ANNALEN DER PHYSIK.

VIERTE FOLGE. BAND 18.

1. Untersuchungen über den Lichtbogen;
von J. Stark, T. Retschinsky und
A. Schaposchnikoff.

(Elektrisierung an der

Inhalt: § 1. Theoretische Einleitung. kathodischen Strombasis; Stoßionisierung im kathodischen Lichtbüschel; Stoßionisierung in der Anodenschicht; Stoßionisierung in der positiven Lichtsäule; Geschwindigkeit der positiven und negativen Ionen; Innere elektromotorische Kräfte an den Elektroden; Ionentheorie der Charakteristik des Lichtbogens, Wechselstromlichtbogen.) § 2. Der Spannungsabfall in der Lichtbogensäule in Abhängigkeit von der umgebenden Gasatmosphäre. § 3. Die Methode des Querstromes angewandt auf den Lichtbogen. § 4. Verhältnis der Geschwindigkeiten der positiven und negativen Ionen. § 5. Methode zur Messung des Kathodenfalles. § 6. Kathodenfall und Stromstärke. § 7. Der Anodenfall in der Anodenschicht an kalter Anode. § 8. Der Anodenfall in der Anodenschicht an heißer Anode. § 9. Der Anodenfall im kathodischen Lichtbüschel an kalter Anode. § 10. Resultate.

§ 1. Theoretische Einleitung. — Über den Lichtbogen wurden in letzter Zeit zahlreiche experimentelle Untersuchungen angestellt, so von P. C. Hewitt1), E. Weintraub, W. B. von Czudnochowski), J. Stark), J. Stark und L. Cassuto), G. Granqvist), L. Cassuto, A. P. Wills), C. D. Child, E. Martiny 10), S. Maisel11), W. S. Weedon 12), W. Mitke1) P. C. Hewitt, El. 52. p. 447. 1904.

2) E. Weintraub, Phil. Mag. 7. p. 95. 1904.

3) W. B. von Czudnochowski, Physik. Zeitschr. 5. p. 99. 1904. 4) J. Stark, Ann. d. Phys. 12. p. 673. 1903; Physik. Zeitschr. 5. p. 81 u. p. 750. 1904.

5) J. Stark u. L. Cassuto, Physik. Zeitschr. 5. p. 264. 1904.

6) G. Granqvist, Boltzmann-Festschrift p. 799. 1904.

7) L. Cassuto, Physik. Zeitschr. 5. p. 263. 1904.

8) A. P. Wills, Phys. Rev. 19. p. 65. 1904.

9) C. D. Child, Phys. Rev. 19. p. 117. 1904; 20. p. 100. 1905.
10) E. Martiny, Verh. d. Deutsch. Physik. Gesellsch. 6. p. 199. 1904.
11) S. Maisel, Physik. Zeitschr. 5. p. 550. 1904.

12) W. S. Weedon, Trans. Am. Electroch. Soc. 5. p. 171. 1904. Annalen der Physik. IV. Folge. 18.

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witch), W. Duddell), C. W. Waidner u. G. R. Burgess3), M. v. Recklinghausen), J. Pollak), L. Lombardi und G. Melazzo), E. Rasch'), H. Th. Simon), J. Stark und R. Küch.9)

Soweit in diesen Untersuchungen das Streben nach einer theoretischen Auffassung der beobachteten Erscheinungen hervortritt, ist es überall die Ionenhypothese, welche zur Grundlage einer Theorie des Lichtbogens gemacht wird. Der eine von uns (Stark) hat in den Hauptzügen nachstehende Theorie von dem Mechanismus des Lichtbogens entwickelt. Da die hier mitgeteilten experimentellen Untersuchungen nach bestimmten theoretischen Gesichtspunkten 10) durchgeführt wurden, so seien diese hier im Zusammenhang noch einmal mitgeteilt.

Der Lichtbogen ist eine selbständige Strömung, als solche erzeugt er seine positiven und negativen Ionen in der Strombahn andauernd selbst. Um die Ionen, welche durch Elektrolyse oder Wiedervereinigung verschwinden, durch neue zu ersetzen, benützt er die vorhandenen Ionen; diesen erteilt er die zu ihrer Arbeitsleistung notwendige kinetische Energie, indem er sie in seiner Bahn genügend große Spannungsdifferenzen durchlaufen läßt.

