Research Collection Doctoral Thesis Der thermische Verlauf des Paramagnetismus bei Magnetit, Platin und Palladium Author(s): Kopp, Werner Publication Date: 1919 Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000089262 Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection . For more information please consult the Terms of use . ETH Library
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Research Collection
Doctoral Thesis
Der thermische Verlauf des Paramagnetismus bei Magnetit,Platin und Palladium
P. Langevin1) hat als Erster eine Theorie des Paramagnetismus
aus den Gesetzen der klassischen statistischen Mechanik entwickelt.
Indem er eine grosse Zahl gleichartiger molekularer Magnete be¬
trachtet, welche unter dem Einfluss der thermischen Agitation einer¬
seits und der Einwirkung eines äusseren magnetischen Feldes
andererseits stehen, kann er auf die Stellung des molekularen Mo¬
mentes a zur Feldrichtung das Maxwell-Boltzmann'sche Vertei¬
lungsgesetz anwenden. Die Zahl der Molekularmagnete, welche mit
der Feldrichtung Winkel im Bereiche « bis et -f- da einschliessen,
ist gegeben durch
u. H cos a
dis = Ke ' T du>
wo dw die Kegelzone darstellt zwischen den Oeffnungen « und
ß -f- da. Das resultierende Moment aller Elementarmagnete eines
Grammoleküls fällt aus Symmetriegründen in die Feldrichtung und
ist demnach am — I fi cos ßdN
r
Die Konstante K bestimmt sich aus der Bedingung I ofN = N
(N = Avogadrosche Zahl). Die Integration liefert das Gesetz der
Abhängigkeit des magnetischen Momentes von der Temperatur
<rm ,,I «H ffmo H
= coth a a = ^~ = -5—-
<rm„ a r T R T
<rmo bedeutet das magnetische Moment des Grammoleküls, wenn alle
Elementarmomente parallel sind, also bei der absoluten Sättigung
Cm, = N.
II
Für die relativ schwachen Felder, die wir zu erzeugen im Stande
sind, ist a klein und es gilt annähernd
öm__
a_
woraus sofort das Gurie*sche Gesetz folgt:
T"TT
=
TÉToder T ' %m = Gn
') P. Langevin, Ann. ehim. et phys. VIII série T. V. 1905.
()
wo /m den molekularen Magnetisierungskoefh'zienten vorstellt. Dieses
Geselz ist bei allen Körpern, hei denen eine gegenseitige Beeinflus¬
sung der Moleküle nicht in Betracht kommt, also bei paramagne¬
tischen Gasen und sehr verdünnten Lösungen, zu erwarten.
P. Weisse hat nun den Einfluss der Wechselwirkung der ele¬
mentaren Magnete untereinander in die Theorie eingeführt, indem
er annimmt, dass die Wirkung der Moleküle auf eines unter ihnen
einem inneren molekularen Felde aeq trivalent ist, welches er pro¬
portional dem magnetischen Momente der Volumeneinheit setzt.
Hm = N • I. Diese Hypothese gibt in befriedigender Weise den
Verlauf der spontanen Magnetisierung der ferromagnetischen Körperwieder. Oberhalb des Curiepunktes, wo der Ferromagnetismus ver¬
schwindet, fordert sie das verallgemeinerte Gurie'sche Gesetz
a2
^m ( J — & ) — Gm J Gm =^ ~fT
6 bedeutet die Temperatur des Curiepunktes. Durch die experi¬mentelle Bestimmung der Konstanten Gm lässt sich das molekulare
Sättigungsmoment amn = \ 3 RGm berechnen. Die Ermittelung von
C und 6 geschieht am besten in einer graphischen Darstellung des
reziproken Magnetisierungskoeffizienten in Funktion der Tempera¬tur. Das Gurie'sche Gesetz wird dann durch eine Gerade darge¬stellt, aus deren Neigung der Wert von Cm folgt.
Die Untersuchungen von P. Weiss und seinen Mitarbeitern an
den ferromagnetischen Substanzen über dem Curiepunkte haben
die Theorie bestätigt. Es zeigte sich dabei, dass die meisten Körperverschiedene Temperaturintervalle aufweisen, für welche das Curie-
sche Gesetz einzeln gilt mit verschiedenen Konstanten.
Einen wesentlich neuen Gesichtspunkt eröffnete dann P. Weiss,indem er zeigte, dass sowohl bei den einzelnen Temperaturgebietendesselben Körpers, als auch bei den verschiedenen Körpern unter¬
einander, die aus den Curiekonstanten bestimmten Sättigungs¬momente ganzzahlige Vielfache eines elementaren Momentes von
1123,5 c. g. s. Einheiten sind, das er Magneton nannte. Derselbe
gemeinsame Teiler fand sich auch bei den Sättigungsintensitäten ferro-
magnetischer Substanzen bei sehr tiefen Temperaturen und bei einer
grossen Zahl gelöster und fester paramagnetischer Salze.
Unter diesen Substanzen nahm Magnetit eine besondere Stel¬
lung ein, indem sich zwar 5 Intervalle finden Hessen, deren amasich verhalten wie 4:5:6:8:10, deren absolute Werte jedoch nicht
M P. Weiss. Journ. de phys. 1911.
7
ganze Magnetonenzahlen lieferten. Ferner stehen unter den para¬
magnetischen Körpern viele nicht oder nur annähernd mit der
Theorie im Einklang. Insbesondere scheinen die Elemente Aus¬
nahmen zu machen. Vorliegende Arbeit hatte deshalb zum Ziele,
die Kenntnis über das Verhalten des Magnetits oberhalb des Curie¬
punktes mit der im Laufe der Messungen immer mehr vervoll¬
kommneten Versuchstechnik weiter zu fördern und andere para-
magnetische Substanzen in Bezug auf ihre Stellung zur Magnetonen-
Iheorie zu prüfen. Unter letzteren wurden die Elemente Platin
und Palladium herausgegriffen.
IL Magnetit.A. Allgemeines.
Das magnetische Verhalten des Magnetites über dem Umwand-
lungspunkt war bis jetzt schon dreimal untersucht worden ; zuerst
von P. Curie1), dann von P. Weiss und G. Foëx2) und schliesslich
von K. Honda und H. Takagi3). Curie erstreckte seine Messungenauf ein sehr grosses Temperaturgebiet, während sowohl Weiss und
Foëx als auch Takagi dem Temperaturintervall vom Umwandlungs-punkt bis 900° eine eingehende Untersuchung widmeten. Die Mes¬
sungen Curie's geben eine Gerade von 900° an aufwärts. Unterhalb
dieser Region sind sie zu spärlich, um mit den anderen Arbeiten
in Vergleich gezogen werden zu können. Die Messungen von P. Weiss
und G. Foëx stehen zu denen der japanischen Forscher in einem
gewissen Gegensatz, indem Erstere die schon erwähnten geradenRegionen fanden, mit einer erheblichen Diskontinuität zwischen
1der 2. und 3., während Letztere den Verlauf der-—: T Kurve als
X
kontinuierlich ansprachen. Die Messung von P. Weiss u. G. Foöx
weist eine grössere Präzision auf und verdient in dieser Hinsicht
entschieden den Vorzug. Dagegen machten schon Sosman und
Hostetter auf den Umstand aufmerksam, dass der Sprung der
Weiss'schen Kurve mit einem Umwandlungspunkl von Fe2 03 zu¬
sammenfällt, sodass die Vermutung nahe liege, dass die konstatierte
Diskontinuität auf eine Verunreinigung der Substanz durch Oxy¬dation in Fe2 03 zurückzuführen sei. Alle drei Untersuchungengeben keine weiteren Angaben über den Reinheitsgrad oder andere
Eigenschaften der untersuchten Magnetitproben. Ich habe es des¬
halb als eine erste Aufgabe dieser Arbeit betrachtet. Auswahl und
Herstellung der Substanz, besondere Beachtung zu schenken.
B. Präparativer Teil.
1. Allgemeines.Unter den verschiedenen Oxydationsstufen des Eisens nimmt
das Magnetit in physikalischer Hinsicht eine besondere Stellungein. Während das Eisenoxyd Fe2 03 und das Eisenoxydul Fe 0
') P. Curie. Oeuvres pg. 232. Ann. chim. et phys. 7e série, t. V. 1895.
3) P. AVeiss u. G. Foëx. Arch, de Geneve. 4 T. XXXI. 1911.
3) K. Honda und H. Takagi. The science reports of the Tôhoku ImperialUniversity. I. série. Vol. II. No. 3. 1913.
9
bei gewöhnlicher Temperatur nur sehr schwach magnetisch sind,
zeigt das Oxyduloxyd stark ferromagnetischen Charakter. Es sind
also hauptsächlich die magnetischen Eigenschaften, welche den
Physiker interessieren.
In der Metallurgie kommt dem Studium der verschiedenen
Oxydationsstufen des Eisens eine hervorragende Rolle zu: findet
sich doch dieses Metall in der Natur zum grossen Teil als Sauer¬
stoffverbindung vor. Deshalb sind auch die Untersuchungen ihrer
magnetischen Eigenschaften, gerade weil die verschiedenen Oxyde
hierin so ungleiches Verhalten zeigen, in hohem Masse geeignet,
dem analytischen Chemiker, wie dem iMineralogen eine wertvolle
Stütze zu werden. Gleichzeitiges Studium sowohl der chemischen
wie physikalischen Eigenschaften werden uns ihre gegenseitigen
Beziehungen vermitteln, sodass da, wo die eine Methode rascher
und bequemer arbeilet, sie die andere vertreten kann. Aehnlich
wie die thermische Analyse Taminanns uns einen tieferen Einblick
in die Konstitutionsverhältnisse bei den Legierungen gestattete, so
werden auch magnetische Untersuchungen in dieser Hinsicht för¬
dernd sein. Für den Physiker aber werden sie bei bekanntem
chemischem und thermischem Verhalten zu einem tieferen Einblick
in das Wesen des Magnetismus verhelfen. In diesem Sinne ist von
Prof. Weiss das Studium der binären Legierungen der ferromag¬
netischen Metalle unternommen worden, das wichtige Beiträge zur
Kenntnis des molekularen Eeldes geliefert hat. Auch in den nach¬
folgenden Untersuchungen, welche die Beschaffung von möglichst
reinem Magnetit zum Hauptzwecke hatten, habe ich bestimmten
Gesetzmässigkeiten zwischen chemischen und magnetischen Eigen¬
schaften, die sich nebenbei zeigten, soweit wie möglich weiteres
Interesse geschenkt.
2. Stellung des Magnetites unter den Eisenoxyden und
sein thermochemiscb.es Verhalten.
Um nach dem gesteckten Ziele, der Beschaffung einer möglichst
einwandfreien Substanz, auf sicheren Wegen zu gehen, war es
nötig, die thermochemischen Beziehungen des Magnetites zu den
beiden benachbarten Oxyden Fe2 03 und Fe 0 näher zu kennen.
Noch vor wenigen Jahren galt es als eine bekannte Tatsache.
dass man aus dem Rost Magnetit erhält, wenn man denselben ge¬
nügend lang hoch erhiht. Wie unzulänglich diese Angabe ist,
haben die neueren Untersuchungen, welche auf dem Boden der
10
Phasenlehre unternommen wurden, insbesondere die umfangreichenund sorgfältigen Versuche von Sosman und Hosteller1) gezeigt. Sie
betrachteten das System Fe2 03 - Fe3 04 in Abhängigkeit vom äusseren
Sauerstoi'fdnick und von der Temperatur. Das System enthält zwei
unabhängige Komponenten : Fe und 0. Eine Phase bildet der gas¬
förmige Sauerstoff. Betreffend der Zahl der festen Phasen sind
zwei Falle möglich.
1. Wir haben zwei feste Phasen Fe2 03 und Fe3 04. Die Zahl
der Freiheitsgrade ist dann F = 2— 3 -j- 2 = 1. Das heisst, bei
einer bestimmten Temperatur sind beide Phasen nur unter einem
bestimmten Sauerstoffdruck dem Dissociationsdruck coexistent. Jede
Druckänderung führt zum vollständigen Verschwinden der einen
oder anderen Phase. Vollständiges heterogenes Gleichgewicht.2. Wir haben feste Lösungen von Fe2 03 und Fe3 04, also nur
eine feste Phase und somit zwei Freiheitsgrade p und t. Bei einer
bestimmten Temperatur ändert sich durch eine Druckänderung nur
die Zusammensetzung der Phase, also in vorliegendem Falle die
Prozente Fe ü der festen Lösung. Unvollständiges heterogenesGleichgewicht.
Sosman und IJostetter konnten nachweisen, dass htzterer Fall
im ganzen Intervall von Fe2 03 bis Fe3 04 oder wenigstens bis zu
einem Punkte sehr nahe bei Fe3 ()4 zutrifft. Sie haben bei den
Temperaturen 1100° und 1200° die Abhängigkeit des Sauerstol'f-
druckes von der Zusammensetzung der festen Phase untersucht und
einen kontinuierlichen Verlauf desselben gefunden, sodass eine voll¬
ständige gegenseitige Löslichkeit von Fe2 03 und Fe3 04 in dem
genannten Intervalle anzunehmen ist. Da aber die Aenderung der
Konzentration durch Uebergang eines Teiles der festen Phase von
der einen Oxydationsstufe zur andern, also durch Dissociation von
Sauerstoff erfolgt, so stellen obige Sauerstoffdrucke gewissermassendie Dissociaüonsdrucke der betreffenden festen Lösung dar. Sosmanund Hosteiter fanden, dass der Dissociationsdruck von Fe3 04 bei
1100° kleiner als 0,005 mm Hg, bei 1200° kleiner als 0,04 mm Hgist. In einer ausgedehnten mittleren Region zwischen Fe2 03 und
Fe3 04 variiert der Druck sehr wenig und ist bei 1200° durch¬schnittlich 2 mm Hg, bei 1100° ca. 0,1 mm Hg. Er fällt in derNähe von Magnetit sehr rasch ab und steigt ebenso steil bei Fe2 03 an
') R. B. Sosman und J. C. Hostettei-, The oxydes of iron I. Solid solutionin the System Fe2 08 — Fe3 0,. Journ. of the Amerie. Chem. Soc. Vol. XXXVIIINo. 4 1916.
11
Ueber das Verhallen des Systèmes Fe3 04 — Fe 0 liegen noch
keine thermischen Untersuchungen vor. Dagegen lassen die Ver¬
suche von Hilpert und Beyer1] auch in diesem Gebiete feste Lösungen
vermuten. Wir werden sehen, wie diese Vermutungen durch mag¬
netische Daten in den folgenden Untersuchungen weiter gestützt
und präzisiert werden. Das Oxyduloxyd würde dann eine chemische
Verbindung zwischen zwei Systemen fester Lösungen darstellen.
Weitere thermische Daten über die Eisenoxyde finden wir in
einer Abhandlung von W. D. Treadwell2). Dort werden die Sauer¬
stofftensionen von Fe2 03, Fe3 04 und Fe 0 für Temperaturen bis
1100° auf elektrometrische Weise bestimmt und mit der verein¬
fachten Nernst'schen Dampfdruckformel in Parallele gezogen. Für
unsere Zwecke ist besonders das Verhalten von Fe3 04 von Bedeu¬
tung. Allerdings reichen die Messungen nicht bis zu dem Tempe-
raturgebiet von 1600° und mehr, das hier für die Darstellung von
Fe3 04 in Frage kam, hinauf, doch glaube ich durch Extrapolation
wenigstens qualitative Schlüsse ziehen zu können.
Jch habe mir darüber in verschiedener Weise ein Bild zu
machen versucht. Der einfachste Weg ist wohl die direkte An¬
wendung der Nernsfschen Nährungsgleichung für den Dissociations-
druck.
') S. Hilpert und J. Beyer. Ber d. deutsch, ehem. Ges. 44 Heft 10 1911,
pag. 1608.
'-') W. D. Treadwell. Zeitschr. f. Elektrochemie 22. 1916 pg. 414.
12
log p =ü
+ il5 j T + g g4,571 T
6 Fe O + 02 = 2 Fa, 04 + 147400 cal
somit log pmm Hg = î^pL + 1,75 log T -f- 5,68
Die hiedurch gegebenen Druckwerte stimmen wohl am wenig¬sten mit dem wahren Verlauf überein, können aber gut als untere
Grenze aufgefasst werden. Es ist bei 1527° noch log p — — 6,55,bei 2000° noch p = ca. 0,001 mm.
Eine obere Schranke der möglichen Druckwerte habe ich mir
verschafft, indem ich den von Sosman als obere Grenze von pbei 1200° p =0,04 mm Hg gegebenen Wert angenommen habe und
damit in der Nemst'schen Formel den Koeffizienten von T be¬
rechnete. Es ergibt sich dann
922^0+ 1,75 log T + 0,0063 . T + 5,68
P
2,6 .10-*
4.10-2 (Annahme)
1,6 .10"1
16
1110
Die unterste mögliche Grenze, dass sich Magnetit mil dem
Sauerstoffdruck der Luft im Gleichgewicht befindet, ist also ca.
1400°. Dass sie aber sehr wahrscheinlich höher liegt, zeigen die
experimentellen Itefunde von Waiden1).Ferner kann man für 1000° den Dampfdruck aus den Poten¬
tialmessungen von Treadwell entnehmen und ebenfalls den obigenKoeffizienten berechnen. Es ist ~
=- 0,897 für T = 1273, daraus
2 -
log p = — = — 14,10 log pmm Hg =— 1 1,22
T»10—*
Der Koeffizient von T wird 2,36 • 10- 3 und schliesslicht T log p
lagen mehrere Stücke künstlichen Magnetiles vor, hergestellt von
der „Elektron" Griesheim.
ri
4. Die Herstellung des künstlichen Magnetites.
Unter den bis jetzt bekannten Darstellungsmethoden von reinem
Magnetit sind diejenige von Hilpert und Beyer fl. c.) und die von
Sosman und Hostetter (I. c.) wohl die einzigen, welche für die zu
verfolgenden Zwecke in Betracht kommen konnten. Beide beruhen
auf der Herstellung eJnes thermocheinischen Gleichgewichtes. Beide
Methoden arbeiten mit pulverisiertem Versuchsmaterial. Für die
magnetischen Messungen war es aber zweckmässig, kompakte Stücke
von mindestens 0,1 gr Masse zu besitzen, sodass eine Methode, die
über dem Schmelzpunkt des Magnetites 1580° arbeitet, verwendet
werden musste. P. Weiss schmolz Magnetit in einem Jridium-
schiffchen in der Knallgasflamme. Das Schiffchen gibt dann zudem
dem Schmelzstück annähernd Ellipsoidform.Für Messungen im ferromagnetischen Gebiet ist diese Methode
sehr praktisch. Jm paramagnetischen Gebiet macht aber die jeweilenzu messende Korrektur für das Schiffchen diese Darstellungsweise
Fig. 2
ungeeignet. Verschiedene Versuche führten schliesslich zu folgen¬dem einfachen Verfahren. Ein quadratisches Stück Silberblech von
ca. 5 cm Kantenlänge wird durch wiederholtes Pressen und Aus¬
glühen in die in Fig. 2 skizzierte tiegelartige Form gebracht. Es
steht auf vier Füsschen in einer Porzellanwanne, die bis zur an¬
gegebenen Höhe mit Wasser gefüllt ist. Der Tiegel wird mit Eisen¬
oxyd beschickt. Die Reduktion erfolgt mittelst einer Knallgasflamme,weiche mit einem kleineren Daniell'schen Hahn, wie er für das
Zirkonlicht Verwendung findet, erzeugt wird. Zuerst wird das Eisen¬
oxyd langsam in kleiner Flamme aufgeschmolzen und zu einein
Tropfen vereinigt und hierauf auf möglichst hohe Temperatur ge¬
bracht. Durch fortwährendes Bewegen des Tropfens mittelst der
Flamme erhält derselbe ziemlich homogene Temperatur. Der Tiegel
13
wird durch das Wasserbad kalt gehalten. Der Tropfen berührt
ihn kaum, sodass die oft so hinderliche Einmischung der Tiegel¬
substanz in die Reaktion ausgeschlossen ist. Befindet sich die
Schmelze im gewünschten Zustand, so wird sie durch Uehergiessen
von destilliertem Wasser rasch abgeschreckt. Letztere Operationist unumgänglich notwendig, da bei langsamem Erkalten immer
wieder Oxydation und Blähungen eintreten würden. Die Schmelz-
stücke hatten meistens kugelige Form. Es zeigte sich bald, dass
die erreichte Temperatur \on Versuch zu Versuch wenig schwankte,
dass aber die Zusammensetzung der Gasatmosphäre bedeutende Ver¬
schiedenheit aufgewiesen haben muss, indem die Schmelzstücke
ziemlich verschiedene Magnetisicrungsintensitäten zeigten. Dieses
forderte eine Kontrolle der beiden zugeführten Gase während des
Schmelzprozesses. Ich schaltete daher in jeden der beiden Gaswege
ein Wassermanometer ein, wodurch die Gasdrucke sich leicht beob¬
achten Hessen. Die besten Resultate gab die uormalbrennende
Flamme vielleicht mit einem kleinen Sauerstol'füberschuss. Ferner
konnte konstatiert werden, dass, sobald bei hoher Temperatur kleine
Bläschen aus dem Tropfen austraten, dann das Schmelzproduktschlecht war, und zwar ist es, wie spätere chemische Analysen
zeigten, zu oxydulreich. Die Erscheinung trat auch immer auf,
wenn der Wasserstoff vorherrschte. Die besten Produkte entstanden,
wenn man sich gerade an der Grenze zur Bläschenbildung bewegte
und eine möglichst hohe und homogene Temperatur erreichte. Die
Dauer einer Schmelzung war gewöhnlich ca. 2 Minuten. Längeres
Verharren auf hoher Temperatur hatte keinen Einfluss, da sich
wohl bei so hoher Hitze das Gleichgewicht sehr rasch einstellt.
