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Elektrizitätsträger und Stoßionisierung

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Elektrische Durchbruchfeldstärke von Gasen

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Zusammenfassung

Das Verständnis der Vorgänge, die zur elektrischen Entladung in Gasen führen, beruht auf den Erfahrungen, die beim Studium der elektrischen Entladungen in verdünnten Gasen gemacht wurden. In der Anwendung dieser Erfahrungen auf die Theorie der Entladungsspannung sind in erster Linie J. J. Thomson, J. Stark, J. S. Townsend, P. Lenara und J. Franck vorangeschritten.

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Literatur

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  16. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 1, S. 198. 1901.

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  17. Townsend, J. S.: Phys. Z. 2, S. 483. 1901.

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  18. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 3, S. 557. 1902;

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  19. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 5, S. 389. 1903;

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  23. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 11, S. 729. 1906;

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  24. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 27, S. 789. 1914;

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  25. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 28, S. 83. 1914.

    Google Scholar 

  26. Die beiden Werke von Townsend: „Theory of Ionisation of Gases by Collision“, 1910, und „Electricity in Gases“, 1915, waren mir leider nicht zugänglich. Inzwischen ist als I. Band des Handbuchs der Radiologie „Die Ionisation der Gase“ von J. S. Townsend erschienen, das sämtliche Arbeiten bis 1914 enthält (mit Hb. zitiert).

    Book  MATH  Google Scholar 

  27. Maxwell, J. C.: Phil. Mag. (4) 19, 22. 1860; Scient. Papers I, S. 382, 1890.

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  28. Diese Annahme kann streng erst bewiesen werden, wenn das Verteilungsgesetz bekannt ist. Daher ist dieser Beweis nicht einwandfrei. Den strengen Beweis s. Boltzmann, L.: Vorlesungen über Gastheorie I, S. 15.

    Google Scholar 

  29. Maxwell, J. C.: Phil. Mag. (4), 25. 1860; Boltzmann, L.: Vorlesungen I, S. 15.

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  30. Bezüglich der genaueren Untersuchung, die für unsere Zwecke nicht nötig ist, s. Clausius, R.: Pogg. Aun. 105, 239. 1858; Maxwell, J. C.: Scient. Papers I, 382; Boltzmann, L.: Vorlesungen über Gastheorie I. S. 15.

    Google Scholar 

  31. Z. B. eine Schar paralleler Kathodenstrahlen, die aus einem Vakuum in ein Gas eintreten.

    Google Scholar 

  32. Was hier für das Nebeneinander sehr vieler Teilchen abgeleitet wurde, gilt auch für das Nacheinander für ein Teilchen. Das gleiche Verteilungsgesetz gilt auch für die freien Wege, die ein Teilchen im Verlauf vieler Stöße zurücklegt.

    Google Scholar 

  33. S. insbesondere „Quantitatives über Kathodenstrahlen aller Geschwindigkeiten“. Heid. Ak. 5. 1918, wo auch ausführliche Literaturangaben.

    Google Scholar 

  34. Unter Absorption ist in diesem Zusammenhang nur die Erscheinung zu verstehen, daß ein Elektron beim Zusammenstoß mit einem Molekül seine Geschwindigkeitsrichtung ändert und daher für den Strahl parallel bewegter Elektronen nicht mehr in Frage kommt, nicht etwa auch das Klebenbleiben an einem solchen Molekül. Lenard teilt entsprechend auch in „echte“ und „unechte“ Absorption.

    Google Scholar 

  35. S. z. B. Meyer, O. E.: Die kinetische Theorie der Gase. Breslau 1877. S. 205.

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  36. s. a. G. Hertz, Physica 2, 87, 1922, wo für langsame Elektronen in Ar und Ne eine starke Abhängigkeit der freien Weglänge von der Geschwindigkeit beobachtet wurde.

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  37. Paschen, F.: Ann. d. Physik 37, S. 69. 1889, s. a. S. 51.

    Article  Google Scholar 

  38. Auch für Edelgase (freie Elektronen, elastischer Stoß) gilt Paschens Gesetz, s. G. Holst u. E. Oosterhuis, Comptes R. 175, 577, 1922), da auch hier E λm bestimmend ist (s. S. 151, Anm. 1) u. S. 156, Anm. 2)).

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  39. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 1, S. 198. 1901.

