Table Of ContentDie .. Sammlung Vleweg" hat sich die Fl.ufgabe gestelit, Wissens- und
Forschungsgeblete, Theorien, chemisch-technische Verfahren usw., die 1m Stadium
der Entwlcklung stehen, durch zusammenfassende Behandlung unterBelfilgung
der wlchtlgsten Literaturangaben welteren Kreisen bekanntzumachen und ihren
augenbllckllchen Entwlddungsstand zu beleuchten. Sie will dadurch die
Orientierung erleichtem und die Richtung zu zelgen sUchen, welche die weltere
Forschung einzuschlagen hat.
Fl.ls Herausgeber der einzelnen Gebiete, auf welche sich die Sammlung
Vleweg Iunachst erstredd, sind tatig, und zwar filr:
Physik (theoretische und praktische, und mathematlsche Probleme):
Herr Geh. Reg.-Rat Professor Dr., Dr.-Ing. E. h. Karl Scheel, Physikal.-Techn.
Reichsanstalt, Charlottenburg;
Chemle (Fl.lIgemeine, Organische und Fl.norganische Chemie, Physikal. Chemie,
Elektrochemie, Technlsche Chemie, Chemle In Ihrer Fl.nwendung auf Kunste
und Gewerbe. Photochemie, Metallurgie, Bergbau):
Herr Professor Dr. B. Neumann, Techn. Hochschule, Breslau;
Technik (Wasser-, StraBen-und BrOckenbau, Maschinen-und Elektrotechnlk, Schiffs
bau, mechanische, physikaJische und wirtschaftliche Probleme der Technik):
Herr Professor Dr.-Ing. E. h. Fritz Emde, Techn. Hochschule, Stuttgart.
Neue und neueste Hefte der "Sammlung Vieweg'l
Heft18. Dr. Erich Hupka: Die Interferenz der Rontgenstrah/en.
Heft 19. Prof. Dr. Robert Kremann: Diee/ektro/ytisme Darstel/ung von Legierungen
BUS wiisserigen LOsungen. Mit 20 Fl.bbildungen. M.2,50.
Heft20. Dr. Erik Llebreich: Rost und Rostschutz. Mit 22 Rbbild. M.3,25.
Heft21. Prof. Dr. Bruno Glatzel: E/ektrische Methoden der Momentphotographie.
Mit dem Bild des Verfassers und 51 Rbblldungen. M.4,-.
Heft22. Prof. Dr. med.et phil. Carl Oppenhei'!'er: Stoffweehse/fermente. M.2,5O.
Heft 23. Dr. R If red W e 9 e n e r: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. 3. g!nzlich
umgearb.Ruflage, erschien als Bd.66 unsererSammlung "DieWlssenschaft".
Heft 24. Dr. W. Fa h rio n: Die Hiirtung der Fette. 2. vollst!ndig umgearbeitete Ruflage.
Mit 5 Rbbildungen. M. 6,-.
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Meehanik. 2. Fl.uflage. Mit 4 Rbbildungen. M. 4,-.
Heft 26. Dr. R. Lipschutz: Zur al/gemeinen Physio/ogle des Hungers. Mit 39Rb-
bildungen. M. 3,-.
Heft 27. Prof. Dr. C. Doelter: Die Farben der Minerll/len. insbesondere der Edel-
steine. Mit 2 Rbblldungen. M. 3,-.
Heft 28. Dr. W. Fa h ri 0 n: Neuere Gerbemethoden und Gerbetheorien. M. 4,50.
fortsetzung slehe 3. und 4. Umsdllagselte
Die
smnellhewegten Elektronen
Stand und Entwicklung der heutigen
Kenntnis, mit besonderer Rlicksimt auf
die Vorgange beim radioaktiven Zerfall
Von
Dr. Franz Wolf
Danzig-Langfuhr
Mit 26 Abbildungen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Herausgeber dieses Heftes:
Ceh. Reg.-Rat Prof. Dr.-Ing. e. h. Karl Scheel, Berlin
ISBN 978-3-663-06125-0 ISBN 978-3-663-07038-2 (eBook)
DOI 10.1 007/978-3-663-07038-2
Aile Rechte vorbchalten
Vorwort.
In unseren Handbiichern iiber Radiologie ist die Entwicklung
der Kenntnis von den schnellbewegten· Elektronen nur bis zu einem
verhaltnismaBig friihen Zeitpunkt niedergelegt. Viel Interessantes
ist seit dem AbschluB dieserWerke hinzugekommen, in vielem hat
sich unsere Auffassung stark geandert. Was experimentelle Forschung
und theoretische Oberlegung seither zutage forderten, liegt in Einzel
arbeiten zerstreut und ist demAuBenstehenden nur schwer zuganglich.