Die Temperatur schätzte ich aus der Strahlung auf mindestens
1600°. Ein grosser Nachteil der Methode ist die mangelhafte De-
linierung von Temperatur, Druck und Zusammensetzung der Gas¬
atmosphäre. Er wird durch den Umstand etwas behoben, dass
zufolge der Kürze und Einfachheil des Verfahrens die Zahl der
Versuche gehäuft werden konnte. Es wurden denn auch mehr als
150 Schmelzungen ausgeführt.
5. Die magnetische Analyse.
Sie besteht darin, dass die magnetische Sättiguugsinlensitat
a bei gewöhnlicher Temperatur gemessen wird. P. Weisse hat
gezeigt, dass diese für einen reinen Körper von Stück zu Stück
') P. Weiss, Journ. de physique 4. IX. 1910 pag. 373.
16
sehr wenig variiert, sodass sie den Hang einer Materialkonstanten
einnehmen kann. Es ist deshalb zu erwarten, dass die Intensitäts¬
messung uns Aufschlüsse über die Zusammensetzung geben wird.
Insbesondere muss unter allen Stufen von Oxydation diejenige,welche dem reinen Magnetit entspricht, den höchsten Sättigungs¬wert zeigen. Zu letzterem Schlüsse führen die Resultate von
M. Aider1) über die magnetischen p]igenschaften der Kupfer-Nickel-Legierungen, welche feste Lösungen eines ferromagnetischen Me¬
talles in einem schwach magnetischen darstellen. Es zeigte sich,
dass die Magnetisierungsintensität von der chemischen Verbindung
Cu3 Ni2 an linear mit dem Gehalt an der ferromagnetischen Kom¬
ponente wächst. Ein ganz analoger Fall liegt auch hier vor, wenn-
Fig. 3
gleich auch das hlisenoxyd und das Oxydul vielleicht nicht ganz
frei von Ferromagnetismus sind. Man hat also sowohl von der
Oxyd- als von der Oxydulseite her ein ungefähr lineares Anwachsen
der Magnelisierungsintensität bis zu einem Höchstwert bei Magnetitanzunehmen. Selbstverständlich entsprechen dann einem Werte von
a immer zwei verschiedene Konzentrationen, eine oxydulreichereund eine oxydulärmere als Magnetit. Diese Zweideutigkeit war ein
Grund mit, auch noch die chemische Analyse einzuführen. Da¬
gegen hat die magnetische Messung den Vorteil, bei Serieversuchen
rascher und einfacher zu sein als die chemische, und, was sehr
wesentlich ist, ohne Verlust des Präparates zu arbeiten.
') M. Alder, Diss. Zürich 1910.
17
Die Messmethode ist von P. Weiss bei der Bestimmung der
Sättigungsintensitäten der ferromagnetischen Substanzen in abso¬
lutem Masse angewendet und in Bezug auf Fehlerquellen sorgfältig
diskutiert worden. Sie ist unter dem Namen Isthmusmethode be¬
kannt. Zwischen den Polen eines Weiss"schen Röhrenmagneten
befindet sich ein Solenoid, welches mit einem ballistischen Galvano¬
meter verbunden ist. Bringt man in die Mitte der Spule, wo ihr
Feld ziemlich homogen ist, eine Substanz von der magnetischen
Polarisation I, so ist die Zunahme des Induktionsflusses durch das
Solenoid
.a 0 — G . y . I = G • a • m ; m = Masse.
A <? ist dem ballistischen Ausschlag direkt proportional. Damit
das Feld im Innern der Substanz homogen, also a über ihre ganze
Ausdehnung gleich ist, muss sie bekanntlich Ellipsoidform haben,
sofern die Sättigung nicht schon in allen Teilen nahe erreicht ist.
Für Magnetit ist dies in Feldern über 5000 Gauss hinlänglich der
Fall, so dass dort die Form der Stücke keine wesentliche Rolle spielt.
Kontrollversuche durch Veränderung der Stellung der Substanz be¬
stätigten dies auch. Die Probestücke werden am einen Ende eines
unmagnetischen Messingrohres befestigt, welches durch die axiale
Bohrung des einen Kernes eingeführt wird. Am andern Ende des
Rohres befindet sich eine Sperrklemme als Arretierung. Mau sucht
diejenige Stellung der Substanz im Solenoid, wo der Ausschlag des
Galvanometers für kleine Verschiebungen wieder umkehrt, wo also
kleine Verrückungen keine sichtbare Flussänderung hervorrufen.
Auf diese Stellung wird die Arretierung fixiert. Diese Region umfasst
gewöhnlich einige Millimeter. Die Ablesungen erfolgen sowohl beim
Einführen wie beim Hinausziehen der Substanz. Ersteren Werten
muss ein etwas kleineres Gewicht gegeben werden wegen allfälligen
leichten Erschütterungen des Magneten. Ein zum Galvanometer in
Serie stehender Rheostat gestattet die Ausschläge der Skalenlänge
anzupassen, sodass immer der ganze Skalenbereich benützt werden
konnte. Das Galvanometersystem war stark hyperaperiodisch und
wurde jeweilen durch Bewegung eines Magnetstabes in einer Spule
zurückgeführt. Die Optik der Ablesung war folgende: Ein dünner
Draht wird auf einer transparenten Skale abgebildet und erscheint
als feiner Strich auf hellem Grunde. Die Ablesung des Zehntel-mm
ist dadurch leicht erreichbar. Die Abhängigkeit der Galvanometer¬
konstanten vom Ausschlag wurde über den ganzen Skalenbereich
bestimmt mit Hilfe einer gegenseitigen Induktion, deren Primär-
18
ström mit dem Potentiometer gemessen wurde. Das Galvanometer
liess sich so einstellen, dass es für die am häufigsten gebrauchteEmpfindlichkeit nahezu Proportionalität der Ausschläge zeigte.
Für die vorliegenden Zwecke hätten relative Messungen der
Magnetisierungsintensität genügt. Um aber die von P. Weiss (1. c.)als Absolutwert der Sättigung von Magnetit angegebene Zahl in
Vergleich ziehen zu können und in der Voraussicht, dass noch
höhere Werte auftreten würden, führte ich das gleiche Mass ein.
Dies liess sich leicht dadurch verschaffen, dass ich das in abso¬
lutem Masse gemessene Kohlswaeisen als Aichsubstanz benützte.
P. Weiss gibt dafür die Daten
aH = 216,5 (\ — -'^ \ bei 19 °
Von dem noch vorhandenen Vorrat dieser Substanz liess ich mir
mehrere langgestreckte Rotationsellipsoide drehen, deren magnetischeMomente ungefähr denen der Magnetitproben entsprachen. Sind
0k, liik, «k Magnetisierungsintensitäl, Masse und Galvanometeraus¬
schlag für das Kohlswaeisen und a„h mm, am die entsprechendenGrössen für das Magnetit so gilt ßk : am = mk • <?k ' mm • am
Ulk • «in^in = 0\
«k • Ulm
Die Beobachtungen erfolgen abwechslungsweise für das Eisen
und das Magnetit. Zur Berechnung von ak ist die Ermittlung des
wirksamen inneren Feldes im Ellipsoid nötig. Es ist die Differenz
aus dem äusseren Felde und dem entmagnetisierenden Felde Hedes Ellipsoides. Letzteres ist He — Ni • I, wo I die magnetischePolarisation oder die Magnetisierungsintensität pro Volumeneinheitbezeichnet. Für die Rotationsaxenrichtung ist
v /1~e2 Mi 4 +e .1
\ = 4- —- M-In T-T 1e2 L 2e 1 — e J
Für das Ellipsoid Nr. 2 erhalle ich z. 15.
Aeusseres Feld Ha — 7580 Gauss
Quotient aus Längsaxe und Queraxe des Ellipsoides — 2,2; darausNi = 2,0: I = 1700; He = 3400; FI; = 4180
ak = 216,5 A — -^\ = 216,1 bei 19°
Für ein kugelförmiges Magnetitstück wird N = 4,19; [ =
5S35 Gauss. Die Zunahme von a bis zum Felde Unendlich ist
nach Weiss nur noch 3,4Q/00 oder absolut -\- 0,32.
Der Temperatureinfluss ist sehr gering und kommt für Ver-
gleiohsmessungen überhaupt nicht in Betracht.
Zur Bestimmung der Massen, welche von der Grössenordnung
des Dezigrammes waren, diente eine Mikrowage, welche 0,01 mg.
noch anzugeben gestattet. Die Kleingewichte waren relativ zum
1 gr Stück ausgeglichen.Resultate. Die Angaben der Magnetisierungsintensitäten be¬
ziehen sich alle auf ein inneres Feld von ca. 5000—6000 Gauss.
Eine vorläufige Orientierung unter den vorhandenen natürlichen
und fertigen künstlichen Magnetiten ergab folgende Werte:
a
Binnental No. 1 91.8
„2 91,4
,, ,,o 92.0
„4 90.6
U. S. A. 82,5Unbekannter Herkunft 86,8Griesheim (künstl.) 83.8
Fig. 4
Ueber die 74 zur Messung gelangten künstlichen Magnetite mag
die Angabe der Häufigkeit der einzelnen Werte am besten einen
Ueberblick verschaffen.
IntervallHäufigkeits %pro Intervall 1
0 — 80 0,0580 — 90 2
90 — 91 7
91 — 92 20
92 — 92,5 57
92,5— 93 35
93 — 94 0
20
Die Kurve zeigt eine ausgeprägte Häufung gegen die obere
Schranke von 93,0 und macht es somit sehr wahrscheinlich, dass
dieser Wert der Höchstwert der Maguetisierungsintensität und dem¬
nach auch derjenige des Magnetites ist. Trotzdem habe ich es nicht
unterlassen, die chemische Zusammensetzung direkt zu bestimmen,um mir darüber volle Sicherheit zu verschaffen.
6. Die chemische Analyse.
Da es sich darum handelte, den Oxydationsgrad der Substanz
zu ermitteln, so war die titrimetrisciie Bestimmung des Ferrooxydesdurch Oxydation mit Permanganat die bequemste Methode. Sie
arbeitet ebenso einfach und rasch wie sicher und ist deshalb zu
Seriebestimmungen, wie in diesem Falle, besonders geeignet. Sie
gibt direkt diejenigen Prozente der Substanz, in welcher das Eisen
A
I C
VFi«. 5
als Ferrooxyd vorhanden war. Was die Durchführung der Analysebetrifft, so habe ich mich streng an die Vorschriften in TreadwellsLehrbuch Bd. II gehalten und verweise deshalb in erster Linie auf
die daselbst gegebenen Ausführungen. Charakteristisch für die vor¬
liegenden Bestimmungen war. dass jeweilen nur die geringe Mengevon ca. 0,15 gr Substanz zur Analyse kam. Es musste deshalbauch eine nur 2/100 n.KiMn04 Lösung verwendet werden. Die Ti¬
terstellung der Permanganatlösung erfolgte nach dem Sörensen'schenVerfahren mittelst Xatriuinoxalat. Die verschiedenen Titerstellungeti
21
differierten höchstens um 1 °/00. Zu sämtlichen Wägungen diente
die oben erwäfinte Mikrowage mit ausgeglichenem Massensatz. zur
Volumetrie eineNormalbürette. Da sich die Eisenoxyde in Schwefel¬
säure nur sehr schwer lösen, musste die Titration in salzsaurer
Lösung nach dem Verfahren von Zimmermann-Reinhard vorge¬
nommen werden. Cm sichere Resultate zu erhalten, ist es nötig,
reduzierende wie oxydierende Substanzen fernzuhalten, also überall
Glashähne und Glasstöpsel zu verwenden. Die Auflösung erfolgte
in dem mit eingeschliffenem Glasstöpsel A versehenen Kolben G
1 Fig. oj. aus dem die Luft durch längeres Durchleiten von Kühlen¬
dioxyd, welches im Kipp'schen Apparat entwickelt und mittelst
Kaliumpermanganatlösung und Kupfervitriolbimstein gereinigt wird,
vollständig verdrängt worden ist. ]m gleichen Gefäss wird nach¬
her die Titration vorgenommen, indem die Permanganatlösung durch
die mit Glasverschiuss versehene Oeffnung R eingelassen wird. Der
Umschlag war immer scharf erkennbar und konnte auf 1 bis 2
Tropfen genau festgestellt werden, was einer Genauigkeit von 0,5
bis 1 °;oo Fe 0 gleichkommt. Bei Zusammensetzungen in der Nähe
des Magnetites (= 31,03 °/0 Fe 0) macht dies einen relativen Fehler
von ca. 2°/00. Die bei der Analyse verwendeten Reagenlien wurden
durch einen blinden Versuch geprüft.
7. Die Resultate der beiden analytischen Methoden.
Die chemische Analyse und ihr Vergleich mit der magnetischen
gestatten nun sichere Schlüsse zu ziehen über den Sättigungswert
des Magnetites einerseits und über die chemische Zusammensetzung
der zu den magnetischen Messungen über dem Guriepunkt ver¬
wendeten Substanzen andererseits. Der Zusammenhang zwischen
Oxydulgehalt und Magnetisierungsintensität ist in Fig. 6 und
Tabelle 1 dargestellt. Wie oben erwähnt, haben wir in der Reihe
der Oxyde Fe2 03 — Fe 0 zwei Gebiete zu unterscheiden, welche
durch die Oxydationsstufe des Magnetites getrennt werden. Bei
den oxydulreichcn Schmelzen zeigte sich sofort der lineare Zu¬
sammenhang. Tch habe deshalb noch einige möglichst oxydulreiche
Proben hergestellt (von 35°/0 Fe 0 an), um denselben noch weiter
zu verfolgen. Reines Oxydul darzustellen war mir nicht möglich,
da offenbar von einem bestimmten Oxydulgehalt an die Substanz
in Magnetit und Eisen zerfällt: 4 Fe 0 = Fe3 04 -f- Fe, wie es
schon Sosman !) aus der Analogie mit ähnlichen Erscheinungen
') R. B. Sosman, Journ. of the Wash. Acad, of sciences vol. VII No. 3 1917.
22
beim Iridium erklärt. In der Tat zeigten denn auch die beiden
oxydulreichsten Stücke von 81,5 % und 85,9% Fe 0 beim Auf¬
lösen in Salzsäure deutliche Gasentwicklung, was auf das Vorhanden¬
sein von metallischem Eisen schliessen lässt. Ihm ist wohl auch
die noch vorhandene geringe Magnetisierungsintensität zuzuschreiben-
Die Gerade schneidet bei ca. 75 % Fe 0 die Abszisseiiaxe. Der
Umwandlungspunkt der oxydulreicheren Produkte liegt demnacli
unter der Zimmertemperatur. Der lineare Zusammenhang lässt
auf das Vorhandensein einer kontinuierlichen Reihe fester Lösungenvon Fe3 04 und Fe 0 von Magnetit = 31,03 °/o Fe 0 bis mindestens
75% Fe 0 schliessen. Nach M. Alder's Messungen an den Ni-Gu
Legierungen ist zu erwarten, dass auch die Temperatur des Um-
wandlungspunktes eine lineare Funktion des Prozentgehaltes ist.
Nimmt man an, dass das FeO rein paramagnetisch sei, also ö=0° abs.,und setzt ferner für Magnetit 6 = 861° abs., so erhält man für
8 = 290° abs. (Zimmertemperatur) 76 % Fe 0, wie es die Versuche
ergaben. Hiedurch wird die Vermutung gestützt, das Oxydul als rein
paramagnetisch anzusprechen. Hilpert und Beyer1) haben obigen'Zusammenhang auch untersucht, finden aber eine fast konstante
Magnetisierung von Fe3 04 bis ca. 50% Fe 0: von dort an sinkt
sie linear bis ca. 80 % Fe 0. Das verwendete Feld von H = 150
Gauss, ist aber viel zu schwach, um die Sättigung zu erreichen,was die obige Diskrepanz ohne weiteres erklärt. Bringt man die
') S. Hilpert und J. Beyer, lieber Eisenoxyduloxyde und Eisenoxyd. Ber.
d. deutschen ehem. Ges. 44. 10. 1911.
23
Gerade der er-Werte mit der theoretischen Zusammensetzung des
Magnetites Fe 0 = 31,03% zum Schnitt, so erhäJt man a = 93, ein
Beweis, dass der erreichte Höchstwert der Sättigung wirklich dem¬
jenigen des Magnetites entspricht.
Tabelle No. 1
Fe 0—Fe3 04 Fe2 03—Fe3 04
a °/o Fe 0 a °/o Fe 0 a °/o Fe 0 a •/„ Fe 0
92,6 30,97 60,5 45,8 92,1 30,80 92,1 25,91
91,5 31,30 56,8 48,1 92,8 30,40 92,1 25,76
90.6 31,84 43,5 53,8 92,1 30,20 92,1 22,14
87,6 33.60 22,0 65,4 92,6 29.22 92,0 21,14
86,8 33,30 6.5 72,0 91,9 27,86
84,3 34,9 1,4 81,5 91,4 28,0
81,2") 37,1 3,2 85,9 92,0 28,0
77,5 37,8 91,8 26,63
Die sauerstoffreicheren Produkte ais Magnetit weisen ein kom¬
plizierteres Verhalten auf. Es zeigte sich nämlich, dass mehrere
magnetisch gute Stücke ganz beträchtlich und unregelmässig von
dem erwarteten Oxydulgehalt abwichen. Die in der Tabelle ge¬
gebenen Sättigungen variieren nur von a = 91,4— 92,8, während
der Fe 0 Gehalt zwischen 21,1% und 30,8% schwankt. Die Er¬
scheinung, dass stark gegen Uaematit neigende Oxyde noch be¬
deutenden Magnetismus zeigen, ist bekannt und besonders von
Hilpert1) näher studiert worden, wonach sogar reines Eisenoxyd
unter gewissen Umständen magnetisch sein kann. Dieser Zustand
ist aber instabil und geht durch kurzes Erhitzen auf 700° in den
stabilen unmagnetischen über. Es ist möglich, dass auch die hier
aufgetretene Erscheinung den gleichen Charakter hat. Dadurch
war nun aber das Vorgehen, aus der magnetischen Messung auf
die chemische Zusammensetzung zu schliessen, unmöglich geworden,
da Substanzen mit hoher Sättigung wohl die Zusammensetzung des
Magnetites haben konnten, nicht aber haben mussten.