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    Google Scholar 

  42. Siehe Stoletow, R.: Journ. de Phys. 9, S. 468. 1890.

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  43. Siehe Townsend, J. S.: Hb. S. 88; Phil. Mag. (6) 26, S.730. 1913. Unter 0,1 mm Hg ist α praktisch proportional dem Druck und unabhängig von E, wenn dieses größer ist als 300 Volt/cm. Für jedes E existiert ein bestimmter Druck, bei dem α am größten ist (s. Gl. 23). Für β muß der günstigste Druck ein äußerst geringer sein. Die positiven Teilchen werden wohl auch weniger beeinflußt als die negativen (Elektronen).

    Google Scholar 

  44. Originalmessungen s. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 3, S. 557. 1902;

    Google Scholar 

  45. Originalmessungen s. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 5, S. 389. 1903;

    Google Scholar 

  46. Originalmessungen s. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 6, S. 598. 1903; (6) 8, S. 738. 1904.

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  48. Gill, E. W. B. und Pidduck, F. B.: Phil. Mag. (6) 16, S. 280. 1908;

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  49. Gill, E. W. B. und Pidduck, F. B.: (6) 23, S. 837. 1912. Das Elektrodenmetall spielt wenigstens bei trockener Luft keine Rolle

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  50. (Gill, E. W. B.: Phil. Mag. (6) 42, S. 852. 1921). Kupfer- und Zinkelektroden geben trotz des sehr großen Unterschiedes der photoelektrischen Empfindlichkeit die gleichen Werte für α, so daß die Ionisierung wirklich durch Stoß auf die Gasmoleküle zustande kommt und nicht durch eine Lichtwirkung der gestoßenen Moleküle (s. S. 157) auf die Elektroden.

    Google Scholar 

  51. Phil. Mag. (6) 26, S. 1034. 1913.

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  52. Nach Townsend, Phil. Mag. (6) 27. 1914.

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  55. Es fragt sich allerdings, ob bei diesen Versuchen die Gase genügend rein waren, denn Strutt z. B. (s. S. 52) findet bei N2 einen sehr großen Einfluß von Verunreinigungen.

    Google Scholar 

  56. Phil. Mag. (6) 3, S. 212. 1902.

    Google Scholar 

  57. Phil. Mag. (6) 5, S. 389. 1903.

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  58. Phil. Mag. (6) 23, S. 400. 1912.

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    Article  Google Scholar 

  63. Phil. Mag. (6) 6, S. 598. 1903.

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  64. Phil. Mag. (6) 8, S. 738. 1904.

    Google Scholar 

  65. S. z.B. Maxwell, J. C.: Phil. Mag. (4)19. S. 22. 1860. Die Zusammensetzung ungeordneter Geschwindigkeiten und ungeordneter mit geordneten erfolgt im Mittel quadratisch. S. a. Townsend, J. S.: Hb. S. 256.

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  66. S. a. Lenard, P.: Heidelb. Berichte, 17. Abh., S. 58. 1914.

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  67. Phil. Mag. (6) 27, S. 269. 1914.

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  68. Proc. Roy. Soc. 86, S. 123, 197. 1912; Hb. S. 73, 80.

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  69. S. a. Lenard, P.: Quantitatives über Kathodenstrahlen aller Geschwindigkeiten, S. 215. 233.

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  70. S. z.B. Lenard, P.: Ann. d. Physik 3, S. 312. 1900. Besitzt ein Elektron mit der Masse mvor dem Stoß die Geschwindigkeit v 1 in Feldrichtung, so ist seine Geschwindigkeit in Feldrichtung v nach dem elastischen Stoß, wenn man das Mittel über alle gleichberechtigten Stoßkombinationen nimmt, gleich

    Google Scholar 

  71. Als Mittelwert der Geschwindigkeit aller elastischen Stöße erscheint die Geschwindigkeit des unelastischen Stoßes.

    Google Scholar 

  72. Über die feinere Berechnung der Wanderungsgeschwindigkeit mit Berück -sichtigung der Veränderlichkeit der Gesch windigkeitens. Lenard, P.: Ann. d. Phys. 3, S. 312. 1900;

