Objekt des Monats

aus dem Museum der Sternwarte Kremsmünster

November 2018

Zinkkugel-Photometer nach Elster und Geitel

Nach vielen Versuchen, ein geeignetes Material zu finden, kamen wir schliesslich zu der Verwendung des amalgamirten Zinks. Eine kleine Kugel aus chemisch reinem Zink, an einem eingeschraubten Stahlstifte befestigt, lässt sich, wenn sie gut amalgamirt ist, durch erneutes Eintauchen in reines Quecksilber und nachheriges Abreiben mit trockenem Seidenpapiere von sehr gleichförmiger Oberflächenbeschaffenheit herstellen. Eine solche Kugel gibt, wenn sie negativ geladen den freien Sonnenstrahlen ausgesetzt ist, ihre Elektricität mit grosser Schnelligkeit an die umgebende Luft ab. Der Verlust an Ladung in einer gegebenen Zeit kann leicht an einem Elektrometer gemessen werden, und schon der roheste Versuch lässt erkennen, dass die Geschwindigkeit der Entladung in starkem Masse mit der Erhebung der Sonne über den Horizont zunimmt.
Eine amalgamirte Zinkkugel in Verbindung mit einem Elektrometer wird also ein elektrisches Actinometer darstellen, sobald es möglich ist, anzugeben, nach welchem Gesetze der in der Zeiteinheit gemessene Elektricitätsverlust von der Intensität des die Kugel bestrahlenden Lichtes abhängt. Natürlich sind die Angaben eines solchen Instrumentes zunächst nur auf die Strahlengruppe zu beziehen, welche gerade an Zinkflächen die elektrische Zerstreuung bewirkt. (Elster - Geitel, 752)

Wir glauben auf Grund der hier mitgetheilten und noch zahlreicher anderer Messungen aussprechen zu dürfen, dass unter gleichbleibenden Versuchsbedingungen eine Platte von amalgamirtem Zink in Verbindung mit einem Elektroskop ein Mittel gewährt, durch die photoelektrische Zerstreuung die Stärke des an Zinkflächen wirksamen ultravioletten Lichtes mit ziemlicher Annäherung zu messen. (Elster - Geitel, 766)

Wir haben die dahin zielenden Versuche mit Sonnenlicht unmittelbar an denselben kleinen Zinkkugeln (12 mm Durchmesser) angestellt, die auch zu den eigentlichen photometrischen Bestimmungen dienten. Diese werden aus Stäben reinen Zinkes gedreht und an eingeschraubten Stahldrähten befestigt. Beizt man ihre Oberfläche mit verdünnter Schwefelsäure ab und taucht sie dann in Quecksilber ein, so vollzieht sich die Amalgamirung augenblicklich. Sie werden nun in Regenwasser abgespült und zuerst mit einem leinenen Tuche, dann mit trockenem weissen Seidenpapiere abgerieben. Hierdurch erhalten sie eine spiegelnd blanke Oberfläche. Ist die Kugel einmal amalgamirt, so kann man sie, selbst wenn sie lange Zeit gelegen hat, und ihr Glanz matt geworden ist, von dem früheren Ansehen wiederherstellen, indem man sie in trockenes Quecksilber eintaucht und mit Seidenpapier abreibt. In diesem Zustande besitzt sie dieselbe Lichtempfindlichkeit, wie eine frisch mittelst Säure amalgamirte. Wir stellten dies dadurch fest, dass wir amalgamirte Kugeln lange Zeit liegen liessen und sie, nach der eben beschriebenen Operation, mit einer solchen verglichen, deren Oberfläche ganz frisch präparirt war. (Elster - Geitel, 767)

Die Elektricitätszerstreuung von der Zinkkugel im Sonnenlichte ist bei hohem Sonnenstande eine sehr starke; selbst die Maximalladung des Elektroskops sinkt in so kurzer Zeit gegen Null, dass eine genaue Messung der Expositionszeit mittelst des Secundenzeigers einer Uhr nicht möglich ist. Es war nothwendig die Entladung zu verlangsamen. Dies geschieht in einfacher Weise dadurch, dass man das Elektroskop mit einem Condensator C in Verbindung setzt und dadurch die Capacität des geladenen Systemes vergrössert. (Elster - Geitel, 783)