Bedeutend günstiger lagen dagegen die Verhältnisse beim natür¬
lichen Magnetit. Schon der Umstand, dass grössere homogene Stücke
vorlagen, gab die Möglichkeit, einzelne Teile zu analysieren, während
andere zur Messung verwendet werden konnten. Zudem aber zeigten
sie obiges eigentümliche Verhalten nicht oder nur unmerklich.
]) Siegfried Hilpert. Ber. d. deutschen ehem. Ges. 42. 1909.
uï\
Sämtliche analysierten Proben voji hoher Sättigung hatten auclf
eine dem Magnetit nahe Zusammensetzung, wie nachstehende Ta¬
belle zeigt.a % Fe 0
Binnental 11 91.4 30,488e 92,5 30.94
8 b + 3 d 92.6 30,987.11 + 111 92,6 30.80
6.1 + 11 4- JX 92,76 30.93
6. VIII 92,8 30.85
3 c 81.8 27.08(oxydiert)
Das Exemplar Binnental 3 c halte sich während einer Messungbei hohen Temperaturen allmählich oxydiert. Wie die Figur 6
zeigt, wäre es mit einem linerarcn Abfall der Magnetisierung bis
zu Fe2 03 gut verträglich.Dieses wesentlich eindeutige Verhalten des natürlichen Mag¬
netites im Gegensatz zu dem künstlichen veranlasste mich, die
Substanzen, die zu den Messungen über dem Umwandlungspunktverwendet werden sollten, vorzüglich unter den natürlichen Mag¬netitstücken auszuwählen. Ihre speziellen Eigenschaften mögen bei
der Besprechung der einzelnen Messungen erörtert werden.
Als Absolutwert der Sättigung bei 19° ist
ff = 93,0 bei II = 5500 Gauss
anzunehmen, welcher Wert zweimal erreicht wurde. Unter Zu¬
grundelegung der von P. Weiss gegebenen Sättigungskurve erhält man
ffx = 93,0 fl -f- -^) --= 93,3 e.g.s.
C. Die magnetischen Messungen über dem Curiepunkt.1. Beschreibung der Apparate.
a. Prinzip der Messung im inhomogenen Feld.
Die para- und diamagnetischen Körper unterscheiden sich von
den ferromagnetischen dadurch, dass sie in den praktisch erreich¬
baren Feldern eine viel schwächere Magnetisierung annehmen als
letztere und dass diese in weiten Grenzen proportional dem Felde
geht. Wird die Magnetisierung als magnetisches Moment a der
Masseneinheil gemessen, so bezeichnet man den Proportionalitäts-
faktor als Magnetisierungscoellicient / =-.
Es genügt also, den
2:;
Temperaturverlauf der Grösse/ zu kennen, umdasthermomagnetische
Verhalten einer para- oder diamagnetischen Substanz zu charakte¬
risieren. Zur Messung könnten prinzipiell sowohl Induktions- wie
dynamische Methoden benützt werden. Da aber die Induktions¬
wirkungen bei den kleinen Magnetisierungen zu schwach sind, so
finden die Methoden der Kraftmessung praktisch mehr Verwendung.
Bringt man ein unendlich kleines Volumen dv eines para¬
magnetischen Körpers vom Magnetisiernngscoeftizienten y in ein
beliebiges unveränderliches magnetisches Feld, so ist bekanntlich
die Kraft in einer Richtung x
d\ld Kx — / p dv • II -^—
Für einen ausgedehnten magnetisch homogenen Körper findet man
die Kraftkomponente nach dieser Richtung durch Summation aller
Elementarkräfte3 11
XP -,-dv
à X
andelt sich nun darum, obigesfür eine
II
Es
Konfigurationsintegra
Kraftmessung an wenig ausge¬
dehnten Körpern möglichst günstig
zu gestalten. Die Aufgabe wird
durch die Methode des inhomo¬
genen Feldes gelöst, wie sie von
P. Curie1) iii seiner grundlegendenArbeit angewendet wurde.
Die Polschuhe eines Elektro¬
magneten seien so geformt, dass
das lnterferrikum sich nach einer
Richtung langsam öffnet. Das Feld
besitzt dann zwei Symmetrie-
ebenen, die Blattebenen (x y)
und die senkrechte Spiegelebene der Pole (x zj, Bringt man den
magnetischen Körper in die x Axe, so wird, wenn seine Ausdeh¬
nung gering ist, das Feld in jedem Schnitt parallel zu (yz) con¬
stant sein und die Kraft also vorzüglich in der \ Richtung wirken,
sodass obiges Integral sich vereinfacht in
r 3 hI It —— qx d x (K = Querschnitt.J c x
P. Curie. Oeuvres pg. 232.
26
Kleine Verschiebungen des Körpers in der y und z Richtungverändern Kx um unendlich wenig höherer Ordnung. Es wächstvom Unendlichen kommend gegen den Magneten hin bis zu einemmaximaler) Wert, der etwa bei 0 liegen mag, und nimmt gegendas Innere wieder ab, um im Feldmaximum = ü zu werden. Inder Gegend von 0 ist also die Kraft am grössten und ihre Ver¬
änderlichkeit in der x Richtung sehr klein. Bei einer geschweiftenOeffnung der Polschuhe ist dieses Maximum sehr flach, sodass im
3 FlPunkte 0 das Produkt H -=— nach allen drei Coordinatenaxen nahe-
3 X
zu constant ist und das Integral übergebt in
3 II /' ,3 H
^ = XP "arj iv==X' m • H^Y
Die Bestimmung von y erfordert die Messung einer Kraft,einer Masse und eines magnetischen Feldes samt seiner Ableitungin der Kraftrichtung. Da aber die genaue Messung eines inhomo¬
genen Feldes unausführbar ist, so wird man sich anderswie Körpervon bekanntem Magnetisierungscoel'lizienten beschaffen, wozu die
Steighöhenmethode sehr geeignet ist, und im inhomogenen Feldenur Vergleichsmessungen ausführen. Dann braucht auch die Kraftnur relativ gemessen zu werden. Misst man sie durch Kompen¬sation mittelst eines Dynamometers (siehe pg. 28), so ist sie pro¬portional dem Stromprodukt i.j, sodass folgt
y • m = A • i • jwo nun A durch eine einzige Messung mit der Aichsubstanz be¬
kannter Masse und bekannten Magnetisierungscoeflizienten bestimmtwerden kann.
b. Allgemeiner Bau des Apparates.
Der Apparat hatte die Bedingungen zu erfüllen:
1. die Substanz in ein genau reproduzierbares magnetisches Feldder oben beschriebenen Form zu versetzen.
2. derselben verschiedene wohl bestimmbare Temperaturen zu
geben.3. die auf sie wirkende Kraft zu messen.
In den Grundzügen ist er mit dem Curie'schen Apparat iden¬tisch. Während der zahlreichen Arbeiten, welche im hiesigen In¬
stitut unter der Leitung von Prof. Weiss ausgeführt wurden, er¬
fuhr er eine grosse Reihe von Verbesserungen. Auch währendder vorliegenden Arbeit wurden mehrere Neuerungen angebracht,
ri
welche die Empfindlichkeit und Sicherheit desselben erhöhten und
mehrere Fehlerquellen aufgedeckt und eliminiert. Der Apparat ist
in Fig. 8 schematisch dargestellt.
c. Der Elektromagnet.Der Elektromagnet ist ein Weiss'scher älteren Typus mit
wassergekühlten Flanschenstücken. Da die Messungen nur eine
zeitweise Erregung erforderten, so konnten Ströme bis 17 Amp.
verwendet werden, ohne eine störende Erwärmung des Magneten
befürchten zu- müssen. Später zu besprechender Umstände wegen
OL? H.o B(o]
verwendete ich jedoch meistens geringere Stromstärken. Der kon¬
stante Erregerstrom wurde an einem mit Shunt versehenen Prä-
zisions-Milliampèremeter von 1 Ohm gemessen. Die Form der Pol¬
schuhe war im Grundriss der Fig. 7 gemäss, der Aufriss ist recht¬
eckig mit abgeschrägten Enden. Die Kurve „ab" im Horizontal¬
schnitt war experimentell ausprobiert worden unter dem Gesichts-
3 H
punkte eines möglichst flachen Maximums von H-^-. Die Breite
des lnterferrikums konnte mittelst Schrauben an den Enden der
Polstücke verändert werden. Für die Messungen an Magnetit ver-
J28
wendete ich anfänglich ein Interierrikum von 34 mm Breite, für
Platin und Palladium ein solches von t9 mm Breite. Damit die
Substanz in den Punkt der maximalen Kraft gebracht werden konnte,war der ganze Magnet auf einem auf Kugeln gelagerten Schlitten
montiert und liess sich mittelst der Spindel S und einem Seilzugvom Standort des Beobachters aus in der Kraftrichtung fein ver¬
schieben. Dadurch war es möglich, den Magneten wäbrend der
Messung der Kraft zu bewegen und deren Maximum zu beobachten.
Die Einstellung erfolgte von beiden Richtungen her.
d. Die Kraftivessurig.
Die Kraftmessung beruht auf elektrodynamischer Kompensation.Der Apparat hatte also die Vorzüge der Xullpunktsablesung. Der
Träger T, bestehend aus zwei Bügeln aus Aluminium und einem
iMiltelstück aus Quarz ist als Doppelpendel an den Punkten PP
mittelst Cocontaden ff aufgehängt. Links belinden sich zwei in einem
V angeordnete Fäden, rechts sind deren drei in Form eines IV
an einem Querstück befestigt. Alle fünf Fäden werden durch das
Gewicht des Trägers gespannt, d. h. ihre Spannung ist statisch be¬
stimmt und der Träger kann sich nur noch in der Längsrichtungbewegen, ohne einen Faden zu entspaunen. Dadurch ist die Be¬
wegungsfreiheit des Pendels auf die Kraftrichtung beschränkt. Die
Substanz befindet sich auf dein Quarzstiel St. Das ganze Pendel
ist an einem starken Querti'äger A A aufgehängt, der seinerseitswieder auf zwei in die Wand eingelassenen Unterlagen BB ruht.Das D\ namometer befindet sich rechts und besteht aus zwei in
Serie gesetzten coaxialen Spulen Sp Sp. die mit dem Träger AAfest verbunden sind und einer feinen Spule Spl5 die auf dem Pendelmontiert ist. Zwei feine spiralförmig gewundene Drähte dienenals Stromzuführung. Die festen Spulen wurden mit Strömen bisca. 1 Ampère belastet, während die feine Spule nur Ströme bis
Vio Ampère ertrug. Gewöhnlich war sie mit ca. 0,01 Ampère be¬
lastet, ist die vom Dynamometer auf den Balken ausgeübte Kraft
entgegengesetzt gleich derjenigen, die die Substanz im Magnetfelderfährt, so nimmt das Pendel wieder die ^'ullage ein, die es unter
einziger Wirkung der Schwere eingenommen hatte. Das Produktder beiden Dynamometerströme ist dann proportional der Kraft.Der grosse Bereich von Kräften, welche die dynamometrische Me¬thode zu messen gestattet, sowie ihre Einfachheit und Sicherheit,zeichnet sie vor allen anderen, wie Torsionsmessungen, die von
29
Curie und anderen Forschern benützt wurden, aus. Fünf ver¬
schiedene Shunts im Stromkreis der festen Spule gestatteten den
vollen Skalenbereich des Milliamperemeters bei allen zu messenden
Strömen auszunützen. Gewöhnlich wurde nur der Strom in diesen
Spulen variiert, während dem schwachen Strome der feinen Spule
eine kleine Zahl konstanter Werte gegeben wurde. Dazu befand
sich ein Milliamperemeter von 10 Ohm mit Shunt in diesem Strom¬
kreis. Die grösseren Werte wurden an demselben Instrument, das
für die Messung der Ströme in den festen Spulen diente, eingestellt.
Die Präzision der Kraftmessung hängt nun wesentlich von der
Genauigkeit ab, mit der die Nullage des Pendels festgestellt werden
konnte. In den ersten Arbeiten, welche an andern Apparaten des¬
selben Typus ausgeführt wurden, liess man eine feine Spitze am
Ende des Pendels exzentrisch auf einen um die vertikale Axe dreh¬
baren Spiegel wirken. Die Bewegung des Spiegels wurde durch
den Gang einer Lichtmarke auf einer Skale bestimmt. Da die
Spitze auf der Spiegelfläche Reibung zeigte, wandte man Federn
zur Verbindung an. Das Zittern des Spiegels bei der geringsten
Erschütterung des Gebäudes zwang die Beobachter meistens während
der Nacht zu arbeiten. Herr Foëx wandte darauf die mikrosko¬
pische Ablesung der Pendelbewegung an, welche die einfachste
und wohl auch sicherste ist. Sieistaber sehrmühsam, besonders wenn
gleichzeitig noch andere Instrumente beobachtet werden müssen.
Zudem rücken der Beobachter und die Strommessinstrumente all¬
zu nahe an den Apparat. Ich griff deshalb die Methode der Spiegel¬
ablesung wieder auf, indem ich deren Nachteile zu beseitigen suchte.
Nach mehreren weniger befriedigenden Versuchen entschloss ich
mich zu dem im folgenden ausführlich beschriebenen Ablesesystem.
Ein Hohlspiegel H (Fig. 9) von 2 cm Oeffnung ist mit seiner Fas¬
sung f aus Kupferblech an einem vertikalen Goconfaden Cj drehbar
aufgehängt. Der Goconfaden ist mit einer Argentanfeder ît in den
festen Bügel ßt gespannt. Auf der Hinterseite der Fassung ist ein
weiterer Bügel B2 mit einem ebenso gespannten Goconfaden c2 an¬
gebracht. An diesem Faden befindet sich in der Mitte ein kleines
Kupferplättchen K. Ein weiterer an die Spiegelfassung gelöteler
Draht d hält den Dämpfer D, der in ein mit Alkohol gefülltes Ge-
fâss G taucht. Am Pendelfortsatz F ist ein weiterer Drahtbügel B3
befestigt, der wie Bj konstruiert ist und der um die Axe des Alu¬
miniumstäbchens des Pendels mit satter Reibung drehbar ist. Der
Bügel Bl hat bei A ein Scharnier und ist ferner um den Zapfen z
30
drehbar. Letzterer ist an einem Bleiklotz festgeklemmt. Der Blei¬
klotz sitzt auf einer Messingplatte, die fest mit dem Träger A A
(Fig. 8), an dem das Pendel aufgehängt ist, verbunden ist. Das
Kupferplättchen K dient zur Verbindung der Coconfäden c2 und c3.Zur Montage des Systèmes wird zuerst die Verbindung K noch
freigelassen und der Bügel Bx so lange verstellt, bis der Schwer¬
punkt des drehbaren Teiles in die Drehaxe kommt, sodass der Spiegelum die vertikale Axe beliebige Ruhelage haben kann. Hierauf
wird das System mit dem Bleiklotz so nahe au den Bügel B3 her¬
angebracht, bis das Blättchen K den Faden c3 berühii. Nun gibtman dem Spiegel die gewünschte Stellung, sodass der Lichtfaden
Fig. 9
auf der Skale erscheint und lässt dann den auf K angebrachtenTropfen Bienenwachs einen Moment flüssig werden. Nach dem
Erkalten ist das System gebrauchsfertig. Das Dämpfgefäss wird bis
an den Rand gefüllt und steht mit einem zweiten weiter vom Ap¬parat entfernten Gefäss in Verbindung, sodass jederzeit der ver¬
dunstete Alkohol ersetzt werden kann. Von Zeit zu Zeit lässt man
zur Reinigung der Oberfläche überfliessen. Dieses Ablesesystemhat besonders folgende Vorteile: Ausser der Kraftwirkung durch das
Pendel enthält das System nur Torsionskräfte der Coconfäden,welche sehr klein sind. Jede Bewegung des Pendels senkrecht zu
seiner Axe hat auf das System infolge des Fadens c3 keinen Ein-
fluss. während Bewegungen in der Pendelrichtimg ohne toten Gangdurch den Spiegel reproduziert werden müssen, da die Fäden straff
gespannt sind. Der Spiegel ist gedämpft, so dass auch bei ganz
öl
groben Erschütterungen des Gebäudes keine Störung entsteht. Ka¬
pillare Störungen durch die üämpfflüssigkeit konnten nie bemerkt
werden. Bei Aenderung der Nullage des Pendels kann das Systemdurch Verschieben des Bleiklotzes leicht nachgeführt werden. Das
System blieb während der ganzen Arbeit in gutem Zustand und
musste nur dann neu justiert werden, wenn die Stellung des Pen¬
dels verändert worden war. Die Empfindlichkeit des Systèmes
hängt von der Länge des Hebelarmes „a" ab. Diese betrug 3,3mm. Wenn die Skale eine Distanz von 1,5 m vom Spiegel besitzt,so entspricht 1 mm Skale ca. 1/1000 mm Bewegung des Pendels.
Dass solch kleine Bewegungen noch messbar sind, konnte ich durch
liche Teile des Spiegelsystemes wurden in einem starken Magnet¬feld auf Ferromagnetismus geprüft.
Zur Dämpfung des ganzen Pendels befindet sich am linken
Ende desselben eine Aluminiumscheibe G (Fig. 8), in deren nächster
Nähe parallel zu ihr eine Messingscheibe D fest montiert ist. Sie
dient als Luftdämpfung zur aperiodischen Einstellung des Pendels
und zum Schutze gegen rasche Luftschwankungen. Die feste Scheibe
wird durch eine Feder gegen drei Schrauben gezogen. Die Ein¬
stellung geschah so, dass ich das Pendel mittelst der Dynamometer¬kraft gegen die feste Scheibe drücken liess. Dann drehte ich die
Schrauben einzeln so lange, bis der Lichtfaden einen Umkehrpunkt
zeigte. Dadurch konnte eine gute Parallelstellung erreicht werden.
Der ganze Apparat ist zum Schutze gegen äussere Luftströmungen
in einem Holzkasten eingeschlossen. Der Träger A A kann mit dem
ganzen Pendelsystem an dem Rolienzug R und Gegengewicht G
über den Magneten in die Höhe gehoben werden.
e. Die elektrischen üefen.
Die Oefen entsprachen in ihrem Bau der Konstruktionsart,
welche von A. Piccard eingeführt worden ist. Ein Ofen No. I fand
sich bereits vor. zwei weitere No. Il und No. Ill wurden zu dem
speziellen Zwecke dieser Arbeit hergestellt. Ihre allgemeine Kon¬
struktion will ich am Ofen No. Ill beschreiben und hernach die
Verschiedenheiten der 3 Exemplare anführen. Der Ofen ist vertikal
zylindrisch gebaut und im Längsschnitt in Fig. 10 dargestellt. Der
Kern wird gebildet von dem oben geschlossenen llohlzylinder a
aus Nickel. Darauf ist, durch eine Mikaschicht isoliert, der Heiz¬
draht gewickelt. Er besteht aus zwei Platindrähten von 0,3 mm
32
Dicke, die kreuzweise aufgewunden sind. Diese Wicklungsart drückt
das magnelisclie Moment des Stromes auf ein Minimum herab und
hat zudem den Vorzug, sich weniger zu lockern als eine unifilare
oder gewöhnliche bifilare Wicklung. Das Nickelhemd wird durch
die beiden Specksteinstücke (b, b) geführt und zum äusseren Mantel
(c. cj zentriert. Der Zwischenraum ist mit Kaolin ausgefüllt zur
thermischen Isolation. Die äussere Ofenhülle c ist ein doppel-wandiges Messingrohr, das von einem Wasserstrom durchflössen
ist. Der wassergekühlte Ofen findet sich
hier zum ersten Mal beim Gurie'schen
Apparat verwendet. Er hat die grossen
Vorteile: dass das Aeussere des Ofens auf
Zimmertemperatur steht, obwohl das bis
auf 1000° erhitzte Xickelhemd nur o mm
davon entfernt ist. Dadurch wird erreicht.
dass man dem Ofen den minimalen Durch¬
messer von ca. 20 mm geben kann und
die Polschuhe in keiner Weise Gefahr
laufen, sich zu erwärmen. Bei nicht ge¬
kühlten Oefen muss immer eine beträcht¬
liche Isolationsschicht vorgesehen werden,damit die umgebenden Teile des Apparatesnicht zu stark erwärmt werden. Auch eine
allgemeine Temperaturerhöhung des Fnnen-
raumes des Kastens wäre schädlich, wegen
der dadurch entstehenden Luftströmungen.Ferner ist das Ofeninnere von jeder Schwan¬
kung der Aussentemperatur unabhängig.
