Die Physik 1914–1926: Siebzehn ausgewählte Kapitel

705 Pages·1927·25.493 MB·German

by  O. D. Chwolson (auth.)

Die Physik
1914-1926
Siebzehn ausgewahlte Kapitel
von
O. D. Chwolson
Prof. ord. an der Univcrsităt in Leningrad
Aus dem Russisc:hen iibersetzt von Georg Kluge
Mit 104 Abbildungen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1927
Dieser Band
ist gleimzeitig eine Ergänzung zu meinem
in demselben Verlage erschienenen
Lehrbuch der Physik
ISBN 978-3-663-00287-1 ISBN 978-3-663-02200-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-02200-8
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1927
Alle Rechte vorbehalten
Vorrede zur deutschen Ausgabe.
Die Entstehungsgeschichte dieses Buches ist folgende. Wir waren
hier in Rußland seit 1914 im Laufe vieler Jahre vom Auslande ab
geschnitten und erst im Frühjahr 1922 erhielt ich die wichtigsten
Zeitschriften und Bücher. Im Jahre 1923 erschien die letzte, in
Berlin gedruckte, russische Ausgabe meines "Lehrbuches der Physik",
die sich aber nur wenig von der vorhergehenden unterschied, welche
zum größten Teil vor 1914 gedruckt war. Da eine Neuausgabe in
absehbarer Zeit nicht zu erwarten war, beschloß ich, die wichtigsten
Fortschritte der Physik seit 1914 in einem Ergänzungsbande dar
zustellen, dessen Herausgabe der hiesige Staatsverlag übernahm, wobei
Umfang und Herstellungsfrist festgestellt wurden.
Da von einer allseitigen Darstellung dessen, was seit 1914 in der
Physik geleistet wurde, nicht die Rede sein konnte, beschloß ich, vor
allem diejenigen Fragen zu behandeln, die mit der Bohrsehen Lehre
und mit der Theorie der Quanten zusammenhängen, außerdem aber
auch eine Reihe von anderen wichtigen und völlig neuen Fragen.
Mehrere interessante Fragen mußte ich wegen Raum- und Zeitmangel
unterdrücken. Die Inhaltsgrenzen jedes Kapitels wurden durch den
Zeitpunkt ihrer Verfassung bestimmt. Ich begann dies Buch im
Sommer 1924 zu schreiben und beendete es im März 1926. Leider
gestatteten mir die Umstände nicht, die deutsche Ausgabe durch
weitere Zusätze zu vervollständigen.
Aufrichtigen Dank schulde ich Herrn Dipl.-Ing. Georg Kluge,
der die Übersetzung in ausgezeichneter Weise ausgefi.lhrt hat.
Leningrad, Dezember 1926.
0. Chwolson.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Vorwort ...... . .III
Erstes Kapitel. Die Ladung und die Masse des Elektrons.
§1. Die ersten Versuche von }11 illi k an 1
§ 2. Die endgültigen Versuche von :Milli k an 4
§ 3. Die Bestimmung von e durch Beobachtung der Brownschen Bewegung 11
§ 4. Die Existenz von Subelektronen 17
§ 5. Die spezifische Ladung des Elektrons . 22
Literatur 23
Zweites Kapitel. Die Lehre von den Quanten.
§1. Die Entstehung der Quantenlehre . . . 26
§ 2. Energiequanten und Wirkungsquanten. Die Nullenergie . 31
§ 3. Das Quanteln. Die Adiabaten . . . . 39
§4. Vorläufiges über die Lichtquanten . . 45
§ 5. A. Einsteins Ableitung der Planck,schen Formel fiir die schwarze
Strahlung 48
Literatur . . 52
Drittes Kapitel. Der Bau des Atoms.
§ 1. Die Ordnungszahl des Elementes 54
§ 2. Einige vorläufige Fragen 59
I. Die Isotopen . . . . . . . 59
II. Gesetzmäßigkeiten in den Spektren . 60
III. Die :Masse und die Energie eines bewegten Körpers 65
IV. Die potentielle Energie zweier Ladungen . . . . . 66
V. Atommodelle, die vor 1913 in Vorschlag gebracht waren 67
§ 3. Die ursprüngliche Theorie von Bohr. Mögliche Bahnen 68
§ 4. Die ursprüngliche Theorie von Bohr. Energie und Ausstrahlung 75
§ 5. Atome, die mehr als ein Elektron außerhalb des Kerns enthalten. Die
.Moleküle. Vorläufige Übersicht . . . . . . . . . 82
§ 6. Elliptische Bahnen. Das Auswahlprinzip . . . . . . 89
§ 7. So mm e rf e l d s Erklärung der Trabanten der Spektrallinien des Wasser-
stoffs und des ionisierten Heliums . 100
Literatur . . . . . . . . . 110
Viertes Kapitel. Der Atombau bei Z > 1.
