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1903. * 2.
ANNALEN DER PHYSTK. VIERTE FOLBE. BAND 10.
1. fiber eim opt4sches P v r o m e t e r l); vow, L. HoZ6orm und 3. KurEtraurn.
(Mitteilung aus der Physikaliseh-Technischen Reiehsanstalt.)
Das optische Pyrometer, das wir hier nebst einigen Arten seiner Verwendung beschreiben wollen, beruht auf der Photo- metrie einer homogenen Strahlung. Gegeniiber den gewohn- lichen photometrischen Methoden, die ein konstantes Vergleichs- licht benutzen, wird bei unserem Verfahren die Helligkeit der Vergleichslampe selbst reguliert , die von einem elektrisch ge- gliihten Draht oder Faden gebildet wird, und die Veriinderung in einfacher Weise durch die Sttirke des Heizstromes gemessen. Prinzipiell ist das Instrument fiir die Photometrie homogenen Lichtes beliebiger heller Flachen anwendbar. Wir beschranken uns darauf, seinen Gebrauch fiir die Temperaturmessung gliihender Korper zu erlautern.
I . Beschreibung des Apparates. Als Photometer dient ein einfaches Fernrohr, dessen Ob-
jektivlinse J1 hinter der Offnung des Diaphragmas D ein Bild der gluhenden Flache erzeugt, deren Temperatur zu messen ist. Hinter dem Diaphragms befiridet sich der Kohlebiigcl einer kleinen Gliihlampe, die in der Figur 1 um 90° gedreht dar- gestellt ist. Durch die Linse J2 mit dem vorgesteckten roten @lase G wird das Bild der leuchtenden Ofhung betrachtet, von welcher sich der Kohlebiigel zunachst schwarz abhebt.
Wird der Faden der G l i l a m p e durch den Strom erhitzt und erreicht die Helligkeit seiner roten Strahlen die der zu messenden Flache, so verschwindet der Bugel vollst8ndig,
1) Das Pyrometer wurde zuerst in den Sitzungsberichten d. k. Akad. d. Wissensch. zu Berlin vom 13. Juni 1901 besohrieben. Es wird von der Firma Siemens t Halske ausgefuhrt.
Annalcn der Physik.. IT. Folge. 10. 15
226 5. Holborn u. F, Kur16aum.
wahrend sich seine durch Warmeableitung gekuhlten Schenkel noch von der leuchtenden Fliiche abheben.
Diese photometrische Anordnung ist sehr empfindlich, weil sie die Bedingung erfiillt, da8 die Grenzkanten der zu ver-
P gleichenden hellen Fla- -. -+. chen vollkommen ver- *a schwinden; in der Tat
ist man bei richtiger Ein- stellung nicht im stande, den Ort des Kohlebugels anzugeben. Es macht den Eindruck, als lose sich der Bugel in einer feurigen Flussigkeit auf, wahrend die kiilteren Schenkel noch auf die
W Stelle hinweisen , auf Fig. 1. welche die Aufmerksam-
Um die Stromatiirke der Gliihlampe statig Pndern zu konnen , bringt man in dem Kreise einen Regulierwiderstand W an, z. B. ein Konstantanband mit Gleitkontakt. AuBerdem ist ein Strommesser S notig. l)
An die optischen Eigenschaften der Linsen werden keine Anforderungen gestellt. Denn einmal wird homogenes Licht benutzt, zweitens kommt von den Linsen nur das mittelste Stiick, ungefiihr von der Gr6Be der Pupille, zur Verwendung. Deshalb gerriigen als Objektiv und Okular Brillenglaaer mit den Brennweiten 12 und 20 cm. Ferner braucht man das Objektiv nicht scharf auf den zu messenden gliihenden KGrper einzustellen, de die Fliichenhelligkeit fur das beobachtende Auge hiervon nicht abhangt. Dagegen mug das Oknlar ein deutliches Bild des Bagels liefern.
Der Kohlefaden der Oluhlempe IaBt sich naturlich auch durch einen elektrisch gegliihten Mlatalldraht ersetzen. An- fangs haben wir einen solchen aus Platiniridium verwendet,
keit zu lenken ist.
1) Bei der won der Firma Siemens & Hslske konatruierten Form ist der Regulierwiderstand mit dem Stativ dee Fernrohres feat verbunden.
Optisches Pyrometer. 227
der jedoch den Nachteil Eatte, daB sich sein Querschnitt und seine Oberflache schon bei etwa 1200O merklich durch Zer- staubung anderten. Die Gliihlampe ist deshalb vorzuziehen, umsomehr a1s die optische Erscheinung durch die kugel- formige Glashulle nur wenig leidet. Luftblaschen, die im Glase als schwarze Punkte auf hellem Grunde erscheinen, sind, wenn sie nicht gerade am Biigel liegen, gleichgiiltig.
