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Geschichte der Physik Vorlesungstechnik PDF

420 Pages·1926·17.793 MB·German
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Verlag von Juli us Springer in Berlin W 9 Landolt-Börnstein Physikalisch-chemischeT abellen Fünfte, umgearbeitete und vermehrte Auflage Unter Mitwirkung von zahlreichen Fachgelehrten herausgegeben von Dr. Walther A. Roth und Dr. Karl Scheel Professor an der Technischen Hochschule Professor an der Physlk.-Tecbn. Reichs in Braunschweig anstalt in CharlotteDb1D'l Mit einem Bildnis In zwei Bänden. XIX, 1695 Seiten. 1923. Gebunden RM 106.- Aus dem Inhalt: Atomgewichte und Radioaktivität. - Erdkonstanten, Schwerkraft, Geographische Lage, Erdmagnetismus. - Reduktion für Wägungen und Drucke. - Elastizität, Festigkeit, Härte, Reibung fester KörPer. - Kompressibilität von Flüssigkeiten und Gasen, Gasmoleküle. - Zähigkeit von Flüssigkeiten. - Capillarität. - Diffusion. - Kritische Daten und Zustands gleichung. - Spezifisches Gewicht, Schmelz- und Siedepunkte, Polymorphie von Elementen und Verbindungen. - Spezifisches Gewicht und Ausdehnung von LOsungen. - ;Mineralien. - Schmelz- und Erstarrungserscheinungen bei zwei und drei Stoffen. Legierungen. - Che misches Gleichgewicht (Löslichkeit und Absorption). - Maßsystem, Maßeinheiten, Energie, Lichtgeschwindigkeit. - Atomphysik, Spektrum. - Optik, Absorption, Reflexion, Brechung. - Optische Drehung. - Elektrizität, Elektrochemie. - Magnetismus. - Thermometrie und Joule-Thomson-Effekt. - Wärmeausdehnung. - Spezifische warme. - Wärmeleit fähigkeit. - Sättigungs- und Reaktionsdrucke. - Molekulargewichtsbestimmungen. _ Thermochemie. - Akustik. Um das Werk laufend auf der Höhe zu halten, werden in gewissen Abständen Erg ä n z u n g s b ä nd e erscheinen, welche die inzwischen veröffentlichten Daten aufnehmen und etwa verbliebene Lücken ausfüllen sollen. Der erste dieser ErgänztmgSbände befindet sich unter der Presse. Physikalisches Handwörterbuch Unter Mitwirkung von zahlreichen Fachgelehrten herausgegeben von Arnold Berliner Kar! Scheel und Mit 573 Textfiguren. IV, 903 Seiten. 1924. Gebunden RM 39.- HANDBUCH DER PHYSIK UNTER REDAKTIONELLER MITWIRKUN~ VON R. GRAMMEL-STUTTGART • F. HENNING-BERLIN H. KONEN-BONN . H. THIRRING-WIEN . F. TRENDELENBURG-BERLIN W. WESTPHAL-BERLIN HERAUSGEGEBEN VON H. GEIGER KARL SCHEEL UND BAND I GESCHICHTE DER PHYSIK VORLESUNGSTECHNIK BERLIN VERLAG VON JULIUS SPRINGER I926 GESCHICHTE DER PHYSIK VORLESUNGSTECHNIK BEARBEITET VON E. HOPPE . A. LAMBERTZ . R. MECKE K. SCHEEL . H. TIMERDING REDIGIERT VON KARL SCHEEL MIT 162 ABBILDUNGEN BERLIN VERLAG VON JULIUS SPRINGER ISBN 978-3-642-49646-2 ISBN 978-3-642-49940-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-49940-1 ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER üBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN. COPYRIGHT 1926 BY JULIUS SPRINGER IN BERLIN. Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1926 Vorwort. Das Handbuch der Physik, dessen erste Bände hiermit der Öffentlichkeit übergeben werden, soll eine lückenlose Darstellung des derzeitigen Standes der experimentellen und theoretischen Physik bieten. Es umfaßt insgesamt 24 Bände, von denen Bd. I bis 111 Geschichte, Vorlesungstechnik, Einheiten, Mathematische Hilfsmittel; Bd. IV Grundlagen der Physik; Bd. V bis VIII Mechanik einschließlich Akustik; Bd. IX bis XI Wärme; Bd. XII bis XVII Elektrizität und Magnetismus; Bd. XVIII bis XXI Optik aller Wellenlängen; Bd. XXII bis XXIV Aufbau der Materie und Wesen der Strahlung behandeln. Durch weitgehende Unterteilung des gesamten Stoffes auf die in den einzelnen Sondergebieten tätigen Forscher wurde eine wirklich moderne und kritische Darstellung der Physik angestrebt. Der Plan des Handbuches reicht bis zum Jahre 1922 zurück. Um seine erste Entwicklung haben sich die Herren M. BORN-Göttingen, F. EMDE-Stutt gart, ]. FRANcK-Göttingen, W. KossEL-Kiel, R. POHL-Göttingen, E. REGENER Stuttgart und M. VOLMER-Chariottenburg verdient gemacht, denen wir auch an dieser Stelle unseren herzlichsten Dank für ihre Bemühungen aussprechen. Beim weiteren Ausbau unseres Werkes haben wir uns der tätigen Mitarbeit der Herren R. GRAMMEL-Stuttgart, F. HENNING-Berlin, H. KONEN-Bonn, H. THIRRING-Wien, F. TRENDELENBuRG-Berlin, W. WEsTPHAL-Berlin zu erfreuen, welche die Redaktion einzelner Zweige der Physik übernommen haben. Berlin und Kiel, im Januar 1926. Die Herausgeber. Inhaltsverzeichnis. Kapitel 1- Seite Geschichte der Physik. Von Professor Dr. E. HOPPE, Göttingen I. Das Altertum bis 1600 . . . . . . . . 1 a) Babylonische und ägyptische Physik. . . . 2 b) Griechische Physik. . . . . . . . . . . . 5 c) Arabische Physik ......... . . . 19 d) Das Erwachen physikalischer Forschung im christlichen Europa 20 II. Neuzeit. 1600-1842 . . . . . . 27 a) Erste Periode von 1600-1727 27 b) Zweite Periode von 1727-1790 48 c) Dritte Periode von GALVANI bis 1820 70 d) Vierte Periode von 1820-1842 ... 91 III. Neuzeit. 1842-1895 .....•... 125 Kapitel 2. ?hysikalische Literatur. Von Professor Dr. K: SCHEEL, Berlin-Dahlem . 180 Kapitel 3. Forschung und Unterricht. Von Professor Dr. H. E. TIMERDING, Braunschweig 187 Kapitel 4. Vorlesungstechnik. Von Dr. R. MECKE und Dr. A. LAMBERTz, Bonn. (Mit 162 Ab- bildungen.). . 209 1. Einleitung . . . 209 II. Mechanik 213 a) Maßeinheiten 213 b) Kinematik und Dynamik des Punktes und des starren Körpers 215 c) Mechanik der elastischen Körper 223 d) Mechanik der Flüssigkeiten . . . 228 e) Mechanik der gasförmigen Körper 233 III. Wellenlehre und Akustik 245 IV. Wärme . . . . . . . 256 a) Temperaturmessung 256 b) Wärmeausdehnung . 259 c) Kalorimetrie. . . . . . . . . . 264 d) Änderu~gen des Aggregatzustandes 268 e) Mechanische Wärmetheorie 285 f) Wärmeübergang . . . . . 288 V. Magnetismus und Elektrizität 293 a) Magnetismus ...... 293 b) Elektrostatik .. . . . . 299 c) Grunderscheinungen der Elektrokinetik . 309 d) Elektrochemische Wirkungen des Stromes 312 e) Das OHMsche Gesetz und seine Anwendungen 319 f) Wärmewirkung des elektrischen Stromes . . . 322 g) Magnetfeldwirkungen de~ elektrischen Stromes 323 h) Thermoelektrizität . 328 i) Induktion . . . . . 331 k) Entladung in Gasen 340 1) Elektrische Schwingungen. 346 VI. Optik . . . . . . . . . . . 354 a) Geometrische Optik 354 b) Wellenoptik (Interferenz, Beugung, Polarisation) 367 c) Dispersion und Farbe des Lichtes 382 d) Spektroskopie 387 Sachverzeichnis ......... . 