Die Handhabung des Apparates [stationäres Aktinometer] geschieht in folgender Weise: Nachdem das Dachfenster zurückgeschlagen, wird T so hoch als möglich ins Freie (etwa 2 cm über die Fensteröffnung) hinaufgerückt. Dann entfernt man den äusseren Blechcylinder G, löst die Schraube F und schiebt nun den Stift S so hoch, dass die Kugel K aus dem Drahtcylinder H hervorragt. Man fasst den Stahlstift S unterhalb der Kugel und zieht ihn mit der Kugel vollständig aus der Glasröhre G1 heraus, taucht alsdann die Kugel, die schon einmal amalgamirt gewesen sein muss, in ein kleines Gefäss mit Quecksilber ein und wendet sie einigemale in dem flüssigen Metalle um. Dann zieht man sie heraus und reibt sie nun mit einigen Stücken reinen weissen Seidenpapiers unter Anwendung gelinden Druckes ab, bis die Oberfläche spiegelnd erscheint. Dann senkt man, ohne die Kugel mit der Hand zu berühren, den Stift S in die Röhre G1 ein, und lässt die Kugel von selbst in ihre tiefste Lage hinabsinken. Nun wird schnell der Cylinder G zum Abschlusse des Lichtes übergeschoben, die an dem Zuleitungsdraht L befestigte Schraube F wird an S angesetzt und das Elektroskop negativ geladen. Dies geschieht entweder mittelst der Zambonischen Säule oder durch eine geriebene Siegellackstange, in der schon oben beschriebenen Weise stellt man durch Anlegen des Fingers an einen von L frei herabhängenden Leinenfaden das Instrument bei der bestimmten Anfangsdivergenz (s0 = 25 Scalentheilen) ein. Jetzt wird die Uhr zur Hand genommen und eine gemessene Anzahl (t) von Secunden lang der Verdunkelungscylinder G abgenommen. Nachdem er wieder aufgesetzt ist, liest man sofort die noch übrig gebliebene Divergenz (s) ab. (Elster - Geitel, 767-768)

In der Zeitschrift für Instrumentenkunde wurde dann 1904 das Gerät aus der Werkstätte von Günther & Tegetmeyer in Braunschweig mit einer Zeichnung und einer Beschreibung veröffentlicht:

Fig. 2 gibt die Vorder-, Fig. 3 die Seitenansicht. E ist das Exnersche Elektroskop mit Spiegelglasskale S; R das um eine horizontale, durch den Halter H der Zinkkugel Z hindurchgeführte Achse s s drehbare Metallrohr mit Verschlußkappe K, welches die Zinkkugel umschließt. Mittels der Kontakte k k stellt s s die Verbindung der Zinkkugel einerseits zum Elektroskop, andererseits zu dem Gockelschen Kondensator C her. Die Grundplatte G ist um den Zapfen V in horizontaler Ebene drehbar und mittels der im Dreifuß D angebrachten Stellschrauben und Libelle L genau horizontal fixierbar. Ist das Rohr R mit Hülfe des Diopters d d' so gerichtet, daß die Sonnenstrahlen achsial einfallen, so gibt der Index I am Gradbogen die Sonnenhöhe auf nahe 1/2° an. Die Klemme e dient zur Erdung des Elektroskop-Gehäuses, des Rohres R und des äußeren Zylinders des Luftkondensators. F ist eine Milchglasplatte, durch welche die Ablesung der Divergenz der Elektroskopblättchen erleichtert wird. Über die Handhabung des Instruments im einzelnen, wie auch über die Verwertung der Messungen nach einer einfachen Formel, die mit hinreichender Genauigkeit den tatsächlichen Zusammenhang zwischen der beobachteten Strahlungsintensität und der Elektrizitätszerstreuung darstellt, muß auf das Original bezw. auf die ursprüngliche Arbeit in den „Sitzungsberichten der Wiener Akademie" verwiesen werden. J. M. (J. M., 281-282)

Quellen und Literatur:

ELSTER, Julius & GEITEL, Hans 1892: Beobachtungen des atmosphärischen Potentialgefälles und der ultravioletten Sonnenstrahlung, in: Sitzungsberichte der Wiener Akademie der Wissenchaften, Bd. 101. Abth. IIa, Wien, 703-856

FRICKE, Rudolf G. A. 2011: Günther & Tegetmeyr 1901-1958. Instrumente für die Wissenschaft aus Braunschweig, Wolfenbüttel

FRICKE, Rudolf G. A. 1992: J. Elster & H. Geitel, Jugendfreunde, Gymnasiallehrer, Wissenschaftler aus Passion, Wolfenbüttel

HESS V. F. 1932: Hallwachs-Effekt, in: Physikalisches Handbuch hrsg. v. Arnold Berliner und Karl Scheel, 2. Aufl. Berlin, 488-489

M. J. 1904: Über eine verbesserte Form des Zinkkugelphotometers zur Bestimmung der ultravioletten Sonnenstrahlung, in: Zeitschrift für Instrumentenkunde. Organ für Mitteilungen aus dem gesamten Gebiete der wissenschaftlichen Technik, 24. Jg. Berlin, 280-282

RABENALT, P. Ansgar 1958: Geschichte der Sternwarte von Kremsmünster. Eine kurze Zusammenfassung anlässlich des 200jährigen Jubiläums, in: 101. Jahresbericht Schuljahr 1958 Öffentl. Gymnasium der Benediktiner zu Kremsmünster, Kremsmünster, 7-27

SCHWAB, P. Franz o. J.: Inventar wissensch. Instrumente im Besitze der Sternwarte Kremsmünster (Zettelkatalog) MS, ASK