Fig. lo Die Temperatur des Leitungswassers ist
natürliche Grösse genügend konstant. Der Kühlmantel ist
nach oben und besonders nach unten noch ein Stück über das Nickel-
robr hinausgeführt, damit sich das im Ofen befindliche Gas nach
unten langsam abkühlen kann und am unteren Ende die Zimmer¬
temperatur erreicht. Schliesslich bietet der Kühlmantel eine ge¬
wisse Garantie, dass die Wärmeabfuhr auf der ganzen Länge des
Ofens ungefähr gleich ist. Die Kühlwasserleitung ist parallel zur
Kühlung des Magneten geschaltet und wird von der städtischen
Druckleitung gespiesen.
Eine wesentliche Bedingung des Ofens ist, dass er in verti¬
kaler Richtung ein flaches Temperaturmaxinium besit/.t. Dazu trägt
33
in erster Linie der Temperaturausgleich durch das Nickelhemd bei,
ferner die vertikale Stellung des Ofens mit geschlossenem oberen
Ende. Künstlich kann durch Variieren der Dichte der Heizwick-
iung die Temperaturverteilung beeinflusst werden. Diesen letzteren
Umstand habe ich bei beiden Oefen No. II nnd No. Ill benützt.
Der Ofen wird zuerst gleichmässig bewickelt. Hernach wird seine
Temperaturverteilung ermittelt und dann die Bewicklung darnach
korrigiert. Die Mehrarbeit der doppelten Montage wird durch den
erzielten Effekt reichlich gelohnt. In horizontaler Richtung ist die
Temperatur in dem in Betracht kommenden Gebiete praktisch kon¬
stant, sodass nur der Gradient in der vertikalen Mittellinie zu messen
ist. Es geschieht dadurch, dass man den Ofen schrittweise über
den Quarzstiel St des Gestänges (Fig. 8), an dessen Ende sich die
Lötstelle des Thermoelementes befindet, stülpt. Da die Oefen No. II
und No. Ill wegen ihrer geringen Trägheit auf die kleinsten Be¬
wegungen reagieren, konnte dort die Verteilung nicht bei einem
Fig. 11 a Fig. 11 b Fig. 11 c
{</
/
/
/
tf
/ Ofenmf-820'
+5
r
1,0
Ofen Ht-5W°
S,t-650'
IH
V
*,1.r y s'
w ^,
tt
\Ofenlf-76k°
Mio- n' tt'
Oidinaten: Abstand vom unteren Ofemand in mm.
Abscissen : Temperaturunterschiede.
bestimmten Gleichgewichtszustand ermittelt werden, sondern erfolgtedurch eine grosse Zahl von Differenzbeobachtungen zwischen den
verschiedenen Stellungen. Die Oefen konnten an einer Stange E
befestigt werden. Diese ist mit dem Querträger (AA) durch sechs
Schrauben verbunden, welche die Zentrierung des Ofens zur Sub¬
stanz gestatten. Der ganze Querträger F kann in der Längsrich¬
tung verschoben werden. Fig. H a, b, c gibt den Verlauf der
Temperatur der drei Oefen.
Der Ofen I fand bei der ersten Messung an Magnetit Verwen¬
dung. Bei ihm ist die Temperaturverteilung am ungünstigsten. Ihr
34
Einfluss soll später erörtert werden. Das Nickelhemd war hier nur
40 mm lang. Auf eine ca. 2 mm dicke Kaolin- und Asbestisolation
folgte ein Kupferzylinder. Die Wasserkühlung bestand hier aus
spiralförmig darum gewundenem Kupferrohr von ca. 2 mm Dicke.
Der ganze Ofen hat einen Durchmesser von 30 mm und verlangtedeshalb auch eine entsprechende Interferrikumöffnung. Dagegenbesass er den Vorteil eines geringeren Energieverbrauches und einer
grösseren Stabilität der Temperatur. Der Temperaturbereich des
Ofens ging von 400° bis 4100°. Die untere Grenze wird durch
den Umwandlungspunkt des Nickels 376° bedingt.
Ofen II hat ein Silherhemd und einen Durchmesser von nur
19 mm. Im übrigen ist er genau wie Ofen 111 konstruiert. Seine
Temperaturverteilung ist sehr günstig. Auf der Länge von 23 mm
ist die Variation nur 0,2°. Sein Verwendungsbereich geht von der
gewöhnlichen Temperatur bis 700°. Ofen III hat denselben Be¬
reich wie I. Ofen II und III gestatten ein Interferrikum von nur
19 mm zu verwenden. Indem sie sich gegenseitig ergänzen, um¬
fassen sie das ganze Gebiet von 0° bis 1000°.
An die Genauigkeit und Konstanz der Temperatureinstellungstellte insbesondere die Messung an Magnetit bestimmte Anforde¬
rungen. Hier sollte die Temperatur auf 0,1° genau relativ bestimmt
werden können und musste somit während der Messung innerhalb
weniger Hundertstel konstant sein. Zwei Wege führen zu diesem
Ziel. Man kann dem Ofen eine solche Trägheit geben, dass ei¬
serne Temperatur während der Dauer der Messung nicht über die
gewünschte Grenze ändern kann. Diese Methode hat aber den
grossen Nachteil, dass sich das Temperaturgleichgewicht nur lang¬
sam einstellt. Viel praktischer und eleganter ist die Methode, welche
Prof. Piccard bei den Messungen über das Nickel beim Umwand¬
lungspunkt eingeführt hat. Man gibt dem Ofen eine geringe Träg¬
heit, wie sie No. II und No. Ill besitzen. Ueberdies bringt man
zwei Widerstände in den Kreis des Heizstromes, von denen der
eine parallel zum Ofen und der andere parallel zu einem äusseren
Regulierwiderstand geschaltet ist. Beide Nebenschlüsse können
durch Taster momentweise geschlossen werden. Erfährt nun die
Temperatur aus irgend einem Grunde eine Störung in der einen
oder anderen Richtung, so kann durch Drücken des entsprechen¬den Tasters dem Ofenstrom eine momentane Schwächung oder
Verstärkung erteilt werden. Das Gleichgewicht des Ofens erhält
dadurch quasi einen kleinen Stoss, und da sowieso seine Stabilität
35
uur schwach ist, so ist der Ofen auch nach dem Stoss bei der
neuen Temperatur, aber unverändertem äusseren Widerstand, noch
im Gleichgewicht. Ich habe diese Methode mit grossem Vorteil an¬
wenden können, indem man nach einiger Uebung diese Regulierungleicht während der übrigen Messungen vornehmen kann.
Gas. Im Innern des Ofens wurde durch einen schwachen
Stickstoffstrom eine neutrale Atmosphäre erzeugt. Das Gas ist Bom¬
benstickstoff und wird auf nassem Wege von Sauerstoff gereinigt,in Schwefelsäure und Chlorcalzium getrocknet und durch das Röhr¬
chen r (Fig. tu) in langsamem Strome in den Ofen eingeführt.
Beim Palladium, welches bekanntlich Wasserstoff absorbiert, liess
ich das Gas noch über erhitztes Kupferoxyd streichen. Dieselbe Vor¬
sicht wandte ich auch bei den Untersuchungen über Magnetit an-
Die Abwesenheit von Sauerstoff verhindert auch die Erscheinung
les magnetischen Windes.
/. Die Temperaturmessung.
Unter den Temperaturmessinstrumenten kommt allein das
Thermoelement in Frage, und da Temperaturen bis 4000° gemessen
werden sollen, nur das Platin — Platin/Rhodium -Element. Das
verwendete Element ist von Heraus bezogen. Da ein Teil desselben
auf dem beweglichen System montiert sein muss, so sind beide
Schenkel an einer Stelle unterbrochen und je eine feine Spirale H
(Fig. 8) von gleichem Material dazwischen gesetzt. Diese dient als
Verbindungsstück von den Punkten (JJJ des Pendels zu den festen
Punkten (KK). Es muss darauf geachtet werden, dass diese Ver¬
bindung möglichst spannungsfrei ist. Da die Punkte (KK) nahezu
senkrecht unter (J J) liegen, so wirkt auf die Spirale bei der Be¬
wegung des Balkens weder Zug noch Druck. Diese Verbindungen,sowie die Stromzuführungeu für die feine Dynamometerspule, haben
nie die Bewegungsfreiheit des Pendels gestört oder seine Empfind¬
lichkeit beeinträchtigt. Die Lötstelle ist unterbrochen und ein mas¬
siver Platinkelch dazwischen gesetzt (Fig. 12 aj. Der Platindraht
ist unten am Stiel des Kelches angesetzt, während der Platin-
rhodiumdraht etwas über Mitte Höhe des Kelches angeschmolzenist. Es ist also alle Gewähr vorhanden, dass die Temperatur des
Kelches gemessen wird. Der Platin-Rhodiumast wird darauf durch
ein Porzellanrölirchen geführt; das andere Röhrchen dient als
Stütze. Der geschlungene Platindraht hält beide zusammen. Von
hier führen beide Drähte frei bis zu den Punkten (JJ), welche
36
Endpunkte eines Querstäbchens aus Bernstein darstellen. Von den
Punkten (K Kj werden beide Drähte in Quecksilbernäpfchen, die in
schmelzendes Eis tauchen, geführt. Zur Bestimmung der thermo-
elektromotorisehen Kraft diente ein Kompensationsapparat der Land-
und Seekabelwerke Köln-Nippes. Als Nullinstrument benützte ich
ein gewöhnliches Desprez-Galvanometer.
Die Akhimg des Thermoelementes. Vorerst wurde durch Er¬
wärmen einzelner Punkte entlang dem ganzen Element und ins¬
besondere der Lötstellen der feinen Spiralen konsta¬
tiert, dass dasselbe auf der ganzen Länge thermo-
elektrisch homogen war. Hierauf wurde es mit einem
mit Prüfschein versehenen Pt-Pt/Rh Element der
Reichsanstalt verglichen. Die beiden Elemente wurden
zu dem Zweck von entgegengesetzter Seite in einen
längeren Heräus'schen Röhrenofen geführt. Das für
die Messung bestimmte Paiement war bereits in die
Form gebracht, die es im Apparat einzunehmen hatte.
Die Lötstelle des geaichten Elementes war in den Platin¬
kelch gefügt und mit ihm in Kontakt gebracht. An
derselben Stelle befand sich auch das flache Temperatur¬maximum des Ofens. Der ganze Stromkreis war der¬
selbe wie bei den Messungen. Die Spannungen wurden
bei verschiedenen Temperaturen mehrere Male ab¬
wechslungsweise eingestellt. Die Spannungsunter-Fig. 12 a schiede der beiden Elemente sind in Fig. 13 aufge¬
zeichnet. Die Angaben des Aichscheines heginnen bei 300°. Für
die Messungen von 0° bis 500° werden gewöhnlich Elemente aus
Silber-Konstanten benützt. Obwohl bei gewöhnlicher Temperaturdie Empfindlichkeit des Pt-Pt/Rh Elementes nur halb so gross ist,wie bei den hohen Temperaturen, verwendete ich es trotzdem auch
in diesem Gebiet. Einerseits wäre ein Auswechseln des Elementeszu umständlich gewesen, andererseits kommt dieses Gebiet nur
bei den Messungen an Platin und-Palladium in Frage, wo die Ge¬
nauigkeit von 0,2° hinreicht. Dafür musste aber das Pt-Pt/RhElement für das Gebiet unterhalb 300° speziell geaicht werden.Von 0°—200° diente mir hiefür ein Satz von Normalthermometernder Reichsanstalt. Ferner bestimmte ich die Erstarrungspunkte deschemisch reinen Zinns und Kadmiums. Zur Kontrolle des Ele¬mentes der Reichsanstalt bestimmte ich noch den Goldpunkt nachder Drahtmethode. Die drei Versuche gaben übereinstimmend
37
1064,0°; 1063,7°; 1064,0°, also die der Aichung des Elementes zu
Grunde gelegte Temperatur des Goldpunktes. Die übrigen Punkte
ergabenSn Cd Au
t = 52,85° 101,30° 149,32° 231,8° 320,9° 1064..00
e = 0,315 0,650 1,016 1,701 2,500 10,320 Millivolt jDiese Punkte reihen sich glatt in die Kurve des Aichseheines ein.
In der durch diese Punkte sowie durch die Angaben des Aich¬
seheines bestimmten Temperaturskala war eine Temperaturmessungvon 0,1° Genauigkeit relativ verlangt. Das erforderte die Messung
Fig. 13
18
/
/
Mikrovolt
10
lé
/y
8
/
^u
^s '
-¥ 190 t^i ' ~7»i *os SM 6ea po AM 9oe 10» •f<QC
Vergleich des Elementes der P. T.-Reichsanstalt mit dem Element von Heraus.
Ordinaten: Mikrovolt, vom Heräuselement zu subtrahieren.
der Thermokraft auf ein Mikrovolt genau. Die Potentiometer mit
Messdraht sind dies zu leisten im Stande. Es müssen aber ver¬
schiedene Fehlerquellen berücksichtigt werden, von denen noch
zu sprechen sein wird. Das Nullinstrument soll eine genügende
Empfindlichkeit aufweisen. Es entsprach im vorliegenden Falle
1 mm Skale: 0,2°. Für die letzte Messung an Magnetit war die
Empfindlichkeit erhöht worden auf 4 mm Skale: 0,1°. Der Kon¬
takt zwischen Messdraht und Läufer erfuhr eine besondere Pflege
durch öfteres Reinigen mit Petroleum.
38
g. Fehlerquellen und Korrekturen.
Korrekturen bei der Kraftmessimg. 1. Das Feld des Elektro¬
magneten wirkt ebenfalls auf die Spule am Pendel. Dieser Ein-
tluss wird dadurch eliminiert, dass man beide Dynamometerströmekehrt und eine zweite Messung macht. Das Mittel beider gibt den
von diesem Einfluss befreiten Wert. Da ferner das beweglicheSystem permanenten Magnetismus enthalten kann, so wird aucli
in beiden Richtungen des Erregerstromes beobachtet. Beide Um¬
schaltungen kombiniert ergeben 4 verschiedene Stellungen von
Magnet- und Spulenströmen. Das Mittel aller vier Messungen ist
von beiden Fehlerquellen befreit. Der Magnet wird zweckmässigzwischen der 2. und 3. Messung kommutiert. Zwischen drinn er¬
folgt noch eine Kontrolle der Ruhelage des Pendels. Durch das
Wenden des Magneten werden fortwährend ganze Zyklen beschrieben,was für die Unveränderlichkeit der Einstellung des Feldes wesent¬
lich ist.
2. Das ganze Pendel ohne Substanz hat einen beträchtlichen
Paramagnetismus und Diamagnetismus. Derselbe muss von den
Messungen mit Substanz abgezogen werden. Bei den Messungenan Magnetit betrug diese Korrektur durchschnittlich 10%, beiden
Messungen an Platin, der magnetisch schwächsten der drei Sub¬
stanzen, durchschnittlich 20 °/0, im Maximum 33 %, der Gesamt-
grösse. Diese Korrekturen mussten deshalb für alle Messungen mit
mindestens gleicher Präzision wie die Messung selbst in Funktion
der Temperatur aufgenommen werden. Die Grösse dieser Korrek¬
tur herabzusetzen wäre auf Kosten eines guten Ausgleiches der
Temperatur gegangen, weil sie besonders durch das Platin des
Kelches und Thermoelementes verursacht ist. Prinzipiell ist dies
auch nicht notwendig, sofern die zu messende Grösse ebenfalls
die volle Empfindlichkeit des Apparates beansprucht. Wichtig ist
nur, dass die sie verursachenden Materialien magnetisch gutdefiniert sind, also insbesondere eisenfrei und unabhängig von
längerer Temperatureinwirkung sind. Es sei besonders erwähnt,dass bei der Aufnahme der Korrektur alle Bestandteile der Auf¬
hängung mit Ausnahme der Substanz und in derselben Lage, die
sie bei der Messung einnahmen, vorhanden waren (also nicht in
der Lage ihrer eigenen maximalen Anziehung).Nullpunktschwankungen des Pendels. Das Pendel zeigte Null-
punktschwankungen längerer Periode. Da sie die Genauigkeit der
Einstellung und Ablesung der Ströme beeinllussen konnten, hatte
39
ich deren Beseitigung oder Verminderung ins Auge gelasst. Da
sie jeweilen erst im Laufe einer Messreihe langsam auftraten, führte
ich sie auf Luftbewegungen zurück. Deshalb wurden vorerst alle
zur Bewegungsrichtung senkreciiten Flächen des Pendels, d. h. die
feine Spule und die Dämpfvorrichtung eingekapselt. Diese Mass¬
nahme veringerte die Schwankungen schon um einen beträcht¬
lichen Teil. Schliesslich gelangte ich noch dazu, das Spiegelsystem
sowie die 4 Drahtspiralen einzuschliessen. Die Ursache der Luft¬
strömungen war hauptsächlich die allmähliche Erwärmung der
Spulen des Magneten. Ich umgab sie deshalb mit Filz und Pappe.
Dadurch wurde erreicht, dass ein grösserer Teil der Wärme vom
Kühlwasser aufgenommen wurde und die Überfläche sich erst nach
mehrstündigein Gebrauch erwärmte. Die Atmosphäre des Ofens
war im erwärmtem Zustand wahrscheinlich ohne wesentliche Be¬
wegung. Sobald der Ofen unter Zimmertemperatur gekühlt wurde,
machten sich Schwankungen, die wohl durch das Fallen des käl¬
teren Gases bewirkt wurden, bemerkbar. Die Schwankungen blieben
schliesslich innerhalb weniger Zehntausendstel-mm und erreichten
nur hie und da 1 Tausendstel-mm. Wenn zudem während zwei
Beobachtungen des Nullpunktes nur kurze Zeit, d. h. ca. ll2 Minute
verstreicht, so kann in solchen Fällen ein linearer Verlauf der
Nullpunktsänderung angenommen werden. Wie schon erwähnt,
erfolgte nach je zwei Kraftmessungen wieder eine Nullpunktskon¬
trolle. Es wurde mehrmals geprüft, ob sich der Nullpunkt nach
grossen Ausschlägen ändere. Er erreichte bei allen Messungen mit
aller wünschbaren Genauigkeit den ursprünglichen Wert. Es wird
damit auch das Ablesesystem auf die Probe gestellt. Es war ge¬
wöhnlich nicht möglich, beim Erregen des Feldes mit dem Dynamo¬
meter der Kraft zu folgen, sodass jedesmal das Pendel in der einen
oder anderen Richtung eine Ablenkung erfuhr.
Ein weiteres störendes Moment, dessen Erwähnung icli nicht
unterlassen will, sind elektrostatische Krufiwirkungen auf den
Balken. Insbesondere bilden die beiden Dämpfscheiben mit geringem
Zwischenraum einen Plattenkondensator. So konnte ich einmal eine
solche Kraftwirkung wahrnehmen, als das Thermoelement auf dem
Gehänge nicht genügend isoliert war, und so durch dessen Ver¬
mittlung eine Aufladung der beweglichen Scheibe erfolgen konnte.