Fur die Einfachheit des Apparates ist es besonders wichtig, wenn man eine spektrale Zerlegung des Lichtes ver- meiden und rnit farbigen Glasern auskommen kann. Damit das Photometer moglichst bis zur dunklen Rotglut herunter brauchbar ist, muB man Licht von langer Wellenliinge, also rotes Glas zur Absorption benutzen. Wir haben Kupfer- oxydulglas verwendet, das zugleich von allen farbigen Glasern das homogenste Licht liefert. Fur andere Zwecke (siehe unten) brauchten wir noch ein griines und ein blaues Glas, sowie ein Rauchglas. Alle diese Glaser sind uns von dem Glaswerk S c h o t t & G en o s s en bereitwilligst zur Verfiigung gestellt worden. l) Die farbigen Glaser haben folgende Durchlassigkeit:
Rot 0,694 0,602 0,643 p Griin 0,656 0,446 0,550 Blau 0,513 0,396 0,474
Grenzen Schwerpunkt
Das Kupferoxydulglas wird in der Dicke von 2 mm vor das Okular des Photometers gesteckt. Bei etwa 1200O ver- doppelt man die Dicke wegen der grol3en Lichtintensivat, in- dem man ein zweites Glasscheibchen vorsetzt, wahrend unter- halb 800° gar kein farbiges Glas benutzt wird. Denn die Lichtquellen sind in dem unteren Temperaturgebiet homogen genug, das rote Glas beeintrachtigt hier die Empfindlichkeit der Einstellung. Man kann alsdann bis etwa 650 O hinunter messen, ein Vorteil, den Photometer mit spektraler Zerlegung und Polarisationseinrichtungen nicht bieten.
Ubersteigt die zu messende Helligkeit die der Gluhlampe, so wird eine Lichtschwachung vor dem Objektiv angebracht.
1) Die farbigen Glliser von bestimmter Zusammensetzung gehBren zu denen, iiber die R. Zs igmondy berichtet (Zeitschr. f. Instrumentenk. 21. p. 97. 1901). Das rote Glas ist mit Nr. 2745, das grune mit 431111, daa blaue mit Nr. 3086 und das Rauchglas mit Nr. 444 111 bezeichnet.
15*
228 L. Holborn u. F. Kurlbaum.
Rauchglaser lassen meistens rotes Licht besser durch als blaues. Am besten bewahrte sich das vom Jenaer Glaswerk bezogene Glas, das wir in zwei Dicken benutzten. Die Schwachung (lurch eine doppelte Reflexion, die mit zwei vor dem Objektiv angebrachten Reflexionsprismen P bewirkt wurde, ergab im allgemeinen bessere Resultate. Die Prismen sind in einem vor das Objektiv zu steckenden Messingkasten derartig befestigt, daR die einfallenden Lichtstrahlen keine Anderung ihrer Rich- tung, sondern nur eine seitliche Verschiebung erleiden.
2. Vergleich mit der schwarzen Strahlung.
Als Normalkorper fur die Strahlung dient der gluhende schwarze Korper, dessen Temperatur mit dem Thermoelement gemessen wird. Fur eine Reihe von Temperaturen bis 1500O hinauf bestimrnt man die Stromstarke, bei welcher die Gluh- lampe ebenso hell erscheint wie der schwarze Korper , kon- struiert hiernach eine Kurve und kann dann ruckwarts aus der gemessenen Stromstkke die Temperatur nngeben. Durch diese Vergleichung mit dem schwarzen Korper wird der Apparat ein absolutes Photometer, dessen Angaben sich auf die Helligkeit der schwarzen Strahlung von verschiedener Temperatur beziehen.
Sls schwarzen Korper benutzten wir meistens den von L u m m e r und Kur lbauml ) angegebenen mit elekt,rischer Heizung; vielfach fand auch ein kleinerer von ahnlicher Form Anwendung, welcher fur unsere Zwecke dieselben Ergebnisse lieferte.
Da die Heizung beirler Korper ohne die Gefahr einer schnellen Abnutzung hochstens bis 1500 O gesteigert werden kann, so mu6 man bei der Messung von hoheren Temperaturen die Vergleichskurve nach dem Strahlungsgesetz extrapolieren. Nun ist schon bei etwa 1900° die Temperatur erreicht, die man bei dem Brennen der Gliihlampe einzuhalten pflegt und die im Interesse der Haltbarkeit der Lampe nicht uber- schritten werden darf. Sicherer geht man offenbar, wenn die Lampen noch weniger hoch beansprucht werden. Wir haben sie deshalb meistens nur bis 1500O erhitzt und die zu messende
1) 0. L u m m e r u. F. K u r l b a u m , Ann. d. Phye. 5. p. 829. 1901.