400 Allgemeine physikalische Konstanten (September 1926) 1). a) Mechanische Konstanten. Gravitationskonstante. . . . . . . . . 6,65' 10-8 dyn. cms, g-2 Normale Schwerebeschleunigung . • . . 980.665 cm . sec -8 Schwerebeschleunigung bei 450 Breite. 980.616 cm . sec-2 1 Meterkilogramm (mkg) 0.980665' 108 erg Normale Atmosphäre (atm) . . . . . . 1,013253 . 106 dyn' cm -2 Technische Atmosphäre. . • • . . • . 0.980665; 10' dyn· cm-2 Maximale Dichte des Wassers bei 1 atm 0.999973 g' cm-3 Normales spezifisches Gewicht des Quecksilbers 13.5955 b) Thermische Konstanten. Absolute Temperatur des Eispunktes . . · 273.20 ~ Normales Litergewicht des Sauerstoffes • ·I 1 .42900 g . 1-1 Normales Molvolumen idealer Gase · 22,414,' 103 cm3 0.82046 . 10· cmS-atm . grad -1 Gaskonstante für ein Mol . . . • . 0.8313 •. 10s erg' grad-1 0.83090' 101 int joule' grad-1 1.985s cal . grad-1 14, 1842 int joule 1,1623' 10-6 int k·watt-st Energieäquivalent der 15°-Kalorie (cai). . • 4.1863' 107 erg 4,268s' 10-1 mkg c) Elektrische Konstanten. 1 internationales Ampere (int amp) 1.00000 abs amp 1 internationales Ohm (int ohm) • . . . . 1.00050 abs ohm Elektrochemisches Äquivalent des Silbers . 1.11800 . 10 -8 g . int coul-1 Faraday-Konstante für ein Mol und Valenz 1 0.9649• . 105 int coul Ionisier.-Energie/lonisier.-Spannung • • .• 0.9649, • tOS int joule. int volt-1 d) Atom- und Elektronenkonstanten. Atomgewicht des Sauerstoffs. . 16.000 Atomgewicht des Silbers 107.88 LOSCHMlDTsche Zahl (für 1 Mol) 6.061' 1028 BOLTZMANNsche Konstante k 1.372' 10-16 erg' grad-1 1/10 der Masse des Sauerstoffatoms 1.650' 10-11 g Elektrisches Elementarquantum e {41..7579 •2.' 1100--1109 dinynt lcio• .u lc m Spezifische Ladung des ruhenden Elektrons e/m 1.76• . 10S int coul . g:-l Masse des ruhenden Elektrons m. . . . . 9.02' 10-28 g Geschwindigkeit von 1-Volt-Elektronen. . .. 5.945.107 cm . sec-1 Atomgewicht des Elektrons . . . • . . .. 5.46.10-4 e) Optische und Strahlungskonstanten. Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) ......• 2.9986' 1010 cm . sec-1 Wellenlänge der roten Cd-Linie (1 atm, 150 C) • 6438.4700' 10-scm RVDBERGsche Konstante für unendl. Kernrnasse . 109737.1 cm-1 SOMMERFELDSche Konstante der Feinstruktur .. 0.729.10-1 STEFAN-BoLTzMANNsche Strahlungskonstante 0 • { 15•'3757• ' '110 0- -111 1i nct a lw ·catmt·- c·a ·mse-Ic-• g1 r·gadra-d 4 -4 Konstante des WIENsehen Verschiebungsgesetzes • 0.288 cm' grad WIEN-PLANcKsche Strahlungskonstante CI •••• 1.43 cm' grad f) Quantenkonstanten. PLANCKSChes Wirkungsquantum " • . . • .• 6.55' 10-17 erg' sec Quantenkonstante für Frequenzen fJ = "Ik .. 4.775' 10-U sec' grad Durch i-Volt-Elektronen angeregte Wellenlänge 1.233·10-' cm Radius der Normalbahn des H-Elektrons 0.529' 10-8 cm. 1) Erläuterungen und Begründungen s. ds. Bd. d. Handb. Kap. 10. S. 487-518. KapitelL Geschichte der Physik. Von EDMUND HOPPE, Göttingen. I. Das Altertum bis 1600. 