Es schien mir daher nicht unniitz, vor aHem an Hand der experi
menteHen Ergebnisse und ihres historischen Werdegangs, ein zu
sammenhangendes Blld von unserer heutigen VorsteHung iiber diese
interessanten Erscheinungen der Physik zu entwerfen. Vielfach
gab sich Gelegenheit, auch auf die groBeren grundlegenden Fragen
komplexe einzugehen, fiir die die Erforschung des Wesens der
Elektronen nur einen Baustein bildet, und auf noch offene Probleme
hinzuweisen, vor denen die Wissenschaft bis jetzt Halt machen
muBte. Wenn ich durch Beschreibung der Forschungsmethoden
und der wichtigsten theoretischen Gedankengange dem Studierenden
den Weg zum Verstandnis moderner physikalischer Vorstellungen
erleichtern und dem auf anderen Gebieten beheimateten denkenden
Menschen einiges Interesse fUr unsere Erscheinungen wecken kann,
so glaube ich das Hauptziel dieses Biichleins erreichtzu haben.
VieHeicht darf ich auch hoffen - vor aHem durch die ausfiihrlichen
Literaturangaben -, hier und da dem Fachmann einen Dienst
zu leisten.
Beziiglich der auBeren Anordnung ist zu sagen, daB aIle Ab
sChnitte von Anfang bis zu Ende durchnumeriert sind. Es wird
dadurch (oft einfach durch Angabe der Nummer in run den
Klammern) ein leichteres Verweisen auf schon besprochene oder
zukiinftige SteHen ermoglicht. Zum Unterschied hiervon beziehen
sich die in den Text eingestreuten Nummern in eckigen Klammern
auf die Formeln. Diese tragen der leichteren Auffindbarkeit wegen,
soweit sie von Wichtigkeit sind, selbst einfach die in eckige Klammern
gesetzte Nummer ihres Abschnitts und werden notigenfalls innerhalb
der einzelnen Abschnitte noch durch Buchstaben a, b usw. unter
schieden.
Danzig-Langfuhr, im September 1925.
Franz Wolf.
Inhaltsiibersicht.
Abschnitt
Nr.
Einleitung: Erfahrungen und Probleme an Kathoden
strahlen der Entladungsrohre _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1- 15