Elektrisierung an der kathodischen Strombasis. An der Kathode erzeugt der Lichtbogen seine negativen Ionen durch Elektrisierung. 11) Durch die positiven Ionen, welche auf die kathodische Strombasis treffen, erhitzt er diese auf eine so

1) W. Mitkewitch, Journ. russ. phys.-chem. Gesellsch. 35. p. 507 u. 675. 1903; 36. p. 13 u. 259. 1904.

2) W. Duddell, Phil. Trans. 203. p. 305. 1904.

3) C. W. Waidner u. G. R. Burgess, Phys. Rev. 19. p. 241. 1904. 4) M. v. Recklinghausen, Elektrot. Zeitschr. 25. p. 1102. 1904. 5) J. Pollak, Physik. Zeitschr. 6. p. 277. 1905.

6) L. Lombardi u. G. Melazzo, Atti Ass. Elettrot. Ital. 9.

p. 1. 1905.

7) E. Rasch, Physik. Zeitschr. 5. p. 375. 1904.

8) H. Th. Simon, Physik. Zeitschr. 6. p. 297. 1905.

9) J. Stark u. R. Küch, Physik. Zeitschr. 6. p. 438. 1905.

10) J. Stark, Ann. d. Phys. 12. p. 673. 1903; Le mécanisme de l'arc électrique, Mém. du volume,,Les électrons". Gauthier-Villars, Paris 1905.

11) J. Stark, Die Elektrizität in Gasen. Leipzig 1902. p. 99; Ann. d. Phys. 12. p. 687. 1903.

hohe Temperatur, daß sie negative Elektronionen in großer Zahl ausstrahlt. Dies ist der charakteristische Vorgang, durch welchen sich der Lichtbogen von dem Glimmstrom, einer anderen selbständigen Strömung, unterscheidet. In der Tat haben alle dahinzielenden experimentellen Untersuchungen festgestellt, daß die kathodische Strombasis des Lichtbogens in allen Fällen auf Weißglut erhitzt ist, und daß der Lichtbogen nicht existieren kann, wenn das Auftreten der hohen Temperatur in seiner kathodischen Strombasis verhindert wird.) Von diesem Gesichtspunkt gehen auch W. Mitke witch und H. Th. Simon aus in ihrer Theorie des Lichtbogens.

Stoßionisierung im kathodischen Lichtbüschel. Damit die positiven Ionen dauernd zur kathodischen Basis strömen und aus ihr durch Erhitzung negative Ionen frei machen können, müssen, sie ihrerseits dauernd neu erzeugt werden in dem Raum zwischen Kathode und Anode. Dies geschieht nicht dadurch, daß die negativen Ionen ihrerseits die Anode hoch. temperieren, so daß aus dieser die positiven Ionen kommen können.2) Denn der Lichtbogen ist bei kalter Anode möglich. Die positiven Ionen werden vielmehr innerhalb des Gas- oder Dampfraumes durch den Stoß der von der Kathode kommenden negativen Elektronionen erzeugt. Zu dieser Stoßionisierung benötigen die negativen Ionen ein Minimum kinetischer Energie, diese erlangen sie, indem sie auf ihrer freien Weglänge ein Minimum von Spannungsdifferenz frei durchlaufen. Der Spannungsabfall längs der Strombahn des Lichtbogens muß sich darum entsprechend der chemischen Art und der Dichte des Dampfes (Gases) so einstellen, daß er nicht unter ein gewisses Minimum sinkt. Andererseits kann er aber auch bei Konstanz jener zwei Faktoren nicht über dieses Minimum steigen; denn erfolgt einmal die Stoßionisierung, so hat Vermehrung der Stromstärke nur Vermehrung der Zahl der Ionen und darum keine Erhöhung des Spannungsabfalles zur Folge.

Der Lichtbogen besitzt drei Partien, in denen Ionisierung durch den Stoß negativer Jonen statthat. Die wichtigste davon

1) J. Stark u. L. Cassuto, Physik. Zeitschr. 5. p. 264. 1904. 2) Vgl. C. D. Child, Int. electrical congress of St. Louis, 1904, section A.