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Notes: Zusammenfassung Die Lichtausstrahlung einer mit Wechselstrom modulierten Gleichstrombogenentladung wird theoretisch untersucht. Bei kleinem Strommodulationsgrad und niederer Frequenz ist der Lichtmodulationsgrad der Strommodulation proportional, aber etwas größer als diese. Bei höherer Frequenz tritt eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Licht ein und die Lichtmodulation geht zurück. Bei großer aber festgehaltener Frequenz ist die Lichtmodulation der Leistungsdichte und damit ungefähr der Leuchtdichte proportional. — Bei hoher Strommodulation bleibt bei kleiner Frequenz der Lichtmodulationsgrad hinter der Strommodulation etwas zurück. Eine Verzerrung der sinusförmigen Lichtzeitkurven tritt hier nicht ein, dafür zeigt die Temperaturzeitkurve flache Maxima und spitze Minima. Bei großer Frequenz ergeben die Lichtzeitkurven dagegen spitze hohe Maxima und flache Minima. Die Temperaturmodulation bleibt hinter der Lichtmodulation weit zurück.

Notes: Zusammenfassung Das Kontinuum der Hg-Hochdrucksäule ist nach Unsöld im wesentlichen ein Rekombinationsleuchten der Quecksilberionen. Eine quantitative Rechnung hat jedoch Abweichungen zwischen Theorie und Experiment ergeben, die einen Faktor 10 erreichen. Neuere Temperaturbestimmungen aus der Elektronenstoßverbreiterung von Spektrallinien fuhren zu Werten, die beträchtlich höher sind, als in obiger Abschätzung verwandt wurden. Eine Neuberechnung der kontinuierlichen Strahlung mit dem verbesserten Temperaturwert ergibt im Rahmen der vorliegenden Genauigkeit volle Übereinstimmung mit dem Experiment.

Notes: Zusammenfassung Die Eigenschaften eines Hochdruckbogens bei Gleichstrombetrieb mit überlagerter kleiner Wechselstromkomponente werden untersucht. Es wird die Voraussetzung gemacht, daß ein quasistationäres thermisches Gleichgewicht sich ausbildet und der Kanalradius von der Leistung unabhängig ist (konvektionsstabilisierter Entladungstyp). Der Leistungsaufwand wird zunächst auf folgende Prozesse verteilt: Ausstrahlung, eine der Temperatur proportionale, praktisch zu vernachlässigende klassische Wärmeleitung und die Änderung der inneren Energie des Entladungskanals mit der Temperatur. Es wird des weiteren abgeschätzt, bis zu welchen Frequenzen sich die Annahme des quäsistatiönären thermischen Gleichgewichts aufrechterhalten läßt. Es ergibt sich, daß zum mindesten für die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Anregung und Ionisation sich ein thermisches Gleichgewicht bei Frequenzen unter 106 Hertz einstellen dürfte. Diese Modellvorstellung liefert in folgenden Punkten Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen von Mangold: Der Wechselstromleitwert nähert sich bei kleinen Frequenzen dem differentiellen Leitwert, bei großen Frequenzen dem Gleichstromleitwert. Die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung nähert sich bei sehr kleinen und sehr hohen Frequenzen Null und durchläuft dazwischen ein Maximum. Wird dagegen der Wechselstromanteil des Bogenwiderstandes in einen Ohmschen Anteil R1 und einen induktiven Anteil 2 πνL1 aufgespalten, so liefert unser Modell konstante Werte von R1 und L1, im Widerspruch mit den experimentellen Ergebnissen. Eine erweiterte Modellvorstellung durch Berücksichtigung der nichtstationären Wärmeleitung ergibt, daß aus der Integration der Differentialgleichung der Wärmeleitung für einen nicht-stationären Vorgang ein Zusatzglied für die klassische Wärmeleitung folgt, welches der Wurzel aus der Frequenz proportional ist. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß bei höheren Frequenzen der Wärmeleitungsanteil nicht quasistationär den Feldstärkeschwankungen im Kanal folgt, sondern daß die Temperaturschwankungen im Kanal fortschreitende Wärmewellen im umgebenden Gasmantel hervorrufen. Dieser Anteil liefert dann eine Frequenzabhängigkeit von R1 und 2πνL1. Es wird die Durchrechnung des vervollständigten Gleichungssystems für große und kleine Frequenz durchgeführt. Danach wird bei niedriger Frequenz R1 nahezu frequenzunabhängig, während 2 πνL1 proportional zuν geht. Bei hohen Frequenzen setzt sich R1 aus einem konstanten Anteil und einem Glied, das mit √ν ansteigt, zusammen. 2 πνL1 ist dagegen durch einen Anteil, derν proportional ist, und einem zweiten proportional zu √ν zusammengesetzt. Diese Ergebnisse stehen in brauchbarer Übereinstimmung mit dem experimentellen Befund. Schließlich werden noch der Einfluß der Temperaturabhängigkeit einzelner Konstanten sowie die Möglichkeit der Aufspaltung der Temperatur in Elektronen-, Ionen-und Translations-Temperaturen diskutiert. Es ergibt sich hierbei, daß an dem qualitativen Verlauf der Abhängigkeit und von R1 und 2 πνL1 im wesentlichen nichts geändert wird.