§ 1. Das periodische System der Elemente. Schalen und Untergruppen . 112
§ 2. Die weitere Entwicklung der Lehre vom Atom bau . 117
I. Die Verteilung im Raum . . . . . . . . . . 117
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
II. Die Zustände der Atome 118
III. Der metastabile Zustand 120
IV. Die Struktur des Heliums 120
V. Die Bedeutung für die Chemie 122
§ 3. Das Magneton. Das Quanteln im Raume . 123
§ 4. Der Atomkern und seine Zertrümmerung 128
§ 5. Die Struktur des Atomkerns 137
Literatur ............. . 141
Fünftes Kapitel. Die Lehre von den Linienspektren.
§ 1. Die Serienformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
§ 2. Dubletts und Tripletts. Kombinationslinien und Kombinationsserien 150
§ 3. Die Spektralserien (Fortsetzung) . . . . . 156
I. Das Bogen- und das Funkenspektrum . . . . 156
II. Wasserstoffähnliche Teile der Spektra . . . . 159
III. Die theoretische Ableitung der Serienformeln 162
§ 4. Innere Quantenzahlen. Einige weitere Fragen 164
I. Innere Quantenzahlen . . . . . . . . . . . 164
II. Das Heliumspektrum . . . . . . . . . . . 168
III. Die linienreichen Spektren des Wasserstoffs und des Heliums 169
IV. Einige Spektren von ionisierten Elementen 169
§ 5. Das kontinuierliche Spektrum der Gase. Die Elektronenaffinität. Das
Absorptionsspektrum in Gasen . . . . . . 172
I. Das kontinuierliche Spektrum der Gase 172
li. Die Elektronenaffinität. . . . . . . . 174
III. Das Absorptionsspektrum der Gase . . 177
§ 6. Die Spektra und das periodische System der Elemente . 179
§ 7. Einführung in das Korrespondenzprinzip 183
§ 8. Das Korrespondenzprinzip 192
Literatur . . . . . . . . . . . . . . 199
Sechstes Kapitel. Die Röntgenstrahlen.
§ 1. Einleitung . . . . . . . . 202
§ 2. Die Arbeiten von Moseley . 208
§ 3. Schalen und gnergieniveaus . 213
§ 4. Die Strahlen K, L, M, N und y . 218
§ 5. Die Entstehung der Röntgenstrahlen und ihre Systematik. Einige all-
gemeine Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
§ 6. Die Bestimmung der Energieniveans . . . . . . . 233
§ 7. Die Systematik der Strahlen K, L, M und N. Die y-Strahlen 239
§ 8. Die Therme der Röntgenstrahlen. Das kontinuierliche und das Funken-
spektrum der Röntgenstrahlen . . . . . . . . . . . 247
I. Die Therme der Röntgenstrahlen . . . . . . . . 247
II. Das kontinuierliche Spektrum der Röntgenstrahlen 250
III. Das Funkenspektrum der Röntgenstrahlen . . . . 254
§ 9. Der Übergang von den Röntgenstrahlen zu den ultravioletten 255
§ 10. Röntgenstrahlen und Kristalle . . . . . . . 263
§ 11. Die Wellenlängenmessung der Röntgenstrahlen 272
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Inhaltsverzeichnis. VII
Siebentes Kapitel. Die Bandenspektren. Seite
§ 1. Die allgemeinen Entstehungsbedingungen der Bandenspektren . 279
§ 2. Die Theorie der Bandenspektren . . . . . . . . 285
§ 3. Die experimentelle Untersuchung der Bandenspektren. Das Trägheits
moment der Moleküle 295
Literatur . . . . . . . • . . . 300
Achtes Kapitel. Die ultravioletten und die infraroten Strahlen.
§ 1. Die ultravioletten Spektren . . . 302
§ 2. Das infrarote Spektrum 306
§ 3. Der Übergang von den infraroten zu den elektrischen Strahlen 313
Literatur . . . . . . . . . . . 318
Neuntes Kapitel. Erregung und Ionisation der Gase durch
Elektronenstöße.
