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Naturwissenschaftliche Wochenschrift. 



N. F. XIII. Nr. 41 



Physik. Mit Zusammenstofien zwischen Elek- 

 tronen und den Molekiilen des Ouecksilberdampfes 

 und der lonisierungsspannung desselben beschaf- 

 tigt sich eine Arbeit von J. Frank und G. Hertz 

 (Berlin), die in den Berichten der Deutschen 

 Physikalischen Gesellschaft 1914, Seite 457467 

 erschiencn ist. Prallt ein Elektron, dessen Ge- 

 schwindigkeit und damit kinetische Energie unter 

 einer bestimmten Grofie liegt, auf ein Molekiil 

 eines Gases, das keine Elektronenaffinitat besitzt, 

 so wird es ohne Energieverlust, d. h. vollkommen 

 elastisch reflektiert. Uberschreitet die kritische 

 Geschwindigkeit dagegen eine bestimmte Grofie, 

 so tritt lonisation des Gases ein, d. h. die Stofie 

 werden unelastisch, das aufprallende Elektron ver- 

 liert seine Energie und dafur werden aus dem 

 getroffenen Gasmolekiil Elektronen herausgeschleu- 

 dert. Ua die Geschwindigkeit der stofienden 

 Elektronen von der Spannung abhangt, die sie 

 durchlaufen haben, so ist die kritische Geschwin- 

 digkeit durch eine bestimmte, die lonisierungs- 

 spannung, charakterisiert. In einer friiheren 

 Arbeit (Ber. d. D. Phys. Ges. 15, 34(1913)) haben 

 dieselben Verfasser diese Grofie fur Helium, Neon, 

 Argon, Wasserstoff u. a. Gase bestimmt. Fiir den 

 Quecksilberdampf wenden sie folgende neue Me- 

 thode an: Als Elektronenquelle dient ein diinner, 

 durch einen elektrischen Strom zum Gluhen ge- 

 brachter Platindraht, der in der Achse eines aus 

 feinem Platindrahtnetz bestehenden Zylinders von 

 8 cm Durchmesser ausgespannt ist. Zwischen 

 Draht und Zylinder ist eine veranderliche be- 

 schleunigende Spannung angelegt. Den Zylinder 

 umgibt in I 2 mm Abstand von ihm isoliert 

 eine zylindrische Platinfolie, die durch ein Galva- 

 nometer mit der Erde verbunden ist. Zwischen 

 Folie und Netz liegt eine konstante verzogernde 

 Spannung. Das ganze ist luftdicht in ein Glas- 

 rohr eingeschlossen, das durch ein elektrisch ge- 

 heiztes Paraffinbad auf etwa no" erhitzt wird. 

 Wahrend der Versuche ist die Luftpumpe dauernd 

 in Betrieb. Da sich in einem seitlichen Rohr ein 

 Tropfen Ouecksilber befindet, ist das Versuchsrohr 

 mit Quecksilberdampf von i mm Druck gefiillt. 