Optisches Pyrometer. 229
Helligkeit von dieser Temperatur ab in bekanntem Verhaltnis geschwacht. Auf die mit Lichtschwachung gemessenen Tempe- raturen laBt sich das Wiensche Gesetz anwenden (s. unten). Sie bilden eine neue Kurve, wenn man sie als Fuuktion der zugehorigen Stromstkken der Gluhlampe auftragt.
Die Kurven liefern ihrer Herleitung gemaB nur fur schwarze Korper die Temperatur in der Celsiusskale. Es trifft dies bei vielen Anwendungen zu, bei denen die Temperatur von geschlossenen Ofen zu messen ist. Wird jedoch das Verfahren auf die Messung von Korpern von ge- ringerem Strahlungsvermogen , z. B. freistrahlenden blanken Metalloberflachen , angewandt , so bestimmt man nicht die Temperatur nach der Celsiusskale , sondern diejenige, welche der gleich helle schwarze Korper besitzen mu5. Wir wollen sie kurz ,,schwame TemperaturL' nennen und mit S bezeichnen. Die Skale der schwarzen Temperaturen fur eine bestimmte strahlende Oberflache, ebenso wie die der Celsiusskale genau definiert und reproduzierbar, unterscheidet sich jedoch von ihr je nach dem Strahlungsvermogen des zu messenden Korpers. Will man die eine Skale in die andere uberfuhren, so ist demnach der Unterschied der Strahlungsvermogen zu messen.
Dies kann ebenfalls mit unserem Photometer geschehen, wobei man den Unterschied der Helligkeiten in Temperatur- graden des schwarzen Korpers erhalt. Bei einer solchen Darstellungsweise gestalten sich auBerdem alle Beziehungen einfacher und ubersichtlicher als wenn man mit den Hellig- keiten selbst rechnet.
3. Abhiingigkeit der Temperatur von der Stromstiirke eines elektrisch geheizten KBrpers.
Ein groBer Vorteil des Pyrometers liegt darin, daB die Stromstarke der Gluhlampe erfahrungsgema5 in einfacher Weise von der zu messenden Temperatur abhangt, soda8 man die Lampe nur an einigen Punkten mit dem schwarzen Korper zu vergleichen braucht ; vgl. hieriiber das folgende.
E'lektrische Ofen. Von einer gewissen Temperatur an gelten ahnliche einfache Beziehungen nicht nur fur einen elektrisch gegluhten Draht oder Faden, sondern im allgemeinen fur alle elektrische Ofen, die durch Joulesche Warme gespeist werden.
230 L. Holborn u. ik. Kurlbaum.
Bierher gehijren alle Formen des schwarzen Korpers, die zur Verwendung kamen. Als Beispiel mijge hier ein solcher mit besonders groBer Offnung (3 cm) angefuhrt werden, den wir an- fangs benutzten und der im Gegensatz zu den oben erwahnten nicht durcb einen zylinderfdrmigen Platinschlauch , sondern durch eine Spule aus Platinband geheizt wurde. Er hatte eine Lange von 12 cm und einen augeren Durchmesser von 11 cm.
Tab. I enthalt die Werte des Heizstromes J fur ver- schiedene Temperaturen f die an zwei Beobachtungstagen am Thermoelement wiihrend des stationliren Zustandes abgelesen wurden. Dieser tritt wegen der geringen zu erwarmenden Masse verhaltnismafiig schnell ein.
Tabel le I.
J (Amp.) I t beob.
4,28 6,54 8,Ol
10,06 775 13,15 1127
t ber. / / J(Amp.1 1 t beob. 1 t ber.
13,OO 540 1303 1291 775 1478 1478
1129
Zwischen J und t besteht von 500° aufwarts die Be-
J = 3,300 + 0,008728 t . Die letzte Columne der Tab. I enthalt die aus dieser
Formel berechneten Werte von t fur die beobachteten Zahlen von J.