§ 1. Einleitung . . . . . 319
§ 2. Die Untersuchungen von J ..F ranck und G. Hertz 325
§ 3. Weitere Forschungen 334
§ 4. Resultate. Metalldämpfe und Edelgase . 343
A. Metalldämpfe . . 343
B. Edelgase . . . . . . . . . 348
§ 5. Resultate. Andere Stoffe . . . . . 353
§ 6. Verschiedene Fragen. Schlußbetrachtung 363
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . 369
Zehntes Kapitel. Die Quantentheorie des Lichtes.
§ 1. Die Lichtquanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
§ 2. Charakteristik des Kampfes zwischen den zwei Lichttheorien 377
§ 3. Das Dopplersehe Prinzip . . . . . . . . . . . . 383
§ 4. Versuche, eine Brücke zwischen den beiden Theorien zu bauen . 386
§ 5. Weitere Versuche . . . . . . . . . . . . . . 393
§ 6. Der Compton-Effekt . . . . . . . . . . . . . . 400
§ 7. Theoretische Untersuchungen des Compton-Effekts. 409
§8. Die experimentellen Untersuchungen des Compton-Effekts 419
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Elftes Kapitel. Photoelektrische Erscheinungen.
§ 1. Einleitung. Die Quantentheorie von Einstein ..... . 428
§ 2. Die experimentelle Bestätigung der Einsteinsehen Formel 432
§ 3. Die Rolle der Gase in den photoelektrischen Erscheinungen 443
§ 4. Der selektive photoelektrische Effekt . . . . . 448
§ 5. Die photoelektrische Photometrie . . . . . . . . . . 456
§ 6. Einige experimentelle und theoretische Untersuchungen 458
§ 7. Die photoelektrische Leitfähigkeit . 468
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
VIII Inhaltsverzeichnis.
Zwölftes Kapitel. Photolumineszenz. Seite
§ 1. Photolumineszenz und das Gesetz von Stokes .....•..... 484
§ 2. Photolumineszenz in einatomigen Gasen. Theorie . . , . . . . . . . 489
§ 3. Die experimentelle Untersuchung der Photolumineszenz in einatomigen
Gasen. . . . . . . . . . . . . . . 493
§ 4. Die Photolumineszenz in Molekülen . . . 503
§ 5. Die Bandenspektren der Photolumineszenz 509
Literatur . . . . . . . . . . • • . . . 515
Dreizehntes Kapitel. Verschiedene Anwendungen der Bohrsehen Theorie
und der Quantenlehre.
§ 1. Die chemische Affinität 516
§ 2. Chemische Verbindungen . 524
§ 3. Die Photochemie 530
§ 4. Die chemische Konstante . 544
Literatur . . . . . . . . 552
Vierzehntes Kapitel. Die Isotopen.
§ 1. Radioaktive Isotopen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
§ 2. Die Entdeckung der nicht-radioaktiven Isotopen . . . . . . . . . 559
§ 3. Die Resultate der Arbeiten von F. W. Aston und A. J. Dempster 571
§ 4. Übersicht der Resultate . . • . . . . . . . 580
§ 5. Die Spektren der Isotopen . . . . . . . . . 587
§ 6. Die Trennung der nicht-radioaktiven Isotopen . 595
I. Die Umkristallisierung . . . 598
II. Die Zentrifugalkraft . . . . 599
111. Der Einfluß der Schwerkraft 600
IV. Die photochemische Methode 601
V. Die Geschwindigkeit der Ionen bei der Elektrolyse 602
VI. Der elastische Stoß der Elektronen 603
VII. Die thermische Diffusion . . . . . . . . . . . . 603
VIII. Die Methode der positiv geladenen Teilchen . . . 604
§ 7. Die Trennung der nicht-radioaktiven Isotopen durch Diffusion und Ver-
dampfung . . . . . . . . . . . 605
IX. Die Diffusionsmethode . . . . 605
X. Die Verdampfung {Destillation) 608
Literatur . . . . . . . . . . . . . 611
Fünfzehntes Kapitel. Die Supraleiter.