    Google Scholar 

  73. Lenard, P.: Ann. d. Phys. 40, S. 393. 1913;

    Article  MATH  Google Scholar 

  74. Lenard, P.: Ann. d. Phys. 41, S. 53. 1913;

    Article  Google Scholar 

  75. Lenard, P.: Ann. d. Phys. 60, S. 329. 1920;

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    Article  Google Scholar 

  77. Meyer, O. E.: Kinetische Theorie der Gase, S. 23.

    Google Scholar 

  78. Ein anderer Weg zur Berechnung der Stoßzahlen gründet sich auf die Annahme einer gleichen mittleren Weglänge für alle Stöße. Da schon die mittlere Geschwindigkeit der Träger als groß gegen die der Gasmoleküle angenommen wird, kann die Änderung der Weglänge mit der Geschwindigkeit hier keinen großen Fehler bedingen. In diesem Falle ergibt die relative Häufigkeit des Vorkommens der Geschwindigkeit c auch zugleich die relative Häufigkeit des Vorkommens der Stöße mit der Geschwindigkeit c und es wird

    Google Scholar 

  79. S. a. Proc. Roy. Soc. A. 86, S. 571. 1912 und Hb. S. 105.

    Google Scholar 

  80. Siehe Townsend, J. S.: Proc. Roy. Soc. A. 81, S. 464. 1908;

    Article  MATH  Google Scholar 

  81. Auch der Diffusionskoeffizient der negativen Träger nimmt mit wachsendem (math) stark zu (Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 23, S. 856. 1912). So ergibt sich in Luft bei 1,5 Volt/cm

    Google Scholar 

  82. Der Diffusionskoeffizient von H2 in Luft bei 4,5 mm Hg beträgt 105.

    Google Scholar 

  83. Phil. Mag. (6) 27, S. 269. 1914; s. a. Phil. Mag. (6) 40, S. 505. 1920; s. a, Haselfoot, C. E.: Proc. Roy. Soc. 87, S. 350. 1912.

    Article  Google Scholar 

  84. Auch dieser Wert von V ist nur als ein Mittelwert aufzufassen, wegen der willkürlichen Wahl der Wahrscheinlichkeitsfunktion w S. 133.

    Google Scholar 

  85. Pidduck, F. B.: Proc. Roy. Soc. A. 88, S. 296. 1913.

    Article  MATH  Google Scholar 

  86. Townsend, J. S.: Phil. Mag. (6) 40, S. 505. 1920.

    Google Scholar 

  87. Townsend, J. S., und Baily, V.A.: Phil. Mag. (6) 42, S. 873. 1921.

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    MATH  Google Scholar 

  89. Die Annahme, daß nur an der Oberfläche der negativen Elektrode Elektrizitätsträger entstehen, ist für das Resultat durchaus nebensächlich. Auch bei Volumenionisation durch Röntgenstrahlen oder Ionisierung in einer dünnen Schicht zwischen den Elektroden entsteht genau dieselbe Entladungsbedingung.

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    Google Scholar 

  93. Nur bei Edelgasen, äußerst reinem N2 und H2 findet anscheinend die pos. Ionisierung vorwiegend am Kathodenmetall statt, S. 159, Anm. 2.

    Google Scholar 

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  96. Ferner P. Lenard: Ann. d. Physik 40, 393. 1913;

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  97. Ferner P. Lenard: Ann. d. Physik 41, S. 53. 1913;

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  105. Z. B. hat N. Åkesson bei langsamen Elektronen von einigen Volt in H2, O2 und Luft entweder gar keine Geschwindigkeitsverluste oder solche von 7 Ibis 8 Volt beobachtet (siehe Lenard, P.: Heid. Ber. 1914, 17. Abh. S. 60). Diese Mindestgeschwindigkeit des Verlustes tritt bei streifendem Vorbeigang des Elektrons am Molekül auf. Echte oder nahezu echte Reflexion von Elektronen an Molekülen ist nach P. Lenard nur bei geringen Geschwindigkeiten (gering gegen die des Lichtes) häufiger zu erwarten. Bei hohen Geschwindigkeiten tritt Reflexion nur selten und mit großem Geschwindigkeitsverlust auf. Bis zu den erwähnten Geschwindigkeiten muß die Energieansammlung des bewegten Elektrons steigen können. Über verlustlose Reflexionen in Hg-Dampf s. Franck, J., und Hertz, G.: Verh. Dt. Phys. Ges. 16, S. 457. 1914.

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  151. Für Luft trifft dies jedoch nicht zu.

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Authors and Affiliations

  1. Tech. Physik, Universität Jena, Deutschland

    W. O. Schumann (A.O. Professor)

Authors
  1. W. O. Schumann
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Dieses Kapitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieses Kapitel ist aus einem Buch, das in der Zeit vor 1945 erschienen ist und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.

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Schumann, W.O. (1923). Elektrizitätsträger und Stoßionisierung. In: Elektrische Durchbruchfeldstärke von Gasen. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-25891-0_2

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