Ein zweites Beispiel gewahrt keine so groBe Genaujgkeit der Beobachtung, weil die Herstellung des stationaren Zustandes wegen der vie1 grGI3eren Masse des Ofens eine ungleich langere Zeit beanspruchte. Wir fuhren es hier an, um die angenaherte Giiltigkeit einer einfachen Beziehung unter ganz anderen Be- dingungen zu zeigen. Es handelt sich um einen 80 cm langen Ofen, der aonst fiir die Bestimmung der Ausdehnung von halbmeterlangen St‘aben dient. Er besteht aus drei kon- zentrischen dicken Porzellan- bez. ChamotterGhren, von denen die innerste durch eine Nickelspule elektrisch geheizt wird. Tab. I1 gibt die St’arke J des Heizstromes fir verschiedene
ziehung
Optisches Pyrom eter . 23 1
Werte der Temperatur t, welche in der Mitte des Heizrohres gemessen wird.
Tabel le 11.
13,5 16,5 20,3
~ _ _
250 O 27,5 1 750° 375 31,2 875 500 625
i (Amp.)
3,56
4,30 4,63 5,17 5,25
-___ __ ~
3,93 635' 745 848 346
1100 1114
I j t ber.
637 743 848 942
1096 1118
S bedeutet die Temperatur des schwarzen KSrpers und i die Stromstiirke des Platiniridiumdrahtes von gleicher Hellig-
Im Mittel bewirkt also eine Vermehrung der Stromstarke um je 2,8 Amp. mit nur 0,4 Amp. Abweichung eine Tempe- raturerhohung urn 100 O.
Photometrische Messungen. Ferner seien hier einige Beispiele fur die photometrische Vergleichung eines Platiniridiumdrahtes und einiger Gliihlampen mit dem schwarzen Korper angefdrt. Tab. I11 enthalt die Beobachtungen mit einem Platiniridiumdraht von 0,3 mm Durchmesser, der horizontal in einer freien Liinge von 5,5 cm quer durch das Qesichtsfeld gespannt war. Storend war bei dieser Anordnung, daB sich der Draht infolge der Aus- dehnung in hoher Temperatur stark durchbog, sod& er an den Rand des Gesichtsfeldes kam. Man kann diesen Nachteil durch eine biigelformige Anordnung vermeiden, mu8 aber dann groBere UnregelmaBigkeiten durch den aufsteigenden Luftstrom in Tausch nehmen.
232 L. Hoiborn u. 3'. Kurlbaum.
7.28 919 1091 1281 1490
keit. Die Abweichungen zwischen den beobachteten und den berechneten Werten von t fallen in die G'renze der Beob- achtungsfehler.
Die Stromstirke der Gluhlampe kann als quadratische Funktion der schwarzen Temperatur S dargestellt werden. Die folgende Tabelle bezieht sich auf die Form der 4Volt- lampe mit bugelfdrmigem Kohlefaden, die wir bisher fur das Pyrometer stets verwendet haben.
730 O
918 1087 1281 1491
Tabel le IV. Lampe Nr. 40.
i. lo8 = 170 + 0,1600 t Lampe Nr. 23.
i. 10' = 139,3 + 0,2135 t + 0,000 133 3 t2. + 0,000 121 2, t B .
i (Amp).
0,340 0,375 0,402 0,477 0,552 0,631 0,712
t beob.
686,5O 778 844 1026 1196,5 1354 1504
~ _ _ _
-- -- t ber. i (Amp.)
679 O 0,360 778 0,438 850 0,515 1032 0,612 1196 0,727 1354 1504
_ _ ~ __-
Lampe Nr. 24. i . 10' = 227,l + 0,04601 t + 0,000 191 1 t'.
i (Amp.)
0,380 0,382 0,407 0,477 0,553
t beob.
778 O
784 862 1029
, 1194
t ber. 11 i (Amp.)
0,637 0,638
1029 0,722 1190 0,733
t beob. t ber.
12200 1223 O
1490 1493 1516
4. Haltberkeit der Gluhlampen.
Die Versuche iiber die Haltbarkeit der Gluhlampen sind noch nicht abgeschlossen , lassen jedoch erkennen, did3 sich eine hinreichende Konstanz erzielen laBt , wenn die Lampen, ehe man sie in Gebrauch nahm, etwa 30 Stunden lang bei etwa 1900° (mit 4 Volt kurz geschlossen) gebrannt hatten.
Uptisches Pyrometer. 233
Alsdann wurden wenigstens keine merklichen Anderungen mehr beobachtet, Venn die Lampen von da ab nur auf die Tempe- ratur von 1500O erhitzt wurden, wie es bei der photometrischen Vergleichung zu geschehen pflegt. Die folgende Zusammen- stellung zeigt die Dauerversuche fur einige Lampen, die nach mehrstundigem Brennen bei 1900" dann wiederholt bei 1100" mit dem schwarzen Korper verglichen worden waren.