Notes: Zusammenfassung Die in Quecksüberhochdruckentladungen aus Messungen an der Linie 10140 Å erhaltenen Breiten des Resonanzterms 21 P 1 des Hg werden mit theoretisch abgeleiteten Beziehungen verglichen. Für die Eigendruckverbreiterung ist die Anzahl N der artgleichen Atome sowie dief-Zahl des Überganges von dem verbreiterten Term zum Grundzustand maßgeblich. Es stehen Meßwerte zwischen 4,5 und 80 at zur Verfügung. Zur Bestimmung der Atomdichte N muß außer dem Druck die Temperatur im Bogen bekannt sein. Sie wird aus der Elektronendichte bestimmt. Letztere kann aus der Breite der durch Elektronenstoß verbreiterten 3 D-Terme des Hg berechnet werden. Die in den untersuchten Quecksilberhochdruckentladungen vorliegenden Bogentemperaturen betragen 7300 bis 84000 abs. Die Atomdichten ergeben sich zu 4,56 · 1018 bis 7,25 · 1019 Atom/cm3. Die gemessenen Halbwertsbreiten liegen zwischen 9,2 und 32 cm−1. Es zeigt sich, daß bei Dichten ≧ 3 · 1019 die experimentellen Werte gut wiedergegeben werden durch eine von Furssow und Wlassow für die Eigendruckverbreiterung bei hohen Dichten abgeleitete Formel.

Notes: Zusammenfassung Die in der Gasentladungsliteratur allgemein benutzte Saha-Gleichung muß durch Berücksichtigung der Zustandssummen erweitert werden. Für Quecksilber verdoppelt sich hierdurch der Ionisationsgrad bei den im Bogen vorkommenden Temperaturen. In früheren Arbeiten war für verschiedene Hg-Hochdruckbögen die Elektronendichte aus der Breite von Spektrallinien und hieraus mittels der Saha-Gleichung die Temperatur bestimmt worden. Die Temperaturwerte erfahren durch Verwendung der verbesserten Saha- Gleichung eine Korrektur. Sie macht etwa 5000 bei Temperaturen von rund 80000 aus.

Notes: Zusammenfassung In Quecksilber-Hochdruckbogen zwischen Wolframelektroden wurden die Kathoden- und Anodenfälle sowie die Gradienten der positiven Säule gemessen. Die Versuche wurden durchgeführt mit einem kugelförmigen Quarzentladungsgefäß, bei dem der Elektrodenabstand variiert werden konnte. Gemessen wurde bei Drucken von 3 bis 30 Atm und Stromstärken zwischen 5 und 25 Amp. Die Kathodenfälle erreichen bei hohen Stromstärken den vom Druck unabhängigen Wert 9,5 V. Für kleinere Stromstärken ist der Kathodenfall bei geringem Druck wesentlich höher als bei großem. Aus einem Wiederanstieg der Abstand-Spannungscharakteristik unterhalb von etwa 10−2 cm bei niederen Drucken wird geschlossen, daß man hier in Bereiche gelangt, die für den kathodenseitigen Mechanismus maßgeblich sind. Eine theoretische Abschätzung führt zu einer Ausdehnung des Ionisationsgebietes von derselben Größenordnung. Der Strom innerhalb des Ionisationsgebietes kann durch Elektronendiffusion getragen werden. Für die Gradienten ergeben sich über dem Strom aufgetragen Minima, die nur wenig vom Druck abhängig bei 10 bis 12 Amp liegen. Die Minimalgradienten lassen sich oberhalb von 10 Atm in Abhängigkeit vom Druck durch eine Gerade wiedergeben.

Notes: Zusammenfassung Der Kathodenfall in Hg- und Xe-Hochdruckentladungen zwischen Wo-Elektroden ist bei Stromstärken unterhalb 10 A für niedrige Drucke beträchtlich grösser als für höhere. Er nimmt mit zunehmender Stromstärke ab und erreicht bei etwa 20 A einen vom Druck unabhängigen Endwert (Xe: 6,5 V; Hg: 9,5 V). Der Anodenfall beträgt ziemlich unabhängig von Druck und Stromstärke 1 V. Die kathodischen Stromdichten sind bei höheren Belastungen nur wenig von der Stromstärke abhängig. Sie nehmen mit dem Druck zu. Der Strom im Kathodenfallgebiet, das eine Ausdehnung von einigen 10−6 cm hat, wird vorwiegend durch Elektronen getragen. In einem anschliessenden Ionisationsgebiet mit einer Ausdehnung von rund 10−2 cm erfolgt der übergang zum thermischen Gas des stark kontrahierten Säulenendes. Die hohen kathodischen Stromdichten werden durch Glühemission der Kathode, die wegen der hohen elektrischen Feldstärke um mehr als eine Zehnerpotenz gegenüber der feldfreien Thermoemission angehoben ist, erzielt.