I. Von dor Entdeckung der Radioaktivitiit bis zur Erkenntnis
des Wesens der ,B-Strahlen _ _ _ _ _ _ . . . _ . . 16- 26
II. 'Ober die Masso des Elektrons und ihre Abhiingigkeit von
der Geschwindigkeit . _ _ _ . . . . . _ _ . . . . 27- 64
1. Erste Uberlegungen liber die Elektronenmasse . . . 27- 31
2. Kaufmanns Nachweis der Massenveranderlichkeit . 32- 36
3. Verschiedene Hypothesen ti.ber das Elektron . 37- 42
4. J{:aufmanns Versuch einer experimentellen Ent-
scheidung zwischen ihnen . . . . . . . . 43- 45
5. Einfache Herleitung der giiItigen Formeln. . 46- 52
6. Experimentelle Entscheidung durch Bucherer 53- 58
7. Verfeinerte ejm-Bestimmung durch Wolz ... 59
8. Erneute sorgfaltige Bestatigung durch N eumanns
Arbeit und durch Anwendungen . . . . . . . . 60- 63
9. Einige Formeln und Zahlenwerte . . . . . . . . . 64
III. 'Ober Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Materie 65-114
1. Ubersicht liber die Erscheinungen, vor allem libel' die
Absorption; Schwierigkeiten, Fehlerquellen 65- 76
2. A bsorptionsuntersuchungen an schnellen Strahlen . 77- 86
3. Uber die Diffusion. . . . . . . . . . . . . . . . 87- 99
4. Das Atombild auf Grund der Kathodenstrahlunter-
suchungen ................. . 100-104
5. Von den sekundaren Kathodenstrahlen . . . . . . 105-ll4
IV. 'Ober die Geschwindigkeit der von radioaktiven Stoffen
ausgesandten ,B-Strahlen. . . . . . . . . . . 115-152
1. Erste Erfahrungen aus alteren Versuchen . . . . . 115-ll6
2. v. Baeyers Entdeckung der ,B-Strahlspektren ... ll7-124
3. Seine systematischen Untersuchungen an ,B-strahlen-
den Stoffen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 125-132
4. Die verfeinerte Methode Von Danysz ...... 133-137
5. Die Arbeiten zur Untersuchullg der Geschwindigkeits-
verluste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138-144
- VI
Abschnitt
6. Ergebnisse der Danyszschen Untersuchungen am Nr.
aktiven Niederschlag des Radiums . . . 145-147
+
7. Weitere verfeinerte Messungen an RaB C 148-150
8. Chadwicks widersprechende Arbeit ... 151-152
V. Versuche zur Deutung der p-Strahlspektren. . 153-186
1. Ru therfords erste ErkIarungsversuche. . 153-156
2. Einiges tiber die charakteristische Eigenstrahlung
der Atome . . . . . . . . . . 157 -165
3. Die Untersuchungen von Ellis. . 166-171
4. Die Untersuchungen von Meitner 172-184
5. UngelOste Probleme . . . . . . . 185-186
VI. 'Ober die Abhiingigkeit der Kriilte von der Geschwindigkeit 187 -190
Literaturverzeichnis ........... 8. 117
Al pha betisches N amen- u. Sach verzeichnis. . . . . 8.122
Einlei tung.
1. Mit dem Ende des vorigen Jahrhunderts setzte fUr die Physik
eine Zeit ein, die in bis dahin ungekannt ra.scher Aufeinanderfolge
eine unglaubliche Fiille von Entdeckungen grundlegendster Art zu
Tage forderte und dadurch bald ein Bild iiber den Zusammenhang
zwischen Elektrizitat und Materie aufrollte', wie es sich noch kurz
zuvor wohl niemand hatte traumen lassen. Der Hauptansto13 zu
dieser Entwicklung geschah durch die Entdeckung frei bewegter
Elektrizitat in Form von geschleuderten Kathodenstrahlen, aJs es
gelang, diese aus ihrem Erzeugungsraum heraustreten zu lassen und
sie dadurch £rei von allen storenden und falschenden Nebenumstanden
eingehender Untersuchung zuganglich zu machen*).
2. Schon von 1820 ab hatte Faraday die Erscheinung der
Entladungen im Innern luftverdiinnter Rohren eingehend unter
sucht und zwischen positiver Saule, negativem Glimmlicht und
dem zwischenliegenden Dunkelraum unterscheiden gelehrt. Doch
dauerte eslooge, bis W. Hittorf im Jahre 1869 den Vorgang selbst
entdeckte2), auf den alle Glimmerscheinungen a.ls Folgen erst zuriick
zufiihren sind, die Kathodenstrahlen, die sich durch das Gasleuchten
hindurch von der Kathode aus geradlinig nach allen Seiten aus
breiteten, scharfe Schatten warfen und sich durch magnetische
Einwirkung aus ihrer Bahn ablenken lie13en. Hittorf schlo13, da13
sich die Strahlen verhielten wie elektrische Strome, die aus der
Umgebung in die Kathode hineinflie13en. Zehn Jahre spater wieder
holte und erweiterte W. C,rookes seine Versuche mit gro13eren
Hilfsmitteln und brachte durch moglichst kla.re und einfache Be
handlung der Erscheinungen, allerdings ohne sich anf Hittorf zu
beziehen, zum erstenmal weiteren Kreisen Kenntnis vom Vorhanden
sein der Kathodenstrahlen, die er als geschleuderte, geladene Gas-
*) Wegen einzelner Literaturnachweise fiir die folgenden Abschnitte
siehe vor aHem Lenards Nobelvortrag ,;Gber Kathodenstrahlen" mit
wertvollem historischem Anhang1).
W 0 1f , Die schnellbewegten Elektronen. 1
- 2 -
molekiile auffaBte. Doch konnte das Wesen der Strahlen in Wirk
lichkeit nicht ergrlindet werden, solange man sie nicht frei von den
Erzeugungsvorgiingen beobachtete, sondern bei jedem neuen Versuch
die Rohre offnen und so die Bedingungen andern muBte, unter
denensie entstehen. Deshalbkamenauch H. Hertz undA. Schuster
bei ihren Untersuchungen zu entgegengesetzten Ergebnissen, indem
der erste seine Beobachtungen unvereinbar mit der Annahme ge
schleuderter Gasmolekiile fand, wiihrend der andere tatsachlich
solche nachweisen zu konnen glaubte.