§ 1. Die Entdeckung der Supraleitfähigkeit . . . . • . . 614
§ 2. Weitere Untersuchungen . . • . . . . • . . . . . 621
I. Die Wirkung einer Dehnung auf die Sprungtemperatur. 621
II. Röntgenographische Untersuchung des supraleitenden Bleies 622
III. Der Einfluß eines Magnetfeldes auf die Supraleiter . . . . 623
IV. Konstanter Strom in einem homogenen Metallkreis 626
V. Die Unbeweglichkeit der Ströme in Supraleitern, die man pondero-
motorischen Kräften aussetzt • . • . • . . 630
VI. Der Strom in einem unterbrochenen Kreise . 631
VII. Die Supraleiter im periodischen System . . 631
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
VIII. Die Theorie der Supraleitfähigkeit 632
IX. Die Versuche von W. Meissner (1925) 632
§ 3. grgänznng. Die Dichte des flüssigen Heliums 632
Literatur . . . . . . . 634
Sechzehntes Kapitel. Der neue Versuch von Michelson (1925).
§ 1. Die Theorie des nenen Versuches von Michelsou 635
§ 2. Die Beschreibung des Versuches 640
Literatur . . . . . . . . 645
Siebzehntes Kapitel. Die elektromagnetische Spektroskopie
der Metalle.
§1. Einführung. Die Grundformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
§ 2. Die elektrische und die magnetische Spektroskopie . . . . . . . . . 652
§ 3. Die Methodik der magnetischen Spektroskopie und die allgemeinen Eigen-
schaften der magnetischen Spektren . . . . . . ()5;)
§ 4. Die allgemeine Theorie der passiven Spektren 662
§ 5. Die Polarisation des Stoffes in einem Wechselfeld . . . . . . . . 666
§ 6. Das Schema des elektromagnetischen Spektrums der Metalle und die
Analyse der magnetischen Spektren . 671
§ 7. Die magnetische Zähigkeit 676
Literatur . . . . 679
Zusatz zum vierten Kapitel, § 1.
Die Theorie von E. 0. Stoner und J. D. Main Smith (1924) 681
Namenregister 686
Sachregister . 694
Erstes Kapitel.
Die Ladung und die Masse des Elektrons.
§ 1. Die ersten Versuche von Mi II i k an. Bekanntlich spielen in
der modernen Physik die Ladung e und die Masse m des Elektrons eine
sehr wichtige Rolle. Die Ladung e wird in elektrostatischen (e l.-st.),
oder in elektromagnetischen (el. -magn.) C G S-Einheiten ausgedrückt.
Sie ist mit der Konstanten N, der A v o g ad r o zahl (Anzahl der Moleküle
in einem Gramm-Molekül eines beliebigen Stoffes), durch die Formel
verbunden:
= =
Ne 9650 el.-magn. 28 950. 1010 el.-st. Einh. . . . (1)
Diese Formel beruht auf einem der elektrolytischen Gesetze von
Faraday und drückt das Resultat von experimentellen Forschungen aus.
Letztere haben zu einem internationalen Abkommen geführt, wonach
0,1 el.-magn. Einh. einer Elektrizitätsmenge (1 Coulomb oder 1 Ampere
in 1 Sekunde) bei Elektrolyse aus einer Silbersalzlösung 1,118 00 mg
metallischen Silbers ausscheiden. Ist N bekannt, so läßt sich damit die
Ladung e eines einwertigen Ions bestimmen. Alle Methoden, die Zahl N
zu bestimmen, geben einen Wert der Ladung e. Eine Übersicht dieser
verschiedenen Methoden findet man im Buche von Perrin, "Das Atom".
e
Die Größe -, wo m die Masse des Elektrons bedeutet, nennt man
m
die s p e z i fische Ladung des Elektrons. In Bd. IV, Kap. 4 des
3. Teiles, "Die Grundlagen der Elektronentheorie", lernten wir in
e
§ 3 eine Methode zur Bestimmung der Größe - kennen, die auf einer
m
Beobachtung der Bewegung von freien Elektronen in elektrischen und
magnetischen Feldern beruht. Eine detaillierte Beschreibung der zahl
reichen dies bezüglichen experimentellen Arbeiten, die bis zum Jahre 1913
durchgeführt wurden, findet man in einem Aufsatz von A. Bestel
meyer, im Sammelwerk von E. Marx, "Handbuch der Radiologie",
5. Bd., S. 3-82, 1919.
Wir wenden uns der Darlegung der Millikau sehen Methode zur
unmittelbaren Messung der Ladung e zu. Die erste Messung der Ladung e
haben Townsend (1897) und J. J. Thomson (1903) ausgeführt, doch
übergehen wir ihre Methode, da sie genaue Resultate zu liefern nicht
imstande war. In § 7 des den radioaktiven Erscheinungen gewidmeten
Chwolson, Die Physik 1914-1926. 1