1. Einleitung. Zum Altertum rechne ich für eine Geschichte der Physik nicht wie in der Weltgeschichte die Vorzeit bis zur Völkerwanderung, sondern die Zeit bis zum Ausgang des 16. Jahrhunderts n. Chr. Denn diese ganze Reihe der Jahrtausende hat das gemeinsam, daß sie eine wissenschaftliche Physik als ein wohlabgetrenntes Gebiet menschlicher Erkenntnis nicht besitzt. Daraus folgt freilich nicht, daß es überhaupt in dieser ersten Periode keine Physik gegeben habe. Im Gegenteil sind sehr viele physikalische Probleme in der Zeit behandelt und zum Teil sogar gelöst; aber sie sind nicht in ihrem Zusammenhang und ihrer Absonderung von anderen Aufgaben menschlicher Forschung erkannt und ge wertet. Die zahlreichen Schriften der griechischen Literatur, welche den Titel nfQl ({ivaew~ tragen, enthalten oft nichts von Physik, meist nur allgemein Natur geschichtliches, oft nur Naturphilosophisches. Alles das interessiert uns hier gar nicht. Wir sind daher genötigt, uns aus oft sehr zerstreuten Notizen das Material zusammenzusuchen, welches uns befähigt, uns ein Bild von den physi kalischen Kenntnissen und Anschauungen jener der Vergangenheit angehörenden Völker zu bilden. Man wird vielleicht meinen, das habe nur kulturhistorisches Interesse. Allein wir werden sehen, daß die allgemein an die Spitze der Neuzeit gestellten Männer: KOPERNIKus, KEPLER, GALILEI, STEVIN, sich nicht nur mit ein oder zwei Zitaten aus dem Altertum, wie es bisweilen noch heute geschieht, den Anstrich gelehrter Bildung gaben, sondern mit vollem Bewußtsein an Erfindungen und Erkenntnisse griechischer Forscher anknüpfen oder deren Experimente als Beweismittel gebrauchen. Einige im Altertum schon gewonnene Erkenntnisse sind sogar erst lange nach dem Beginn der Neuzeit wieder entdeckt. Bis vor etwa 30 Jahren konnte man nun mit der Geschichte der Physik ohne weiteres bei den Griechen beginnen, weil über di'e Kenntnisse der älteren Kulturvölker nichts oder so wenig bekannt war, daß man sogar HERODOT, der mehrfach auf Zusammenhang der griechischen Bildung mit Ägypten und Meso potamien hinweist, für unglaubwürdig hielt. Durch die seither ausgeführten Ausgrabungen ist HERODOTS Ansicht glänzend gerechtfertigt, und je mehr wir in die Kultur besonders der Sumerer eindringen, um so mehr zeigt sich eine weitreichende Abhängigkeit Griechenlands von jener alten, wohl ältesten Kultur stätte. Es ist dabei nicht nötig, auch der Chinesen zu gedenken, mit alleiniger Ausnahme bei der Erfindung des Kompasses; denn mit Sicherheit reichen die An gaben über physikalische Entdeckungen bei den Chinesen nicht über das zweite Handbuch der Physik. 1. 2 Kap. 1. E. HOPPE: Geschichte der Physik. Ziff. 2. vorchristliche Jahrhundert hinaus, und die bisweilen beliebte Zurückdatierung bis auf 1200 v. Chr. ist höchst fragwürdig. Außerdem hat KUGLER nachgewiesen, daß in den astronomischen Fragen, und um hiermit verbundene Probleme handelt es sich, die Inder wie die Chinesen in starker Abhängigkeit von Babyion sindl). Da die Kultur der Sumerer zweifellos älter ist als die Ägyptens und auch weit reichender, beginnen wir mit dieser. a) Babylonische und ägyptische Physik. 