Von da ab reinigte ich vor jeder grösseren Messung Quarzröhrchen
und Bernsteinstäbchen mit heissem, destilliertem Wasser, was mich
für immer von Störungen dieser Art befreite. Die radikalste Ab-
40
hilfe, die Verbindung des Gehänges mit dem Gehäuse, musste aus
Rücksicht auf den Thermostromkreis unterbleiben.
Eine weitere störende Beeinflussung des Nullpunktes entstand
durch eine Anziehung des Ofens durch das Feld. Die Lage der
Aufhängepunkte des Pendels wird dadurch verändert und so der
Nullpunkt verschoben. Diese Ursache muss beim Ofen No. I ver¬
schwindend klein gewesen sein. Als ich jedoch für die Messungan Platin und Palladium das Feld verstärkte und zudem der ge¬
drängte Bau der Oefen II und III einen stärkeren Heizstrom be¬
dingte, trat doch eine merkliche Beeinflussung des Nullpunktesdurch eine Kraftwirkung des Feldes auf den Ofen auf. Einerseits
wirkt das magnetische Moment des Heizstromes, andererseits beim
Ofen III, der doch noch starke Paramagnetismus des Nickelhemdes.
Erstere Fehlerquelle fällt zwar durch das Kommutieren des Feldes
einigermassen heraus. Von der Letzteren konnte angenommen
werden, dass sie bei der Ermittlung der Korrektur für das leere
System gleichen Einfluss hat, wie bei der Hauptmessung und da¬
durch sich ebenfalls eliminiert. Ich habe es aber vorgezogen, die
störende Wirkung direkt aufzuheben, indem ich den Ofen von dem
Träger des beweglichen Systèmes unabhängig machte. Es wird zu
diesem Zweck mit der Stange, die den Ofen hält, ein weiterer nach
unten führender Stab verschraubt, der unten eine MessingschieneL trägt (Fig. 8), die auf der rechten Seite zu einem T erweitert ist.
Ein gleiches und gleichliegendes T-Stück (M) ist auf dem Tisch fest
montiert und durch drei Schrauben (N N) verstellbar. Die Einstellungdes Ofens geht dann folgendermassen vor sich. Der Ofen wird
über den Stiel St gestülpt und zentriert. Darauf wird das obere
T-Stück befestigt. Nachdem das System gesenkt worden ist, bringtman das untere T-Stück mittelst der Schrauben N mit dem oberen
in Berührung und verklemmt beide. Hierauf wird oben der Quer¬träger F, der die Ofenstange trägt, gelöst, und der Ofen steht nun
nur noch auf dem Tisch. Beim Demontieren erfolgen die Ope¬rationen genau in entgegengesetzter Weise. Der ganze Effekt dieser
Nullpunktverschiebung betrug übrigens nur 2 Skalenteile und der
daraus folgende Fehler der Kraftmessung hätte sogar, wenn er
sich nicht durch die Messung des leeren Systèmes kompensierthätte, bei der grössten Empfindlichkeit des Dynamometers nur 0,2Skalenteile des Milliamperemeters betragen. Es ist deshalb nicht
anzunehmen, dass der Einfluss beim Ofen I für die Messung von
Bedeutung war.
41
Korrekturen der Kraftmessung. Ausser der Korrektur für das
Thermoelement sind folgende Momente zu beobachten.
1. Der Kreis des Thermoelementes kann fremde elektromoto¬
rische Kräfte besitzen. Diese werden dadurch ermittelt, dass man
die beiden Quecksilbernäpfe im Eisgefäss kurzschliesst, den Hilfsstrom
des Kompensationsapparates auf einen äusseren gleich grossen Wider¬
stand kommutiert, und dann den Ausschlag « des Nullinstrumentes
misst. Kennt man das Verhältnis des Widerstandes des Thermoele¬
mentes (bei einer mittleren Temperatur bestimmt) zum gesamten
Widerstand und das Verhältnis der Skalenablesung zur Temperatur,so kann man daraus diesen Einfluss mit genügender Genauigkeit in
Rechnung bringen. Er wurde bei jeder Temperaturmessung be¬
stimmt. Diese Korrektur betrug höchstens 0,2°.
2. Der Messdraht des Potentiometers ist mit einem Fehler behaftet,
da der fortwährende Gebrauch seinen Widerstand etwas erhöht. Man
aicht ihn durch Vergleich mit der Reihe der zu ihm in Serie ge¬
setzten einander aequivalenten Widerstände von 10 zu 10 Teilstrichen.
Korrekturen der Messinstrumente. Die Kontrolle des Kompen¬
sationsapparates ist soeben erörtert worden. Mit seiner Hilfe konnten
nun sämtliche übrigen Ströme kontrolliert werden. Die Ströme
der feinen Spule und der Erregerstrom des Magneten Hessen sich
durch Spannungsmessung an den Klemmen von Wolffschen Prä¬
zisionswiderständen von 10 Ohm resp. 0,1 Ohm auf ihre Unver-
änderlichkeit prüfen. Absolute Wrerte sind nicht verlangt aus dem
pg. 26 gegebenen Grunde. Die Kontrolle erfolgte vor und nach
jedei' ganzen Messung bei Anlass der Restimmung der Aichkon-
stanten. Ebenso wurden die Siemens'schen Milliamperemeter wieder¬
holt mit Hilfe des Potentiometers kontrolliert und von 10 zu 10
Teilstrichen, in gewissen Intervallen von Teilstrich zu Teilstrich,
die Korrektur ermittelt. Da sich diese Korrektur mit der Zeit
langsam ändert, musste sie öfters bestimmt werden. Die Konstanz
der Angaben sämtlicher Messinstrumente ist somit zurückgeführt
auf die Unveränderlichkeit des Normalelementes und der Spulen¬
widerstände im Potentiometer. Das Normalelement wurde zweimal
kontrolliert und unverändert gefunden. An der Unveränderlichkeit
der Letzteren ist nicht zu zweifeln.
h. Die Messanordnung für den Beobacliter und die Funktionen des¬
selben.
Nach den vorigen Reschreibungen sind die Funktionen des
Reobachters bei der Messung genau vorgeschrieben. Sie sind
42
1. Messung der Temperatur mittelst des Potentiometers inkl. Be¬
stimmung der fremden E. M. K.
2. Einstellung der Temperatur und deren Regulierung durch
Widerstände und Taster.
3. Einstellung des Erregerstromes für den Elektromagnet auf
einen bestimmten Wert.
4. Zurückführun g des Pendels auf den Nullpunkt durch Variieren
des Stromes in der festen Spule.5. Ablesung der beiden Dynamometerströme.
Die Mannigfaltigkeit der Funktionen, sowie ihre zeitliche Be¬
schränkung, erfordern eine sorgfältige Anlage der Messanordnung.Einfachheit, Uebersichtlichkeit, leichte Erreichbarkeit der verschie¬
denen Instrumente, sowie deren sicheres Funktionieren sind die
zu verfolgenden Gesichtspunkte. Ich erwähne diese fast selbstver¬
ständliche Anforderung an eine Messeinrichtung deshalb, weil sie
wesentlich zu der in den folgenden Untersuchungen erreichten Ge¬
nauigkeit beigetragen hat. Sämtliche Ströme konnten an dem direkt
vor dem Beobachter sich befindenden Milliamperemeter abgelesenwerden. Nach der Ablesung werden die Ströme auf einen dem
Messinstrument aequivalenten Widerstand übergeschaltet. Zwei
transparente Skalen befinden sich übereinander, die eine für das
Pendel, die andere für das Nullinstrument des Kompensationsappa¬rates. Die Wippen für die Djnamometerströme stehen links und
rechts vom Beobachter, damit sie möglichst gleichzeitig gekehrtwerden können, weil während dessen der Magnet erregt bleibt.
Da es unmöglich ist, den Beharrungszustand des Magneten abzu¬
warten, muss der Erregerstrom mittelst Regulierwiderständen kon¬
stant gehalten werden. Es müssen also drei Beobachtungen mög¬lichst gleichzeitig erfolgen: Beobachtung des Magnetstromes. Beob¬
achtung der Stellung des Pendels an der einen Skale und Beob¬
achtung der Temperatur an der andern, welch' letztere in etwas
grösseren Zeitintervallen zu geschehen braucht. Auf Ceberein-
stimmung des Richtungssinnes von Wippen, Tastern, Gleitvvider-
ständeu und Läufer am Potentiometer mit demjenigen der Licht¬
marken ist überall Rücksicht genommen worden.
Der Gang einer Messung war demnach folgender: Die ge¬wünschte Temperatur wird mittelst Widerständen und Tastern her¬
gestellt und während mindestens 10 Minuten konstant gehalten.Hierauf werden mit dem Magneten einige Zyklen beschrieben und
gleichzeitig der Strom der festen Spule annähernd aufgesucht. Darauf
48
erfolgt die Bestimmung der fremden E. M. K. im Thermostromkreis.
Dann wird der Strom in der feinen Spule abgelesen und nach
Einstellung der Skale auf den Nullpunkt des Pendels der Magnet
erregt. Das Milliamperemeter ist auf den Magnetstrom eingestellt.
Die rechte Hand bedient die Regulierung dieses Stromes, die linke
diejenige des Dynamometerstromes. Ab und zu wird die Tempe¬
ratur beobachtet und mit den in der Nähe der rechten Hand be¬
findlichen Tastern reguliert. Durch abwechselndes Beobachten von
Skale und Zeigerinstrument gelangt man dazu, gleichzeitig den ver¬
langten Strom und die Nullage des Pendels herzustellen. Darauf
wird der Dynamometerstrom abgelesen, beide Wippen rasch ge¬
kehrt und eine zweite Einstellung gemacht. Nach erfolgter Ab¬
lesung kann der Magnet ausgeschaltet werden. Man beobachtet
Nullpunkt des Pendels und Strom der feinen Spule. Nun folgen
die zwei Einstellungen mit umgekehrter Richtung des Magnetstromes.
Die ganze Messung wird gewöhnlich noch zweimal wiederholt.
Am Schlüsse wird wieder die fremde E. M. K. des Potentiometers
bestimmt. Damit ist das folgende Schema einer beliebig heraus¬
gegriffenen Messung verständlich.
Magnetit III. Messung.
Ofen¬
strom
T.
E.M.K.
| bewegl.a Spule
feste
Spulei
Null¬
punkt
strom-Mittel¬
richtungen werteMagnet Spalen
106,3
106,3
6180 — 27
— 27
106,0
106,0
106,0
106,0
138,65
139,3
138,65
139,3
138,7
139,35
138,65
139,3
138,7
139,4
138,6
139,3
0
0
0
0
+ 0,5
0
0
+ -r'
—— 138,98
— +
idem 139,00
idem'
139,00
2. Die Aichung des Apparates.
Hier soll nur die Aichung für die Messungen an Magnetit be¬
schrieben werden. Die umfangreicheren Arbeiten, welche zur Er-
44
mittlung der absoluten Werte der Magnetisierungskoeffizienten für
Platin und Palladium bei gewöhnlicher Temperatur nötig waren,sollen daselbst erwähnt werden. Als Aichsubstanz diente mir einemit Manganpyrophosphat gefüllte zugeschmolzene Glaskugel. Masseund Magnetisierungskoeffizient waren von Herrn Foëx bestimmtworden zu: m == 0,2876 gr, % = 102,2.10-6bei 17°. Korrektur für
Paramagnetismus der Glashülle = 1I'2 °/0. Die Aichung sollte auf 1 °/00genau sein, nicht um so genaue absolute Werte zu erhalten — dieAichsubstanz wird wohl eine solche Genauigkeit nicht beanspruchenkönnen —, aber um die UnVeränderlichkeit der Apparatenkon¬stanten zu prüfen. Dabei sind zwei Momente wesentlich. Nimmtman an, dass die Substanz ungefähr dem Gurie'schen Gesetz fürden reinen Paramagnetismus gehorcht, so ergibt die Aenderung von
von 0,3° Temperatur eine Aenderung von 1 °/00 von %. Wenn des¬halb die Temperatur auf 0,1° genau hergestellt wurde, so kanndies auch bei bedeutend ungünstigerem Verhalten der Substanz ge¬nügen. Die Substanz soll immer möglichst an die gleiche Stelleim Felde kommen. Zur Zentrierung senkrecht zur Bewegungs¬richtung bediente ich mich einer Schablone aus Karton, die ge¬nau in das Interferrikum passte und eine Reihe von Transversalenund konzentrischen Kreisen besass. Indem man genau senkrechtzu dieser Ebene visierte, konnte man die Aichsubstanz mit aller
Avünschenswerten Genauigkeit zentrieren. Die Verschiebung wurdean den vier Schrauben, auf welchen der Träger AA ruht, vorge¬nommen. Sie gestatten die richtige Einstellung in Höhe und Seiteund zudem noch jede gewünschte Veränderung der Nullage desPendels. Die Normaltemperatur erzeugte ein doppelwandiger Kupfer¬zylinder von ähnlichen Dimensionen wie die elektrischen Oefen.Der Wasserstrom, welcher den Hohlraum durchfloss, wurde von
einem ca. 20 Liter fassenden Bassin gespiesen, in welchem die
notwendige Temperatur hergestellt wurde. Ein Kupfer-KonstantanThermoelement, welches durch Vergleich mit einem Quecksilber¬thermometer geaicht worden war, mass die Temperatur des Innen¬
raumes des Ofens. In diesem Raum befand sich die Aichsubstanzmindestens eine Stunde lang, bis die Aichung vorgenommen wurde.Ich gebe hier die Werte der Apparatenkonstanten in einem durchdie Messweise bedingten Masstabe vor und nach der ersten undzweiten Messung an Magnetit. Für die Messung III diente dasPalladium als Aichsubstanz.
45
Messung I Messung II
Anfang A = 8620 Anfang A = 8586,5
Ende A = 8626 Ende A = 8590
Die beiden Wertepaare haben zueinander keine Beziehung.
3. Die Messungen.a. Das Nickel.
Den eigentlichen Messungen vorangehend habe ich eine Auf¬
nahme des Nickels gemacht, um die Technik des Apparates ein¬
zuüben. Das reine Nickel ist schon zu wiederholten Malen unter¬
sucht worden, so von Curie (I. c), Weiss und Foëx (1. c), Bloch1),
Renker2J, Aider (1. c), Honda3) und Terry4). Die Resultate bringen
also nichts wesentlich neues und ich hätte sie auch nicht ange¬
führt, wenn nicht in neuerer Zeit wieder der geradlinige Charakter
der Nickelkurve angezweifelt worden wäre. Die verwendete Nickel¬
probe war allerreinstes Nickel von Merk. Sie ist aber nicht iden¬
tisch mit dem von Weiss und Foëx, Bloch und Aider untersuchten
Ellipsoid. Ich habe das verallgemeinerte Curie'sche Gesetz in dem
Intervall von 500° bis 770° genau erfüllt gefunden (Tab. 2). Unter¬
halb 500° biegt die Gerade um, im Sinne einer wachsenden Curie¬
konstanten, wie dies von allen Beobachtern konstatiert worden war.
Das geradlinige Stück liefert Cm = 0,3265; 6 (extrapoliert) = 381.7°,
woraus n = 8,03, also bis auf 4°/00 genau die ganze Zahl 8 Mag-
netonen. Es mag hier noch bemerkt sein, dass, wenn vielleicht
der Wert des Magnetons nach den Messungen von Trümpier an
Lösungen nach der Steighöhenmethode etwa um 2 °/oo zu klein ist,
diese Korrektur obige Abweichung von der Ganzzahligkeit auf
2°/oo herabsetzt.
b. Erste Messung, künstliches Magnetit.Schutzhüllen. Mehrere Messungen von orientierendem Charakter
an künstlichen Magnetitstücken hoher Sättigung zeigten vor allem,
dass die im Ofen unterhaltene Stickstoffatmosphäre nicht genügendSchutz gegen Oxydation bot. Die Stücke oxydierten sehr bald durch,
und die Messreihen waren nicht reversibel. Es ergab sich des¬
halb die Notwendigkeit, die Substanz gasdicht eiuzuschliessen. Dieses
') 0. Bloch, Ueber die magnetischen Eigenschaften der Nickel-Kobalt-Legie¬rungen. Diss. Zürich 1911.
2) H. Renker, Magnetische Untersuchungen an Legierungen der Eisengruppeoberhalb des Curiepunktes. Diss. Zürich 1913.
3) K. Honda u. H. Takagi, The science reports of the Tohoku Imperial Uni¬
versity. I. série, vol I. No. 5 1913.
4) Early M. Terry, The Physical Review 2. IX. 5, pg. 394 1917.
46
bietet einen viel grösseren Schutz als eine künstliche Atmosphäre,welche dauernd regeneriert werden muss, da in letzterem Falle
alle kleinen Sauerstoffspuren fortwährend von der Substanz ab¬
sorbiert werden. Ich schloss deshalb das Magnetit in eine Kapselaus geschmolzenem Bergkristall ein. Die Kapsel wird aus einem
Quarzröhrchen gebildet, das am einen Ende zugeschmolzen ist
(Fig. 12 b). Der Deckel hat die Form einer Schale und wird nach
Einfügen der Substanz an den Rändern in der Knallgasflamme mit
Fig. 12b dem Quarzgefäss verschmolzen. Die Substanz
putinhnt kommt dabei nicht auf so hohe Temperatur,piatinfoiie w\e es })ei einer besser leitenden PJatinhülle
der Fall gewesen wäre. Um eine Verzöge-Substanz "
piatinteich runo des Temperaturausgleiches durch das
schlechtleitende Quarz zu vermeiden, wählte
ich die Wandstärke nur 0,2 mm. Das Innere
des Quarzgefässchens war mit Platinfolie aus¬
gefüttert, um eine schädliche Einwirkungder Kieselsäure auf das Magnetit zu ver-
Thermoelement hindern.
Eigenschuften der verwendeten Substanz. Die Substanz hatte
eine Masse von m = 0,22302 gr. Sie bestand aus drei Magnetit¬kugeln von pechschwarzem Glänze, welche die Sättigungswerte<r=92,9; 93,0; 92,9 besassen. Es ist wohl möglich, dass auch
ihre chemische Zusammensetzung entsprechend war. Doch muss
dies mit der Vorsicht angenommen werden, welche die früher er¬
wähnten eigentümlichen Beziehungen zwischen Magnetismus und
chemischer Zusammensetzung der sauerstoffreichen Schmelzen ge¬bieten. Nichtsdestoweniger glaube ich diese Messungen doch er¬
wähnen zu müssen, wegen der wichtigen Erscheinungen, welche
sie mit den späteren Messungen gemeinsam hat.
Bemerkungen zur Messung. Das Verhalten der Suhstanz war
nun völlig reversibel. Dagegen platzte bei 800° das Quarzgefässchen.Die Folge davon war, dass sich die Substanz fast augenblicklichoxydierte. Sie besass denn auch nachher nur noch die Magneti¬sierung (t = 76,7 resp. a = 75,7. Ein Stück ging verloren. Als
wesentlicher Unterschied gegenüber den Messungen von Weiss &
Foe'x ist die Abwesenheit der Diskontinuität bei 680° zu erwähnen.
Der allgemeine Verlauf der Kurve ist kontinuierlich und gibtnirgends Anlass, eine Region, in welcher das verallgemeinerteCurie'sche Gesetz genau gilt, anzunehmen, obwohl die Krümmung
47
eigentümliche kleine Schwankungen aufweist. Im Verhältnis zu den
späteren Messungen zeigt die Kurve eine konstante Verschiebung
in der Temperaturaxe um ca. 5°. Es ist dies wahrscheinlich darauf
zurückzuführen, dass das Thermoelement nicht die Temperatur der
Substanz anzeigte, wegen der starken Inhomogeneität der Tempe¬
ratur des Ofens I, vgl. Fig. 11
c. Zweite Messung, natürliches Magnetit.