 Der Galvanometerstrom wird bei steigender be- 

 schleunigender und konstanter verzogernder Span- 

 nung gemessen. Nimmt die beschleunigende 

 Spannung von o auf 5 Volt, so nimmt der Strom 

 von o aus zu. Wird sie grofier als 5 Volt, so 

 nimmt der Strom plotzlich ab, um bei 10 Volt 

 ein neues Maximum zu erreichen. Wird die be- 

 schleunigende Spannung grofier als 10 Volt, so 

 fallt der Galvanometerstrom wieder. Das nachste 

 Maximum erreicht er bei 1 5 Volt usf. Dieses 

 Anwachsen und plotzliche Abfallen erklart sich auf 

 folgende Weise: Ist die beschleunigende Spannung 

 kleiner als 5 Volt, so werden die von dem Gliih- 

 draht ausgehenden Elektronen von den Hg-Mole- 

 kiilen vollkommen elastisch reflektiert, sie dringen 

 durch das Platindrahtnetz hindurch und zwar ver- 

 mogen sie um so zahlreicher gegen die verzogernde 



Spannung anzulaufen und den zum Galvanometer 

 fiihrenden Platinzylinder erreichen , je hoher die 

 beschleunigende Spannung ist. Ist die letztere 

 indessen gleich der lonisierungsspannung von 

 5 Volt, so werden die Stofie unelastisch , es tritt 

 lonisation ein. Die hierbei aus den Hg-Molekiilen 

 austretenden Elektronen durchlaufen bis zum 

 Durchtritt durch das Netz nur eine geringe 

 Spannung, erhalten demnach nur eine kleine Ge- 

 schwindigkeit, so daS sie nur in geringer Zahl 

 gegen das verzogernde Feld anlaufen konnen. 

 Der Galvanometerstrom wird wieder klcin. Wird 

 die beschleunigende Spannung grofier als 5 Volt, 

 so riickt die Stelle, an der die Elektronen un- 

 elastische Stofie erleiden , weiter nach dem 

 Heizdraht zu. Die durch den Stofi befreiten 

 Elektronen durchlaufen demnach eine grofiere 

 Spannung als vorher und erhalten dabei eine 

 grofiere Geschwindigkeit, so dafi sie wieder zum 

 Zylinder gelangen. Wird die beschleunigende 

 Spannung 10 Volt, so finden etwa in der Mitte 

 zwischen Heizdraht und Drahtnetz zum ersten- 

 mal die unelastischen Stofie statt, die dabei be- 

 freiten Elektronen haben dann bis zum Drahtnetz 

 noch 5 Volt zu durchlaufen, so dafi sie, wenn sie 

 hier ankommen, zum zweitenmal unelastisch gegen 

 die Hg-Molekiile prallen. Die vermoge dieser 

 zweiten lonisation entstandenen Elektronen kom- 

 men indessen vermoge ihrer geringen Geschwin- 

 digkeit nicht zum aufieren Zylinder. Bei 15 Volt 

 sind 3 Zonen vorhanden, in denen durch unelasti- 

 sche Stofie lonisation stattfindet. Der genaue 

 Wert der Ioniser ungsspannung lafit 

 sich demnach aus der Kurve, die den 

 Galvanometerstrom als Funktion der 

 beschleunigenden Spannung darstellt, 

 ablesen; ihr genauer Wert ist fur Hg- 

 Dampf 4,9 Volt. Um die Giite der Methode 

 zu priifen, wurden die Versuche mit Helium 

 wiederholt; in guter Ubereinstimmung mit friihe- 

 ren Versuchen ergab sich 21 Volt. 



Die Tatsache, dafi die lonisierungsspannung 

 eine fur jedes Gas charakteristische Grofie ist, 

 entspricht durchaus der Quantentheorie; nach 

 dieser soil namlich den Schwingungen der Elek- 

 tronen im Atom Energie nicht in beliebigen Be- 

 tragen, sondern nur in bestimmten Quanten zu- 

 gefuhrt werden konnen. J. Stark hat als erster 

 ausgesprochen, dafi der geringste zu ubertragende 

 Energiebetrag gleich ist dem Produkte aus der 

 Planck'schen Konstante h und der Frequenz 

 v desjenigen Elektrons, das die Energie empfangt. 

 Durch Versuche von Wood iiber Resonanzstrahlen, 

 tiber die kiirzlich in dieser Zeitschrift berichtet ist, 

 ist bewiesen, dafi in jedem Ouecksilberatom ein 

 schwingungsfahiges Elektron mit einer der Wellen- 

 lange 2$3,6[t[i entsprechenden Frequenz vorhanden 

 ist. Es zeigt sich nun, dafi der Energiebetrag, 

 den das Elektron nach Durchlaufen von 

 4,9 Volt enthalt, inner h alb der Fehler- 

 grenzen mit dem Produkt h v ii herein - 

 stim mt. 