Naoh 2Ostiindg. Brennen bei 1900O - 7, 5 71 77 7 7 1900
11 17 11 7 1 1900 7, 5 11 71 71
71 2o 11 7, 7, 1500
i (Amp.) bei l l O O o
Nr. 102 I Nr. 104 I Nr. 105 fur LamPe
0,608 0,592 0,589 0,613 0,592 0,592 0,621 0,597 0,597 0,622 0,599 0,600 0,622 0,599 0,601
5. Messung der Lichtschwzchung.
Die Lichtschwachung der Reflexionsprismen und zweier Rauchglaser wurden mit dem Pyrometer gemessen. Zu diesem Zweck richteten wir auf den schwarzen Korper, der auf einc hohe Temperatur geheizt war, das Photometer, vor dessen Objektiv die Vorrichtung zur Lichtschwachung gesteckt und dessen Gluhlampe vorher ohne Lichtschwachung mit dem schwarzen Korper verglichen war. Auf diese Weise wurde die schwarze Temperatur S, der geschwachten Strahlung bestimmt. Die Temperatur S, der ungeschwachten Strahlung gab das Thermoelement im schwarzen Korper an. Das Schwachungs- verhiiltnis (F ist sodann aus dem Wienschen Gesetz zu berechnen, das nach der Untersuchung von P a s c h e n und W a n n e r l ) sowie
1) F. P a s c h e n u. H. Wanner, Sitzber. d. k. Akad. d. Wissensch. zu Berlin p. 5 1899; H. Wanner, Ann. d. Phys. 2. p. 141. 1900.
Bei den pyrometrischen Messungen wird man die Gluh- lampe naturlich nur wahrend der Zeit der Messung einge- schaltet lassen, urn den Gluhfaden nicht unnotig abzunutzen. Vor der eigentlichen Einstellung mu6 die Lampe jedoch schoii etwa 1 bis 2 Minuten gebrannt haben, wenn sie ihren statio- naren Helligkeitszustand erreicht haben soll.
234 A. Holborn u. F. Kurlbaum.
I 1220,5O ~ 824' 1344,3' 894O 1213,4 817 1339,O ' 882 1206,3 817 1354,3 895 1216,O 828 1353,8 895 1203,O 817 1352,3 895 1194,4 809 1354,5 892
von L u m m e r und Pr ingshe iml) fur die leuchtende Strahlung mit hinreichender Genauigkeit giiltig ist. Demnach folgt
-
1491,4O 965O 1494,O 964 1498,O 964 1491,7 966 1492,l 967 1499,O 1 966
C 81 - 8, lognat sp = - I (S, + 273) (8, + 273) '
5,4391 5,4565 5,4518
Hier ist C = 14500 und 1 fur das benutzte rote Glas = 0,643. Prismensatz. Fur den spiegelnden Prismensatz ist die
Beobachtung an verschiedenen Tagen bei den Temperaturen 8, = 1200, 1350 und 1500O ausgefuhrt (Tab. V).
230,3 234,3 233,2
Hieraus folgt
Mittel 5,4511 I 233
Bei der Mittelbildung ist der erste Wert nur' mit dem halben Gewicht eingesetzt, weil die Genauigkeit bei der Messung der untersten Temperatur (mit rotem Glas) geringer ist.
Unter Benutzung des Prismensatzes laBt sich die Tempe- raturmessung bis auf 2800 O treiben, ohne daB die Gluhlampe uber 1500O zu brennen braucht. Mit Hiilfe von mehr
1) 0. L u r n m e r u. E. P r i n g s h e i m , Verhandl. der Deutschen Physik. Gesellsch. 3. p. 36. 1901.
Optisches Pyrometer. 235
Spiegelungen kann man beliebig weit gehen. So gibt ein Satz von drei Prismen, deren spiegelnden Ebenen unter Winkeln von 60° einander schneiden, damit , das Licht nicht aus dem Visions- I 1
radius abgelenkt wird, eine Schwa- chung von etwa 8000 und konnte unter der angegebenen Bedingung bis zu 6000O benutzt werden.
Rauchglaser. Tab. VI enthalt die Messungen bei S, = 1350 und 1500° mit den beiden Rauchglasern Nr. 3 und 4, von denen das erste auf eine Dicke
abgeschliffen war. Die einzelnen Be- stimmungen wurden an verschiedenen Tagen angestellt und zeigen gr6Bere Abweichungen voneinander als bei dem Prismensatz.
I
I
IY P.
b"
I ' . I I, ,, I i I I' '-9 .* i
von 5,OO mm, das andere auf 4,OO mm ! Fig. 2.
