten Werte erreichen, sondern stets um ganz betrachtliche Betrage dariiber liegen. Es ist nach den Versuchen yon E. Meyer sehr unwahrscheinlich, dab sich z. B. die groJ3e Digerenz zwischen den Minima von Meyer und B u r t o n bei Zimmer- temperatur durch die Annahme erklaren laSt, dsJ3 Burton mit P,O, eine Gastrockenheit erreicht hat, die ein Minimumpotential von uber 400 Volt be- dingen wUrde. Auch das Kohlendioxyd kann hierfur nicht verantwortlich gemacht werden, da nach Meyer der Einflu6 dieses Gases, in den Mengen, wie es in Luft enthalten ist, vollstiindig innerhalb der MeSfehler liegt.

In der vorliegenden Arbeit sol1 nun untersucht werden, ob die von Burton ge- messene Temperaturabhangigkeit des Funken- potentials nicht einfach durch eine -Veriinde- rung des Gasinhahe, epeziell durch verilnderte Feochtigkeit zu erkliiren sei.

Der elektrische Teil der Apparatur ist derselbe, wie bei E. Meyer.’) Die Elek- troden sind zwei in Ebonit eingefa0te Meesing- platten, die durch einen planparallelen 5 mm dicken Ebouitring distanziert werden, der auch gleichzeitig dazu dient , ein homogenes Feld auszublenden. Die beiden Elektroden sind

i in ein GlasgefiiB eingesetzt, wie Fig. 1 zeigt.

Die elektrischen Zufihrungen bestehen aus eingeschmolzenen Platindrlhten. Das Gefab ist so konstruiert, da6 es ohne

1) E. Meyer , Ann. d. Phys. 68. S. 297. 1919. Annalen der Phynik IY. Folge. 80. 27

Ji

Fig. 1

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410 B. B e y

weiteres bis weit iiber die Elektroden in fliiseige Luft ein- getaucht werden kann. In den beiden, a118 Fig.02 ersichtlichen U-Rohren U, und U, wird mit Hilfe von fliissiger Luft das Gas vor dem Eintritt zur Funkenstrecke gut getrocknet. Das groBe P,O,-Rohr R client ale Gasreservoir. Mit Hilfe einer G a e d e - Kapselpumpe und einer Qnecbilberdampfstrahlpumpe kann die Apparatur auf weniger als l / looo mm Hg ausgepumpt werden.

m 4 -iF-

Fig. 2

Die Messung erfolgte folgendermaBen: Nachdem bei Zimmertemperatur vorerst das von E. Me yer erreichte Minimum- potential von 321 Volt sich eingestellt hatte, wurde bei ge- schlossenem Hahn Hl das GefaB mit der Funkenstrecke poll- standig in fliissige Luft eingetclucht '); nach einer Trockenzeit von ungefahr '1, Stunde ergab sich dann ein Funkenpotential von 420 Volt. Dieeer Vorversuch ergab einen ungefahren Wert des Minimumpotentials bei hijchster Trockenheit, der sich, bei der darauffolgenden Bestimmung der ganzen Kurve 7 = f ( p ) , auch ziemlich gut bestatigte. Die Kurvenwerte, die in Tab. 1 angegeben und in Fig. 3 als Kurve dargestellt sind, wurden so erhalten, daB man zuerst einen bestimmten Punkt einstellte und das Funkenpotential bestimmte, dann ein wenig auspumpte und wieder ma6 usf. Wahrend des ganzen Versuches war das Gefa6 mit der Funkenstrecke vollstandig in fliissige Luft ein- getaucht. -_ -~

1) U, und U, befanden sich ebenfalls in fliiesiger Luft.

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Unabliangigheit des finkenpotentials von der Temperatur 41 1

Tabel le 1 ~ _ _ _ _ ~ ~ ____

Zeit der KUhlung -~ .

40 Min.

1 Std. 50 Min. 2 I, 50 1,

Drnckp in mm Hg

0,685 0,600 0,565 0,515 0,495 0,445 0,420 0,377 0,308

Potential V

460 455 456 456 448 448 448 439 439 439 435 432 432 432 432 433 430 430 430 416 416 425 420 430 416 420 415 416 448 426 435 415 431 42’1 445 455 442 440 440 430

Bei der groSen Trockenheit, die durch die Kiihlung des ganzen GefBSes a d die Temperatur der fllissigen Lnft erreicht wurde, war es nicht moglich, ganz die libliche MeBgenanigkeit von f 1 Volt zu erreichen, da sich verhiiltnismLBig groBe Funkenverz6gerungen l) einstellten. Dieses kam dsdurch aum -4usdrnck, daS die Ansschlie am Galvanometer ziemlich groB wurden. Die so bestimmten Einzelpotentiale konnen infolge-

1) Ale F’unkenpotential wurde e b b der niedrigst beobachtete Wert angeeprochen nnd in die Kurve eingetragen. E. Meyer, Ann. d. Phye. 46. S. 336. 1921.

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Page 5: Über die Unabhängigkeit des Funkenpotentials von der Temperatur

412 B. Bey

dessen um schatzungsweise 5-10 Volt zu hoch sein. Die Lage des Minimums ist aus der Kurve ziemlich genau zu bestimmen; es liegt bei 416 Volt und bei einem Druck von etwa 0,4 mm Hg. Wurde zur Kontrolle am SchluS der Messung die flliseige Luft von der Funkenstrecke weggenommen, so stellte sich nach kuner Zeit das tibliche Minimum von 327 Volt wieder ein.