Nachdem die chemische Analyse gezeigt halte, dass nur bei
<len natürlichen Magnetiten Aufschluss über den Reinheitsgrad zu
erlangen war, erfolgte eine zweite Messung mit natürlicher Sub¬
stanz. Pie Auslese wurde unter den Bruchstücken des Magnetites
,.Binnental No. 3" getroffen, von welchen 3 Stücke zur Analyse
gelangt waren und die in Tabelle pg. 24 gegebenen Werte auf¬
wiesen. Das zur Messung ausgewählte Magnetit „Binnental No. 3c"
bestand aus 2 Stücken, welche zu einem ca. 7 mm langen und
3 mm dicken Zylinder geschliffen wurden. Die Masse betrug m =
0,31350 gr. Die gedrungene Form gestattete eine grössere Masse
auf einem kleineren Gebiete zusammenzubringen. Ueberdies brachte
ich noch den Platinhut Fig. 12 b an, um den Temperaturausgleich
zu vervollständigen. Das Quarzgefässchen erhielt eine etwas grössere
Wandstärke, um ein abermaliges Zerspringen zu verhüten. Die
Messungen sind in Tab. 4 chronologisch aufgeführt. Sie bestehen
1. aus einer eingehenden Untersuchung des Gebietes 580° bis
700° (Pkt. 1 bis 137). Die Substanz war während dieses Teiles
der Messung fast reversibel, wie die Kontrollpunkte 1, 8, 17, 54.
109. welche zu diesem Zwecke aufgenommen wurden, zeigen. Sie
weisen nur eine kleine Abnahme des Magnetisierungskoefflzienten
jsonders Fl
No.
1
;t. 109)
t
634.8
X 1QR
8866
auf t = 634,8reduziert
X' 108
8866
8 634,9 8826 8844
17 635,1 8793 8847
54 635,1 8821 8848
109 634,8 8768 8768
Im ganzen Gebiet konnte nirgends eine deutlich ausgebildete
•Gerade erkannt werden. Bei ca. 640° ist die Krümmung etwas
stärker. Dieser Punkt ist in der Nähe des ersten Knickes der
Weiss*schen Kurve. Neu ist die Aufnahme des Gebietes ganz in
der Nähe des Umwandlungspunktes. Es zeigte sich auch hier wie
48
beim Nickel ein Abflachen der Kurve gegen die Temperaturaxehin. Eine spezielle Aufnahme in verschiedenen Feldern (Tab. 4a)zeigte, dass eine Abhängigkeit des Magnetisierungskoeffizienten vom
äusseren Felde hei 587° anfängt.2. Oberhalb 700° zeigte sich bei jeder neuen Mess-Serie eine
Abnahme von /. Nach Erreichung der Temperatur 850° (Pkt. 182}folgte eine Messreihe zurück bis 582° (Pkt. 208). Es trat nun an
der Stelle der Schleife in der Kurve von Weiss und Foëx eben¬
falls eine Diskontinuität von gleichem Ghai'akter aber viel schwächer
auf (siehe Fig. 14). Nach einer weiteren Serie his 900° (Pkt. 217jfolgte noch eine Gesamtaufnahme des Gebietes, welche noch eine
Vergrösserung obiger Erscheinung darbot. Die Vermutung einer
beginnenden Oxydation lag nahe, und es wurde deshalb die Mes¬
sung abgeschlossen. Die Bestimmung der Sättigungsintensität er¬
gab nur noch a = 81,8, die chemische Analyse Fe 0 = 27,08%,d. h. es waren ca. 12°/o der Substanz zu Fe2 03 oxydiert. Es ist
bemerkenswert, dass, obwohl ein so starker Prozentsatz oxydiertwar, die Kurve im Gebiete 580°—660° nur unbedeutende Aende-
rungen erlitten hat. Insbesondere blieb eine entsprechende Aende-
rung des Umwandlungspunktes aus. Dasselbe kann auch noch mit
Rücksicht auf die Messung von Weiss und Foëx gesagt werden,obwohl dort die unstetige Abnahme der Susziptibilität bei 680°
49
noch bedeutend stärker ist als bei der letzten hier aufgenommenen
Messreihe. Das Auftreten der Oxydation war nicht zu verwundern
bei der leichten Oxydierbarkeit der Substanz und unter Berück¬
sichtigung, dass sich dieselbe nahezu 200 Std. auf einer mittleren
Temperatur von 700° befunden hat. Das Quarzgefässchen war
nämlich teilweise devitrifiziert.
d) Dritte Messimg. natilrtiches Magnetit.
Diese Messung erfolgte zeitlich nach derjenigen an Platin und
Palladium. Ueber die allgemeine Abänderung der Apparatur wird
desbalb auf den zweiten Teil der Arbeit verwiesen. Sie besteht
im wesentlichen aus einer Verstärkung des Feldes durch Erhöhung
des Erregerstromes und Verkürzung des Interferrikums einerseits
und in der Verwendung der verbesserten Oefen II und 1IJ anderer¬
seits. Ich konnte deshalb die Masse der Substanz noch mehr ver¬
ringern, sodass ein einziges Stück von der Masse m = 0,10736 gr
genügte. Es wurden folgende Ziele verfolgt: 1. Dem Quarzgefässchen
eine noch grössere Wandstärke zu geben, um es gasdicht zu er¬
halten. 2. Die Messung so rasch wie möglich auszuführen und in
möglichst wenig Serien. 3. Während der ganzen Messung ununter¬
brochen eine Stickstoffatmosphäre im Ofen zu unterhalten. Ï. Die
Messung unter allen Umständen bei 800° abzuschliessen. o. Die
Magnetisierungsintensität direkt nach dem Zuschmelzen des (juarz-
gefässchens, sowie nach Erreichung der Temperatur 800° zu kon¬
trollieren. Hiedurch sollte erreicht werden, eine Messung von einer
in engen Grenzen definierten Substanz zu gewinnen. Als Aich-
substanz diente diesmal die bereits absolut gemessene Kugel aus
Palladium, welche ungefähr gleiche Ausdehnung wie das Magnetit¬
stück besass (siehe pg. 6%). Die Substanz war Magnetit aus dem
ßinnental und besass am Anfang die Intensität a = 92,8; da ich
beim Zuschmelzen volle Sicherheit haben wollte, dass keine Oeff-
nung mehr vorhanden sei, musste das Gefässchen ziemlich hoch
erhitzt werden. Die Messung der Magnetisierung im zugeschmolzenen
Gefäss gab u = 92,3. Die Messung umfasste 2 Serien von zu¬
sammen 20 Stunden und verlief völlig störungsfrei. Sie ist in
Fig. 15 gezeichnet und in Tab. No. 5 zahlenmässig wiedergegeben.
Zur Kontrolle der Reversibilität diente der Punkt t = 670°. Es
konnte somit keine Aenderung des Magnetisierungskoeffizienten wahr¬
genommen werden. Die Bestimmung der Sättigungsintensität nach
der Messung ergab o = 91,9. Die Kurve gibt also das Verhalten
80
eines Magnetites mit der Sättigungsintensität zwischen obigen Werten.
Um den Einfluss des Quarzgefässchens auf die Einstellung der
Temperatur zu untersuchen, wurde mehrere Male sofort nach Er¬
reichung der neuen Temperatur eine Messung gemacht, welche
jjO' 600' SSO' fOO' TS0- -* t SOU"
Fig. 15
Dritte Messung an natürlichem Magnetit.
immer mit der 10 Minuten später unternommenen eigentlichenMessung übereinstimmte. Der Verlauf der Kurve ist völlig konti¬
nuierlich und stimmt im wesentlichen mit der anfänglichen Kurveder zweiten Messung überein.
Ueber die magnetischen Eigenschaften dieser beiden Elemente
bei höheren Temperaturen liegen zwei Untersuchungen vor. Curie
(1. c.) fand für das Palladium sein Gesetz in einem Intervalle bis
1370° wenigstens angenähert bestätigt. Obwohl gewisse Störungenden Wert der Messungen etwas vermindern, so findet er doch den
Umstand, dass das Gesetz in einem so grossen Temperaturgebieteinigermassen erfüllt wird, für bemerkenswert. Es ergibt sich C
= 0,00152. Korrigiert man auf den Magnetisierungskoeffizienten72
des Wassers nach A. Piccard durch Multiplikation mit -
. so
wird C = 0,001387. Daraus Gm = 0,1480; n = 5,4.
Honda1) hat sowohl Platin wie Palladium untersucht. Für
Ersteres findet er eine langsamere Abnahme der Suszeptibilität mit
wachsender Temperatur, als es das einfache Gurie'sche Gesetz ver¬
langt. Auch das Palladium zeigte dieselbe Erscheinung. Ein etwas
eisenhaltiges Präparat soll dagegen in Uebereinstimmung mit der
Formel stehen.
Das Hauptgewicht bei diesen Untersuchungen liegt in der
Frage nach ferromagnetischen Verunreinigungen der Substanzen.
Da sie schon recht schwach magnetisch sind, % = { • 10—6 für
Platin und % — 5,5 • 10 sfür Palladium bei Zimmertemperatur,
so müssen schon minimale Spuren solcher Beimischungen den
Magnetisierungskoeftizienten beeinflussen. Wir haben deshalb die
Firma W. G. Heraus, Hanau ersucht, uns zwei Präparate von grösst-mögiieher Reinheit, insbesondere in Bezug auf Eisen, zu liefern.
Ich lasse wörtlich die von Heraus gegebene Qualifikation der Platin-
und Palladiumperle folgen, welche uns diese Firma schenkungs¬weise überlassen hat.2)
„Wir sind für diese Perlen von dem reinsten Material ausge¬
gangen, welches bisher bei uns dargestellt worden ist und haben dieses
noch einmal umgearbeitet, wobei wir vermieden haben, dass bei irgend
1) K. Honda. Die thermomagnetischen Eigenschaften der Elemente. TheScience reports of the Tôhoku Imperial University. Vol. I, No. 1 1912.
-) Der Firma W. C. Heraus sprechen wir an dieser Stelle unseren bestenDank aus für die wertvolle Hülfe, durch welche sie unsere Untersuchungengefördert hat.
57
einer Operation Eisen oder eisenhaltige Materialien mit dem Präparat
in Berührung kamen. Sämtliche Mutlerlaugen und Waschicässer bei
der Umarbeitung haben wir auf Eisen geprüft and bei keiner eine
Reaktion auf Eisen erhalten können. Wir nehmen deshalb an. dass
diese Perlen entweder überhaupt eisenfrei sind, oder doch nur solche
geringe Spuren von Eisen enthalten, die sich praktisch nicht mehr
entfernen lassen."
Ferner ist nach der Theorie das einfache Curie'sche Gesetz
nur für das Gas und die stark verdünnte Lösung gültig. Für feste
Substanzen tritt an seine Stelle das durch die Hypothese des mole¬
kularen Feldes modifizierte Gesetz
X (T - 0) = C
Es ist also die Frage nach der Erfüllung dieser verallgemeinerten
Formel zu stellen, mid es scheinen auch die Messungen Honda's
im Verein mit denen von Kammerling Onnes und Osterhuis hei
tiefen Temperaturen dafür zu sprechen.Als dritter Punkt ist der Einfluss des Diamagnetismus zu er¬
örtern. Nach Langerins Theorie ist derselbe eine universelle Er¬
scheinung der Materie und tritt somit bei paramagnetischen Sub¬
stanzen ebenso gut auf, wie bei den als diamagnetisch bezeichneten.
Er besitzt durchschnittlich die Grössenordnung % = — 10~7, und
S ist somit bei diesen schwach paramagnetischen Substanzen ein
derartiger Einfluss von wesentlicher Bedeutung. Da sich aber ein
solcher Diamagnetismus nicht direkt beobachten lässt, so wird die
Zahl der zu bestimmenden Konstanten um eine vermehrt. Es war
deshalb nötig, die Präzision der Messungen auf das höchstmögliche
zu treiben und dem Temperaturintervall einen zweckmässig grossen
Umfang zu geben.
2. Die Abänderungen an der Apparatur.
a) Die beiden Substanzen besassen die Massen Pt — 1,97631 gr :
Pd — 0,98743 gr. Von ihnen ist das Platin die magnetisch
schwächere. Sein Koeffizient beträgt zwischen 0° und 1000° im
Mittel x — 0,7 • 10~\ somit % • m = 1,4 • 10 6. Bei den Messungen
an Magnetit war das Moment im Felde 1 durchschnittlich % • m
= 14 • 10 e. Es musste also eine zehnmal grössere Empfindlich¬
keit erreicht werden. Da eine Verfeinerung der Kraftmessung ohne
gründliche Aenderung des Apparates nicht möglich war, kam im
wesentlichen nur eine Verstärkung des Feldes in Frage. Eine solche
konnte erreicht werden, einerseits durch Herabsetzung des Inter-
58
ferrikums, andererseits durch Vergrösserung der Erregerstromstärke.Der Einfluss ist dann ein doppelter, indem sich sowohl H wie auch
3 H
besonders-^— vergrössert. In gewissen Grenzen geht die Kraftände¬
rung proportional mit dem Quadrate der Erregerstromstärke. Der
Verminderung des Interferrikums bietet der Umstand Halt, dass da-
3Hdurch das Gebiet, in welchem H-— konstant ist, kleiner wird. Für
relative Messungen an derselben Substanz in derselben Lage hat dies
zwar keine Bedeutung, sehr wohl aber bei Vergleichung von Sub¬
stanzen verschiedener Ausdehnung. Eh ist also nur nötig bei einer
Temperatur, etwa der Zimmertemperatur, absolute Werte zu er¬
mitteln, weil während der Messungen bei verschiedenen Tempe¬raturen die Substanz ihre Lage nicht ändert, also
/ ""
"
konstant bleibt. In welcher Weise bei der Bestimmung der abso¬
luten Werte bei gewöhnlicher Temperatur dieser Fehlerquelle Rech¬
nung getragen wurde, soll daselbst erörtert werden. Der Ver¬
grösserung der Stromstärke entgegnet die hiedurch entstehende
störende Erwärmung des Magneten und der Luft in der Umgebung,was Schwankungen in der Nullage des Pendels zur Folge hat. Es
inusste deshalb das den vorliegenden Umständen am besten ent¬
sprechende Mittelmass gefunden werden. Von den beiden Ein¬
flüssen der Stromwärme ist derjenige auf den wassergekühlten Mag¬neten weniger störend als der auf den Aussenraum. Ich habe des¬
halb die Spulen des Magneten thermisch isoliert, wodurch während
mehrerer Stunden eine Erwärmung der Luft des Aussenraumes
vermieden werden konnte. Die verwendete Stromstärke betrug16,3 Ampères.
b) Die Korrektur des leeren Pendels machte beim Magnetitdurchschnittlich 10% aus. Hier hätte sie die zu messende Grösse
erreicht und sogar überschritten. Ferner bestanden die Stäbchen
Fig. 12 a aus Porzellan, welches magnetisch nicht ganz einwand¬
frei ist, da es ferromagnetische Einschlüsse enthalten kann. Zudem
war nicht mehr dieselbe Menge Platin nötig zur Erreichung einer
homogenen Temperatur wie beim Magnetit, da die beiden Sub¬
stanzen selbst gute Leiter sind. Ich habe deshalb die Porzellan-
röhrchen durch ein Stäbchen aus geschmolzenem Bergkristall er¬
setzt, auf welches ein Kelch aus Platinblech von 0,15 mm Wand¬
stärke gesteckt ist. Der Pt/Rh-Ast des Thermoelementes ist in
m
Mitte Höhe am Kelch angeschmolzen, dann direkt unterhalb dem¬
selben zweimal spiralförmig um das Stäbchen geführt; nachher
folgt er ihm parallel. Der Platindraht ist weiter unten am Kelch
befestigt und führt sofort abwärts. Beide Drähte hängen frei von
der Lötstelle bis zu dem Bernsteinträger. In dieser Fassung war
auch die Aichung des Thermoelementes erfolgt. Die Korrektur der
Aufhängung hatte den früher erwähnten Betrag von durchschnitt¬
lich 20% der Gesamtgrösse. Die verwendeten Substanzen, Quarz
und Platin, sind aber alle magnetisch gut definiert. Es war auch
nie eine Veränderung dieser Korrektur zu bemerken, obwohl das
Quarz bei höheren Temperaturen langsam oberflächlich devitri-
fizierte.
3. Die Herstellung der Aichsubstanz und die Bestimmung
des Magnetisierungskoeifizienten von Platin und Palladium
bei 17° C.
uj Wahl der Aichflässigkeit.Wie oben erwähnt, war es nötig, die Magnetisierungskoeffi¬
zienten der beiden Substanzen bei einer bestimmten Temperaturabsolut zu messen. Die grosse Aenderung der Empfindlichkeit, so¬
wie die Verminderung der zulässigen Ausdehnung der Körper,
erforderte die Herstellung einer neuen Aichsubstanz. Als solche
eignen sich vor allem paramagnetische Flüssigkeiten, wie sie die
Salzlösungen ferromagnetischer Elemente bilden. Ihr Magnetisie¬
rungskoeffizient kann dann direkt absolut gemessen werden durch
Vergleich mit dem Wasser im Steighöhenapparat. An die Aich-
flüssigkeit waren folgende Anforderungen zu stellen.
1. Konstanz ihres Magnetisierungskoeffizienten. Die zahlreichen
magnetischen Messungen an Lösungen haben gezeigt, dass in dieser
Hinsicht die Nickelsalzlösungen einwandfrei sind.
2. Die Suszeptibilität soll einigermassen diejenige der schwächeren
der zu untersuchenden Substanzen erreichen. Sie hat dann bei
gleicher Ausdehnung auch das gleiche Moment wie die letztere.
Unter den drei bestbekannten Nickelsalzen. Chlorid, Sulfat, Nitrat,
haben die bei gewöhnlicher Temperatur gesättigten wässerigen
Lösungen die Suszeptibilitäten : Ni Cl2:z = 13,8 • 10~"; Ni (N03)2:
x = 15,2 • IGT6; Ni S04: x= 7,7 • 10-G. Das Nitrat kommt also
dem Werte des Platins / = ca. 22 • 10~G am nächsten und wurde
deshalb gewählt. Das Ausgangsmaterial war kristallisiertes Nickel¬
nitrat, kobaltfrei (Kahlbaum). Aus technischen Gründen der Steig¬
höhenmessung wurde die Konzentration noch etwas verkleinert.
fiO
b) Messung des Magnetisierungskoeffizienten der Nickelnitratlösungnach der Steighöhenmethohe.
Die Steighöhenmessung erfolgte in dem von Piccard1) kon¬
struierten Steigrohr. Sein Bau mit den neuesten Verbesserungenist zum letzten Mal von A. Trümpier2} beschrieben worden. In
») A. Piccard, Dis«. Zürich 1913.
a) A. Trümpier, Diss. Zürich 1917.
61
der vorliegenden Arbeit wurden an dessen Konstruktion keine
Aenderungen vorgenommen. Sie ist in Fig. 16 wiedergegeben.Die Steighöhe der Aichflüssigkeit beträgt in einem Felde von 21000
Gauss ca. 20 mm. Sie hätte daher bei bekanntem Felde die volle
Empfindlichkeit des Apparates bei weitem nicht verlangt. Ich mon¬
tierte deshalb das Steigrohr in dem zur Bestimmung des Koeffi¬
zienten des Wassers geaichten Magneten. Kontrollversuche mit dem
Wasser, sowie mit der Wage nach Cotton, zeigten aber, dass sich
dieses Feld um ca. 7%o geändert haben musste. Ich legte des¬
halb den Messungen den Wert des Wassers % = —0,7183 • 10s
bei 17° als Vergleichswert zu Grunde, wobei nun allerdings die
volle Präzision des Apparates gefordert wurde. Die Ablesung der
Steighöhe erfolgte dabei an einer Zeiss"schen Glasskala sk (Fig. 16).Als Normaltemperatur für die Messung der Lösung wählte ich 17°.