T a b e l l e VI.
Ii Nr. 4
Sl
1354,O' 1353,5
1353,3
1355,l
1338,5
Mittel 1350,9'
1495,SO
1494,l
1492,3 1503,6
884
814
879,4 OI / 1496,5 O
I 950,5 1348,7 O
9540
944
946 952
1494,5
1393,2
1492,2 1; i i
949,0011 1493,3 O
Hieraus folgt
Nr. 4 lognatcp 1 cp
4,548 1 94,5 4,539 i 03,7
Nr. 3
lognat q I P
5,682 1 293,4 5,687 i 295, l
8,
1038
1022
1030
1030,O
Mittel 5,685 1 294 11 4,544 1 94,2
236 L. Holborn u. F, Kurlbaum.
Fur eine Glasdicke von 1 rnm ergeben sich die iiberein- stimmenden Werte
I ~ lognatcp ~ cp
_ _ _ ~ _ _ _ _ _
Nr. 3 I 1,137 ~ 3,12 Nr. 4 1 1,138 I 3,12
Das Glas ist also sehr gleichmafiig.
6 . Selektive Emission.
Fur manche Aufgaben ist es erwunscht, die Temperatur der Strahlung fur verschiedene Farben zu kennen, urn daraus auf das selektive Emissionsvermogen der Strahlungsquelle zu schlieDen. Soweit eine Zerlegung mit farbigen Glasern hier- iiber AufschluB geben kann, ist eine solche Bestimmung mit unserem Photometer leicht auszufuhren. Zu diesem Zweck 1aBt sich das rote Glas vor dem Okular durch ein grunes oder ein blaues ersetzen. Die Vertauschung wird mit einer Revolverscheibe am Okular vorgenommen, welche die ver- schiedenen Glaser tragt. Naturlich gehen das grune und das blaue Glas nicht zu so tiefen Temperaturen herunter, wie das rote. Das blaue ist erst von 1200O an brauchbar, wahrend das grune noch bis 800 O abwarts Einstellungen gestattet.
Bei Einstellungen auf den schwarzen K6rper macht es keinen Unterschied, welches Glas vor dem Okular sitzt. Selbst bei der hochsten Temperatur von 1500O geben die verschiedenen Lichtarten keine merkliche Ab- weichung.
Metalle. Andere Resultate ergibt die Photometrie von frei- strahlenden blanken Metallflachen. Ein elektrisch gegluhtes Platinblech, dessen rote Strahlung dieselbe ist, wie die vom schwarzen Korper bei 1500 O ausgesendete, liefert mit dem grunen Glas eine um 40°, mit dem blauen eine um 75O hohere Einstellung. Auch bei tieferer Temperatur lassen sich schon die Unterschiede zwischen roter und gruner Strahlung messen. So erhiilt man fur das griine Licht z. B. bei Silber und Gold, wenn ihre rote Strahlung einer schwarzen Temperatur von 775O ent- spricht, eine urn 23, bez. 50° hohere Einstellung.
Schwarzer Kiirper.
Optisches Pyrometer. 237
Auerlicht. Ferner ist eine Einstellung auf das Auersche Gasgluhlicht erwahnenswert , aus dessen selektiver Emission L e C h a t e l i e r und Boudouard die gunstige Okonomie dieser Lichtquelle erk1aren.l) Die Nessung ist allerdings wegen der netzformigen Struktur des Strumpfes schwierig. Wir haben ziemlich auf den Rand des GluhkGrpers eingestellt, wo die einzelnen Maschen fast als zusammenhangende Flache er- scheinen. Fur das rote Licht wurde hier 8 = 1420O gemessen, wahrend grun um 90 und blau urn l G O o hijher lag, das hei8t die aus dem Cylinder austretende Strahlung besaI3 im roten Licht dieselbe Helligkeit, im griinen die 2,2 fache und im blauen die 4,8 fache wie der schwarze Korper bei 1420°.2)
Aichtschwachungen. Schwacht man die Strahlung des schwarzen Korpers durch die oben erwahnten Vorrichtungen, so ist die geschwachte Strahlung nicht mehr schwnrz. Die Erscheinung ist bei der Spiegelung an den Prismen auffallig. Hier gab z. B. die Einstellung fur rot 965O und fur grun 1020O. Bei der Absorption durch die Rauchglaser ist die Abweichung zwischen roter und griiner Strahlung weniger merklich uiid sie liegt auBerdem nach der entgegengesetzten Seite. Jedenfalls steht man aber auch hier nach Wegnahme des roten Glases vor der Schwierigkeit der farbigen Photometrie. Man darf deshalb bei den schwachen Helligkeiten das rote Glas nicht weglassen, so- bald man mit der geschwiichten schwarzen Strahlung arbeitet.