2. Leistungen auf dem Gebiete der Physik, Astronomie, Arithmetik. In seiner neuesten Arbeit sagt B. MEISSNER2): "Die Wissenschaft der Physik war den alten Babyioniern und Assyrern natürlich unbekannt. Die physikalischen Naturerscheinungen wurden vielmehr als Handlungen bestimmter Götter erklärt." Das ist richtig, wenn man letzteren Satz auf die Meteorologie bezieht und ersteren auf eine zusammenfassende Darstellung. Allein da wir von den vielen weit über 100000 zählenden Tontafeln noch nicht den 10. Teil gelesen und ver öffentlicht sehen, kann man nicht wissen, ob sich nicht auch rein physikalische Tafeln finden werden. Aber schon aus den bildlichen Darstellungen, aus In schriften und astronomischen Tafeln läßt sich eine Anzahl wohlbegründeter physikalischer Kenntnisse bei den Sumerern nachweisen. Die drei fundamentalen Größen der Physik, Raum, Zeit, Masse zu messen. haben die Sumerer sehr wohl verstanden. Die Längeneinheit, welche seit ca. 20 Jahren wieder aufgefunden ist, beträgt 992,3 mm, liegt ziemlich nahe an der für Babyion gültigen Länge des Sekundenpendels, so daß LEHMANN einen ursächlichen Zusammenhang vermutet3). Aber außer der Länge erfordert die Raummessung auch die Winkelmessung, da haben die Sumerer den Winkel des gleichseitigen Dreiecks zugrunde gelegt, wie ich nachgewiesen habe4). Aus dieser Wahl des Normalwinkels, der die Fläche dann in 6 gleiche Teile teilte, ergibt sich von selbst, daß 24teilige und 36teilige Windrosen hergestellt wurden, wie sie bekanntlich aufgefunden sind. Und die Babyionier verstanden sehr genau, Winkel zu messen, sie haben auf wenige Minuten die Winkeldistanzen richtig gemessen5). Ohne ein Diopter ist das gar nicht zu verstehen, wenn auch bisher keine Tontafel von einem solchen Instrument berichtet, so zeigt das Resultat ihrer Messungen, daß sie eine solche Vorrichtung gehabt haben müssen. Sie':maßen dann den Raum nach Würfeln über der Längeneinheit. Noch bedeutender ist das Verdienst der Sumerer um die Zeitmessung. Unsere heutige Zeitmessung ist getreu die der alten Sumerer. Es ist von HERoDoT berichtet, daß die Zeitmessung von den Babyioniern zu den Griechen gekommen sei6). Aber der babylonische Gnomon war anders eingerichtet als der griechische. dieser entspricht vielmehr dem ägyptischen. Beim griechischen Gnomon wird die Schatten länge gemessen, während auf den Tontafeln niemals von einer Schattenlänge geredet wird, sondern nur von einer Richtung des Schattens, Das zeigt, wie richtig die Babyionier beobachteten; denn die Schattenlänge zeigt gerade zur Mittagszeit die geringste Veränderung, wo es doch gerade am meisten auf eine genaue Messung ankommt, während die Richtungsmessung konstante Empfindlichkeit hat. 1) KUGLER, Die Babylonische Mondrechnung, S. 82. 1900; u. ZS. f. Assyriologie Bd.24, S. 319. 1910. 2) B. MEISSNER, Babylonien und Assyrien II, S.381. 1924. 3) LEHMANN, Beiträge zur alten Geschichte I, S.355. 1902. C) E. HOPPE, Arch. d. Math. u. Phys. (3) Bd. 15, S, 304. 1909. 6) GINZEL, Das astronomische Wissen der Babyionier. Klio 1901, S.200. 6) HERoDOT II, 109. Ziff. 2. Das Altertum bis 1600. 