E n nener Versuch, bei dem nicht dns Qefal3 mit der Fnnken- strecke, sondern nur das daran angeblssene U,-Rohr gekUhlt wurde, ergab nun, daS das Minimumpotential im Verlauf von 12 stiindiger Kiihlung von 327 Volt anf 370Volt anstieg. Wiihrend der ganzen Dauer des Versuches war der Druck vollstiindig konstant, nlimlich der dem Minimum bei Zimmertemperatur entsprechende von 1,2 mm Hg. Dieses Resultat lieS emarten, daf3 sich bei noch sorgfiiltigerer Trocknung der Funkenstrecke noch hbhere Potentiale erreichen lieBen, ohne direkte Kiihlung der Funkenstrecke selbst. Wahrend 120 Stunden wurde daher daa ganze &fa6 mit der Funkenstrecke in einem elektrischen Ofen auf etwa 60° C geheizt und das abgegebene Gas mit der Hochvaknnmpumpe abgesangt. Die nachher ftir den Versuch verwendete Luft war vorerst wiihrend einer Stunde in einem Kolbchen zwischen Ha nnd H, (Fig. 2) aufbewahrt worden, das ganz in fliissige Luft eintauchte. Nach dieser Trocknung gelangte sie durch die beiden gekiihlten U-Rohre in die Funken- strecke. Das MeBresultat ist in Tab. 2 wiedergegeben.

Tabe l l e 2

Drnck p in mm Hg

1,28 - --

1,28 Etwas anegepumpt:

121

ausgepumpt: ! I 1,35

10 Min. gewartet 15 11 1 9 10

Fl. Lnft))nachgekllt u. 11/, Std. gewartet 15 Min. ,,

V __-_ _. .- - -

400 390 400 400 400 400 400 400 391 392 391 394 394 395

400 400 400 404 401 401 404 404

403 403 408 408 1 404 404 409 408

420 421 420 422

400 400 405 405

15 Mill. gewartet

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Unabhangigkcit des finkenpotentials von der Yemperatur 41 3

Aus diesem Versuch geht mit aller Deutlichkeit hervor, (la6 man durch wirklich griindliche Trocknung frtst genau dasselbe Minimumpotential, etwa 400 Volt, erhlllt, wie durch Kiihlnng der ganzen Fnnkenstrecke (416 Volt). Wnrde nun, um diesen Schln6 zu kontrollieren, der Hahn H. geschlossen, iind das FunkengefiiB selbst ganz in die fliissige Luft ein- getaucht, d. h. also, wurde dafiir gesorgt, daB die Dichte des Gases faat konstant blieb, so stieg das Funkenpotential jetzt m r noch von 400 anf 414 Volt, welcher Wert wieder in au6- gezeichneter Ebereinstimmung mit dem frtiher erhaltenen Minimum bei der Temperatur der fliissigen Luft (415 Volt) ist.

Bus dieser Messnng ist ferner ersichtlich, dab bei Zimmer- temperatur das Miuimumpotential in iluSerst trockener Luft und schwach feuchter Luft bei demselben Drncke lie&

Kechnet man die Gasdichte fur die Temperatur der diissigen Luft aus, unter der einfachen Annahme, sie aei um- gekehrt proportional der absolnten Temperatur, so findet man, fur -190O C eine ungefshr 3,6mal so groSe Dichte, wie fiir Zimmertemperatur. Um also in dem auf - 1900 C gekuhlten Gase ein gleich hohes Funkenpotential, wie bei Zimmer- temperatur zu erreichen, m W e der Gasdruck 3,5mal ver- ringert werden. Aus den angefuhrten Messungen geht in der Tat hervor, da6 sich das Minimum bei KUhlung anf - 190° C zu einem Druck (0,4 mm Hg) verschoben hat, der ungefhhr ein Drittel von dem bei Zimmertemperatur (1,2 mm Hg) be- tragt. Die Verschiebung des Minimums ist also in geniigendem Einklang mit der Forderung des Paschenschen Qesetzes, welches verlangt, daB das Funkenpotential bei konstantem Elektrodenabstand nur ein Funktion der Dichte sei. Das an- gefiilirte Resultat von Bur ton , namlich die Verschiebung des Minimumpotentials vom Druck 2,2 mm Hg bis zum Drnck 1,3 mm Hg, erfnllt bei weitem nicht so gut die Forderung des Paschenschen Gesetzes, wie es bei uuseren Messungen der Fall ist.

Die beiden Tatsachen, 1. da6 das Minimumpotential in sehr trockenem Gas unabhilngig von der Temperatur ist, nnd 2. daB unter Beriicksichtigung der DichteLnderung mit ab- nehmender Temperatur keine Verschiebung des Minimums ein- tritt, scheinen zur Geniige zu beweisen, da0 die von B u r t o n

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414 B. Fry . UnabhangiyRsit des Punkenpotentials von der Temp.

gefundene Abhiingigkeit dee Funkenpotentials von der Temperatur, nur auf Feuchtigkeitsanderungen im Gas zuriick- zufiihren ist

Es sei noch die Bemerkung hinzugefigt, daE es such theoretisch aufhordentlich schwer verstiindlich sein wiirde, falls das Funkenpotential in Luft von der Temperatur ab- hangen wbde.

Die Anregung zu dieser Arbeit wurde mir von Hrn. Prof. Dr. Edgar Meyer gegeben. Es eei mir gestattet, ihm an dieser Stelle fir seine wertvollen Ratechliige herzlich zu danken.

Ztirich, Physikalisches Institut der Universitit.

(Eingegangen 8. Mai 1926)