7. Bestimmung von Schmelzpunkten.
Mit dem optischen Pyrometer haben wir die Schmelz- punkte von einigen Metallen nach einer Methode zu bestimmen gesucht , die gleichsam eine Umkehrung von der Darstellung der Siem'ensschen Lichteinheit ist.8) Diese wird durch die Lichtstirke dargestellt, die ein elektrisch gegliihtes Platinblech
1) H. L e Chate l ier u. 0. Boudouard, Compt. rend. 126. p. 1861. 1898.
2) Uber die spektrale Zusammensetzung des Auerlichtes vgl. auch E. Ktittgen, Wied. Ann. 63. p. 800. 1894; W. N e r n s t u. E. Bose, Physik. Zeitachr. 1. p. 289. 1900.
3) W. Siemens , Elektrotechn. Zeitschr. 5. p. 244. 1884.
238
im Moment des Durchschmelzens aussendet. Xleine Anderungen in der Durchschmelztemperatur , die durch Spannungen uncl ungleichmaBige Dicke der Bleche entstehen konnen, bewirken grobe Wechsel in der Helligkeit, sodaB dem Gebrauch der Lichteinheit groBe Schwierigkeiten gegeniiberstehen. l) Es lie6 sich aber erwarten, dab wenn man umgekehrt die Helligkeit beim Durchschmelzen photometriert , daraus die Schmelztemperatur mit gr6Berer Sicherheit abzuleiten ist. Es kommt hinzu, daA dies Verfahren hauptsachlich fur die hochsten Temperaturen besonderen Wert besitzt, mo wegen des Mangels an besseren Methoden vorl'aufig auch eine mBBige Genauigkeit einen Fort- schritt bedeutet.
Ein Blechstreifen von einigen Millimetern Breite, der durch einen innen und auben geschwarzten Blechkasten gegen Luftstromungen geschutzt ist, wird allmahlich durch einen immer mehr verstarkten elek- trischen Strom erhitzt. Gleichzeitig steigert man die Strom- starke der Gliihlampe im Photometer, mit dem man durch ein Loch im Kasten auf das Blech sieht, in demselben Tempo, soda6 der Biigel des Kohlefadens immer nnsichtbar bleibt, bis das Blech durchschmilzt. Man hat alsdann nur den Strom- messer der Lampe abzulesen, um aus ihrer Vergleichskurve mit dem schwarzen Korper die schwarze Temperatur des Schmelzpunktes entnehmen zu konnen.
In Tab. Y I I sind die Beobachtungen zusammengestellt, die mit zwei Lampen an Platin und Palladium ohne Licht- schwachung angestellt wurden.
i bedeutet die Stromstarke der Lampe im Augenblick des Durchschmelzens und S die daraus berechnete ,,schzcnrte" Temperatur. Die freie Lange tier erhitzten Bleche betrug 30 bis 110, die Breite 7 bis 10 und die Dicke immer 0,015 mm bis auf die zweite Beobachtungsreihe vom 7. Februar, wo 0,024 mm dicke Platinstreifen durchgeschmolzen wurden.
Die Schmelztemperaturen sind so konstant, daB man sic statt der Vergleichung mit dem schwarzen Korper als Fix- punkte fur das optische Pyrometer verwenden kann.
I;. Ifolborn u. 3'. Kurlhaum.
Die Beobachtung ist sehr einfach.
1) Tatigkeitsbericht d. Phys.-Techn. Reichsanst.; Zeitschr. f. Instru- mentenk. 13. p. 120. 1893.
Oph'sches Pyrometer. 239
T a b e l l e VII. - 1 Lampe 1 i I S 1 S (Mittel)
1
19. November
1 1548
19. November
7. Februar
8. Februar
8. Februar
Nr. 40
Nr. 40
Nr. 24
Nr. 40
Nr. 40
Platin 0,730 0,740 0,736 0,740
0,736 0,732
0,753 0,753 0.759 0,759 0,759 0,751
0,730 0,741 0,731
Palladium 0,653 0,656 0,650
0,665 Nr' 24 I 0,666
1536 1554 1546 1554
1546 1540
1544 1544 1553 1553 1553 1540
1536 1555 1538
1394O 1399 1388
1397 1399
1394" I 1 ) 1398
8. Unterschied der Strahlung von Platin und schwarzem KBrper.
Der Unterschied der an einem schmelzenden Metalle ge- fundenen ,,schwarzen" Temperatur gegen die Celsiusskale gibt die Abweichung der Metallemission von der schwarzen Strah- lung (im roten Licht). Nimmt man nach den bisher vor- liegenden , freilich noch wenig sicheren Bestimmungen den Schmelzpunkt des Platins zu 1780O C. an, so ware der schwarze Korper bei derselben Helligkeit um 235O kalter.