Die Messung des Wassers geschah sowohl in Luft unter Anbringungder Korrekturen als auch in Wasserstoffatmosphäre. Es ergab sich
als Mittel der Steighöhen in Wasser
a) vor der Messung j in Luft (corr.)der Lösung ^ in II2
b) nach der Messung j in Luft (corr.) 1,671 „
der Lösung y in H2 1,670 „
Gesamtmittel = 1,671 mm bei t = 17°.
Es wurden zwei Lösungen etwas verschiedener Konzentration
gemessen, welche ergaben:
1,670 mm
1,672 „
Lösung 1
Lösung II
h
h :
h
h
h
16,8°
16,8t = 16,7t = 17,00
t= 17,03t = 17.00
Mittel = 18,66 mm
Mittel = 18,67 mm
18.664 mm
18,664 „
18,663 „
18,679 „
18,667 „
h = 18,672 „
c) Die Aichung.Die Nickelnitratlösungen werden in kugelförmige Quarzge-
fässchen, die in einer Kapillaren endeten, abgefüllt. Die Ueber-
führung erfolgte durch eine noch feinere Kapillare ohne Benetzung
der Quarzkapillaren. Letztere wurde mittelst der Knallgasftamme
zugeschmolzen. Glasgefässe zeigen oft veränderlichen Magnetismus,weshalb hier Quarz gewählt wurde. Für die Aichung ersetzte ich
im Apparat das Quarzstäbchen mit Platinkelch durch ein anderes,
auf weichem die Aichkugeln mittelst Bienenwachs fixiert wurden.
Die Normaltemperatur 17° erzeugte der Silberofen II, durchweichen
62
Kühlwasser von der nötigen Temperatur floss. Da bei diesen kleinen
Suszeptibilitäten der Paramagnetism us der umgebenden Luft schon
in Betracht kommt, stellte ich im Ofen eine Stickstoffatmosphäreher. Die verschiedenen Operationen der Aichung waren dann der
Reihe nach folgende:1. Messung des Quarzstähchens + Bienenwachs in Luft.
2. Messung des Quarzstäbchens -f- Bienenwachs -f- leeres
Kölbchen in Luft.
3. Messung des Quarzstäbchens -f- Bienenwadis in Stickstoff.
4. Messung des Quarzstäbchens + Bienenwachs -\- gefüllteAichkugel in Stickstoff.
Messung i und i geben die Korrektur für das leere Kölbchen in
Bezug auf Luft als umgebendes Medium. Es ist vorteilhafter, diese
iSW
1S3S
•/
/S3Û
/SIS
rszff ^r
*ft
3.Z S.O lé 1/ tu t.z
Fig. 17
Variation der Aichkonstanten mit dem Radius der Aichkugeln.
Korrektur, welche ca. 5% der Gesamtgrösse ausmacht, in Luft zu
messen und auf Vakuum zurückzuführen, da im Gefässchen selbst
nicht leicht eine Stickstoffatmosphäre hergestellt werden kann.
Es war nun ferner der Einfluss der Ausdehnung der Substanz
zu ermitteln.1) Zu dem Zwecke stellte ich drei Aichkugeln von
y • mverschiedenem Radius dar und ermittelte den Ausdruck -.—- ini-J
Funklion desselben. Es ergab sich
]J Die Topographie des Feldes in der Horizontalebene mit Hilfe einer kleinend H
Menge Manganpyrophosphat ergab, dass das Diagramm von H — eine
Sattelfläche darstellt.
63
Radiusi * i
4,23 mm 1540
3,6077
15283,15771521
3,2 771521
8,0 771519
3
alsAichkonstantefür
m
A
^= 1519.
Substanz
Aichkugel I
„H
„111
3,15„1521
Fig. 17
Platin, interpoliertPalladium
„
Es ergibt sich hierausalsAichkonstantefür
das Platin
A = 1521, für das PalladiumA
Da die Perlen nicht ganz kugelförmig waren, wurden sie in
verschiedenen Lagen montiert und daraus das Mittel genommen.
Die Messungen ergaben für
Platin x = U>343 • 10~6 bei 17,1°Palladium x = 5,206 • *ö~ 6 bei IIA0
Fehlerabschätzimg. Fehler der Steighöhenmessung. Hier kommt
vor allem die Messung der Steighöhe des Wassers in Betracht. Ihr
Fehler ist im Maximum 1 °/oo. Die Steighöhe der Lösung ist relativ
viel genauer. Unter Annahme, dass das % des Wassers fehlerfrei
sei, sind die Magnetisierungskoeffizienten der Aiclilösungen auf 2°/oo
genau bekannt anzunehmen.
Fehler der Aichungen. Die Schwankungen der einzelnen Mes¬
sungen erreichten nie l°/oo. Es ist also höchstens ein Fehler von
2%o für Platin und Palladium anzunehmen. Der Gesamtfehler
relativ zum Wasser beträgt somit im Maximum 4%o. Den wahr¬
scheinlichen Fehler schätze ich auf ca. i %>o.
4. Die Messung des Platins bei verschiedenen Temperaturen.
Nachdem die absoluten Werte der beiden Substanzen bei 17°
ermittelt worden waren, konnten sie für die nachfolgenden Mes¬
sungen direkt als Aichwerte verwendet werden. Die Messung ist
in zwei Hinsichten eine doppelte. Einmal muss die Korrektur des
Pendels mit derselben Schärfe und Sorgfalt bestimmt werden, wie
die eigentliche zu messende Grösse, da sie durchschnittlich 20%
der Gesamtgrösse beträgt; dann muss hinsichtlich des Temperatur¬
gebietes die Messung in zwei Teile getrennt werden, bedingt durch
das Auswechseln der Oefen II und TU. Es war vorteilhafter, die
Messung von Korrektur und Substanz zuerst im Gebiete des einen
Ofens auszuführen und dieselbe Messweise im oberen Temperatur¬
intervall folgen zu lassen. Um die Verbindung sicherzustellen, liess
ich die beiden Intervalle ca. 100° weit übereinandergreifen. Das
(54
untere Temperaturgebiet erstreckte sich von 15° bis 700°, das obere
von 600° bis 1000°. Da die Magnetisierung mit der Temperatursehr wenig variiert und ohnehin sehr schwach ist, so lag das Schwer¬
gewicht bei der Messung der Kraft. Die Temperaturmessung und
Regulierung war im Verhältnis dazu mehr als hinreichend. Ein
spezielles Augenmerk nmsste auch der Reversibilität gegeben werden,sowohl bei der Korrektur, wie bei der Substanz. Nach jeder Mes¬
sung wurde der Normalpunkt ( gewöhnliche Temperatur) kontrolliert.
Auch die Strommessinstrumente wurden wiederholt geprüft. Die
drei bis vier Messungen, die bei jeder Temperatur ausgeführtwurden, wichen kaum um 1 °/oo unter einander ab. Jn den meisten
Fällen war die Schwankung noch geringer. Ihr Mittelwert kann
somit im Maximum 0,S°/oo Fehler enthalten. Die Serie umfasste
ca. 100 Einzelmessungen à S—4 Wiederholungen und verlief im
ganzen Intervall störungsfrei. Dasselbe kann von der sehr subtilen
Arbeit der Auswechslung der Üefen gesagt werden. Tabelle 6 gibtin der ersten Hauptkolonne (Diamagnetismus = 0) die Werte von
t, x l,nd —• Kurve a Fig. 18.Z
Bemerkungen zur Messung. Die Kontrollen zeigten, dass keine
Spur von Irreversibilität zu bemerken war. Auch die Masse der
Substanz blieb unverändert. Eine Messreihe, welche das Gebiet
600° bis 1000° sehr rasch durchlief, stimmte mit den andern über¬
ein. Das gemeinsame Stück der beiden Temperaturgebiete deckt
sich innerhalb der Grenze der Versuchsfehler.
5. Die Messung des Palladiums bei verschiedenen Temperaturen.
Das Palladium gab durchschnittlich grössere Kräfte, sodass
die Genauigkeit noch etwas höher ist als beim Platin und die
Korrektur des Pendels im Verhältnis kleiner ausfiel. Hier musste
besonders auf die Reversibilität geachtet werden. Schon die Re¬
sultate Curies zeigen eine Zunahme des Magnetisierungskoeffizientenim Laufe der Messung. Er gibt chronologisch geordnet t = 22°
Z --= 5,8 • i0-B; t = 23° z = S;3 • 10-6; t = 22,5° z = 5,62 • 10 6;t = 24,6° z = 3.62 • 10~6. Auch die Messungen Hondas zeigen kleinere
Temperaturhysteresen, diejenige am unreinen Palladium sogar der¬
art, dass sich;/ mehr als verdoppelte. Die Fähigkeit des Palladiums
besonders bei höheren Temperaturen reichlich Wasserstoff zu ab¬
sorbieren, ist bekannt. Es ändern sich dabei seine physikalischenEigenschaften. Auch eine Zunahme des Magnetismus soll konsta-
65
tiert worden sein. Es war deshalb die früher erwähnte Reinigungdes Stickstoffes von Wasserstoff angezeigt. Der Gang der Messungwar derselbe wie beim Platin und verlief ebenso störungsfrei. Die
beiden Temperaturgebiete erstreckten sich von 15° bis 700° und
von 500° bis 1000°, sodass ein gemeinsames Stück von 200° vor¬
handen war, welches bei beiden Messreihen kongruent war. Die
Messungen sind in Tabelle 7 (Diamagnetismus = 0) und Fig. 19,Kurve A, wiedergegeben. Nachfolgende Tabelle zeigt, class bei
unserem reinen Material keine Spur von Irreversibilität vorhanden
ist. Sie gibt das Produkt der Kompensationsströme in Abhängig¬keit von der thermoelektromotorischen Kraft für Anfang und Ende
der einzelnen Serie, sowie für die ganze Messung.
T. E M. K. I i • j , i • j
Unteres Temperaturgebiet
Anfang 0083 146,37
Ende 0081 146,52
Anfang 0081 146,50
Ende 0082 146,50
Anfang 0083 146,35
Ende 0081 146.40
Oberes Temperaturgebiet
Anfang 4-252 132,42
Ende 4250 132,64
Anfang 4252 132,50
Ende 4252 I 132,50
Ende der Messung
0076 | 146,72
Die Masse des Palladiums hatte um 0,1 mg. d. h. um 0,1 °/oo
zugenommen. Die Perle war oberflächlich nur schwach angelaufen.Diese Gewichtszunahme ist wohl eher in einer rein mechanischen
698.8 i 2005,4 4987 2505,4 3991 2545,4 3929 2585,4 3868
587,0 2268 4409 2768 3612 2808 3560,5 2848 3510,5
69
Ofen III.
504,2 2496,5 4005 1
501.0 2502,0 3998
593,0 2249.2 4446
616,6 2192,5 4561
666,4 2076,6 4816
680,2 2043,5 4893
698 8 2003,5 4991
719,0 1963,3 5094
738.2 1925 3 5194
756.9 1889,1 5294
774,2 1856,5 5385,5
787,8 1834,0 5452
816,7 1783,3 5607,5
834,5 1752,6 5706
855,9 1721 2 5810
872,9 1694,0 5903
880,4 1684 5 5937
896,3 1659,8 6025
915,9 1633,0 6124
931,7 1605,4 6229
951,6 1581,3 6324
969.3 1557,5 6421
984 9 1537,1 6506
2996,5
3002,0
2749,2
2692,5
2576,6
2543,5
2503,5
2463,3
2425,3
2389,1
2356,5
2334,0
2283,3
2252 6
2221 2
2194,0
2184,5
2159,8
2133,0
2105,4
2081,3
2057,5
2037,1
3338
3330,5
3637 5
3713,5
3880,5
3930,5
3993,5
4060
1122,5
4186
4242
4283
4380
4438
4500,5
4556.5
4576
4629,5
4688
4750
4803
4859,5
4909
3036,5
3042,0
2789,2
2732,5
2616,6
2583,5
2543,5
2503,3
2465,3
2429,1
2396,5
2374,0
2323,3
2292,6
2261,2
2234,0
2224,5
2199,8
2173,0
2145,4
2121,3
2097,5
2077,1
3293,5
3287,0
3585,2
3659
3821,5
3870
3931
3994
4057
4117
4173
4211
4305
4362
4422
4476
4495
4547
4601
4660
4713
4767
4814
3076,5
3082,0
2829,2
2772 5
2656,6
2623,5
2583,5
2543,3
2505,3
2469,1
2136,5
2414,0
2363,3
2332,6
2301,2
2274,0
2264,5
2239,8
2213,0
2185,4
2161,3
2137,5
2117 1
70
Fig. 18
Platin.
id»*
Kurve a Diamagnetismus £d = 0
.,b
,. zd = - 1,0 • 10-7
„c
„ Zà = - 1,S • 10~7
„d
„ Zd = - 2,0 • 10-'
71
Fig. 19
Palladium.
Kurve a Diamagnetismus %à — 0
„b
„ Zà = - 5,0 • 10-'
„c ,. Zi = ~ W ' l°-7
,d
„ Zi = — 3>8 ' 10~'
NB. Zwischen den punktierten Grenzlinien bei b, c, d sind Geraden gelegt
worden, um die Krümmung der Punktreihen erkennen zu lassen.
IV. Resultate der Messungen.
A. Magnetit.Die drei Messungen über dem Umwandlungspunktl) zeigen,
dass das Verhalten des Magnetites, solange keine chemischen Ver¬
änderungen vorkommen, reversibel ist. Sie weisen aber auch nach,wie leicht eine Oxydation erfolgen kann. Obwohl die Messung an
künstlichem Magnetit in Bezug auf die Temperaturbestimmungnicht ganz einwandfrei war, so lässt sie doch eine grosse Wahr¬
scheinlichkeit zu. dass das Verhalten mit demjenigen der natür¬
lichen Kristalle identisch ist. Die Messung Jl gibt nun besonders
über die Veränderungen, welche bei der Oxydation auftreten, Auf-
schluss. Es zeigte sich, dass bei dieser Substanz, welche sich zu¬
nehmend oxydiert haben muss, in dem Gebiete von 660° bis 700°
immer mehr eine der Weiss'schen Kurve ähnliche S-förmige Schleife
entstand. Die einzelnen Messreihen, welche nach Erreichet) der
Temperaturen 760°, 850° und 900° aufgenommen worden waren,sind in Figur 14 wiedergegeben. Die letzte Messreihe entsprichtder sofort nachher durch Analyse bestimmten ZusammensetzungFe 0 = 27,08 °/o, d. h. = 88°/o Magnetit. Betrachtet man die der
Figur beigegebene Kurve nach den Messungen von Weiss und Foex,so lässt sich vermuten, dass dort die Veränderung der Substanzdurch Oxydation recht beträchtlich gewesen sein muss. Die Mes¬
sung 111 (Fig. 13) kann in dieser Hinsicht als einwandfrei ange¬sehen werden. Sie entspricht dem Verhalten einer Substanz von
a = 92,3 bis o = 91.8. Beachtet man, dass bei der Messung II,wo am Ende a = 81,8 war, die Abweichung noch verhältnismässiggering ist, so entspricht das Verhalten dieser dritten Substanz wohl
demjenigen des reinen Magnetites. Die vorliegenden Untersuchungenzeigen also, dass die Diskontinuität der Kurve von Weiss und Foëx,welche von den andern Forschern nicht hatte nachgewiesen werden
können, in einer Abweichung der Zusammensetzung der Substanz
von dem verlangten Verhältnis zu suchen ist. Auf Grund dieser
Erkenntnis bekommt auch die Frage nach der Bestätigung des
Curie'schen Gesetzes und der Magnetonentheorie für Magnetit eine
') Die Resultate der Messungen im ferromagnetischen Gebiet sind bereits an
früherer Stelle behandelt worden. (Präparativer Teil, 7).
73
andere Gestalt. Von vorneherein ist zu bemerken, dass. wenn auch
die Untersuchungen von P. Weiss das Vorhandensein mehrerer
geradliniger Stücke wahrscheinlich machte, sich dieses Resultat
nicht auf Magnetit beziehen kann. Die Messungen Curies und der
japanischen Forscher gestatten wegen der geringen Präzision eben¬
falls nicht in dieser Frage etwas Entscheidendes auszusagen. Die
von mir unternommenen Untersuchungen, insbesondere Messung 111,
zeigen, dass innerhalb der dabei erreichten Genauigkeit, welche
diejenige aller früheren Messungen wesentlich übersteigt, das Vor¬
handensein einzelner Intervalle, in welchen das verallgemeinerte
Curie'sche Gesetz streng gilt, nicht festgestellt werden können. Die
Kurve weist nur geringe Schwankungen in der Krümmung (ins-
bes. bei 640°) auf. Sie besitzt in der Gegend von 610° eine In¬
flexion und nimmt gegen die höheren Temperaturen an Krümmung
ab. Hiedurch entzieht sich auch die Frage nach der Bestätigung
der Maguetonentheorie der Diskussion. Es scheint also, dass das
Magnetit als Repräsentant eines komplizierteren Moleküles unter
den ferromagnetischen Körpern auch eiu weniger einfaches Ver¬
halten zeigt als die reinen Elemente.
B. Platin und Palladium.
1. Allgemeine Diskussion.
Zu der Interpretation des thermomagnetischen Verhaltens von
Platin und Palladium kann eine doppelte Stellung eingenommen
werden. Einerseits kann man von der Berücksichtigung eines
gleichzeitig vorhandenen Diamagnetismus absehen, wie es Curie
und Honda getan haben. In diesem Falle zeigen die vorliegenden
Messungen bei keiner der beiden Substanzen Uebereinstimmung mit
dem Curie'schen Gesetz. Die Kurve des Platins wechselt zweimal
den Sinn der Krümmung, indem sie sich aus zwei gegen die Ab-
szissenaxe konvexen Teilen zusammensetzt mit einer konkaven
Uebergangsregion zwischen 450° und 630°. Sie lässt sich weder
mit der Kurve der Messungen Hondas zur Deckung bringen, noch
an die der Daten von Kammerling Onnes bei tiefen Temperaturen
ohne Zwang anschliessen. Das Palladium zeigt ebenfalls keine Ueber¬
einstimmung mit dem Curie'schen Gesetz. Die Kurve ist konvex
gegen die Abszissenaxe und wird von ca. 800° an nahezu linear.
Andererseits kann man sich aber auf den oben schon alige¬
deuteten Staudpunkt stellen, dass noch ein diamagnetischer Effekt
74
sich dem paramagnetischen überlagert. Diese Annahme wird durch
die theoretischen Entwicklungen Langevins (1. c.) gestützt, wonach
die diamagnetische Polarisation in einer Deformation der Eleklronen-
bahnen durch das äussere Feld entsteht. Sie tritt ein unabhängigdavon, ob das Molekül in Abwesenheit des Feldes schon ein mag¬
netisches Moment besitzt oder nicht. Es müssen demnach auch die.
paramagnetischen Körper eine diamagnetische Polarisation zeigenExperimentell lässt sich dieser Diamagnetismus vom Paramagnetis¬ms nur dadurch trennen, dass man über ihr Verhalten in Funktion
der Temperatur die aus der Theorie sich ergebenden Gesetze an¬
nimmt, und die aus der Messung gefundene Abhängigkeit von der
Temperatur in zwei den geforderten Gesetzen entsprechende Kom¬
ponenten teilt. Der Diamagnetismus ist seiner Natur nach von
der Wirkung der thermischen Agitation unabhängig, was bei einer
grossen Zahl von Substanzen bestätigt worden ist. Der Paramag¬netisms befolgt, von ganz tiefen Temperaturen abgesehen, das
Curie*sche Gesetz in der verallgemeinerten Form. Es ist deshalb
in Bezug auf die vorliegenden Messresultate die Frage zu beant¬
worten, ob sich eine solche Trennung von Diamagnetismus und
Paramagnetismus in zwangloser Weise vornehmen lässt. Ferner
soll der Diamagnetismus in den Grenzen der bekannten Werte liegen.Mnfluss der Berücksichtigimf/ des Diamagnetismus. Das obige
Problem wird am besten graphisch gelöst, indem man successive
konstante Werte von Diamagnetismus annimmt und den nach Sub¬
traktion des Diamagnetismus bleibenden Paramagnetismus in der
üblichen Weise durch die Abhängigkeit des reziproken Magneti¬sierungskoeffizienten von der Temperatur graphisch aufzeichnet.