3 Da der Normalwinkel der des gleichseitigen Dreiecks war, legten die Baby Ionier an die Nordsüdlinie, welche sie nach dem Polarstern bestimmten1), den Normalwinkel an, so daß die Ebene des Gnomons in 6 Winkel geteilt wurde. Dementsprechend wurde der Tag in 6 Teile, 3 Nachtwachen und 3 Tagwachen geteilt, 1/6 Tag nannten sie die Zeiteinheit "sussu" schon in ältester Zeit2). Natürlich machte sich für das Verkehrsleben eine Unterteilung notwendig; so halbierte man den sussu und nannte die Hälfte Kasbu. In späterer Zeit, aber wohl noch im 2. Jahrtausend, wurde auch dies noch einmal halbiert, ohne einen besonderen Namen zu erhalten. Solche Sonnenuhren wurden auch als Reise uhren hergestellt. Eine horizontale Bronzeplatte hat an der oberen geraden Kante in der Mitte ein Loch zum Einstecken des Stabes. Das Feld ist in 12 Sektoren geteilt, die Mittellinie der Platte wird nach Norden gerichtet, dann gibt der Schatten die Stunden an. Eine solche Uhr aus der Zeit etwa ALExANDERs ist von BORCHARDT 3) aufgefunden 1911, Für die astronomischen Beobachtungen, die bis ins 5. Jahrtausend a. Chr. hinaufragen, war auch die Teilung in 24 Stunden natürlich nicht hinreichend; so wurde wissenschaftlich der sussu entsprechend dem dezimalen Zahlsystem in 10 Teile geteilt, so daß der Tag in 60 Stunden zerfiel. Auch diese Zeiteinteilung reicht nach EpPING (1. c.) bis in die älteste Zeit der uns durch Tontafeln und Inschriften bekannt gewordenen Periode. Eine solche 60-Stunden-Uhr ist von H. v. SCHLAGINTWEIT bei einem abgeschiedenen Gebirgsvolk im Himalaja ge funden. Daß die babylonische Kultur sich nach Indien ausgebreitet hat, ist gar nicht zu bezweifeln, mit Recht führt v. SCHLAGINTWEIT daher die Uhr auf babylonische Erfindung zurück4). Aber neben der Sonnenuhr konstruierten die Sumerer auch in ältester Zeit schon Wasseruhren. Aus einem mit Wasser stets gefüllt erhaltenem Gefäß ließ man durch eine kleine Öffnung im Boden Wasser ausfließen, und wog das in einer Zeiteinheit (sussu). ausgelaufene Wasser. Das Gewicht desselben war die Gewichtseinheit = Mine. So haben die Sumerer bereits ein "absolutes" Maßsystem eingeführt: Elle, sussu, mine entsprechend unserm CGS-System, nur daß sie nicht Masse, sondern Gewicht als Einheit annehmen und letzteres nicht auf die Volumeinheit, sondern auf die Zeiteinheit aufbauten. Vergleicht man damit den Zustand der Maßeinheiten in Deutschland, England und Frank reich um das Jahr1780, so ist der große Vorzug des Sumerer-Systems ersichtlich. Die 60-Stundeneinteilung des Tages hatte ferner zur Folge, daß allgemein die 60-Teilung eingeführt wurde und die Sexagesimal brüche schon auf den Tafeln von Senkereh (ca. 3000 a. Chr.) eingeübt werden, und nach HILPRECHT5) in einem Schulrechenbuch (ca. 2400) wie bei uns die Dezimalbrüche behandelt werden. So entstand neben dem ursprünglich vorhandenen reinen Dezimal- r:; r: system 1 =y; 10= 100 =y~; 1000 = y~usw. mit Stellenwert, dasSexa gesimalsystem mit reinem Stellenwert, so daß 60 wieder y und 60' 60 auch wieder y geschrieben wird. Als nun um 800 a. Chr. die Babylonier anfingen, nicht nur Beobachtungs resultate niederzulegen, sondern Ephemeriden zu berechnen, war die Einheit 1/60 Tag natürlich nicht ausreichend, so wurde von da an die Einheit sussu selbst in 60 Teile geteilt, so daß der ganze Tag 6 . 60 = 360 Zeiteinheiten erhielt mit 1) Orientalische Lit.-Zt. Bd.21, S.165. 1918. 2) EpPING, Astronom. aus BabyIon, 1889. 3) BORCHARDT, ZS. f. ägypt. Sprache Bd. 49, S. 66. 1911. 4) v. SCHLAGINTWEIT, Münchener Ber. 1871, S. 128. Ö) HILPRECHT, The Babylonian expedition of the university of Pensylvania, deutsch 1903, S.59. 1*

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