3. Als jedoch auf Grund einer Beobachtung von Hertz, wonach
die Kathodenstrahlen diinne Metallschichten zu durchsetzen ver
mogen, im Jahre 1892 es P. Lenard gelang, die Strahlen durch ein
diinnes Aluminiumfenster hindurch aus der erzeugenden Rohre in
die freie Luft oder einen gesonderten Beobachtungsraum treten zu
lassen 3), eroffneten sich'mil; einem Schlage ungezahIte Moglichkeiten
zur eingehenden, storungsfreien Untersuchung aller ihrer Eigen
schaften. Die erste auffallende Erscheinung, die Diffusion in Luft
und anderen Gasen zeigte, daB man jedenfalls Vorgange allerfeinster
Art in den Strahlen vor sich hatte, da offenbar fiir sie die winzigen
Korperchen, wie es die Gasmolekiile sind, iihnliche zerstreuende
Hindernisse bilden, als fiir Licht etwa die 10000mal groBeren Fett
kiigelchen, die dieses ablenken und rasch in diffusen Lauf liber
gehen lassen, wenn man beispielsweise seine Strahlen in hinreichend
verdiinnte Milch eintreten laBt. Andererseits pflanzten die Kathoden
strahlen sich in vollkommen evakuierten Raumen ungeschwacht
und ohne Trlibung liber meterlange Streeken bin fort, und da weder
das Aluminiumfenster beim Hindurchgang versehrt wurde, noeh
eine Ansammlung von irgendwelchen Gasmolekiilen im Versuchs
raum zu beobachten war, stand fest, daB es sich hier nicht urn
materielle Teilchen, sondern - wie beim Licht, das durch luftleere
Raume geht - nur um Vorgange im Ather handeln kann.
4. Wegen ihrer Feinheit war zu erwarten, daB man auch liber
die Atome, an denen sie sich stoBen, naheren AufschluB erhalten
wiirde. Die Untersuchung der Diffusion sowie auch der Absorption
zeigten tatsiichlich bald, daB verschiedene Stoffe sich Kathoden
strahlen gegeniiber in nichts mehr unterscheiden als nur durch ihr
Gewicht. Gleichgiiltig, ob ein Korper fest, fliissig oder gasformig
war, die Absorption fand in ihm einfach proportional seiner Masse
statt, und ganz so ging es mit der Diffusion. Dies legte den friiheren
SchluB der mittelalterlichen Alchimisten aufs neue nahe, daB die
materiellen Atome im Grunde stets aus demselben Urstoff bestehen,
- 3 -
den sie nur je nach ihrem Gewicht in verschiedener Menge enthalten,
und eingehendes Studium des Zusammenwirkens von Atomen llnd
Kathodenstrahlen muBte hier viel neues bringen.
5. Auch dem Wesen der Strahlen selbst kam man bald naher,
indem man Hittorfs magnetische Ablenkung zusammen mit der
Goldsteinschen "Deflexion" durch elektrische Felder, die beide
schon Hertz diesem selben Zwecke dienstbar zu machen gesucht
hatte, in verfeinerler Anordnung auf die Kathodenstrahlen an
wandte. Denn nach ihrem Verhalten gegeniiber solchen magnetischen
und elektrischen Ktaften schienen sie aus geschleuderten, negativ
geladenen Massen zu bestehen, und man muBte aus dem Grade der
Ablenkungen auf ihre Geschwindigkeit und auf Abb. 1.
die von der Masseneinheit getragene, d. h. auf m v
die "spezifische Ladung" schlieBen konnen.
s
6. Wenn namlich ein Teilchen von· der
a
Masse m und der Ladung e sich mit der Ge
schwindigkeit v durch ein homogenes Magnet
feld H bewegt, das senkrecht zur Zeichenebene
der A bb. 1 gerichtet ist, so wirkt auf es, wie
e
auf ein Stromelement nach den Gesetzen der p
Elektrodynamik, eine Kraft K senkrecht zur
Bewegungs- und Feldrichtung (also auf M zu
in Abb. 1), die gegeben ist durch:
K= Hev.
Eine Masse mit konstanter Geschwindigkeit,
die einer stets senkrecht zur Bewegungsrich M
tung wirkenden, konstanten Kraft K unter
worfen ist, beschreibt aber nach den Regeln der Mechanik eine
Kreisbahn, deren Radius l! sich so einsteilt, daB die ablenkende
Kraft K der bei der Kreisbewegung auftretenden Fliehkraft F
gerade das Gleichgewicht halt. Diese ist gegeben durch:
mv2
F=-.
l!
Es muB also sein:
= -m-v2,
Hev
l!
cder
[6]
7. In dem Faile, daB die Richtungen des Feldes und der Be
wegung einen von 900 verschiedenen Winkel a miteinander bilden,
1*