Dieser Unterschied zwischen Platinstrahlung und schwarzer Strahlung la6t sich mit unserem Pyrometer auch unterhalb des Schmelzpunktes messen, wenn man ein gluhendes Platin- blech photometriert. Die Schwierigkeit dieser Aufgahe liegt
240 L. HoZborn u. 3'. KurZbaum.
nur in der Temperaturmessung (in der Celsiusskale) des frei- strahlenden Metallbleches und in der Definition seiner -0ber- flache. Wir teilen hier einige Beobachtungsreihen mit, die wir mit der Anordnung von L u m m e r und Kurlbaum') angestellt haben. Das elektrisch gegluhte Platinblech bildet hier einen Kasten, in dem sich die Lotstelle eines Thermoelementes befindet.
In Tab. VIII sind zwei Serien von Vergleichungen auf- gefuhrt ; die Reihenfolge der Beobachtungen ist durch Nume- rierung angegeben. i bezeichnet die Stromstarke der Gliih- lampe Nr. 40 des auf den Platinkasten gerichteten Photometers, S die daraus berechnete schwarze Temperatur und t die Tempe- ratur (in Celsius), welche das Therrnoelement im Platinkasten angibt.
Nr.
21 1 8
12 20
11 2
19 13 10
3 18 14 4 9
17 15 5 6 7
16
Tabe l l e VIII.
i (Amp.)
0,327 0,362 0,369 0,371 0,373
0,423 0,424 0,425 0,430 0,487
0,488 0,489 0,490 0,569 0,569
0,570 0,574 0,663 0,666 0,666 0,666
S
641 742 760 767 771
902 905 907 919
1054
1056 1058 1061 1230 1230
1232 1240 1413 1418 1418 1418
t
681 ' 792 817 815 818
979 979 972 988
1149
1150 1153 1158 1361 1363
1369 1370 1571 1574 1575 1573
t - s
40 O
50 57 48 47
77 74 65 69 95
94 95 97
131 133
137 130 158 156 157 155
1) 0. L u m m e r u. F. Kur lbaum, Verhandl. der Physik. Gesellsch. zu Berlin 17. p. 106. 1898; 0. L u m m e r u. E. P r i n g s h e i m , 1. c.
Optisches Pyrometer. 24 1
Der Unterschied t - S ist innerhalb der Versuchsfehler (etwa 10 O) in dem beobachteten Interval1 eine lineare Funktion von t. Oberhalb dieses Gebietes muBte 8 - t schneller an- steigen, wenn bei t = 1780 O der Werth 235 O erreicht werden soll.
Die Strahlung des Palladiums stimmt mit der des P la ths zieualich uberein, wahrend Silber im roten Licht hinter beiden zuriickbleibt. Wir gehen hierauf nicht niiher ein, da es uns hier nur darauf ankam, Beispiele fur die Anwendung unseres Apparates zu geben, wollen jedoch noch einen Vexsuch er- wahnen , den man mit dem Palladiumkasten anstellen kann, urn den Unterschied in dem Strahlungsvermiigen einer blanken nnd einer oxydierten Metallflache zu demonstrieren.
Die Oberflache des Palladiums uberzieht sich bekanntlich bei gelinder Erhitzung mit einer dunklen Oxydhaut, die bei 800° wieder verschwindet. Hat man daher den Palladium- kasten langere Zeit durch den elektrischen Strom auf dunkler Rotglut gehalten, so ist seine Oberflache vollsttindig mit Oxyd uberzogen. Wenn nun der Heizstrom durch Verkleinerung des Ballastwiderstandes langsam vergriiBert wird, so steigt die Temperatur des Palladiumkastens ebenfalls allmahlich an. Sobald man auf diese Weise die Zersetzungstemperatur des Oxyds erreicht hat, verandert man den Stromkreis nicht weiter. Trotzdem steigt alsdann die Temperatur wegen der Abnahme der gesamten Strahlung rapide uber 200O. Die Stromstarke wird hierbei iiifolge der Widerstandszunahme des Prtlladiumkastens sogar kleiner.
(Eingegangen 5. November 1902.)
Annalen dsr Phpslk. IV. Folge. 1).