Die hieraus entstehende Kurvenschar kann dann in Beziehung auf
das verallgemeinerte Gurie'sche Gesetz, d. h. auf das Auftreten von
geraden Linien diskutiert werden, Der Einfluss der diamagnetischen1
Korrektur auf die Kurve : T besteht in einer Verkleinerung der/C
Neigung und Aenderung der Krümmung, indem eine gegen die
Abszissenaxe konvexe Kurve mit zunehmendem Diamagnetismusallmählich konkav wird. \n diesem Intervall muss der richtigeDiamagnetismus, welcher die Kurve in eine Gerade überführen
soll, liegen.Sei Xp der wahre paramagnetische Magnetisierungskoeffizient.
%à der Magnetisierungskoeffizient des Diamagnetismus.%s der gemessene scheinbare paramagnetische Magnetisie¬
rungskoeffizient.
7o
Unter der Annahme, dass für die betreffende Substanz das ver¬
allgemeinerte Gurie'sche Gesetz gilt, hat man dann die Beziehungen :
Für die Kurve des scheinbaren Paramagnetismus gilt dann
1_
1 l_
t
Zs~~
Zp + Z'i"~
SL + zd
~~
U + %d • t
Die Kurve ist eine Hyperbel, welche durch den Ursprung geht
und zwei zu den Koordinatenaxen parallele Asymptoten besitzt.
Fig. 20
1 i
Sie hat am Koordinatenanfangspunkt die Gerade =-^-
t zur
%P
Tangente. Man sieht somit, dass die Kurve des scheinbaren Para¬
magnetismus ein nach oben gekrümmtes Hyperbelslück sein muss.
Eine bereits nach t konkave Kurve von scheinbarem Paramagne¬
tismus kann durch eine diamagnetische Korrektur niemals auf das
Gurie'sche Gesetz reduziert werden. Es inuss deshalb der gesuchte
7(ï
Diamagnetismus, wenn überhauj)! ein solcher gefunden werden
kann, in der Kurvenschar zwischen der scheinbaren Kurve und
derjenigen, welche auf der ganzen Länge schon konkav nach t ist,
liegen. Diese graphische Operation ist in Fig. 18 und Fig. 19 durch-
geführt worden und bat folgendes ergeben:
(t) Platin. (Fig. 18)
Die Grösse des Diamagnetismiis kann — 2 • 10 7nicht über¬
steigen, da von hier ab die ganze Kurve gegen t konkav ist. Es
zeigte sich aber in auffallender Weise, wie bei %d = — 1.5 • 10~T
die oben beschriebene Kurve des scheinbaren Paramagnetismus in
zwei gerade Linien übergeht (Fig. 18 Kurve c). Die eine erstrecktsieb von 13° bis 400°, die andere \on (54-0° bis 1000°. Der Teber-
gang von der einen zur anderen ist kontinuierlich. Die Aenderungder Krümmung ist im Verhältnis zu einer Aenderung von %d ge¬
ring, sodass derjenige Diamagnetismus, für welchen die Kurve in
die zwei Geraden übergebt, nichl sehr genau bestimmt werdenkann. Bei der oberen Geraden ist die Aenderung noch wesentlichschwächer als bei der unteren, sodass ein eindeutiges Resultat nur
bei der letzteren zu erreichen ist. Die graphische Methode ergab,dass für diese untere Region bei einem Diamagnetismus von %à= ca. — 1,5 • lü~7. die gemessenen Punkte am besten in einer
Geraden liegen. Die obere Region stellt in diesem Falle auch eine
Gerade dar. Eine genauere Ermittlung von %& wird im nächstenAbschnitt gegeben, woselbst auch die erreichbare Genauigkeit dis¬kutiert werden soll. Bei einem Diamagnetismus von y^= — \ .0 • 10 7
(Kurve b) resp. %& = — 2,0 • 10"' (Kurve d) geben die Punkte derunteren Region schwach nach entgegengesetzter Richtung gekrümmteKurven. Die Werte von
Zpuiidi
für £d = — 1,0 . 10-'; — 1.5 • 10~7 und — 2,0 • 10~7
sind in Tabelle 6 wiedergegeben. Ks lässt sich somit der schein¬bare Paramagnetismus des Platins zurückführen auf einen wahren
Paramagnetismus, der in zwei getrennten Tntervalien von je ca.
350° Ausdehnung das verallgemeinerte Curie'sche Gesetz befolgt.
b) Palladium. (Fig. 19)Die Kurve des scheinbaren Paramagnetismus ist einheitlich
gegen die t-Axe konvex. Die Krümmung nimmt mit wachsender
Temperatur ab. Sie besitzt somit den allgemeinen Charakter deroben aus der Theorie konstruierten Kurve. Es zeigte sich nun
77
auch tatsächlich, dass sie durcli eine diamagnetische Korrektur
von %a = — 5,4 • lü~7 in einem Intervalle von 170° bis 760° auf
eine Gerade zurückgeführt werden kann, liier ist die Variation
der Krümmung stärker als beim Platin und das Intervall hat eine
sehr grosse Ausdehnung, sodass allein schon mit der graphischen
Methode %d ziemlich genau bestimmt werden konnte. Es ergab
sich, dass für £d = — 5,0 • iO"7 und %a —— 3,8 • IGT7 zwei
deutlich und ungefähr gleichmässig nach entgegengesetzter Seite ge¬
krümmte Kurven entstehen. Der beste Wert ist : %d = — 5,4 1U~7
und 8 = — 227° abs. Die Punkte reihen sich dann mit be¬
merkenswerter Genauigkeit in eine Gerade. Gegen die tieferen
Temperaturen hat man eine gegen t konvexe Kurve, währenddem
sich von 800° an ein konkaves Stück anschliesst. Dies bedingte
eine kleine Willkürlichkeit in der Abgrenzung des geraden Gebietes
und der Festlegung der Geraden. Dagegen geben das grosse Tem¬
peraturintervall von nahezu 600°, in welchem der Paramagnetis-
mus des Palladiums auf das verallgemeinerte Curie'sche Gesetz
zurückgeführt werden kann, sowie die Präzision, mit welcher es
befolgt wird, der hier aufgestellten Interpretation der Erscheinungen
eine grosse Wahrscheinlichkeit.
2. Bestimmung des Diamagnetismus und der Curie-Konstanten
nach der Methode der kleinsten Quadrate.
Die relativ schwache Aenderung der Krümmung mit derjenigen
von ^dlässtin der Bestimmung des Diamagnetismus auf graphischem
Wege eine gewisse Willkür zu. Zudem variiert die .Neigung der
Geraden und damit die Curiekonstante G stark gegenüber der
Krümmung und ist deshalb auch schwierig zu bestimmen. Da sie
aber für die Diskussion in Bezug auf die Magnetonentheorie wesent¬
lich ist, so war eine Methode erwünscht, welche %d und G zu be¬
stimmen gestattet, frei von der Willkür des graphischen Verfahrens.
Ein solches Mittel bietet die Methode der kleinsten Fehlerquadrate.
Das Problem ht dann folgendes:
Für den wahren Paramagnetismus gilt das verallgemeinerte
Curie'sche Gesetz %$ (T— #) — ^
Nun ist Zv = Zs — %&
somit [%s — %d J (T — 6») •= C
In dieser Gleichung sind die Konstanten %d, 0 und C nach
der Methode der kleinsten Fehlerquadrate in Bezug auf die Beob-
78
achtungen auszugleichen. Für die Anwendung des Gauss'schen
Verfahrens ist es zweckmässig, die Gleichung umzuformen in
Zs'T-£dT-z8e + Zd0-C = O
Man ersetzt nun %a • 8 — C durch eine neue Konstante D.
Die Fehlergleichung ist dann in Bezug auf die zu bestimmenden
Konstanten %d, 6, D linear und kann leicht nach dem Gauss'schen
Algorithmus behandelt werden. Von der Verwendung verschiedener
Gewichte wurde Abstand genommen und allen Beobachtungen
gleiche Präzision zugeschrieben. Wie die graphische Methode, so
zeigte auch die Rechnung, dass für das obere Temperaturgebietbei Platin die Konstanten praktisch nicht mehr bestimmbar sind.
Dagegen lassen sie sich bei der unteren Region gut ermitteln. Die
Methode der kleinsten Quadrate gibt dann zugleich auch noch die
mittleren Fehler der bestimmten Grössen aus dem mittleren Fehler
der Einzelbeobachtungen. Die Konstante C ist dann eine Funktion
von Grössen, welche durch die Ausgleichungsrechnung bestimmt
worden sind. ]hr mittlerer Fehler ergibt sich in bekannter Weise
aus dem mittleren Fehler der Argumente1). Mit den 22 Beob¬
achtungen auf dem Gebiet der unteren Geraden des Platins wurden
zwei Ausgleichungen durchgeführt, deren Werte in der nachfolgen¬den Tabelle zusammengestellt sind:
Ausgleichungsrechnung.I. Ausgleichung
Annahmen Korrekturen
IL AusgleichungAnnahmen Korrekturen
Definitive
Werte
0
D
vr2
G
n
-0,150-10-6
-1100
-1,4906-10-3
9702 -1015
1,6571-10"3
7,996
0.082-10-
12,81
1,5451-10"
-116-10-'1
-0,1418-10-
-1097,19
-1,4752-10-
9586-10-'
1,6307-10-
7,932
3,5-10-10
0,81
9,83 -10-7
0,1- io-15
-0,1413-10-6
-1096,4
-1,4742-IO"39586-10-15
1,6291-10-*
7,928
lieber die mittleren Fehler gibt nachstehende Tabelle Aufschluss:
Fehlerrechnung.Konstante Mittlerer Fehler
absolut relativ
Einzelbeobachtung C = 1.6291 • 10"3 7,10-10 7 0,4 °/oo
Die Konstanten lassen sich hier relativ bedeutend genauer be¬
stimmen als beim Platin, besonders wegen des grösseren Tempe¬
raturbereiches. Der maximale Fehler der Einzelbeobachtung ist
l,3°/oo.
3. Diskussion vom Standpunkt der Magnetonentheorie.
Wie in der Einleitung erwähnt wurde, sind der Magnetonen-
hypothese nur gewisse Werte der Guriekonstanten günstig, näm¬
lich solche, aus welchen sich Sättigungsmomente berechnen lassen,
die ganze Vielfache des Magnetons sind. Die unter Berücksichtigung
des Diamagnetismus bestimmten Guriekonstanten von Platin und
Palladium zeigen sich nun der Hypothese günstig. Wie obige
Tabelle zeigt, gibt die Methode der kleinsten Quadrate für die untere
Gerade bei Platin die Magnetonzahl n = 7,93, was innerhalb der
möglichen Fehler mit der ganzen Zahl 8 Magnetonen übereinstimmt.
Da die Abweichung von der Geradlinigkeit bei benachbarten Kurven
noch klein ist, so kann man denjenigen Diamagnetismus bestimmen,
für welchen n -— 8,00 genau ist. Man findet %d =— 0,150 • 10~8.
Dadurch ist nun auch die obere Gerade genau fixiert und der
80
Diskussion in Bezug auf Magnetonenzahlen zugänglich. Man findet
mit einer bemerkenswerten Genauigkeit 11 = 9,00. Die beiden Ge¬
raden stehen also im Verhältnis von ganzen Magnetonenzahlen.Als blosses Zahlenverhältnis genommen, ist dieses Resultat auch
unabhängig vorn Wert des Magnetons selbst und auch von einem
kleinen Fehler des absoluten Wertes von %. Diese Erscheinung,dass das Platin zwei getrennte Gebiete zeigt, welche sowohl mit
dem verallgemeinerten Curie'schen Gesetze als mit der Magnetonen-theorie im Einklang stehen, ist umso bemerkenswerter, als alle
übrigen physikalischen Eigenschaften dieses Elementes, welche mit
der Temperatur variieren und deren Verlauf sehr genau bekannt
ist, wie elektrischer Widerstand, Thermokraft, Ausdehnung, keine
Zustandsänderung zwischen 300° und 700° andeuten. Wir haben
es also mit einer rein magnetischen Erscheinung zu tun.
Beim Palladium liefert die graphisch bestimmte Gerade n = 8,03.Die mittleren Neigungen der beiden nach entgegengesetzten Seiten
gekrümmten Kurven für £d — — 0,30, resp. — 0,38 • 10~6 gebenn — 7,9o resp. n == 8.11. Sie sind deutlich und ca. gleich stark
nach entgegengesetzten Seiten gekrümmt, sodass n = 8,03 der beste
Wert ist. Er steht in Uebereinstimmung mit dem durch die Aus¬
gleichungsrechnung ermittelten und weicht nur um ca. 4 °/oo von
der ganzen Zahl 8 ab, was mit den durch die Fehlerrechnung ge¬
gebenen Daten verträglich ist. Ueber 800° nimmt die Neigung der
Kurve zu, erreicht jedoch bei der höchsten Temperatur 1000° die¬
jenige der Magnetonzahl 9 noch nicht, sodass eine ähnliche Er¬
scheinung wie beim Platin, jedoch bei höheren Temperaturen,möglich ist.
V. Zusammenfassung.
Magnetit.
t. Es wird ein einfaches Verfahren zur Darstellung von künst¬
lichem Magnetit angegeben.2. Der Absolutwert der Sättigungsintensität bei gewöhnlicher
Temperatur (19°) für Magnetit wird gefunden zu ox =
93,3 c. g. s.
3. Im Gebiete Fe3 04 — Fe l) wird ein linearer Zusammenhangzwischen der Sättigung und der chemischen Zusammensetzungkonstatiert, sodass das Vorhandensein fester Lösungen von
Fe3 04 und Fe Ü wahrscheinlich ist. Das Oxydul ist dann
vermutlich rein paramagnetisch. Die sauerstoffreicheren Oxydeals Magnetit zeigen ein kompliziertes magnetisches Verhalten.
4. Die magnetischen Messungen über dem Curiepunkt zeigeneinen kontinuierlichen Verlauf des Magnetisierungskoeftizientenin Funktion der Temperatur.
.*). Es wird nachgewiesen, dass die Diskontinuität bei 680° in
der Kurve von Weiss und Foëx auf Oxydation der Substanz
zurückgeführt werden kann.
Platin und Palladium.
5. Die Magnetisierungskoeffizienten von Platin und Palladium
bei 17,1 ° werden bestimmt zu
Platin x =- i'0343 • 10~6
Palladium z = 8.296 • KT*
7. Unter Annahme einer diamagnetischen Korrektur, welche
durch die Theorie gerechtfertigt wird, lassen sich bei beiden
Elementen die Erscheinungen auf das verallgemeinerte Curie-
sche Gesetz zurückführen.
8. Der hiebei bestimmte Diamagnetismus beträgt bei Platin
9. Das Platin zeigt zwei Gebiete, in welchen das Curie'sche Gesetz
gilt mit den Magnetonenzahlen 8 und 9 und 6 = — 1096° abs.
resp. 0 — — 1617° abs.
82
t(). Beim Palladium lässt sich in einem Intervall von 170°—760°
Uebereinstimmung mit dem Gurie'schen Gesetz herstellen.Die Curiekonstante liefert n — 8,03 d. h. 8 Magnetonen. 0wird = — 227,8 abs. gefunden.
11. Die zwanglose Weise, mit der die Erscheinungen unter An¬nahme der diamagnetischen Korrektur auf die einfachen Ge¬setze zurückgeführt werden können, geben dieser Interpre¬tation eine grosse Wahrscheinlichkeit.
12. Die Fehlerdiskussion auf Grund der Ausgleichungsrechnungzeigt, dass die Bestimmung des Diamagnetismus und der
Magnetonenzahl eine hohe Präzision der Messung erfordert.
Meinem hochverehrten Lehrer Herrn Prof. Dr. P. Weiss, so¬
wie auch Herrn Prof. Dr. A. Pic card spreche ich an dieser Stellefür das grosse Interesse, das sie stets meiner Arbeit entgegenbrachten,und für die wertvollen Ratschläge, mit denen sie mich dabei unter¬stützten, meinen herzlichsten Dank aus.
Lebenslauf.
Ich, Werner Kopp, bin geboren in Zürich am 21. April 1891.
Ich absolvierte die Primarschule in Zürich und St. Gallen. Darauf
besuchte ich das Gymnasium der St. Galler Kantonsschule, an der
ich im Frühjahr 1911 das Reifezeugnis erhielt. Im Herbst des¬
selben Jahres trat ich als regulärer Studierender in die VHI. Ab¬
teilung der Eidg. Techn. Hochschule ein. Im Frühjahr 1916 erhielt
ich das Diplom als Fachlehrer für Mathematik und Physik. Vom
folgenden Semester an bekleidete ich die Stelle eines Assistenten
für Physik bei Herrn Prof. Dr. P. Weiss. Im Wintersemester 1919
erhielt ich einen Lehrauftrag in Physik an der Eidg. Techn. Hoch¬
schule für den beurlaubten Herrn Prof. Dr. A. Schweitzer. Am
7. März dieses Jahres wurde ich als Hauptlehrer für Mathematik
an die Kantonsschule St. Gallen gewählt.
Vorliegende Promotionsarbeit begann ich im Frühjahr 191(>.
Der experimentelle Teil wurde nach mehreren empfindlichen Unter¬
brechungen infolge Einberufung zum Grenzdienst Knde 1918 ab¬
geschlossen.
Inhalt s-Verzeichnis¬
seite
I. Einleitung. 5
H. Magnetit.A. Allgemeines 8
B. Präparativer Teil
1. Allgemeines 8
2. Stellung des Magnetites unter den Eisenoxyden und sein thermo-
chemisches Verhalten 9
3. Versuchsmaterial 13
4. Die Herstellung des künstlichen Magnetites 14
5. Die magnetische Analyse 15
6. Die chemische Analyse 20
7. Die Resultate der beiden analytischen Methoden 21
G. Die magnetischen Messungen über dem Curiepunkt1. Beschreibung der Apparate
a) Prinzip der Messung im inhomogenen Feld 24
b) Allgemeiner Bau des Apparates 26
c) Der Elektromagnet 27
d) Die Kraftmessung 28
e) Die elektrischen Oefen 31
f) Die Temperaturmessung 35
g) Fehlerquellen und Korrekturen 38
h) Die Messanordnung für den Beobachter und die Funktionen
desselben 41
2. Die Aichung des' Apparates 43
3. Die Messungena) Nickel 45
b) Erste Messung, künstliches Magnetit 45
c) Zweite Messung, natürliches Magnetit 47
d) Dritte Messung, natürliches Magnetit 49
e) Tabellen ..' 50
III. Platin und Palladium.
1. Ziele der Untersuchung 56
2. Die Abänderung an der Apparatur 57
3. Die Herstellung der Aichsubstanz und die Bestimmung des Mag-netisierungskoefflzienten von Platin und Palladium bei 17° C.
a) Wahl der Aichflüssigkeit 59
b) Messung des Magnetisierungskoeffizienten der Nickelnitratlösungnach der Steighöhenmethode 60
c) Die Aichung 61
4. Die Messung des Platins bei verschiedenen Temperaturen ... 63
5. Die Messung des Palladiums bei verschiedenen Temperaturen . 64
6. Tabellen 66
IV. Resultate der Messungen.A. Magnetit 72
B. Platin und Palladium
1. Allgemeine Diskussion 73
2. Bestimmung des Diamagnetismus und der Curiekonstanten nach
der Methode der kleinsten Fehlerquadrate 77
3. Diskussion vom Standpunkt der Magnetonentheorie 79