Notes: Zusammenfassung An langen durch ein Magnetfeld stabilisierten Xenonbögen wurde die Lichtstärke in Abhängigkeit von der Stromstärke im Bereich von 1 bis 6 Amp bei Drucken von 25 bis 50 Atm gemessen. Die Ergebnisse lassen sich unabhängig vom Druck durchJ∼Lm (J Lichtstärke je cm Säulenlänge in cd/cm;L Leistung je cm Säulenlänge in W/cm;m=1,63) wiedergeben. Eine Darstellung als Funktion der StromstärkeJ∼in ergibt dagegen eine Abhängigkeit des Exponenten vom Druck. Für einen weiten Stromstärke- und Druckbereich gilt:n=1,82-0,1p (p Druck in Atm). Der Querschnitt des Entladungsbogens weicht leicht von der Rotationssymmetrie ab und hat die Gestalt einer waagerecht liegenden Konvexlinse. In einiger Näherung läßt sich die Strahldichteverteilung bei horizontaler Beobachtung durchS (x)∼exp (-α2 x 2) wiedergeben. Die Stromdichten der Entladung liegen bei 50 bis 90 Amp/cm2. Durch Zusatz von Helium und Wasserstoff können die Säulengradienten bei praktisch unveränderter Lichtausbeute erhöht werden.

Notes: Zusammenfassung Xenon-Hochdruckentladungen haben wegen einer hohen Elektronenbeweglichkeit einen außerordentlich geringen Spannungsgradienten in der positiven Säule. Die hohe Elektronenbeweglichkeit ist zum Teil auf die extrem kleinen Querschnitte der Xenonatome gegenüber Elektronen bei den im Plasma vorkommenden Relativgeschwindigkeiten zurückzuführen. Durch Zusätze von Helium, dessen Atome bei den in Frage kommenden Geschwindigkeiten einen um ein Vielfaches größeren Querschnitt gegen Elektronen haben, kann die Elektronenbeweglichkeit herabgesetzt und damit der Gradient der Säule vergrößert werden. Wegen seiner hohen Anregungs- und Ionisierungsspannung dient das Helium hierbei lediglich als Puffergas, ohne selbst in merklichem Maße angeregt oder ionisiert zu werden. Untersucht wurden Entladungen mit 28 und 39 Atm Xenon-Grundgasfüllung und Zusätzen bis zu 3 Atm Helium. Die Bogenspannung nimmt im untersuchten Bereich bei Heliumzusatz bis zu 17% zu. Die Lichtausbeute ändert sich hierbei nicht trotz einer Zunahme des Wärmeleitungskoeffizienten des Gasgemisches im Vergleich zum reinen Xenon um mehr als 100 %. Es tritt eine Vergrößerung des Kanalquerschnittes der Entladungssäule bei gleichzeitiger geringfügiger Temperaturerniedrigung ein.

Notes: Zusammenfassung An einem mit zwei Sonden versehenen wassergekühlten Quarzentladungsrohr von 1,5 mm Durchmesser wurden Entladungen durch Xenon bei Drucken von 25 bis 55 Atm untersucht. Um zu hohen spezifischen Leistungsaufnahmen zu gelangen, wurde die Entladung von geringer Stromstärke in Zeiten von 1/10 sec auf eine maximale Stromstärke von 30 Amp hochgefahren und gleichzeitig am Schleifenoszillographen Strom, Lampenspannung und Lichtstärke gemessen. Der Gradient der Säule wurde aus der Differenz der Sondenspannungen, die mit einem Kathodenstrahloszillographen aufgezeichnet wurden, erhalten. Die Bogentemperaturen wurden sowohl aus der elektrischen Leitfähigkeit als auch aus der Strahldichte des Kontinuums bestimmt. Der Verlauf von Strahldichte pro Volumeneinheit, Temperatur, Elektronendichte und elektrischer Leitfähigkeit als Funktion des Abstandes von der Achse der Bogensäule werden wiedergegeben. Die Einengung der Säule bewirkt bei einer vorgegebenen Stromstärke Erhöhung der Temperatur und damit der Elektronendichte sowie der Strahldichte des Kontinuums, die quadratisch mit der Elektronendichte geht. Die elektrische Leitfähigkeit steigt jedoch nicht proportional der Elektronendichte an, da wegen der starken Wechselwirkung der Ladungsträger unter sich die Elektronenbeweglichkeit abnimmt, was eine Vergrößerung des Säulengradienten verursacht. Die Lichtstärke in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme je cm Säulenlänge ist nur wenig vom Druck abhängig und nahezu gleich der der nicht eingeengten Entladung.